成膜装置、成膜方法及び記憶媒体
【課題】回転テーブルに基板を載置し、この基板を回転させて基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順番に供給して反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成するにあたり、基板上にて複数の反応ガスが混合されることを防止しかつ反応ガスの消費量を抑えることができる技術を提供すること。
【解決手段】回転テーブルの回転方向において第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段との間に分離ガス供給手段を設け、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて低い天井面を設けることで分離領域Ｄに前記反応ガスが侵入することを阻止すると共に、前記回転テーブルの回転中心部と真空容器とにより区画した中心部領域から回転テーブルの周縁に向けて分離ガスを吐出する。また第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段は、真空容器の径方向に伸び、基板の通過領域と対向するガスノズルにより構成する。
【解決手段】回転テーブルの回転方向において第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段との間に分離ガス供給手段を設け、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて低い天井面を設けることで分離領域Ｄに前記反応ガスが侵入することを阻止すると共に、前記回転テーブルの回転中心部と真空容器とにより区画した中心部領域から回転テーブルの周縁に向けて分離ガスを吐出する。また第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段は、真空容器の径方向に伸び、基板の通過領域と対向するガスノズルにより構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを多数回実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置、成膜方法及びこの方法を実施するプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおける成膜手法として、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の表面に真空雰囲気下で第１の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第２の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれており、サイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができると共に、膜質の面内均一性も良好であり、半導体デバイスの薄膜化に対応できる有効な手法である。
【０００３】
このような成膜方法が好適である例としては、例えばゲート酸化膜に用いられる高誘電体膜の成膜が挙げられる。一例を挙げると、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する場合には、第１の反応ガス（原料ガス）として、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（以下「ＢＴＢＡＳ」という）ガス等が用いられ、第２の反応ガス（酸化ガス）としてオゾンガス等が用いられる。
【０００４】
このような成膜方法を実施する装置としては、真空容器の上部中央にガスシャワーヘッドを備えた枚葉の成膜装置を用いて、基板の中央部上方側から反応ガスを供給し、未反応の反応ガス及び反応副生成物を処理容器の底部から排気する方法が検討されている。ところで上記の成膜方法は、パージガスによるガス置換に長い時間がかかり、またサイクル数も例えば数百回にもなることから、処理時間が長いという問題があり、高スループットで処理できる装置、手法が要望されている。
【０００５】
このような背景から、複数枚の基板を真空容器内の回転テーブルに回転方向に配置して成膜処理を行う装置が以下のように既に知られている。特許文献１には、扁平な円筒状の真空容器を左右に分離し、左側領域及び右側領域に半円の輪郭に沿って形成された排気口が上向きに排気するように設けられると共に、左側半円の輪郭と右側半円の輪郭の間、つまり真空容器の直径領域には分離ガスの吐出口が形成されている。右側半円領域及び左側半円領域には互いに異なる原料ガスの供給領域が形成され、真空容器内の回転テーブルが回転することでワークピースが右側半円領域、分離領域Ｄ及び左側半円領域を通過すると共に、両原料ガスは排気口から排気される。そして分離ガスが供給される分離領域Ｄの天井は原料ガスの供給領域よりも低くなっている。
【０００６】
しかしながらこの装置は、分離ガスの吐出口と反応ガスの供給領域との間に上向きの排気口を設け、反応ガスをこの排気口から分離ガスと共に排気する手法を採用しているため、ワークピースに吐出された反応ガスが上向き流となって排気口から吸い込まれるため、パーティクルの巻上げを伴ない、ウエハへのパーティクル汚染を引き起こしやすいという欠点がある。
【０００７】
特許文献２には、ウエハ支持部材（回転テーブル）の上に回転方向に沿って４枚のウエハを等距離に配置する一方、ウエハ支持部材と対向するように第１の反応ガス吐出ノズル及び第２の反応ガス吐出ノズルを回転方向に沿って等距離に配置しかつこれらノズルの間にパージノズルを配置し、ウエハ支持部材を水平回転させる構成が記載されている。各ウエハはウエハ支持部材により支持され、ウエハの表面はウエハ支持部材の上面からウエハの厚さだけ上方に位置している。また各ノズルはウエハ支持部材の径方向に伸びるように設けられ、ウエハとノズルとの距離は０．１ｍｍ以上であることが記載されている。真空排気はウエハ支持部材の外縁と処理容器の内壁との間から行われる。このような装置によれば、パージガスノズルの下方がいわばエアーカーテンの役割を果たすことで第１の反応ガスと第２の反応ガスとの混合を防止している。
【０００８】
しかしながらウエハ支持部材が回転していることもあって、パージガスノズルからのエアーカーテン作用だけではその両側の反応ガスが通過してしまい、特に回転方向上流側から前記エアーカーテン中を拡散してしまうことは避けられない。更にまた第１の反応ガス吐出ノズルから吐出した第１の反応ガスは回転テーブルに相当するウエハ支持部材の中心部を介して容易に第２の反応ガス吐出ノズルからの第２の反応ガス拡散領域に到達してしまう。このように第１の反応ガスと第２の反応ガスとがウエハ上で混合されてしまうと、ウエハ表面に反応生成物が付着し、良好なＡＬＤ（あるいはＭＬＤ）処理ができなくなる。
【０００９】
特許文献３には、真空容器内を隔壁により周方向に複数の処理室に分割すると共に、隔壁の下端に対して細隙を介して回転可能な円形の載置台を設けて、この載置台上にウエハを複数配置する構成が記載されている。この装置は、隔壁と載置台あるいはウエハとの間の隙間からプロセスガスが隣の処理室に拡散し、また複数の処理室の間に排気室を設けているので、ウエハがこの排気室を通るときに上流側及び下流側の処理室からのガスが当該排気室にて混合される。このためいわゆるＡＬＤ方式の成膜手法には適用できない。
【００１０】
特許文献４には、円形のガス供給板を周方向に８つに区切り、ＡｓＨ3ガスの供給口、Ｈ2ガスの供給口、ＴＭＧガスの供給口及びＨ2ガスの供給口を９０度づつずらして配置し、さらにこれらガス供給口の間に排気口を設け、このガス供給板と対向させてウエハを支持したサセプタを回転させる手法が記載されている。しかしながら、この手法は、２つの反応ガスの分離に対して現実的な手段が何ら開示されておらず、サセプタの中心付近においては勿論のこと、実際には中心付近以外においてもＨ2ガスの供給口の配列領域を介して２つの反応ガスが混合されてしまう。更にまたウエハの通過領域と対向する面に排気口を設けると、サセプタ表面からのパーティクルの巻上げなどによりウエハのパーティクル汚染が起こりやすいという致命的な問題もある。
【００１１】
また特許文献５には、回転テーブルの上方領域を十字に４つの垂直壁で仕切り、こうして仕切られた４つの載置領域にウエハを載置すると共に、ソースガスインジェクタ、反応ガスインジェクタ、パージガスインジェクタを回転方向に交互に配置して十字のインジェクタユニットを構成し、これらインジェクタを前記４つの載置領域に順番に位置させるようにインジェクタユニットを水平回転させかつ回転テーブルの周辺から真空排気する構成が記載されている。しかしながらこのような構成においては、各載置領域にソースガスあるいは反応ガスを供給した後、パージガスノズルにより当該載置領域の雰囲気をパージガスで置換するために長い時間がかかるし、また一の載置領域から垂直壁を越えて隣接する載置領域にソースガスあるいは反応ガスが拡散して、両ガスが載置領域にて反応するおそれが大きい。
【００１２】
更にまた特許文献６（特許文献７、８）には、ターゲット(ウエハに相当する)に複数のガスを交互に吸着させる原子層ＣＶＤ方法を実施するにあたり、ウエハを載置するサセプタを回転させ、サセプタの上方からソースガスとパージガスとを供給する装置が記載されている。段落００２３から００２５には、チャンバの中心から放射状に隔壁が延びており、隔壁の下に反応ガスまたはパージガスをサセプタに供給するガス流出孔が設けられていること、隔壁からのガス流出孔から不活性ガスを流出させることでガスカーテンを形成することが記載されている。排気に関しては段落００５８に初めて記載され、この記載によると、ソースガスとパージガスとを夫々排気チャンネル３０ａ、３０ｂから別々に排気するようになっている。このような構成では、パージガスコンパートメントにおいて両側のソースガスコンパートメンにおけるソースガスの混じり合いを避けられず、反応生成物が発生してウエハへのパーティクル汚染が生じる。この特許文献６は、解読が困難であり、上述以外の構成については把握が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、（ｂ）
【特許文献２】特開２００１−２５４１８１号公報：図１及び図２
【特許文献３】特許３１４４６６４号公報：図１、図２、請求項１
【特許文献４】特開平４−２８７９１２号公報
【特許文献５】米国特許公報６，６３４，３１４号
【特許文献６】特開２００７−２４７０６６号公報：段落００２３〜００２５、００５８、図１２及び図１８
【特許文献７】米国特許公開公報２００７−２１８７０１号
【特許文献８】米国特許公開公報２００７−２１８７０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順番に供給して反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成するにあたり、高いスループットが得られ、基板上にて複数の反応ガスが混合されることを防止して良好な処理を行うことができる成膜装置、成膜方法及びこの方法を実施するプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は 真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
この回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記第１の処理領域と第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスと共に前記反応ガスを排気するための排気口と、を備え、
前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、を備えたことを特徴とする。
前記中心部領域は、例えば回転テーブルの回転中心部と真空容器の上面側とにより区画され、分離ガスがパージされる領域である。また他の例として、前記中心部領域は、真空容器の中心部にて上面及び底面の間に設けた支柱と、この支柱を囲み、鉛直軸回りに回転自在な回転スリーブと、を含み、この場合前記回転スリーブは、回転テーブルの回転軸をなしている。
【００１６】
本発明における種々の構成例について列挙する。前記排気口は、例えば回転テーブルの周縁と真空容器の内周壁との隙間から排気するために設けられている例を挙げることができる。また処理領域よりも分離領域の方が圧力が高くなるように構成する例を挙げることができる。前記回転テーブルの表面と基板の表面とは、高さが互いに同じかまたは高さの差が５ｍｍ以内であることが好ましい。また本発明は回転テーブルを加熱するための加熱手段が設けられる場合がある。前記第１の反応ガス供給手段、第２の反応ガス供給手段及び分離ガス供給手段へガスを各々導入するためのガス導入ポートは、回転テーブルの周縁部側及び中心部側の少なくとも一方に設けられている構成としてもよい。前記分離ガス供給手段のガス吐出孔は、回転テーブルの回転中心部及び周縁部の一方側から他方側に向かって配列されている構成としてもよい。前記分離領域における天井面は平坦面に形成されていることに限らず曲面に形成されていてもよい。
【００１７】
また前記排気口は、各反応ガスの排気を専用に行うために、平面で見たときに前記分離領域の前記回転方向両側に設けられていることが好ましい。加熱手段を設ける場合には、加熱手段は回転テーブルの下方側に設けられていることが好ましいが、回転テーブルの上方側に設けられていてもよいし、回転テーブルの上下両側に設けられていてもよい。また回転テーブルの外側から下方側空間にガスが侵入することを抑えるために、当該回転テーブルの下方側空間にパージガスを吐出してパージする手段を備えることが好ましい。前記分離領域の天井面における真空容器の外縁側の部位は、前記回転テーブルの外端面に対向するように屈曲して真空容器の内周壁の一部を構成し、当該天井面の屈曲部位と前記回転テーブルの外端面との隙間は、反応ガスの侵入防止効果が得られる寸法に設定されている構成としてもよい。
【００１８】
前記分離ガス供給手段の両側に各々位置する狭隘な空間を形成する天井面は、基板の中心が通過する部位において回転テーブルの回転方向に沿った幅寸法が５０ｍｍ以上であることが好ましい。基板載置領域は回転テーブルの回転方向に沿って１個設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。即ち、本発明は１枚の基板を処理するためのものであってもよいし、複数の基板を処理するためのものであってもよい。外部の搬送機構と前記回転テーブルとのあいだで基板の受け渡しを行うために、真空容器の側壁にゲートバルブにより開閉される搬送口が設けられている構成としてもよい。前記分離領域の天井面において、前記ノズルに対して回転テーブルの相対的回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましく、例えば前記ノズルに対して少なくとも回転テーブルの相対的回転方向の上流側部位は、扇型に形成されている構成とすることができる。
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスにより生成される反応生成物とは異なる反応生成物を生成するための第３の反応ガス及び第４の反応ガスを夫々供給する第３の反応ガス供給手段及び第４の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段から夫々第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えていても良い。この場合において、前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段は、夫々前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段を兼用していても良い。
【００１９】
また本発明の基板処理装置は、内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、この真空搬送室に気密に接続された請求項ないしのいずれか一つに記載の成膜装置と、前記真空搬送室に気密に接続され、真空雰囲気と大気雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能な予備真空室と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
更に本発明の成膜方法は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内の回転テーブルに基板をほぼ水平に載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
前記回転方向に互いに離れて前記真空容器に設けられた第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段から、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給する工程と、
前記回転方向において第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段の間に位置する分離領域に設けられた分離ガス供給手段から分離ガスを供給し、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて前記回転テーブルに対向する天井面と当該回転テーブルとの間の狭隘な空間に前記分離ガスを拡散させる工程と、
真空容器内の中心部に位置する中心部領域に形成された吐出口から分離ガスを当該回転テーブルの基板載置面側に吐出する工程と、
前記中心部領域からの分離ガス及び前記天井面の下方から拡散した分離ガスと共に反応ガスを排気する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明では例えば前記回転テーブルを加熱する工程が更に含まれる。前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給する工程に代えて、前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられた第３の反応ガス供給手段及び第４の反応ガス供給手段から、前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスにより生成される反応生成物とは異なる反応生成物を生成するための第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行する工程を行っても良い。更に他の発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、前記プログラムは、本発明の成膜方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板の表面に、互いに反応する複数の反応ガスを順番に供給しかつこの供給サイクルを多数回実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成するにあたって、回転テーブルに基板を配置し、第１の反応ガス及び第２の反応ガスを順番に供給して前記供給サイクルを行うようにしているため、高いスループットで成膜処理を行うことができる。そして前記回転方向において第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段との間に分離ガス供給手段を設けて、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて低い天井面を設けることで当該天井面と回転テーブルとの間に狭隘な空間を形成し、これにより分離領域に前記反応ガスが侵入することを阻止すると共に、真空容器の中心部領域から回転テーブルの周縁に向けて分離ガスを吐出し、前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスと共に前記反応ガスが回転テーブルの周縁と真空容器の内周壁との隙間を介して排気されるため、互いに異なる反応ガス同士が混じり合うことを防止でき、良好な成膜処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面を示す図３のＩ−Ｉ’線断面図である。
【図２】上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。
【図３】上記の成膜装置の横断平面図である。
【図４】上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図である。
【図５】上記の成膜装置の一部を示す縦断面図である。
【図６】上記の成膜装置の一部破断斜視図である。
【図７】分離ガスあるいはパージガスの流れる様子を示す説明図である。
【図８】上記の成膜装置の一部破断斜視図である。
【図９】第１の反応ガス及び第２の反応ガスが分離ガスにより分離されて排気される様子を示す説明図である。
【図１０】分離領域に用いられる凸状部の寸法例を説明するための説明図である。
【図１１】分離領域の他の例を示す縦断面図である。
【図１２】分離領域に用いられる凸状部の他の例を示す縦断面図である。
【図１３】分離ガス供給手段のガス吐出孔の他の例を示す底面図である。
【図１４】凸状部の変形例を示す底面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図である。
【図１６】本発明の更に他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図である。
【図１７】本発明の更にまた他の実施の形態に係る成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図である。
【図１９】本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す縦断面図である。
【図２０】本発明の成膜装置を用いた基板処理システムの一例を示す概略平面図である。
【図２１】上記の成膜装置の他の例を示す平面図である。
【図２２】上記の他の例における成膜処理の流れを示す模式図である。
【図２３】上記の他の例の成膜装置において基板上に成膜される積層膜の一例を示す縦断面図である。
【図２４】上記の他の例の成膜装置の変形例を示す平面図である。
【図２５】ＡＬＤ法において薄膜が成膜される様子を示す模式図である。
【図２６】ＢＴＢＡＳガス及びジイソプロピルアミノシランガスの構造を示す模式図である。
【図２７】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図２８】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図２９】本発明の実施例にて得られる特性図を説明するための説明図である。
【図３０】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３１】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３２】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３３】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３４】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３５】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３６】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態である成膜装置は、図１（図３のＩ−Ｉ’線に沿った断面図）に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は天板１１が容器本体１２から分離できるように構成されている。天板１１は、内部の減圧状態により封止部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板１１を容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。
【００２５】
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底面部を１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
【００２６】
