JP2014192501A

JP2014192501A - 成膜装置

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Publication number: JP2014192501A
Application number: JP2013069414A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Kazumura; 有和村; Tomonori Kuwamoto; 朋典桑本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06
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Abstract

【課題】回転テーブルにより公転している基板に対してガスインジェクターから原料ガスを供給するにあたり、当該ガスインジェクターの表面における原料ガスの付着を抑制すること。
【解決手段】原料ガスであるＨｆ系ガスを第１の処理ガスノズル３１からウエハＷ側に吐出するにあたり、当該第１の処理ガスノズル３１の左右両側に、冷媒通流路８７が各々引き回された整流部材８１ａ、８１ｂを夫々配置する。そして、原料ガスの液化温度よりも高く、且つ原料ガスの熱分解温度よりも低い温度の冷媒を冷媒通流路８７に通流させる。そして、整流部材８１ａ、８１ｂを介して、第１の処理ガスノズル３１を冷却する。
【選択図】図６

Description

本発明は、互いに反応する複数の処理ガスを基板に順番に供給して薄膜を成膜する成膜装置に関する。

基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に酸化ハフニウム（Ｈｆ−Ｏ）などの高誘電率膜を成膜する手法として、互いに反応する複数例えば２種類の処理ガスを交互に供給するプロセスが知られている。この手法は、ウエハ上に原子層あるいは分子層を順次積層して薄膜を形成する手法であり、例えばＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法という総称で呼ばれる。酸化ハフニウム膜を成膜する場合には、原料ガス及び酸化ガスとして夫々例えばＴＤＭＡＨ（テトラキスジメチルアミノハフニウム）ガス及びオゾン（Ｏ3）ガスが用いられると共に、成膜温度は例えば２５０℃程度に設定される。ＡＬＤ法により高誘電率膜を成膜する装置としては、ウエハを公転させるための回転テーブルと、回転テーブル上のウエハの移動路に沿って互いに離間して並ぶガスインジェクターとを真空容器内に配置した構成が知られている。

ここで、高誘電率膜が適用されるデバイスによっては、例えばリーク電流を抑えるために不純物をできるだけ少なくすることが求められており、そのためには成膜温度をより高温にすることが得策である。しかしながら、成膜温度を原料ガスの熱分解温度以上に高くすると、ガスインジェクター内部の圧力が真空容器内の圧力よりも高くなる傾向があることからも、原料ガスの熱分解によってガスインジェクターの内壁に分解物が付着してしまう。ガスインジェクターの内壁に分解物が付着すると、成膜処理の途中で剥離してパーティクルの原因となるおそれがある。従って、パーティクルの量を低減するためには、ガスインジェクターのメンテナンス頻度が高くなってしまう。そのため、良質な膜質の高誘電率膜を成膜することと、ガスインジェクター内における付着物の付着を抑制することとは、いわばトレードオフの関係になっており、良質な薄膜を形成しながら付着物の付着を抑えることは極めて困難である。

特許文献１には、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて薄膜の成膜を行うにあたって、インジェクターの表面にて四塩化スズと水蒸気との反応を抑えるために、窒素ガスを当該インジェクターの表面から吐出する技術について記載されている。特許文献２及び特許文献３には、インジェクタヘッドやインジェクターを冷却する技術について記載されている。しかしながら、これら特許文献には、ＡＬＤ法により薄膜の成膜を行う時における原料ガスの熱分解については検討されていない。また、特許文献４には、既述の回転テーブルを備えた装置に整流部材を組み合わせた例について記載されているが、高誘電率膜を成膜する時の課題については記載されていない。

特許第３９５２３４１号特表２００８−５０８７４４特表２００８−５３８２５６特開２０１１−１００９５６

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転テーブルにより公転している基板に対してガスインジェクターから原料ガスを供給するにあたり、当該ガスインジェクターの表面における原料ガスの付着を抑制できる成膜装置を提供することにある。

本発明の成膜装置は、
真空容器内にて基板に薄膜を成膜するための成膜装置において、
基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブル上の基板を加熱するための加熱機構と、
前記基板載置領域に原料ガスを供給するために、前記回転テーブル上の基板の移動路と交差する方向に伸びると共に、前記交差する方向に沿ってガス吐出口が形成されたガスインジェクターと、
前記ガスインジェクターにおける前記回転テーブルの回転方向上流側及び下流側にて当該ガスインジェクターの長さ方向に沿って各々伸びるように配置され、冷媒通流路が形成された整流部材と、
前記冷媒通流路に冷媒を通流させるための冷媒供給ポート及び冷媒排出ポートと、
前記ガスインジェクターに対して前記回転テーブルの周方向に離間した位置に設けられ、原料ガスと反応する反応ガスを前記基板載置領域に供給するための反応ガス供給部と、
前記真空容器内を真空排気する排気口と、を備えたことを特徴とする。

