JP6056403B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、処理容器内の基板に対して反応ガスを供給して成膜処理を行う成膜装置に関する。
基板である例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に膜を成膜する手法として、ウエハの表面で反応ガスを反応させて堆積物を堆積させるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、互いに反応する複数種類の反応ガスをウエハに対して順番に供給してこれらのガスをウエハの表面に吸着させながら堆積物を堆積させるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＬＤ（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（以下、これらを総合してＡＬＤ法と称する）などと呼ばれる方法が知られている。
ＣＶＤ法やＡＬＤ法に利用される種々の反応ガスのなかには、部材間の隙間に進入しやすいものがありウエハとその載置台との隙間に入り込んで、ウエハの側面や裏面にまで成膜が行われてしまう場合がある。これらの領域に成膜が行われると、ウエハを搬送する搬送アームとの接触などによりパーティクルが発生し、ウエハの汚染源となってしまう場合がある。
例えば引用文献１には、載置台上のウエハ周縁部を上面側から円環状のクランプリングで覆い、成膜処理が行われるエリアを制限する技術が記載されている。一方で本発明者は、部材の隙間に進入する能力（浸透性）が高く、クランプリングを接触させただけでは、ウエハの裏面への成膜を抑えることが困難な反応ガスが存在することを見出した。しかしながら引用文献１には、このような浸透性の高い反応ガスのウエハの裏面への回り込む手法は記載されていない。
特開２０１０−２２５７４０号公報：請求項１、段落００１６、図１
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、基板の裏面への反応ガスの回り込みを抑えることが可能な成膜装置を提供することにある。
本発明に係る一の成膜装置は、真空雰囲気である処理容器内の基板に対して反応ガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
基板を載置するために前記処理容器内に設けられ、成膜処理が行われる処理位置と、この処理位置の下方側であって、外部との間で基板の受け渡しが行われる受け渡し位置との間で昇降自在に構成された載置台と、
前記処理位置の載置台を囲み、前記処理容器の内部を、前記反応ガスが供給される上部側の処理空間と、下部側の空間とに分ける囲み部材と、
前記処理空間側から前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
前記載置台が受け渡し位置にあるときには前記囲み部材の上面に載置されると共に、当該載置台が処理位置に上昇したときにはその内縁部が前記載置台上の基板の周縁部に全周に亘って当接して前記囲み部材の上面から持ち上げられ、基板の裏面側への反応ガスの回り込みを防止するためのクランプリングと、
前記囲み部材の上面に載置される領域を含むクランプリングの下面から下方側に向けて伸び出すと共に、当該クランプリングの周方向に沿って筒状に形成され、前記載置台の外周面と、前記囲み部材の内周面との間に位置する筒状壁部と、を備え、
前記クランプリングの下面にて、前記筒状壁部は、当該クランプリングが囲み部材の上面から持ち上げられたとき、前記囲み部材の上面とクランプリングの下面との間に横向きの隙間が形成され、且つ、前記囲み部材の内周面と筒状壁部の外周面との間に、前記囲み部材−クランプリング間の横向きの隙間と連通する縦向きの隙間が形成されると共に、前記内縁部が基板の周縁部に当接する位置よりも外側のクランプリングの下面と、前記載置台の上面との間に横向きの隙間が形成され、且つ、前記載置台の外周面と筒状壁部の内周面との間に、前記クランプリング−載置台間の横向きの隙間と連通する縦向きの隙間が形成される位置に設けられていることを特徴とする。
前記一の成膜装置は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記囲み部材、クランプリング及び筒状壁部の間の隙間を介し、前記下部側の空間から処理空間へ向けて流れるパージガスの流れを形成するために、当該下部側の空間にパージガスを供給するパージガス供給部を備えること。
（ｂ）前記クランプリングは、前記筒状壁部を外周側から周方向に囲むように筒状に形成された一または複数の外筒壁部を備え、前記囲み部材には、前記外筒壁部が挿入される溝部が形成されていること。



また、他の発明に係る成膜装置は、真空雰囲気である処理容器内の基板に対して反応ガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
基板を載置するために前記処理容器内に設けられ、成膜処理が行われる処理位置と、この処理位置の下方側であって、外部との間で基板の受け渡しが行われる受け渡し位置との間で昇降自在に構成された載置台と、
前記処理位置の載置台を囲み、前記処理容器の内部を、前記反応ガスが供給される上部側の処理空間と、下部側の空間とに分ける囲み部材と、