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板であるウエハを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを描いてある。ここで図４は、回転テーブル２を同心円に沿って切断しかつ横に展開して示す展開図であり、凹部２４は、図４（ａ）に示すようにその直径がウエハの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きく、またその深さはウエハの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハを凹部２４に落とし込むと、ウエハの表面と回転テーブル２の表面（ウエハが載置されない領域）とが揃うことになる。ウエハの表面と回転テーブル２の表面との間の高さの差が大きいとその段差部分で圧力変動が生じることから、ウエハの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えることが、膜厚の面内均一性を揃える観点から好ましい。ウエハの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えるとは、同じ高さであるかあるいは両面の差が５ｍｍ以内であることをいうが、加工精度などに応じてできるだけ両面の高さの差をゼロに近づけることが好ましい。凹部２４の底面には、ウエハの裏面を支えて当該ウエハを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピン（図８参照）が貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。
【００２７】
凹部２４はウエハを位置決めして回転テーブル２の回転に伴う遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置領域に相当する部位であるが、基板載置領域（ウエハ載置領域）は、凹部に限らず例えば回転テーブル２の表面にウエハの周縁をガイドするガイド部材をウエハの周方向に沿って複数並べた構成であってもよく、あるいは回転テーブル２側に静電チャックなどのチャック機構を持たせてウエハを吸着する場合には、その吸着によりウエハが載置される領域が基板載置領域となる。
【００２８】
図２及び３に示すように真空容器１には、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置に第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２と２本の分離ガスノズル４１、４２とが真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて中心部から放射状に伸びている。これら反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２は、例えば真空容器１の側周壁に取り付けられており、その基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａは当該側壁を貫通している。
【００２９】
ガスノズル３１、３２、４１、４２は図示の例では、真空容器１の周壁部から真空容器１内に導入されているが、後述する環状の突出部５から導入してもよい。この場合、突出部５の外周面と天板１１の外表面とに開口するＬ字型の導管を設け、真空容器１内でＬ字型の導管の一方の開口にガスノズル３１、（３２、４１、４２）を接続し、真空容器１の外部でＬ字型の導管の他方の開口にガス導入ポート３１ａ（３２ａ、４１ａ、４２ａ）を接続する構成を採用することができる。
【００３０】
反応ガスノズル３１、３２は、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスのガス供給源及び第２の反応ガスであるＯ３（オゾン）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されており、分離ガスノズル４１、４２はいずれも分離ガスであるＮ２ガス（窒素ガス）のガス供給源（図示せず）に接続されている。この例では、第２の反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４２がこの順に時計方向に配列されている。
【００３１】
反応ガスノズル３１、３２には、下方側に反応ガスを吐出するための吐出孔３３がノズルの長さ方向に間隔を置いて配列されている。また分離ガスノズル４１、４２には、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０が長さ方向に間隔を置いて穿設されている。反応ガスノズル３１、３２は夫々第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段に相当し、その下方領域は夫々ＢＴＢＡＳガスをウエハに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びＯ３ガスをウエハに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２となる。
【００３２】
分離ガスノズル４１、４２は、前記第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するための分離領域Ｄを形成するためのものであり、この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には図２〜図４に示すように、回転テーブル２の回転中心を中心としかつ真空容器１の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した凸状部４が設けられている。分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収められている。即ち分離ガスノズル４１、（４２）の中心軸から凸状部４である扇型の両縁（回転方向上流側の縁及び下流側の縁）までの距離は同じ長さに設定されている。なお、溝部４３は、本実施形態では凸状部４を二等分するように形成されているが、他の実施形態においては、例えば溝部４３から見て凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が前記回転方向下流側よりも広くなるように溝部４３を形成してもよい。
【００３３】
従って分離ガスノズル４１、４２における前記周方向両側には、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在することになる。この凸状部４の役割は、回転テーブル２との間に第１の反応ガス及び第２の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。
【００３４】
即ち、分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側からＯ３ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からＢＴＢＡＳガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ２ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、隣接空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したＯ３ガス及びＢＴＢＡＳガスが凸状部４内で混じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄの役割である第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気との分離作用が発揮できる。従って狭隘な空間における狭隘の程度は、狭隘な空間（凸状部４の下方空間）と当該空間に隣接した領域（この例では第２の天井面４５の下方空間）との圧力差が「ガスが侵入できなくなる」作用を確保できる程度の大きさになるように設定され、その具体的な寸法は凸状部４の面積などにより異なるといえる。またウエハに吸着したガスについては当然に分離領域Ｄ内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。
【００３５】
一方天板１１の下面には、回転テーブル２におけるコア部２１よりも外周側の部位と対向するようにかつ当該コア部２１の外周に沿って突出部５が設けられている。この突出部５は凸状部４における前記回転中心側の部位と連続して形成されており、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成されている。図２及び図３は、前記天井面４５よりも低くかつ分離ガスノズル４１、４２よりも高い位置にて天板１１を水平に切断して示している。なお突出部５と凸状部４とは、必ずしも一体であることに限られるものではなく、別体であってもよい。
【００３６】
凸状部４及び分離ガスノズル４１（４２）の組み合わせ構造の作り方については、凸状部４をなす１枚の扇型プレートの中央に溝部４３を形成してこの溝部４３内に分離ガスノズル４１（４２）を配置する構造に限らず、２枚の扇型プレートを用い、分離ガスノズル４１（４２）の両側位置にて天板本体の下面にボルト締めなどにより固定する構成などであってもよい。この例では分離ガスノズル４１（４２）は、真下に向いた例えば口径が０．５ｍｍの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って例えば１０ｍｍの間隔をおいて配列されている。また反応ガスノズル３１、３２についても、真下に向いた例えば口径が０．５ｍｍの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って例えば１０ｍｍの間隔をおいて配列されている。
【００３７】
この例では直径３００ｍｍのウエハＷを被処理基板としており、この場合凸状部４は、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば１４６ｍｍであり、ウエハの載置領域（凹部２４）の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍである。なお図４（ａ）に示すように、当該外側部位において分離ガスノズル４１（４２）の両脇から夫々左右に位置する凸状部４の周方向の長さＬでみれば、長さＬは２４６ｍｍである。
【００３８】
また図４（ａ）に示すように凸状部４の下面即ち天井面４４における回転テーブル２の表面からの高さｈは、例えば０．５ｍｍから１０ｍｍであってもよく、約４ｍｍであると好適である。この場合、回転テーブル２の回転数は例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍに設定されている。分離領域Ｄの分離機能を確保するためには、回転テーブル２の回転数の使用範囲などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）と回転テーブル２の表面との高さｈを例えば実験などに基づいて設定することになる。なお分離ガスとしては、Ｎ２ガスに限られずＡｒガスなどの不活性ガスを用いることができるが、不活性ガスに限らず水素ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。
【００３９】
真空容器１の天板１１の下面、つまり回転テーブル２のウエハ載置領域（凹部２４）から見た天井面は既述のように第１の天井面４４とこの天井面４４よりも高い第２の天井面４５とが周方向に存在するが、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図５では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は図２及び図５に示されているように回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。扇型の凸状部４は天板１１側に設けられていて、容器本体１２から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。この屈曲部４６も凸状部４と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、回転テーブル２の表面に対する天井面４４の高さｈと同様の寸法に設定されている。この例においては、回転テーブル２の表面側領域からは、屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成していると見ることができる。
【００４０】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図５に示すように前記屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分を排気領域６と呼ぶことにすると、この排気領域６の底部には図１及び図３に示すように例えば２つの排気口６１、６２が設けられている。これら排気口６１、６２は各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば共通の真空ポンプ６４に接続されている。なお図１中、６５は圧力調整手段であり、排気口６１、６２ごとに設けてもよいし、共通化されていてもよい。排気口６１、６２は、分離領域Ｄの分離作用が確実に働くように、平面で見たときに前記分離領域Ｄの前記回転方向両側に設けられ、各反応ガス（ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガス）の排気を専用に行うようにしている。この例では一方の排気口６１は第１の反応ガスノズル３１とこの反応ガスノズル３１に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に設けられ、また他方の排気口６１は、第２の反応ガスノズル３２とこの反応ガスノズル３２に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に設けられている。
【００４１】
排気口の設置数は２個に限られるものではなく、例えば分離ガスノズル４２を含む分離領域Ｄと当該分離領域Ｄに対して前記回転方向下流側に隣接する第２の反応ガスノズル３２との間に更に排気口を設置して３個としてもよいし、４個以上であってもよい。この例では排気口６１、６２は回転テーブル２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁と回転テーブル２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器１の底面部に設けることに限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。また排気口６１、６２は、真空容器１の側壁に設ける場合には、回転テーブル２よりも高い位置に設けるようにしてもよい。このように排気口６１、６２を設けることにより回転テーブル２上のガスは、回転テーブル２の外側に向けて流れるため、回転テーブル２に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻上げが抑えられるという観点において有利である。
【００４２】
前記回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１、図２及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハをプロセスレシピで決められた温度に加熱するようになっている。前記回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域６に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画するためにヒータユニット７を全周に亘って囲むようにカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は上縁が外側に屈曲されてフランジ形状に形成され、その屈曲面と回転テーブル２の下面との間の隙間を小さくして、カバー部材７１内に外方からガスが侵入することを抑えている。
【００４３】
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近、コア部２１に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴についてもその内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体２０内に連通している。そして前記ケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。
【００４４】
このようにパージガス供給管７２、７３を設けることにより図７にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体２０内からヒータユニット７の配置空間に至るまでの空間がＮ２ガスでパージされ、このパージガスが回転テーブル２とカバー部材７１との間の隙間から排気領域６を介して排気口６１、６２に排気される。これによって既述の第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との一方から回転テーブル２の下方を介して他方にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガスが回り込むことが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。
【００４５】
また真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部５で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間で回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガス）が混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との雰囲気を分離するために回転テーブル２の回転中心部と真空容器１１とにより区画され、分離ガスがパージされると共に当該回転テーブル２の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。
【００４６】
更に真空容器１の側壁には図２、図３及び図８に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハ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は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１６の昇降機構（図示せず）が設けられる。
【００４７】
またこの実施の形態の成膜装置は、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１００が設けられ、この制御部１００のメモリ内には装置を運転するためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の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から制御部１００内にインストールされる。
【００４８】
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに図８に示すように凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器の底部側から昇降ピン１６が昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。続いて真空ポンプ６４により真空容器１内を予め設定した圧力に真空引きすると共に、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを加熱する。詳しくは、回転テーブル２はヒータユニット７により予め例えば３００℃に加熱されており、ウエハＷがこの回転テーブル２に載置されることで加熱される。ウエハＷの温度が図示しない温度センサにより設定温度になったことを確認した後、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から夫々ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスを吐出させると共に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを吐出する。
【００４９】
ウエハＷは回転テーブル２の回転により、第１の反応ガスノズル３１が設けられる第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル３２が設けられる第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過するため、ＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いでＯ３ガスが吸着してＢＴＢＡＳ分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成され、こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。
【００５０】
このとき分離ガス供給管５１からも分離ガスであるＮ２ガスを供給し、これにより中心部領域Ｃから即ち突出部５と回転テーブル２の中心部との間から回転テーブル２の表面に沿ってＮ２ガスが吐出する。この例では反応ガスノズル３１、３２が配置されている第２の天井面４５の下方側の空間に沿った容器本体１２の内周壁においては、既述のように内周壁が切りかかれて広くなっており、この広い空間の下方に排気口６１、６２が位置しているので、第１の天井面４４の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Ｃの各圧力よりも第２の天井面４５の下方側の空間の圧力の方が低くなる。ガスを各部位から吐出したときのガスの流れの状態を模式的に図９に示す。第２の反応ガスノズル３２から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面（ウエハＷの表面及びウエハＷの非載置領域の表面の両方）に当たってその表面に沿って回転方向上流側に向かうＯ３ガスは、その上流側から流れてきたＮ２ガスに押し戻されながら回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との間の排気領域６に流れ込み、排気口６２により排気される。
【００５１】
また第２の反応ガスノズル３２から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面に当たってその表面に沿って回転方向下流側に向かうＯ３ガスは、中心部領域Ｃから吐出されるＮ２ガスの流れと排気口６２の吸引作用により当該排気口６２に向かおうとするが、一部は下流側に隣接する分離領域Ｄに向かい、扇型の凸状部４の下方側に流入しようとする。ところがこの凸状部４の天井面４４の高さ及び周方向の長さは、各ガスの流量などを含む運転時のプロセスパラメータにおいて当該天井面４４の下方側へのガスの侵入を防止できる寸法に設定されているため、図４（ｂ）にも示してあるようにＯ３ガスは扇型の凸状部４の下方側にほとんど流入できないかあるいは少し流入したとしても分離ガスノズル４１付近までには到達できるものではなく、分離ガスノズル４１から吐出したＮ２ガスにより回転方向上流側、つまり処理領域Ｐ２側に押し戻されてしまい、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して排気口６２に排気される。
【００５２】
また第１の反応ガスノズル３１から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面に沿って回転方向上流側及び下流側に夫々向かうＢＴＢＡＳガスは、その回転方向上流側及び下流側に隣接する扇型の凸状部４の下方側に全く侵入できないかあるいは侵入したとしても第２の処理領域Ｐ１側に押し戻され、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して排気口６１に排気される。即ち、各分離領域Ｄにおいては、雰囲気中を流れる反応ガスであるＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガスの侵入を阻止するが、ウエハに吸着されているガス分子はそのまま分離領域つまり扇型の凸状部４による低い天井面４４の下方を通過し、成膜に寄与することになる。
【００５３】
