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JP7224175B2 - 成膜装置及び方法 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜装置及び方法に関する。
基板に対向する面に一様にガス孔が形成されたシャワーヘッドから原料ガスを含むガスを供給し、基板に成膜する成膜装置がある。かかる成膜装置では、シャワーヘッドの中心部近傍ではガスの圧力が高く、また、ガスの外周方向への流速が基板の中心部近傍では小さいため、原料ガスの濃度が基板の中心部近傍で高くなり、基板の中央で膜厚が増加することで、膜の面内均一性が図れない場合がある。
そこで、特許文献１は、基板の外周よりも外側にガスを吹き出し、さらに基板の外周よりも径方向上で外側に設けた排気口からガスを排気する成膜装置を提案する。これによれば、基板の外側から基板の表面に拡散する原料ガスの化学種により基板上に成膜を行うことで膜の面内均一性を改善できる。
特開２００９－２３９１０４号公報
本開示は、膜の面内均一性を向上させるとともに、パーティクルを抑制できる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、内部に真空雰囲気を形成する処理容器と、基板を載置するために前記処理容器内に設けられた加熱手段を有する載置台と、前記載置台に対向する位置に設けられたガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気手段と、を備え、前記ガス吐出機構は、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入口と、前記ガス導入口よりも外側に第１の開口部を有する第１の板状部材と、前記第１の板状部材と前記載置台との間に設けられ、前記第１の開口部から複数のガス孔を通ってプロセス空間に前記処理ガスを供給するシャワープレートと、を含む成膜装置が提供される。
一の側面によれば、膜の面内均一性を向上させるとともに、パーティクルを抑制することができる。
一実施形態に係る成膜装置の処理位置における断面模式図。 一実施形態に係る成膜装置の受け渡し位置における断面模式図。 図１のＩ－Ｉ断面を示す図。 一実施形態に係る成膜装置及び比較例の成膜装置の処理ガスの流れの一例を示す図。 一実施形態に係る成膜装置及び比較例の成膜装置による成膜の実験結果の一例。 一実施形態に係る成膜装置及び比較例の成膜装置による成膜の実験結果の一例。 一実施形態に係る成膜装置のギャップを変更したときの成膜の実験結果の一例。
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
［成膜装置］
まず、本開示の一実施形態に係る成膜装置１の構成例について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る成膜装置１の処理位置における断面模式図である。図２は、一実施形態に係る成膜装置１の受け渡し位置における断面模式図である。図１及び図２に示す成膜装置１は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置であって、例えば、ルテニウムを埋め込むためのルテニウム埋込工程を行う装置である。例えば、ドデカカルボニル三ルテニウムＲｕ３（ＣＯ）１２等のルテニウム含有ガス（原料ガス、前駆体）とＣＯ等のキャリアガスとを含む処理ガスを供給してウエハＷ上にルテニウム膜を成膜する。
成膜装置１は、処理容器１０１を有する。処理容器１０１は、上側に開口を有する有底の容器である。処理容器１０１は、成膜の際に内部が真空雰囲気とされる。処理容器１０１は、内部に、ウエハＷを載置するための載置台１０５と、載置台１０５と対向するように処理容器１０１の上部に設けられ、ウエハＷの表面にガスを供給するためのガス吐出機構１０３と、を備えている。ガス吐出機構１０３は、ガスを導入する空間を画成する。ガス吐出機構１０３の構成については後述する。
支持部材１０２は、ガス吐出機構１０３を支持する。また、支持部材１０２が処理容器１０１の上側の開口を塞ぐことにより、処理容器１０１は密閉され、処理室１０１ｃが形成される。ガス供給部４０は、支持部材１０２を貫通する供給管により形成されたガス導入口１６を介して、ガス吐出機構１０３にルテニウム含有ガス等の原料ガスとＣＯガス等のキャリアガスとを供給する。ガス供給部４０から供給されたルテニウム含有ガスやキャリアガスは、ガス吐出機構１０３から処理室１０１ｃ内へ供給される。尚、ルテニウム含有ガスやキャリアガスは処理ガスの一例である。
