成膜装置
【課題】ガスの拡散を妨げることなく処理空間の容積を小さくすることができ、排気コンダクタンスの設定が容易な成膜装置を提供すること。
【解決手段】基板Ｗを収容し、基板Ｗの成膜処理が行われる処理容器１と、処理容器１内で基板を載置する載置台２と、処理容器１内に形成された、基板Ｗに成膜処理を行う処理空間Ｓと、処理空間Ｓに、少なくとも第１の処理ガスと、第２の処理ガスと、パージガスとを供給するガス供給部２０と、処理空間Ｓを排気する排気部７１，３０，３１，３２と
を具備し、第１の処理ガスと第２の処理ガスとをパージガスによる処理空間Ｓのパージを挟んで交互に供給して所定の膜を成膜する成膜装置であって、ガス供給部２０は処理空間Ｓの外周からガスを供給し、ガス排気部は処理空間Ｓの中央上部から上方へ排気する。
【解決手段】基板Ｗを収容し、基板Ｗの成膜処理が行われる処理容器１と、処理容器１内で基板を載置する載置台２と、処理容器１内に形成された、基板Ｗに成膜処理を行う処理空間Ｓと、処理空間Ｓに、少なくとも第１の処理ガスと、第２の処理ガスと、パージガスとを供給するガス供給部２０と、処理空間Ｓを排気する排気部７１，３０，３１，３２と
を具備し、第１の処理ガスと第２の処理ガスとをパージガスによる処理空間Ｓのパージを挟んで交互に供給して所定の膜を成膜する成膜装置であって、ガス供給部２０は処理空間Ｓの外周からガスを供給し、ガス排気部は処理空間Ｓの中央上部から上方へ排気する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスに好適な成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造する。
【０００３】
成膜処理としては、処理ガスを化学的に反応させて成膜を行うＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）がある。ＣＶＤは微細な回路パターンでも良好なステップカバレッジが得られる利点がある。また、ＣＶＤの中でも膜質がより良好な膜を低温で成膜することができるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が注目されている。ＡＬＤは第１の処理ガスを原子層レベルで吸着させた後に第２の処理ガスを供給して反応させ、極薄い膜とする操作を繰り返して所定厚さの膜を形成するものである。
【０００４】
ＡＬＤによる成膜装置は、従来、処理ガスの吸着および反応の効率を高める目的で高圧処理が行えるように極力閉構造とした処理容器を用い、ウエハの中心部分の直上に設けられたガス導入口から処理ガスを導入して外周側へ排出する構造が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２４７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでＡＬＤプロセスを行う場合には、高速でガス供給および排気を行うために、処理容器内の処理空間の容積を極力小さくしたいという要求があるが、上記特許文献１のようにウエハの中心部分の直上からガスを導入する場合、ガス導入部分にはガス拡散ブロック等の構造物が存在するため、中心のガス導入口とウエハとの距離が近くなり、ガス導入口から吐出したガスが拡散しにくく成膜分布が悪いものとなる。一方、十分なガスの拡散を確保しようとすると、処理空間の容積が大きくなってしまう。また、外周から排気する場合、排気コンダクタンスの設定が難しい。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ガスの拡散を妨げることなく処理空間の容積を小さくすることができ、排気コンダクタンスの設定が容易な成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器内に形成された、基板に成膜処理を行う処理空間と、前記処理空間に、少なくとも第１の処理ガスと、第２の処理ガスと、パージガスとを供給するガス供給部と、前記処理空間を排気する排気部とを具備し、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを前記パージガスによる前記処理空間のパージを挟んで交互に供給して所定の膜を成膜する成膜装置であって、前記ガス供給部は前記処理空間の外周からガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置を提供する。
【０００９】
上記第１の観点において、前記処理容器内に前記載置台と対向して設けられ、下方に開口した前記処理空間を形成するための凹部を有するキャップ部材をさらに具備し、前記載置台により前記凹部の開口を塞ぐことにより処理空間が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の外周部に複数のガス吐出口が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の中央にガス排出孔が形成されている構成とすることができる。
【００１０】
また、前記載置台を昇降させる昇降機構をさらに具備し、前記昇降機構により前記載置台を下降させた状態で前記載置台への基板の受け渡しが行われ、前記昇降機構により前記載置台を上昇させることにより前記キャップ部材の前記開口が塞がれて前記処理空間が形成される構成とすることができる。
【００１１】
さらに、前記排気部は、前記処理空間の外側を囲うように設けられた環状の排気経路と、前記キャップ部材の前記ガス排出孔から排出されたガスを放射状に前記排気経路に導くガス排出流路とを有する構成とすることができる。
【００１２】
さらにまた、前記ガス排出孔に接続されたバッファ室と、前記バッファ室にガスを供給するガスラインとを有し、前記ガスラインから前記バッファ室へのガスの供給を制御して前記バッファ室の圧力を制御することにより、前記処理空間からの排気のコンダクタンスを制御する構成とすることができる。
【００１３】
本発明の第２の観点では、基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器内において基板に成膜処理を行う処理空間と、前記処理空間に成膜処理のための処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理空間を排気する排気部とを具備し、前記ガス供給部は前記処理空間の外周から処理ガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス供給部は処理空間の外周からガスを供給し、ガス排気部は処理空間の中央上部から上方へ排気するので、ガスは分散された状態で均等に基板に供給されることとなり、特別な分散機構を用いることなく分散された状態で基板にガスを供給することができる。また、従来のように処理空間の中央部にガスを分散させる機構が不要である。このように分散性が良い状態でガスを供給することができ、しかもガスを分散させる機構が不要であるため、処理空間の容積を従来よりも著しく小さくすることができ、ガス供給および排気の時間を短くすることができる。このため、高速プロセスの要求に対応することが可能となる。また、ガスの使用量を節約することができる。
【００１５】
また、処理空間の中央上部からガスを排出するため、排気のコンダクタンスをガス排出孔の径や形状により設定することができ、従来のように外周からガスを排出する場合に比べて排気コンダクタンスの設定を容易に行うことができる。また、このように中央上部から排気することにより、成膜による排気コンダクタンスへの影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。
