成膜反応装置
【課題】ウェハにエピタキシャル膜を成膜する成膜反応装置おいて膜厚分布を一層均一化する。
【解決手段】
反応室のガス流入口４０Bに、複数本のガス流路３６Aからそれぞれのガス流量で反応ガスが供給される。ガス流路３６Aの本数は、ガス流入口４０Bを中心で二分した片側範囲で５本以上、好ましくは、ウェハ２８の直径２００ｍｍの場合は８本程度、３００ｍｍの場合は１２本程度である。隣り合うガス流路３６A間のピッチは１０ｍｍ以上であり、好ましくは１２ｍｍから１８ｍｍ程度である。複数本のガス流路３６Aの上流には、各ガス流路３６A内のガス流速分布を均一にするための複数のスリット穴３８Aをもつバッフル３８が配置される。
【解決手段】
反応室のガス流入口４０Bに、複数本のガス流路３６Aからそれぞれのガス流量で反応ガスが供給される。ガス流路３６Aの本数は、ガス流入口４０Bを中心で二分した片側範囲で５本以上、好ましくは、ウェハ２８の直径２００ｍｍの場合は８本程度、３００ｍｍの場合は１２本程度である。隣り合うガス流路３６A間のピッチは１０ｍｍ以上であり、好ましくは１２ｍｍから１８ｍｍ程度である。複数本のガス流路３６Aの上流には、各ガス流路３６A内のガス流速分布を均一にするための複数のスリット穴３８Aをもつバッフル３８が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハのような基板の表面にエピタキシャル膜のような膜または層を形成するための成膜反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ウェハの表面にシリコン膜を蒸着させるためのウェハ処理用反応器が開示されている。このウェハ処理用反応器では、反応室の上方と下方にはそれぞれランプの列が配置され、反応室の中央の底部に回転するウェハ受台が水平に設置され、反応室の側壁のウェハを横切って対向する反対側の位置にそれぞれガス流入口とガス排出口が設けられる。成膜工程では、ランプ列が反応室全体を加熱し、ウェハ受台がウェハを回転させ、そして、反応ガスがガス流入口からウェハ表面を横切ってガス排出口へと流れる。
【０００３】
ガス流入口はウェハに平行な細長い穴である。そのガス入口内には、複数の垂直な羽根板が設けられ、隣り合う羽根板間にガス輸送溝が形成されている。それら複数のガス輸送溝には、ガス供給多肢管から、それぞれ異なる流量に調整された反応ガス流が供給される。複数のガス輸送溝にそれぞれ供給されるガス流量を変えることにより、ガス流入口を横切る方向でのガス流量の分布を変えることができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４１３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来装置において、反応ガスはウェハを横切る間に徐々に消費されるから、反応ガスの濃度は下流にいくほど低下する。そのため、ウェハ上の成膜速度は下流にいくほど低下する。この成膜速度の低下の影響を減らすため、成膜工程中、ウェハは常に回転させられる。その結果、ウェハ上の膜厚分布は、反応ガス消費に伴って凹もしくは凸形状になる。これに対し、ウェハ製品に要求される重要な品質の一つは、膜厚の分布がウェハ全体にわたり均一であることである。そこで、膜厚分布が凹形状もしくは凸形状になる傾向を補償するように、ガス流入口を横切る方向でのガス流量の分布を両端に比べ中央部で大きくなるような凸形状もしくは中央部で小さくなるような凹形状に制御することで、膜厚分布を均一に近づけることができる。
【０００６】
半導体ICの回路要素の高精細化に伴い、ウェハ上のエピタキシャル膜などの表層膜に要求される厚均一化の精度も益々高くなりつつある。上述した従来装置では、ガス流入口が例えば７つのガス輸送溝に区分され、それら７つのガス輸送溝のガス流量をそれぞれ変えることで、ガス流量の分布を制御することができる。しかし、７つのガス輸送溝のガス流量を如何に調整しても、実現可能な膜厚均一化の精度には限界があり、益々厳しくなりつつある膜厚均一化への要求を満たすことが困難になりつつある。対策として、ガス流入口内のガス輸送溝の数を７より多い数に増すことができる。しかし、ガス輸送溝の数があまりに多くなりすぎると、次のような別の問題が発生して、かえって膜厚分布の均一を困難になる虞がある。
【０００７】
すなわち、ガス流入口内のガス輸送溝の数が増えると、ガス輸送溝間を仕切る羽根板の数も増加し、また、隣り合うガス輸送溝間のピッチ（ガス輸送溝の中心点間の距離）が小さくなる。その結果、羽根板によるガス流速の低下の影響が、ガス流入口を横切るガス流量分布により顕著に現れるようになり、ガス流量分布が例えば鋸刃状または櫛歯状のような凸凹形の分布になって、滑らかさを失ってくる。このことが、膜厚分布を均一にすることをより困難にする。
【０００８】
また、ウェハ上の膜厚分布を均一にするために、ガス流入口を横切るガス流量分布をどのように制御するかという制御技術も不可欠である。しかし、特許文献１には、ウェハ処理用反応器の機械的な構造については具体的な開示はあるが、ガス流量分布の具体的な制御技術については特に何の開示もない。
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、成膜反応装置において、膜厚分布の制御性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従う成膜反応装置は、内部にウェハのような基板が置かれる反応室と、前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口と、前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路と、前記複数本のガス流路のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置とを備える。そして、前記ガス流路の本数が、前記ガス流入口の範囲を幅方向の中心で二分した片側範囲にて５本以上であり、かつ、隣り合うガス流路間のピッチが１０ｍｍ以上である。
【００１１】
この構成により、ガス流入口の幅方向でのガス流速分布の制御性が向上し、膜厚分布の均一の精度が向上する。
【００１２】
好ましくは、ガス流路間のピッチがほぼ１２ｍｍからほぼ１８ｍｍの範囲にされる。あるいは、好ましくは、ガス流路間の１ピッチの幅方向範囲におけるガス流入口から出た直後の最大ガス流速と最低ガス流速との差が、ほぼ０．５ｍ／秒以下になるようにされる。あるいは、好ましくは、基板の幅方向の寸法がほぼ２００ｍｍである場合に、ガス流路の本数が上記片側範囲にて８本以上にされる。あるいは、好ましくは、基板の幅方向の寸法がほぼ３００ｍｍである場合に、ガス流路の本数が上記側範囲にて１２本以上にされる。
【００１３】
また、さらに、各ガス流路の内部の幅方向でのガス流速分布を均一化するための流速均一化装置が設けられてよい。これにより、膜厚分布の均一の精度がさらに向上する。好適な実施形態では、流速均一化装置は、複数本のガス流路にそれぞれ連通する複数個の整流穴を有し、各整流穴は幅方向に細長いスリット状の穴となっている。
【００１４】
また、さらに、複数本のガス流路とそれぞれ連通する複数のガス輸送溝を形成するための複数のブレードを有したブレードユニットが、ガス流入口内に配置されてもよい。このブレードユニットは、ガス流入口の壁を構成する部品から分離可能な別の部品となっていることが好ましい。さらに、そのブレードユニットの中央のガス輸送溝に、ガス流を幅方向の中心へ曲げるためのガス流調整部が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、膜厚分布の制御性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態にかかる成膜反応装置の要部を示す断面図である。この成膜反応装置は、例えばシリコンウェハのような半導体ウェハの表面に、シリコンのような半導体材料のエピタキシャル膜を形成するために使用することができる。
【００１８】
図１に示すように、この成膜反応装置は、内部に反応室２０Aをもつ反応器２０を備える。反応室２０Aの形状は、扁平なほぼ円柱形である。反応室２０Aの上面の全域は、ほぼ円板形のアッパーライナー２２でカバーされる。つまり、アッパーライナー２２は、反応室２０Aの天井壁を構成する。反応器２０の底壁は、ほぼ円環形のロワーライナー２４と、ロワーライナー２４の内側の円形開口内に配置された円板形のサセプタ２６とから構成される。
【００１９】
アッパーライナー２２はその周縁部の全周に、下方に突出した突出環状部２２Aを有する。アッパーライナー２２の突出環状部２２Aは、ロワーライナー２４の周縁部２４Aに結合し、反応室２０Aの側壁を構成する。サセプタ２６上に、ウェハ２８が載置されることになる。サセプタ２６は、その下面にて回転駆動軸３０に結合され、成膜工程中、ウェハ２８の中心を回転中心として回転駆動されるようになっている。
【００２０】
また、反応室２０の上方と下方には、それぞれ、加熱用の多数のランプ３２，３２，…の円環形の列が配置される。ランプ３２，３２，…からの輻射熱がウェハ２８に良好に伝わるよう、アッパーライナー２２、ロワーライナー２４およびサセプタ２８の主要部は、石英のような光透過性の耐熱材料製である。
【００２１】
この成膜反応装置の上述した基本的な構造は、公知であるから、それについてのより詳細な説明は、この明細書では省略する。以下では、この成膜反応装置における、本発明の原理に従った、ガス流を反応室２２A内に供給するための構造について、詳細に説明する。
【００２２】
図２は、ロワーライナー２４およびサセプタ２６とともに、ロワーライナー２４に取り付けられたガス流供給のための各種の部品を、図１のA-A線で見て示した平面図である。以下、図１と図２を参照して、この成膜反応装置のガス流供給のための構造を説明する。
【００２３】
反応室２０Aの一側（図中左側）の端部にガス流入口２０Bが形成される。また、反応室２０Aのガス流入口２０Bとは反対側（図中右側）の端部には、ガス排出口２０Cが形成される。図２に示すように、ガス流入口２０Bもガス排出口２０Cも、ウェハ２８の周縁の外側の近傍位置に配置され、ウェハ２８の周縁に沿ってこれとほぼ平行に円弧状に延びている。ガス流入口２０Bとガス排出口２０Cがウェハ２８の周縁に沿って延びている方向（図２中の縦方向）を、以下、「幅方向」という。ガス流入口２０Bとガス排出口２０Cの幅方向の寸法、つまり幅は、サセプタ２６上のウェハ２８の直径よりも若干大きい。そして、ガス流入口２０Bとガス排出口２０Cのそれぞれの幅方向の中心位置は、ウェハ２８の同幅方向での中心位置に一致する。従って、反応室２０A内では、ガス流入口２０Bからガス排出口２０Cへ向かう方向へ、ウェハ２８の全領域をカバーする広い幅をもつ帯状の反応ガス流が流れる。この帯状の反応ガス流が、ウェハ２８の表面の全領域を通過しつつ、ウェハ２８の表面上にエピタキシャル膜を形成する。この反応ガス流の幅方向の流速分布が、ウェハ２８の表面上の形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布を左右することになる。
【００２４】
上述したガス流入口２０Bの構造をより詳細に述べると、次の通りである。すなわち、ロワーライナー２４の周縁部２４Aに段状凹部２４Bが形成されており、この段状凹部２４Bは、図１に示すようにガス流方向に沿った断面（以下、ガス流方向の断面を「縦断面」という）視で、ロワーライナー２４の他の部分より下方へ一段凹み、図２に示すように、幅方向においてウェハ２８の直径よりも広い距離範囲にわたり円弧状に延びている。また、上記段状凹部２４Bに対向するアッパーライナー２２の突出環状部２２Aの部分には、段状凸部２２Bが形成され、この段状凸部２２Bは、図１に示すように縦断面視で段状凹部２４Bに対応して下方へ一段突出し、また、幅方向において段状凹部２４Bと同じ距離範囲にわたり円弧状に延びている。そして、ロワーライナー２４の周縁部２４Bの段状凹部２４Bが存在する範囲の部分と、アッパーライナー２２の突出環状部２２Aの段状凸部２２Bが存在する範囲の部分との間に、上述したガス流入口２０Bが形成される。ガス流入口２０Bは、図１に示すように縦断面視で階段状に折れ曲がっており、そこを反応ガス流が、図１に点線矢印で示すような方向に流れる。そのため、反応ガス流は、ガス流入口２０B内の途中で、段状凹部２４Bの前壁２４Cに当って上方へ昇ってから、反応室２０A内に流入するようになっている。
【００２５】
ガス排出口２０Cの構造も、上述したガス流入口２０Bのそれとほぼ同様である。
【００２６】
反応器２０のガス流入口２０Bに対応する側の外面には、反応ガスを反応器２０内に導入するためのインレットフランジ３４が取り付けられる。インレットフランジ３４内には、複数（例えば１６個）のガス室３４Aがある。インレットフランジ３４には、複数本（例えば１６本）のガス供給管３５が接続され、各ガス供給管３５は各ガス室３４に連通する。
【００２７】
インレットフランジ３４とガス流入口２０Bとの間に、図２に示されるように互に対称な形状をもつ２つの平板状のインサータ３６が介装される。２つのインサータ３６の間の境界は、ガス流入口２０Bの幅方向における中央に位置する。各インサータ３６内には複数本（例えば８本）のガス流路３６Aがあり、２つインサータ３６内のガス流路３６Aの合計本数は例えば１６本である。２つのインサータ３６の両者合わせた幅は、ガス流入口２０Bの幅とほぼ同じである。２つのインサータ３６と、インレットフランジ３４との間に、幅方向に細長い柱状のバッフル３８が介装される。バッフル３８内には複数（例えば１６個）の整流穴３８Aがある。インレットフランジ３４内の各ガス室３４Aはバッフル３８内の各整流穴３８Aに連通し、バッフル３８内の各整流穴３８Aは２枚のインサータ３６内の各ガス流路３６Aに連通し、そして、２枚のインサータ３６内の複数本のガス流路３６Aの全てがガス流入口２０Bに連通する。
【００２８】
また、反応器２０のガス排出口２０Cに対応する側の外面には、反応ガスを反応器２０外へ排出するための細長ブロック状のアウトレットフランジ４２が取り付けられる。アウトレットフランジ４２には、１本または複数本のガス排出管４４が接続される。
【００２９】