更にまた第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ３ガス）は、中心部領域Ｃ内に侵入しようとするが、図７及び図９に示すように当該中心部領域Ｃからは分離ガスが回転テーブル２の周縁に向けて吐出されているので、この分離ガスにより侵入が阻止され、あるいは多少侵入したとしても押し戻され、この中心部領域Ｃを通って第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することが阻止される。
【００５４】
そして分離領域Ｄにおいては、扇型の凸状部４の周縁部が下方に屈曲され、屈曲部４６と回転テーブル２の外端面との間の隙間が既述のように狭くなっていてガスの通過を実質阻止しているので、第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ３ガス）は、回転テーブル２の外側を介して第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することも阻止される。従って２つの分離領域Ｄによって第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気とが完全に分離され、ＢＴＢＡＳガスは排気口６１に、またＯ３ガスは排気口６２に夫々排気される。この結果、両反応ガスこの例ではＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスが雰囲気中においてもウエハ上においても混じり合うことがない。なおこの例では、回転テーブル２の下方側をＮ２ガスによりパージしているため、排気領域６に流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばガＢＴＢＡＳスがＯ３ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。こうして成膜処理が終了すると、各ウエハは搬入動作と逆の動作により順次搬送アーム１０により搬出される。
【００５５】
ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、回転テーブル２の回転数は、３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、プロセス圧力は例えば１０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は例えば３５０℃、ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスの流量は例えば夫々１００ｓｃｃｍ及び１００００ｓｃｃｍ、分離ガスノズル４１、４２からのＮ２ガスの流量は例えば２００００ｓｃｃｍ、真空容器１の中心部の分離ガス供給管５１からのＮ２ガスの流量は例えば５０００ｓｃｃｍである。また１枚のウエハに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハが処理領域Ｐ１、Ｐ２の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、多数回例えば６００回である。
【００５６】
上述実施の形態によれば、回転テーブル２の回転方向に複数のウエハＷを配置し、回転テーブル２を回転させて第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを順番に通過させていわゆるＡＬＤ（あるいはＭＬＤ）を行うようにしているため、高いスループットで成膜処理を行うことができる。そして前記回転方向において第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に低い天井面を備えた分離領域Ｄを設けると共に回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより区画した中心部領域Ｃから回転テーブル２の周縁に向けて分離ガスを吐出し、前記分離領域Ｄの両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域Ｃから吐出する分離ガスと共に前記反応ガスが回転テーブル２の周縁と真空容器の内周壁との隙間を介して排気されるため、両反応ガスの混合を防止することができ、この結果良好な成膜処理を行うことができるし、回転テーブル２上において反応生成物が生じることが全くないか極力抑えられ、パーティクルの発生が抑えられる。なお本発明は、回転テーブル２に１個のウエハＷを載置する場合にも適用できる。
【００５７】
また回転テーブルに排気口を設ける構成や、ウエハの載置台を固定しかつ反応ガスノズルを回転させる場合には、排気口と反応ガスノズルとの相対位置関係が刻々と変わるので、排気流が変化して不安定な状態となり、このため第１の反応ガス及び第２の反応ガスが混合される懸念や成膜の均一性が低くなる懸念がある。これに対して上述の実施の形態では、反応ガスノズル３１（３２）と排気口６１（６２）との位置関係が固定されていることから、排気流が一定であり、上記のような懸念がなく、安定した成膜処理ができる。
【００５８】
本発明で適用される処理ガスとしては、上述の例の他に、ＤＣＳ[ジクロロシラン]、ＨＣＤ[ヘキサクロロジシラン]、ＴＭＡ[トリメチルアルミニウム]、３ＤＭＡＳ[トリスジメチルアミノシラン]、ＴＥＭＡＺ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、ＴＥＭＨＦ[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]、Ｓｒ(ＴＨＤ)２ [ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、モノアミノシランなどを挙げることができる。
【００５９】
また前記分離領域Ｄの天井面４４において、前記分離ガスノズル４１、４２に対して回転テーブル２の回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましい。その理由は回転テーブル２の回転によって上流側から分離領域Ｄに向かうガスの流れが外縁に寄るほど速いためである。この観点からすれば、上述のように凸状部４を扇型に構成することは得策である。
【００６０】
そして前記分離ガス供給ノズル４１（４２）の両側に各々位置する狭隘な空間を形成する前記第１の天井面４４は、図１０（ａ）、（ｂ）に前記分離ガス供給ノズル４１を代表して示すように例えば３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合、ウエハＷの中心ＷＯが通過する部位において回転テーブル２の回転方向に沿った幅寸法Ｌが５０ｍｍ以上であることが好ましい。凸状部４の両側から当該凸状部４の下方（狭隘な空間）に反応ガスが侵入することを有効に阻止するためには、前記幅寸法Ｌが短い場合にはそれに応じて第１の天井面４４と回転テーブル２との間の距離も小さくする必要がある。更に第１の天井面４４と回転テーブル２との間の距離をある寸法に設定したとすると、回転テーブル２の回転中心から離れる程、回転テーブル２の速度が速くなってくるので、反応ガスの侵入阻止効果を得るために要求される幅寸法Ｌは回転中心から離れる程長くなってくる。
【００６１】
このような観点から考察すると、ウエハＷの中心ＷＯが通過する部位における前記幅寸法Ｌが５０ｍｍよりも小さいと、第１の天井面４４と回転テーブル２との距離をかなり小さくする必要があるため、回転テーブル２を回転したときに回転テーブル２あるいはウエハＷと天井面４４との衝突を防止するために、回転テーブル２の振れを極力抑える工夫が要求される。更にまた回転テーブル２の回転数が高い程、凸状部４の上流側から当該凸状部４の下方側に反応ガスが侵入しやすくなるので、前記幅寸法Ｌを５０ｍｍよりも小さくすると、回転テーブル２の回転数を低くしなければならず、スループットの点で得策ではない。従って幅寸法Ｌが５０ｍｍ以上であることが好ましいが、５０ｍｍ以下であっても本発明の効果が得られないというものではない。即ち、前記幅寸法ＬがウエハＷの直径の１／１０〜１／１であることが好ましく、約１／６以上であることがより好ましい。
【００６２】
また本発明では分離ガス供給手段における回転方向両側に低い天井面４４が位置することが必要であるが、分離ガスノズル４１、４２の両側に凸状部４４が配置されている上述の構成に限らず、図１１に示すように凸状部４の内部に分離ガスの通流室４７を回転テーブル２の直径方向に伸びるように形成し、この通流室４７の底部に長さ方向に沿って多数のガス吐出孔４０が穿設される構成を採用してもよい。
【００６３】
分離領域Ｄの天井面４４は平坦面に限られるものではなく、図１２（ａ）に示すよ凹面形状に構成してもよいし、図１２（ｂ）に示すように凸面形状にしてもよく、あるいはまた図１２（ｃ）に示すように波型状に構成してもよい。
更にまた分離ガスノズル４１（４２）のガス吐出孔４０については、次のような構成としてもよい。
Ａ． 図１３（ａ）に示すように回転テーブル２の直径に対して斜めに向いた横長のスリットからなる多数のガス吐出孔４０を、互いに隣接するものの一部同士が前記直径方向に重なるようにして、当該直径方向に間隔をおいて配置した構成。
Ｂ． 図１３（ｂ）に示すように多数のガス吐出孔４０を蛇行ライン状に配列した構成。
Ｃ． 図１３（ｃ）に示すように回転テーブル２の周縁側に迫る多数の円弧状のスリットからなるガス吐出孔４０を前記直径方向に間隔をおいて配列した構成。
【００６４】
更にまた凸状部４の平面形状については、次のような構成としてもよい。
Ａ． 図１４（ａ）に示すように凸状部４を角型例えば長方形に形成した構成。
Ｂ． 図１４（ｂ）に示すように凸状部４を真空容器１の周縁に向かってラッパ状に広がった形状に形成した構成。
Ｃ． 図１４（ｃ）に示すように凸状部４を、台形の側縁を外側に膨らませた形状であって、長辺側が真空容器１の周縁側に位置している形状に形成した構成。
Ｄ． 図１４（ｄ）に示すように、凸状部４を回転テーブル２の回転方向上流側（図１４では右側が回転方向上流側に相当する）が真空容器１の周縁に向かって広がっている形状に形成した構成。
ウエハを加熱するための加熱手段としては抵抗発熱体を用いたヒータに限られずランプ加熱装置であってもよく、回転テーブル２の下方側に設ける代わりに回転テーブル２の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。
【００６５】
ここで処理領域Ｐ１、Ｐ２及び分離領域Ｄの各レイアウトについて上記の実施の形態以外の他の例を挙げておく。図１５は第２の反応ガスノズル３２を搬送口１５よりも回転テーブル２の回転方向上流側に位置させた例であり、このようなレイアウトであっても同様の効果が得られる。また分離領域Ｄは、扇型の凸状部４を周方向に２つに分割し、その間に分離ガスノズル４１（４２）を設ける構成であってもよいことを既に述べたが、図１６は、このような構成の一例を示す平面図である。この場合、扇型の凸状部４と分離ガスノズル４１（４２）との距離や扇型の凸状部４の大きさなどは、分離ガスの吐出流量や反応ガスの吐出流量などを考慮して分離領域Ｄが有効な分離作用が発揮できるように設定される。
【００６６】
上述の実施の形態では、前記第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２は、その天井面が前記分離領域Ｄの天井面よりも高い領域に相当するものであったが、本発明は、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２の少なくとも一方は、分離領域Ｄと同様に反応ガス供給手段の前記回転方向両側にて前記回転テーブル２に対向して設けられ、当該回転テーブル２との間にガスの侵入を阻止するための空間を形成するようにかつ前記分離領域Ｄの前記回転方向両側の天井面（第２の天井面４５）よりも低い天井面例えば分離領域Ｄにおける第１の天井面４４と同じ高さの天井面を備えている構成としてもよい。図１７はこのような構成の一例を示すものであり、第２の処理領域（この例ではＯ３ガスの吸着領域）Ｐ２において扇形の凸状部３０の下方側に第２の反応ガスノズル３２を配置している。なお第２の処理領域Ｐ２は、分離ガスノズル４１（４２）の代わりに第２の反応ガスノズル３２を設けた以外は、分離領域Ｄと全く同様である。
【００６７】
本発明は、分離ガスノズル４１（４２）の両側に狭隘な空間を形成するために低い天井面（第１の天井面）４４を設けることが必要であるが、図１８に示すように反応ガスノズル３１（３２）の両側にも同様の低い天井面を設け、これら天井面を連続させる構成、つまり分離ガスノズル４１（４２）及び反応ガスノズル３１（３２）が設けられる箇所以外は、回転テーブル２に対向する領域全面に凸状部４を設ける構成としても同様の効果が得られる。この構成は別の見方をすれば、分離ガスノズル４１（４２）の両側の第１の天井面４４が反応ガスノズル３１（３２）にまで広がった例である。この場合には、分離ガスノズル４１（４２）の両側に分離ガスが拡散し、反応ガスノズル３１（３２）の両側に反応ガスが拡散し、両ガスが凸状部４の下方側（狭隘な空間）にて合流するが、これらのガスは分離ガスノズル３１（３２）と反応ガスノズル４２（４１）との間に位置する排気口６１（６２）から排気されることになる。
【００６８】
以上の実施の形態では、回転テーブル２の回転軸２２が真空容器１の中心部に位置し、回転テーブル２の中心部と真空容器１の上面部との間の空間に分離ガスをパージしているが、本発明は図１９に示すように構成してもよい。図１９の成膜装置においては、真空容器１の中央領域の底面部１４が下方側に突出していて駆動部の収容空間８０を形成していると共に、真空容器１の中央領域の上面に凹部８０ａが形成され、真空容器１の中心部において収容空間８０の底部と真空容器１の前記凹部８０ａの上面との間に支柱８１を介在させて、第１の反応ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスと第２の反応ガスノズル３２からのＯ３ガスとが前記中心部を介して混ざり合うことを防止している。
【００６９】
回転テーブル２を回転させる機構については、支柱８１を囲むように回転スリーブ８２を設けてこの回転スリーブ８１に沿ってリング状の回転テーブル２を設けている。そして前記収容空間８０にモータ８３により駆動される駆動ギヤ部８４を設け、この駆動ギヤ部８４により、回転スリーブ８２の下部の外周に形成されたギヤ部８５を介して当該回転スリーブ８２を回転させるようにしている。８６、８７及び８８は軸受け部である。また前記収容空間８０の底部にパージガス供給管７４を接続すると共に、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するためのパージガス供給管７５を真空容器１の上部に接続している。図１９では、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するための開口部は左右２箇所に記載してあるが、回転スリーブ８２の近傍領域を介してＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとが混じり合わないようにするために、開口部（パージガス供給口）の配列数を設計することが好ましい。
【００７０】
図１９の実施の形態では、回転テーブル２側から見ると、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間は分離ガス吐出孔に相当し、そしてこの分離ガス吐出孔、回転スリーブ８２及び支柱８１により、真空容器１の中心部に位置する中心部領域が構成される。
【００７１】
本発明は、２種類の反応ガスを用いることに限られず、３種類以上の反応ガスを順番に基板上に供給する場合にも適用することができる。その場合には、例えば第１の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第２の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第３の反応ガスノズル及び分離ガスノズルの順番で真空容器１の周方向に各ガスノズルを配置し、各分離ガスノズルを含む分離領域を既述の実施の形態のように構成すればよい。
【００７２】
以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図２０に示しておく。図１９中、１０１は例えば２５枚のウエハを収納するフープと呼ばれる密閉型の搬送容器、１０２は搬送アーム１０３が配置された大気搬送室、１０４、１０５は大気雰囲気と真空雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能なロードロック室（予備真空室）、１０６は、２基の搬送アーム１０７が配置された真空搬送室、１０８、１０９は本発明の成膜装置である。搬送容器１０１は図示しない載置台を備えた搬入搬出ポートに外部から搬送され、大気搬送室１０２に接続された後、、図示しない開閉機構により蓋が開けられて搬送アーム１０３により当該搬送容器１０１内からウエハが取り出される。次いでロードロック室１０４（１０５）内に搬入され当該室内を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替え、その後搬送アーム１０７によりウエハが取り出されて成膜装置１０８、１０９の一方に搬入され、既述の成膜処理がされる。このように例えば５枚処理用の本発明の成膜装置を複数個例えば２個備えることにより、いわゆるＡＬＤ（ＭＬＤ）を高いスループットで実施することができる。
【００７３】
上記の各例では、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳガス及び第２の反応ガスであるＯ3ガスを供給してシリコン酸化膜からなる薄膜を成膜する成膜装置や成膜方法について説明したが、本発明は互いに種類の異なる複数の薄膜を連続成膜する場合にも適用でき、例えば２種類の薄膜を交互に積層して多層膜を形成する場合にも適用できる。このような多層膜を成膜するための具体的な成膜装置の構成や成膜方法について、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に積層して絶縁膜である積層膜を形成する場合を例に挙げて以下に説明する。
【００７４】
図２１に示すように、第１の反応ガスノズル３１には、このノズル３１のガス導入ポート３１ａを介して第１のガス供給路１１０の一端側が接続されており、この第１のガス供給路１１０の他端側は２本に分岐して、夫々バルブＶ１、Ｖ３及び流量調整部１１１、１１３を介して、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳガスの貯留された第１のガス供給源１２１及び第３のガスであるＤＣＳ（ジクロルシラン、Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ2）ガスの貯留された第３のガス供給源１２３に接続されている。また、第２の反応ガスノズル３２には、ガス導入ポート３２ａを介して第２のガス供給路１２０の一端側が接続されており、この第２のガス供給路１２０の他端側は同様に２本に分岐して、夫々バルブＶ２、Ｖ４及び流量調整部１１２、１１４を介して、夫々第２の反応ガスであるＯ3ガスの貯留された第２のガス供給源１２２及び第４の反応ガスであるＮＨ3（アンモニア）ガスの貯留された第４のガス供給源１２４に接続されている。そのため、この例では第１の反応ガス供給手段である第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガス供給手段である第２の反応ガスノズル３２は、夫々第３の反応ガス供給手段及び第４の反応ガス供給手段を兼用していることになる。尚、既述の図１に示した成膜装置と同じ構成の部位については説明を省略する。
【００７５】
次に、この成膜装置において多層膜を成膜する成膜方法について説明する。先ず、図２２（ａ）に示すように、バルブＶ１、Ｖ２を開放して、既述の例と同様にウェハＷの表面に第１の薄膜であるシリコン酸化膜を成膜する。この時、既述のように真空容器１内ではＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが互いに混じり合わないように分離領域Ｄ、中心部領域Ｃ及び回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスを供給しているので、第１の反応ガスノズル３１にはＢＴＢＡＳガスだけが接触し、第２の反応ガスノズル３２にはＯ3ガスだけが接触する。従って、各ノズル３１、３２にはシリコン酸化膜が付着（成膜）しない。尚、この図２２では、バルブＶ１〜Ｖ４について「開」状態を白色、「閉」状態を黒色として描画している。
【００７６】
次いで、真空容器１内及び各ノズル３１、３２の内部領域からＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスが排気されるように、各バルブＶ１、Ｖ２を閉じると共に、例えば圧力調整手段（バルブ）６５により真空容器１内を引き切りの状態にする。
続いて、回転テーブル２上のウエハＷが所定の温度例えば３００℃となるようにヒータユニット７の設定温度を調整する。そして、真空容器１内の雰囲気が所定の真空度となるように圧力調整手段（バルブ）６５の開度を調整すると共に、図２２（ｂ）に示すように、バルブＶ３、Ｖ４を開放して各ノズル３１、３２から夫々ＤＣＳガス及びＮＨ3ガスを所定の流量で供給する。また、各分離領域Ｄ、中心部領域Ｃ及び回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスを所定の流量で供給する。
【００７７】
そして、回転テーブル２の回転を所定の回数例えば２００回続けることにより、ウエハＷの表面にＤＣＳガスが吸着し、次いでこのＤＣＳガスがＮＨ3ガスにより窒化されるプロセスが複数回繰り返されるので、先の成膜処理により成膜されたシリコン酸化膜の上層には、所定の膜厚の第２の薄膜である窒化シリコン膜が積層される。この時、同様にＤＣＳガスとＮＨ3ガスとが互いに混じり合わないように分離領域Ｄ、中心部領域Ｃ及び回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスを供給しているので、ノズル３１、３２には窒化シリコンが付着しない。
続いて、同様に真空容器１内及びノズル３１、３２の内部領域からＤＣＳガス及びＮＨ3ガスが排気されるように、バルブＶ３、Ｖ４を閉じると共に、圧力調整手段６５により真空容器１を引き切りの状態にする。その後、同様に反応ガスをＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスに切り替えて、このシリコン窒化膜の上層にシリコン酸化膜を成膜する。
こうして図２３に示すように、ウエハＷに、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が下側からこの順番で積層されたいわゆるＯＮＯ膜と呼ばれる絶縁膜である積層膜２００が形成される。この積層膜２００は、例えばウエハＷ上に成膜されたゲート絶縁膜の上層に積層されるが、この図２３では省略して示している。
【００７８】
上述の実施の形態によれば、既に詳述したように、各処理領域Ｐ１、Ｐ２が分離されているので、ＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとの混合、及びＤＣＳガスとＮＨ3ガスとの混合を抑えることができ、そのため各ノズル３１、３２への反応生成物（シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜）の生成（付着）を抑えることができ、つまりノズル３１、３２には反応生成物が実質成膜されない。また、従来の枚葉成膜装置や縦型熱処理装置でＡＬＤにより複数種の膜を成膜する場合には、互いに異なる装置を用いる必要があるが、共通の処理容器内に各反応ガスが供給されるので、ノズルに反応生成物が生成してパーティクルの原因となってしまう。一方、上述の実施の形態では、ノズル３１、３２に成膜が起こらないのでこうした問題がなく、またノズル３１、３２は回転テーブル２上のウエハＷの表面から上方に離間して配置されており、ウエハＷよりも温度が低いため、ノズル３１、３２には各ガスが吸着しないか、あるいは吸着したとしても成膜に影響がない程度に抑えられるので、各ノズル３１、３２を種類の異なる反応ガス同士で共通化できる。そのため、設備の費用の低廉化、省スペース化及び高スループット化を図ることができる。
【００７９】
上記の例では、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に積層して積層膜２００を形成する例について説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば第１の薄膜である酸化ストロンチウム膜（ＳｒＯ膜）と第２の薄膜である酸化チタン膜（ＴｉＯ膜）とを交互に積層して積層膜２００（ＳＴＯ膜）を形成する場合にも適用できる。このような積層膜２００を形成する場合には、例えば図２４に示す成膜装置が用いられる。
【００８０】