前記処理空間側から前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
前記下部側の空間にパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記載置台が受け渡し位置にあるときには前記囲み部材の上面に載置されると共に、当該載置台が処理位置に上昇したときにはその内縁部が前記載置台上の基板の周縁部に全周に亘って当接して前記囲み部材の上面から持ち上げられ、基板の裏面側への反応ガスの回り込みを防止するためのクランプリングと、
前記処理位置にある載置台の上面と前記クランプリングの下面との間に伸び出すように前記囲み部材に設けられ、前記パージガス供給部から供給されたパージガスが前記載置台上の基板の側方を通過して処理空間へと流れ込むように、パージガスの流れを案内する案内部と、を備えることを特徴とする。
さらに上述の各成膜装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ｃ）前記反応ガスにより成膜される膜は、ルテニウム若しくはニッケルの金属膜、またはＲｕＯ ２ 、ＲｕＯ ４ 、ＮｉＯ、Ｎｉ ２ Ｏ ３ 、ＮｉＯ ２ からなる群から選択される酸化物の酸化物膜であり、前記膜を酸化雰囲気に晒して少なくとも当該膜の表面に前記酸化物を形成し、その後、当該酸化物を還元する処理を含む後段の処理により粉化してパーティクルを発生する膜であること。
（ｄ）前記載置台は、基板を加熱するための基板加熱部を備え、前記囲み部材は、前記載置台により持ち上げられたクランプリングの熱膨張を抑えるために、囲み部材の上面に載置されたクランプリングを予め加熱する予熱部を備えること。
本発明は、載置台上に載置された基板の周縁部の全周に亘って当接する内縁部を備えたクランプリングを用い、載置台によってこのクランプリングを持ち上げることによりクランプリングを基板に密着させるので、当該基板の裏面への反応ガスの回り込みが抑えられる。
そして、一の発明は、前記クランプリングから下方側向けて伸び出す筒状の筒状壁部が設けられ、載置台とこの載置台を囲む囲み部材との間にこの筒状壁部が位置している。このため、クランプリングの下面側を介した反応ガスの進入を阻み、基板の裏面への反応ガスの回り込みを抑えることができる。
また他の発明は、載置台の下方側からパージガスを供給すると共に、載置台と、クランプリングとの間に伸び出すように案内部を設けることにより、前記載置台上の基板の側方を通過するパージガスの流れを形成している。このため、クランプリングと囲み部材との隙間に進入した反応ガスを押し戻すと共に、基板の裏面近傍に反応ガスが滞留しにくくなり、これらの相乗効果により基板の裏面への反応ガスの回り込みを抑えることができる。
基板の裏面に成膜された膜が粉化する過程を説明するための模式図である。 実施の形態に係わる成膜装置の縦断側面図である。 前記成膜装置に設けられているガスシャワーヘッドの縦断側面図である。 前記成膜装置に設けられているクランプリング及びインナーリングの構成を示す拡大縦断面図である。 前記成膜装置の作用を示す第１の説明図である。 前記成膜装置の作用を示す第２の説明図である。 前記成膜装置の作用を示す第３の説明図である。 前記クランプリング及びインナーリングの作用を示す説明図である。 前記クランプリングの作用、効果を説明するための模式図である。 前記クランプリングの変形例を示す拡大縦断面図である。 第２の実施の形態に関わる成膜装置の縦断面図である。 図１１の成膜装置に設けられているクランプリング及びインナーリングの構成を示す拡大縦断面図である。 図１２のクランプリング及びインナーリングの作用を示す説明図である。 比較例に係るウエハの裏面側の成膜状態を示す模式図である。
本発明の実施の形態に関わる成膜装置の具体的な構成を説明する前に、部材間の隙間への浸透性の高い反応ガスと、この反応ガスを用いた場合の問題点について説明する。
発明者は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の金属膜、またはこれらの酸化物（ＲｕＯ２、ＲｕＯ４、ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ２等）の酸化物膜を成膜する際の金属ソースとして利用される反応ガスにおいて、部材間の浸透性が高いものがあることを見出した。これらの膜は、半導体装置の電極や絶縁膜などとして用いられる。
これらの反応ガスは、従来法のようにクランプリングを接触させただけではウエハＷの裏面側への周り込みを抑制する効果が十分でなく、図１（ａ）に示すようにウエハＷの側面や裏面に膜１０１が成膜されてしまう場合がある。
特に、ＲｕやＮｉの金属膜やその酸化膜に対しては、成膜後の後段の処理にて、例えば酸素雰囲気下で膜１０１の表面にパッシベーション膜１０２を成膜し（図１（ｂ））、次いで水素ガス雰囲気などの還元雰囲気下で加熱処理などを行うことがある（図１（ｃ））。このとき、パッシベーション膜１０２が形成されないウエハＷの側面や裏面に形成された膜１０１は、酸素雰囲気に晒されることにより、少なくともその表面に酸化物が形成され、次いで還元雰囲気に晒されることによりこの酸化物が還元されて金属になる。このように還元されて生成した金属は、特に粉化しやすく、搬送アームなどと接触して汚染源となるおそれが高い。