【図２】図１の成膜装置の給排気流路部材とキャップ部材とを示す断面図である。
【図３】図１の成膜装置における給排気流路部材とキャップ部材とを分解して示す斜視図である。
【図４】給排気流路部材を示す底面図である。
【図５】キャップ部材を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の要部を示す断面図である。
【図７】吸着時および反応（還元）時と、パージガスを導入してガスを置換する時の処理空間とバッファ室の差圧の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の他の例の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。ここでは成膜装置としてＴｉ原料ガスと窒化ガスとを用いてＡＬＤによりＴｉＮ膜を成膜する装置を例にとって説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す断面図、図２は図１の成膜装置の給排気流路部材とキャップ部材とを示す断面図、図３は図１の成膜装置における給排気流路部材とキャップ部材とを分解して示す斜視図、図４は給排気流路部材を示す底面図、図５はキャップ部材を示す平面図である。図１に示すように、成膜装置１００は、その中に真空に保持される処理空間Ｓが形成される略円筒状の処理容器１を有している。処理容器１はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
【００１９】
処理容器１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平状態で載置（支持）するための載置台として、例えばＡｌＮのようなセラミックスで構成されたサセプタ２が、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で昇降可能に配置されている。サセプタ２の外縁部には、ウエハＷをガイドするとともに処理空間を規定するための、アルミナ等のセラミックスからなるインナーリング４が設けられている。また、インナーリング４の外周には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるカバーリング１５がインナーリング４に係合するように設けられている。また、サセプタ２にはモリブデン等の高融点金属で構成されたヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度、例えば３５０〜５００℃に加熱する。
【００２０】
処理容器１は、上部に開口を有する下側容器１ａと、下側容器１ａの開口を塞ぐように設けられた円板状の天板１ｂとを有する。天板１ｂの下面の中央部には、サセプタ２よりも大径の円板からなる給排気流路部材１２が取り付けられ、給排気流路部材１２の下面には、給排気流路部材１２とほぼ同径の円板状をなすキャップ部材１３がサセプタ２に対向するように取り付けられている。これら給排気流路部材１２およびキャップ部材１３はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
【００２１】
キャップ部材１３の下面中央部にはサセプタ２よりも僅かに大径の円板状をなす凹部１３ａが形成されている。そして、サセプタ２が図１の実線で示す上昇された処理位置にある状態で、カバーリング１５に凹部１３ａの外周部分１３ｂが接触することにより、凹部１３ａとサセプタ２に囲まれた処理空間Ｓが形成される。このとき、サセプタ２はウエハＷを加熱するためにヒーター５により高温に加熱されているため、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるカバーリング１５への熱影響を緩和するため、インナーリング４をセラミックスで形成している。なお、給排気流路部材１２およびキャップ部材１３の詳細な構造は後述する。
【００２２】
処理容器１の天板１ｂの上方にはガス供給部２０が設けられている。ガス供給部２０は、第１の処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給配管２１と、第２の処理ガスであるＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給配管２２と、キャリアガスおよびパージガスとして機能するＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給配管２３と、これら配管のバルブ類およびマスフローコントローラ等の流量制御器を集合的に配置した集合バルブユニット２４と、集合バルブユニット２４のバルブの操作により選択的に所望のガスを処理空間Ｓに供給するための共通配管２５とを有している。ガス供給の際のバルブ操作の制御はバルブ制御部２６により行われる。共通配管２５は、天板１ｂの中央に設けられたガス導入口２７に接続されている。そして、ガス導入口２７から後述するようにして処理空間Ｓにガスが供給される。
【００２３】
上記給排気流路部材１２およびキャップ部材１３の周囲には、環状の排気経路３０が形成されている。具体的には、排気経路３０は、処理容器１の側壁と天板１ｂとの間に設けられたダクト部材３３と、このダクト部材３３の下部内側に設けられた内側リング部材３４と、給排気流路部材１２およびキャップ部材１３とで囲まれるように形成されている。内側リング部材３４とカバーリング１５との間には、下側容器１ａをパージするパージガスが流れている。これにより、処理空間Ｓの外周が排気経路３０に囲まれた構成となっており、後述するように処理空間Ｓのガスがこの排気経路３０に排出されるようになっている。排気経路３０には排気配管３１が接続されており、この排気配管３１には自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａと排気装置３２が接続されており、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａの開度を制御しつつ排気装置３２を作動させることにより処理空間Ｓ内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００２４】
支持部材３は、処理容器１の下側容器１ａの底面部を貫通し、昇降板４１に支持されている。昇降板４１は昇降機構４２のロッド４２ａに取り付けられ、昇降機構４２により昇降可能となっており、この昇降板４１の昇降により支持部材３を介してサセプタ２が図１の実線で示す処理位置と二点鎖線で示す搬送位置との間で昇降可能となっている。昇降板４１と下側容器１ａとの間にベローズ４３が気密に接合されている。
【００２５】
また、処理容器１内の下側容器１ａの底面部近傍には、ウエハＷをサセプタ２のウエハ載置面に対して昇降させるためのウエハ昇降部４５が設けられている。ウエハ昇降部４５は、下側容器１ａの底面に水平に固定された支持板４６と、支持板４６から上方に延びる３本（図１では２本のみ図示）のウエハ支持ピン４７とを有している。一方、サセプタ２にはウエハ支持ピン４７が挿通される挿通孔２ａが設けられている。そして、サセプタ２が二点鎖線で示す搬送位置に下降された際に、ウエハ支持ピン４７がサセプタ２の挿通孔２ａに挿通され、その上端がサセプタ２のウエハ載置面から突出した状態となり、図示しないウエハ搬送装置によるウエハＷの受け渡しが可能となる。
【００２６】