図２４に示すように、第１のガス供給源１２１には、例えば第１の反応ガスとして、チタンソースガス例えばＴｉ（ＯｉＰｒ）2（ＴＨＤ）2（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）や、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）（チタニウムテトライソプロポキサイド）等のチタンを含む化合物が気体状で供給できるように貯留されている。また、第３のガス供給源１２３には、例えば第３の反応ガスとして、ストロンチウムソースガス例えばＳｒ（ＴＨＤ）2（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）や、Ｓｒ（Ｍｅ5Ｃｐ）2（ビスペンタメチルシクロペンタジエニエルストロンチウム）等のストロンチウムを含む化合物が気体状で供給できるように貯留されている。
この例においては、ウエハＷに吸着した上記の各反応ガスと反応する反応ガスとしてはどちらもＯ3ガスが用いられるので、第２の反応ガスノズル３２の上流側には、第２の反応ガスであるＯ3ガスが貯留された第２のガス供給源１２２が接続されている。
【００８１】
そして、この成膜装置においては、ストロンチウムソースガスとチタンソースガスとを既述のように交互に切り替えると共に、ウエハＷ上に吸着したこれらの反応ガスに対してＯ3ガスを供給することにより、酸化ストロンチウム膜と酸化チタン膜とが交互に積層されて例えば酸化ストロンチウム膜と酸化チタン膜との積層膜２００が形成される。この例においても、上記の積層膜２００を積層した時と同様の効果が得られる。
【００８２】
上記の各例において、互いに種類の異なる膜の積層数としては、３層に限られず、２層あるいは４層以上であっても良い。更に、既述のように、例えばＢＴＢＡＳガス、Ｏ3ガス、ＤＣＳガス及びＮＨ3ガスを供給するノズルを回転テーブル２の周方向にこの順番で個別に設けて、各々のノズルから供給される反応ガス同士が互いに混じり合わないように各々のノズル間に分離領域Ｄを設けて積層膜２００を成膜するようにしても良い。また、処理領域Ｐ１にＢＴＢＡＳガス及びＤＣＳガスを夫々供給する２本のノズルを隣接して設けると共に、処理領域Ｐ２にＯ3ガス及びＮＨ3ガスを夫々供給する２本のノズルを隣接して設けて、所定の膜厚の薄膜を成膜する度にウェハＷに供給する反応ガスを切り替えるようにしても良い。
尚、第１のガス供給路１１０及び第２のガス供給路１２０から供給される各反応ガスは、実際には各々の供給路１１０、１２０の上流側が例えば複数本に分岐して各々の反応ガスが貯留されたガス供給源に接続されて、これらの複数のガス供給源から供給されるように構成されているが、上記の図２１及び図２４では必要のないガス供給源については描画を省略している。
【００８３】
既述の各例では、酸化シリコン膜を成膜するための反応ガスとして例えばＢＴＢＡＳガスなどを用いたが、以下の実施の形態では、ＢＴＢＡＳガスなどよりも好適な反応ガスについて説明する。
始めに、ＢＴＢＡＳガスを用いた上記のＡＬＤ（ＭＬＤ）プロセスについて再度述べておく。先ず、図２５（ａ）に示すように、例えば第１の処理領域Ｐ１においてウェハＷ上にＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いで同図（ｂ）に示すように、第２の処理領域Ｐ２においてＯ３ガスによりウェハＷ上のＢＴＢＡＳガスが酸化され、同図（ｃ）に示すように酸素とＢＴＢＡＳガス中のシリコンとを含む反応生成物がウェハＷ上に生成すると共に、ＢＴＢＡＳガスから不純物例えば有機物が副生成ガスとして脱離していく。そして、この反応生成物がウェハＷ上に面内に亘って形成されることによって既述のシリコン酸化膜が成膜され、こうしてＢＴＢＡＳガスの吸着と酸化とが繰り返されることによりシリコン酸化膜が積層されていくことになる。
【００８４】
ところで、ＢＴＢＡＳは蒸気圧が低く、また図２６（ａ）に示すように、シリコン原子を対称として窒素（Ｎ）原子とｔ−ブチル基（−Ｃ（ＣＨ３）３）とが両側に結合した大きな分子構造であることから、デバイスに使用する箇所やユーザ側の要求などによっては、成膜速度、埋め込み特性及びシリコン酸化膜の膜質の点で、特に有利なガスであるとは言えないかもしれない。そこで、上述の点においてＢＴＢＡＳよりも有利なシリコン酸化膜の成膜用の反応ガスとしてジイソプロピルアミノシランガスを挙げることができる。
【００８５】
ジイソプロピルアミノシランは、ＢＴＢＡＳよりも蒸気圧が高く、また図２６（ｂ）から分かるようにＢＴＢＡＳよりも分子が小さい。ＢＴＢＡＳは蒸気圧が低いことから、高い処理圧力で、ガス流量を高くできないので、ガスの流量及び処理圧力をあまり高くできないので、速い成膜速度が得られにくい。これに対してジイソプロピルアミノシランは、例えば５０℃における蒸気圧がＢＴＢＡＳの約１０倍程度であるため、ガス流量を多くしたり処理圧力を高くしたりできるので、成膜速度が速い。
【００８６】
更に図２６（ａ）と図２６（ｂ）とを比較して分かるように、ＢＴＢＡＳはＳｉ−Ｈの両側にｔ−ブチル基が存在するので、ウェハＷ上にガスが吸着する時にこのｔ−ブチル基が立体障害になりやすい。これに対してジイソプロピルアミノシランの場合には、こうした立体障害の度合いが小さい。そのためＯ３ガスのアタックに対して、ジイソプロピルアミノシランの方がＢＴＢＡＳに比べてシリコンと窒素との間の結合が切れやすい。このような点からも、ジイソプロピルアミノシランを用いる方が速い成膜速度が得られる。また、反応ガス中から有機物や窒化物が速やかに脱離し、膜中の不純物が少なくなるので、良好な電気的特性が得られる。
【００８７】
また、ジイソプロピルアミノシランは、ＢＴＢＡＳよりも分子が小さいためウェハＷ上に互いに近接して配列され、このためシリコン酸化膜が緻密になる。従って、その後のアニール処理において収縮（シュリンク）が小さくなるので、アニール処理によるパターン倒れを抑えることができる。そして、ジイソプロピルアミノシランは分子が小さいことから、またガス流量を増やしたり処理圧力を高めたりすることができることから、ウェハＷの凹部内への埋め込み特性が良好である。
【００８８】
更に、ジイソプロピルアミノシランガスではウェハＷへの反応ガスの吸着が速やかに起こることから、反応ガスの使用量が抑えられる。更にまた、反応ガスの流量や処理圧力を調整することによりウェハＷの面内均一性を調整できることから、反応ガスの流量や処理圧力の調整幅が広がることで面内均一性の調整幅も広くなる。
【００８９】
この反応ガスを用いて成膜処理を行う場合には、例えば回転テーブル２の回転数、処理圧力、ウェハＷの加熱温度、反応ガスの流量、Ｏ３ガスの流量及び分離ガスノズル４１、４２からのＮ２ガスの流量は夫々例えば２４０ｒｐｍ、２．１３ｋＰａ（１６Ｔｏｒｒ）、３５０〜５００℃、２７５ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍに設定される。
【実施例】
【００９０】
次に、上記のジイソプロピルアミノシランガスを反応ガスとして用いた場合に得られる薄膜の特性について、以下に説明する。
（実施例１：成膜速度確認実験）
先ず、処理ガスとしてＢＴＢＡＳガスとジイソプロピルアミノシランガスとを用いた場合の成膜速度を比較すると共に、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合において、成膜速度に対するガス流量、処理圧力及び成膜温度の各依存性を確認する実験を行った。実験条件は各実施例１−１〜１−９毎に、以下の表１に示す条件で行った。
（表１）
実施例１−１はＢＴＢＡＳガスを用いた場合に成膜速度が最も高くなる条件で行った実験である。尚、いずれの実施例１−１〜１−９においても回転テーブル２の回転数は２４０ｒｐｍとした。
【００９１】
この結果、図２７に示すように、ＢＴＢＡＳガスとジイソプロピルアミノシランガスとを比べると、同じ処理条件ではジイソプロピルアミノシランガスの方が成膜速度が速くなっていた。また、ジイソプロピルアミノシランガスを用いると、ガス流量及び処理圧力のいずれについてもＢＴＢＡＳガスのほぼ上限値よりも増やすことができ、その増加分に応じて成膜速度が速くなることが分かった。実施例１−６の条件では、ＢＴＢＡＳガスよりも８０％程度速い成膜速度となっていた。また、ジイソプロピルアミノシランガスでは、成膜温度を３５０℃〜５００℃の間で変化させても成膜速度がほとんど変わらなかったことから、ジイソプロピルアミノシランガスはこの温度範囲では安定で熱分解が抑えられて、ＡＬＤ法による良好な成膜が行われることが分かった。従って、例えばＯ３ガスにより酸化される前におけるジイソプロピルアミノシランガスの熱分解が抑えられることが分かった。
【００９２】
（実施例２：成膜速度確認実験）
次に、上記の実施例１よりも更に処理圧力を高めて実験を行った。実験条件を以下の表２に示す。
（表２）
実施例１−１と同様に、実施例２−１としてＢＴＢＡＳガスの結果を併記する。尚、反応ガスの流量や処理圧力を増やすにあたって、Ｏ３ガスの流量や真空容器１の中央部に対して分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２から夫々供給する窒素ガスの流量についても増やしてある。また、いずれの実験においても成膜温度は３５０℃、回転テーブル２の回転数は２４０ｒｐｍとした。
【００９３】
この実験の結果、図２８に示すように、反応ガスとしてジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合には、４．２７ｋＰａ（３２Ｔｏｒｒ）もの高圧の条件で成膜処理を行うことができ、その時の成膜速度はＢＴＢＡＳガスを用いた場合の２倍近くまで速くなることが分かった。
【００９４】
（実施例３：埋め込み特性確認実験）
次に、ウェハＷの表面にアスペクト比（＝３０）の極めて大きな凹部（開口部）を含むパターン（開口深さ：１０μｍ、開口幅：０．３μｍ）を形成し、このウェハＷに対して薄膜の埋め込み特性を確認する実験を行った。この実験では、図２９に示すように、ウェハＷ上に成膜された薄膜の膜厚について、ウェハＷの表面における凹部以外の部位の膜厚をｔＴ、凹部の側壁面における膜厚をｔＳ、凹部即ち凹底面における膜厚をｔＢとした。そして、通常であれば凹部内へは薄膜を埋め込みにくい（膜厚が薄くなる）ことから、凹部以外の膜厚ｔＴに対する凹部側壁面の膜厚ｔＳ及び凹部底面の膜厚ｔＢの割合（側壁膜厚比ＲＳ＝ｔＳ÷ｔＴ×１００、底面膜厚比ＲＢ＝ｔＢ÷ｔＴ×１００）を計算して、凹部への埋め込み特性の評価の指標として用いた。この時の実験条件を以下の表３に示す。尚、既述の図２９については、凹部や薄膜の各寸法について模式的に示している。
（表３）
また、実施例３−１〜３−３の各々について、回転テーブル２の回転数を３０、６０、１２０、２４０ｒｐｍとして夫々実験を行った。また、いずれの条件においてもＯ３ガスの濃度及び流量は夫々３００ｇ／Ｎｍ３及び１０ｓｌｍ、成膜温度は３５０℃とした。
【００９５】
実施例３−１、３−２、３−３の結果について、得られたＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像を読み取って模式的に示した図を夫々図３０、図３１、図３２に示す。これらの図３０、図３１、図３２中括弧で示した数字は、各々の回転数毎に算出された上記の膜厚比ＲＳ、ＲＢであり、凹部以外の部位については１００％として示している。また、凹部底面付近における側壁面の膜厚比ＲＳについても併記してある。
この結果、実施例３−１（ＢＴＢＡＳガス）では回転テーブル２の回転数が速くなる程、凹部の側壁面及び凹部底面における膜厚比ＲＳ、ＲＢが小さくなって埋め込み特性が悪化しており、２４０ｒｐｍでは３８％程度まで減少していた。一方、実施例３−２、３−３においても同様の傾向が見られたが、２４０ｒｐｍでは夫々５０％及び５５％程度に留まっていた。そのため、ＢＴＢＡＳガスよりもジイソプロピルアミノシランガスを用いた方が良好な埋め込み特性が得られることが分かった。また、実施例３−２、３−３の結果から、処理圧力が高くなる程埋め込み特性が向上することが分かった。尚、実施例３−１の回転数が３０ｒｐｍの結果では、凹部の底面側において両側面側から成長した薄膜同士が繋がっていたため、見かけ上底面の膜厚ｔＢが厚くなっていた。この時得られた膜厚比Ｒをまとめたものを図３３に示す。図３３では、得られた膜厚比Ｒとして、側壁膜厚比ＲＳ及び底面膜厚比ＲＢのうち、小さい方の値をプロットしている。
【００９６】
この時、いずれの実験結果においても回転テーブル２の回転数が速くなる程成膜速度が向上していることが分かった。この成膜速度の結果を表４に示す。
（表４：成膜速度、単位：ｎｍ／ｍｉｎ）
【００９７】
（実施例４：ウェットエッチング特性確認実験）
続いて、成膜後の薄膜のウェットエッチング特性を評価した実験について説明する。実施例４−１〜４−９として、既述の実施例１と同じ条件にて成膜したシリコン酸化膜について、１重量％の希沸酸水溶液に浸析してウェットエッチングレートを求めた。尚、参考例４−１、４−２として、夫々９５０℃の処理温度にて得られた熱酸化膜及び７８０℃にてジクロロシランガスとHigh Temp. Oxide（Ｎ２Ｏ）とを用いたＣＶＤ法により成膜したシリコン酸化膜についての結果を示す。この実験結果を図３４に示す。尚、この図３４では、参考例４−１の熱酸化膜について得られた値を１として各々の結果を規格化した値を示している。
【００９８】
その結果、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合には、ガス流量及び処理圧力を変化させても、ウェットエッチングレートはほぼ同じであった。一方成膜温度を高くするに従って、ウェットエッチングレートが低くなっていた。この時、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることでウェットエッチングレートがＢＴＢＡＳガスを用いた結果よりも僅かに大きくなっているが、これはＢＴＢＡＳガスを用いて成膜したシリコン酸化膜には不純物として窒素が含まれているため、理想的な組成のシリコン酸化膜よりもウェットエッチング耐性が増しているためだと考えられる。つまり、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合には、ＢＴＢＡＳガスを用いる場合よりも膜中の窒素濃度が減少すると言える。
【００９９】
（実施例５：アニール処理による収縮量確認実験）
次に、成膜後のシリコン酸化膜がどの程度緻密化しているかを評価する実験を行った。既述のように、反応ガス中に含まれる有機物が大きいと、シリコン酸化膜が疎になり、成膜後のアニール処理によりシリコン酸化膜が大きく収縮（シュリンク）する。このような収縮が大きいと、パターン倒れの原因となるため好ましくない。そこで、実施例５−１〜５−９について既述の実施例１と同様にシリコン酸化膜を成膜し、各々のウェハＷに対して窒素雰囲気中で８５０℃のアニール処理を行ってアニール処理前後における膜厚の収縮率を求めた。この結果を図３５に示す。尚、参考例５−１として参考例４−２と同様にＣＶＤ法により成膜したシリコン酸化膜について得られた結果を示す。
この結果から、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることにより、ＢＴＢＡＳガスを用いるよりも収縮率が減少し、従って緻密なシリコン酸化膜が形成されていることが分かる。
【０１００】
（実施例６：不純物確認実験）
この実験では、成膜後のシリコン酸化膜中に含まれる不純物（水素、窒素、炭素）について、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて膜厚方向において５０ｎｍの深さに亘って測定した。尚、成膜時の処理圧力及び回転テーブル２の回転数は、夫々１．０７ｋＰａ（８Ｔｏｒｒ）、２４０ｒｐｍとした。
この実験の結果、図３６に示すように、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることによって、水素、窒素及び炭素のいずれについてもＢＴＢＡＳガスを用いた場合よりも減少しており、窒素及び炭素についてはＢＴＢＡＳガスよりも大きく減少していた。また、ジイソプロピルアミノシランガスの場合には、成膜温度を高くするにつれて水素及び窒素については減少量が増えることが分かった。
【０１０１】
図示や詳細の説明については省略するが、別途行った実験により、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることによって、サイクルレート（回転テーブル２の回転毎に成膜されるシリコン酸化膜の膜厚）及びウェハＷ内のシリコン酸化膜の面内均一性のいずれについても、ＢＴＢＡＳガスを用いるよりも向上することが分かった。サイクルレートについては、バッチ式の反応炉を用いた実験の結果、ジイソプロピルアミノシランガスではＢＴＢＡＳガスの１．３４倍となっていた。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 真空容器
Ｗ ウエハ
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
２ 回転テーブル
２１ コア部
２４ 凹部（基板載置領域）
３１ 第１の反応ガスノズル
３２ 第２の反応ガスノズル
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｄ 分離領域
Ｃ 中心部領域
４ 凸状部
４１、４２ 分離ガスノズル
４４ 第１の天井面
４５ 第２の天井面
５ 突出部
５１ 分離ガス供給管
６ 排気領域
６１、６２ 排気口
７ ヒータユニット
７２〜７５ パージガス供給管
８１ 支柱
８２ 回転スリーブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを多数回実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置、成膜方法及びこの方法を実施するプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおける成膜手法として、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の表面に真空雰囲気下で第１の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第２の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれており、サイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができると共に、膜質の面内均一性も良好であり、半導体デバイスの薄膜化に対応できる有効な手法である。
【０００３】
このような成膜方法が好適である例としては、例えばゲート酸化膜に用いられる高誘電体膜の成膜が挙げられる。一例を挙げると、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する場合には、第１の反応ガス（原料ガス）として、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（以下「ＢＴＢＡＳ」という）ガス等が用いられ、第２の反応ガス（酸化ガス）としてオゾンガス等が用いられる。
【０００４】
このような成膜方法を実施する装置としては、真空容器の上部中央にガスシャワーヘッドを備えた枚葉の成膜装置を用いて、基板の中央部上方側から反応ガスを供給し、未反応の反応ガス及び反応副生成物を処理容器の底部から排気する方法が検討されている。ところで上記の成膜方法は、パージガスによるガス置換に長い時間がかかり、またサイクル数も例えば数百回にもなることから、処理時間が長いという問題があり、高スループットで処理できる装置、手法が要望されている。
【０００５】
このような背景から、複数枚の基板を真空容器内の回転テーブルに回転方向に配置して成膜処理を行う装置が以下のように既に知られている。特許文献１には、扁平な円筒状の真空容器を左右に分離し、左側領域及び右側領域に半円の輪郭に沿って形成された排気口が上向きに排気するように設けられると共に、左側半円の輪郭と右側半円の輪郭の間、つまり真空容器の直径領域には分離ガスの吐出口が形成されている。右側半円領域及び左側半円領域には互いに異なる原料ガスの供給領域が形成され、真空容器内の回転テーブルが回転することでワークピースが右側半円領域、分離領域Ｄ及び左側半円領域を通過すると共に、両原料ガスは排気口から排気される。そして分離ガスが供給される分離領域Ｄの天井は原料ガスの供給領域よりも低くなっている。
【０００６】
しかしながらこの装置は、分離ガスの吐出口と反応ガスの供給領域との間に上向きの排気口を設け、反応ガスをこの排気口から分離ガスと共に排気する手法を採用しているため、ワークピースに吐出された反応ガスが上向き流となって排気口から吸い込まれるため、パーティクルの巻上げを伴ない、ウエハへのパーティクル汚染を引き起こしやすいという欠点がある。
【０００７】
特許文献２には、ウエハ支持部材（回転テーブル）の上に回転方向に沿って４枚のウエハを等距離に配置する一方、ウエハ支持部材と対向するように第１の反応ガス吐出ノズル及び第２の反応ガス吐出ノズルを回転方向に沿って等距離に配置しかつこれらノズルの間にパージノズルを配置し、ウエハ支持部材を水平回転させる構成が記載されている。各ウエハはウエハ支持部材により支持され、ウエハの表面はウエハ支持部材の上面からウエハの厚さだけ上方に位置している。また各ノズルはウエハ支持部材の径方向に伸びるように設けられ、ウエハとノズルとの距離は０．１ｍｍ以上であることが記載されている。真空排気はウエハ支持部材の外縁と処理容器の内壁との間から行われる。このような装置によれば、パージガスノズルの下方がいわばエアーカーテンの役割を果たすことで第１の反応ガスと第２の反応ガスとの混合を防止している。
【０００８】
しかしながらウエハ支持部材が回転していることもあって、パージガスノズルからのエアーカーテン作用だけではその両側の反応ガスが通過してしまい、特に回転方向上流側から前記エアーカーテン中を拡散してしまうことは避けられない。更にまた第１の反応ガス吐出ノズルから吐出した第１の反応ガスは回転テーブルに相当するウエハ支持部材の中心部を介して容易に第２の反応ガス吐出ノズルからの第２の反応ガス拡散領域に到達してしまう。このように第１の反応ガスと第２の反応ガスとがウエハ上で混合されてしまうと、ウエハ表面に反応生成物が付着し、良好なＡＬＤ（あるいはＭＬＤ）処理ができなくなる。
【０００９】
特許文献３には、真空容器内を隔壁により周方向に複数の処理室に分割すると共に、隔壁の下端に対して細隙を介して回転可能な円形の載置台を設けて、この載置台上にウエハを複数配置する構成が記載されている。この装置は、隔壁と載置台あるいはウエハとの間の隙間からプロセスガスが隣の処理室に拡散し、また複数の処理室の間に排気室を設けているので、ウエハがこの排気室を通るときに上流側及び下流側の処理室からのガスが当該排気室にて混合される。このためいわゆるＡＬＤ方式の成膜手法には適用できない。
【００１０】
特許文献４には、円形のガス供給板を周方向に８つに区切り、ＡｓＨ3ガスの供給口、Ｈ2ガスの供給口、ＴＭＧガスの供給口及びＨ2ガスの供給口を９０度づつずらして配置し、さらにこれらガス供給口の間に排気口を設け、このガス供給板と対向させてウエハを支持したサセプタを回転させる手法が記載されている。しかしながら、この手法は、２つの反応ガスの分離に対して現実的な手段が何ら開示されておらず、サセプタの中心付近においては勿論のこと、実際には中心付近以外においてもＨ2ガスの供給口の配列領域を介して２つの反応ガスが混合されてしまう。更にまたウエハの通過領域と対向する面に排気口を設けると、サセプタ表面からのパーティクルの巻上げなどによりウエハのパーティクル汚染が起こりやすいという致命的な問題もある。
【００１１】
また特許文献５には、回転テーブルの上方領域を十字に４つの垂直壁で仕切り、こうして仕切られた４つの載置領域にウエハを載置すると共に、ソースガスインジェクタ、反応ガスインジェクタ、パージガスインジェクタを回転方向に交互に配置して十字のインジェクタユニットを構成し、これらインジェクタを前記４つの載置領域に順番に位置させるようにインジェクタユニットを水平回転させかつ回転テーブルの周辺から真空排気する構成が記載されている。しかしながらこのような構成においては、各載置領域にソースガスあるいは反応ガスを供給した後、パージガスノズルにより当該載置領域の雰囲気をパージガスで置換するために長い時間がかかるし、また一の載置領域から垂直壁を越えて隣接する載置領域にソースガスあるいは反応ガスが拡散して、両ガスが載置領域にて反応するおそれが大きい。
【００１２】