そこで、本発明者は、ウエハＷの裏面への反応ガスの回り込みを抑える効果が従来よりも高いクランプリング５を備える成膜装置を開発した。以下、Ｒｕの酸化膜を成膜する例を挙げて、実施の形態に関わる成膜装置について説明する。
本例の成膜装置は、Ｒｕを含む反応ガス（以下、Ｒｕソースという）と、酸化ガスである酸素ガスとを反応させて、ＡＬＤ法により、例えば直径３００ｍｍのウエハ表面に酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）の薄膜を成膜する。
図２の縦断面図に示すように、この成膜装置は、内部に真空雰囲気が形成される処理容器２と、当該処理容器２内に設けられ、ウエハＷを載置するための載置台３と、この載置台３と対向するように処理容器２の上部に設けられ、ウエハＷ表面に処理ガスを供給するためのガスシャワーヘッド４と、を備えている。
載置台３は、ウエハＷを支持するステージ３１と、このステージ３１を覆うステージカバー３２と、から構成されており、ステージ３１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ている。ステージ３１の内部には、載置台３の載置面を加熱することにより、ウエハＷを成膜温度まで昇温するための基板加熱部であるステージヒーター３３が埋設されている。このステージヒーター３３は、例えばシート状の抵抗発熱体より構成されていて、不図示の電源部から電力を供給することにより載置台３上に載置されたウエハＷを例えば２５０℃に加熱することができる。またステージ３１内には図示しない静電チャックが設けられており、載置台３上に載置されたウエハＷを静電吸着して固定することができる。なお、図２、図１１以外の図では、ステージヒーター３３の記載は省略してある。
ステージ３１と共に載置台３を構成するステージカバー３２は、ステージ３１の上面及び側面を覆うことにより、反応生成物や反応副生成物といった反応物のステージ３１表面への堆積を防止する。ステージカバー３２は例えば石英製の着脱自在なカバー部材（デポシールドなどと呼ばれている）として構成されており、その上面側の中央領域には、ウエハＷよりやや大きな径を有する円形の凹部が形成されていて、当該ステージカバー３２上の載置面に載置されるウエハＷの位置決めを行うことができる。
載置台３は、柱状の支持部材３４によって例えばステージ３１の下面側中央部を支持されており、当該支持部材３４は昇降機構６９によって昇降されるように構成されている。そしてこの支持部材３４を昇降させることにより載置台３は、外部のウエハ搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置と、ウエハＷの処理が行われる処理位置と、の間を昇降することができる。
図２に示すように支持部材３４は、処理容器２の底面部、詳しくは後述の下側容器２２の底面部を貫通し、既述の昇降機構６９によって昇降される昇降板２３に接続されていると共に、この昇降板２３と下側容器２２との間はベローズ２４によって気密に接合されている。
また載置台３は、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを載置台３の載置面より昇降させるための例えば３本の昇降ピン３５を備えている。これらの昇降ピン３５は、例えば図２に示すように載置台３をウエハＷの処理位置まで移動させた状態で、各昇降ピン３５の扁平な頭部がステージ３１の上面にて係止され、その下端部がステージ３１の底面から飛び出すように、ステージ３１を上下方向に貫通している。
ステージ３１を貫通した各昇降ピン３５の下方側には、リング状の昇降部材３６が設けられていて、載置台３をウエハＷの受け渡し位置まで降下させた状態で昇降部材３６を昇降させ、各昇降ピン３５を押し上げたり降下させたりすることにより、これら昇降ピン３５に支持されたウエハＷを載置台３の載置面より昇降させることができる（図５参照）。
ここでステージカバー３２の上面側における、既述の昇降ピン３５が貫通している位置には、昇降ピン３５の頭部を格納するための開口部が設けられている。このため、図２に示すようにウエハＷの処理位置まで載置台３を移動させた状態では、昇降ピン３５の頭部が開口部内に収容され、載置台３の上面に平坦なウエハＷの載置面が形成される。さらに当該ステージカバー３２の側壁部は、ステージ３１の下方側まで延伸されていて、ステージ３１の下方領域を側面から取り囲むスカート部３２１を形成している。
次に処理容器２の構成について説明する。処理容器２は、扁平な椀形の下側容器２２の上に環状に形成された排気ダクト２１を積み重ねた構成となっている。下側容器２２は、例えばアルミニウムなどにより構成され、その底面には貫通孔２２１が設けられていて、既述したステージ３１の支持部材３４を貫通させる。また当該貫通孔２２１の周囲には、例えば４箇所にパージガス供給路２２２が設けられていて、パージガス供給源６６から供給された窒素ガスなどのパージガスを載置台３下方側の空間（後述のボトムエリア２０）に供給することができる。パージガス供給路２２２やパージガス供給源６６は、本例のパージガス供給部に相当する。