載置台１０５は、例えば、窒化アルミニウムや石英などを材料として、扁平な円板状に形成された板部１０５ａを有している。載置台１０５の内部には、ウエハＷを加熱す加熱手段の一例として、ヒータ１０６が埋設されている。ヒータ１０６は、例えば、シート状の抵抗発熱体より構成されている。ヒータ１０６は、処理容器１０１の外部に設けられた電源１２６から電力が供給されて発熱し、載置台１０５の載置面を加熱することにより、成膜に適した所定のプロセス温度までウエハＷを昇温する。ヒータ１０６は、載置台１０５上に載置されたウエハＷを、例えば、１３０～３００℃に加熱する。
また、載置台１０５は、載置台１０５の下面中心部から下方に向けて伸び、処理容器１０１の底部を貫通する支持部材１０５ｂを有する。支持部材１０５ｂの一端は、昇降板１０９を介して昇降機構１１０に支持されている。支持部材１０５ｂ、昇降板１０９及び昇降機構１１０は、載置台１０５が有する昇降可能な駆動機構の一例である。
また、載置台１０５の下部には、温調部材として、温調ジャケット１０８が設けられている。温調ジャケット１０８は、載置台１０５と同程度のサイズの板部１０８ａの上部に形成され、支持部材１０５ｂよりも径の大きい軸部１０８ｂが下部に形成されている。また、温調ジャケット１０８は、中央の上下方向に板部１０８ａおよび軸部１０８ｂを貫通する穴部１０８ｃが形成されている。
温調ジャケット１０８は、穴部１０８ｃに支持部材１０５ｂを収容しており、穴部１０８ｃで支持部材１０５ｂを覆うと共に載置台１０５の裏面全面を覆うように配置されている。
温調ジャケット１０８は、板部１０８ａの内部に冷媒流路１０８ｄが形成され、軸部１０８ｂの内部に２本の冷媒配管１１５ａ，１１５ｂが設けられている。冷媒流路１０８ｄは、一方の端部が一方の冷媒配管１１５ａに接続され、他方の端部が他方の冷媒配管１１５ｂに接続されている。冷媒配管１１５ａ，１１５ｂは、冷媒ユニット１１５に接続されている。
冷媒ユニット１１５は、例えばチラーユニットである。冷媒ユニット１１５は、冷媒の温度が制御可能とされており、所定の温度の冷媒を冷媒配管１１５ａに供給する。冷媒流路１０８ｄには、冷媒ユニット１１５から冷媒配管１１５ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路１０８ｄに供給された冷媒は、冷媒配管１１５ｂを介して冷媒ユニット１１５に戻る。温調ジャケット１０８は、冷媒流路１０８ｄの中に冷媒、例えば、冷却水等を循環させることによって、温度調整が可能とされている。
載置台１０５と温調ジャケット１０８との間には、断熱部材として、断熱リング１０７が配置されている。断熱リング１０７は、例えば、ＳＵＳ３１６、Ａ５０５２、Ｔｉ（チタン）、セラミックなどによって、円盤状に形成されている。
断熱リング１０７は、載置台１０５との間に、温調ジャケット１０８の穴部１０８ｃから縁部まで連通する隙間が全ての周方向に形成されている。例えば、断熱リング１０７は、載置台１０５と対向する上面に複数の突起部が設けられている。
断熱リング１０７には、周方向に間隔を空けて同心円状に複数の突起部が複数、例えば２列形成されている。なお、突起部は、同心円状に少なくとも１列形成されていればよい。
温調ジャケット１０８の軸部１０８ｂは、処理容器１０１の底部を貫通する。温調ジャケット１０８の下端部は、処理容器１０１の下方に配置された昇降板１０９を介して、昇降機構１１０に支持される。処理容器１０１の底部と昇降板１０９との間には、ベローズ１１１が設けられており、昇降板１０９の上下動によっても処理容器１０１内の気密性は保たれる。
昇降機構１１０が昇降板１０９を昇降させることにより、シャワープレート１２と載置台１０５との距離Ｇを制御できる。また、載置台１０５は、ウエハＷの処理が行われる処理位置（図１参照）と、搬入出口１０１ａを介して外部の搬送機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置（図２参照）と、の間を昇降することができる。
昇降ピン１１２は、外部の搬送機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しを行う際、ウエハＷの下面から支持して、載置台１０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。昇降ピン１１２は、軸部と、軸部よりも拡径した頭部と、を有している。載置台１０５及び温調ジャケット１０８の板部１０８ａは、昇降ピン１１２の軸部が挿通する貫通穴が形成されている。また、載置台１０５の載置面側に昇降ピン１１２の頭部を収納する溝部が形成されている。昇降ピン１１２の下方には、当接部材１１３が配置されている。