前記成膜装置は、具体的には以下の態様を採っても良い。
即ち、前記整流部材は、前記ガスインジェクターの両側部及び上部を囲むように構成されている態様。基板に対して薄膜の成膜処理を行っている時の前記加熱機構による基板の加熱温度は、原料ガスの熱分解温度以上である態様。前記整流部材における前記ガスインジェクターの下方側には、前記ガスインジェクターのガス吐出口の口径よりも広く、且つ当該ガス吐出口の配列領域と対向するスリット状の隙間が形成されている態様。

前記整流部材は、前記ガスインジェクターの前記ガス吐出口の口径よりも広い隙間が当該ガスインジェクターの上方側に形成された下側部分と、この下側部分に対して着脱自在に設けられ、前記広い隙間を覆う上側部材と、を備えている態様。前記回転テーブルにおける回転中心側の部位には、前記真空容器の天井面から下方側に向かって前記整流部材の先端部に対向するように伸び出す壁面部が設けられ、前記整流部材の先端部には、当該整流部材を前記壁面部により支持するための支持部が設けられている態様。

本発明は、回転テーブルにより公転している基板に対してガスインジェクターから原料ガスを供給するにあたり、当該ガスインジェクターにおける回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側にてガスインジェクターに沿って伸びる整流部材を配置している。そして、整流部材の内部に冷媒を通流させて、当該整流部材を介してガスインジェクターを冷却している。そのため、ガスインジェクターの表面において、原料ガスの熱分解による付着を抑制できる。

本発明の成膜装置の一例を示す縦断面図である。前記成膜装置を示す横断平面図である。前記成膜装置の一部を示す分解斜視図である。前記成膜装置に設置される整流部材を示す縦断面図である。前記整流部材における冷媒の流路を模式的に示す平面図である。原料ガスの温度勾配を模式的に示す概略図である。本発明の作用を示す模式図である。前記整流部材の他の例を示す分解斜視図である。前記他の例における整流部材を示す縦断面図である。前記他の例における冷媒の流路を示す模式図である。前記整流部材の別の例を示す縦断面図である。前記整流部材の更に他の例を示す縦断面図である。前記整流部材の更に別の例を示す分解斜視図である。前記更に別の例における整流部材を示す縦断面図である。前記整流部材の他の例を示す分解斜視図である。前記他の例の整流部材を示す縦断面図である。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の一例について、図１〜図５を参照して説明する。この装置は、図１及び図２に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１と、当該真空容器１内にて鉛直軸周りに回転自在に構成された回転テーブル２と、を備えており、互いに反応する２種類の処理ガスを交互にウエハＷに供給して例えば酸化ハフニウム膜を形成するように構成されている。そして、この成膜装置では、後で詳述するように、原料ガスの熱分解温度以上もの高温にて成膜処理を行いながら、原料ガスを供給するためのガスインジェクターの表面において原料ガスが熱分解することを抑制している。以下に、この成膜装置の具体的構成について詳述する。

真空容器１の天板１１の中心部には、後述の処理領域Ｐ１、Ｐ２を仕切るために、当該真空容器１内に分離ガス（Ｎ2ガス）を通流させる分離ガス供給管５１が接続されている。天板１１の下面側の部位は、この分離ガス供給管５１から窒素ガスが供給される領域を囲むように、下方側に向かってリング状に突出して突出部（壁面部）５をなしている。回転テーブル２の下側には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられており、当該回転テーブル２を介してウエハＷを成膜温度例えば２５０℃〜５００℃の加熱温度に加熱するように構成されている。図１中７ａは、ヒータユニット７と回転テーブル２との間に設けられたカバー部材であり、当該カバー部材７ａの周縁部が回転テーブル２の外周端よりも外側に突き出すように構成されている。

回転テーブル２は、例えば石英などにより構成されており、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されている。この回転テーブル２は、コア部２１の下面に接続された回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。

回転テーブル２の表面部には、図２〜図３に示すように、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための基板載置領域をなす凹部２４が当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる４本のノズル３１、３２、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これらノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁１２から中心部に向かって、回転テーブル２上におけるウエハＷの移動路と交差するように水平且つ直線的に伸びるように各々取り付けられている。そして、各ノズル３１、３２、４１、４２は、真空容器１の内壁面と当該ノズル３１、３２、４１、４２との間に設けられた図示しないＯ−リングなどのシール部材を介して、回転テーブル２に対する高さ位置や傾斜角度を各々調整自在に構成されている。