更にまた特許文献６（特許文献７、８）には、ターゲット(ウエハに相当する)に複数のガスを交互に吸着させる原子層ＣＶＤ方法を実施するにあたり、ウエハを載置するサセプタを回転させ、サセプタの上方からソースガスとパージガスとを供給する装置が記載されている。段落００２３から００２５には、チャンバの中心から放射状に隔壁が延びており、隔壁の下に反応ガスまたはパージガスをサセプタに供給するガス流出孔が設けられていること、隔壁からのガス流出孔から不活性ガスを流出させることでガスカーテンを形成することが記載されている。排気に関しては段落００５８に初めて記載され、この記載によると、ソースガスとパージガスとを夫々排気チャンネル３０ａ、３０ｂから別々に排気するようになっている。このような構成では、パージガスコンパートメントにおいて両側のソースガスコンパートメンにおけるソースガスの混じり合いを避けられず、反応生成物が発生してウエハへのパーティクル汚染が生じる。この特許文献６は、解読が困難であり、上述以外の構成については把握が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、（ｂ）
【特許文献２】特開２００１−２５４１８１号公報：図１及び図２
【特許文献３】特許３１４４６６４号公報：図１、図２、請求項１
【特許文献４】特開平４−２８７９１２号公報
【特許文献５】米国特許公報６，６３４，３１４号
【特許文献６】特開２００７−２４７０６６号公報：段落００２３〜００２５、００５８、図１２及び図１８
【特許文献７】米国特許公開公報２００７−２１８７０１号
【特許文献８】米国特許公開公報２００７−２１８７０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順番に供給して反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成するにあたり、高いスループットが得られ、基板上にて複数の反応ガスが混合されることを防止して良好な処理を行うことができる成膜装置、成膜方法及びこの方法を実施するプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は 真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
この回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記第１の処理領域と第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスと共に前記反応ガスを排気するための排気口と、を備え、
前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、を備えたことを特徴とする。
前記中心部領域は、例えば回転テーブルの回転中心部と真空容器の上面側とにより区画され、分離ガスがパージされる領域である。また他の例として、前記中心部領域は、真空容器の中心部にて上面及び底面の間に設けた支柱と、この支柱を囲み、鉛直軸回りに回転自在な回転スリーブと、を含み、この場合前記回転スリーブは、回転テーブルの回転軸をなしている。
【００１６】
本発明における種々の構成例について列挙する。前記排気口は、例えば回転テーブルの周縁と真空容器の内周壁との隙間から排気するために設けられている例を挙げることができる。また処理領域よりも分離領域の方が圧力が高くなるように構成する例を挙げることができる。前記回転テーブルの表面と基板の表面とは、高さが互いに同じかまたは高さの差が５ｍｍ以内であることが好ましい。また本発明は回転テーブルを加熱するための加熱手段が設けられる場合がある。前記第１の反応ガス供給手段、第２の反応ガス供給手段及び分離ガス供給手段へガスを各々導入するためのガス導入ポートは、回転テーブルの周縁部側及び中心部側の少なくとも一方に設けられている構成としてもよい。前記分離ガス供給手段のガス吐出孔は、回転テーブルの回転中心部及び周縁部の一方側から他方側に向かって配列されている構成としてもよい。前記分離領域における天井面は平坦面に形成されていることに限らず曲面に形成されていてもよい。
【００１７】
また前記排気口は、各反応ガスの排気を専用に行うために、平面で見たときに前記分離領域の前記回転方向両側に設けられていることが好ましい。加熱手段を設ける場合には、加熱手段は回転テーブルの下方側に設けられていることが好ましいが、回転テーブルの上方側に設けられていてもよいし、回転テーブルの上下両側に設けられていてもよい。また回転テーブルの外側から下方側空間にガスが侵入することを抑えるために、当該回転テーブルの下方側空間にパージガスを吐出してパージする手段を備えることが好ましい。前記分離領域の天井面における真空容器の外縁側の部位は、前記回転テーブルの外端面に対向するように屈曲して真空容器の内周壁の一部を構成し、当該天井面の屈曲部位と前記回転テーブルの外端面との隙間は、反応ガスの侵入防止効果が得られる寸法に設定されている構成としてもよい。
【００１８】
前記分離ガス供給手段の両側に各々位置する狭隘な空間を形成する天井面は、基板の中心が通過する部位において回転テーブルの回転方向に沿った幅寸法が５０ｍｍ以上であることが好ましい。基板載置領域は回転テーブルの回転方向に沿って１個設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。即ち、本発明は１枚の基板を処理するためのものであってもよいし、複数の基板を処理するためのものであってもよい。外部の搬送機構と前記回転テーブルとのあいだで基板の受け渡しを行うために、真空容器の側壁にゲートバルブにより開閉される搬送口が設けられている構成としてもよい。前記分離領域の天井面において、前記ノズルに対して回転テーブルの相対的回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましく、例えば前記ノズルに対して少なくとも回転テーブルの相対的回転方向の上流側部位は、扇型に形成されている構成とすることができる。
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスにより生成される反応生成物とは異なる反応生成物を生成するための第３の反応ガス及び第４の反応ガスを夫々供給する第３の反応ガス供給手段及び第４の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段から夫々第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えていても良い。この場合において、前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段は、夫々前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段を兼用していても良い。
【００１９】
また本発明の基板処理装置は、内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、この真空搬送室に気密に接続された請求項ないしのいずれか一つに記載の成膜装置と、前記真空搬送室に気密に接続され、真空雰囲気と大気雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能な予備真空室と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
更に本発明の成膜方法は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内の回転テーブルに基板をほぼ水平に載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
前記回転方向に互いに離れて前記真空容器に設けられた第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段から、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給する工程と、
前記回転方向において第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段の間に位置する分離領域に設けられた分離ガス供給手段から分離ガスを供給し、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて前記回転テーブルに対向する天井面と当該回転テーブルとの間の狭隘な空間に前記分離ガスを拡散させる工程と、
真空容器内の中心部に位置する中心部領域に形成された吐出口から分離ガスを当該回転テーブルの基板載置面側に吐出する工程と、
前記中心部領域からの分離ガス及び前記天井面の下方から拡散した分離ガスと共に反応ガスを排気する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明では例えば前記回転テーブルを加熱する工程が更に含まれる。前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給する工程に代えて、前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられた第３の反応ガス供給手段及び第４の反応ガス供給手段から、前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスにより生成される反応生成物とは異なる反応生成物を生成するための第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行する工程を行っても良い。更に他の発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、前記プログラムは、本発明の成膜方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板の表面に、互いに反応する複数の反応ガスを順番に供給しかつこの供給サイクルを多数回実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成するにあたって、回転テーブルに基板を配置し、第１の反応ガス及び第２の反応ガスを順番に供給して前記供給サイクルを行うようにしているため、高いスループットで成膜処理を行うことができる。そして前記回転方向において第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段との間に分離ガス供給手段を設けて、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて低い天井面を設けることで当該天井面と回転テーブルとの間に狭隘な空間を形成し、これにより分離領域に前記反応ガスが侵入することを阻止すると共に、真空容器の中心部領域から回転テーブルの周縁に向けて分離ガスを吐出し、前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスと共に前記反応ガスが回転テーブルの周縁と真空容器の内周壁との隙間を介して排気されるため、互いに異なる反応ガス同士が混じり合うことを防止でき、良好な成膜処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面を示す図３のＩ−Ｉ’線断面図である。
【図２】上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。
【図３】上記の成膜装置の横断平面図である。
【図４】上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図である。
【図５】上記の成膜装置の一部を示す縦断面図である。
【図６】上記の成膜装置の一部破断斜視図である。
【図７】分離ガスあるいはパージガスの流れる様子を示す説明図である。
【図８】上記の成膜装置の一部破断斜視図である。
【図９】第１の反応ガス及び第２の反応ガスが分離ガスにより分離されて排気される様子を示す説明図である。
【図１０】分離領域に用いられる凸状部の寸法例を説明するための説明図である。
【図１１】分離領域の他の例を示す縦断面図である。
【図１２】分離領域に用いられる凸状部の他の例を示す縦断面図である。
【図１３】分離ガス供給手段のガス吐出孔の他の例を示す底面図である。
【図１４】凸状部の変形例を示す底面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図である。
【図１６】本発明の更に他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図である。
【図１７】本発明の更にまた他の実施の形態に係る成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図である。
【図１９】本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す縦断面図である。
【図２０】本発明の成膜装置を用いた基板処理システムの一例を示す概略平面図である。
【図２１】上記の成膜装置の他の例を示す平面図である。
【図２２】上記の他の例における成膜処理の流れを示す模式図である。
【図２３】上記の他の例の成膜装置において基板上に成膜される積層膜の一例を示す縦断面図である。
【図２４】上記の他の例の成膜装置の変形例を示す平面図である。
【図２５】ＡＬＤ法において薄膜が成膜される様子を示す模式図である。
【図２６】ＢＴＢＡＳガス及びジイソプロピルアミノシランガスの構造を示す模式図である。
【図２７】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図２８】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図２９】本発明の実施例にて得られる特性図を説明するための説明図である。
【図３０】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３１】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３２】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３３】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３４】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３５】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【図３６】本発明の実施例にて得られる特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態である成膜装置は、図１（図３のＩ−Ｉ’線に沿った断面図）に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は天板１１が容器本体１２から分離できるように構成されている。天板１１は、内部の減圧状態により封止部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板１１を容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。
【００２５】
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底面部を１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
【００２６】
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板であるウエハを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを描いてある。ここで図４は、回転テーブル２を同心円に沿って切断しかつ横に展開して示す展開図であり、凹部２４は、図４（ａ）に示すようにその直径がウエハの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きく、またその深さはウエハの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハを凹部２４に落とし込むと、ウエハの表面と回転テーブル２の表面（ウエハが載置されない領域）とが揃うことになる。ウエハの表面と回転テーブル２の表面との間の高さの差が大きいとその段差部分で圧力変動が生じることから、ウエハの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えることが、膜厚の面内均一性を揃える観点から好ましい。ウエハの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えるとは、同じ高さであるかあるいは両面の差が５ｍｍ以内であることをいうが、加工精度などに応じてできるだけ両面の高さの差をゼロに近づけることが好ましい。凹部２４の底面には、ウエハの裏面を支えて当該ウエハを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピン（図８参照）が貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。
【００２７】
凹部２４はウエハを位置決めして回転テーブル２の回転に伴う遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置領域に相当する部位であるが、基板載置領域（ウエハ載置領域）は、凹部に限らず例えば回転テーブル２の表面にウエハの周縁をガイドするガイド部材をウエハの周方向に沿って複数並べた構成であってもよく、あるいは回転テーブル２側に静電チャックなどのチャック機構を持たせてウエハを吸着する場合には、その吸着によりウエハが載置される領域が基板載置領域となる。
【００２８】
図２及び３に示すように真空容器１には、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置に第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２と２本の分離ガスノズル４１、４２とが真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて中心部から放射状に伸びている。これら反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２は、例えば真空容器１の側周壁に取り付けられており、その基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａは当該側壁を貫通している。
【００２９】
ガスノズル３１、３２、４１、４２は図示の例では、真空容器１の周壁部から真空容器１内に導入されているが、後述する環状の突出部５から導入してもよい。この場合、突出部５の外周面と天板１１の外表面とに開口するＬ字型の導管を設け、真空容器１内でＬ字型の導管の一方の開口にガスノズル３１、（３２、４１、４２）を接続し、真空容器１の外部でＬ字型の導管の他方の開口にガス導入ポート３１ａ（３２ａ、４１ａ、４２ａ）を接続する構成を採用することができる。
【００３０】
反応ガスノズル３１、３２は、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスのガス供給源及び第２の反応ガスであるＯ３（オゾン）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されており、分離ガスノズル４１、４２はいずれも分離ガスであるＮ２ガス（窒素ガス）のガス供給源（図示せず）に接続されている。この例では、第２の反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４２がこの順に時計方向に配列されている。
【００３１】
反応ガスノズル３１、３２には、下方側に反応ガスを吐出するための吐出孔３３がノズルの長さ方向に間隔を置いて配列されている。また分離ガスノズル４１、４２には、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０が長さ方向に間隔を置いて穿設されている。反応ガスノズル３１、３２は夫々第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段に相当し、その下方領域は夫々ＢＴＢＡＳガスをウエハに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びＯ３ガスをウエハに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２となる。
【００３２】
分離ガスノズル４１、４２は、前記第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するための分離領域Ｄを形成するためのものであり、この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には図２〜図４に示すように、回転テーブル２の回転中心を中心としかつ真空容器１の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した凸状部４が設けられている。分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収められている。即ち分離ガスノズル４１、（４２）の中心軸から凸状部４である扇型の両縁（回転方向上流側の縁及び下流側の縁）までの距離は同じ長さに設定されている。なお、溝部４３は、本実施形態では凸状部４を二等分するように形成されているが、他の実施形態においては、例えば溝部４３から見て凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が前記回転方向下流側よりも広くなるように溝部４３を形成してもよい。
【００３３】
従って分離ガスノズル４１、４２における前記周方向両側には、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在することになる。この凸状部４の役割は、回転テーブル２との間に第１の反応ガス及び第２の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。
【００３４】
即ち、分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側からＯ３ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からＢＴＢＡＳガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ２ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、隣接空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したＯ３ガス及びＢＴＢＡＳガスが凸状部４内で混じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄの役割である第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気との分離作用が発揮できる。従って狭隘な空間における狭隘の程度は、狭隘な空間（凸状部４の下方空間）と当該空間に隣接した領域（この例では第２の天井面４５の下方空間）との圧力差が「ガスが侵入できなくなる」作用を確保できる程度の大きさになるように設定され、その具体的な寸法は凸状部４の面積などにより異なるといえる。またウエハに吸着したガスについては当然に分離領域Ｄ内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。
【００３５】
一方天板１１の下面には、回転テーブル２におけるコア部２１よりも外周側の部位と対向するようにかつ当該コア部２１の外周に沿って突出部５が設けられている。この突出部５は凸状部４における前記回転中心側の部位と連続して形成されており、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成されている。図２及び図３は、前記天井面４５よりも低くかつ分離ガスノズル４１、４２よりも高い位置にて天板１１を水平に切断して示している。なお突出部５と凸状部４とは、必ずしも一体であることに限られるものではなく、別体であってもよい。
【００３６】
凸状部４及び分離ガスノズル４１（４２）の組み合わせ構造の作り方については、凸状部４をなす１枚の扇型プレートの中央に溝部４３を形成してこの溝部４３内に分離ガスノズル４１（４２）を配置する構造に限らず、２枚の扇型プレートを用い、分離ガスノズル４１（４２）の両側位置にて天板本体の下面にボルト締めなどにより固定する構成などであってもよい。この例では分離ガスノズル４１（４２）は、真下に向いた例えば口径が０．５ｍｍの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って例えば１０ｍｍの間隔をおいて配列されている。また反応ガスノズル３１、３２についても、真下に向いた例えば口径が０．５ｍｍの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って例えば１０ｍｍの間隔をおいて配列されている。