載置台１０５をウエハＷの処理位置（図１参照）まで移動させた状態において、昇降ピン１１２の頭部は溝部内に収納され、ウエハＷは載置台１０５の載置面に載置される。また、昇降ピン１１２の頭部が溝部に係止され、昇降ピン１１２の軸部は載置台１０５及び温調ジャケット１０８の板部１０８ａを貫通して、昇降ピン１１２の軸部の下端は温調ジャケット１０８の板部１０８ａから突き出ている。一方、載置台１０５をウエハＷの受け渡し位置（図２参照）まで移動させた状態において、昇降ピン１１２の下端が当接部材１１３と当接して、昇降ピン１１２の頭部が載置台１０５の載置面から突出する。これにより、昇降ピン１１２の頭部がウエハＷの下面から支持して、載置台１０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。
環状部材１１４は、載置台１０５の上方に配置されている。載置台１０５をウエハＷの処理位置（図１参照）まで移動させた状態において、環状部材１１４は、ウエハＷの上面外周部と接触し、環状部材１１４の自重によりウエハＷを載置台１０５の載置面に押し付ける。一方、載置台１０５をウエハＷの受け渡し位置（図２参照）まで移動させた状態において、環状部材１１４は、搬入出口１０１ａよりも上方で図示しない係止部によって係止されており、搬送機構（図示せず）によるウエハＷの受け渡しを阻害しないようになっている。
伝熱ガス供給部１１６は、配管１１６ａ、温調ジャケット１０８に形成された流路（図示せず）、載置台１０５に形成された流路（図示せず）を介して、載置台１０５に載置されたウエハＷの裏面と載置台１０５の載置面との間に、例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給する。
パージガス供給部１１７は、配管１１７ａ、載置台１０５の支持部材１０５ｂと温調ジャケット１０８の穴部１０８ｃの間に形成された隙間を通り、載置台１０５と断熱リング１０７の間に形成され径方向外側に向かって延びる流路（図示せず）、載置台１０５の外周部に形成された上下方向の第２の流路（図示せず）を介して、環状部材１１４の下面と載置台１０５の上面との間に、例えばＣＯガス等のパージガスを供給する。これにより、環状部材１１４の下面と載置台１０５の上面との間の空間にプロセスガスが流入することを抑制して、環状部材１１４の下面や載置台１０５の外周部の上面に成膜されることを防止する。
載置台１０５の径方向上の外側には、載置台１０５より上側のプロセス空間１０１ｄを排気する排気口１３が形成されている。載置台１０５は、外周部にカバーリング１０４が係合され、カバーリング１０４に位置決めされた環状部材１１４がウエハＷの周縁部を押圧し、ウエハＷの周縁部を押圧する環状部材１１４の上面とシャワープレート１２の下面との間に形成された排気口１３によって、処理ガスが径方向外側に排気される。排気口１３は、環状部材１１４の上面とシャワープレート１２の外周部に設けられた突起部の下面との間に設けられた開口であり、処理容器１０１の空間と連通する。
処理容器１０１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口１０１ａと、搬入出口１０１ａを開閉するゲートバルブ１１８と、が設けられている。
処理容器１０１の下方の側壁には、排気管１０１ｂを介して、真空ポンプ等を含む排気部１１９が接続される。排気部１１９により処理容器１０１内が排気され、処理室１０１ｃ内が所定の真空雰囲気（例えば、１．３３Ｐａ）に設定、維持される。排気管１０１ｂ及び排気部１１９は、処理容器１０１内を排気する排気手段の一例である。排気手段は、載置台１０５より下方に位置する。
ガス吐出機構１０３の天井部の中央には、ガス導入口１６が設けられている。ガス導入口１６は、ガスライン４３を介してガス供給部４０に接続され、ガス吐出機構１０３内に原料ガスとキャリアガスとを含む処理ガスを導入する。
ガス供給部４０は、流量制御器４１ｆ，４２ｆ及びバルブ４１ｖ，４２ｖを含んでいる。流量制御器４１ｆ，４２ｆの各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。
流量制御器４１ｆの入力にはガスソース４１ｓが接続されている。ガスソース４１ｓは、例えば、原料ガスとして用いられ得るＲｕ３（ＣＯ）１２のソースである。流量制御器４１ｆの出力は、バルブ４１ｖを介してガスライン４３に接続されている。