図１に点線矢印で示すように、反応ガスは、各ガス供給管３５からインレットフランジ３４内の各ガス室３４Aに入り、バッフル３８内の各整流穴３８A及び２つインサータ３６内の各ガス流路３６Aを通ってガス流入口２０Bに入り、そして、ガス流入口２０Bを通って帯状のガス流となって反応室２０A内へ流入する。ガス流入口２０Bから反応室２０A内に流入した帯状のガス流は、サセプタ２６上のウェハ２０の表面の全ての領域上を通過して、ウェハ２０の表面上にエピタキシャル膜を形成する。その後、反応ガス流は、ガス排出口２０Cに入り、アウトレットフランジ４２内を通ってガス排出管４４へ出て行く。ウェハ２８の表面上のエピタキシャル膜の膜厚分布は、反応室２０A内での反応ガス流の幅方向のガス流速分布に左右され、そして、その反応室２０A内でのガス流速分布は、２つインサータ３６内の複数本のガス流路３６Aのガス流速分布に左右される。
【００３０】
以下では、特にインサータ３６、バッフル３８、インレットフランジ３４及びガス流入口２０Bの構造について、より詳細に説明する。
【００３１】
図３は、２つのインサータ３６のうちの一方のインサータ３６の平面図（図３A）と、これをガス流の上流側（バッフル３８の側）から見た正面図（図３B）を示す。なお、同じインサータ３６をガス流の下流側（ガス流入口２０Bの側）から見た背面図も、図３Bに示す正面図と同様である。また、もう一つのインサータ３６の構成も図３に示した構成と同じである（ただし、その平面図は図３Aに示した平面図とは左右が反転する）。
【００３２】
図１、図２および図３に示すように、各インサータ３６内には、これをバッフル３８側からガス流入口２０B側へ向かう方向へ貫通する複数本のガス流路３６Aが、幅方方向に一列に配列されている。隣り合うガス流路３６Aは、それらのガス流路３６Aの側壁３６Bによって互に隔離される。各ガス流路３６Aをガス流に直角な方向で切った断面（以下、ガス流に直角な方向の断面を「横断面」という）の形状は、図３Bに示すように、例えば長方形または円形またはそれに近い形状である。この実施形態では、各インサータ３６内のガス流路３６Aの本数は一例として８本であり、２つのインサータ３６を合わせて合計１６本のガス流路３６Aがある。
【００３３】
後述するように、２つのインサータ３６内の１６本のガス流路３６Aにそれぞれ流れるガス流速が独立して制御されるようになっている。あるいは、変形例として、２つのインサータ３６内の１６本のガス流路３６Aは、幅方向中央をはさんで対称の位置に存在する２本のガス流路３６A同士が１つのペアになって、８つのペアに分類され、それら８つのペアにそれぞれ流れるガス流速が独立して制御されるようになっている。このような複数本のガス流路３６Aのガス流速制御により、反応室２０A内を流れる反応ガス流の幅方向のガス流速分布が制御されるようになっている。
【００３４】
図４は、バッフル３８の平面図（図４A）と、これをガス流の上流側（インレットフランジ３４側）から見た正面図（図４B）を示す。なお、バッフル３８を下流側（インサータ３６側）から見た背面図も、図３４に示す正面図と同様である。
【００３５】
図１、図２および図４に示すように、バッフル３８内には、これをインレットフランジ３４側からインサータ３６側へ向かう方向に貫通する複数個（例えば１６個）の整流穴３８Aが、幅方向に一列に配列されている。これらの複数の整流穴３８Aは、インサータ３６内の複数本のガス流路３６Aにそれぞれ連通する。異なる整流穴３８Aは互に隔離されている。図４Bに示すように、各整流穴３６Aの横断面の形状は、幅方向へ細長いスリット形状である。各整流穴３６Aの横断面での幅W2は、対応する各ガス流路３６Aの幅W１（図３参照）とほぼ同じである。つまり、各整流穴３６Aは、対応する各ガス流路３６Aの全幅にわたって幅方向に延びている。また、各整流穴３６Aの横断面での高さH2は、その全幅にわたって一定であり、かつ、対応する各ガス流路３６Aの高さH１（図３参照）よりは遥かに小さい。後述するように、各整流穴３８Aは、各ガス流路３６A内のガス流速の分布を平坦にする役目を果たす。
【００３６】
図１および図２に示すように、インレットフランジ３４内には、互に隔離された複数個（例えば１６本）のガス室３４Aが形成されている。インレットフランジ３４内の複数のガス室３４Aは、バッフル３８内の複数の整流穴３８Aにそれぞれ連通する。インレットフランジ３４内の複数のガス室３４Aには、複数本（例えば１６本）のガス供給管３５が接続される。後述するように、複数本のガス供給管３５のそれぞれのガス流量は、互に独立して個別に調節できるようになっている。
【００３７】
図１および図２に示すように、ガス流入口２０Bの上流約半分の領域を占める段状凹部２４Bには、ブレードユニット４０がはめ込まれている。図５は、ブレードユニット４０の平面図（図５A）と、これをガス流の上流側（インサータ３６側）から見た正面図（図５B）を示す。
【００３８】
図１、図２および図５に示すように、ブレードユニット４０は、段状凹部２４Bと同じ円弧状の平面形状をもつ平板状のベースプレート４０Aと、このベースプレート４０A上に垂直に立設された複数枚（例えば１６枚）のブレード４０Bとを有する。このブレードユニット４０は、ロワーライナー２４と一体化されていない（つまり、ロワーライナー２４から分離可能な）独立した別部品であり、ロワーライナー２４の段状凹部２４B上に置かれている。そして、ブレードユニット４０の複数枚のブレード４０Bは、それぞれ、インサータ３６内のガス流路３６Aの側壁３６Bの延長線上に位置する。従って、ガス流入口２０Bの段状凹部２４Bには、複数枚のブレード４０Bにより互に隔離された複数個（例えば１５個）のガス輸送溝４０Cが形成されており、これらの複数のガス輸送溝４０Cは、２つのインサータ３６内の複数本のガス流路３６Aにそれぞれ連通する。ただし、図２に示すように、段状凹部２４Bの幅方向の中央部に位置する比較的に幅の広い１つのガス輸送溝４０CCだけは、２つのインサータ３６の幅方向の中央部に位置する２本のガス流路３６ACに連通する。そして、この中央部のガス輸送溝４０CCには、平板を半円弧形に湾曲させた形状のガス流偏向板４１がはめ込まれている。
【００３９】
図６は、ガス流偏向板４１を示す斜視図であり、図７は、ガス流偏向板４１の作用を説明する平面図である。
【００４０】
図２及び図６に示すように、ガス流偏向板４１の凹面が、中央の２本のガス流路３６ACに向けられている。中央の２本のガス流路３６ACの間には、２つのインサータ３６の位置を固定するための支持壁４３が存在し、この支持壁４３の厚さは、インサータ３６内の各ガス流路３６Aの側壁３６Bよりも厚い。そのため、もし、中央の２本のガス流路３６ACからそれぞれ出たガス流を、そのまま単純にガス輸送溝４０CCに導いて反応室２０Aへ流入させたとすると、反応室２０A内での幅方向のガス流速の分布が、支持壁４３の位置に対応する中心点で特別に低くなり、その結果、ウェハ２８上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚がウェハ２８の中心近傍で特別に薄くなってしまう。これに対し、ガス流偏向板４１が中央のガス輸送溝４０CCに存在すると、図７に示すように、その凹面により、中央の２本のガス流路３６ACから出たガス流が、ガス流偏向板４１の凹面によって中心方向へ曲げられ、それにより、上述したガス流速の幅方向の分布が中心点で特別に低くなる問題が改善される。
【００４１】
図８は、上述した反応器２０の外部に設けられた、反応ガスを反応器２０に供給するための配管システムの構成を示す配管線図である。
【００４２】
反応ガスは例えばシリコンガスと水素ガスと所定のドーパントガスなどの複数の成分ガスの混合ガスである。そのため、図８に示すように、シリコンガス源、水素ガス源およびドーパントガス源などの複数の成分ガス源があり、これら複数の成分ガス源からそれぞれ来た複数本の成分ガス供給管５０，５１，５２が、1本の反応ガス供給元管５８に合流する。成分ガス供給管５０，５１，５２のそれぞれには、ガス流量調節器５３，５４，５５が設けられている。これらのガス流量調節器５３，５４，５５は、コンピュータなどを用いた制御装置６６より制御され、それにより、反応器２０に供給される反応ガスの全体の流量と、反応ガスに示す各成分ガスの組成比が調節できる。
【００４３】
反応ガス供給元管５８は、複数本（例えば１６本）の反応ガス供給枝管６０に分岐し、それらの複数本の反応ガス供給枝管６０は、それぞれ、インレットフランジ３４内の複数個（例えば１６個）のガス室３４A１〜３４A１６にそれぞれ接続される。すべての反応ガス供給枝管６０には、それぞれ、ガス流量を実質的に無段階（つまり連続的）に調節できるガス流量調節器５６が設けられている。これら１６個のガス流量調節器５６は、制御装置６６より制御され、それにより、１６個すべてのガス室３４A（引いては、図２に示した、１６本すべてのガス流路３６A）にそれぞれ流れるガス流量を互に独立して任意の値に調整できるようになっている。
【００４４】
さらに、いずれかのガス流量調節器５６の不具合やその他の何らかの原因で反応ガス供給元管５８のガス圧が異常に高くなった場合に、余剰ガスを反応室２０A内へ放出してガス圧を下げるためのセフティリリーフ弁６２をもつセフティリリーフ管６４が、反応ガス供給元管５８と、１６本のガス流路３６Aのうち一番外側に位置する一本のガス流路３６Aに繋がる一本の反応ガス供給枝管６０との間に接続されている。
【００４５】
上述した図８に示すガス配管システムでは、すべてのガス流路３６Aの各々に対して専用のガス流量調節器５６を設けて、すべてのガス流路３６Aのガス流量を互に独立して調整できるようにしている。この構成に代えて、図９に示すようなガス配管システムを採用してもよい。図９に示すガス配管システムでは、１６本のガス供給枝管６０が、８つのペアに分けられ、各ペアに対してガス流量調節器５６が１個ずつ設けられる。１つのペアを構成する２本のガス供給枝管６０は、図２に示した１６本のガス流路３６Aのうちの、幅方向の中心をはさんで互に対称位置に配置された２本のガス流路３６に接続されている。従って、図９に示すようなガス配管システムでは、各ペアのガス流量をどのように調整しても、常に、ガス流入口２０Bから反応室２０Aに流入するガス流の幅方向の流速分布は、幅方向の中心をはさんでほぼ対称の分布となる。
【００４６】
以上のように構成された成膜反応装置の作用について、以下に説明する。
【００４７】
ガス流入口２０Bから反応室２０Aに流入する反応ガス流の幅方向の流速分布は、ガス流入口２０Bの幅方向の全範囲に配列された１６本（換言すれば、幅方向中心で二分した片側の範囲では８本）のガス流路３６Aにそれぞれ流れるガス流速によって制御されることになる。ここで、１６本というガス流路３６Aの本数は、一つの例示であり、最適な数は、ウェハ２８のサイズより変わってくる。
【００４８】
ガス流路３６Aの本数については、本発明の発明者らの研究によると、次のような条件が満たされることが好ましい。すなわち、ガス流路３６Aの本数が増えるとガス流速分布をより細かく制御できるという利点が生じる、しかし、ガス流路３６Aの本数が増えると、隣合うガス流路３６A間のピッチ（ガス流路３６Aの中心点間の距離）が小さくなり、ガス流路３６Aの側壁３６Bによるガス流速低下の影響が顕著になるという問題も同時に生じる。前者の利点に着目すると、望ましいガス流路３６Aの本数は、ガス流入口２０Bを幅方向中心で二分した片側範囲で５本以上、換言すれば、ガス流入口２０Bの幅方向全範囲で１０本以上（図２の構造のように、中央のガス流路が２本ある場合）または９本以上（中央のガス流路が１本に纏まっている場合）であり、より多い方がより好ましい。一方、後者の問題に着目し、さらに、各ガス流路３６Aの側壁３６Bの幅が最低でも約１〜２ｍｍ程度必要であることを考慮すると、隣り合うガス流路３６A間の望ましいピッチは、約１０ｍｍ以上であり、より大きい方がより好ましい。あるいは、後者のピッチに関する条件に代えて、次のガス流速に関する条件を考慮に入れても良い。そのガス流速に関する条件とは、ガス流入口２０Bから出た直後のガス流の、幅方向でのガス流路３６A間の１ピッチ範囲における最大ガス流速（通常、ガス流路３６Aの中心に相当する位置でのガス流速）と最低ガス流速（通常、側壁３６Bの位置に相当する位置でのガス流速）との差が、０．５ｍ／秒以下であることが望ましいという条件である。
【００４９】
ウェハ２８の直径が２００ｍｍである場合を想定すると、ガス流入ロ２０Bの幅方向の全寸法は、２００ｍｍ以上であり、例えば約２１０ｍｍから２９０ｍｍ程度である。この場合、図２に示した実施形態のようにガス流路３６Aの総数を１６本（片側範囲で８本）とすると、ガス流路３６A間のピッチは約１２ｍｍから１８ｍｍ程度となる。これは、上述したガス流路本数の条件とピッチの条件の双方を満たす。また、ウェハ２８の直径が３００ｍｍである場合を想定すると、ガス流路３６Aの総数を例えば２４本（片側範囲で１２本）とすると、ガス流路３６A間のピッチはやはり約１２ｍｍから１８ｍｍ程度となり、上述した双方の条件を満たす。
【００５０】
これらの例から分かるように、ガス流路３６A間のピッチを約１２ｍｍから１８ｍｍ程度の範囲にするということは、上述した双方の条件を満たす一つの好ましい条件ということができる。また、ガス流路３６Aの本数で述べれば、ウェハ２８の直径が２００ｍｍである場合にはガス流路３６Aの総本数は片側範囲で７本から１０本程度で、そのうち、実施形態で採用した片側範囲８本は特に好ましく、また、３００ｍｍの場合には片側範囲で１０本から１５本程度が好ましく、上述した片側１２本は特に好ましい。
【００５１】
さて、このようなガス流路３６Aのピッチと本数の好ましい設定に加えて、さらに、各ガス流路３６Aの上流に存在するバッフル３８の各整流穴３８が、各ガス流路３６A内での流量分布を均一化するという作用をなす。それにより、上述した流速に関する条件が一層容易かつ良好に満たされるようになる。すなわち、各整流穴３８は、各ガス流路３６Aの全幅いっぱいに延びた幅方向に細長いスリット状の穴であり、その高さH2は各ガス流路３６A全幅範囲にわたり一定である。このような細い各整流穴３８をガス流が通ることで、各整流穴３８を出た直後のガス流の幅方向でのガス流速分布は、各ガス流路３６Aの全幅範囲にわたり一定であり、かつ、その流速分布がその後に各ガス流路３６Aを流れる時のガス流速分布を決定付けることになる。その結果、ガス流が各ガス流路３６Aを出るときの幅方向の流速分布は、図１０に実線グラフ５０で示すようになる。対比のために、図１０には、破線グラフ５２で、バッフル３８が存在しない場合の、各ガス流路３６Aを出るときの幅方向の流速分布を示す。両グラフ５０，５２を比較するとわかるように、バッフル３８が存在することで、バッフル３８が無い場合に比較して、各ガス流路３６Aを出るときの幅方向のガス流速分布は、両側の側壁３６Bによる流速低下の影響が小さくなり、より均一性の良いものとなる。
【００５２】