処理容器１の下側容器１ａの側壁には、ウエハＷの搬入および搬出を行うための搬入出口４８が設けられており、搬入出口４８はゲートバルブ４９により開閉可能となっており、真空搬送室（図示せず）に連通している。搬入出口４８は、サセプタ２が搬送位置にあるときに、搬送装置（図示せず）によるサセプタ２に対するウエハＷの受け渡しを行うことができる位置に形成されている。
【００２７】
次に、処理空間Ｓに対するガス供給および排気のための構造について具体的に説明する。
【００２８】
天板１ｂの中心には、ガス導入口２７から垂直に下方に延び、貫通するようにガス流入孔６１が形成されている（図１参照）。一方、給排気流路部材１２の上面にはガス流入孔６１に対応するようにガス導入口６２が設けられ、給排気流路部材１２の内部には、ガス導入口６２から複数（図では８本）の水平ガス流路６３が水平かつ放射状に外側に向かって延びている（図２、４参照）。そして、これらガス水平ガス流路６３の外端部からキャップ部材１３に向けて垂直下方に延びる垂直ガス流路６４が形成されている。垂直ガス流路６４は給排気流路部材１２の下面に開口している。キャップ部材１３の上面の外周部には、給排気流路部材１２の垂直ガス流路６４に対応するように複数（図では８個）のガス導入路６５が設けられており、また、キャップ部材１３の内部には、環状ガス流路６６が設けられていて（図２、３参照）、ガス導入路６５は環状ガス流路６６に接続されている。また、環状ガス流路６６からキャップ部材１３の凹部１３ａの外周部のウエハＷよりも外側の位置に開口する複数（図では３２個）のガス吐出口６７が均等に設けられている（図２、３、５参照）。したがって、サセプタ２を処理位置に位置させた際に、ガス供給部２０からガス導入口２７を経て導入されたガスは、ガス流入孔６１、ガス導入口６２、水平ガス流路６３、垂直ガス流路６４、ガス導入路６５、環状ガス流路６６、ガス吐出口６７を介して外周部から均等に処理空間Ｓに供給される。
【００２９】
一方、キャップ部材１３の下面中央（凹部１３ａの中央）にはガス排出孔６８が形成されている。したがって、外周上面の複数のガス吐出口６７から処理空間Ｓに供給されたガスが、ウエハＷの上面を経て処理空間Ｓの中央上部のガス排出孔６８から上方に排出される。ガス排出孔６８は逆すり鉢状の下部６８ａと小径の上部６８ｂとを有している。なお、ガス排出孔６８の形状はこれに限らず、単純な円柱状等の他の形状であってもよい。このように、本実施形態では、処理空間Ｓに外周に沿って複数設けられたガス吐出口６７を吐出し、処理空間Ｓの中央上部からガスを排出するようになっている（図２、３、５参照）。
【００３０】
給排気流路部材１２の下面には、複数（図では８本）のガス排出流路７１が放射状に設けられており、これらガス排出流路７１の外周端は、環状の排気径路３０に臨むようになっている。したがって、ガス排出孔６８から排出されたガスは、偏りを生じることなくガス排出流路７１を通って排気経路３０に導かれ、排気装置３２より排気配管３１を介して排出される。
【００３１】
成膜装置１００の各構成部、例えばバルブ制御部２６、昇降機構４２、ヒーター５を加熱するヒーター電源（図示せず）、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａ、排気装置３２、ゲートバルブ４９等は、全体制御部８０により制御される。全体制御部８０は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラと、オペレータが入力操作等を行うキーボードや、成膜装置の稼働状況等を表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェースと、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００に所定の処理を実行させるための処理レシピ等が格納された記憶部とを有している。処理レシピ等は記憶媒体に記憶されおり、記憶部において記憶媒体から読み出して実行される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。レシピ等は、必要に応じてユーザーインターフェースからの指示等にて記憶部から読み出し、コントローラに実行させることで、コントローラの制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３２】
このように構成される成膜装置１００においては、排気装置３２により処理容器１内を減圧状態に維持しつつ、まず、サセプタ２を搬送位置に配置した状態で、ゲートバルブ４９を開けて真空搬送室から搬送装置によりウエハＷをウエハ支持ピン４７の上に受け渡し、搬送装置を退避させてゲートバルブ４９を閉じる。その後、昇降機構４２によりサセプタ２を上昇させ、サセプタ２の外周部分に取り付けられたカバーリング１５をキャップ部材１３の外周部分１３ｂに接触させることで、凹部１３ａとサセプタ２とで形成される処理空間Ｓを形成する。このときサセプタ２に設けられているヒーター５によりウエハＷは所定の温度、例えば３５０〜５００℃に加熱されている。
【００３３】
この状態でガス供給部２０からパージガスとしてのＮ２ガスを流しつつ自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａの開度を制御することにより処理空間Ｓの圧力を制御し、圧力が安定した段階で、ＡＬＤによる成膜を開始する。成膜に際しては、ＴｉＣｌ４ガスを供給してウエハＷ上へのＴｉＣｌ４ガスを吸着させる工程、Ｎ２ガスを供給することにより処理空間Ｓをパージする工程、ＮＨ３ガスを供給してウエハＷ上のＴｉＣｌ４を還元し、極薄いＴｉＮ膜を形成する工程と、Ｎ２ガスを供給することにより処理空間Ｓをパージする工程とを所定回数繰り返す。この際のガスの切替えは、バルブ制御部２６によるバルブの制御により実現される。なお、各工程における処理空間Ｓ内の圧力は、ＴｉＣｌ４ガスを吸着させる工程では例えば２〜４Ｔｏｒｒ、ＮＨ３ガスを供給してＴｉＣｌ４を還元する工程では例えば１０〜１５Ｔｏｒｒ、パージ工程では例えば２〜４Ｔｏｒｒに設定される。
【００３４】
このようにして、パージを挟んでＴｉＣｌ４ガスの供給とＮＨ３ガスの供給とを繰り返すことにより、ウエハＷ上に所定の厚さのＴｉＮ膜が形成される。
【００３５】
この場合に、ガスはキャップ部材１３の処理空間Ｓの外周に均等に設けられた複数のガス吐出口６７から吐出され、処理空間Ｓの中央上部のガス排出孔６８から排出されるため、ガスは分散された状態で均等にウエハＷに供給されることとなり、特別な分散機構を用いることなく分散された状態でウエハにガスを供給することができる。また、ガス吐出口６７はウエハＷの外方かつ上方に設けられているので、ガス流が直接ウエハＷに噴射されるのではなく、ウエハＷの表面に沿って流れ、ウエハＷに対して均一にガスを供給することができる。
【００３６】
このように、本実施形態では本質的に分散性が良い状態でガスを供給することができ、また、従来のように処理空間の中央部にガスを分散させる機構が不要であるため、処理空間Ｓの容積を従来よりも著しく小さくすることができ、ガス供給および排気の時間を短くすることができる。このため、高速プロセスの要求に対応することが可能となる。また、ガスの使用量を節約することができる。
【００３７】
また、処理空間Ｓの中央上部のガス排出孔６８からガスを排出するため、排気のコンダクタンスをガス排出孔６８の径や形状により設定することができ、従来のように外周からガスを排出する場合に比べて排気コンダクタンスの設定を容易に行うことができる。また、このように中央上部から排気することにより、成膜による排気コンダクタンスへの影響を少なくでき、偏りを生じることなく均等に排気することができる。