流量制御器４２ｆの入力にはガスソース４２ｓが接続されている。ガスソース４２ｓは、例えば、キャリアガスとして用いられ得るＣＯガスのソースである。流量制御器４２ｆの出力は、バルブ４２ｖを介してガスライン４３に接続されている。
なお、成膜装置１は、更に図示しないガスソースから希ガスを供給してもよい。ガス供給部４０は、ガスソース４１ｓ，４２ｓからの処理ガスの流量を制御し、流量が制御された処理ガスをガス導入口１６から処理容器１０１の内部に供給する。
成膜装置１は、制御部１２０を更に備え得る。制御部１２０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部１２０は、成膜装置１の各部を制御する。例えば、制御部１２０は、ガス供給部４０、ヒータ１０６、昇降機構１１０、冷媒ユニット１１５、伝熱ガス供給部１１６、パージガス供給部１１７、ゲートバルブ１１８、排気部１１９等を制御することにより、成膜装置１の動作を制御する。
制御部１２０では、入力装置を用いて、オペレータが成膜装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部１２０では、表示装置により、成膜装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、成膜装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従って成膜装置１の各部を制御する。
次に、成膜装置１の動作の一例について説明する。なお、開始時において、処理室１０１ｃ内は、排気部１１９により真空雰囲気となっている。また、載置台１０５は受け渡し位置に移動している。
制御部１２０は、ゲートバルブ１１８を開ける。ここで、外部の搬送機構（図示せず）により、昇降ピン１１２の上にウエハＷが載置される。搬送機構（図示せず）が搬入出口１０１ａから出ると、制御部１２０は、ゲートバルブ１１８を閉じる。
制御部１２０は、昇降機構１１０を制御して載置台１０５を処理位置に移動させる。この際、載置台１０５が上昇することにより、昇降ピン１１２の上に載置されたウエハＷが載置台１０５の載置面に載置される。また、環状部材１１４がウエハＷの上面外周部と接触し、環状部材１１４の自重によりウエハＷを載置台１０５の載置面に押し付ける。これにより、処理室１０１ｃには、載置台１０５より上側のプロセス空間１０１ｄと、載置台１０５より下側の下部空間１０１ｅと、が形成される。
処理位置において、制御部１２０は、ヒータ１０６を動作させるとともに、ガス供給部４０を制御して、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の原料ガスとＣＯのキャリアガスとをガス吐出機構１０３から処理室１０１ｃのプロセス空間１０１ｄ内へ供給させる。これにより、ウエハＷにルテニウム膜が成膜される。処理後のガスは、プロセス空間１０１ｄから環状部材１１４の上面側の排気口１３を通過し、下部空間１０１ｅへと流れて、排気管１０１ｂを介して排気部１１９により排気される。
この際、制御部１２０は、伝熱ガス供給部１１６を制御して、載置台１０５に載置されたウエハＷの裏面と載置台１０５の載置面との間に伝熱ガスを供給する。また、制御部１２０は、パージガス供給部１１７を制御して、環状部材１１４の下面と載置台１０５の上面との間にパージガスを供給する。パージガスは、環状部材１１４の下面側の流路を通過し、下部空間１０１ｅへと流れて、排気管１０１ｂを介して排気部１１９により排気される。
所定の処理が終了すると、制御部１２０は、昇降機構１１０を制御して載置台１０５を受け取り位置に移動させる。この際、載置台１０５が下降することにより、環状部材１１４が図示しない係止部によって係止される。また、昇降ピン１１２の下端が当接部材１１３と当接することにより、昇降ピン１１２の頭部が載置台１０５の載置面から突出し、載置台１０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。
制御部１２０は、ゲートバルブ１１８を開ける。ここで、外部の搬送機構（図示せず）により、昇降ピン１１２の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送機構（図示せず）が搬入出口１０１ａから出ると、制御部１２０は、ゲートバルブ１１８を閉じる。
このように、図１及び図２に示す成膜装置１によれば、ウエハＷに成膜等の所定の処理を行うことができる。
［ガス吐出機構の構成］