下側容器２２の側壁部２２３には、外部のウエハ搬送機構によりウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２８が設けられており、この搬入出口２８はゲートバルブ２８１によって開閉される。
排気ダクト２１は、例えばアルミニウム製の角状のダクトを湾曲させて形成された環状体として構成されており、下側容器２２の上に積み重ねられて処理容器２を構成している。当該排気ダクト２１の内周側の面は、載置台３の上方側の領域へ向けて開口している。当該排気ダクト２１の外壁面には排気管２９が接続されていて、当該排気管２９に接続された真空ポンプ６７を利用して、処理容器２内の真空排気を行うことができる。これら排気管２９や真空ポンプ６７は、本例の排気部に相当する。
さらに処理容器２には、処理位置の載置台３を囲み、処理容器２の内部を上部側の処理空間４０と下部側の空間であるボトムエリア２０とに分ける囲み部材であるインナーリング２６が設けられている。このインナーリング２６は、例えばアルミニウムにより形成されたリング状部材であって、下側容器２２の側壁部２２３の内壁面と、載置台３の側周面との間に装填できる形状に形成されている。インナーリング２６の上面外周部には、当該外側へ向けて広がるようにフランジ部２６３が設けられており、インナーリング２６は、前記排気ダクト２１にこのフランジ部２６３を係止させた状態で処理容器２内に配置されている。また、インナーリング２６は例えば石英製のリングカバーによりその上面側を覆ってもよい。
次にガスシャワーヘッド４の構成について説明する。図３に示すようにガスシャワーヘッド４は、扁平なリング状の側壁部４２と、この側壁部４２を上下から覆う天板４３及び底板４１とによって囲まれる空間内に円板状の隔壁部４４を設けて、当該空間を上部空間４５と下部空間４６とに上下に区画した構造となっている。
下部空間４６は、上部空間４５を貫通するＲｕソース供給路４８０を介してＲｕソース供給管４８１に接続されており、Ｒｕソース供給管４８１の上流側には、Ｒｕソースを貯留する原料タンクや気化器、流量調節部などを備えたＲｕソース供給部４０１が設けられている。また、Ｒｕソース供給路４８０は、不図示のパージガス供給部にも接続されており、窒素ガスなどのパージガスを下部空間４６に供給することもできる。Ｒｕソース供給路４８０を介して下部空間４６に供給されたＲｕソースやパージガスは、下部空間４６内に拡散し、底板４１の全面に設けられたガス供給孔４６１を介して処理空間４０に供給される。
上部空間４５は、天板４３の下面に設けられた酸化ガス供給部４７を介して酸化ガス供給管４８２に接続され、酸化ガス供給管４８２の上流側には、酸素タンクや流量調節部などを備えた酸化ガス供給部４０２が設けられている。酸化ガス供給部４７を介して上部空間４５に供給された酸素ガスは、上部空間４５内に拡散し、隔壁部４４、下部空間４６、底板４１を貫通するように設けられたガス供給孔４５１を通って底板４１の全面から処理空間４０に供給される。
上述のようにガスシャワーヘッド４は、Ｒｕソースと酸素ガスとを異なる流路から供給することにより、両ガスの反応による堆積物の堆積を防止する構造となっているが、反応ガスを供給する手法はこれに限られるものではない。例えば、これらＲｕソースや酸素ガスを共通の流路から処理空間４０へと供給してもよい。この場合には、反応ガスの切り替え時に当該流路内に窒素ガスなどのパージガスを供給し、Ｒｕソースと酸素ガスとが混在しないようにしてガスシャワーヘッド４内の堆積物の堆積を防止するとよい。
ガスシャワーヘッド４は、支持部材４９により上面側から支持され、排気ダクト２１の上面側の開口を当該支持部材４９によって塞ぐことにより、処理容器２が密閉される。排気ダクト２１と支持部材４９との間には、処理容器２内を気密に保つためのＯリング２１１が設けられている。
支持部材４９によって支持されたガスシャワーヘッド４は、その底面が載置台３の上面と対向するように配置され、これらガスシャワーヘッド４と載置台３との間の処理空間４０に反応ガスが供給されてウエハＷに対する成膜処理が行われる。
また、ガスシャワーヘッド４と排気ダクト２１との間には、この空間の通流コンダクタンスを小さくすることにより、処理空間４０からみて処理容器２の周方向における排気の均一化を計るための円筒形状のバッフルリング２７が下方側に向けて伸び出している。
さらに本例の成膜装置は、載置台３に載置されたウエハＷの下面側への反応ガスの周り込みを抑えるためのクランプリング５が設けられている。図２、図４示すように、クランプリング５は、円環状の板材からなる本体部５１を備え、この本体部５１の下面をインナーリング２６上に載置した状態で処理容器２内に配置されている。本体部５１の内縁部５２はインナーリング２６の内周面よりもさらに内側へ向けて伸び出しており、その内端は載置台３上に載置されたウエハＷの周縁部の上方に位置している。
本例のクランプリング５は、インナーリング２６上に載置されているとき、内縁部５２の内端が、インナーリング２６の上面よりも下方側に伸び出している。また、当該内端の下面には、平坦な当接面５２１が形成されており、載置台３上のウエハＷの周縁部に全周に亘ってこの当接面５２１を当接させることができる。
本体部５１の下面には、クランプリング５の周方向に沿って筒状に形成された筒状壁部５４が設けられている。図８に示すように、筒状壁部５４は、処理位置に位置する載置台３とインナーリング２６との間に位置するように配置される。