【００３８】
さらに、処理ガスの吸着および反応（還元）などの効率を高めるためには高圧での処理が必要であり、そのために処理空間を極力閉空間とすることが有利であるが、本実施形態では、サセプタ２を上昇させて、キャップ部材１３に形成された凹部１３ａの開口を塞ぐという、極めて簡単な動作で処理空間Ｓを形成することができ、効率のよい処理を行うことができる。そして、このように狭くかつ閉じられた処理空間Ｓを形成してその中で成膜処理を行うので、処理の効率が高い。しかも、このようにサセプタ２の上方の空間で成膜処理が行われるため、サセプタ２の下方にガスが接触することがなく、サセプタ２の下方の壁部または部材に成膜や腐食が生じることを防止できる。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上記第１の実施形態では、上述したように、排気コンダクタンスの設定は従来よりも容易であるが、一度コンダクタンスを設定したら、処理中にコンダクタンスを制御することはできない。しかし、ＡＬＤの場合、ガスの置換を短時間で行うためには排気コンダクタンスを大きく設定するのが有利であり、処理ガスの吸着および反応（還元）時には圧力を高めるために排気コンダクタンスを小さく設定することが有利である。
【００４０】
そこで、本実施形態では、吸着および反応（還元）時と、ガスの置換時とでコンダクタンスを変化させる。
【００４１】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の要部を示す断面図である。図６において、第１の実施形態の成膜装置と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００４２】
本実施形態では、図６に示すように、キャップ部材１３のガス排出孔６８の周囲にバッファ室９１を設け、バッファ室９１とガス排出孔６８とをガス流路９２で繋ぎ、バッファ室９１に別個のガスライン９３からＮ２ガスまたはＮＨ３ガスを導入するようになっている。
【００４３】
これにより、ガスライン９３からのガスの供給を制御することによりバッファ室９１の圧力を任意に制御することができる。したがって、吸着時および反応（還元）時は、図７の（ａ）に示すように、バッファ室９１と処理空間Ｓとの差圧を小さくしてコンダクタンスを小さくすることにより、処理ガスの封じ込め効果を大きくして高圧処理を可能にし、一方、パージガスを導入してガスを置換する時には、図７の（ｂ）に示すように、バッファ室９１と処理空間Ｓとの差圧を大きくしてコンダクタンスを大きくすることにより、急速排気を可能にすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態のバッファ室を設けてコンダクタンスを制御する手法は、ガス排出孔の位置を問わず可能である。例えば、図８に示す、従来の中心からガスを導入して外周に排気するタイプの成膜装置でも同様に適用可能である。すなわち、図８の成膜装置は、逆すり鉢状の処理空間Ｓ′が形成されるよう構成され、中央上部からガス分散機構を備えたガス導入部材１０１を挿入してガスが供給され、処理空間Ｓ′の外周側に排気ライン１０２を均等に配置して外方の排気経路（図示せず）に排気する構造を有している。そして、排気ライン１０２の途中に環状をなすバッファ室１０３を設け、バッファ室１０３にガスライン１０４を接続し、ガスライン１０４を介してバッファ室１０３にＮ２ガスやＮＨ３ガスを導入して差圧制御を行えるようになっている。このような構成でも、図６の装置と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜をＡＬＤにより成膜する場合について説明したが、本発明の原理上、ガスの種類、膜の材料は何ら限定されず、種々のガスを用いたＡＬＤ成膜に適用することができる。パージガスも処理ガスに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。また、ガスは２種類に限らず、３種類以上のガスのＡＬＤにも適用できることは言うまでもない。また、ＡＬＤ以外の通常のＣＶＤにも適用できる。
【００４６】
また、上記実施形態では、処理空間の外周部の上部のウエハの外方に設けられたガス吐出口からガスを吐出したが、ガス吐出口はウエハの存在する位置に設けられていてもよい。また、複数のガス吐出口を一つの円状に配置したが、二重に配置してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４８】
１；処理容器
２；サセプタ（載置台）
３；支持部材
４；インナーリング
５；ヒーター
１２；給排気流路部材
１３；キャップ部材
１３ａ；凹部
１５；カバーリング
２０；ガス供給部
３０；排気経路
３１；排気配管
３１ａ；自動圧力制御バルブ
３２；排気装置
４２；昇降機構
６７；ガス吐出口
６８；ガス排出孔
７１；ガス排出流路
８０；全体制御部
９１；バッファ室
９２；ガス流路
９３；ガスライン
１００；成膜装置
Ｓ；処理空間
Ｗ；半導体ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスに好適な成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造する。
【０００３】
成膜処理としては、処理ガスを化学的に反応させて成膜を行うＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）がある。ＣＶＤは微細な回路パターンでも良好なステップカバレッジが得られる利点がある。また、ＣＶＤの中でも膜質がより良好な膜を低温で成膜することができるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が注目されている。ＡＬＤは第１の処理ガスを原子層レベルで吸着させた後に第２の処理ガスを供給して反応させ、極薄い膜とする操作を繰り返して所定厚さの膜を形成するものである。
【０００４】
ＡＬＤによる成膜装置は、従来、処理ガスの吸着および反応の効率を高める目的で高圧処理が行えるように極力閉構造とした処理容器を用い、ウエハの中心部分の直上に設けられたガス導入口から処理ガスを導入して外周側へ排出する構造が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２４７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでＡＬＤプロセスを行う場合には、高速でガス供給および排気を行うために、処理容器内の処理空間の容積を極力小さくしたいという要求があるが、上記特許文献１のようにウエハの中心部分の直上からガスを導入する場合、ガス導入部分にはガス拡散ブロック等の構造物が存在するため、中心のガス導入口とウエハとの距離が近くなり、ガス導入口から吐出したガスが拡散しにくく成膜分布が悪いものとなる。一方、十分なガスの拡散を確保しようとすると、処理空間の容積が大きくなってしまう。また、外周から排気する場合、排気コンダクタンスの設定が難しい。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ガスの拡散を妨げることなく処理空間の容積を小さくすることができ、排気コンダクタンスの設定が容易な成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器内に形成された、基板に成膜処理を行う処理空間と、前記処理空間に、少なくとも第１の処理ガスと、第２の処理ガスと、パージガスとを供給するガス供給部と、前記処理空間を排気する排気部とを具備し、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを前記パージガスによる前記処理空間のパージを挟んで交互に供給して所定の膜を成膜する成膜装置であって、前記ガス供給部は前記処理空間の外周からガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置を提供する。
