CN100419971C - 衬底处理装置以及半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的衬底处理装置既可以在成膜时使衬底上的压力为一定、又可以在净化时高效率地去除反应气体。衬底(8)在处理室(1)内通过基座(保持件)(3)被保持。衬底的周围设置有平板(2)。平板被基座(3)支承。气体供给口(19、20)设置在衬底的侧方、较平板(2)更位于上方，从平板的更上方的空间(34)对衬底供给气体。在平板的至少与衬底(8)相比的上游侧和下游侧设置排出口(11)，将气体向平板的更下方的空间(33)排出。将对处理室(1)进行排气的排气口(16)与排出口连通，在隔着衬底(8)与气体供给口(19、20)相反一侧、设置在平板(2)的下方。排出口(11)的传导构成为在气流的上游侧(11A)大于下游侧(11B)。

Description

衬底处理装置以及半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及在衬底的周围设置平板对衬底进行处理的衬底处理装置以及半导体器件的制造方法。
背景技术
近年来，随着半导体的精细化，对于高质量的半导体膜的要求正在提高，一种交替供给两种反应气体、形成原子层水准的堆积膜的成膜方法受到注目。作为反应气体的材料，使用的是金属含有原料以及含有氧或氮的气体。作为成膜方法，从反应的形式来看有两种。一种是ALD(原子层沉积)，另一种是使用循环方法的MOCVD(有机金属化学气相淀积)。由于这些方法的基本的气体供给方法相同，因此均利用图1 4对其进行说明。图14(a)是生产流程图，图14(b)是气体供给的时间图。在图示例中，将气化的金属含有原料作为原料A，将含有氧或氮的气体作为原料B。
ALD是以将原料A向衬底供给并使其吸附(工序1)、将吸附后的残留原料A排气(工序2)、在排气后将原料B向衬底供给使其与原料A反应进行成膜(工序3)、成膜后将残留原料B排气(工序4)这四个工序作为一个循环，将该循环多次重复的方法。气体供给时间如图1 4(b)所示，在交替供给原料A和原料B的期间，插入通过净化气体进行的排气。
使用循环方法的MOCVD是以将原料A向衬底供给使其热分解并在衬底上成膜(工序1)、将成膜后的残留原料A排气(工序2)、在排气后将原料B向衬底供给进行堆积膜的改性处理(工序3)、在改性后将残留原料B排气(工序4)这四个工序作为一个循环，将该循环多次重复的方法。气体供给时间如图14(b)所示，在交替供给原料A和原料B的期间，插入通过净化气体进行的排气。
一般地，原料A和原料B反应性极高的情况居多，在同时供给这些原料的情况下，会发生因气相反应造成的异物的产生、以及膜质低劣的膜的堆积，从而导致有效利用率的降低。因此，在上述工序2、4中，实施真空抽吸或通过非活性气体进行的净化(排气)，从而使在上一个工序中供给的原料不残留。特别是，由于在衬底上游部的原料残留直接影响到衬底的成膜条件因而需要充分的净化，但当净化所需的时间较长时，吞吐量会降低。
另一方面，在上述的工序1、3中，ALD和使用循环方法的MOCVD这二者都是通过使原料A、B的向衬底上的供给量均等来实现形成在衬底上的膜厚、膜质的均匀性。在此，原料的供给量一般被考虑为原料的分压力(总压×原料的摩尔分数)的函数。因此，如果在衬底上流动的气流的上游侧和下游侧的原料的分压力不同，则吸附量不会均匀，得不到均匀性。
作为用于实施上述成膜方法的半导体制造装置，其主流是单片式装置。使用单片式装置，为了实现对膜厚的高精度控制或形成高质量的膜，从上述的膜厚均匀性以及吞吐量的观点出发，气体供给以及排气方法非常重要。单片装置的向衬底的气体供给·排气方式从结构角度大致可分为以下两种。
一种方式(径向流动型)如图15(a)所示，从处理室50内的衬底被保持的衬底保持区域41的上方的气体供给口42向衬底面43的中心部将气体在垂直方向上供给，在衬底面43上向径向流动，从衬底外周向排气口44排出气体的方法。
另一种方式(单侧流动型)如图15(b)所示，从设置在衬底保持区域45的一侧的气体供给口46向与衬底面43将气体沿平行的方向供给，在衬底面43上向单向流动，从设置在气体供给口46相反侧的排气口47排气的方法。
在图15(a)的径向流动型的情况下，在气体所碰撞的衬底中心部产生膜厚异常增厚成膜的异常点，膜厚的均匀性降低。为了避免这种情况，在该方式中进行了以下的改良，即，如图15(c)所示，在气体供给口42与衬底面43之间设置多孔板48，使气体从各孔簇射状地流出。但是，由于距排气口44的距离的不同，导致在晶片上形成气流中的偏移，因而不能均匀地向衬底面43内供给气体，难以确保膜厚的均匀性。