【００３７】
この例では直径３００ｍｍのウエハＷを被処理基板としており、この場合凸状部４は、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば１４６ｍｍであり、ウエハの載置領域（凹部２４）の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍである。なお図４（ａ）に示すように、当該外側部位において分離ガスノズル４１（４２）の両脇から夫々左右に位置する凸状部４の周方向の長さＬでみれば、長さＬは２４６ｍｍである。
【００３８】
また図４（ａ）に示すように凸状部４の下面即ち天井面４４における回転テーブル２の表面からの高さｈは、例えば０．５ｍｍから１０ｍｍであってもよく、約４ｍｍであると好適である。この場合、回転テーブル２の回転数は例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍに設定されている。分離領域Ｄの分離機能を確保するためには、回転テーブル２の回転数の使用範囲などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）と回転テーブル２の表面との高さｈを例えば実験などに基づいて設定することになる。なお分離ガスとしては、Ｎ２ガスに限られずＡｒガスなどの不活性ガスを用いることができるが、不活性ガスに限らず水素ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。
【００３９】
真空容器１の天板１１の下面、つまり回転テーブル２のウエハ載置領域（凹部２４）から見た天井面は既述のように第１の天井面４４とこの天井面４４よりも高い第２の天井面４５とが周方向に存在するが、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図５では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は図２及び図５に示されているように回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。扇型の凸状部４は天板１１側に設けられていて、容器本体１２から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。この屈曲部４６も凸状部４と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、回転テーブル２の表面に対する天井面４４の高さｈと同様の寸法に設定されている。この例においては、回転テーブル２の表面側領域からは、屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成していると見ることができる。
【００４０】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図５に示すように前記屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分を排気領域６と呼ぶことにすると、この排気領域６の底部には図１及び図３に示すように例えば２つの排気口６１、６２が設けられている。これら排気口６１、６２は各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば共通の真空ポンプ６４に接続されている。なお図１中、６５は圧力調整手段であり、排気口６１、６２ごとに設けてもよいし、共通化されていてもよい。排気口６１、６２は、分離領域Ｄの分離作用が確実に働くように、平面で見たときに前記分離領域Ｄの前記回転方向両側に設けられ、各反応ガス（ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガス）の排気を専用に行うようにしている。この例では一方の排気口６１は第１の反応ガスノズル３１とこの反応ガスノズル３１に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に設けられ、また他方の排気口６１は、第２の反応ガスノズル３２とこの反応ガスノズル３２に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に設けられている。
【００４１】
排気口の設置数は２個に限られるものではなく、例えば分離ガスノズル４２を含む分離領域Ｄと当該分離領域Ｄに対して前記回転方向下流側に隣接する第２の反応ガスノズル３２との間に更に排気口を設置して３個としてもよいし、４個以上であってもよい。この例では排気口６１、６２は回転テーブル２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁と回転テーブル２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器１の底面部に設けることに限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。また排気口６１、６２は、真空容器１の側壁に設ける場合には、回転テーブル２よりも高い位置に設けるようにしてもよい。このように排気口６１、６２を設けることにより回転テーブル２上のガスは、回転テーブル２の外側に向けて流れるため、回転テーブル２に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻上げが抑えられるという観点において有利である。
【００４２】
前記回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１、図２及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハをプロセスレシピで決められた温度に加熱するようになっている。前記回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域６に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画するためにヒータユニット７を全周に亘って囲むようにカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は上縁が外側に屈曲されてフランジ形状に形成され、その屈曲面と回転テーブル２の下面との間の隙間を小さくして、カバー部材７１内に外方からガスが侵入することを抑えている。
【００４３】
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近、コア部２１に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴についてもその内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体２０内に連通している。そして前記ケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。
【００４４】
このようにパージガス供給管７２、７３を設けることにより図７にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体２０内からヒータユニット７の配置空間に至るまでの空間がＮ２ガスでパージされ、このパージガスが回転テーブル２とカバー部材７１との間の隙間から排気領域６を介して排気口６１、６２に排気される。これによって既述の第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との一方から回転テーブル２の下方を介して他方にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガスが回り込むことが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。
【００４５】
また真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部５で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間で回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガス）が混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との雰囲気を分離するために回転テーブル２の回転中心部と真空容器１１とにより区画され、分離ガスがパージされると共に当該回転テーブル２の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。
【００４６】
更に真空容器１の側壁には図２、図３及び図８に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハ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は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１６の昇降機構（図示せず）が設けられる。
【００４７】
またこの実施の形態の成膜装置は、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１００が設けられ、この制御部１００のメモリ内には装置を運転するためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の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から制御部１００内にインストールされる。
【００４８】
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに図８に示すように凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器の底部側から昇降ピン１６が昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。続いて真空ポンプ６４により真空容器１内を予め設定した圧力に真空引きすると共に、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを加熱する。詳しくは、回転テーブル２はヒータユニット７により予め例えば３００℃に加熱されており、ウエハＷがこの回転テーブル２に載置されることで加熱される。ウエハＷの温度が図示しない温度センサにより設定温度になったことを確認した後、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から夫々ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスを吐出させると共に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを吐出する。
【００４９】
ウエハＷは回転テーブル２の回転により、第１の反応ガスノズル３１が設けられる第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル３２が設けられる第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過するため、ＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いでＯ３ガスが吸着してＢＴＢＡＳ分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成され、こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。
【００５０】
このとき分離ガス供給管５１からも分離ガスであるＮ２ガスを供給し、これにより中心部領域Ｃから即ち突出部５と回転テーブル２の中心部との間から回転テーブル２の表面に沿ってＮ２ガスが吐出する。この例では反応ガスノズル３１、３２が配置されている第２の天井面４５の下方側の空間に沿った容器本体１２の内周壁においては、既述のように内周壁が切りかかれて広くなっており、この広い空間の下方に排気口６１、６２が位置しているので、第１の天井面４４の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Ｃの各圧力よりも第２の天井面４５の下方側の空間の圧力の方が低くなる。ガスを各部位から吐出したときのガスの流れの状態を模式的に図９に示す。第２の反応ガスノズル３２から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面（ウエハＷの表面及びウエハＷの非載置領域の表面の両方）に当たってその表面に沿って回転方向上流側に向かうＯ３ガスは、その上流側から流れてきたＮ２ガスに押し戻されながら回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との間の排気領域６に流れ込み、排気口６２により排気される。
【００５１】
また第２の反応ガスノズル３２から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面に当たってその表面に沿って回転方向下流側に向かうＯ３ガスは、中心部領域Ｃから吐出されるＮ２ガスの流れと排気口６２の吸引作用により当該排気口６２に向かおうとするが、一部は下流側に隣接する分離領域Ｄに向かい、扇型の凸状部４の下方側に流入しようとする。ところがこの凸状部４の天井面４４の高さ及び周方向の長さは、各ガスの流量などを含む運転時のプロセスパラメータにおいて当該天井面４４の下方側へのガスの侵入を防止できる寸法に設定されているため、図４（ｂ）にも示してあるようにＯ３ガスは扇型の凸状部４の下方側にほとんど流入できないかあるいは少し流入したとしても分離ガスノズル４１付近までには到達できるものではなく、分離ガスノズル４１から吐出したＮ２ガスにより回転方向上流側、つまり処理領域Ｐ２側に押し戻されてしまい、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して排気口６２に排気される。
【００５２】
また第１の反応ガスノズル３１から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面に沿って回転方向上流側及び下流側に夫々向かうＢＴＢＡＳガスは、その回転方向上流側及び下流側に隣接する扇型の凸状部４の下方側に全く侵入できないかあるいは侵入したとしても第２の処理領域Ｐ１側に押し戻され、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して排気口６１に排気される。即ち、各分離領域Ｄにおいては、雰囲気中を流れる反応ガスであるＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガスの侵入を阻止するが、ウエハに吸着されているガス分子はそのまま分離領域つまり扇型の凸状部４による低い天井面４４の下方を通過し、成膜に寄与することになる。
【００５３】
更にまた第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ３ガス）は、中心部領域Ｃ内に侵入しようとするが、図７及び図９に示すように当該中心部領域Ｃからは分離ガスが回転テーブル２の周縁に向けて吐出されているので、この分離ガスにより侵入が阻止され、あるいは多少侵入したとしても押し戻され、この中心部領域Ｃを通って第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することが阻止される。
【００５４】
そして分離領域Ｄにおいては、扇型の凸状部４の周縁部が下方に屈曲され、屈曲部４６と回転テーブル２の外端面との間の隙間が既述のように狭くなっていてガスの通過を実質阻止しているので、第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ３ガス）は、回転テーブル２の外側を介して第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することも阻止される。従って２つの分離領域Ｄによって第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気とが完全に分離され、ＢＴＢＡＳガスは排気口６１に、またＯ３ガスは排気口６２に夫々排気される。この結果、両反応ガスこの例ではＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスが雰囲気中においてもウエハ上においても混じり合うことがない。なおこの例では、回転テーブル２の下方側をＮ２ガスによりパージしているため、排気領域６に流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばガＢＴＢＡＳスがＯ３ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。こうして成膜処理が終了すると、各ウエハは搬入動作と逆の動作により順次搬送アーム１０により搬出される。
【００５５】
ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、回転テーブル２の回転数は、３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、プロセス圧力は例えば１０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は例えば３５０℃、ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスの流量は例えば夫々１００ｓｃｃｍ及び１００００ｓｃｃｍ、分離ガスノズル４１、４２からのＮ２ガスの流量は例えば２００００ｓｃｃｍ、真空容器１の中心部の分離ガス供給管５１からのＮ２ガスの流量は例えば５０００ｓｃｃｍである。また１枚のウエハに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハが処理領域Ｐ１、Ｐ２の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、多数回例えば６００回である。
【００５６】
上述実施の形態によれば、回転テーブル２の回転方向に複数のウエハＷを配置し、回転テーブル２を回転させて第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを順番に通過させていわゆるＡＬＤ（あるいはＭＬＤ）を行うようにしているため、高いスループットで成膜処理を行うことができる。そして前記回転方向において第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に低い天井面を備えた分離領域Ｄを設けると共に回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより区画した中心部領域Ｃから回転テーブル２の周縁に向けて分離ガスを吐出し、前記分離領域Ｄの両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域Ｃから吐出する分離ガスと共に前記反応ガスが回転テーブル２の周縁と真空容器の内周壁との隙間を介して排気されるため、両反応ガスの混合を防止することができ、この結果良好な成膜処理を行うことができるし、回転テーブル２上において反応生成物が生じることが全くないか極力抑えられ、パーティクルの発生が抑えられる。なお本発明は、回転テーブル２に１個のウエハＷを載置する場合にも適用できる。
【００５７】
また回転テーブルに排気口を設ける構成や、ウエハの載置台を固定しかつ反応ガスノズルを回転させる場合には、排気口と反応ガスノズルとの相対位置関係が刻々と変わるので、排気流が変化して不安定な状態となり、このため第１の反応ガス及び第２の反応ガスが混合される懸念や成膜の均一性が低くなる懸念がある。これに対して上述の実施の形態では、反応ガスノズル３１（３２）と排気口６１（６２）との位置関係が固定されていることから、排気流が一定であり、上記のような懸念がなく、安定した成膜処理ができる。
【００５８】
本発明で適用される処理ガスとしては、上述の例の他に、ＤＣＳ[ジクロロシラン]、ＨＣＤ[ヘキサクロロジシラン]、ＴＭＡ[トリメチルアルミニウム]、３ＤＭＡＳ[トリスジメチルアミノシラン]、ＴＥＭＡＺ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、ＴＥＭＨＦ[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]、Ｓｒ(ＴＨＤ)２ [ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、モノアミノシランなどを挙げることができる。
【００５９】
また前記分離領域Ｄの天井面４４において、前記分離ガスノズル４１、４２に対して回転テーブル２の回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましい。その理由は回転テーブル２の回転によって上流側から分離領域Ｄに向かうガスの流れが外縁に寄るほど速いためである。この観点からすれば、上述のように凸状部４を扇型に構成することは得策である。
【００６０】
そして前記分離ガス供給ノズル４１（４２）の両側に各々位置する狭隘な空間を形成する前記第１の天井面４４は、図１０（ａ）、（ｂ）に前記分離ガス供給ノズル４１を代表して示すように例えば３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合、ウエハＷの中心ＷＯが通過する部位において回転テーブル２の回転方向に沿った幅寸法Ｌが５０ｍｍ以上であることが好ましい。凸状部４の両側から当該凸状部４の下方（狭隘な空間）に反応ガスが侵入することを有効に阻止するためには、前記幅寸法Ｌが短い場合にはそれに応じて第１の天井面４４と回転テーブル２との間の距離も小さくする必要がある。更に第１の天井面４４と回転テーブル２との間の距離をある寸法に設定したとすると、回転テーブル２の回転中心から離れる程、回転テーブル２の速度が速くなってくるので、反応ガスの侵入阻止効果を得るために要求される幅寸法Ｌは回転中心から離れる程長くなってくる。
【００６１】
このような観点から考察すると、ウエハＷの中心ＷＯが通過する部位における前記幅寸法Ｌが５０ｍｍよりも小さいと、第１の天井面４４と回転テーブル２との距離をかなり小さくする必要があるため、回転テーブル２を回転したときに回転テーブル２あるいはウエハＷと天井面４４との衝突を防止するために、回転テーブル２の振れを極力抑える工夫が要求される。更にまた回転テーブル２の回転数が高い程、凸状部４の上流側から当該凸状部４の下方側に反応ガスが侵入しやすくなるので、前記幅寸法Ｌを５０ｍｍよりも小さくすると、回転テーブル２の回転数を低くしなければならず、スループットの点で得策ではない。従って幅寸法Ｌが５０ｍｍ以上であることが好ましいが、５０ｍｍ以下であっても本発明の効果が得られないというものではない。即ち、前記幅寸法ＬがウエハＷの直径の１／１０〜１／１であることが好ましく、約１／６以上であることがより好ましい。
【００６２】
また本発明では分離ガス供給手段における回転方向両側に低い天井面４４が位置することが必要であるが、分離ガスノズル４１、４２の両側に凸状部４４が配置されている上述の構成に限らず、図１１に示すように凸状部４の内部に分離ガスの通流室４７を回転テーブル２の直径方向に伸びるように形成し、この通流室４７の底部に長さ方向に沿って多数のガス吐出孔４０が穿設される構成を採用してもよい。
【００６３】
分離領域Ｄの天井面４４は平坦面に限られるものではなく、図１２（ａ）に示すよ凹面形状に構成してもよいし、図１２（ｂ）に示すように凸面形状にしてもよく、あるいはまた図１２（ｃ）に示すように波型状に構成してもよい。
更にまた分離ガスノズル４１（４２）のガス吐出孔４０については、次のような構成としてもよい。
Ａ． 図１３（ａ）に示すように回転テーブル２の直径に対して斜めに向いた横長のスリットからなる多数のガス吐出孔４０を、互いに隣接するものの一部同士が前記直径方向に重なるようにして、当該直径方向に間隔をおいて配置した構成。
Ｂ． 図１３（ｂ）に示すように多数のガス吐出孔４０を蛇行ライン状に配列した構成。
Ｃ． 図１３（ｃ）に示すように回転テーブル２の周縁側に迫る多数の円弧状のスリットからなるガス吐出孔４０を前記直径方向に間隔をおいて配列した構成。
【００６４】
更にまた凸状部４の平面形状については、次のような構成としてもよい。
Ａ． 図１４（ａ）に示すように凸状部４を角型例えば長方形に形成した構成。
Ｂ． 図１４（ｂ）に示すように凸状部４を真空容器１の周縁に向かってラッパ状に広がった形状に形成した構成。