さらに、図１，２を参照して説明したように、ガス流入口２０B内の前半部分の段状凹部２４B上に置かれたブレードユニット４０が形成する複数のガス輸送溝４０Cにより、インサータ３６内の複数本のガス流路３６Aにより形成されたガス流速分布が、段状凹部２４B内でも良好に維持される。そして、ガス流が段状凹部２４Bを抜ける際には、段状凹部２４Bの前壁２４Cに当って上方へ昇ってから反応室２０A内に流入するようになっており、かつ、前壁２４Cより下流のガス流入口２０Bの部分は分割されずに幅方向に繋がっている。そのため、ブレード４０Bによるガス流速分布の変動が、分割されていないガス流入口２０Bの後半部分で希釈され、ガス流入口２０Bから反応室２０A内に流入するガス流の幅方向の流速分布の滑らかさが向上する。
【００５３】
以上のような各部の作用が総合される結果、反応室２０A内でのガス流の幅方向でのガス流速分布を所望の分布に制御することが可能になる。上述した実施形態の成膜反応装置を用い、後述する方法でガス流量を調整した上で、直径２００ｍｍのシリコンウェハ２８上にシリコンのエピタキシャル膜を成膜したテストによれば、エピタキシャル膜の最大膜厚と最小膜厚との差（以下、「膜厚変動」という）が、エピタキシャル膜の平均膜厚に対して１％（±０．５％）以下であるという、極めて均一性の高い高品質のエピタキシャル膜を得ることができた。
【００５４】
また、上記実施形態では、ガス流入口２０Bの段状凹部２４B内のブレードユニット４０が、ロワーライナー２４とは別の部品であって、ロワーライナー２４とは一体ではない。そのために、高温であるロワーライナー２４からの温度がブレードユニット４０に伝わり難く、よって、ブレードユニット４０はロワーライナー２４と同程度の高温になり難い。その結果、ブレードユニット４０の表面上にシリコン結晶が成長し付着する量が減る。さらに、メンテナンスのときには、ブレードユニット４０をロワーライナー２４から簡単に外せるので、付着したシリコン結晶の除去作業も容易である。
【００５５】
また、図８，９に示したように、セフティリリーフ管６４が、一番外側のガス流路３６Aに繋がる反応ガス供給枝管６０に接続されているので、セフティリリーフ管６４が作動した場合でも、成膜への悪影響は小さい。成膜への影響において、すべてのガス流路３６Aの中で、一番外側のガス流路３６Aの影響が最も小さいからである。
【００５６】
次に、図８，９に示した制御装置６６が行なうガス流量の調整制御について詳細に説明する。
【００５７】
図１１は、制御装置６６が行なうガス流量の調整制御の全体の流れを示す。
【００５８】
この制御は、ウェハ２８表面上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布をできるだけ均一にするように、反応室２０A内におけるガス流入口２０Bの幅方向でのガス流速分布を調整することを目的とする。この制御では、制御装置６６は、図８，９に示した複数のガス供給枝管６０にそれぞれ接続された複数のガス流量調節器５６を操作して、図２に示した複数のガス流路３６Aにそれぞれ流れるガス流量（単位時間当たりに流れるガス容積）、つまり、ガス流入口２０B内の幅方向でのガス流量分布を調整する。
【００５９】
図１１において、まず、ステップS1で、ウェハ２８への試験的成膜が行なわれる。試験的成膜は、製品としてのウェハ２８への成膜と同様に、ウェハ２８を回転させつつ行う。試験的成膜後に、形成された膜の膜厚が、ウェハ２８の表面の多数の異なる位置にて測定される。最初に行われる試験的成膜では、制御装置６６は、上述したガス流量分布（つまり、複数のガス流量調節器５６のガス流量）を、予め設定されている初期設定流量に制御する。初期設定流量には、例えば、経験上適切であろうとみなされた適当流量値を採用することができる。
【００６０】
以後のステップでは、ステップS１で測定された膜厚データに基づいて、膜厚分布の不均一性がチェックされ、その不均一性を修正して膜厚分布を均一にするように、制御装置６６における設定流量が調整される。この設定流量調整の処理は、調整の精細さや目的の異なる複数の段階の調整処理に分けることができ、図１１では４段階に分けられている。第１段階はステップS3の流量配分傾き調整であり、第２段階はステップS5の単一流量粗調整であり、第３段階はステップS7の複数流量粗調整であり、第４段階はステップS9の複数流量微調整である。ステップS１のテスト成膜で得られた膜厚分布の不均一性の程度に応じて、ステップS2、S4、S6およびS8のチェックが行なわれ、その結果から、次に実行されるべき流量調整の段階が上記４段階の中から選択される。いずれかの段階が実行される都度、制御はステップS1に戻り、実行された段階で調整された設定流量を用いて、再度、試験的成膜が行なわれる。このようにして設定流量調整と試験的成膜とが何度か繰り返されると、最終的に試験的成膜の結果の膜厚分布が上記４段階のいずれも必要が無いほどに均一になり（ステップS8でNO）、そのときに、図１１に示した調整制御は終了し、設定流量が確定する。その後に、確定した設定流量を用いて、製品とされるべきウェハ２８の成膜作業が開始される。なお、図１１に示した設定流量調整の４つの段階は、一つの例示であり、より多くのまたはより少ない段階が採用されても良い。
【００６１】
以下、図１１のステップS2からS9について、より詳細に説明する。
【００６２】
ステップS2では、ステップS1で測定された膜厚データに基づいて、膜厚分布の凸状傾きが計算される。ここで、膜厚分布の凸状傾きとは、ウェハ２８の中心から周縁への半径方向における膜厚分布の全体的な傾きのことであり、別の言い方をすると、ウェハ２８の中心からの距離が大きくなるにつれて膜厚が薄くなっていくまたは厚くなっていくという傾向の程度のことである。ステップS2では、この膜厚分布の凸状傾きが計算され、その凸状傾きが所定の傾き閾値A〔％〕を超えたかどうかがチェックされる。ステップS2のチェック結果がYESである場合、制御はステップS3へ進み、その凸状傾きをゼロに修正するように、制御装置６６における複数のガス流量調節器５６に対する設定流量の配分の傾きが調整される。ステップS3の処理の詳細は後述する。
【００６３】
ステップS4では、ステップS1で測定された膜厚データに基づいて、膜厚分布の膜厚変動（前述したように、最大膜厚と最小膜厚との差）の程度（例えば、平均膜厚に対する割合）が計算され、その膜厚変動の程度が、大程度の膜厚変動がどうかを判断するための所定の大変動閾値B〔％〕を超えるかどうかがチェックされる。チェック結果がYESの場合、制御はステップS5の単一流量粗調整へ進む。ステップS5では、膜厚分布における最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置（例えば、ウェハ２８の中心からの距離）に応じて、膜厚分布の不均一を減らすために最も影響力が高いと判断される一つの流量調節器５６が選択され、その流量調節器５６の設定流量が、膜厚分布の不均一を減らすように調整される。なお、どの流量調節器５６を選択するかという選択方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置と選択されるべき一つの流量調節器５６との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。また、選択された流量調節器５６の設定流量の調整方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の平均膜厚に対する大きさ関係（例えば、差または割合）と、調整後の設定流量の現在の設定流量に対する大きさ関係（例えば、差または割合）との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。
【００６４】
ステップS6では、上述した膜厚変動の程度が、中程度の膜厚変動がどうかを判断するための所定の中変動閾値C〔％〕（ここで、C＜B）を超えるかどうか（つまり、B 以下で、かつCより大きいか）がチェックされる。チェック結果がYESの場合、制御はステップS7の複数流量粗調整へ進む。ステップS7では、膜厚分布における最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置に応じて、膜厚分布の不均一を減らすために最も影響力が高いと判断される所定複数個の流量調節器５６が選択され、それらの流量調節器５６の設定流量が、膜厚分布の不均一を減らすように調整される。なお、どの流量調節器５６を選択するかという選択方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置と選択されるべき所定複数個の流量調節器５６との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。また、選択された流量調節器５６の設定流量の調整方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の平均膜厚に対する大きさ関係（例えば、差または割合）と、調整後の設定流量の現在の設定流量に対する大きさ関係（例えば、差または割合）との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。
【００６５】
ステップS8では、上述した膜厚変動の程度が、小程度の膜厚変動がどうかを判断するための所定の小変動閾値D〔％〕（ここで、D＜C＜B）を超えるかどうか（つまり、C 以下で、かつDより大きいか）がチェックされる。チェック結果がYESの場合、制御はステップS9の複数流量微調整へ進む。ステップS9では、予め制御装置６６に設定されているすべての流量調節器５６についての膜成長感度データに基づいて、すべての流量調節器５６の設定流量が、膜厚分布の不均一を減らすように調整される。ステップS9の処理の詳細は後述する。
【００６６】
図１２は、ステップS2からS3の設定流量配分傾きの調整処理の流れをより詳細に示す。図１３と図１４は、この処理の具体例を説明している。
【００６７】
図１２に示すように、ステップS10で、膜厚分布の凸状傾きが計算される。例えば、図１３Aに示すような膜厚分布７２が測定された膜厚データから得られた場合、ウェハ中心を回転中心とした回転角の３６０度の範囲で、その膜厚分布７２の平均値が計算されて、図１３Bに示すような、ウェハ中心からの距離の関数としての膜厚分布７６が求められる。そして、最小二乗法などの方法で、膜厚分布７６に近似する凸状傾き直線７８が計算され、そして、凸状傾き直線７８の傾きが求められる（以下、この傾きを「凸状傾き」という）。
【００６８】
その後、図１２のステップS１１で、ウェハ中心からの距離がガス流路３６A間での設定流量配分の傾きを調整するための値が計算される（以下、この値を「傾き調整値」という）。この計算では、制御装置６６にあらかじめ設定されている凸状傾き−傾き調整値関数データ７０が参照される。この凸状傾き−傾き調整値関数データ７０は、上述した凸状傾きと、上述した傾き調整値との間の対応関係を定義したデータである。この凸状傾き−傾き調整値関数データ７０から、ステップS10で得られた凸状傾きに対応する傾き調整値を読み出すことで、傾き調整値が決定される。
【００６９】
ここで、傾き調整値とは、例えば次のようなものである。すなわち、図１３Cに示すように、複数の流量調節器５６に対する現在の流量設定値８２は、ガス流路３６Aの位置（原点位置０はガス流入口２０Bの幅方向の中心位置に対応する）の関数としての或る配分または分布（通常、原点位置０について対称になっている）になっている。このような現在の設定流量８２の配分の傾きは、図１３Cに示すように、この設定流量８２のグラフを近似した流量配分直線８０の傾きで表すことができる（以下、この傾きを「流量配分傾き」という）。上述した傾き調整値とは、この現在の流量配分傾きを変えるための調整値、例えば、現在の流量配分傾きと調整後の流量配分傾きとの間の大きさ関係（例えば、差または割合）である。傾き調整値は、これを用いて現在の流量配分８２を調整すれば、その結果として、図１４Aに示すような凸状傾き（凸状傾き直線８８の傾き）がゼロである膜厚分布８６が得られるように、凸状傾き−傾き調整値関数データ７０に予め設定されている。
【００７０】
上記のようにして図１２のステップS11で傾き調整値が決定された後、制御は図１２のステップS12に進み、現在の流量配分傾きが計算される。この現在の流量配分傾きとは、図１３Cに示した現在の流量配分直線８０の傾きである。その後、ステップS13に制御が進み、ステップS12で求まった現在の流量配分傾きに、ステップS11で決定された傾き調整値が適用されて、調整後の流量配分傾きが計算される。ここで、調整後の流量配分傾きとは、図１４Bに示すような調整後の流量配分直線９０の傾きであり、これは、現在の流量配分直線８０の傾きを傾き調整値により修正した結果である。
【００７１】
その後、図１２のステップS14に制御が進み、ステップS13で求まった調整後の流量配分傾きに合うように、流量調節器５６毎の設定流量が調整される。調整後の設定流量は、図１４Bに参照番号９２で示すようなものであり、調整後の流量配分直線９０に適合するような配分または分布を有している。
【００７２】
図１５は、図１１のステップS9の複数流量微調整処理の流れをより詳細に示している。図１６は、この複数流量微調整処理で使用される膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）を説明するための図である。図１７は、この複数流量微調整処理で使用されるガス流路毎の膜成長感度データの例を示す図である。
【００７３】
複数流量微調整処理では、図１５に示すように、ステップS20で、試験的成膜で測定された膜厚データに基づいて、ウェハ２８の中心からの距離ｘの関数としての膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）が計算される。例えば、膜厚データと膜成長に要した時間とに基づいて、図１６に示すような膜成長速度９４〔μｍ／min〕が、ウェハ中心からの距離ｘの関数として計算される。そして、所定の目標膜成長速度（例えば、膜成長速度９４中の最小速度、最大速度もしくは平均速度、または、予め設定された任意の速度値など）９６との差が、膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）として得られる。サンプリング点として予め設定された所定の多数の異なる距離ｘ毎に膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）が計算される。
【００７４】