【０００９】
上記第１の観点において、前記処理容器内に前記載置台と対向して設けられ、下方に開口した前記処理空間を形成するための凹部を有するキャップ部材をさらに具備し、前記載置台により前記凹部の開口を塞ぐことにより処理空間が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の外周部に複数のガス吐出口が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の中央にガス排出孔が形成されている構成とすることができる。
【００１０】
また、前記載置台を昇降させる昇降機構をさらに具備し、前記昇降機構により前記載置台を下降させた状態で前記載置台への基板の受け渡しが行われ、前記昇降機構により前記載置台を上昇させることにより前記キャップ部材の前記開口が塞がれて前記処理空間が形成される構成とすることができる。
【００１１】
さらに、前記排気部は、前記処理空間の外側を囲うように設けられた環状の排気経路と、前記キャップ部材の前記ガス排出孔から排出されたガスを放射状に前記排気経路に導くガス排出流路とを有する構成とすることができる。
【００１２】
さらにまた、前記ガス排出孔に接続されたバッファ室と、前記バッファ室にガスを供給するガスラインとを有し、前記ガスラインから前記バッファ室へのガスの供給を制御して前記バッファ室の圧力を制御することにより、前記処理空間からの排気のコンダクタンスを制御する構成とすることができる。
【００１３】
本発明の第２の観点では、基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器内において基板に成膜処理を行う処理空間と、前記処理空間に成膜処理のための処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理空間を排気する排気部とを具備し、前記ガス供給部は前記処理空間の外周から処理ガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス供給部は処理空間の外周からガスを供給し、ガス排気部は処理空間の中央上部から上方へ排気するので、ガスは分散された状態で均等に基板に供給されることとなり、特別な分散機構を用いることなく分散された状態で基板にガスを供給することができる。また、従来のように処理空間の中央部にガスを分散させる機構が不要である。このように分散性が良い状態でガスを供給することができ、しかもガスを分散させる機構が不要であるため、処理空間の容積を従来よりも著しく小さくすることができ、ガス供給および排気の時間を短くすることができる。このため、高速プロセスの要求に対応することが可能となる。また、ガスの使用量を節約することができる。
【００１５】
また、処理空間の中央上部からガスを排出するため、排気のコンダクタンスをガス排出孔の径や形状により設定することができ、従来のように外周からガスを排出する場合に比べて排気コンダクタンスの設定を容易に行うことができる。また、このように中央上部から排気することにより、成膜による排気コンダクタンスへの影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。
【図２】図１の成膜装置の給排気流路部材とキャップ部材とを示す断面図である。
【図３】図１の成膜装置における給排気流路部材とキャップ部材とを分解して示す斜視図である。
【図４】給排気流路部材を示す底面図である。
【図５】キャップ部材を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の要部を示す断面図である。
【図７】吸着時および反応（還元）時と、パージガスを導入してガスを置換する時の処理空間とバッファ室の差圧の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の他の例の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。ここでは成膜装置としてＴｉ原料ガスと窒化ガスとを用いてＡＬＤによりＴｉＮ膜を成膜する装置を例にとって説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す断面図、図２は図１の成膜装置の給排気流路部材とキャップ部材とを示す断面図、図３は図１の成膜装置における給排気流路部材とキャップ部材とを分解して示す斜視図、図４は給排気流路部材を示す底面図、図５はキャップ部材を示す平面図である。図１に示すように、成膜装置１００は、その中に真空に保持される処理空間Ｓが形成される略円筒状の処理容器１を有している。処理容器１はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
【００１９】
処理容器１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平状態で載置（支持）するための載置台として、例えばＡｌＮのようなセラミックスで構成されたサセプタ２が、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で昇降可能に配置されている。サセプタ２の外縁部には、ウエハＷをガイドするとともに処理空間を規定するための、アルミナ等のセラミックスからなるインナーリング４が設けられている。また、インナーリング４の外周には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるカバーリング１５がインナーリング４に係合するように設けられている。また、サセプタ２にはモリブデン等の高融点金属で構成されたヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度、例えば３５０〜５００℃に加熱する。
【００２０】
処理容器１は、上部に開口を有する下側容器１ａと、下側容器１ａの開口を塞ぐように設けられた円板状の天板１ｂとを有する。天板１ｂの下面の中央部には、サセプタ２よりも大径の円板からなる給排気流路部材１２が取り付けられ、給排気流路部材１２の下面には、給排気流路部材１２とほぼ同径の円板状をなすキャップ部材１３がサセプタ２に対向するように取り付けられている。これら給排気流路部材１２およびキャップ部材１３はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
【００２１】
キャップ部材１３の下面中央部にはサセプタ２よりも僅かに大径の円板状をなす凹部１３ａが形成されている。そして、サセプタ２が図１の実線で示す上昇された処理位置にある状態で、カバーリング１５に凹部１３ａの外周部分１３ｂが接触することにより、凹部１３ａとサセプタ２に囲まれた処理空間Ｓが形成される。このとき、サセプタ２はウエハＷを加熱するためにヒーター５により高温に加熱されているため、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるカバーリング１５への熱影響を緩和するため、インナーリング４をセラミックスで形成している。なお、給排気流路部材１２およびキャップ部材１３の詳細な構造は後述する。