この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル（ガスインジェクター）３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらガスノズル３１、３２、４１、４２の例えば下面側には、ガス吐出孔３３が各々形成されており、このガス吐出孔３３は、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に配置されている。処理ガスノズル３１、３２は、夫々第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス（反応ガス）供給部をなし、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。

次いで、各ノズル３１、３２、４１、４２から夫々吐出される各ガスの種別について説明する。具体的には、第１の処理ガスノズル３１は、図２に示すように、ガス供給路３４を介して、ハフニウム（Ｈｆ）を含む第１の処理ガス（原料ガス）例えばＴＤＭＡＨガスの供給源（詳しくは加熱された液体原料の貯留された貯留部にキャリアガスを吹き込む構成）３５に接続されている。ガス供給路３４は、図示しないヒータなどの加熱機構によって、当該ガス供給路３４内を通流する原料ガスについて、前記液体原料の液化温度（凝縮温度）より高く、且つ当該液体原料の熱分解温度より低い加熱温度に加熱するように構成されている。この例では、前記加熱温度は、例えば８０℃〜１５０℃に設定されている。第１の処理ガスノズル３１の下方領域は、ウエハＷに第１の処理ガスを吸着させるための第１の処理領域Ｐ１をなす。図２中３６は、ガス供給路３４に介設されたバルブである。

第２の処理ガスノズル３２は、ウエハＷの表面に吸着した第１の処理ガスの成分の反応を行う第２の処理領域Ｐ２を当該ノズル３２の下方側に形成するために、第２の処理ガス例えばオゾン（Ｏ3）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを互いに分離するための分離領域Ｄを形成するために、分離ガスである窒素ガスの供給源（図示せず）に各々接続されている。

続いて、既述の第１の処理ガスノズル３１に係る構成の説明に戻ると、当該第１の処理ガスノズル３１には、当該第１の処理ノズル３１から吐出されるガスを回転テーブル２に沿って通流させるために、概略箱形に形成された整流部材８１がこの第１の処理ガスノズル３２の両端部及び上部を囲むように設けられている。具体的には、この整流部材８１は、平面で見た時に概略扇形状をなすように、回転テーブル２の外周側から中心部側に向かって縮径するように形成されており、下側部材８２とこの下側部材８２の上方側に溶接された上側部材８３とにより構成されている。そして、整流部材８１の下面側には、第１の処理ガスノズル３１を収納するために、回転テーブル２の半径方向に沿って溝部８４が形成されている。この例では、整流部材８１は、第１の処理ガスノズル３１の長さ方向に沿って伸びるように形成されると共に、例えばアルミニウムなどの金属により構成されている。

第１の処理ガスノズル３１から見て回転テーブル２の回転方向上流側の部位及び回転方向下流側の部位における整流部材８１に夫々符号「８１ａ」及び「８１ｂ」を付すと、これら整流部材８１ａ、８１ｂは、図２に示すように、平面で見た時の回転テーブル２の周方向における長さ寸法ｄが互いに揃うように構成されている。これら整流部材８１ａ、８１ｂは、第１の処理ガスノズル３１の先端部に対向する部位（対向部）を介して互いに接続されている。

溝部８４よりも回転テーブル２の回転方向下流側の整流部材８１ｂの外周面における溝部８４寄りの位置には、当該整流部材８１ｂに冷媒を供給するための冷媒供給ポート８５が形成されている。また、溝部８４よりも回転テーブル２の回転方向上流側の整流部材８１ａの外周面における前記上流側の縁部近傍には、前記冷媒を排出するための冷媒排出ポート８６が形成されている。そして、これら整流部材８１ａ、８１ｂには、図４に示すように、冷媒供給ポート８５から供給される冷媒を冷媒排出ポート８６に排出するための冷媒通流路８７が蛇腹状に引き回されている。即ち、この冷媒通流路８７は、下側部材８２の上面及び上側部材８３の下面に夫々溝状の冷媒通流路８７を形成し、これら部材８２、８３の上下面を互いに溶接することにより、ポート８５、８６間で冷媒が通流するように構成されている。

具体的には、冷媒通流路８７は、図５に模式的に示すように、溝部８４よりも回転テーブル２の回転方向下流側の整流部材８１ｂにおける下側部材８２では、冷媒供給ポート８５から回転テーブル２の回転中心に向かって、第１の処理ガスノズル３１に沿うように水平に伸び出している。この冷媒通流路８７の先端側は、第１の処理ガスノズル３１の先端部に近接する位置において手前側の領域に向かって屈曲すると共に、前記手前側の領域において更に前記回転中心に向かって屈曲している。そして、冷媒通流路８７の先端部は、第１の処理ガスノズル３１寄りの位置にて下側部材８２の上面にて開口している。