次に、ガス吐出機構１０３の構成について説明する。ガス吐出機構１０３内のガス導入口１６と載置台１０５との間には、上から順に第１の板状部材１０、第２の板状部材１１及びシャワープレート１２が設けられている。第１の板状部材１０、第２の板状部材１１及びシャワープレート１２は、いずれも円盤状の部材であり、ガス吐出機構１０３内にて載置台１０５に対向して略平行に水平方向に離隔して設けられる。
第１の板状部材１０は、ガス導入口１６に対向して配置されている。第１の板状部材１０は、ガス導入口１６よりも外側に第１の開口部１０ａを有する。図３は、図１のＩ－Ｉ断面を示す図である。第１の板状部材１０は、中央の円板部材１０ｃと外側の円盤部材１０ｄとの間に周方向に４つの第１の開口部１０ａを有する。中央の円板部材１０ｃと外側の円盤部材１０ｄとは、支持部１０ｂで連結されている。ただし、第１の開口部１０ａの個数及び支持部１０ｂの個数はこれに限られず、２以上であってもよい。
また、中央の円板部材１０ｃは、ガス導入口１６の直径より大きいことが好ましく、例えば、８～３４ｃｍである。中央の円板部材１０ｃの大きさを、ガス導入口１６の直径より大きくすることで、上流からのガスが中央の円板部材１０ｃに当たる割合が多くなり、ガスをうまく拡散することができる。また、上流に含まれる可能性のあるパーティクルを中央の円板部材１０ｃで効率よく補足することができる。
図１に戻り、第２の板状部材１１は、第１の板状部材１０とシャワープレート１２との間に設けられ、中央部に第２の開口部１１ａを有する。第１の開口部１０ａと第２の開口部１１ａとは、平面視で重ならない。
シャワープレート１２は、第１の板状部材１０と載置台１０５との間に設けられ、複数のガス孔１２ａからウエハＷのプロセス空間に処理ガスを供給する。シャワープレート１２が有する複数のガス孔１２ａのうち、最外周のガス孔１２ａは、載置台１０５の上のウエハＷよりも外側に設けられている。最外周のガス孔１２ａが載置台１０５の上のウエハＷよりも外側に設けられていることで、処理ガスを効率的及び／又は、均等に拡散、供給することができる。シャワープレート１２は、ガス吐出機構１０３の内部を載置台１０５側のプロセス空間１０１ｄと、ガス導入口１６側の空間（ガスを導入する空間）とに処理室１０１ｃを仕切る。
[処理ガスの流れ]
次に、図４を参照して、一実施形態の成膜装置１について、比較例の成膜装置と比較しながら処理ガスの流れについて説明する。図４（ａ）は、一実施形態に係る成膜装置１の処理ガスの流れを模式的に示した図である。図４（ｂ）は、比較例に係る成膜装置９の処理ガスの流れを模式的に示した図である。
比較例に係る成膜装置９は、バッフル板１９がガス導入口１６に対向して設けられている。バッフル板１９は、ガス導入口１６よりも外側に開口部１９ａを有する。成膜装置９は、第２の板状部材１１とシャワープレート１２とを有しない。
成膜装置９では、ガス導入口１６から導入された処理ガスは、バッフル板１９と処理容器２の天井面との間を通って外側に流れ、開口部１９ａに通される。そして、ウエハＷの外周よりも外側に処理ガスを吹き出す。さらに、成膜装置９はウエハＷの外周よりも径方向上で外側に設けられた排気口１８から処理ガスを排気する。これによれば、開口部１９ａおよび排気口１８を通って排気される処理ガスは、同時に、プロセス空間Ｕ１内に拡散され、ウエハＷの外側からウエハＷの表面に拡散する原料ガスの化学種によりウエハＷ上に成膜を行うことで膜の面内均一性を改善できる。
比較例に係る成膜装置９に対して、図４（ａ）に示す一実施形態に係る成膜装置１は、さらなる面内均一性の向上とパーティクルの低減が可能な構造となっている。ガス導入口１６から導入する処理ガスには、多数のパーティクルが含まれる。処理ガスは、まず、第１の板状部材１０に当たる。これにより、処理ガス中のパーティクルの一部は第１の板状部材１０の上面に残る。これにより、処理ガス中のパーティクルを低減できる。
処理ガスは、第１の板状部材１０の外側に向けて流れる。その後、処理ガスは、第１の板状部材１０の第１の開口部１０ａを通って、第１の板状部材１０と第２の板状部材１１との間を外側から内側に向かって流れる。
更に、処理ガスは、第２の板状部材１１の中央に設けられた第２の開口部１１ａから下に向かって流れる。第２の板状部材１１の下には、シャワープレート１２が設けられている。処理ガスは、第２の板状部材１１とシャワープレート１２との間を内側から外側に向けて流れながら、シャワープレート１２のいずれかのガス孔１２ａに流れる。これにより、処理ガスがウエハＷの上方にシャワー状に供給される。シャワー状に供給された処理ガスは、ウエハＷの成膜に使用され、載置台１０５の径方向上に外側に設けられた排気口１３から載置台１０５より下側の下部空間１０１ｅを通って外部に排気される。