【００２２】
処理容器１の天板１ｂの上方にはガス供給部２０が設けられている。ガス供給部２０は、第１の処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給配管２１と、第２の処理ガスであるＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給配管２２と、キャリアガスおよびパージガスとして機能するＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給配管２３と、これら配管のバルブ類およびマスフローコントローラ等の流量制御器を集合的に配置した集合バルブユニット２４と、集合バルブユニット２４のバルブの操作により選択的に所望のガスを処理空間Ｓに供給するための共通配管２５とを有している。ガス供給の際のバルブ操作の制御はバルブ制御部２６により行われる。共通配管２５は、天板１ｂの中央に設けられたガス導入口２７に接続されている。そして、ガス導入口２７から後述するようにして処理空間Ｓにガスが供給される。
【００２３】
上記給排気流路部材１２およびキャップ部材１３の周囲には、環状の排気経路３０が形成されている。具体的には、排気経路３０は、処理容器１の側壁と天板１ｂとの間に設けられたダクト部材３３と、このダクト部材３３の下部内側に設けられた内側リング部材３４と、給排気流路部材１２およびキャップ部材１３とで囲まれるように形成されている。内側リング部材３４とカバーリング１５との間には、下側容器１ａをパージするパージガスが流れている。これにより、処理空間Ｓの外周が排気経路３０に囲まれた構成となっており、後述するように処理空間Ｓのガスがこの排気経路３０に排出されるようになっている。排気経路３０には排気配管３１が接続されており、この排気配管３１には自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａと排気装置３２が接続されており、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａの開度を制御しつつ排気装置３２を作動させることにより処理空間Ｓ内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００２４】
支持部材３は、処理容器１の下側容器１ａの底面部を貫通し、昇降板４１に支持されている。昇降板４１は昇降機構４２のロッド４２ａに取り付けられ、昇降機構４２により昇降可能となっており、この昇降板４１の昇降により支持部材３を介してサセプタ２が図１の実線で示す処理位置と二点鎖線で示す搬送位置との間で昇降可能となっている。昇降板４１と下側容器１ａとの間にベローズ４３が気密に接合されている。
【００２５】
また、処理容器１内の下側容器１ａの底面部近傍には、ウエハＷをサセプタ２のウエハ載置面に対して昇降させるためのウエハ昇降部４５が設けられている。ウエハ昇降部４５は、下側容器１ａの底面に水平に固定された支持板４６と、支持板４６から上方に延びる３本（図１では２本のみ図示）のウエハ支持ピン４７とを有している。一方、サセプタ２にはウエハ支持ピン４７が挿通される挿通孔２ａが設けられている。そして、サセプタ２が二点鎖線で示す搬送位置に下降された際に、ウエハ支持ピン４７がサセプタ２の挿通孔２ａに挿通され、その上端がサセプタ２のウエハ載置面から突出した状態となり、図示しないウエハ搬送装置によるウエハＷの受け渡しが可能となる。
【００２６】
処理容器１の下側容器１ａの側壁には、ウエハＷの搬入および搬出を行うための搬入出口４８が設けられており、搬入出口４８はゲートバルブ４９により開閉可能となっており、真空搬送室（図示せず）に連通している。搬入出口４８は、サセプタ２が搬送位置にあるときに、搬送装置（図示せず）によるサセプタ２に対するウエハＷの受け渡しを行うことができる位置に形成されている。
【００２７】
次に、処理空間Ｓに対するガス供給および排気のための構造について具体的に説明する。
【００２８】
天板１ｂの中心には、ガス導入口２７から垂直に下方に延び、貫通するようにガス流入孔６１が形成されている（図１参照）。一方、給排気流路部材１２の上面にはガス流入孔６１に対応するようにガス導入口６２が設けられ、給排気流路部材１２の内部には、ガス導入口６２から複数（図では８本）の水平ガス流路６３が水平かつ放射状に外側に向かって延びている（図２、４参照）。そして、これらガス水平ガス流路６３の外端部からキャップ部材１３に向けて垂直下方に延びる垂直ガス流路６４が形成されている。垂直ガス流路６４は給排気流路部材１２の下面に開口している。キャップ部材１３の上面の外周部には、給排気流路部材１２の垂直ガス流路６４に対応するように複数（図では８個）のガス導入路６５が設けられており、また、キャップ部材１３の内部には、環状ガス流路６６が設けられていて（図２、３参照）、ガス導入路６５は環状ガス流路６６に接続されている。また、環状ガス流路６６からキャップ部材１３の凹部１３ａの外周部のウエハＷよりも外側の位置に開口する複数（図では３２個）のガス吐出口６７が均等に設けられている（図２、３、５参照）。したがって、サセプタ２を処理位置に位置させた際に、ガス供給部２０からガス導入口２７を経て導入されたガスは、ガス流入孔６１、ガス導入口６２、水平ガス流路６３、垂直ガス流路６４、ガス導入路６５、環状ガス流路６６、ガス吐出口６７を介して外周部から均等に処理空間Ｓに供給される。
【００２９】
一方、キャップ部材１３の下面中央（凹部１３ａの中央）にはガス排出孔６８が形成されている。したがって、外周上面の複数のガス吐出口６７から処理空間Ｓに供給されたガスが、ウエハＷの上面を経て処理空間Ｓの中央上部のガス排出孔６８から上方に排出される。ガス排出孔６８は逆すり鉢状の下部６８ａと小径の上部６８ｂとを有している。なお、ガス排出孔６８の形状はこれに限らず、単純な円柱状等の他の形状であってもよい。このように、本実施形態では、処理空間Ｓに外周に沿って複数設けられたガス吐出口６７を吐出し、処理空間Ｓの中央上部からガスを排出するようになっている（図２、３、５参照）。
【００３０】
給排気流路部材１２の下面には、複数（図では８本）のガス排出流路７１が放射状に設けられており、これらガス排出流路７１の外周端は、環状の排気径路３０に臨むようになっている。したがって、ガス排出孔６８から排出されたガスは、偏りを生じることなくガス排出流路７１を通って排気経路３０に導かれ、排気装置３２より排気配管３１を介して排出される。
【００３１】
成膜装置１００の各構成部、例えばバルブ制御部２６、昇降機構４２、ヒーター５を加熱するヒーター電源（図示せず）、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａ、排気装置３２、ゲートバルブ４９等は、全体制御部８０により制御される。全体制御部８０は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラと、オペレータが入力操作等を行うキーボードや、成膜装置の稼働状況等を表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェースと、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００に所定の処理を実行させるための処理レシピ等が格納された記憶部とを有している。処理レシピ等は記憶媒体に記憶されおり、記憶部において記憶媒体から読み出して実行される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。レシピ等は、必要に応じてユーザーインターフェースからの指示等にて記憶部から読み出し、コントローラに実行させることで、コントローラの制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３２】
