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JP5083193B2 - 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体 - Google Patents

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Description

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、成膜方法及び記憶媒体に関する。
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。
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。ＢＴＢＡＳガスは常温で液体であるため加熱、気化させて基板に供給する。
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。
上述の背景から、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を用いてＡＬＤまたはＭＬＤを行うことが検討されている。より具体的に、このような成膜装置では、例えば前記真空容器内の回転テーブルの回転方向に互いに離れた位置に夫々異なる反応ガスが供給されて成膜処理が行われる処理領域が複数形成され、また、前記回転方向において処理領域と処理領域との間の領域は、これら処理領域の雰囲気を分離するための分離ガスが供給される分離ガス供給手段を備えた分離領域として構成される。
成膜処理時には、前記分離ガス供給手段から分離ガスが供給され、その分離ガスが回転テーブル上を回転方向両側に広がり、分離領域にて各反応ガス同士の混合を阻止するための分離空間が形成される。そして、処理領域に供給された反応ガスは例えばその回転方向両側に広がった分離ガスと共に真空容器内に設けられた排気口から排気される。このように処理領域にて処理ガスを、分離領域にて分離ガスを夫々供給する一方で、前記回転テーブルを回転させてそのテーブルに載置されたウエハを一の処理領域から他の処理領域へ、他の処理領域から一の処理領域へと交互に繰り返し移動させ、ＡＬＤまたはＭＬＤ処理を行う。このような成膜装置では、上記のような処理雰囲気におけるガス置換が不要になり、また複数枚の基板に同時に成膜することができるので、高いスループットが得られることが見込まれる。
特許文献１などには複数枚のウエハを上下方向に保持具により保持して、石英により構成された反応管中で処理を行うことが記載されているが、このＡＬＤまたはＭＬＤを行う成膜装置においては、加工が容易で、大型のものを製造しやすいことなどから、例えばアルミニウムなどの金属により構成することが検討されている。
ところで上記の成膜処理においては、ウエハの加熱温度を３５０℃〜６００℃の範囲で例えばロット毎に変化させることが求められている。しかし、この成膜処理を行う装置においてウエハを加熱手段により加熱する際には、この加熱手段からの熱を受けて真空容器も加熱される。そして、アルミニウムにより真空容器を構成した場合、ウエハの加熱温度が上記の範囲で低く、例えば３５０℃程度のときは、その真空容器の昇温が小さい。このように真空容器の温度が低い状態でＢＴＢＡＳガスがウエハに供給されると、そのガスが真空容器の表面で液化してしまい、正常な成膜処理が行えなくなってしまうおそれがある。
そのＢＴＢＡＳガスの液化を防ぐために、真空容器を囲む断熱材を備えたマントルヒータを設けて、低温で成膜処理を行うときには真空容器を加熱することも考えられる。しかし、そのようにウエハの加熱温度が低いときの問題がある一方で、ウエハの加熱温度を高く、例えば６００℃にしたときには前記真空容器の温度が上昇しすぎてしまい、その強度が低下して容器内を真空に保てなくなったり、回転テーブルのウエハの載置面を水平に支持できなくなったりして、正常な成膜処理が行えなくなるおそれがある。上記のようにマントルヒータを設けた場合は、断熱材により真空容器からの放熱が抑えられ、真空容器の温度が高くなるので、そのような問題がより起こりやすくなるおそれがある。
また、上記のようにウエハの加熱温度が真空容器の温度に影響を与えるが、真空容器を加熱した場合は、真空容器の温度がウエハの加熱温度に影響を与えるので、上記のように反応ガスの液化や固化が起こらず且つ真空容器の強度が低下しない範囲に真空容器の温度がコントロールされるとしても、成膜される膜質を向上させるために当該真空容器の温度は精度高くコントロールされることが好ましい。しかし上記のように単にマントルヒータを設けた場合、断熱材により、真空容器からの放熱がしにくいので、そのような精度高い真空容器の温度コントロールが難しいという問題もある。
ところで回転テーブルにウエハを載置して成膜を行う装置は以下のように既に知られている。特許文献２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。
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。
特許文献３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。
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。
特許文献４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。
特許文献５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度ずつずらして配置し、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。
また特許文献６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。
更にまた特許文献７（特許文献８、９）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。
特開２００８−１８６８５２号公報：段落００１４〜００１７及び図１ 米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、（ｂ） 特開２００１−２５４１８１号公報：図１及び図２ 特許３１４４６６４号公報：図１、図２、請求項１ 特開平４−２８７９１２号公報 米国特許公報６，６３４，３１４号 特開２００７−２４７０６６号公報：段落００２３〜００２５、００５８、図１２及び図１８ 米国特許公開公報２００７−２１８７０１号 米国特許公開公報２００７−２１８７０２号