このように、第１の板状部材１０により処理ガス中のパーティクルを低減し、第２の板状部材１１の中央に設けられた第２の開口部１１ａにより、処理ガスを中央に絞った後、シャワープレート１２上に処理ガスを流す。これにより、多数のガス孔１２ａから載置台１０５側の空間に均等に処理ガスを拡散させることができる。これにより、比較例の成膜装置９と比べてさらに膜の面内均一性を改善できる。
[実験結果]
次に、一実施形態に係る成膜装置１及び比較例に係る成膜装置９を用いた成膜処理の実験結果の一例について、図５を参照しながら説明する。図５の「比較例」は、図４（ｂ）に示す成膜装置９を用いた成膜処理の実験結果の一例を示す。図５の「本実施形態」は、図４（ａ）に示す成膜装置１を用いた成膜処理の実験結果の一例を示す。
本実施形態のφ１２０は、図１に示す第２の板状部材１１の第２の開口部１１ａの直径φを１２０ｍｍにした場合、本実施形態のφ５０は、第２の開口部１１ａの直径φを５０ｍｍにした場合の実験結果の一例である。
なお、図５は、処理ガスとして原料ガスのＲｕ３（ＣＯ）１２ガス及びキャリアガスのＣＯガスの混合ガスをガス導入口１６から１００ｓｃｃｍ導入し、ウエハＷ上にルテニウムの成膜を行ったときの実験結果である。実験では、載置台１０５内のヒータ１０６を用いて載置台１０５の温度を１３５℃、１５５℃、１７５℃に設定した。
図５の実験結果のうち、ウエハＷに形成されたルテニウム膜の膜厚は、１０ｎｍ程度とした。膜厚のＳｉｇｍａ／Ａｖｅ（％）は、ウエハＷ上に概ね均等に点在させた４９のプロットにおける膜厚の、膜厚平均値に対するバラツキの度合い（％）を示す。
膜厚(直径方向)は、ウエハＷ（直径３００ｍｍ）の中心を通る直径方向に測定した膜厚である。膜厚(直径方向)のグラフ中、Ａは載置台１０５を１３５℃に設定したときのウエハＷ直径方向の膜厚を示す。Ｂは載置台１０５を１５５℃に設定したときのウエハＷの直径方向の膜厚を示す。Ｃは載置台１０５を１７５℃に設定したときのウエハＷ直径方向の膜厚を示す。
実験結果によれば、比較例では、載置台１０５の温度が１３５℃及び１５５℃のときに、Ｓｉｇｍａ／Ａｖｅ（以下、「膜厚のバラツキの度合い」という。）は１０．７（％）及び１０．２（％）であった。
これに対して、本実施形態では、第２の開口部１１ａの直径φが１２０ｍｍの場合、載置台１０５の温度が１３５℃及び１５５℃のときに、膜厚のバラツキの度合いは５．５（％）及び５．０（％）であった。また、第２の開口部１１ａの直径φが５０ｍｍの場合、載置台１０５の温度が１３５℃及び１５５℃のときに、膜厚のバラツキの度合いは６．５（％）及び３．７（％）であった。
以上から、本実施形態では、１３５℃および１５５℃の比較的低温の条件では、第２の開口部１１ａの直径φが１２０ｍｍの場合及び５０ｍｍの場合のいずれも、比較例と比べて膜厚のバラツキが半分程度又はそれ以下になり、膜の面内均一性が向上した結果となった。
同一の処理ガスを同一流量で導入したとき、本実施形態に係る成膜装置１では、比較例に係る成膜装置９よりもシャワープレート１２の上部にて処理ガスの流速が高くなる。この影響により、載置台１０５の温度が１３５℃の低温のときには、処理ガスの流速が速いほど成膜レートが下がる。
一方、載置台１０５の温度がそれよりも高温の１５５℃、１７５℃になると、温度の影響により処理ガスの流速が速いほど成膜レートが上がることがわかった。その理由の一つとしては、シャワープレート１２を設けることで、処理ガスをウエハＷ上に均一に供給することができるため、載置台１０５の温度が１５５℃以上と高い場合には処理ガスの成膜利用効率を高めることができたことが挙げられる。
また、シャワープレート１２を設けることで、処理室１０１ｃの内部をガス導入口１６側の空間とプロセス空間１０１ｄとに仕切る。これにより、ガス導入口１６側の空間と処理室１０１ｃとの間に差圧が生じる。これによって、ウエハＷ上に処理ガスを均一に供給することができる。
図５の膜厚のグラフに示すように、載置台１０５を１３５℃及び１５５℃に設定したときの直径方向の膜厚を示すＡ及びＢにおいて、成膜装置１では第２の開口部１１ａの直径φが１２０ｍｍ及び５０ｍｍの場合のいずれも面内均一性が図れていることが確認できた。
また、膜厚のグラフから、第２の開口部１１ａの直径φは、載置台１０５の温度によって最適なサイズが変化することがわかった。例えば、載置台１０５の温度が１３５℃又は１５５℃のときには、第２の開口部１１ａの直径φのサイズにより処理ガスの流れが変化することが膜の面内均一性に与える影響は少ない。これに対して、載置台１０５の温度が１７５℃のとき、第２の開口部１１ａの直径φのサイズにより処理ガスの流れが変化することが膜の面内均一性に与える影響は大きくなる。具体的には、直径φが５０ｍｍの場合には、直径φが１２０ｍｍの場合よりもウエハＷの中央にて外周よりも成膜レートが高くなり、ウエハＷの中央部にて周縁部よりも膜厚が厚くなる。よって、第２の開口部１１ａの直径は、５～３１ｃｍであることが好ましい。