そして、上側部材８３では、冷媒通流路８７は、平面で見た時に第１の処理ガスノズル３１と交差するように形成されており、一端側が前記整流部材８１ｂにおける冷媒通流路８７の開口端と重なり合う位置において下方側に開口している。上側部材８３における冷媒通流路８７の他端側は、回転テーブル２の外縁寄りの位置において、第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブル２の回転方向上流側にて下方側に開口している。

溝部８４よりも回転テーブル２の回転方向上流側の整流部材８１ａでは、冷媒通流路８７は、上側部材８３における冷媒通流路８７の開口部に対応する位置にて上面側が開口すると共に、前記回転中心側の領域に水平に伸び出して、当該領域にて冷媒排出ポート８６に向かって屈曲している。こうして冷媒通流路８７は、冷媒供給ポート８５から冷媒排出ポート８６に向かって整流部材８１内を引き回されている。従って、これら整流部材８１ａ、８１ｂでは、冷媒供給ポート８５及び冷媒排出ポート８６が共通化されていると言える。

以上説明した冷媒通流路８７は、図２に示すように、チラーなどの温度調整機構を備えた冷媒供給源８８に接続されており、任意の冷却温度に冷却された冷媒がポート８５、８６間にて循環するように構成されている。この例では、冷却温度は、例えばガス供給路３４の加熱温度（原料ガスの液化温度よりも高く、原料ガスの熱分解温度よりも低い温度）と同じ温度となっており、具体的には１５０℃〜２００℃となっている。また、冷媒は、例えばフッ素系熱媒体（ガルデン（登録商標））や純水あるいは窒素ガスなどであり、この例ではフッ素系熱媒体となっている。

真空容器１の側壁面には、図２及び図３に示すように、冷媒供給源８８から各々伸びる冷媒供給管８９ａ及び冷媒排出管８９ｂが気密に取り付けられており、これら供給管８９ａ及び排出管８９ｂは、例えばステンレスなどの金属により各々構成されると共に、夫々各ポート８５、８６に気密に接続されている。具体的には、整流部材８１を真空容器１に取り付けた後、真空容器１の側壁面を介してこれら供給管８９ａ及び排出管８９ｂを各ポート８５、８６に挿入することにより、冷媒供給源８８と冷媒通流路８７とが互いに接続される。尚、既述の図４は、図３におけるＡ−Ａ線にて整流部材８１を切断した縦断面図を示している。

整流部材８１における回転テーブル２の回転中心側の端部は、当該回転中心側に向かって水平に伸び出して、係止部（支持部）９１をなしている。そして、既述の突出部５における係止部９１に対向する部位は、当該係止部９１と係止するように、被係止部９２をなす窪みが形成されており、この被係止部９２によって整流部材８１の先端側が支持されるように構成されている。また、整流部材８１の下面側における回転テーブル２の外縁寄りの位置には、当該下面側から下方側に向かって伸び出す支持部９３が互いに離間するように例えば２箇所に形成されている。そして、整流部材８１の基端側は、支持部９３によって、既述のカバー部材７ａを介して支持されている。

以上説明した整流部材８１における回転テーブル２の回転方向上流側の端部及び回転方向下流側の端部には、図２〜図４に示すように、当該端部から水平方向に向かって各々伸び出す整流板９７が形成されている。整流板９７は、例えばアルミニウムなどの金属によって構成されると共に、各々回転テーブル２の半径方向に亘って形成されている。従って、図４に示すように、回転テーブル２の回転方向上流側から整流部材８１に向かって通流する窒素ガスは、当該整流部材８１の下方領域を避けるように、整流部材８１と天板１１との間の領域を介して排気口６１に排気される。そのため、整流部材８１の下方領域では、窒素ガスによるＨｆ系ガスの希釈が抑制される。尚、図５では、前記整流板９７の描画を省略している。

天板１１の下面側には、平面で見た時に概略扇形状となるように形成された凸状部４が配置されており、既述の分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４の内部に夫々収納されている。従って、既述の分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、各処理ガス同士の混合を阻止するために、凸状部４の下面である低い天井面が配置されていると言える。

回転テーブル２の外周側には、当該回転テーブル２と真空容器１の内壁面との間を塞ぐようにリング状部材１００が配置されており、このリング状部材１００には、既述の図１に示すように、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に夫々対応するように排気口６１、６２が形成されている。第１の排気口６１は、図２に示すように、第１の処理領域Ｐ１と、この第１の処理領域Ｐ１の回転テーブル２の回転方向下流側に位置する分離領域Ｄとの間に設けられている。第２の排気口６２は、第２の処理領域Ｐ２と、この第２の処理領域Ｐ２の回転テーブル２の回転方向下流側に位置する分離領域Ｄとの間に設けられている。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２から夫々伸びる排気管６３には、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５を介して、排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