Ｃ． 図１４（ｃ）に示すように凸状部４を、台形の側縁を外側に膨らませた形状であって、長辺側が真空容器１の周縁側に位置している形状に形成した構成。
Ｄ． 図１４（ｄ）に示すように、凸状部４を回転テーブル２の回転方向上流側（図１４では右側が回転方向上流側に相当する）が真空容器１の周縁に向かって広がっている形状に形成した構成。
ウエハを加熱するための加熱手段としては抵抗発熱体を用いたヒータに限られずランプ加熱装置であってもよく、回転テーブル２の下方側に設ける代わりに回転テーブル２の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。
【００６５】
ここで処理領域Ｐ１、Ｐ２及び分離領域Ｄの各レイアウトについて上記の実施の形態以外の他の例を挙げておく。図１５は第２の反応ガスノズル３２を搬送口１５よりも回転テーブル２の回転方向上流側に位置させた例であり、このようなレイアウトであっても同様の効果が得られる。また分離領域Ｄは、扇型の凸状部４を周方向に２つに分割し、その間に分離ガスノズル４１（４２）を設ける構成であってもよいことを既に述べたが、図１６は、このような構成の一例を示す平面図である。この場合、扇型の凸状部４と分離ガスノズル４１（４２）との距離や扇型の凸状部４の大きさなどは、分離ガスの吐出流量や反応ガスの吐出流量などを考慮して分離領域Ｄが有効な分離作用が発揮できるように設定される。
【００６６】
上述の実施の形態では、前記第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２は、その天井面が前記分離領域Ｄの天井面よりも高い領域に相当するものであったが、本発明は、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２の少なくとも一方は、分離領域Ｄと同様に反応ガス供給手段の前記回転方向両側にて前記回転テーブル２に対向して設けられ、当該回転テーブル２との間にガスの侵入を阻止するための空間を形成するようにかつ前記分離領域Ｄの前記回転方向両側の天井面（第２の天井面４５）よりも低い天井面例えば分離領域Ｄにおける第１の天井面４４と同じ高さの天井面を備えている構成としてもよい。図１７はこのような構成の一例を示すものであり、第２の処理領域（この例ではＯ３ガスの吸着領域）Ｐ２において扇形の凸状部３０の下方側に第２の反応ガスノズル３２を配置している。なお第２の処理領域Ｐ２は、分離ガスノズル４１（４２）の代わりに第２の反応ガスノズル３２を設けた以外は、分離領域Ｄと全く同様である。
【００６７】
本発明は、分離ガスノズル４１（４２）の両側に狭隘な空間を形成するために低い天井面（第１の天井面）４４を設けることが必要であるが、図１８に示すように反応ガスノズル３１（３２）の両側にも同様の低い天井面を設け、これら天井面を連続させる構成、つまり分離ガスノズル４１（４２）及び反応ガスノズル３１（３２）が設けられる箇所以外は、回転テーブル２に対向する領域全面に凸状部４を設ける構成としても同様の効果が得られる。この構成は別の見方をすれば、分離ガスノズル４１（４２）の両側の第１の天井面４４が反応ガスノズル３１（３２）にまで広がった例である。この場合には、分離ガスノズル４１（４２）の両側に分離ガスが拡散し、反応ガスノズル３１（３２）の両側に反応ガスが拡散し、両ガスが凸状部４の下方側（狭隘な空間）にて合流するが、これらのガスは分離ガスノズル３１（３２）と反応ガスノズル４２（４１）との間に位置する排気口６１（６２）から排気されることになる。
【００６８】
以上の実施の形態では、回転テーブル２の回転軸２２が真空容器１の中心部に位置し、回転テーブル２の中心部と真空容器１の上面部との間の空間に分離ガスをパージしているが、本発明は図１９に示すように構成してもよい。図１９の成膜装置においては、真空容器１の中央領域の底面部１４が下方側に突出していて駆動部の収容空間８０を形成していると共に、真空容器１の中央領域の上面に凹部８０ａが形成され、真空容器１の中心部において収容空間８０の底部と真空容器１の前記凹部８０ａの上面との間に支柱８１を介在させて、第１の反応ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスと第２の反応ガスノズル３２からのＯ３ガスとが前記中心部を介して混ざり合うことを防止している。
【００６９】
回転テーブル２を回転させる機構については、支柱８１を囲むように回転スリーブ８２を設けてこの回転スリーブ８１に沿ってリング状の回転テーブル２を設けている。そして前記収容空間８０にモータ８３により駆動される駆動ギヤ部８４を設け、この駆動ギヤ部８４により、回転スリーブ８２の下部の外周に形成されたギヤ部８５を介して当該回転スリーブ８２を回転させるようにしている。８６、８７及び８８は軸受け部である。また前記収容空間８０の底部にパージガス供給管７４を接続すると共に、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するためのパージガス供給管７５を真空容器１の上部に接続している。図１９では、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するための開口部は左右２箇所に記載してあるが、回転スリーブ８２の近傍領域を介してＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとが混じり合わないようにするために、開口部（パージガス供給口）の配列数を設計することが好ましい。
【００７０】
図１９の実施の形態では、回転テーブル２側から見ると、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間は分離ガス吐出孔に相当し、そしてこの分離ガス吐出孔、回転スリーブ８２及び支柱８１により、真空容器１の中心部に位置する中心部領域が構成される。
【００７１】
本発明は、２種類の反応ガスを用いることに限られず、３種類以上の反応ガスを順番に基板上に供給する場合にも適用することができる。その場合には、例えば第１の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第２の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第３の反応ガスノズル及び分離ガスノズルの順番で真空容器１の周方向に各ガスノズルを配置し、各分離ガスノズルを含む分離領域を既述の実施の形態のように構成すればよい。
【００７２】
以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図２０に示しておく。図１９中、１０１は例えば２５枚のウエハを収納するフープと呼ばれる密閉型の搬送容器、１０２は搬送アーム１０３が配置された大気搬送室、１０４、１０５は大気雰囲気と真空雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能なロードロック室（予備真空室）、１０６は、２基の搬送アーム１０７が配置された真空搬送室、１０８、１０９は本発明の成膜装置である。搬送容器１０１は図示しない載置台を備えた搬入搬出ポートに外部から搬送され、大気搬送室１０２に接続された後、、図示しない開閉機構により蓋が開けられて搬送アーム１０３により当該搬送容器１０１内からウエハが取り出される。次いでロードロック室１０４（１０５）内に搬入され当該室内を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替え、その後搬送アーム１０７によりウエハが取り出されて成膜装置１０８、１０９の一方に搬入され、既述の成膜処理がされる。このように例えば５枚処理用の本発明の成膜装置を複数個例えば２個備えることにより、いわゆるＡＬＤ（ＭＬＤ）を高いスループットで実施することができる。
【００７３】
上記の各例では、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳガス及び第２の反応ガスであるＯ3ガスを供給してシリコン酸化膜からなる薄膜を成膜する成膜装置や成膜方法について説明したが、本発明は互いに種類の異なる複数の薄膜を連続成膜する場合にも適用でき、例えば２種類の薄膜を交互に積層して多層膜を形成する場合にも適用できる。このような多層膜を成膜するための具体的な成膜装置の構成や成膜方法について、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に積層して絶縁膜である積層膜を形成する場合を例に挙げて以下に説明する。
【００７４】
図２１に示すように、第１の反応ガスノズル３１には、このノズル３１のガス導入ポート３１ａを介して第１のガス供給路１１０の一端側が接続されており、この第１のガス供給路１１０の他端側は２本に分岐して、夫々バルブＶ１、Ｖ３及び流量調整部１１１、１１３を介して、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳガスの貯留された第１のガス供給源１２１及び第３のガスであるＤＣＳ（ジクロルシラン、Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ2）ガスの貯留された第３のガス供給源１２３に接続されている。また、第２の反応ガスノズル３２には、ガス導入ポート３２ａを介して第２のガス供給路１２０の一端側が接続されており、この第２のガス供給路１２０の他端側は同様に２本に分岐して、夫々バルブＶ２、Ｖ４及び流量調整部１１２、１１４を介して、夫々第２の反応ガスであるＯ3ガスの貯留された第２のガス供給源１２２及び第４の反応ガスであるＮＨ3（アンモニア）ガスの貯留された第４のガス供給源１２４に接続されている。そのため、この例では第１の反応ガス供給手段である第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガス供給手段である第２の反応ガスノズル３２は、夫々第３の反応ガス供給手段及び第４の反応ガス供給手段を兼用していることになる。尚、既述の図１に示した成膜装置と同じ構成の部位については説明を省略する。
【００７５】
次に、この成膜装置において多層膜を成膜する成膜方法について説明する。先ず、図２２（ａ）に示すように、バルブＶ１、Ｖ２を開放して、既述の例と同様にウェハＷの表面に第１の薄膜であるシリコン酸化膜を成膜する。この時、既述のように真空容器１内ではＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが互いに混じり合わないように分離領域Ｄ、中心部領域Ｃ及び回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスを供給しているので、第１の反応ガスノズル３１にはＢＴＢＡＳガスだけが接触し、第２の反応ガスノズル３２にはＯ3ガスだけが接触する。従って、各ノズル３１、３２にはシリコン酸化膜が付着（成膜）しない。尚、この図２２では、バルブＶ１〜Ｖ４について「開」状態を白色、「閉」状態を黒色として描画している。
【００７６】
次いで、真空容器１内及び各ノズル３１、３２の内部領域からＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスが排気されるように、各バルブＶ１、Ｖ２を閉じると共に、例えば圧力調整手段（バルブ）６５により真空容器１内を引き切りの状態にする。
続いて、回転テーブル２上のウエハＷが所定の温度例えば３００℃となるようにヒータユニット７の設定温度を調整する。そして、真空容器１内の雰囲気が所定の真空度となるように圧力調整手段（バルブ）６５の開度を調整すると共に、図２２（ｂ）に示すように、バルブＶ３、Ｖ４を開放して各ノズル３１、３２から夫々ＤＣＳガス及びＮＨ3ガスを所定の流量で供給する。また、各分離領域Ｄ、中心部領域Ｃ及び回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスを所定の流量で供給する。
【００７７】
そして、回転テーブル２の回転を所定の回数例えば２００回続けることにより、ウエハＷの表面にＤＣＳガスが吸着し、次いでこのＤＣＳガスがＮＨ3ガスにより窒化されるプロセスが複数回繰り返されるので、先の成膜処理により成膜されたシリコン酸化膜の上層には、所定の膜厚の第２の薄膜である窒化シリコン膜が積層される。この時、同様にＤＣＳガスとＮＨ3ガスとが互いに混じり合わないように分離領域Ｄ、中心部領域Ｃ及び回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスを供給しているので、ノズル３１、３２には窒化シリコンが付着しない。
続いて、同様に真空容器１内及びノズル３１、３２の内部領域からＤＣＳガス及びＮＨ3ガスが排気されるように、バルブＶ３、Ｖ４を閉じると共に、圧力調整手段６５により真空容器１を引き切りの状態にする。その後、同様に反応ガスをＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスに切り替えて、このシリコン窒化膜の上層にシリコン酸化膜を成膜する。
こうして図２３に示すように、ウエハＷに、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が下側からこの順番で積層されたいわゆるＯＮＯ膜と呼ばれる絶縁膜である積層膜２００が形成される。この積層膜２００は、例えばウエハＷ上に成膜されたゲート絶縁膜の上層に積層されるが、この図２３では省略して示している。
【００７８】
上述の実施の形態によれば、既に詳述したように、各処理領域Ｐ１、Ｐ２が分離されているので、ＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとの混合、及びＤＣＳガスとＮＨ3ガスとの混合を抑えることができ、そのため各ノズル３１、３２への反応生成物（シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜）の生成（付着）を抑えることができ、つまりノズル３１、３２には反応生成物が実質成膜されない。また、従来の枚葉成膜装置や縦型熱処理装置でＡＬＤにより複数種の膜を成膜する場合には、互いに異なる装置を用いる必要があるが、共通の処理容器内に各反応ガスが供給されるので、ノズルに反応生成物が生成してパーティクルの原因となってしまう。一方、上述の実施の形態では、ノズル３１、３２に成膜が起こらないのでこうした問題がなく、またノズル３１、３２は回転テーブル２上のウエハＷの表面から上方に離間して配置されており、ウエハＷよりも温度が低いため、ノズル３１、３２には各ガスが吸着しないか、あるいは吸着したとしても成膜に影響がない程度に抑えられるので、各ノズル３１、３２を種類の異なる反応ガス同士で共通化できる。そのため、設備の費用の低廉化、省スペース化及び高スループット化を図ることができる。
【００７９】
上記の例では、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に積層して積層膜２００を形成する例について説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば第１の薄膜である酸化ストロンチウム膜（ＳｒＯ膜）と第２の薄膜である酸化チタン膜（ＴｉＯ膜）とを交互に積層して積層膜２００（ＳＴＯ膜）を形成する場合にも適用できる。このような積層膜２００を形成する場合には、例えば図２４に示す成膜装置が用いられる。
【００８０】
図２４に示すように、第１のガス供給源１２１には、例えば第１の反応ガスとして、チタンソースガス例えばＴｉ（ＯｉＰｒ）2（ＴＨＤ）2（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）や、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）（チタニウムテトライソプロポキサイド）等のチタンを含む化合物が気体状で供給できるように貯留されている。また、第３のガス供給源１２３には、例えば第３の反応ガスとして、ストロンチウムソースガス例えばＳｒ（ＴＨＤ）2（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）や、Ｓｒ（Ｍｅ5Ｃｐ）2（ビスペンタメチルシクロペンタジエニエルストロンチウム）等のストロンチウムを含む化合物が気体状で供給できるように貯留されている。
この例においては、ウエハＷに吸着した上記の各反応ガスと反応する反応ガスとしてはどちらもＯ3ガスが用いられるので、第２の反応ガスノズル３２の上流側には、第２の反応ガスであるＯ3ガスが貯留された第２のガス供給源１２２が接続されている。
【００８１】
そして、この成膜装置においては、ストロンチウムソースガスとチタンソースガスとを既述のように交互に切り替えると共に、ウエハＷ上に吸着したこれらの反応ガスに対してＯ3ガスを供給することにより、酸化ストロンチウム膜と酸化チタン膜とが交互に積層されて例えば酸化ストロンチウム膜と酸化チタン膜との積層膜２００が形成される。この例においても、上記の積層膜２００を積層した時と同様の効果が得られる。
【００８２】
上記の各例において、互いに種類の異なる膜の積層数としては、３層に限られず、２層あるいは４層以上であっても良い。更に、既述のように、例えばＢＴＢＡＳガス、Ｏ3ガス、ＤＣＳガス及びＮＨ3ガスを供給するノズルを回転テーブル２の周方向にこの順番で個別に設けて、各々のノズルから供給される反応ガス同士が互いに混じり合わないように各々のノズル間に分離領域Ｄを設けて積層膜２００を成膜するようにしても良い。また、処理領域Ｐ１にＢＴＢＡＳガス及びＤＣＳガスを夫々供給する２本のノズルを隣接して設けると共に、処理領域Ｐ２にＯ3ガス及びＮＨ3ガスを夫々供給する２本のノズルを隣接して設けて、所定の膜厚の薄膜を成膜する度にウェハＷに供給する反応ガスを切り替えるようにしても良い。
尚、第１のガス供給路１１０及び第２のガス供給路１２０から供給される各反応ガスは、実際には各々の供給路１１０、１２０の上流側が例えば複数本に分岐して各々の反応ガスが貯留されたガス供給源に接続されて、これらの複数のガス供給源から供給されるように構成されているが、上記の図２１及び図２４では必要のないガス供給源については描画を省略している。
【００８３】
既述の各例では、酸化シリコン膜を成膜するための反応ガスとして例えばＢＴＢＡＳガスなどを用いたが、以下の実施の形態では、ＢＴＢＡＳガスなどよりも好適な反応ガスについて説明する。
始めに、ＢＴＢＡＳガスを用いた上記のＡＬＤ（ＭＬＤ）プロセスについて再度述べておく。先ず、図２５（ａ）に示すように、例えば第１の処理領域Ｐ１においてウェハＷ上にＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いで同図（ｂ）に示すように、第２の処理領域Ｐ２においてＯ３ガスによりウェハＷ上のＢＴＢＡＳガスが酸化され、同図（ｃ）に示すように酸素とＢＴＢＡＳガス中のシリコンとを含む反応生成物がウェハＷ上に生成すると共に、ＢＴＢＡＳガスから不純物例えば有機物が副生成ガスとして脱離していく。そして、この反応生成物がウェハＷ上に面内に亘って形成されることによって既述のシリコン酸化膜が成膜され、こうしてＢＴＢＡＳガスの吸着と酸化とが繰り返されることによりシリコン酸化膜が積層されていくことになる。
【００８４】
ところで、ＢＴＢＡＳは蒸気圧が低く、また図２６（ａ）に示すように、シリコン原子を対称として窒素（Ｎ）原子とｔ−ブチル基（−Ｃ（ＣＨ３）３）とが両側に結合した大きな分子構造であることから、デバイスに使用する箇所やユーザ側の要求などによっては、成膜速度、埋め込み特性及びシリコン酸化膜の膜質の点で、特に有利なガスであるとは言えないかもしれない。そこで、上述の点においてＢＴＢＡＳよりも有利なシリコン酸化膜の成膜用の反応ガスとしてジイソプロピルアミノシランガスを挙げることができる。
【００８５】
ジイソプロピルアミノシランは、ＢＴＢＡＳよりも蒸気圧が高く、また図２６（ｂ）から分かるようにＢＴＢＡＳよりも分子が小さい。ＢＴＢＡＳは蒸気圧が低いことから、高い処理圧力で、ガス流量を高くできないので、ガスの流量及び処理圧力をあまり高くできないので、速い成膜速度が得られにくい。これに対してジイソプロピルアミノシランは、例えば５０℃における蒸気圧がＢＴＢＡＳの約１０倍程度であるため、ガス流量を多くしたり処理圧力を高くしたりできるので、成膜速度が速い。
【００８６】
更に図２６（ａ）と図２６（ｂ）とを比較して分かるように、ＢＴＢＡＳはＳｉ−Ｈの両側にｔ−ブチル基が存在するので、ウェハＷ上にガスが吸着する時にこのｔ−ブチル基が立体障害になりやすい。これに対してジイソプロピルアミノシランの場合には、こうした立体障害の度合いが小さい。そのためＯ３ガスのアタックに対して、ジイソプロピルアミノシランの方がＢＴＢＡＳに比べてシリコンと窒素との間の結合が切れやすい。このような点からも、ジイソプロピルアミノシランを用いる方が速い成膜速度が得られる。また、反応ガス中から有機物や窒化物が速やかに脱離し、膜中の不純物が少なくなるので、良好な電気的特性が得られる。
【００８７】
また、ジイソプロピルアミノシランは、ＢＴＢＡＳよりも分子が小さいためウェハＷ上に互いに近接して配列され、このためシリコン酸化膜が緻密になる。従って、その後のアニール処理において収縮（シュリンク）が小さくなるので、アニール処理によるパターン倒れを抑えることができる。そして、ジイソプロピルアミノシランは分子が小さいことから、またガス流量を増やしたり処理圧力を高めたりすることができることから、ウェハＷの凹部内への埋め込み特性が良好である。
【００８８】
更に、ジイソプロピルアミノシランガスではウェハＷへの反応ガスの吸着が速やかに起こることから、反応ガスの使用量が抑えられる。更にまた、反応ガスの流量や処理圧力を調整することによりウェハＷの面内均一性を調整できることから、反応ガスの流量や処理圧力の調整幅が広がることで面内均一性の調整幅も広くなる。
【００８９】
この反応ガスを用いて成膜処理を行う場合には、例えば回転テーブル２の回転数、処理圧力、ウェハＷの加熱温度、反応ガスの流量、Ｏ３ガスの流量及び分離ガスノズル４１、４２からのＮ２ガスの流量は夫々例えば２４０ｒｐｍ、２．１３ｋＰａ（１６Ｔｏｒｒ）、３５０〜５００℃、２７５ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍに設定される。
【実施例】
【００９０】
次に、上記のジイソプロピルアミノシランガスを反応ガスとして用いた場合に得られる薄膜の特性について、以下に説明する。
（実施例１：成膜速度確認実験）
先ず、処理ガスとしてＢＴＢＡＳガスとジイソプロピルアミノシランガスとを用いた場合の成膜速度を比較すると共に、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合において、成膜速度に対するガス流量、処理圧力及び成膜温度の各依存性を確認する実験を行った。実験条件は各実施例１−１〜１−９毎に、以下の表１に示す条件で行った。
（表１）
実施例１−１はＢＴＢＡＳガスを用いた場合に成膜速度が最も高くなる条件で行った実験である。尚、いずれの実施例１−１〜１−９においても回転テーブル２の回転数は２４０ｒｐｍとした。
【００９１】
この結果、図２７に示すように、ＢＴＢＡＳガスとジイソプロピルアミノシランガスとを比べると、同じ処理条件ではジイソプロピルアミノシランガスの方が成膜速度が速くなっていた。また、ジイソプロピルアミノシランガスを用いると、ガス流量及び処理圧力のいずれについてもＢＴＢＡＳガスのほぼ上限値よりも増やすことができ、その増加分に応じて成膜速度が速くなることが分かった。実施例１−６の条件では、ＢＴＢＡＳガスよりも８０％程度速い成膜速度となっていた。また、ジイソプロピルアミノシランガスでは、成膜温度を３５０℃〜５００℃の間で変化させても成膜速度がほとんど変わらなかったことから、ジイソプロピルアミノシランガスはこの温度範囲では安定で熱分解が抑えられて、ＡＬＤ法による良好な成膜が行われることが分かった。従って、例えばＯ３ガスにより酸化される前におけるジイソプロピルアミノシランガスの熱分解が抑えられることが分かった。
【００９２】
（実施例２：成膜速度確認実験）
次に、上記の実施例１よりも更に処理圧力を高めて実験を行った。実験条件を以下の表２に示す。
（表２）
実施例１−１と同様に、実施例２−１としてＢＴＢＡＳガスの結果を併記する。尚、反応ガスの流量や処理圧力を増やすにあたって、Ｏ３ガスの流量や真空容器１の中央部に対して分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２から夫々供給する窒素ガスの流量についても増やしてある。また、いずれの実験においても成膜温度は３５０℃、回転テーブル２の回転数は２４０ｒｐｍとした。
【００９３】
この実験の結果、図２８に示すように、反応ガスとしてジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合には、４．２７ｋＰａ（３２Ｔｏｒｒ）もの高圧の条件で成膜処理を行うことができ、その時の成膜速度はＢＴＢＡＳガスを用いた場合の２倍近くまで速くなることが分かった。