このように第２の開口部１１ａの開口径により膜厚分布を変化させることができることがわかった。以上から、第２の板状部材１１は、処理ガスをシャワープレート１２に供給する直前に中央に集め、面内均一性のパラメータの１つとなるため、第１の板状部材１０とシャワープレート１２とともに配置されることが好ましいことがわかった。ただし、第１の板状部材１０とシャワープレート１２とを配置すれば、第２の板状部材１１は配置しなくてもよい。
図６は、本実施形態に係る成膜装置１及び比較例に係る成膜装置９を用いた成膜処理の実験結果として、パーティクルの発生結果の一例を示す図である。Ｄは比較例に係る成膜装置９を用いたときのパーティクルの発生結果を示し、Ｅ、Ｆは本実施形態に係る成膜装置１を用いたときのパーティクルの発生結果を示す。Ｅは第２の開口部１１ａの直径φを１２０ｍｍに設計した場合であり、Ｆは第２の開口部１１ａの直径φを５０ｍｍに設計した場合である。
なお、図６の実験結果は、図５の実験結果を得るための成膜条件と同じ条件で成膜を実行して得られた結果であり、載置台１０５内のヒータ１０６を用いて載置台１０５の温度を１３５℃、１５５℃、１７５℃に設定した。また、図６の実験結果は、載置台１０５の温度を１３５℃に制御したときの比較例Ｄに示す成膜装置９を用いたときのパーティクルを「１」としたときに、これに対応するパーティクルの割合を示す。
これによれば、載置台１０５の温度を１３５℃、１５５℃、１７５℃に設定した場合、本実施形態Ｅ、Ｆに示す成膜装置１を用いたときのパーティクルの発生は、比較例Ｄに示す成膜装置９を用いたときのパーティクルの発生に対して約１／３以下に低減された。
以上から、本実施形態に係る成膜装置１によれば、ウエハＷに形成される膜の面内均一性を向上させ、かつ、パーティクルの発生を抑制し、スループットを向上させることができる。
[変形例]
本実施形態に係る成膜装置１では、シャワープレート１２と載置台１０５との距離Ｇ（図１参照）を制御できる。例えば、図５及び図６の実験結果は、シャワープレート１２と載置台１０５との距離Ｇを４０ｍｍ程度に制御したときの結果であった。
これに対して、本変形例では、成膜装置１のシャワープレート１２と載置台１０５との距離Ｇを２０ｍｍ程度に制御した。第２の開口部１１ａの直径φは１２０ｍｍのものを使用し、この場合の膜厚(直径方向)のグラフの一例を図７に示す。
図７の本変形例（φ１２０ｍｍ：距離Ｇが２０ｍｍ程度の場合）のグラフと、第２の開口部１１ａの直径φが同じ大きさの本実施形態（φ１２０ｍｍ：距離Ｇが４０ｍｍ程度の場合））のグラフとを比較した。この結果、載置台１０５の温度を１３５℃、１５５℃に制御した場合、距離Ｇを２０ｍｍに制御したときには距離Ｇを４０ｍｍに制御したときよりも膜の面内均一性は低くなった。これは、シャワープレート１２と載置台１０５との距離Ｇを２０ｍｍ程度に短くしたことによって、距離Ｇが４０ｍｍ程度のときと比べてウエハＷ上の中央にて処理ガスの速度が高くなり、ウエハＷの中央にて成膜レートが下がったことが一因として考えられる。
ただし、載置台１０５の温度を１７５℃に制御した場合には、距離Ｇを２０ｍｍ程度に制御したときの方が距離Ｇを４０ｍｍ程度に制御したときと比較して、膜の面内均一性は良好であった。
以上から、成膜装置１のシャワープレート１２と載置台１０５との距離Ｇを制御することによっても膜の面内均一性を制御できることがわかった。
本実施形態及びその変形例によれば、載置台１０５の温度によって、膜の面内均一性に与える処理ガスの流れの影響が変わることがわかった。そして、載置台１０５の温度が１３５℃～１５５℃の比較的低温条件においては、第２の開口部１１ａの直径φが１２０ｍｍ及び５０ｍｍのいずれにおいても、膜の面内均一性、パーティクルの発生状態を総合的にみて良好な結果であるとの結論を得た。
また、載置台１０５の温度が１３５℃～１５５℃の比較的低温条件では、第２の開口部１１ａの直径φが１２０ｍｍ及び５０ｍｍのいずれにおいても膜厚のバラツキが小さく面内均一性がより向上することがわかった。
更に、載置台１０５の温度と、第２の開口部１１ａおよび載置台１０５とシャワープレート１２の距離Ｇを制御することで、膜の面内均一性を制御性高くコントロールできることがわかった。