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、基板の加熱による成膜処理への影響を抑えることができる成膜装置、成膜方法及びその成膜方法を実施するプログラムを含んだ記憶媒体を提供することにある。
本発明の成膜装置は、
扁平な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、基板を載置する基板載置領域を有する回転テーブルと、
この回転テーブルと、前記真空容器の底面部との間に隙間を介して設けられ、当該回転テーブルを加熱することにより前記載置領域に載置された基板を加熱する基板加熱手段と、
隙間を介して前記回転テーブルを上面側から覆うように設けられた前記真空容器の天板と、
前記回転テーブルの周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、少なくとも一方が固体原料あるいは液体原料を気化させて得た反応ガスである第１の反応ガス及び第２の反応ガスを夫々供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
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、前記周方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域に分離ガスを供給する分離ガス供給手段と、
前記回転テーブルに供給された各反応ガス及び分離ガスを排気するための排気口と、
前記真空容器の底面部及び天板に設けられ、これら底面部及び天板を前記反応ガスが気体状態を維持できる温度に加熱し、また前記基板加熱手段からの熱により加熱される底面部及び天板を冷却することができるように構成された温調手段と、
を備えたことを特徴とする。
例えば前記温調手段は、前記真空容器に設けられた温調流体流路を含むか冷却流体流路と、前記真空容器に設けられた加熱手段とを含む。前記温調手段はさらに真空容器の側壁に設けられていてもよい。前記分離領域は、例えば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に前記天板に設けられた天井面を備えていてもよい。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、前記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口が形成された中心部領域を備え、
前記反応ガスは、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排気口から排気される。
本発明の成膜方法は、扁平な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方法において、
前記真空容器内の回転テーブルの基板載置領域に基板を載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
前記回転テーブルの周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、前記回転テーブルを上面側から覆うように設けられた前記真空容器の天板と当該回転テーブルとの間の隙間内に形成された第１の処理領域及び第２の処理領域にて、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に、少なくとも一方が固体原料あるいは液体原料を気化させて得た反応ガスである第１の反応ガス及び第２の反応ガスを夫々供給する工程と、
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、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工程と、
排気口から前記回転テーブルに供給された各反応ガス及び分離ガスを排気する工程と、
回転テーブルと、前記真空容器の底面部との間に隙間を介して設けられ、当該回転テーブルを加熱することにより前記載置領域に載置された基板を加熱する基板加熱手段により基板を加熱する工程と、
温調手段により前記真空容器の底面部及び天板に設けられ、これら底面部及び天板を前記反応ガスが気体状態を維持できる温度に加熱し、また前記基板加熱手段からの熱により加熱される底面部及び天板を冷却する工程と、
を含むことを特徴とする。
前記温調手段により前記真空容器を加熱し、また冷却する工程は、真空容器に設けられた流路に温調流体を流通させる工程を含んでいてもよいし、あるいは温調手段により前記真空容器を加熱し、また冷却する工程は、真空容器に設けられた流路に冷却流体を流通させる工程と、加熱手段により真空容器を加熱する工程と、を含んでいてもよい。
前記分離領域は例えば、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に前記天板に設けられた天井面を備えている。
また、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する中心部領域に設けられた吐出口から前記回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する工程を含み、
前記排気工程は、前記反応ガス、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を共に前記排気口から排気してもよい。
本発明の記憶媒体は、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、上述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。
本発明によれば、真空容器内に設けられ、基板を載置する基板載置領域を有する回転テーブルと、この回転テーブルに載置された基板を加熱するために設けられた基板加熱手段と、処理領域を形成する反応ガス供給手段と、分離領域に分離ガスを供給する分離ガス供給手段と、前記真空容器を加熱し、また冷却することができるように構成された温調手段と、が設けられている。従って前記基板加熱手段によって真空容器の温度が影響されることが抑えられるので、当該真空容器が加熱されすぎることによりその強度が低下したり、真空容器内の温度が各ガスへ影響を与えたりすることが抑えられる。その結果として成膜処理が影響を受けることが抑えられる。