真空容器１の側壁には、図２に示すように、外部の搬送アーム（図示せず）と回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧにより気密に開閉自在に構成されている。また、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口を介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための昇降ピン（いずれも図示せず）が設けられている。図１中７２、７３は各々真空容器１内に窒素ガスを供給するための供給管であり、１１１及び１１２はコア部２１及び真空容器１の天板１１から夫々垂直に伸び出す壁面部である。

また、この成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられており、この制御部１２０のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを順番に載置する。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を例えば２ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計周りに回転させる。そして、ヒータユニット７によりウエハＷを既述の成膜温度に加熱する。ガス供給路３４については、当該ガス供給路３４内を通流するＨｆ系ガスが液化しないように、また熱分解しないように加熱する。

続いて、整流部材８１に対して既述の冷却温度に温度調整された冷媒を通流させて、整流部材８１や第１の処理ガスノズル３１の温度が落ち着くまでの時間が経過した後、処理ガスノズル３１、３２から夫々Ｈｆ系ガス及びオゾンガスを吐出する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガス（窒素ガス）を所定の流量で真空容器１内に吐出する。そして、圧力調整部６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力（例えば１３３Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ））に調整する。

ここで、ガス供給源３５からＨｆ系ガスが真空容器１に向かって通流するにあたって、当該真空容器１内の成膜温度（ウエハＷの加熱温度）は既述のようにＨｆ系ガスの熱分解温度（例えば２５０℃）よりも高い。従って、整流部材８１に冷媒を通流させていない場合には、Ｈｆ系ガスは、第１の処理ガスノズル３１の基端側に到達した時、あるいは当該ノズル３１内を通流するにつれて、図６に破線にて示すように、急激に昇温していく。そのため、整流部材８１に冷媒を通流させていない場合には、Ｈｆ系ガスがウエハＷに接触する前に、例えば第１の処理ガスノズル３１の表面にて熱分解を起こして付着物が付着してしまう。この場合には、前記付着物がパーティクルの原因となったり、あるいは第１の処理ガスノズル３１のメンテナンス（清掃や交換）を頻繁に行ったりすることになる。

しかしながら、既述のように第１の処理ガスノズル３１における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側には、冷媒通流路８７が埋設された整流部材８１ａ、８１ｂを夫々配置している。そのため、第１の処理ガスノズル３１内を通流するＨｆ系ガスは、図６に実線で示すように、当該ノズル３１内では昇温が抑えられる。具体的には、第１の処理ガスノズル３１内のＨｆ系ガスは、当該Ｈｆ系ガスの液化温度よりも高く、且つ熱分解温度よりも低い温度に維持される。

そのため、第１の処理ガスノズル３１から下方側に吐出されるＨｆ系ガスは、ウエハＷの表面にて急激に熱分解温度を超えるので、ウエハＷの表面には、Ｈｆ系ガスの熱分解により生成した生成物が吸着層として形成される。また、ウエハＷの表面に吸着せずにＨｆ系ガスが上方側の領域に舞い上がったとしても、当該領域には既に説明したように熱分解温度よりも低い温度に冷却された整流部材８１が位置しており、また第１の処理ガスノズル３１もこの整流部材８１により冷却されている。従って、真空容器１内におけるＨｆ系ガスは、整流部材８１や第１の処理ガスノズル３１への付着が抑えられる。また、第１の処理ガスノズル３１の左右両側における整流部材８１ａ、８１ｂによりＨｆ系ガスがウエハＷに沿って通流することからも、Ｈｆ系ガスは、図７に模式的に示すように、当該真空容器１内にて滞留する間に前記ウエハＷあるいは後続のウエハＷの表面に吸着する。

一方、第２の処理領域Ｐ２では、第２の処理ガスノズル３２から供給されるオゾンガスがウエハＷの表面における吸着層に接触して反応（酸化）する。このウエハＷは、既述のようにＨｆ系ガスの熱分解温度以上もの高温に加熱されているので、吸着層とオゾンガスとが反応して反応層が形成されるにあたって、当該反応層には不純物が残りにくい。即ち、吸着層にはＨｆ系ガスに由来する有機物などが残留しているかもしれないが、オゾンガスによりハフニウム元素が反応する時、Ｈｆ系ガスの熱分解温度以上もの高温では、前記有機物との結合が切れやすい。そのため、ウエハＷの表面に形成される反応層は、ハフニウムと酸素とによって構成され、不純物の含有率が低く抑えられる。
こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、各ウエハＷに対して、吸着層の吸着及び当該吸着層の酸化がこの順番で多数回に亘って行われて、反応層（反応生成物）が多層に亘って積層されて薄膜が形成される。