その後、図１５のステップS21で、ステップS20で計算された多数のサンプリング点の膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）に基づいて、流量調節器５６毎の流量調整値が計算される。ここの計算では、制御装置６６に予め設定されている膜成長感度データが参照される。膜成長感度データは、図１７に例示するように、流量調節器５６毎（換言すれば、ガス流路３６A毎、より厳密には、対称位置にある２本のガス流路３６Aを1ペアとした場合のガス流路３６Aのペア毎）に予め設定された膜成長感度関数S1（x）〜SN（x）の集合である（ここで、Nはガス流路のペア数であり、図示の例ではN=８であるが、これは単なる例示にすぎない。）。例えば１番目の膜成長感度関数S1（x）は、最も中央寄りに位置するガス流路３６Aのペア（図２に示す中央の２本のガス流路３６AC）に対応するものであり、２番目の膜成長感度関数S2（x）は中央から２番目に位置するガス流路３６Aのペアに対応するものであり、以後、膜成長感度関数Si（x）のサフィックス番号iが多くなるにつれて、順次より外側に位置するガス流路３６Aのペアに対応するものとなり、最後のN番目（この例では８番目）の膜成長感度関数SN（x）（この例ではS８（x））は、最も外側に位置するガス流路３６Aのペアに対応するものである。
【００７５】
図１７に示すように、各膜成長感度関数Si（x）は、対応するガス流路３６Aに流れるガス流量〔slm〕の変化に対するウェハ２８上の膜成長速度〔μｍ／min〕の変化の割合〔μｍ／min-slm〕を、ウェハ中心からの距離ｘの関数として表している。例えば、最も中央寄りに位置するガス流路３６ACに対応する膜成長感度関数S1（x）に着目してみると、そのガス流路３６ACのガス流量の変化は、ウェハ中心からの距離ｘがより近い領域での膜成長速度に対してより大きく影響することが分かる。また、例えば、最も外側に位置するガス流路３６Aに対応する膜成長感度関数S８（x）に着目してみると、そのガス流路３６Aのガス流量の変化は、ウェハの中心付近より周縁付近の領域の膜成長速度に対してより大きく影響し、また、全体的に中央のガス流路３６ACよりは影響力が小さいことが分かる。
【００７６】
さて、図１５のステップS21では、図１６に示したような膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）と、図１７に示したような流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の膜成長感度関数S1（x）〜S８（x）とに基づいて、次のような回帰計算が行われて、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の流量調整値ａ1〜ａNが計算される。
【００７７】
すなわち、サンプリング点ｘj毎の膜成長速度偏差ΔGR（ｘj）について、次の方程式、
ΔGR（ｘj）＝ａ1
S1（ｘj）+ａ２ S２（ｘj）+ａ３ S３（ｘj）＋…＋ａN SN（ｘj）
が立てられる。サンプリング点ｘjがM個（ここで、M＞Nであり、例えば数十程度）ある場合、ｊ＝１〜MのM個の上記方程式が成立する。このM個の方程式を用いて公知の回帰計算が実行され、その結果、そのM個の方程式項を同時に最も良く満たすような流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の流量調整値ａ1〜ａNが求められる。
【００７８】
このようにして流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の流量調整値ａ1〜ａNが求められると、その後、制御は図１５のステップS22へ進み、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の現在の設定流量が、上記流量調整値ａ1〜ａNにより調整される。このように調整された設定流量を用いると、図１６に示したような不均一な膜成長速度９４が改善され、目標膜成長速度９６により近いより均一な膜成長速度が得られるようになる。
【００７９】
図１８は、ガス流量の調整制御の変形例の流れを示す。図１９は、この変形例の制御における膜厚の測定方向を示す。図２０は、この変形例の制御を具体的に説明する図である。
【００８０】
この変形例の制御は、ウェハ２８上の膜厚分布の原因が、反応室２０A内のガス流がウェハ２８の表面を通過する間に、反応ガス中の反応成分の濃度が低下していくことにあるという考えに基づいている。すなわち、この変形例の制御は、反応室２０A内でのガス流の流れ方向での成膜成分の濃度低下の度合いを検出し、その流れ方向での濃度低下を相殺するように、ガス流れ直角な方向、つまりガス流入口２０Bの幅方向におけるガス流速分布（ガス流量分布）を調整するものである。ここで、ガス流れ方向での濃度低下を、それと直交する幅方向でのガス流速分布（ガス流量分布）で相殺できる理由は、成膜時にはウェハ８が回転するからである。この変形例の制御は、図１２に示した制御と組み合わせて、或はそれに代えて使用することができ、特に好ましい使用態様として、図１２に示した制御の中に、追加の流量調整処理の段階として、第１段階または第２段階の代用として、組み込むことができる。
【００８１】
この変形例の制御では、図１８に示すように、最初にステップS30で、ウェハ２８を回転させずに静止させた状態で、所定の初期設定流量を用いて、試験的成膜が行なわれる。そして、図１９に示すように、この無回転成膜でウェハ２８上に形成された膜の膜厚が、ガス流１０２の流れ方向１０４の種々の位置で測定される。測定された膜厚データから、例えば図２０Aに示すように、上流から下流にいくほど膜成長速度が低下するような膜成長速度１１０が計算される。
【００８２】
その後、図１８のステップS31で、もしウェハ２８を回転させながら成膜したならば得られたと予測される膜成長速度分布が、無回転成膜の膜成長速度布１１０に基づいて計算される。例えば、図２０Aに示すように、無回転成膜の膜成長速度布１１０を、ウェハ中心からの距離が同じ位置の値同士で平均化することにより、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２が計算される。
【００８３】
その後、図１８のステップS32で、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２を相殺してこれを平坦な均一の分布にするために必要となる、幅方向（図２０Aに示すガス流れ方向１０４に直交する方向１０６）における膜成長速度分布が計算される。例えば、図２０Bに示すように、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２を所定の目標成長速度（例えば、予測膜成長速度布１１２の最小値、最大値もしくは平均値、または、予め設定された任意の速度値）を軸にして上下反転させることで、相殺膜成長速度布１１４が計算される。
【００８４】
その後、ステップS33で、相殺膜成長速度布１１４に基づいて、流量調節器５６（ガス流路３６A）毎に、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２を相殺するための相殺流量が計算される。この相殺流量は、次のようにして計算することができる。すなわち、図１９を参照して、幅方向のウェハ２８中心からの距離ｘの位置における、ウェハ２８の上流側端から流れ方向に距離Rだけ下流へ下った位置での反応成分のガス濃度C（ｘ）は、次の式で表される。
【００８５】
【数１】
ここで、ｋｄは反応成分の物質により決まる反応速度定数であり、Hは反応室２０Aの高さであり、C0は反応成分の初期濃度であり、u（ｘ）は幅方向の距離ｘの位置におけるガス流速（ガス流量）である。
【００８６】
よって、幅方向の距離ｘの位置における流れ方向の距離Rだけ下流へ下った位置での膜成長速度GR(ｘ）は、次の式で表すことができる。
【００８７】
【数２】
上式より、幅方向の距離ｘの位置におけるガス流速（ガス流量）u（ｘ）は、次の式で表される。
【００８８】
【数３】
ここで、上式の右項のAは、ｘ＝０の位置におけるｕ（ｘ）とGR（ｘ）が既知である（図２０に示した予測膜成長速度分布１１２）ことから、それに基づいて計算することができる。上式の膜成長速度GR(ｘ）に、図２０Bに示した相殺膜成長速度１１４の各ガス流路３６Aに対応した距離ｘでの成長速度値を代入することで、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の相殺流量ｕ（ｘ）が求められる。
【００８９】
この後、図１８のステップS34で、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の設定流量が、ステップS33で求められた相殺流量ｕ（ｘ）になるように調整される。
【００９０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる成膜反応装置の要部を示す断面図。
【図２】同成膜反応装置の、ロワーライナー２４およびサセプタ２６とともに、ロワーライナー２４に取り付けられたガス流供給のための各種の部品を、図１のA-A線で見て示した平面図。
【図３】二つのインサータ３６のうちの一方の平面図（図３A）と、これをガス流の上流側から見た正面図（図３B）。
【図４】バッフル３８の平面図（図４A）と、これをガス流の上流側から見た正面図（図４B）。
【図５】ブレードユニット４０の平面図（図５A）と、これをガス流の上流側から見た正面図（図５B）。
【図６】ブレードユニット４０の中央のガス輸送溝４０CCにはめ込まれたガス流偏向板４１を示す斜視図。
【図７】ガス流偏向板４１の作用を説明する平面図である。
【図８】反応ガスを反応器２０に供給するためのガス配管システムの構成を示す配管線図。
【図９】変形例にかかるガス配管システムの構成を示す配管線図。
【図１０】バッフル３８の作用を説明するための１つのガス流路のガス流速分布を示す図。
【図１１】制御装置６６が行なうガス流量の調整制御の全体の流れを示すフローチャート。
【図１２】図１１のステップS2からS3の設定流量配分の調整処理の流れをより詳細に示すフローチャート。
【図１３】図１１のステップS3の設定流量配分の調整処理を具体的に説明する図。
【図１４】図１１のステップS3の設定流量配分の調整処理を具体的に説明する図。
【図１５】図１１のステップS9の複数流量微調整処理の流れをより詳細に示すフローチャート。
【図１６】図１１のステップS9の複数流量微調整処理で使用される膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）を説明するための図。
【図１７】図１１のステップS9の複数流量微調整処理で使用される流量調節器毎（ス流路毎）の膜成長感度データの例を示す図。
【図１８】ガス流量の調整制御の変形例の流れを示すフローチャート。
【図１９】制御における膜厚の測定方向を示す平面図。
【図２０】図１８の制御を具体的に説明する図。
【符号の説明】
【００９２】
２０ 反応器
２０A 反応室
２０B ガス流入口
２０C ガス排出口
２４ ロワーライナー
２４A 段状凹部
２６ サセプタ
２８ ウェハ
３４ インレットフランジ
３４A ガス室
３６ インサータ
３６A ガス流路
３８ バッフル
３８A 整流穴
４０ ブレードユニット
４０B ブレード
４０C ガス輸送溝
４１ ガス流偏向板
５６ 流量調節器
６０ 反応ガス供給枝管
６２ セフティリリーフバルブ
６４ セフティリリーフ管
６６ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハのような基板の表面にエピタキシャル膜のような膜または層を形成するための成膜反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ウェハの表面にシリコン膜を蒸着させるためのウェハ処理用反応器が開示されている。このウェハ処理用反応器では、反応室の上方と下方にはそれぞれランプの列が配置され、反応室の中央の底部に回転するウェハ受台が水平に設置され、反応室の側壁のウェハを横切って対向する反対側の位置にそれぞれガス流入口とガス排出口が設けられる。成膜工程では、ランプ列が反応室全体を加熱し、ウェハ受台がウェハを回転させ、そして、反応ガスがガス流入口からウェハ表面を横切ってガス排出口へと流れる。
【０００３】
ガス流入口はウェハに平行な細長い穴である。そのガス入口内には、複数の垂直な羽根板が設けられ、隣り合う羽根板間にガス輸送溝が形成されている。それら複数のガス輸送溝には、ガス供給多肢管から、それぞれ異なる流量に調整された反応ガス流が供給される。複数のガス輸送溝にそれぞれ供給されるガス流量を変えることにより、ガス流入口を横切る方向でのガス流量の分布を変えることができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４１３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来装置において、反応ガスはウェハを横切る間に徐々に消費されるから、反応ガスの濃度は下流にいくほど低下する。そのため、ウェハ上の成膜速度は下流にいくほど低下する。この成膜速度の低下の影響を減らすため、成膜工程中、ウェハは常に回転させられる。その結果、ウェハ上の膜厚分布は、反応ガス消費に伴って凹もしくは凸形状になる。これに対し、ウェハ製品に要求される重要な品質の一つは、膜厚の分布がウェハ全体にわたり均一であることである。そこで、膜厚分布が凹形状もしくは凸形状になる傾向を補償するように、ガス流入口を横切る方向でのガス流量の分布を両端に比べ中央部で大きくなるような凸形状もしくは中央部で小さくなるような凹形状に制御することで、膜厚分布を均一に近づけることができる。
【０００６】
半導体ICの回路要素の高精細化に伴い、ウェハ上のエピタキシャル膜などの表層膜に要求される厚均一化の精度も益々高くなりつつある。上述した従来装置では、ガス流入口が例えば７つのガス輸送溝に区分され、それら７つのガス輸送溝のガス流量をそれぞれ変えることで、ガス流量の分布を制御することができる。しかし、７つのガス輸送溝のガス流量を如何に調整しても、実現可能な膜厚均一化の精度には限界があり、益々厳しくなりつつある膜厚均一化への要求を満たすことが困難になりつつある。対策として、ガス流入口内のガス輸送溝の数を７より多い数に増すことができる。しかし、ガス輸送溝の数があまりに多くなりすぎると、次のような別の問題が発生して、かえって膜厚分布の均一を困難になる虞がある。