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はアルミニウムにより構成されており、その天板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。
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。
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Ｗを載置するための基板載置領域である円形状の凹部２４が設けられており、この凹部２４はその直径がウエハＷの直径よりも僅かに大きく形成され、ウエハＷ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役割を有する。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且つ横に展開して示す展開図である。図４（ａ）に示すようにウエハを凹部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）とが略ゼロになるように凹部２４が形成されており、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との間の高さの差によって生じる圧力変動を抑え、膜厚の面内均一性を揃えることができるようになっている。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させて、ウエハＷの搬送機構１０と受け渡しを行うための例えば後述する３本の昇降ピン（図９参照）が貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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に示すように基板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。
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。
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。
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。
更に真空容器１の側壁には図２、図３及び図１０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。
図１及び図９に示すように真空容器１の底面部１４の下側には、当該真空容器１の周縁部側、中心部側にその底面部１４から突出した前記ケース体２０、パージガス供給管７３及び排気管６３を避けて、溝８１ａ，８１ｂが夫々形成されている。溝８１ｂは渦を巻くように形成され、溝８１ａはその溝８１ｂの外側で底面部１４を周回するように形成されている。そして、各溝８１ａ，８１ｂ内には当該溝８１ａ，８１ｂに沿って温調用配管８２ａ，８２ｂが設けられている。この温調用配管８２ａ，８２ｂにおいては真空容器１と熱交換を行い、その真空容器１を温調する例えばガルデン（登録商標）などの温調用流体が通流し、その温調用流体と底面部１４との熱交換により当該底面部１４が温調される。
また、図１及び図１０に示すように真空容器１の天板１１の上側には、真空容器１の周縁部側、中心部側に夫々例えば渦巻き状の溝８１ｃ，８１ｄが形成されており、各溝８１ｃ，８１ｄ内には当該溝８１ｃ，８１ｄに沿って温調用配管８２ｃ，８２ｄが引き回されている。これら温調用配管８２ｃ，８２ｄにおいては配管８２ａ，８２ｂと同様にガルデン（登録商標）が通流し、そのガルデンとの熱交換により当該天板１１が温調される。
さらに、図１及び図３に示すように、真空容器１の側壁には上方から下方へ向かって当該真空容器１を周回するように溝８１ｅが形成されており、この溝８１ｅ内には当該溝８１ｅに沿って温調用配管８２ｅが設けられている。温調用配管８２ｅにおいては温調用配管８２ａ〜８２ｄと同様にガルデンが流通して当該側壁が温調される。各温調用配管８２ａ〜８２ｅは特許請求の範囲における温調手段を構成する。
真空容器１の底面部１４の温調用配管８２ａ、８２ｂ、真空容器１の天板１１の温調用配管８２ｃ、８２ｄ、真空容器１の側壁の温調用配管８２ｅの上流側は各溝８１ａ〜８１ｅの一端側から引き出され、互いに合流し、その合流管はバルブＶ１、ポンプ８３をこの順に介して流体温度調整部８に接続されている。バルブＶ１の開閉及びポンプ８３の動作は制御部１００により制御される。
また、温調用配管８２ａ〜８２ｅの下流側は各溝８１ａ〜８１ｅの他端側から引き出され、互いに合流して、その合流管は前記流体温度調整部８に接続されており、温調用配管８２ａ〜８２ｅと流体温度調整部８とにより温調用流体の循環路が形成されている。流体温度調整部８は、温調用流体が貯留され、前記温調用配管８２ａ〜８２ｅの上流側、下流側が夫々接続された貯留タンクと、前記貯留タンク内の温調用流体との間で熱交換を行い当該温調用流体を冷却する冷媒の流路と、貯留タンク内の温調用流体を加熱するヒータとを備えている。そして、前記冷媒の流通量と、前記ヒータの電力とが制御部１００により制御されることで前記貯留タンクに貯留された温調用流体の温度が制御される。
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。
また、例えば制御部１００のメモリにはユーザにより設定されるウエハの加熱温度に応じて、真空容器１を所定の温度範囲例えば８０℃〜１００℃に保つためのガルデンの温度が記憶されており、不図示の入力手段からユーザが前記ウエハの加熱温度を設定すると、その加熱温度に応じた温度に流体温度調整部８のガルデンが温調される。この真空容器１の温度範囲は、この実施形態においてはＢＴＢＡＳガスが用いられるので、当該ＢＴＢＡＳガスが真空容器１内で液化せず且つ当該真空容器１の強度が十分に保たれる温度範囲である。
次に上述の実施の形態の作用について説明する。先ずユーザが不図示の入力手段にウエハの加熱温度を入力する。このとき真空容器１の温度は例えば４０℃である。前記加熱温度が入力されると、制御部１００のメモリからその加熱温度に応じたガルデンの温度が読み出され、その流体温度調整部８のヒータの電力及び冷媒の流通量が制御され、当該流体温度調整部８に貯留されたガルデンがそのメモリから読み出された温度に温調される。
この成膜処理の例ではウエハＷの加熱温度を３５０℃に昇温させて処理を行うものとし、前記ガルデンは流体温度調整部８にて９０℃に温調されるものとする。