以上の一連のプロセスを行っている間、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に窒素ガスを分離ガスとして供給しているので、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混合しないように各ガスが排気される。また、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、前記パージガスにより排気口６１、６２側へと押し戻される。

上述の実施の形態によれば、第１の処理ガスノズル３１からＨｆ系ガスを真空容器１内に供給するにあたり、当該第１の処理ガスノズル３１を覆うように整流部材８１を配置している。そして、この整流部材８１に冷媒を通流させて、当該整流部材８１を介して第１の処理ガスノズル３１を冷却している。そのため、Ｈｆ系ガスは、第１の処理ガスノズル３１から吐出されるまで、熱分解温度よりも低い温度に保たれる。言い換えると、Ｈｆ系ガスは、第１の処理ガスノズル３１から吐出された後、熱分解温度に向かって加熱され、ウエハＷの表面にて熱分解温度を超える成膜温度に到達する。そのため、ウエハＷをＨｆ系ガスの熱分解温度よりも高い成膜温度に加熱しながら、第１の処理ガスノズル３１の表面におけるＨｆ系ガスの熱分解を抑制できる。従って、第１の処理ガスノズル３１の表面における付着物の付着を抑制できるので、パーティクルの発生を抑えることができると共に、メンテナンスについてもそれほど頻繁に行わずに済む。そのため、パーティクルの発生やメンテナンスの頻度を抑制できることから、成膜温度を更に高めることができると言える。従って、更に不純物の少ない高品質な薄膜を成膜できると共に、薄膜の成膜に使用できるレシピのマージンを増やすことができる。

また、整流部材８１や第１の処理ガスノズル３１の表面における付着物の付着を抑制できることから、Ｈｆ系ガスが無駄に消費されることを抑えていると言える。そのため、Ｈｆ系ガスの使用効率（成膜に寄与する量÷真空容器１内に供給された量）の高効率化を図ることができると共に、Ｈｆ系ガスの供給速度を増やさなくても成膜速度を高めることができる。また、成膜に要する材料コストの低減化を図ることができる。

そして、整流部材８１に供給する冷媒として既述のフッ素系流体や純水などを用いる場合には、当該整流部材８１は数ｋｇもの重量物となるので、片持ちでは支持しにくい。一方、既述のように、整流部材８１における先端側及び基端側に夫々係止部９１及び支持部９３を形成して、当該整流部材８１の長さ方向における一端側及び他端側にて整流部材８１を支持している。そして、前記一端側及び他端側は、以上説明した成膜装置における成膜処理に係る領域に対して離間している。そのため、成膜処理に悪影響を及ぼさずに、あるいは悪影響を抑えながら、整流部材８１を支持できる。言い換えると、整流部材８１は、回転テーブル２によりウエハＷを公転させながら成膜処理を行う成膜装置では、当該成膜処理を妨げずに第１の処理ガスノズル３１を冷却する構成として最適な態様になっている。従って、成膜処理を行っている時に整流部材８１が撓んだり破損したりすることを抑制できると共に、装置構成を簡略化できる。

続いて、整流部材８１の他の例について説明する。図８は、第１の処理ガスノズル３１について、左右両側の整流部材８１ａ、８１ｂの間の隙間領域Ｓを介してウエハＷ側からできるだけ見えないように構成した例を示している。即ち、第１の処理ガスノズル３１の左右両側の整流部材８１ａ、８１ｂについては、既に詳述したように、冷媒通流路８７を通流する冷媒により直接冷却されている。一方、第１の処理ガスノズル３１については、これら整流部材８１ａ、８１ｂにより間接的に冷却されている。言い換えると、第１の処理ガスノズル３１は、ウエハＷからの輻射熱により昇温しようとする時、左右両側の整流部材８１ａ、８１ｂに対して放熱しているので、これら整流部材８１ａ、８１ｂよりも高い温度になりやすい。そのため、第１の処理ガスノズル３１の昇温をなるべく抑えるためには、以下に説明するように、前記輻射熱ができるだけ当該ノズル３１に到達しないように構成することが好ましい。

具体的には、図９に示すように、第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブル２の回転方向上流側における下側部材８２については、回転テーブル２の半径方向に亘って、当該ノズル３１側の下端部がノズル３１よりも下側位置において回転テーブル２の回転方向下流側に向かって水平に伸び出している。また、第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブル２の回転方向下流側における下側部材８２については、回転テーブル２の半径方向に亘って、第１の処理ガスノズル３１側の下端部が当該ノズル３１側に向かってノズル３１よりも下側位置にて水平方向に伸び出している。