このように構成される成膜装置１００においては、排気装置３２により処理容器１内を減圧状態に維持しつつ、まず、サセプタ２を搬送位置に配置した状態で、ゲートバルブ４９を開けて真空搬送室から搬送装置によりウエハＷをウエハ支持ピン４７の上に受け渡し、搬送装置を退避させてゲートバルブ４９を閉じる。その後、昇降機構４２によりサセプタ２を上昇させ、サセプタ２の外周部分に取り付けられたカバーリング１５をキャップ部材１３の外周部分１３ｂに接触させることで、凹部１３ａとサセプタ２とで形成される処理空間Ｓを形成する。このときサセプタ２に設けられているヒーター５によりウエハＷは所定の温度、例えば３５０〜５００℃に加熱されている。
【００３３】
この状態でガス供給部２０からパージガスとしてのＮ２ガスを流しつつ自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３１ａの開度を制御することにより処理空間Ｓの圧力を制御し、圧力が安定した段階で、ＡＬＤによる成膜を開始する。成膜に際しては、ＴｉＣｌ４ガスを供給してウエハＷ上へのＴｉＣｌ４ガスを吸着させる工程、Ｎ２ガスを供給することにより処理空間Ｓをパージする工程、ＮＨ３ガスを供給してウエハＷ上のＴｉＣｌ４を還元し、極薄いＴｉＮ膜を形成する工程と、Ｎ２ガスを供給することにより処理空間Ｓをパージする工程とを所定回数繰り返す。この際のガスの切替えは、バルブ制御部２６によるバルブの制御により実現される。なお、各工程における処理空間Ｓ内の圧力は、ＴｉＣｌ４ガスを吸着させる工程では例えば２〜４Ｔｏｒｒ、ＮＨ３ガスを供給してＴｉＣｌ４を還元する工程では例えば１０〜１５Ｔｏｒｒ、パージ工程では例えば２〜４Ｔｏｒｒに設定される。
【００３４】
このようにして、パージを挟んでＴｉＣｌ４ガスの供給とＮＨ３ガスの供給とを繰り返すことにより、ウエハＷ上に所定の厚さのＴｉＮ膜が形成される。
【００３５】
この場合に、ガスはキャップ部材１３の処理空間Ｓの外周に均等に設けられた複数のガス吐出口６７から吐出され、処理空間Ｓの中央上部のガス排出孔６８から排出されるため、ガスは分散された状態で均等にウエハＷに供給されることとなり、特別な分散機構を用いることなく分散された状態でウエハにガスを供給することができる。また、ガス吐出口６７はウエハＷの外方かつ上方に設けられているので、ガス流が直接ウエハＷに噴射されるのではなく、ウエハＷの表面に沿って流れ、ウエハＷに対して均一にガスを供給することができる。
【００３６】
このように、本実施形態では本質的に分散性が良い状態でガスを供給することができ、また、従来のように処理空間の中央部にガスを分散させる機構が不要であるため、処理空間Ｓの容積を従来よりも著しく小さくすることができ、ガス供給および排気の時間を短くすることができる。このため、高速プロセスの要求に対応することが可能となる。また、ガスの使用量を節約することができる。
【００３７】
また、処理空間Ｓの中央上部のガス排出孔６８からガスを排出するため、排気のコンダクタンスをガス排出孔６８の径や形状により設定することができ、従来のように外周からガスを排出する場合に比べて排気コンダクタンスの設定を容易に行うことができる。また、このように中央上部から排気することにより、成膜による排気コンダクタンスへの影響を少なくでき、偏りを生じることなく均等に排気することができる。
【００３８】
さらに、処理ガスの吸着および反応（還元）などの効率を高めるためには高圧での処理が必要であり、そのために処理空間を極力閉空間とすることが有利であるが、本実施形態では、サセプタ２を上昇させて、キャップ部材１３に形成された凹部１３ａの開口を塞ぐという、極めて簡単な動作で処理空間Ｓを形成することができ、効率のよい処理を行うことができる。そして、このように狭くかつ閉じられた処理空間Ｓを形成してその中で成膜処理を行うので、処理の効率が高い。しかも、このようにサセプタ２の上方の空間で成膜処理が行われるため、サセプタ２の下方にガスが接触することがなく、サセプタ２の下方の壁部または部材に成膜や腐食が生じることを防止できる。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上記第１の実施形態では、上述したように、排気コンダクタンスの設定は従来よりも容易であるが、一度コンダクタンスを設定したら、処理中にコンダクタンスを制御することはできない。しかし、ＡＬＤの場合、ガスの置換を短時間で行うためには排気コンダクタンスを大きく設定するのが有利であり、処理ガスの吸着および反応（還元）時には圧力を高めるために排気コンダクタンスを小さく設定することが有利である。
【００４０】
そこで、本実施形態では、吸着および反応（還元）時と、ガスの置換時とでコンダクタンスを変化させる。
【００４１】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の要部を示す断面図である。図６において、第１の実施形態の成膜装置と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００４２】
本実施形態では、図６に示すように、キャップ部材１３のガス排出孔６８の周囲にバッファ室９１を設け、バッファ室９１とガス排出孔６８とをガス流路９２で繋ぎ、バッファ室９１に別個のガスライン９３からＮ２ガスまたはＮＨ３ガスを導入するようになっている。
【００４３】
これにより、ガスライン９３からのガスの供給を制御することによりバッファ室９１の圧力を任意に制御することができる。したがって、吸着時および反応（還元）時は、図７の（ａ）に示すように、バッファ室９１と処理空間Ｓとの差圧を小さくしてコンダクタンスを小さくすることにより、処理ガスの封じ込め効果を大きくして高圧処理を可能にし、一方、パージガスを導入してガスを置換する時には、図７の（ｂ）に示すように、バッファ室９１と処理空間Ｓとの差圧を大きくしてコンダクタンスを大きくすることにより、急速排気を可能にすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態のバッファ室を設けてコンダクタンスを制御する手法は、ガス排出孔の位置を問わず可能である。例えば、図８に示す、従来の中心からガスを導入して外周に排気するタイプの成膜装置でも同様に適用可能である。すなわち、図８の成膜装置は、逆すり鉢状の処理空間Ｓ′が形成されるよう構成され、中央上部からガス分散機構を備えたガス導入部材１０１を挿入してガスが供給され、処理空間Ｓ′の外周側に排気ライン１０２を均等に配置して外方の排気経路（図示せず）に排気する構造を有している。そして、排気ライン１０２の途中に環状をなすバッファ室１０３を設け、バッファ室１０３にガスライン１０４を接続し、ガスライン１０４を介してバッファ室１０３にＮ２ガスやＮＨ３ガスを導入して差圧制御を行えるようになっている。このような構成でも、図６の装置と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜をＡＬＤにより成膜する場合について説明したが、本発明の原理上、ガスの種類、膜の材料は何ら限定されず、種々のガスを用いたＡＬＤ成膜に適用することができる。パージガスも処理ガスに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。また、ガスは２種類に限らず、３種類以上のガスのＡＬＤにも適用できることは言うまでもない。また、ＡＬＤ以外の通常のＣＶＤにも適用できる。