然る後、バルブＶ１が開かれ、ポンプ８３が作動し、温調されたガルデンが温調用配管８２ａ〜８２ｅを下流側に通流する。そのガルデンは真空容器１の天板１１、底面部１４及び側壁の各表面を流れて、その熱をこれらの各部に与えて真空容器１の温度を上昇させると共に冷却され、温度調整部８に戻り、そこで再び９０℃に温調されて温調用配管８２ａ〜８２ｅを下流側に流れる。続いてヒータユニット７が昇温し、回転テーブル２が加熱されると共にヒータユニット７からの熱輻射を受け、真空容器１の温度がさらに上昇する。
然る後、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１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である３５０℃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。このとき真空容器１の温度は、上記のガルデンの流通とヒータユニット７からの熱輻射とにより例えば８０℃〜１００℃に保たれる。
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。
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７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。
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。
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。
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。
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。
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）、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。
また、上述の例ではウエハＷの加熱温度が３５０℃で温調用配管８２ａ〜８２ｅにより真空容器１が加熱される場合について説明したが、ユーザがウエハＷの加熱温度を例えば６００℃に設定し、温調用配管８２ａ〜８２ｅにより真空容器が冷却される場合について説明する。ウエハの加熱温度が設定されると、制御部１００により流体温度調整部８に貯留されたガルデンがそのウエハＷの加熱温度６００℃に応じた９０℃に温調される。然る後、バルブＶ１が開かれ、ポンプ８３が作動し、温調されたガルデンが温調用配管８２ａ〜８２ｅを下流側に通流する。続いてヒータユニット７が昇温し、回転テーブル２が加熱されると共に、これらヒータユニット７からの熱輻射を受け、真空容器１の温度が上昇する。真空容器１の天板１１、底面部１４及び側壁の各表面を流れるガルデンは、これらの各部を冷却すると共にこれら天板１１、底面部１４及び側壁からの熱を受けて加熱され、温度調整部８に戻り、そこで再び９０℃に冷却されて温調用配管８２ａ〜８２ｅを下流側に流れる。
然る後、上記のようにウエハが回転テーブル２に受け渡され、真空容器１内が真空引きされた後、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である６００℃になり、各反応ガスノズル３１，３２から夫々ＢＴＢＡＳガス，Ｏ３ガスが夫々吐出されると共に分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスが吐出される。このとき真空容器１の温度は、上記のようにガルデンの流通とヒータユニット７からの熱輻射とにより例えば８０℃〜１００℃に保たれる。これ以降は、ウエハＷの加熱温度を３５０℃とした場合と同様に成膜処理が進行する。
この成膜装置においては真空容器１内に設けられ、ウエハＷを載置する回転テーブル２と、この回転テーブル２に載置されたウエハＷを加熱するために設けられたヒータユニット７と、ＢＴＢＡＳガスを吐出して成膜処理を行う反応ガスノズル３１と、分離領域Ｄに分離ガスを供給する分離ガスノズル４１，４２と、前記真空容器１を加熱し、また冷却することができるように構成された、温調用流体が流通する温調用配管８２ａ〜８２ｅと、が設けられている。従ってウエハの加熱温度が真空容器の温度に与える影響を抑えることができるので、ウエハＷの加熱温度が高い場合に真空容器１の温度が高くなりすぎてその強度が低下することや、ウエハＷの加熱温度が低い場合に反応ガスノズル３１から吐出されたＢＴＢＡＳガスが液化することが抑えられ、成膜処理が正常に行えなくなったり、ウエハＷに形成される膜の膜質が低下することが抑えられる。
この成膜装置においては、真空容器１の天板１１、底面部１４、側壁に夫々ガ温調用配管８２ａ〜８２ｅが形成されているが、このように天板１１、底面部１４及び側壁のすべてに温調用配管を設けることに限られず、その配管の配置のレイアウトも上記の例に限られない。ところで、回転テーブル２にはその周方向にウエハＷが配置されるのでこの成膜装置の天板１１及び底面部１４は、１枚ずつ基板に成膜処理を行う枚葉の成膜装置の天板及び底面部に比べて大きくなる。その結果として、これら天板１１及び底面部１４からの放熱が大きくなり、成膜処理中にこれら天板１１及び底面部１４の温度が高くなりやすい。従って上記の実施形態のように天板１１、底面部１４に温調用配管８２ａ〜８２ｄを設け、ウエハＷを高温で加熱する場合にはこれら天板１１及び底面部１４を冷却することで効率よく真空容器１の温度を下げることができるので有効である。
本発明で適用される反応ガスとしては、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。
上記のようにこの成膜装置は、固体あるいは液体を気化させて反応ガスとして用いるものについて、真空容器１内で液化及び固化することを防ぐことができるので特に有効である。




この成膜装置において、温調用配管８２ａ〜８２ｅにガルデンの代わりに冷却水やペルチェ素子などの冷媒（冷却流体）を流通させ、その冷媒との間の熱交換によって真空容器１の冷却を行うと共に、真空容器１の加熱を当該真空容器に設けた加熱手段であるヒータにより行ってもよい。図１２はそのように電熱線からなるヒータ８４ａ〜８４ｇ（図示の便宜上板状に表している）及び冷却用配管８５ａ，８５ｂが設けられた底面部１４を示している。各冷却用配管８５ａ，８５ｂは流通する媒体がガルデンではなく前記冷却水などの冷媒である他は既述の各温調用配管８２ａ，８２ｂと同様に構成されている。また、流体温度調整部８Ａは流体温度調整部８と同様の公知のチラーユニットとして構成され、前記冷媒を貯留する貯留部と、熱交換によりその貯留部に貯留された冷媒を冷却するための冷却機構とを備えている。図中８６は電力コントローラであり、制御部１００からの制御信号を受けて、各ヒータ８４ａ〜８４ｇに供給する電力を制御する。なお、真空容器１の底面部１４に限られず天板１１や側壁にもこのようなヒータ及び冷却用配管を設けることができる。