【０００７】
すなわち、ガス流入口内のガス輸送溝の数が増えると、ガス輸送溝間を仕切る羽根板の数も増加し、また、隣り合うガス輸送溝間のピッチ（ガス輸送溝の中心点間の距離）が小さくなる。その結果、羽根板によるガス流速の低下の影響が、ガス流入口を横切るガス流量分布により顕著に現れるようになり、ガス流量分布が例えば鋸刃状または櫛歯状のような凸凹形の分布になって、滑らかさを失ってくる。このことが、膜厚分布を均一にすることをより困難にする。
【０００８】
また、ウェハ上の膜厚分布を均一にするために、ガス流入口を横切るガス流量分布をどのように制御するかという制御技術も不可欠である。しかし、特許文献１には、ウェハ処理用反応器の機械的な構造については具体的な開示はあるが、ガス流量分布の具体的な制御技術については特に何の開示もない。
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、成膜反応装置において、膜厚分布の制御性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従う成膜反応装置は、内部にウェハのような基板が置かれる反応室と、前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口と、前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路と、前記複数本のガス流路のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置とを備える。そして、前記ガス流路の本数が、前記ガス流入口の範囲を幅方向の中心で二分した片側範囲にて５本以上であり、かつ、隣り合うガス流路間のピッチが１０ｍｍ以上である。
【００１１】
この構成により、ガス流入口の幅方向でのガス流速分布の制御性が向上し、膜厚分布の均一の精度が向上する。
【００１２】
好ましくは、ガス流路間のピッチがほぼ１２ｍｍからほぼ１８ｍｍの範囲にされる。あるいは、好ましくは、ガス流路間の１ピッチの幅方向範囲におけるガス流入口から出た直後の最大ガス流速と最低ガス流速との差が、ほぼ０．５ｍ／秒以下になるようにされる。あるいは、好ましくは、基板の幅方向の寸法がほぼ２００ｍｍである場合に、ガス流路の本数が上記片側範囲にて８本以上にされる。あるいは、好ましくは、基板の幅方向の寸法がほぼ３００ｍｍである場合に、ガス流路の本数が上記側範囲にて１２本以上にされる。
【００１３】
また、さらに、各ガス流路の内部の幅方向でのガス流速分布を均一化するための流速均一化装置が設けられてよい。これにより、膜厚分布の均一の精度がさらに向上する。好適な実施形態では、流速均一化装置は、複数本のガス流路にそれぞれ連通する複数個の整流穴を有し、各整流穴は幅方向に細長いスリット状の穴となっている。
【００１４】
また、さらに、複数本のガス流路とそれぞれ連通する複数のガス輸送溝を形成するための複数のブレードを有したブレードユニットが、ガス流入口内に配置されてもよい。このブレードユニットは、ガス流入口の壁を構成する部品から分離可能な別の部品となっていることが好ましい。さらに、そのブレードユニットの中央のガス輸送溝に、ガス流を幅方向の中心へ曲げるためのガス流調整部が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、膜厚分布の制御性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態にかかる成膜反応装置の要部を示す断面図である。この成膜反応装置は、例えばシリコンウェハのような半導体ウェハの表面に、シリコンのような半導体材料のエピタキシャル膜を形成するために使用することができる。
【００１８】
図１に示すように、この成膜反応装置は、内部に反応室２０Aをもつ反応器２０を備える。反応室２０Aの形状は、扁平なほぼ円柱形である。反応室２０Aの上面の全域は、ほぼ円板形のアッパーライナー２２でカバーされる。つまり、アッパーライナー２２は、反応室２０Aの天井壁を構成する。反応器２０の底壁は、ほぼ円環形のロワーライナー２４と、ロワーライナー２４の内側の円形開口内に配置された円板形のサセプタ２６とから構成される。
【００１９】
アッパーライナー２２はその周縁部の全周に、下方に突出した突出環状部２２Aを有する。アッパーライナー２２の突出環状部２２Aは、ロワーライナー２４の周縁部２４Aに結合し、反応室２０Aの側壁を構成する。サセプタ２６上に、ウェハ２８が載置されることになる。サセプタ２６は、その下面にて回転駆動軸３０に結合され、成膜工程中、ウェハ２８の中心を回転中心として回転駆動されるようになっている。
【００２０】
また、反応室２０の上方と下方には、それぞれ、加熱用の多数のランプ３２，３２，…の円環形の列が配置される。ランプ３２，３２，…からの輻射熱がウェハ２８に良好に伝わるよう、アッパーライナー２２、ロワーライナー２４およびサセプタ２８の主要部は、石英のような光透過性の耐熱材料製である。
【００２１】
この成膜反応装置の上述した基本的な構造は、公知であるから、それについてのより詳細な説明は、この明細書では省略する。以下では、この成膜反応装置における、本発明の原理に従った、ガス流を反応室２２A内に供給するための構造について、詳細に説明する。
【００２２】
図２は、ロワーライナー２４およびサセプタ２６とともに、ロワーライナー２４に取り付けられたガス流供給のための各種の部品を、図１のA-A線で見て示した平面図である。以下、図１と図２を参照して、この成膜反応装置のガス流供給のための構造を説明する。
【００２３】
反応室２０Aの一側（図中左側）の端部にガス流入口２０Bが形成される。また、反応室２０Aのガス流入口２０Bとは反対側（図中右側）の端部には、ガス排出口２０Cが形成される。図２に示すように、ガス流入口２０Bもガス排出口２０Cも、ウェハ２８の周縁の外側の近傍位置に配置され、ウェハ２８の周縁に沿ってこれとほぼ平行に円弧状に延びている。ガス流入口２０Bとガス排出口２０Cがウェハ２８の周縁に沿って延びている方向（図２中の縦方向）を、以下、「幅方向」という。ガス流入口２０Bとガス排出口２０Cの幅方向の寸法、つまり幅は、サセプタ２６上のウェハ２８の直径よりも若干大きい。そして、ガス流入口２０Bとガス排出口２０Cのそれぞれの幅方向の中心位置は、ウェハ２８の同幅方向での中心位置に一致する。従って、反応室２０A内では、ガス流入口２０Bからガス排出口２０Cへ向かう方向へ、ウェハ２８の全領域をカバーする広い幅をもつ帯状の反応ガス流が流れる。この帯状の反応ガス流が、ウェハ２８の表面の全領域を通過しつつ、ウェハ２８の表面上にエピタキシャル膜を形成する。この反応ガス流の幅方向の流速分布が、ウェハ２８の表面上の形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布を左右することになる。
【００２４】
上述したガス流入口２０Bの構造をより詳細に述べると、次の通りである。すなわち、ロワーライナー２４の周縁部２４Aに段状凹部２４Bが形成されており、この段状凹部２４Bは、図１に示すようにガス流方向に沿った断面（以下、ガス流方向の断面を「縦断面」という）視で、ロワーライナー２４の他の部分より下方へ一段凹み、図２に示すように、幅方向においてウェハ２８の直径よりも広い距離範囲にわたり円弧状に延びている。また、上記段状凹部２４Bに対向するアッパーライナー２２の突出環状部２２Aの部分には、段状凸部２２Bが形成され、この段状凸部２２Bは、図１に示すように縦断面視で段状凹部２４Bに対応して下方へ一段突出し、また、幅方向において段状凹部２４Bと同じ距離範囲にわたり円弧状に延びている。そして、ロワーライナー２４の周縁部２４Bの段状凹部２４Bが存在する範囲の部分と、アッパーライナー２２の突出環状部２２Aの段状凸部２２Bが存在する範囲の部分との間に、上述したガス流入口２０Bが形成される。ガス流入口２０Bは、図１に示すように縦断面視で階段状に折れ曲がっており、そこを反応ガス流が、図１に点線矢印で示すような方向に流れる。そのため、反応ガス流は、ガス流入口２０B内の途中で、段状凹部２４Bの前壁２４Cに当って上方へ昇ってから、反応室２０A内に流入するようになっている。
【００２５】
ガス排出口２０Cの構造も、上述したガス流入口２０Bのそれとほぼ同様である。
【００２６】
反応器２０のガス流入口２０Bに対応する側の外面には、反応ガスを反応器２０内に導入するためのインレットフランジ３４が取り付けられる。インレットフランジ３４内には、複数（例えば１６個）のガス室３４Aがある。インレットフランジ３４には、複数本（例えば１６本）のガス供給管３５が接続され、各ガス供給管３５は各ガス室３４に連通する。
【００２７】
インレットフランジ３４とガス流入口２０Bとの間に、図２に示されるように互に対称な形状をもつ２つの平板状のインサータ３６が介装される。２つのインサータ３６の間の境界は、ガス流入口２０Bの幅方向における中央に位置する。各インサータ３６内には複数本（例えば８本）のガス流路３６Aがあり、２つインサータ３６内のガス流路３６Aの合計本数は例えば１６本である。２つのインサータ３６の両者合わせた幅は、ガス流入口２０Bの幅とほぼ同じである。２つのインサータ３６と、インレットフランジ３４との間に、幅方向に細長い柱状のバッフル３８が介装される。バッフル３８内には複数（例えば１６個）の整流穴３８Aがある。インレットフランジ３４内の各ガス室３４Aはバッフル３８内の各整流穴３８Aに連通し、バッフル３８内の各整流穴３８Aは２枚のインサータ３６内の各ガス流路３６Aに連通し、そして、２枚のインサータ３６内の複数本のガス流路３６Aの全てがガス流入口２０Bに連通する。
【００２８】
また、反応器２０のガス排出口２０Cに対応する側の外面には、反応ガスを反応器２０外へ排出するための細長ブロック状のアウトレットフランジ４２が取り付けられる。アウトレットフランジ４２には、１本または複数本のガス排出管４４が接続される。
【００２９】
図１に点線矢印で示すように、反応ガスは、各ガス供給管３５からインレットフランジ３４内の各ガス室３４Aに入り、バッフル３８内の各整流穴３８A及び２つインサータ３６内の各ガス流路３６Aを通ってガス流入口２０Bに入り、そして、ガス流入口２０Bを通って帯状のガス流となって反応室２０A内へ流入する。ガス流入口２０Bから反応室２０A内に流入した帯状のガス流は、サセプタ２６上のウェハ２０の表面の全ての領域上を通過して、ウェハ２０の表面上にエピタキシャル膜を形成する。その後、反応ガス流は、ガス排出口２０Cに入り、アウトレットフランジ４２内を通ってガス排出管４４へ出て行く。ウェハ２８の表面上のエピタキシャル膜の膜厚分布は、反応室２０A内での反応ガス流の幅方向のガス流速分布に左右され、そして、その反応室２０A内でのガス流速分布は、２つインサータ３６内の複数本のガス流路３６Aのガス流速分布に左右される。
【００３０】
以下では、特にインサータ３６、バッフル３８、インレットフランジ３４及びガス流入口２０Bの構造について、より詳細に説明する。
【００３１】
図３は、２つのインサータ３６のうちの一方のインサータ３６の平面図（図３A）と、これをガス流の上流側（バッフル３８の側）から見た正面図（図３B）を示す。なお、同じインサータ３６をガス流の下流側（ガス流入口２０Bの側）から見た背面図も、図３Bに示す正面図と同様である。また、もう一つのインサータ３６の構成も図３に示した構成と同じである（ただし、その平面図は図３Aに示した平面図とは左右が反転する）。
【００３２】
図１、図２および図３に示すように、各インサータ３６内には、これをバッフル３８側からガス流入口２０B側へ向かう方向へ貫通する複数本のガス流路３６Aが、幅方方向に一列に配列されている。隣り合うガス流路３６Aは、それらのガス流路３６Aの側壁３６Bによって互に隔離される。各ガス流路３６Aをガス流に直角な方向で切った断面（以下、ガス流に直角な方向の断面を「横断面」という）の形状は、図３Bに示すように、例えば長方形または円形またはそれに近い形状である。この実施形態では、各インサータ３６内のガス流路３６Aの本数は一例として８本であり、２つのインサータ３６を合わせて合計１６本のガス流路３６Aがある。
【００３３】
後述するように、２つのインサータ３６内の１６本のガス流路３６Aにそれぞれ流れるガス流速が独立して制御されるようになっている。あるいは、変形例として、２つのインサータ３６内の１６本のガス流路３６Aは、幅方向中央をはさんで対称の位置に存在する２本のガス流路３６A同士が１つのペアになって、８つのペアに分類され、それら８つのペアにそれぞれ流れるガス流速が独立して制御されるようになっている。このような複数本のガス流路３６Aのガス流速制御により、反応室２０A内を流れる反応ガス流の幅方向のガス流速分布が制御されるようになっている。
【００３４】
図４は、バッフル３８の平面図（図４A）と、これをガス流の上流側（インレットフランジ３４側）から見た正面図（図４B）を示す。なお、バッフル３８を下流側（インサータ３６側）から見た背面図も、図３４に示す正面図と同様である。
【００３５】
図１、図２および図４に示すように、バッフル３８内には、これをインレットフランジ３４側からインサータ３６側へ向かう方向に貫通する複数個（例えば１６個）の整流穴３８Aが、幅方向に一列に配列されている。これらの複数の整流穴３８Aは、インサータ３６内の複数本のガス流路３６Aにそれぞれ連通する。異なる整流穴３８Aは互に隔離されている。図４Bに示すように、各整流穴３６Aの横断面の形状は、幅方向へ細長いスリット形状である。各整流穴３６Aの横断面での幅W2は、対応する各ガス流路３６Aの幅W１（図３参照）とほぼ同じである。つまり、各整流穴３６Aは、対応する各ガス流路３６Aの全幅にわたって幅方向に延びている。また、各整流穴３６Aの横断面での高さH2は、その全幅にわたって一定であり、かつ、対応する各ガス流路３６Aの高さH１（図３参照）よりは遥かに小さい。後述するように、各整流穴３８Aは、各ガス流路３６A内のガス流速の分布を平坦にする役目を果たす。
【００３６】
図１および図２に示すように、インレットフランジ３４内には、互に隔離された複数個（例えば１６本）のガス室３４Aが形成されている。インレットフランジ３４内の複数のガス室３４Aは、バッフル３８内の複数の整流穴３８Aにそれぞれ連通する。インレットフランジ３４内の複数のガス室３４Aには、複数本（例えば１６本）のガス供給管３５が接続される。後述するように、複数本のガス供給管３５のそれぞれのガス流量は、互に独立して個別に調節できるようになっている。
【００３７】