さらに本体部５１の下面側には、位置決めのための複数個の凸部５３が設けられており凸部５３は、インナーリング２６の上面側に設けられた凹部２６７（図８参照）に挿入されてインナーリング２６上におけるクランプリング５の載置位置が定められる。
クランプリング５はアルミニウムなどの金属により構成してもよいし、アルミナなどのセラミックにより構成してもよい。クランプリング５は載置台３上のウエハＷに対して当接面５２１を押し当てることにより反応ガスの回り込みを抑えるのに十分な重量、例えば数百グラム〜数キログラム程度の重量を有している。
また、インナーリング２６には、本体部５１がウエハＷに当接したときに、ステージヒーター３３からの熱を受けて熱膨張することにより、当接面５２１とウエハＷとが擦れ合い、ウエハＷが削れてパーティクルが発生しないようにするために、クランプリング５を予熱する予熱部である複数本のシースヒーター２６４が設けられている。図４に示すように本例のインナーリング２６は、上部部材２６２と下部部材２６１とをボルト２６５によって上下に締結して構成されており、前記シースヒーター２６４は、これら下部部材２６１、上部部材２６２の接合面に沿って形成された溝部内に配設されている。各シースヒーター２６４は不図示の電源部から電力を供給することによりインナーリング２６を介してクランプリング５を加熱する。クランプリング５の加熱温度は、シースヒーター２６４からの熱の供給がなくなった後に、クランプリング５の温度が載置台３上のウエハＷの温度とほぼバランスする程度の温度、例えば２８０℃に調節されている。
また、図４に示すように、インナーリング２６の下部部材２６１には、その内周面を下方側向けて延伸するように突出する円筒状の突出部２６６が設けられており、筒状壁部５４を囲む面積を大きくしている。
以上に説明した構成を備える成膜装置は、Ｒｕソース供給部４０１や酸化ガス供給部４０２からの反応ガス等の供給動作、載置台３の昇降動作や真空ポンプ６７による処理容器２内の排気動作、ステージヒーター３３、やシースヒーター２６４による加熱動作などを制御する制御部７を備えている。制御部７は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には上述の各動作を実行するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。
以下、本成膜装置の作用について図５〜図８を参照しながら説明する。予め処理容器２内を真空雰囲気に減圧した後、図５に示すように載置台３を受け渡し位置まで降下させる。そして、ゲートバルブ２８１を開放し、搬入出口２８と接続された真空搬送室に設けられたウエハ搬送機構の搬送アームを進入させ、昇降ピン３５との間でウエハＷの受け渡しを行う。しかる後、昇降ピン３５を降下させ、ステージヒーター３３によって加熱された載置台３上にウエハＷを載置する。
次いで、ゲートバルブ２８１を閉じ、載置台３を処理位置まで上昇させる。既述のようにインナーリング２６上に載置された状態においてクランプリング５の内縁部５２は、当接面５２１がインナーリング２６の上面よりも下方側に位置するように伸び出している。
このため図８に示すように、載置台３を処理位置まで上昇させると、インナーリング２６の上面よりも下方側に伸び出しているクランプリング５の当接面５２１がウエハＷの周縁部に全周に亘って当接し、クランプリング５がインナーリング２６の上面から持ち上げられる。これにより前記当接面５２１にクランプリング５の自重が加えられ、クランプリング５がウエハＷに密着した状態となる。
また、このときクランプリング５がシースヒーター２６４によって予熱されていることにより、クランプリング５がインナーリング２６から持ち上げられた後、ステージヒーター３３によって加熱されているウエハＷの温度と、このウエハＷ上に載置されたクランプリング５の温度とがほぼバランスする。この結果、クランプリング５の熱膨張が抑えられ、クランプリング５とウエハＷとの擦れ合いによるパーティクルの発生を抑制することができる。
しかる後、処理容器２内の圧力調整を行った後、Ｒｕソース供給部４０１よりＲｕソースを供給する（図６）。ガスシャワーヘッド４に供給されたＲｕソースは、下部空間４６内を広がり、ガス供給孔４６１を介して処理空間４０内の全体に向けて下方側へ吐出される。処理空間４０に吐出されたＲｕソースは、載置台３上のウエハＷへ向けて流下し、その表面に達するとＲｕソースはウエハＷに吸着する。
ウエハＷに到達したＲｕソースは、ウエハＷの表面に沿って径方向に放射状に広がり、バッフルリング２７とクランプリング５との隙間を介し、処理空間４０から排気ダクト２１へ向けて流れ出す。排気ダクト２１内に流れ込んだＲｕソースは、排気管２９を介して外部へ排気される。
このように、ウエハＷの表面を放射状に広がるＲｕソースは、図８に示すようにウエハＷの周縁部の上方を通過する。しかしながら当該周縁部には、クランプリング５の内縁部５２がその全周に亘って当接していると共に、この当接面５２１にはクランプリング５の自重が加わっている。このため、当該当接面５２１とウエハＷとが十分に密着し、浸透性の高いＲｕソースであってもこれらの部材（当接面５２１、ウエハＷ）の間には殆ど入り込むことができない。この結果、ウエハＷの表面側を流れるＲｕソースがウエハＷの側面や裏面側に流れ込んで吸着する現象の発生を抑えることができる。