また、真空容器１にこのような冷却用配管を設ける場合、加熱手段としては背景技術の欄で説明したマントルヒータを設けてもよく、冷却用配管の冷媒の温度を制御して、マントルヒータによって真空容器１の温度が高くなりすぎることを防ぐことが有効である。
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。
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１３（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。
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。
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１４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１５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。
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１６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。
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１７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。
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１８に示すように構成してもよい。図１８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９０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９０ａが形成され、真空容器１の中心部において収容空間９０の底部と真空容器１の前記凹部９０ａの上面との間に支柱９１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。
回転テーブル２を回転させる機構については、支柱９１を囲むように回転スリーブ９２を設けてこの回転スリーブ９２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９０にモータ９３により駆動される駆動ギヤ部９４を設け、この駆動ギヤ部９４により、回転スリーブ９２の下部の外周に形成されたギヤ部９５を介して当該回転スリーブ９２を回転させるようにしている。９６、９７及び９８は軸受け部である。また前記収容空間９０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９０ａの側面と回転スリーブ９２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１８では、前記凹部９０ａの側面と回転スリーブ９２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９２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。
図１８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９０ａの側面と回転スリーブ９２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９２及び支柱９１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。この実施形態においても図１の実施形態と同様に温調用配管８１ａ〜８１ｅが真空容器１の天板、側壁及び底面部に設けられている。
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。
上記の例ではＭＬＤを行う成膜装置について示したが、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)を行う装置に本発明を適用してもよい。その場合ガス供給手段として前記ガスノズルを用いる代わりに装置の天板にガスシャワーヘッドを設けて、反応ガスをウエハＷに供給してもよい。
以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図１９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。
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。 上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。 上記の成膜装置の横断平面図である。 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。 上記の成膜装置の一部を示す縦断面図である。 上記の成膜装置の一部破断斜視図である。 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。 上記の成膜装置の一部破断斜視図である。 上記の成膜装置の真空容器の下側を示した平面図である。 上記の成膜装置の真空容器の上側を示した平面図である。 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。 上記の成膜装置の真空容器の上側の他の構成を示した平面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
符号の説明
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
８ 流体温度調整部
８２ａ〜８２ｅ 温調用配管

Claims (12)

  1. 扁平な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、基板を載置する基板載置領域を有する回転テーブルと、