図１および図２に示すように、ガス流入口２０Bの上流約半分の領域を占める段状凹部２４Bには、ブレードユニット４０がはめ込まれている。図５は、ブレードユニット４０の平面図（図５A）と、これをガス流の上流側（インサータ３６側）から見た正面図（図５B）を示す。
【００３８】
図１、図２および図５に示すように、ブレードユニット４０は、段状凹部２４Bと同じ円弧状の平面形状をもつ平板状のベースプレート４０Aと、このベースプレート４０A上に垂直に立設された複数枚（例えば１６枚）のブレード４０Bとを有する。このブレードユニット４０は、ロワーライナー２４と一体化されていない（つまり、ロワーライナー２４から分離可能な）独立した別部品であり、ロワーライナー２４の段状凹部２４B上に置かれている。そして、ブレードユニット４０の複数枚のブレード４０Bは、それぞれ、インサータ３６内のガス流路３６Aの側壁３６Bの延長線上に位置する。従って、ガス流入口２０Bの段状凹部２４Bには、複数枚のブレード４０Bにより互に隔離された複数個（例えば１５個）のガス輸送溝４０Cが形成されており、これらの複数のガス輸送溝４０Cは、２つのインサータ３６内の複数本のガス流路３６Aにそれぞれ連通する。ただし、図２に示すように、段状凹部２４Bの幅方向の中央部に位置する比較的に幅の広い１つのガス輸送溝４０CCだけは、２つのインサータ３６の幅方向の中央部に位置する２本のガス流路３６ACに連通する。そして、この中央部のガス輸送溝４０CCには、平板を半円弧形に湾曲させた形状のガス流偏向板４１がはめ込まれている。
【００３９】
図６は、ガス流偏向板４１を示す斜視図であり、図７は、ガス流偏向板４１の作用を説明する平面図である。
【００４０】
図２及び図６に示すように、ガス流偏向板４１の凹面が、中央の２本のガス流路３６ACに向けられている。中央の２本のガス流路３６ACの間には、２つのインサータ３６の位置を固定するための支持壁４３が存在し、この支持壁４３の厚さは、インサータ３６内の各ガス流路３６Aの側壁３６Bよりも厚い。そのため、もし、中央の２本のガス流路３６ACからそれぞれ出たガス流を、そのまま単純にガス輸送溝４０CCに導いて反応室２０Aへ流入させたとすると、反応室２０A内での幅方向のガス流速の分布が、支持壁４３の位置に対応する中心点で特別に低くなり、その結果、ウェハ２８上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚がウェハ２８の中心近傍で特別に薄くなってしまう。これに対し、ガス流偏向板４１が中央のガス輸送溝４０CCに存在すると、図７に示すように、その凹面により、中央の２本のガス流路３６ACから出たガス流が、ガス流偏向板４１の凹面によって中心方向へ曲げられ、それにより、上述したガス流速の幅方向の分布が中心点で特別に低くなる問題が改善される。
【００４１】
図８は、上述した反応器２０の外部に設けられた、反応ガスを反応器２０に供給するための配管システムの構成を示す配管線図である。
【００４２】
反応ガスは例えばシリコンガスと水素ガスと所定のドーパントガスなどの複数の成分ガスの混合ガスである。そのため、図８に示すように、シリコンガス源、水素ガス源およびドーパントガス源などの複数の成分ガス源があり、これら複数の成分ガス源からそれぞれ来た複数本の成分ガス供給管５０，５１，５２が、1本の反応ガス供給元管５８に合流する。成分ガス供給管５０，５１，５２のそれぞれには、ガス流量調節器５３，５４，５５が設けられている。これらのガス流量調節器５３，５４，５５は、コンピュータなどを用いた制御装置６６より制御され、それにより、反応器２０に供給される反応ガスの全体の流量と、反応ガスに示す各成分ガスの組成比が調節できる。
【００４３】
反応ガス供給元管５８は、複数本（例えば１６本）の反応ガス供給枝管６０に分岐し、それらの複数本の反応ガス供給枝管６０は、それぞれ、インレットフランジ３４内の複数個（例えば１６個）のガス室３４A１〜３４A１６にそれぞれ接続される。すべての反応ガス供給枝管６０には、それぞれ、ガス流量を実質的に無段階（つまり連続的）に調節できるガス流量調節器５６が設けられている。これら１６個のガス流量調節器５６は、制御装置６６より制御され、それにより、１６個すべてのガス室３４A（引いては、図２に示した、１６本すべてのガス流路３６A）にそれぞれ流れるガス流量を互に独立して任意の値に調整できるようになっている。
【００４４】
さらに、いずれかのガス流量調節器５６の不具合やその他の何らかの原因で反応ガス供給元管５８のガス圧が異常に高くなった場合に、余剰ガスを反応室２０A内へ放出してガス圧を下げるためのセフティリリーフ弁６２をもつセフティリリーフ管６４が、反応ガス供給元管５８と、１６本のガス流路３６Aのうち一番外側に位置する一本のガス流路３６Aに繋がる一本の反応ガス供給枝管６０との間に接続されている。
【００４５】
上述した図８に示すガス配管システムでは、すべてのガス流路３６Aの各々に対して専用のガス流量調節器５６を設けて、すべてのガス流路３６Aのガス流量を互に独立して調整できるようにしている。この構成に代えて、図９に示すようなガス配管システムを採用してもよい。図９に示すガス配管システムでは、１６本のガス供給枝管６０が、８つのペアに分けられ、各ペアに対してガス流量調節器５６が１個ずつ設けられる。１つのペアを構成する２本のガス供給枝管６０は、図２に示した１６本のガス流路３６Aのうちの、幅方向の中心をはさんで互に対称位置に配置された２本のガス流路３６に接続されている。従って、図９に示すようなガス配管システムでは、各ペアのガス流量をどのように調整しても、常に、ガス流入口２０Bから反応室２０Aに流入するガス流の幅方向の流速分布は、幅方向の中心をはさんでほぼ対称の分布となる。
【００４６】
以上のように構成された成膜反応装置の作用について、以下に説明する。
【００４７】
ガス流入口２０Bから反応室２０Aに流入する反応ガス流の幅方向の流速分布は、ガス流入口２０Bの幅方向の全範囲に配列された１６本（換言すれば、幅方向中心で二分した片側の範囲では８本）のガス流路３６Aにそれぞれ流れるガス流速によって制御されることになる。ここで、１６本というガス流路３６Aの本数は、一つの例示であり、最適な数は、ウェハ２８のサイズより変わってくる。
【００４８】
ガス流路３６Aの本数については、本発明の発明者らの研究によると、次のような条件が満たされることが好ましい。すなわち、ガス流路３６Aの本数が増えるとガス流速分布をより細かく制御できるという利点が生じる、しかし、ガス流路３６Aの本数が増えると、隣合うガス流路３６A間のピッチ（ガス流路３６Aの中心点間の距離）が小さくなり、ガス流路３６Aの側壁３６Bによるガス流速低下の影響が顕著になるという問題も同時に生じる。前者の利点に着目すると、望ましいガス流路３６Aの本数は、ガス流入口２０Bを幅方向中心で二分した片側範囲で５本以上、換言すれば、ガス流入口２０Bの幅方向全範囲で１０本以上（図２の構造のように、中央のガス流路が２本ある場合）または９本以上（中央のガス流路が１本に纏まっている場合）であり、より多い方がより好ましい。一方、後者の問題に着目し、さらに、各ガス流路３６Aの側壁３６Bの幅が最低でも約１〜２ｍｍ程度必要であることを考慮すると、隣り合うガス流路３６A間の望ましいピッチは、約１０ｍｍ以上であり、より大きい方がより好ましい。あるいは、後者のピッチに関する条件に代えて、次のガス流速に関する条件を考慮に入れても良い。そのガス流速に関する条件とは、ガス流入口２０Bから出た直後のガス流の、幅方向でのガス流路３６A間の１ピッチ範囲における最大ガス流速（通常、ガス流路３６Aの中心に相当する位置でのガス流速）と最低ガス流速（通常、側壁３６Bの位置に相当する位置でのガス流速）との差が、０．５ｍ／秒以下であることが望ましいという条件である。
【００４９】
ウェハ２８の直径が２００ｍｍである場合を想定すると、ガス流入ロ２０Bの幅方向の全寸法は、２００ｍｍ以上であり、例えば約２１０ｍｍから２９０ｍｍ程度である。この場合、図２に示した実施形態のようにガス流路３６Aの総数を１６本（片側範囲で８本）とすると、ガス流路３６A間のピッチは約１２ｍｍから１８ｍｍ程度となる。これは、上述したガス流路本数の条件とピッチの条件の双方を満たす。また、ウェハ２８の直径が３００ｍｍである場合を想定すると、ガス流路３６Aの総数を例えば２４本（片側範囲で１２本）とすると、ガス流路３６A間のピッチはやはり約１２ｍｍから１８ｍｍ程度となり、上述した双方の条件を満たす。
【００５０】
これらの例から分かるように、ガス流路３６A間のピッチを約１２ｍｍから１８ｍｍ程度の範囲にするということは、上述した双方の条件を満たす一つの好ましい条件ということができる。また、ガス流路３６Aの本数で述べれば、ウェハ２８の直径が２００ｍｍである場合にはガス流路３６Aの総本数は片側範囲で７本から１０本程度で、そのうち、実施形態で採用した片側範囲８本は特に好ましく、また、３００ｍｍの場合には片側範囲で１０本から１５本程度が好ましく、上述した片側１２本は特に好ましい。
【００５１】
さて、このようなガス流路３６Aのピッチと本数の好ましい設定に加えて、さらに、各ガス流路３６Aの上流に存在するバッフル３８の各整流穴３８が、各ガス流路３６A内での流量分布を均一化するという作用をなす。それにより、上述した流速に関する条件が一層容易かつ良好に満たされるようになる。すなわち、各整流穴３８は、各ガス流路３６Aの全幅いっぱいに延びた幅方向に細長いスリット状の穴であり、その高さH2は各ガス流路３６A全幅範囲にわたり一定である。このような細い各整流穴３８をガス流が通ることで、各整流穴３８を出た直後のガス流の幅方向でのガス流速分布は、各ガス流路３６Aの全幅範囲にわたり一定であり、かつ、その流速分布がその後に各ガス流路３６Aを流れる時のガス流速分布を決定付けることになる。その結果、ガス流が各ガス流路３６Aを出るときの幅方向の流速分布は、図１０に実線グラフ５０で示すようになる。対比のために、図１０には、破線グラフ５２で、バッフル３８が存在しない場合の、各ガス流路３６Aを出るときの幅方向の流速分布を示す。両グラフ５０，５２を比較するとわかるように、バッフル３８が存在することで、バッフル３８が無い場合に比較して、各ガス流路３６Aを出るときの幅方向のガス流速分布は、両側の側壁３６Bによる流速低下の影響が小さくなり、より均一性の良いものとなる。
【００５２】
さらに、図１，２を参照して説明したように、ガス流入口２０B内の前半部分の段状凹部２４B上に置かれたブレードユニット４０が形成する複数のガス輸送溝４０Cにより、インサータ３６内の複数本のガス流路３６Aにより形成されたガス流速分布が、段状凹部２４B内でも良好に維持される。そして、ガス流が段状凹部２４Bを抜ける際には、段状凹部２４Bの前壁２４Cに当って上方へ昇ってから反応室２０A内に流入するようになっており、かつ、前壁２４Cより下流のガス流入口２０Bの部分は分割されずに幅方向に繋がっている。そのため、ブレード４０Bによるガス流速分布の変動が、分割されていないガス流入口２０Bの後半部分で希釈され、ガス流入口２０Bから反応室２０A内に流入するガス流の幅方向の流速分布の滑らかさが向上する。
【００５３】
以上のような各部の作用が総合される結果、反応室２０A内でのガス流の幅方向でのガス流速分布を所望の分布に制御することが可能になる。上述した実施形態の成膜反応装置を用い、後述する方法でガス流量を調整した上で、直径２００ｍｍのシリコンウェハ２８上にシリコンのエピタキシャル膜を成膜したテストによれば、エピタキシャル膜の最大膜厚と最小膜厚との差（以下、「膜厚変動」という）が、エピタキシャル膜の平均膜厚に対して１％（±０．５％）以下であるという、極めて均一性の高い高品質のエピタキシャル膜を得ることができた。
【００５４】
また、上記実施形態では、ガス流入口２０Bの段状凹部２４B内のブレードユニット４０が、ロワーライナー２４とは別の部品であって、ロワーライナー２４とは一体ではない。そのために、高温であるロワーライナー２４からの温度がブレードユニット４０に伝わり難く、よって、ブレードユニット４０はロワーライナー２４と同程度の高温になり難い。その結果、ブレードユニット４０の表面上にシリコン結晶が成長し付着する量が減る。さらに、メンテナンスのときには、ブレードユニット４０をロワーライナー２４から簡単に外せるので、付着したシリコン結晶の除去作業も容易である。
【００５５】
また、図８，９に示したように、セフティリリーフ管６４が、一番外側のガス流路３６Aに繋がる反応ガス供給枝管６０に接続されているので、セフティリリーフ管６４が作動した場合でも、成膜への悪影響は小さい。成膜への影響において、すべてのガス流路３６Aの中で、一番外側のガス流路３６Aの影響が最も小さいからである。
【００５６】
次に、図８，９に示した制御装置６６が行なうガス流量の調整制御について詳細に説明する。
【００５７】
図１１は、制御装置６６が行なうガス流量の調整制御の全体の流れを示す。
【００５８】
この制御は、ウェハ２８表面上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布をできるだけ均一にするように、反応室２０A内におけるガス流入口２０Bの幅方向でのガス流速分布を調整することを目的とする。この制御では、制御装置６６は、図８，９に示した複数のガス供給枝管６０にそれぞれ接続された複数のガス流量調節器５６を操作して、図２に示した複数のガス流路３６Aにそれぞれ流れるガス流量（単位時間当たりに流れるガス容積）、つまり、ガス流入口２０B内の幅方向でのガス流量分布を調整する。
【００５９】
図１１において、まず、ステップS1で、ウェハ２８への試験的成膜が行なわれる。試験的成膜は、製品としてのウェハ２８への成膜と同様に、ウェハ２８を回転させつつ行う。試験的成膜後に、形成された膜の膜厚が、ウェハ２８の表面の多数の異なる位置にて測定される。最初に行われる試験的成膜では、制御装置６６は、上述したガス流量分布（つまり、複数のガス流量調節器５６のガス流量）を、予め設定されている初期設定流量に制御する。初期設定流量には、例えば、経験上適切であろうとみなされた適当流量値を採用することができる。
【００６０】