一方、載置台３によって持ち上げられたクランプリング５の下面とインナーリング２６の上面との間には、隙間が形成され、この隙間を介してＲｕソースが載置台３側に進入するおそれもある。そこでクランプリング５の下面側に、インナーリング２６と載置台３との間に位置する筒状壁部５４を設けることにより、クランプリング５の外縁部から内縁部５２までの連通空間の距離を長くして、ウエハＷの側面や裏面側へのＲｕソースガスの到達を阻んでいる。さらに、ボトムエリア２０に供給されたパージガスが、インナーリング２６の内周面と筒状壁部５４の外周面との隙間、及びクランプリング５の下面とインナーリング２６の上面との隙間を流れて排気ダクト２１へと排出される流れが形成される。このパージガスの流れが形成されることにより、クランプリング５の外縁部から下面側に進入したＲｕソースを押し戻すこともできる。
クランプリング５を利用してウエハＷの裏面側への回り込みを抑えながら、ウエハＷの表面にＲｕソースを供給し、所定時間が経過したら、Ｒｕソースの供給を停止し、下部空間４６内のＲｕソースを窒素ガスによりパージする（図６）。
しかる後、酸化ガス供給部４０２からガスシャワーヘッド４に酸素ガスを供給する（図７）。ガスシャワーヘッド４に供給された酸素ガスは、上部空間４５内を広がり、ガス供給孔４５１を介して処理空間４０内の全体に向けて下方側へ吐出される。処理空間４０に吐出された酸素ガスは、載置台３上のウエハＷへ向けて流下し、その表面に達するとウエハＷの表面に吸着しているＲｕソースと反応してＲｕＯ２の分子層が形成される。酸素ガスの供給開始後、所定時間が経過したら、酸素ガスの供給を停止し、上部空間４５内の酸素ガスを窒素ガスによりパージする（図７）。
ウエハＷに到達した酸素ガスは、既述のＲｕソースと同様の流れを形成し、排気ダクト２１へ向けて流れていくが、ウエハＷの周縁部はクランプリング５によって覆われている。また、クランプリング５の下面には、クランプリング５の外縁部側からウエハＷへの酸素ガスの進入を妨げる筒状壁部５４が設けられ、さらにクランプリング５とインナーリング２６との隙間に進入した酸素ガスを押し戻すパージガスの流れが形成されている。これらの作用により、載置台３上のウエハＷの裏面側への酸素ガスの回り込みも抑えられ、ウエハＷの側面や裏面へのＲｕＯ２の形成が抑えられる。
以上に説明した工程を繰り返し、処理空間４０にＲｕソースと酸素ガスとを交互に供給することにより、ウエハＷの表面にＲｕＯ２の分子層が積層され、ＲｕＯ２の膜１０１が成膜される。
こうしてＲｕソースの供給と酸素ガスの供給とを例えば数十回〜数百回繰り返し、所望の膜厚の膜１０１を成膜したら、載置台３を受け渡し位置まで降下させる。そしてゲートバルブ２８１を開いて搬送アームを進入させ、搬入時とは逆の手順で昇降ピン３５から搬送アームにウエハＷを受け渡し、成膜後のウエハＷを搬出させた後、次のウエハＷの搬入を待つ。
本実施の形態に係わる成膜装置によれば以下の効果がある。載置台３上に載置されたウエハＷの周縁部の全周に亘って当接する内縁部５２を備えたクランプリング５を用い、載置台３によって内縁部５２の当接面５２１を介してこのクランプリング５を持ち上げることによりクランプリング５をウエハＷに密着させるので、当該ウエハＷの裏面への反応ガス（Ｒｕソースのガス、酸素ガス）の回り込みが効果的に抑えられる。
さらに前記クランプリング５には、その下方側向けて伸び出す筒状の筒状壁部５４が設けられ、載置台３とインナーリング２６との間にこの筒状壁部５４が位置している。この結果、クランプリング５の下面側を介した反応ガスの進入が阻まれ、ウエハＷの裏面への反応ガスの回り込みを抑えることができる。
以上に説明した成膜装置によれば、図９（ａ）に模式的に示すようにクランプリング５を用いて成膜を行うことにより、ウエハＷの側面及び裏面への膜１０１の形成を抑えることができる。この結果、膜１０１の表面にパッシベーション膜１０２を形成する際に、このパッシベーション膜１０２によって覆われていない領域が殆ど発生しない（図９（ｂ））。膜１０１の全面がパッシベーション膜１０２で覆われていることにより、還元雰囲気下（例えば水素ガス雰囲気）で加熱処理などを行っても、当該膜１０１が還元雰囲気に晒されず、粉化しやすい金属の形成を抑えることができるという効果がある（図９（ｃ））。
図１０は、囲み部材であるインナーリング２６ａと載置台３との間に位置する筒状壁部５４を外周側から周方向に囲むように、クランプリング５ａの下面から下方側に伸び出す、一つ、または複数の外筒壁部５４１を設けた例を示している（図１０には、複数の外筒壁部５４１を設けた例を示してある）。インナーリング２６ａの上面には、これらの外筒壁部５４１を挿入するための溝部２６８が形成されている。そして、載置台３によりこのクランプリング５ａを持ち上げると、外筒壁部５４１と溝部２６８との間にラビリンスシールが形成される。これによりクランプリング５ａの外縁部側からの反応ガスの進入を妨げる効果がさらに向上する。
なお、以下に説明する各例では、図２〜図４に示した成膜装置と共通の構成要素には、これらの図と同じ符号を付してある。
次に、本発明の第２の実施の形態に関わる成膜装置について図１１〜図１３を用いて説明する。第２の実施の形態に関わる成膜装置は、クランプリング５の下面に筒状壁部５４を設けることに代えて、囲み部材であるインナーリング２６ｂからクランプリング５ｂと載置台３との間に向けて伸び出す案内部２６９を設けた点が第１の実施の形態の成膜装置と異なる。