【００４６】
また、上記実施形態では、処理空間の外周部の上部のウエハの外方に設けられたガス吐出口からガスを吐出したが、ガス吐出口はウエハの存在する位置に設けられていてもよい。また、複数のガス吐出口を一つの円状に配置したが、二重に配置してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４８】
１；処理容器
２；サセプタ（載置台）
３；支持部材
４；インナーリング
５；ヒーター
１２；給排気流路部材
１３；キャップ部材
１３ａ；凹部
１５；カバーリング
２０；ガス供給部
３０；排気経路
３１；排気配管
３１ａ；自動圧力制御バルブ
３２；排気装置
４２；昇降機構
６７；ガス吐出口
６８；ガス排出孔
７１；ガス排出流路
８０；全体制御部
９１；バッファ室
９２；ガス流路
９３；ガスライン
１００；成膜装置
Ｓ；処理空間
Ｗ；半導体ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
前記処理容器内に形成された、基板に成膜処理を行う処理空間と、
前記処理空間に、少なくとも第１の処理ガスと、第２の処理ガスと、パージガスとを供給するガス供給部と、
前記処理空間を排気する排気部と
を具備し、
前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを前記パージガスによる前記処理空間のパージを挟んで交互に供給して所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記ガス供給部は前記処理空間の外周からガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記処理容器内に前記載置台と対向して設けられ、下方に開口した前記処理空間を形成するための凹部を有するキャップ部材をさらに具備し、前記載置台により前記凹部の開口を塞ぐことにより処理空間が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の外周部に複数のガス吐出口が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の中央にガス排出孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記載置台を昇降させる昇降機構をさらに具備し、前記昇降機構により前記載置台を下降させた状態で前記載置台への基板の受け渡しが行われ、前記昇降機構により前記載置台を上昇させることにより前記キャップ部材の前記開口が塞がれて前記処理空間が形成されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記排気部は、前記処理空間の外側を囲うように設けられた環状の排気経路と、前記キャップ部材の前記ガス排出孔から排出されたガスを放射状に前記排気経路に導くガス排出流路とを有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ガス排出孔に接続されたバッファ室と、前記バッファ室にガスを供給するガスラインとを有し、前記ガスラインから前記バッファ室へのガスの供給を制御して前記バッファ室の圧力を制御することにより、前記処理空間からの排気のコンダクタンスを制御することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
前記処理容器内において基板に成膜処理を行う処理空間と、
前記処理空間に成膜処理のための処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理空間を排気する排気部と
を具備し、
前記ガス供給部は前記処理空間の外周から処理ガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置。
【請求項１】
基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
前記処理容器内に形成された、基板に成膜処理を行う処理空間と、
前記処理空間に、少なくとも第１の処理ガスと、第２の処理ガスと、パージガスとを供給するガス供給部と、
前記処理空間を排気する排気部と
を具備し、
前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを前記パージガスによる前記処理空間のパージを挟んで交互に供給して所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記ガス供給部は前記処理空間の外周からガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記処理容器内に前記載置台と対向して設けられ、下方に開口した前記処理空間を形成するための凹部を有するキャップ部材をさらに具備し、前記載置台により前記凹部の開口を塞ぐことにより処理空間が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の外周部に複数のガス吐出口が形成され、前記キャップ部材の前記凹部の中央にガス排出孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記載置台を昇降させる昇降機構をさらに具備し、前記昇降機構により前記載置台を下降させた状態で前記載置台への基板の受け渡しが行われ、前記昇降機構により前記載置台を上昇させることにより前記キャップ部材の前記開口が塞がれて前記処理空間が形成されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記排気部は、前記処理空間の外側を囲うように設けられた環状の排気経路と、前記キャップ部材の前記ガス排出孔から排出されたガスを放射状に前記排気経路に導くガス排出流路とを有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ガス排出孔に接続されたバッファ室と、前記バッファ室にガスを供給するガスラインとを有し、前記ガスラインから前記バッファ室へのガスの供給を制御して前記バッファ室の圧力を制御することにより、前記処理空間からの排気のコンダクタンスを制御することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
基板を収容し、その中で基板の成膜処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
前記処理容器内において基板に成膜処理を行う処理空間と、
前記処理空間に成膜処理のための処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理空間を排気する排気部と
を具備し、
前記ガス供給部は前記処理空間の外周から処理ガスを供給し、前記排気部は前記処理空間の中央上部から上方へ排気することを特徴とする成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３７０２６（Ｐ２０１２−２３７０２６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５３８１（Ｐ２０１１−１０５３８１）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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