以後のステップでは、ステップS１で測定された膜厚データに基づいて、膜厚分布の不均一性がチェックされ、その不均一性を修正して膜厚分布を均一にするように、制御装置６６における設定流量が調整される。この設定流量調整の処理は、調整の精細さや目的の異なる複数の段階の調整処理に分けることができ、図１１では４段階に分けられている。第１段階はステップS3の流量配分傾き調整であり、第２段階はステップS5の単一流量粗調整であり、第３段階はステップS7の複数流量粗調整であり、第４段階はステップS9の複数流量微調整である。ステップS１のテスト成膜で得られた膜厚分布の不均一性の程度に応じて、ステップS2、S4、S6およびS8のチェックが行なわれ、その結果から、次に実行されるべき流量調整の段階が上記４段階の中から選択される。いずれかの段階が実行される都度、制御はステップS1に戻り、実行された段階で調整された設定流量を用いて、再度、試験的成膜が行なわれる。このようにして設定流量調整と試験的成膜とが何度か繰り返されると、最終的に試験的成膜の結果の膜厚分布が上記４段階のいずれも必要が無いほどに均一になり（ステップS8でNO）、そのときに、図１１に示した調整制御は終了し、設定流量が確定する。その後に、確定した設定流量を用いて、製品とされるべきウェハ２８の成膜作業が開始される。なお、図１１に示した設定流量調整の４つの段階は、一つの例示であり、より多くのまたはより少ない段階が採用されても良い。
【００６１】
以下、図１１のステップS2からS9について、より詳細に説明する。
【００６２】
ステップS2では、ステップS1で測定された膜厚データに基づいて、膜厚分布の凸状傾きが計算される。ここで、膜厚分布の凸状傾きとは、ウェハ２８の中心から周縁への半径方向における膜厚分布の全体的な傾きのことであり、別の言い方をすると、ウェハ２８の中心からの距離が大きくなるにつれて膜厚が薄くなっていくまたは厚くなっていくという傾向の程度のことである。ステップS2では、この膜厚分布の凸状傾きが計算され、その凸状傾きが所定の傾き閾値A〔％〕を超えたかどうかがチェックされる。ステップS2のチェック結果がYESである場合、制御はステップS3へ進み、その凸状傾きをゼロに修正するように、制御装置６６における複数のガス流量調節器５６に対する設定流量の配分の傾きが調整される。ステップS3の処理の詳細は後述する。
【００６３】
ステップS4では、ステップS1で測定された膜厚データに基づいて、膜厚分布の膜厚変動（前述したように、最大膜厚と最小膜厚との差）の程度（例えば、平均膜厚に対する割合）が計算され、その膜厚変動の程度が、大程度の膜厚変動がどうかを判断するための所定の大変動閾値B〔％〕を超えるかどうかがチェックされる。チェック結果がYESの場合、制御はステップS5の単一流量粗調整へ進む。ステップS5では、膜厚分布における最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置（例えば、ウェハ２８の中心からの距離）に応じて、膜厚分布の不均一を減らすために最も影響力が高いと判断される一つの流量調節器５６が選択され、その流量調節器５６の設定流量が、膜厚分布の不均一を減らすように調整される。なお、どの流量調節器５６を選択するかという選択方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置と選択されるべき一つの流量調節器５６との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。また、選択された流量調節器５６の設定流量の調整方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の平均膜厚に対する大きさ関係（例えば、差または割合）と、調整後の設定流量の現在の設定流量に対する大きさ関係（例えば、差または割合）との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。
【００６４】
ステップS6では、上述した膜厚変動の程度が、中程度の膜厚変動がどうかを判断するための所定の中変動閾値C〔％〕（ここで、C＜B）を超えるかどうか（つまり、B 以下で、かつCより大きいか）がチェックされる。チェック結果がYESの場合、制御はステップS7の複数流量粗調整へ進む。ステップS7では、膜厚分布における最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置に応じて、膜厚分布の不均一を減らすために最も影響力が高いと判断される所定複数個の流量調節器５６が選択され、それらの流量調節器５６の設定流量が、膜厚分布の不均一を減らすように調整される。なお、どの流量調節器５６を選択するかという選択方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の位置と選択されるべき所定複数個の流量調節器５６との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。また、選択された流量調節器５６の設定流量の調整方法としては、最大膜厚、最小膜厚、極大膜厚または極小膜厚の平均膜厚に対する大きさ関係（例えば、差または割合）と、調整後の設定流量の現在の設定流量に対する大きさ関係（例えば、差または割合）との間の対応関係を定義したデータを予め制御装置６６に設定しておき、そのデータを参照するという方法が採用できる。
【００６５】
ステップS8では、上述した膜厚変動の程度が、小程度の膜厚変動がどうかを判断するための所定の小変動閾値D〔％〕（ここで、D＜C＜B）を超えるかどうか（つまり、C 以下で、かつDより大きいか）がチェックされる。チェック結果がYESの場合、制御はステップS9の複数流量微調整へ進む。ステップS9では、予め制御装置６６に設定されているすべての流量調節器５６についての膜成長感度データに基づいて、すべての流量調節器５６の設定流量が、膜厚分布の不均一を減らすように調整される。ステップS9の処理の詳細は後述する。
【００６６】
図１２は、ステップS2からS3の設定流量配分傾きの調整処理の流れをより詳細に示す。図１３と図１４は、この処理の具体例を説明している。
【００６７】
図１２に示すように、ステップS10で、膜厚分布の凸状傾きが計算される。例えば、図１３Aに示すような膜厚分布７２が測定された膜厚データから得られた場合、ウェハ中心を回転中心とした回転角の３６０度の範囲で、その膜厚分布７２の平均値が計算されて、図１３Bに示すような、ウェハ中心からの距離の関数としての膜厚分布７６が求められる。そして、最小二乗法などの方法で、膜厚分布７６に近似する凸状傾き直線７８が計算され、そして、凸状傾き直線７８の傾きが求められる（以下、この傾きを「凸状傾き」という）。
【００６８】
その後、図１２のステップS１１で、ウェハ中心からの距離がガス流路３６A間での設定流量配分の傾きを調整するための値が計算される（以下、この値を「傾き調整値」という）。この計算では、制御装置６６にあらかじめ設定されている凸状傾き−傾き調整値関数データ７０が参照される。この凸状傾き−傾き調整値関数データ７０は、上述した凸状傾きと、上述した傾き調整値との間の対応関係を定義したデータである。この凸状傾き−傾き調整値関数データ７０から、ステップS10で得られた凸状傾きに対応する傾き調整値を読み出すことで、傾き調整値が決定される。
【００６９】
ここで、傾き調整値とは、例えば次のようなものである。すなわち、図１３Cに示すように、複数の流量調節器５６に対する現在の流量設定値８２は、ガス流路３６Aの位置（原点位置０はガス流入口２０Bの幅方向の中心位置に対応する）の関数としての或る配分または分布（通常、原点位置０について対称になっている）になっている。このような現在の設定流量８２の配分の傾きは、図１３Cに示すように、この設定流量８２のグラフを近似した流量配分直線８０の傾きで表すことができる（以下、この傾きを「流量配分傾き」という）。上述した傾き調整値とは、この現在の流量配分傾きを変えるための調整値、例えば、現在の流量配分傾きと調整後の流量配分傾きとの間の大きさ関係（例えば、差または割合）である。傾き調整値は、これを用いて現在の流量配分８２を調整すれば、その結果として、図１４Aに示すような凸状傾き（凸状傾き直線８８の傾き）がゼロである膜厚分布８６が得られるように、凸状傾き−傾き調整値関数データ７０に予め設定されている。
【００７０】
上記のようにして図１２のステップS11で傾き調整値が決定された後、制御は図１２のステップS12に進み、現在の流量配分傾きが計算される。この現在の流量配分傾きとは、図１３Cに示した現在の流量配分直線８０の傾きである。その後、ステップS13に制御が進み、ステップS12で求まった現在の流量配分傾きに、ステップS11で決定された傾き調整値が適用されて、調整後の流量配分傾きが計算される。ここで、調整後の流量配分傾きとは、図１４Bに示すような調整後の流量配分直線９０の傾きであり、これは、現在の流量配分直線８０の傾きを傾き調整値により修正した結果である。
【００７１】
その後、図１２のステップS14に制御が進み、ステップS13で求まった調整後の流量配分傾きに合うように、流量調節器５６毎の設定流量が調整される。調整後の設定流量は、図１４Bに参照番号９２で示すようなものであり、調整後の流量配分直線９０に適合するような配分または分布を有している。
【００７２】
図１５は、図１１のステップS9の複数流量微調整処理の流れをより詳細に示している。図１６は、この複数流量微調整処理で使用される膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）を説明するための図である。図１７は、この複数流量微調整処理で使用されるガス流路毎の膜成長感度データの例を示す図である。
【００７３】
複数流量微調整処理では、図１５に示すように、ステップS20で、試験的成膜で測定された膜厚データに基づいて、ウェハ２８の中心からの距離ｘの関数としての膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）が計算される。例えば、膜厚データと膜成長に要した時間とに基づいて、図１６に示すような膜成長速度９４〔μｍ／min〕が、ウェハ中心からの距離ｘの関数として計算される。そして、所定の目標膜成長速度（例えば、膜成長速度９４中の最小速度、最大速度もしくは平均速度、または、予め設定された任意の速度値など）９６との差が、膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）として得られる。サンプリング点として予め設定された所定の多数の異なる距離ｘ毎に膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）が計算される。
【００７４】
その後、図１５のステップS21で、ステップS20で計算された多数のサンプリング点の膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）に基づいて、流量調節器５６毎の流量調整値が計算される。ここの計算では、制御装置６６に予め設定されている膜成長感度データが参照される。膜成長感度データは、図１７に例示するように、流量調節器５６毎（換言すれば、ガス流路３６A毎、より厳密には、対称位置にある２本のガス流路３６Aを1ペアとした場合のガス流路３６Aのペア毎）に予め設定された膜成長感度関数S1（x）〜SN（x）の集合である（ここで、Nはガス流路のペア数であり、図示の例ではN=８であるが、これは単なる例示にすぎない。）。例えば１番目の膜成長感度関数S1（x）は、最も中央寄りに位置するガス流路３６Aのペア（図２に示す中央の２本のガス流路３６AC）に対応するものであり、２番目の膜成長感度関数S2（x）は中央から２番目に位置するガス流路３６Aのペアに対応するものであり、以後、膜成長感度関数Si（x）のサフィックス番号iが多くなるにつれて、順次より外側に位置するガス流路３６Aのペアに対応するものとなり、最後のN番目（この例では８番目）の膜成長感度関数SN（x）（この例ではS８（x））は、最も外側に位置するガス流路３６Aのペアに対応するものである。
【００７５】
図１７に示すように、各膜成長感度関数Si（x）は、対応するガス流路３６Aに流れるガス流量〔slm〕の変化に対するウェハ２８上の膜成長速度〔μｍ／min〕の変化の割合〔μｍ／min-slm〕を、ウェハ中心からの距離ｘの関数として表している。例えば、最も中央寄りに位置するガス流路３６ACに対応する膜成長感度関数S1（x）に着目してみると、そのガス流路３６ACのガス流量の変化は、ウェハ中心からの距離ｘがより近い領域での膜成長速度に対してより大きく影響することが分かる。また、例えば、最も外側に位置するガス流路３６Aに対応する膜成長感度関数S８（x）に着目してみると、そのガス流路３６Aのガス流量の変化は、ウェハの中心付近より周縁付近の領域の膜成長速度に対してより大きく影響し、また、全体的に中央のガス流路３６ACよりは影響力が小さいことが分かる。
【００７６】
さて、図１５のステップS21では、図１６に示したような膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）と、図１７に示したような流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の膜成長感度関数S1（x）〜S８（x）とに基づいて、次のような回帰計算が行われて、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の流量調整値ａ1〜ａNが計算される。
【００７７】
すなわち、サンプリング点ｘj毎の膜成長速度偏差ΔGR（ｘj）について、次の方程式、
ΔGR（ｘj）＝ａ1
S1（ｘj）+ａ２ S２（ｘj）+ａ３ S３（ｘj）＋…＋ａN SN（ｘj）
が立てられる。サンプリング点ｘjがM個（ここで、M＞Nであり、例えば数十程度）ある場合、ｊ＝１〜MのM個の上記方程式が成立する。このM個の方程式を用いて公知の回帰計算が実行され、その結果、そのM個の方程式項を同時に最も良く満たすような流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の流量調整値ａ1〜ａNが求められる。
【００７８】
このようにして流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の流量調整値ａ1〜ａNが求められると、その後、制御は図１５のステップS22へ進み、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の現在の設定流量が、上記流量調整値ａ1〜ａNにより調整される。このように調整された設定流量を用いると、図１６に示したような不均一な膜成長速度９４が改善され、目標膜成長速度９６により近いより均一な膜成長速度が得られるようになる。
【００７９】
図１８は、ガス流量の調整制御の変形例の流れを示す。図１９は、この変形例の制御における膜厚の測定方向を示す。図２０は、この変形例の制御を具体的に説明する図である。
【００８０】