図１２に示すように、案内部２６９は、クランプリング５ｂの下面に沿って、インナーリング２６ｂの上端部から内側へ向けて伸び出している。案内部２６９の先端は、載置台３の周縁部を上面側から覆うように、載置台３上に載置されるウエハＷの周縁部の近傍位置まで伸び出している。また、クランプリング５ｂがインナーリング２６ｂ上に載置されている状態において、クランプリング５ｂの内端の平坦な当接面５２１の高さ位置は、案内部２６９の下面よりも低い位置にある。そして図１３に示すように、載置台３を処理位置に位置させると、ウエハＷを介して載置台３によってクランプリング５ｂがインナーリング２６ｂから持ち上げられてこれらの部材５ｂ、２６ｂに隙間が形成されると共に、この隙間に案内部２６９が配置される。この結果、当該案内部２６９の上下面側には、ボトムエリア２０に供給されたパージガスが通流する流路が形成される。
この流路に沿ってパージガスを通流させることにより、パージガスは、案内部２６９に案内されて載置台３上のウエハＷの側方を通過して処理空間４０へと流れ込む。ウエハＷの側方にパージガスの流れが形成されることにより、クランプリング５ｂの外縁部側から反応ガスが進入したとしても、当該パージガスによって反応ガスが押し戻される。特に、案内部２６９の先端が載置台３上のウエハＷの近傍位置まで伸び出していることにより、ウエハＷの近くまで進入した反応ガスのパージガスによる置換が進むと共に、ウエハＷの裏面近傍に反応ガスが滞留しにくくなる。これらの相乗効果によりウエハＷの裏面への反応ガスの回り込みが効果的に抑えられる。
以上に説明したように本成膜装置に設けられているクランプリング５、５ａ、５ｂは、浸透性の高い反応ガスの侵入を抑える効果がある。従って、ＲｕやＮｉを含む金属ソースほどは浸透性の高くない金属ソースを反応ガスとして、成膜を行う場合にも同等以上の効果を発揮することができる。
このような金属ソースの例として、例えば周期表の第３周期の元素であるＡｌ、Ｓｉ等、周期表の第４周期の元素であるＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ等、周期表の第５周期の元素であるＺｒ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ等、周期表の第６周期の元素であるＢａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、ｌｒ、Ｐｔ等の元素を含む反応ガスを用いてこれらの金属やその酸化物の膜を成膜する場合を例示できる。ウエハＷ表面に吸着させる金属ソースとしては、これらの金属元素の有機金属化合物や無機金属化合物などを反応ガスとして用いる場合が挙げられる。
また、ウエハＷの表面に吸着した原料ソースを反応させて、所望の膜を得る反応には、例えばＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等を利用した酸化反応、Ｈ２、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨ等の有機酸、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等のアルコール類等を利用した還元反応、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２等を利用した炭化反応、ＮＨ３、ＮＨ２ＮＨ２、Ｎ２等を利用した窒化反応等の各種反応を利用してもよい。
さらに、反応ガスとして、３種類の反応ガスや４種類の反応ガスを用いてもよい。
一方で、ウエハＷの表面に膜１０１を成膜する手法は、ＡＬＤ法に限られるものではない。例えば金属ソースを処理容器２内に連続的に供給し、ウエハＷの加熱されたウエハＷの表面で金属ソースを分解させて薄膜を得る熱ＣＶＤ法や、金属ソースと反応ガスなどをプラズマの存在下で活性化して反応させ連続的な成膜を行うプラズマＣＶＤ法などの各種のＣＶＤ法にも本発明は適用することができる。
（実験）
クランプリング５を用いた場合と、クランプリング５を用いない場合とでウエハＷの裏面側への反応ガスの回り込みを比較した。
Ａ．実験条件
（実施例） 図２に示したものと同様の構成を備える成膜装置を用いて、ウエハＷの表面にＲｕソースと酸素ガスを交互に供給し、ＲｕＯ２膜の成膜を行った。
（比較例）クランプリング５が設けられていない成膜装置を用いて実施例と同様の条件下でＲｕＯ２膜の成膜を行った。
Ｂ．実験結果
実施例の結果によれば、ウエハＷの裏面側にはＲｕＯ２膜の成膜は確認されなかった。一方、比較例の結果によれば、図１４に模式的に示すように、ウエハＷの裏面側にリング状にＲｕＯ２の膜１０１が成膜された。これにより、本例のクランプリング５を用いることにより、浸透性の高いＲｕソースであっても反応ガスのウエハＷの裏面側への回り込みを抑えることができることを確認できた。
Ｗ ウエハ
２ 処理容器
２６、２６ａ、２６ｂ
インナーリング
２６４ シースヒーター
３ 載置台
４０ 処理空間
５、５ａ、５ｂ
クランプリング
５２ 内縁部
５４ 筒状壁部
５４１ 外筒壁部

Claims (6)