    この回転テーブルと、前記真空容器の底面部との間に隙間を介して設けられ、当該回転テーブルを加熱することにより前記載置領域に載置された基板を加熱する基板加熱手段と、
    隙間を介して前記回転テーブルを上面側から覆うように設けられた前記真空容器の天板と、
    前記回転テーブルの周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、少なくとも一方が固体原料あるいは液体原料を気化させて得た反応ガスである第１の反応ガス及び第２の反応ガスを夫々供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
    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、前記周方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域に分離ガスを供給する分離ガス供給手段と、
    前記回転テーブルに供給された各反応ガス及び分離ガスを排気するための排気口と、
    前記真空容器の底面部及び天板に設けられ、これら底面部及び天板を前記反応ガスが気体状態を維持できる温度に加熱し、また前記基板加熱手段からの熱により加熱される底面部及び天板を冷却することができるように構成された温調手段と、
    を備えたことを特徴とする成膜装置。
  2. 前記温調手段は、前記真空容器に設けられた温調流体流路を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  3. 前記温調手段は、前記真空容器に設けられた冷却流体流路と、前記真空容器に設けられた加熱手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  4. 前記温調手段はさらに真空容器の側壁に設けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
  5. 前記分離領域は、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に前記天板に設けられた天井面を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
  6. 前記第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、前記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口が形成された中心部領域を備え、
    前記反応ガスは、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排気口から排気されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。
  7. 扁平な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方法において、
    前記真空容器内の回転テーブルの基板載置領域に基板を載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
    前記回転テーブルの周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、前記回転テーブルを上面側から覆うように設けられた前記真空容器の天板と当該回転テーブルとの間の隙間内に形成された第１の処理領域及び第２の処理領域にて、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に、少なくとも一方が固体原料あるいは液体原料を気化させて得た反応ガスである第１の反応ガス及び第２の反応ガスを夫々供給する工程と、
    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、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工程と、
    排気口から前記回転テーブルに供給された各反応ガス及び分離ガスを排気する工程と、
    回転テーブルと、前記真空容器の底面部との間に隙間を介して設けられ、当該回転テーブルを加熱することにより前記載置領域に載置された基板を加熱する基板加熱手段により基板を加熱する工程と、
    温調手段により前記真空容器の底面部及び天板に設けられ、これら底面部及び天板を前記反応ガスが気体状態を維持できる温度に加熱し、また前記基板加熱手段からの熱により加熱される底面部及び天板を冷却する工程と、
    を含むことを特徴とする成膜方法。
  8. 温調手段により前記真空容器を加熱し、また冷却する工程は、真空容器に設けられた流路に温調流体を流通させる工程を含むことを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
  9. 温調手段により前記真空容器を加熱し、また冷却する工程は、真空容器に設けられた流路に冷却流体を流通させる工程と、加熱手段により真空容器を加熱する工程と、を含むことを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
  10. 前記分離領域は、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に前記天板に設けられた天井面を備えたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一つに記載の成膜方法。
  11. 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する中心部領域に設けられた吐出口から前記回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する工程を含み、
    前記排気工程は、前記反応ガス、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を共に前記排気口から排気することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一つに記載の成膜方法。
  12. 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７ないし１１のいずれか一つ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記憶媒体。
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