この変形例の制御は、ウェハ２８上の膜厚分布の原因が、反応室２０A内のガス流がウェハ２８の表面を通過する間に、反応ガス中の反応成分の濃度が低下していくことにあるという考えに基づいている。すなわち、この変形例の制御は、反応室２０A内でのガス流の流れ方向での成膜成分の濃度低下の度合いを検出し、その流れ方向での濃度低下を相殺するように、ガス流れ直角な方向、つまりガス流入口２０Bの幅方向におけるガス流速分布（ガス流量分布）を調整するものである。ここで、ガス流れ方向での濃度低下を、それと直交する幅方向でのガス流速分布（ガス流量分布）で相殺できる理由は、成膜時にはウェハ８が回転するからである。この変形例の制御は、図１２に示した制御と組み合わせて、或はそれに代えて使用することができ、特に好ましい使用態様として、図１２に示した制御の中に、追加の流量調整処理の段階として、第１段階または第２段階の代用として、組み込むことができる。
【００８１】
この変形例の制御では、図１８に示すように、最初にステップS30で、ウェハ２８を回転させずに静止させた状態で、所定の初期設定流量を用いて、試験的成膜が行なわれる。そして、図１９に示すように、この無回転成膜でウェハ２８上に形成された膜の膜厚が、ガス流１０２の流れ方向１０４の種々の位置で測定される。測定された膜厚データから、例えば図２０Aに示すように、上流から下流にいくほど膜成長速度が低下するような膜成長速度１１０が計算される。
【００８２】
その後、図１８のステップS31で、もしウェハ２８を回転させながら成膜したならば得られたと予測される膜成長速度分布が、無回転成膜の膜成長速度布１１０に基づいて計算される。例えば、図２０Aに示すように、無回転成膜の膜成長速度布１１０を、ウェハ中心からの距離が同じ位置の値同士で平均化することにより、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２が計算される。
【００８３】
その後、図１８のステップS32で、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２を相殺してこれを平坦な均一の分布にするために必要となる、幅方向（図２０Aに示すガス流れ方向１０４に直交する方向１０６）における膜成長速度分布が計算される。例えば、図２０Bに示すように、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２を所定の目標成長速度（例えば、予測膜成長速度布１１２の最小値、最大値もしくは平均値、または、予め設定された任意の速度値）を軸にして上下反転させることで、相殺膜成長速度布１１４が計算される。
【００８４】
その後、ステップS33で、相殺膜成長速度布１１４に基づいて、流量調節器５６（ガス流路３６A）毎に、回転成膜時の予測膜成長速度布１１２を相殺するための相殺流量が計算される。この相殺流量は、次のようにして計算することができる。すなわち、図１９を参照して、幅方向のウェハ２８中心からの距離ｘの位置における、ウェハ２８の上流側端から流れ方向に距離Rだけ下流へ下った位置での反応成分のガス濃度C（ｘ）は、次の式で表される。
【００８５】
【数１】
ここで、ｋｄは反応成分の物質により決まる反応速度定数であり、Hは反応室２０Aの高さであり、C0は反応成分の初期濃度であり、u（ｘ）は幅方向の距離ｘの位置におけるガス流速（ガス流量）である。
【００８６】
よって、幅方向の距離ｘの位置における流れ方向の距離Rだけ下流へ下った位置での膜成長速度GR(ｘ）は、次の式で表すことができる。
【００８７】
【数２】
上式より、幅方向の距離ｘの位置におけるガス流速（ガス流量）u（ｘ）は、次の式で表される。
【００８８】
【数３】
ここで、上式の右項のAは、ｘ＝０の位置におけるｕ（ｘ）とGR（ｘ）が既知である（図２０に示した予測膜成長速度分布１１２）ことから、それに基づいて計算することができる。上式の膜成長速度GR(ｘ）に、図２０Bに示した相殺膜成長速度１１４の各ガス流路３６Aに対応した距離ｘでの成長速度値を代入することで、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の相殺流量ｕ（ｘ）が求められる。
【００８９】
この後、図１８のステップS34で、流量調節器５６毎（ガス流路３６A毎）の設定流量が、ステップS33で求められた相殺流量ｕ（ｘ）になるように調整される。
【００９０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる成膜反応装置の要部を示す断面図。
【図２】同成膜反応装置の、ロワーライナー２４およびサセプタ２６とともに、ロワーライナー２４に取り付けられたガス流供給のための各種の部品を、図１のA-A線で見て示した平面図。
【図３】二つのインサータ３６のうちの一方の平面図（図３A）と、これをガス流の上流側から見た正面図（図３B）。
【図４】バッフル３８の平面図（図４A）と、これをガス流の上流側から見た正面図（図４B）。
【図５】ブレードユニット４０の平面図（図５A）と、これをガス流の上流側から見た正面図（図５B）。
【図６】ブレードユニット４０の中央のガス輸送溝４０CCにはめ込まれたガス流偏向板４１を示す斜視図。
【図７】ガス流偏向板４１の作用を説明する平面図である。
【図８】反応ガスを反応器２０に供給するためのガス配管システムの構成を示す配管線図。
【図９】変形例にかかるガス配管システムの構成を示す配管線図。
【図１０】バッフル３８の作用を説明するための１つのガス流路のガス流速分布を示す図。
【図１１】制御装置６６が行なうガス流量の調整制御の全体の流れを示すフローチャート。
【図１２】図１１のステップS2からS3の設定流量配分の調整処理の流れをより詳細に示すフローチャート。
【図１３】図１１のステップS3の設定流量配分の調整処理を具体的に説明する図。
【図１４】図１１のステップS3の設定流量配分の調整処理を具体的に説明する図。
【図１５】図１１のステップS9の複数流量微調整処理の流れをより詳細に示すフローチャート。
【図１６】図１１のステップS9の複数流量微調整処理で使用される膜成長速度偏差ΔGR（ｘ）を説明するための図。
【図１７】図１１のステップS9の複数流量微調整処理で使用される流量調節器毎（ス流路毎）の膜成長感度データの例を示す図。
【図１８】ガス流量の調整制御の変形例の流れを示すフローチャート。
【図１９】制御における膜厚の測定方向を示す平面図。
【図２０】図１８の制御を具体的に説明する図。
【符号の説明】
【００９２】
２０ 反応器
２０A 反応室
２０B ガス流入口
２０C ガス排出口
２４ ロワーライナー
２４A 段状凹部
２６ サセプタ
２８ ウェハ
３４ インレットフランジ
３４A ガス室
３６ インサータ
３６A ガス流路
３８ バッフル
３８A 整流穴
４０ ブレードユニット
４０B ブレード
４０C ガス輸送溝
４１ ガス流偏向板
５６ 流量調節器
６０ 反応ガス供給枝管
６２ セフティリリーフバルブ
６４ セフティリリーフ管
６６ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
前記ガス流路（３６A）の本数が、前記ガス流入口の前記所定範囲を前記幅方向の中心で二分した片側範囲にて５本以上であり、
隣り合う前記ガス流路（３６A）間のピッチが１０ｍｍ以上である成膜反応装置。
【請求項２】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記ガス流路間のピッチがほぼ１２ｍｍからほぼ１８ｍｍの範囲である成膜反応装置。
【請求項３】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記ガス流路（３６A）間の１ピッチの前記幅方向の範囲における前記ガス流入口（２０B)から出た直後の最大ガス流速と最低ガス流速との差が、ほぼ０．５ｍ／秒以下である成膜反応装置。
【請求項４】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記基板（２８）の前記幅方向の寸法がほぼ２００ｍｍである場合に、前記ガス流路（３６A)の本数が、前記片側範囲にて８本以上である成膜反応装置。
【請求項５】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記基板（２８）の前記幅方向の寸法がほぼ３００ｍｍである場合に、前記ガス流路（３６A)の本数が、前記片側範囲にて１２本以上である成膜反応装置。
【請求項６】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
さらに、前記複数本のガス流路（３６A）の各々の内部の前記幅方向でのガス流速分布を均一化するための流速均一化装置（３８）を備えた成膜反応装置。
【請求項７】
請求項６記載の成膜反応装置において、
前記流速均一化装置（３８）が、前記複数本のガス流路にそれぞれ連通する複数個の整流穴（３８A)を有し、各整流穴（３８A)は前記幅方向に細長いスリット状の穴である成膜反応装置。
【請求項８】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
前記ガス流入口（２０B）内に配置され、前記複数本のガス流路（３６A）とそれぞれ連通する複数のガス輸送溝（４０C）を形成するための複数のブレード（４０B）を有したブレードユニット（４０）をさらに備え、
前記ブレードユニット（４０）は、前記ガス流入口（２０B）の壁（２４）を構成する部品（２４）から分離可能な別の部品である成膜反応装置。
【請求項９】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
前記ガス流入口（２０B）内に配置され、前記複数本のガス流路（３６A）とそれぞれ連通する複数のガス輸送溝（４０C）を形成するための複数のブレード（４０B）を有したブレードユニット（４０）をさらに備え、
前記ブレードユニット（４０）の前記幅方向の中央部に位置する前記ガス輸送溝（４０C）に、ガス流を前記幅方向の中心へ曲げるためのガス流調整部（４１）が設けられている成膜反応装置。
【請求項１】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
前記ガス流路（３６A）の本数が、前記ガス流入口の前記所定範囲を前記幅方向の中心で二分した片側範囲にて５本以上であり、
隣り合う前記ガス流路（３６A）間のピッチが１０ｍｍ以上である成膜反応装置。
【請求項２】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記ガス流路間のピッチがほぼ１２ｍｍからほぼ１８ｍｍの範囲である成膜反応装置。
【請求項３】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記ガス流路（３６A）間の１ピッチの前記幅方向の範囲における前記ガス流入口（２０B)から出た直後の最大ガス流速と最低ガス流速との差が、ほぼ０．５ｍ／秒以下である成膜反応装置。
【請求項４】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記基板（２８）の前記幅方向の寸法がほぼ２００ｍｍである場合に、前記ガス流路（３６A)の本数が、前記片側範囲にて８本以上である成膜反応装置。
【請求項５】
請求項１記載の成膜反応装置において、
前記基板（２８）の前記幅方向の寸法がほぼ３００ｍｍである場合に、前記ガス流路（３６A)の本数が、前記片側範囲にて１２本以上である成膜反応装置。
【請求項６】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
さらに、前記複数本のガス流路（３６A）の各々の内部の前記幅方向でのガス流速分布を均一化するための流速均一化装置（３８）を備えた成膜反応装置。
【請求項７】
請求項６記載の成膜反応装置において、
前記流速均一化装置（３８）が、前記複数本のガス流路にそれぞれ連通する複数個の整流穴（３８A)を有し、各整流穴（３８A)は前記幅方向に細長いスリット状の穴である成膜反応装置。
【請求項８】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
前記ガス流入口（２０B）内に配置され、前記複数本のガス流路（３６A）とそれぞれ連通する複数のガス輸送溝（４０C）を形成するための複数のブレード（４０B）を有したブレードユニット（４０）をさらに備え、
前記ブレードユニット（４０）は、前記ガス流入口（２０B）の壁（２４）を構成する部品（２４）から分離可能な別の部品である成膜反応装置。
【請求項９】
内部に基板（２８）が置かれる反応室（２０A）と、
前記反応室に設けられ、前記反応室内の前記基板（２８）の周縁に沿った幅方向へ所定範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるガス流入口（２０B)と、
前記ガス流入口の上流側で前記幅方向へ配列されて前記ガス流入口に連通し、それぞれのガス流量で前記反応ガスを前記ガス流入口に供給する複数本のガス流路（３６A）と、
前記複数本のガス流路（３６A）のそれぞれのガス流量を制御するガス流量制御装置（５６）と
を備えた基板（２８）上に成膜するための成膜反応装置において、
前記ガス流入口（２０B）内に配置され、前記複数本のガス流路（３６A）とそれぞれ連通する複数のガス輸送溝（４０C）を形成するための複数のブレード（４０B）を有したブレードユニット（４０）をさらに備え、
前記ブレードユニット（４０）の前記幅方向の中央部に位置する前記ガス輸送溝（４０C）に、ガス流を前記幅方向の中心へ曲げるためのガス流調整部（４１）が設けられている成膜反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００７−３２４２８５（Ｐ２００７−３２４２８５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５１３５６（Ｐ２００６−１５１３５６）
【出願日】平成１８年５月３１日（２００６．５．３１）
【出願人】（０００１８４７１３）ＳＵＭＣＯ ＴＥＣＨＸＩＶ株式会社 (265)
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月３１日（２００６．５．３１）
【出願人】（０００１８４７１３）ＳＵＭＣＯ ＴＥＣＨＸＩＶ株式会社 (265)
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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