【００９４】
（実施例３：埋め込み特性確認実験）
次に、ウェハＷの表面にアスペクト比（＝３０）の極めて大きな凹部（開口部）を含むパターン（開口深さ：１０μｍ、開口幅：０．３μｍ）を形成し、このウェハＷに対して薄膜の埋め込み特性を確認する実験を行った。この実験では、図２９に示すように、ウェハＷ上に成膜された薄膜の膜厚について、ウェハＷの表面における凹部以外の部位の膜厚をｔＴ、凹部の側壁面における膜厚をｔＳ、凹部即ち凹底面における膜厚をｔＢとした。そして、通常であれば凹部内へは薄膜を埋め込みにくい（膜厚が薄くなる）ことから、凹部以外の膜厚ｔＴに対する凹部側壁面の膜厚ｔＳ及び凹部底面の膜厚ｔＢの割合（側壁膜厚比ＲＳ＝ｔＳ÷ｔＴ×１００、底面膜厚比ＲＢ＝ｔＢ÷ｔＴ×１００）を計算して、凹部への埋め込み特性の評価の指標として用いた。この時の実験条件を以下の表３に示す。尚、既述の図２９については、凹部や薄膜の各寸法について模式的に示している。
（表３）
また、実施例３−１〜３−３の各々について、回転テーブル２の回転数を３０、６０、１２０、２４０ｒｐｍとして夫々実験を行った。また、いずれの条件においてもＯ３ガスの濃度及び流量は夫々３００ｇ／Ｎｍ３及び１０ｓｌｍ、成膜温度は３５０℃とした。
【００９５】
実施例３−１、３−２、３−３の結果について、得られたＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像を読み取って模式的に示した図を夫々図３０、図３１、図３２に示す。これらの図３０、図３１、図３２中括弧で示した数字は、各々の回転数毎に算出された上記の膜厚比ＲＳ、ＲＢであり、凹部以外の部位については１００％として示している。また、凹部底面付近における側壁面の膜厚比ＲＳについても併記してある。
この結果、実施例３−１（ＢＴＢＡＳガス）では回転テーブル２の回転数が速くなる程、凹部の側壁面及び凹部底面における膜厚比ＲＳ、ＲＢが小さくなって埋め込み特性が悪化しており、２４０ｒｐｍでは３８％程度まで減少していた。一方、実施例３−２、３−３においても同様の傾向が見られたが、２４０ｒｐｍでは夫々５０％及び５５％程度に留まっていた。そのため、ＢＴＢＡＳガスよりもジイソプロピルアミノシランガスを用いた方が良好な埋め込み特性が得られることが分かった。また、実施例３−２、３−３の結果から、処理圧力が高くなる程埋め込み特性が向上することが分かった。尚、実施例３−１の回転数が３０ｒｐｍの結果では、凹部の底面側において両側面側から成長した薄膜同士が繋がっていたため、見かけ上底面の膜厚ｔＢが厚くなっていた。この時得られた膜厚比Ｒをまとめたものを図３３に示す。図３３では、得られた膜厚比Ｒとして、側壁膜厚比ＲＳ及び底面膜厚比ＲＢのうち、小さい方の値をプロットしている。
【００９６】
この時、いずれの実験結果においても回転テーブル２の回転数が速くなる程成膜速度が向上していることが分かった。この成膜速度の結果を表４に示す。
（表４：成膜速度、単位：ｎｍ／ｍｉｎ）
【００９７】
（実施例４：ウェットエッチング特性確認実験）
続いて、成膜後の薄膜のウェットエッチング特性を評価した実験について説明する。実施例４−１〜４−９として、既述の実施例１と同じ条件にて成膜したシリコン酸化膜について、１重量％の希沸酸水溶液に浸析してウェットエッチングレートを求めた。尚、参考例４−１、４−２として、夫々９５０℃の処理温度にて得られた熱酸化膜及び７８０℃にてジクロロシランガスとHigh Temp. Oxide（Ｎ２Ｏ）とを用いたＣＶＤ法により成膜したシリコン酸化膜についての結果を示す。この実験結果を図３４に示す。尚、この図３４では、参考例４−１の熱酸化膜について得られた値を１として各々の結果を規格化した値を示している。
【００９８】
その結果、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合には、ガス流量及び処理圧力を変化させても、ウェットエッチングレートはほぼ同じであった。一方成膜温度を高くするに従って、ウェットエッチングレートが低くなっていた。この時、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることでウェットエッチングレートがＢＴＢＡＳガスを用いた結果よりも僅かに大きくなっているが、これはＢＴＢＡＳガスを用いて成膜したシリコン酸化膜には不純物として窒素が含まれているため、理想的な組成のシリコン酸化膜よりもウェットエッチング耐性が増しているためだと考えられる。つまり、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合には、ＢＴＢＡＳガスを用いる場合よりも膜中の窒素濃度が減少すると言える。
【００９９】
（実施例５：アニール処理による収縮量確認実験）
次に、成膜後のシリコン酸化膜がどの程度緻密化しているかを評価する実験を行った。既述のように、反応ガス中に含まれる有機物が大きいと、シリコン酸化膜が疎になり、成膜後のアニール処理によりシリコン酸化膜が大きく収縮（シュリンク）する。このような収縮が大きいと、パターン倒れの原因となるため好ましくない。そこで、実施例５−１〜５−９について既述の実施例１と同様にシリコン酸化膜を成膜し、各々のウェハＷに対して窒素雰囲気中で８５０℃のアニール処理を行ってアニール処理前後における膜厚の収縮率を求めた。この結果を図３５に示す。尚、参考例５−１として参考例４−２と同様にＣＶＤ法により成膜したシリコン酸化膜について得られた結果を示す。
この結果から、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることにより、ＢＴＢＡＳガスを用いるよりも収縮率が減少し、従って緻密なシリコン酸化膜が形成されていることが分かる。
【０１００】
（実施例６：不純物確認実験）
この実験では、成膜後のシリコン酸化膜中に含まれる不純物（水素、窒素、炭素）について、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて膜厚方向において５０ｎｍの深さに亘って測定した。尚、成膜時の処理圧力及び回転テーブル２の回転数は、夫々１．０７ｋＰａ（８Ｔｏｒｒ）、２４０ｒｐｍとした。
この実験の結果、図３６に示すように、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることによって、水素、窒素及び炭素のいずれについてもＢＴＢＡＳガスを用いた場合よりも減少しており、窒素及び炭素についてはＢＴＢＡＳガスよりも大きく減少していた。また、ジイソプロピルアミノシランガスの場合には、成膜温度を高くするにつれて水素及び窒素については減少量が増えることが分かった。
【０１０１】
図示や詳細の説明については省略するが、別途行った実験により、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることによって、サイクルレート（回転テーブル２の回転毎に成膜されるシリコン酸化膜の膜厚）及びウェハＷ内のシリコン酸化膜の面内均一性のいずれについても、ＢＴＢＡＳガスを用いるよりも向上することが分かった。サイクルレートについては、バッチ式の反応炉を用いた実験の結果、ジイソプロピルアミノシランガスではＢＴＢＡＳガスの１．３４倍となっていた。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 真空容器
Ｗ ウエハ
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
２ 回転テーブル
２１ コア部
２４ 凹部（基板載置領域）
３１ 第１の反応ガスノズル
３２ 第２の反応ガスノズル
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｄ 分離領域
Ｃ 中心部領域
４ 凸状部
４１、４２ 分離ガスノズル
４４ 第１の天井面
４５ 第２の天井面
５ 突出部
５１ 分離ガス供給管
６ 排気領域
６１、６２ 排気口
７ ヒータユニット
７２〜７５ パージガス供給管
８１ 支柱
８２ 回転スリーブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給するサイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
この回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、第１の反応ガスを前記基板に供給するための吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第１の反応ガスノズルを含む第１の反応ガス供給手段と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第１の反応ガスノズルから離れ、第２の反応ガスを前記基板に供給する吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第２の反応ガスノズルを含む第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置し、第１の分離ガスを供給する分離ガス供給部を含む分離領域と、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器の中心部に位置し、前記基板に沿って第２の分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記真空容器内の雰囲気を排気するために前記真空容器に設けられた排気口と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記分離ガス供給部は、前記周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向に延び、
前記排気口は、前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスが前記分離領域へ進入するのを阻止するために、前記第１の処理領域の前記周壁側に設けられた一方の排気口と、前記第２の処理領域の前記周壁側に設けられた他方の排気口と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記中心部領域の前記吐出孔から吐出される前記第２の分離ガスが、前記分離ガス供給部から供給される前記第１の分離ガスと共に、前記第１の処理領域を通して前記一方の排気口から排気され、前記第２の処理領域を通して前記他方の排気口から排気されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、前記回転テーブルに対して第３の反応ガスを供給する第３の反応ガス供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１、前記第２、及び前記第３の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、前記回転テーブルに対して第４の反応ガスを供給する第４の反応ガス供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段から夫々前記第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行するように制御信号を出力する制御部を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段は、夫々前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段を兼用していることを特徴とする請求項５または６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記中心部領域は、回転テーブルの回転中心部と前記真空容器の内側上面とにより区画され、かつ、前記中心部領域が第２の分離ガスでパージされることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項９】
内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、この真空搬送室に気密に接続された請求項１ないし８のいずれか一項に記載の成膜装置と、前記真空搬送室に気密に接続され、真空排気され得る予備予備室と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜方法において、
前記真空容器内の回転テーブルに基板を載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、第１の反応ガスを前記基板に供給するための吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第１の反応ガスノズルを含む第１の反応ガス供給手段から前記回転テーブルへ第１の反応ガスを供給する工程と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第１の反応ガスノズルから離れ、第２の反応ガスを前記基板に供給する吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第２の反応ガスノズルを含む第２の反応ガス供給手段から前記回転テーブルへ第２の反応ガスを供給する工程と、
前記回転方向において、前記第１の反応ガスノズルから前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と、前記第２の反応ガスノズルから前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置し、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する分離領域に設けられる分離ガス供給部から前記処理領域側に前記第１の分離ガスを流す工程と、
前記真空容器の中心部に位置する中心部領域に形成された吐出孔から基板に沿って第２の分離ガスを供給する工程と、
前記真空容器内の雰囲気を排気する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられる第３の反応ガス供給手段から前記回転テーブルに対して第３の反応ガスを供給するステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記第１、前記第２、及び前記第３の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられる第４の反応ガス供給手段から前記回転テーブルに対して第４の反応ガスを供給するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、
前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段から、夫々前記第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段は、夫々前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段を兼用していることを特徴とする請求項１２または１３に記載の成膜方法。
【請求項１５】
真空容器内にて、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給するサイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、前記プログラムは、請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するようにステップ群を備えることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１】
真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給するサイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
この回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、第１の反応ガスを前記基板に供給するための吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第１の反応ガスノズルを含む第１の反応ガス供給手段と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第１の反応ガスノズルから離れ、第２の反応ガスを前記基板に供給する吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第２の反応ガスノズルを含む第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置し、第１の分離ガスを供給する分離ガス供給部を含む分離領域と、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器の中心部に位置し、前記基板に沿って第２の分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記真空容器内の雰囲気を排気するために前記真空容器に設けられた排気口と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記分離ガス供給部は、前記周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向に延び、
前記排気口は、前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスが前記分離領域へ進入するのを阻止するために、前記第１の処理領域の前記周壁側に設けられた一方の排気口と、前記第２の処理領域の前記周壁側に設けられた他方の排気口と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記中心部領域の前記吐出孔から吐出される前記第２の分離ガスが、前記分離ガス供給部から供給される前記第１の分離ガスと共に、前記第１の処理領域を通して前記一方の排気口から排気され、前記第２の処理領域を通して前記他方の排気口から排気されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、前記回転テーブルに対して第３の反応ガスを供給する第３の反応ガス供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１、前記第２、及び前記第３の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、前記回転テーブルに対して第４の反応ガスを供給する第４の反応ガス供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段から夫々前記第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行するように制御信号を出力する制御部を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段は、夫々前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段を兼用していることを特徴とする請求項５または６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記中心部領域は、回転テーブルの回転中心部と前記真空容器の内側上面とにより区画され、かつ、前記中心部領域が第２の分離ガスでパージされることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項９】
内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、この真空搬送室に気密に接続された請求項１ないし８のいずれか一項に記載の成膜装置と、前記真空搬送室に気密に接続され、真空排気され得る予備予備室と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜方法において、
前記真空容器内の回転テーブルに基板を載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、第１の反応ガスを前記基板に供給するための吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第１の反応ガスノズルを含む第１の反応ガス供給手段から前記回転テーブルへ第１の反応ガスを供給する工程と、
前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向と、前記回転中心から前記周壁に向かう方向と、のうちの一方の方向に沿って延びると共に、前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第１の反応ガスノズルから離れ、第２の反応ガスを前記基板に供給する吐出孔を含み、前記基板載置領域の通過領域に対向して設けられた第２の反応ガスノズルを含む第２の反応ガス供給手段から前記回転テーブルへ第２の反応ガスを供給する工程と、
前記回転方向において、前記第１の反応ガスノズルから前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と、前記第２の反応ガスノズルから前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置し、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する分離領域に設けられる分離ガス供給部から前記処理領域側に前記第１の分離ガスを流す工程と、
前記真空容器の中心部に位置する中心部領域に形成された吐出孔から基板に沿って第２の分離ガスを供給する工程と、
前記真空容器内の雰囲気を排気する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられる第３の反応ガス供給手段から前記回転テーブルに対して第３の反応ガスを供給するステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記第１、前記第２、及び前記第３の反応ガス供給手段の各々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられる第４の反応ガス供給手段から前記回転テーブルに対して第４の反応ガスを供給するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段から夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを基板の表面に供給して第１の薄膜を成膜するステップと、
前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段から、夫々前記第３の反応ガス及び第４の反応ガスを前記基板の表面に供給して第２の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記第１の反応ガス供給手段及び前記第２の反応ガス供給手段は、夫々前記第３の反応ガス供給手段及び前記第４の反応ガス供給手段を兼用していることを特徴とする請求項１２または１３に記載の成膜方法。
【請求項１５】
真空容器内にて、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給するサイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、前記プログラムは、請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するようにステップ群を備えることを特徴とする記憶媒体。
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１１−１０３４９５（Ｐ２０１１−１０３４９５Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９１９０（Ｐ２０１１−２９１９０）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【分割の表示】特願２００９−１３９５７５（Ｐ２００９−１３９５７５）の分割
【原出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【分割の表示】特願２００９−１３９５７５（Ｐ２００９−１３９５７５）の分割
【原出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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