  1. 真空雰囲気である処理容器内の基板に対して反応ガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
    基板を載置するために前記処理容器内に設けられ、成膜処理が行われる処理位置と、この処理位置の下方側であって、外部との間で基板の受け渡しが行われる受け渡し位置との間で昇降自在に構成された載置台と、
    前記処理位置の載置台を囲み、前記処理容器の内部を、前記反応ガスが供給される上部側の処理空間と、下部側の空間とに分ける囲み部材と、
    前記処理空間側から前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
    前記載置台が受け渡し位置にあるときには前記囲み部材の上面に載置されると共に、当該載置台が処理位置に上昇したときにはその内縁部が前記載置台上の基板の周縁部に全周に亘って当接して前記囲み部材の上面から持ち上げられ、基板の裏面側への反応ガスの回り込みを防止するためのクランプリングと、
    前記囲み部材の上面に載置される領域を含むクランプリングの下面から下方側に向けて伸び出すと共に、当該クランプリングの周方向に沿って筒状に形成され、前記載置台の外周面と、前記囲み部材の内周面との間に位置する筒状壁部と、を備え、
    前記クランプリングの下面にて、前記筒状壁部は、当該クランプリングが囲み部材の上面から持ち上げられたとき、前記囲み部材の上面とクランプリングの下面との間に横向きの隙間が形成され、且つ、前記囲み部材の内周面と筒状壁部の外周面との間に、前記囲み部材−クランプリング間の横向きの隙間と連通する縦向きの隙間が形成されると共に、前記内縁部が基板の周縁部に当接する位置よりも外側のクランプリングの下面と、前記載置台の上面との間に横向きの隙間が形成され、且つ、前記載置台の外周面と筒状壁部の内周面との間に、前記クランプリング−載置台間の横向きの隙間と連通する縦向きの隙間が形成される位置に設けられていることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記囲み部材、クランプリング及び筒状壁部の間の隙間を介し、前記下部側の空間から処理空間へ向けて流れるパージガスの流れを形成するために、当該下部側の空間にパージガスを供給するパージガス供給部を備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記クランプリングは、前記筒状壁部を外周側から周方向に囲むように筒状に形成された一または複数の外筒壁部を備え、前記囲み部材には、前記外筒壁部が挿入される溝部が形成されてい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。
  4. 真空雰囲気である処理容器内の基板に対して反応ガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
    基板を載置するために前記処理容器内に設けられ、成膜処理が行われる処理位置と、この処理位置の下方側であって、外部との間で基板の受け渡しが行われる受け渡し位置との間で昇降自在に構成された載置台と、
    前記処理位置の載置台を囲み、前記処理容器の内部を、前記反応ガスが供給される上部側の処理空間と、下部側の空間とに分ける囲み部材と、
    前記処理空間側から前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
    前記下部側の空間にパージガスを供給するパージガス供給部と、
    前記載置台が受け渡し位置にあるときには前記囲み部材の上面に載置されると共に、当該載置台が処理位置に上昇したときにはその内縁部が前記載置台上の基板の周縁部に全周に亘って当接して前記囲み部材の上面から持ち上げられ、基板の裏面側への反応ガスの回り込みを防止するためのクランプリングと、
    前記処理位置にある載置台の上面と前記クランプリングの下面との間に伸び出すように前記囲み部材に設けられ、前記パージガス供給部から供給されたパージガスが前記載置台上の基板の側方を通過して処理空間へと流れ込むように、パージガスの流れを案内する案内部と、を備えることを特徴とする成膜装置。
  5. 前記反応ガスにより成膜される膜は、ルテニウム若しくはニッケルの金属膜、またはＲｕＯ２、ＲｕＯ４、ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ２からなる群から選択される酸化物の酸化物膜であり、前記膜を酸化雰囲気に晒して少なくとも当該膜の表面に前記酸化物を形成し、その後、当該酸化物を還元する処理を含む後段の処理により粉化してパーティクルを発生する膜であ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。
  6. 前記載置台は、基板を加熱するための基板加熱部を備え、前記囲み部材は、前記載置台により持ち上げられたクランプリングの熱膨張を抑えるために、囲み部材の上面に載置されたクランプリングを予め加熱する予熱部を備え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。
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