今回開示された一実施形態に係る成膜装置及び方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示の成膜装置１は、ＣＶＤ装置であるものとして説明したが、これに限られるものではなく、プラズマ処理装置であってもよい。また、プラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプの成膜装置でも適用可能である。
本明細書では、基板の一例としてウエハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、ＦＰＤ（Flat Panel Display）に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。
１ 成膜装置
１０ 第１の板状部材
１０ａ 第１の開口部
１１ 第２の板状部材
１１ａ 第２の開口部
１２ シャワープレート
１２ａ ガス孔
１３ 排気口
１６ ガス導入口
４０ ガス供給部
１０１ 処理容器
１０１ｃ 処理室
１０１ｄ プロセス空間
１０３ ガス吐出機構
１０５ 載置台
１０６ ヒータ
１２０ 制御部

Claims (11)

  1. 内部に真空雰囲気を形成する処理容器と、
    基板を載置するために前記処理容器内に設けられた加熱手段を有する載置台と、
    前記載置台に対向する位置に設けられたガス吐出機構と、
    前記処理容器内を排気する排気手段と、を備え、
    前記ガス吐出機構は、
    前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入口と、
    中央部に円板部材を有し、前記ガス導入口及び前記円板部材よりも外側に第１の開口部を有する第１の板状部材と、
    前記第１の板状部材と前記載置台との間に設けられ、前記第１の開口部から複数のガス孔を通ってプロセス空間に前記処理ガスを供給するシャワープレートと、
    前記第１の板状部材と前記シャワープレートとの間に設けられ、中央部に一つの第２の開口部を有する第２の板状部材と、を有し、
    前記第１の開口部と前記第２の開口部とは、平面視で重ならず、
    前記円板部材の直径は、８～３４ｃｍであり、
    前記第２の開口部の直径は、５～３１ｃｍである、成膜装置。
  2. 前記載置台は、外周部にカバーリングが係合され、前記シャワープレートの下面と該カバーリングの上面との間に形成された排気口によって、前記処理ガスが径方向外側に排気される、
    請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記シャワープレートが有する複数のガス孔のうち、最外周のガス孔は、前記載置台の上の基板よりも外側に設けられている、
    請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記第１の板状部材は、
    円周方向に複数の前記第１の開口部を有する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  5. 前記第１の板状部材は、前記円板部材を支持する複数の支持部を有し、前記ガス導入口に対向する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記円板部材は、前記ガス導入口の直径より大きい、
    請求項５に記載の成膜装置。
  7. 前記シャワープレートは、前記処理容器内の空間を前記ガス導入口の側の空間と、前記プロセス空間と、に仕切る、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  8. 前記排気手段は、前記載置台より下方に位置する、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の成膜装置。
  9. 前記載置台は、昇降可能な駆動機構を有し、前記シャワープレートとの距離を制御可能である、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の成膜装置。
  10. 前記載置台の駆動機構と、前記載置台の加熱手段と、前記処理ガスの供給と、前記排気手段とを制御する制御部を有する、
    請求項９に記載の成膜装置。
  11. 請求項１～１０の何れか一項に記載の成膜装置を用いて、処理容器内の基板に対して成膜処理を行う成膜処理方法において、ルテニウム含有前駆体とキャリアガスを供給して前記基板の上にルテニウム膜を成膜する、方法。
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