冷媒通流路８７については、図１０に示すように、左右両側の整流部材８１ａ、８１ｂでは、上側部材８３を介して互いに接続されることに代えて、第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブル２の回転中心側の部位を介して互いに接続される。上側部材８３については、下側部材８２に対して着脱自在な板状体として構成されている。そのため、下側部材８２には、第１の処理ガスノズル３１の幅寸法よりも広い隙間が形成され、上側部材８３は、この広い隙間を覆うように配置されていると言える。図８及び図９における９４は、下側部材８２に対する上側部材８３の位置を規制するために当該下側部材８２の上端周縁部に周方向に亘って形成された壁面部である。尚、この壁面部９４について、図８では手前側（回転テーブル２の外縁側）の一部を模式的に切り欠いて描画している。

こうして整流部材８１ａ、８１ｂ間の離間寸法（隙間領域Ｓの幅寸法）ｋ１は、第１の処理ガスノズル３１におけるガス吐出孔３３の開口径を「ｋ２」とすると、この開口径ｋ２よりも大きくなっている。この例では、離間寸法ｋ１は、開口径ｋ２の２倍〜４倍となっている。従って、第１の処理ガスノズル３１は、既述の図４に比べてウエハＷ側から見えにくくなっている。即ち、整流部材８１には、第１の処理ガスノズル３１のガス吐出孔３３の配列領域と対向するように、スリット状の隙間が形成されている。そのため、既述の例よりも更に当該ノズル３１の表面に付着物が付着しにくくなる。この例では、前記開口径ｋ２は、例えば０．５ｍｍとなっており、離間寸法ｋ１は、例えば１〜２ｍｍとなっている。

ここで、整流部材８１ａ、８１ｂを互いに近接させると、第１の処理ガスノズル３１から吐出されるＨｆ系ガスは、ウエハＷ側に通流しにくくなるので、上方側に向かって舞い上がろうとする。しかし、第１の処理ガスノズル３１の上方側には上側部材８３を配置しており、Ｈｆ系ガスが上方側に拡散することが抑制されるので、Ｈｆ系ガスは、ウエハＷ側に向かって通流する。

整流部材８１を図８のように構成する場合について、当該整流部材８１及び第１の処理ガスノズル３１の取り付け方法について説明する。具体的には、初めに下側部材８２を回転テーブル２上に設置する。次いで、第１の処理ガスノズル３１を真空容器１内に挿入すると共に、このノズル３１の高さ位置や傾斜角度を調整する。続いて、上側部材８３を下側部材８２に嵌め込む。こうしてウエハＷから第１の処理ガスノズル３１ができるだけ見えないように構成しながら、ノズル３１及び整流部材８１を容易に設置できる。

以上の図８〜図１０のように上側部材８３を下側部材８２に対して着脱自在に構成する場合には、図１１に示すように、第１の処理ガスノズル３１に対向する上側部材８３の下端部及び下側部材８２の上端部を各々円弧状に形成して、ノズル３１に対して整流部材８１をできるだけ近接させることが好ましい。このように整流部材８１を構成した場合には、第１の処理ガスノズル３１の昇温を更に抑制できる。

更に、図１２のように、下側部材８２と上側部材８３とを一体的に構成して、整流部材８１を真空容器１に設置した後、第１の処理ガスノズル３１を当該真空容器１内及び整流部材８１内に挿入するようにしても良い。図１２では、隙間領域Ｓの幅寸法については、既述の図８〜図１０や図１１の例と同様に設定している。

図１３及び図１４は、第１の処理ガスノズル３１と整流部材８１とを同じ材質（例えば石英）により構成すると共に、これらノズル３１と整流部材８１とを一体化した例を示している。即ち、整流部材８１は、中空状に形成されると共に、下面側中央部が回転テーブル２の半径方向に沿ってライン状に開口しており、また下側部材８２における外周側側壁部についても下端側中央部が概略円形に切り欠かれている。また、下側部材８２の下面側開口部９５に対向するように、上側部材８３から下側に向かって伸び出すように壁面部９６が形成されており、この壁面部９６は、整流部材８１における外周側の側壁部から、回転テーブル２の回転中心側の側壁部よりも僅かに前記外周側に離間した位置までに亘って形成されている。

そして、前記開口部９５に下側から第１の処理ガスノズル３１を挿入すると共に、当該ノズル３１に接触する整流部材８１の底面部及び壁面部９６の下端部を各々ノズル３１に溶接する。また、下側部材８２と上側部材８３とについても互いに溶接することにより、既述のようにこれらノズル３１と整流部材８１とが一体化する。供給管８９ａ及び排出管８９ｂについても、ノズル３１や整流部材８１と同じ材質により構成されると共に、整流部材８１に溶接される。

こうして冷媒供給ポート８５から整流部材８１内に冷媒を供給すると、この冷媒は壁面部９６よりも左側（回転テーブル２の回転方向下流側）においてノズル３１の長さ方向に沿って整流部材８１内を通流していく。そして、冷媒は、壁面部９６の奥側の領域を回り込み、ノズル３１よりも右側の領域において冷媒排出ポート８６に向かって通流する。このように整流部材８１を石英により構成することにより、ウエハＷへのメタルコンタミを抑えることができる。
図１３及び図１４のように整流部材８１を概略中空に形成する場合には、図１５及び図１６のように、整流部材８１の下面側に既述の溝部８４を形成して、当該整流部材８１とノズル３１とを互いに離間させるように構成しても良い。尚、図１５及び図１６において、既述の例と同じ部位については同じ符号を付して説明を省略する。

以上の各例では、第１の処理ガスノズル３１の左右両側の整流部材８１ａ、８１ｂにおける冷媒通流路８７を互いに共通化したが、整流部材８１ａ、８１ｂに夫々各ポート８５、８６を個別に形成しても良い。従って、整流部材８１については上側部材８３を設けずに、即ち第１の処理ガスノズル３１の左右両側だけに整流部材８１ａ、８１ｂを配置しても良い。

また、整流部材８１を支持する構成については、整流部材８１における外周側では各々真空容器１の内壁面から伸びる供給管８９ａ及び排出管８９ｂが取り付けられていることから、先端部側だけに係止部９１を設けても良い。第１の処理ガスノズル３１におけるガス吐出孔３３については、当該ノズル３１の下面側に形成することに代えて、例えば回転テーブル２の回転方向上流側を向くように形成して、整流部材８１ａの側面部を経由してウエハＷ側に供給されるように構成しても良い。更に、第１の処理ガスノズル３１におけるガス吐出孔３３としては、当該ノズル３１の長さ方向に沿って伸びるようにスリット状に形成しても良い。また、既述の図２などで説明した整流板９７について、以上述べた図８〜図１６の各例の整流部材８１に適用しても良い。

以上説明した成膜処理を行う時に使用する原料ガス（第１の処理ガス）としては、Ｈｆ系ガスに代えて、例えばＺｒ（ジルコニウム）系ガス、Ｓｒ（ストロンチウム）系ガス、Ａｌ（アルミニウム）系ガスあるいはＳｉ（シリコン）系ガスなどを用いても良い。ウエハＷの加熱温度は、各ガスの熱分解温度以上に設定される。

Ｗウエハ
１真空容器
２回転テーブル
Ｐ１、Ｐ２処理領域
３１、３２、４１、４２ガスノズル
８１整流部材
８２下側部材
８３上側部材
８５冷媒供給ポート
８６冷媒排出ポート

Claims

真空容器内にて基板に薄膜を成膜するための成膜装置において、
基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブル上の基板を加熱するための加熱機構と、
前記基板載置領域に原料ガスを供給するために、前記回転テーブル上の基板の移動路と交差する方向に伸びると共に、前記交差する方向に沿ってガス吐出口が形成されたガスインジェクターと、
前記ガスインジェクターにおける前記回転テーブルの回転方向上流側及び下流側にて当該ガスインジェクターの長さ方向に沿って各々伸びるように配置され、冷媒通流路が形成された整流部材と、
前記冷媒通流路に冷媒を通流させるための冷媒供給ポート及び冷媒排出ポートと、
前記ガスインジェクターに対して前記回転テーブルの周方向に離間した位置に設けられ、原料ガスと反応する反応ガスを前記基板載置領域に供給するための反応ガス供給部と、
前記真空容器内を真空排気する排気口と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記整流部材は、前記ガスインジェクターの両側部及び上部を囲むように構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。
基板に対して薄膜の成膜処理を行っている時の前記加熱機構による基板の加熱温度は、原料ガスの熱分解温度以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
前記整流部材における前記ガスインジェクターの下方側には、前記ガスインジェクターのガス吐出口の口径よりも広く、且つ当該ガス吐出口の配列領域と対向するスリット状の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記整流部材は、前記ガスインジェクターの前記ガス吐出口の口径よりも広い隙間が当該ガスインジェクターの上方側に形成された下側部分と、この下側部分に対して着脱自在に設けられ、前記広い隙間を覆う上側部材と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記回転テーブルにおける回転中心側の部位には、前記真空容器の天井面から下方側に向かって前記整流部材の先端部に対向するように伸び出す壁面部が設けられ、
前記整流部材の先端部には、当該整流部材を前記壁面部により支持するための支持部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。