因此，在径向流动型中，以往考虑到各种通过调整气体排气路的传导来改善膜厚的均匀性的方法。例如提出了下列几种方案：为了使反应气体的流动在整个衬底上实现均匀化，使靠近挡板的排气孔一侧的排气传导调整孔的流路截面面积小于相反侧(例如参照专利文献1)的方案；具有挡板，使挡板孔的间隔、挡板孔径、挡板厚度、切口宽度等变化等，使排出气体在晶片的所有圆周角范围内以没有偏移的均匀流量向半径方向流出(例如参照专利文献2)的方案；通过移动挡板使排气路的开口分布变化，使排气口和与其相反侧的排气传导变化，由此来调整处理空间内的压力分布(例如参照专利文献3)的方案。
专利文献1：日本特开平8-8239号公报
专利文献2：日本特开2001-179078号公报
专利文献3：日本特开2003-68711号公报
发明内容
(发明所要解决的问题)
在上述的专利文献1～3所记载的装置中，由于通过挡板来调整处理空间内的压力分布，能够使衬底上的压力相等、改善膜厚的均匀性。
但是，由于上述装置都是通过多孔板来供给处理气体的径向流动型装置，这使得多孔板上游的区域形成高压，在净化工序过程中残留气体的排气需要较长时间。并且，对于与排气口相反侧的传导调整用开口，需要使气体向与排气口相反的方向流动，不能高效率地去除残留气体，气体滞留在挡板下方的空间内或吸附在这一空间的内壁上，而这被认为是微粒产生的原因。即，专利文献1～3所述的装置被认为是不能迅速排气、净化效率低的装置。
若净化效率低，那么在需要高净化效率的处理、例如在频繁进行净化的ALD或使用循环方法的MOCVD等循环处理中，由于上述的成膜方法的工序2、4中的残留气体的排气需要较长时间，这便成为吞吐量降低的主要原因。另外，为了缩短排气时间，也曾考虑到缩小多孔板与晶片的间隔、缩小反应容积，但在缩小了反应容积的情况下，多孔板的孔的痕迹被转印到晶片上，难以确保膜厚的均匀性。
因此，这种径向流动型的装置难以被使用于循环处理。
因此，将单片式装置使用于循环处理时，与径向流动型相比，选择净化效率更高的单侧流动型的情况更多。
但是，即使是选择单侧流动型的情况下，当气体在衬底上单向流动时，气流的上游侧形成高压而下游侧形成低压，存在着得不到衬底处理的均匀性的缺点。并且，在排气口与晶片上方的空间相连通的情况下，还存在着来自排气口的微粒在晶片上逆流扩散的问题。
本发明的课题是提供一种衬底处理装置，在这种衬底处理装置中，一面从衬底侧方供给气体一面隔着衬底从供给侧的相反侧排气，能够解决上述的现有技术的问题，既确保了衬底处理的均匀性，又可以在进行处理室内的残留气体的净化时高效率地去除残留气体。
(解决问题的方法)
在一面从衬底侧方供给气体一面隔着衬底从供给侧的相反侧排气的衬底处理装置中，为了抑制微粒的产生，以往希望反应气体只在衬底上流动。但是，如果使气体在衬底上单向流动，则气流的上游侧形成高压、下游侧形成低压，不能得到衬底处理的均匀性。因此，本发明者认识到，在衬底的周围设置平板，将在衬底上流动的气体的一部分向平板的更下方的空间排出，使该排出口的传导在上游侧大于下游侧，这样可以缓和衬底上的上游侧形成高压、下游侧形成低压的状况，并且，进行残留气体的净化时、平板的更下方的空间的净化效率增大，从而得出了本发明。
发明1是一种衬底处理装置，具有：处理衬底的处理室；在所述处理室内保持所述衬底的保持件；设置在所述衬底周围的平板；设置在所述衬底的侧方、与所述平板的更上方的空间连通、向所述衬底供给气体的供给口；设置在所述平板的至少与所述衬底相比的上游侧和下游侧、将所述气体向所述平板的更下方的空间排出的排出口；隔着所述衬底设置在所述供给口的相反侧、与所述平板的更下方的空间连通、对所述处理室进行排气的排气口，其特征在于，所述排出口的传导被构成为上游侧大于下游侧。
从设置在衬底侧方、与平板的更上方的空间连通的供给口向衬底供给气体。由于排气口隔着衬底在供给口的相反侧、与平板的更下方的空间连通设置，因此向平板的更上方的空间供给的气体沿着平板在衬底上单向流动。并且，由于在平板的与衬底相比的上游侧和下游侧设置排出口，因此被供给的气体的一部分不在衬底上流动而从上游侧的排出口向平板的更下方的空间排出。其余的气体在衬底上流动后从下游侧的排出口向平板的更下方的空间排出。这些被排出的气体通过与平板的更下方的空间连通的排气口排出。这样，通过一面向处理室供给气体一面排气来进行衬底处理。
在发明1中，排出口的传导构成为在上游侧的排出口大于下游侧的排出口。因此，上游侧比下游侧的流路阻力小，上游侧的排出口比下游侧的排出口更容易排出气体。这样，缓和了上游侧形成高压、下游侧形成低压的状况，使衬底上的压力分布均匀化，提高了衬底处理的均匀性。
并且，由于以上游侧的排出口比下游侧的排出口的传导大的方式构成，因此在进行室内的残留气体的净化处理时，比下游侧的排出口量大的净化气体从上游侧的排出口向平板的更下方的空间被排出。因此，由于净化气体从上游侧向平板的更下方的整个空间供给，因此净化效率提高。其结果，可以高效率地去除滞留在平板的更下方的空间或吸附在该空间的内壁上的残留气体。
衬底可例举出硅衬底，作为处理衬底的方法可例举出交替供给两种以上的气体使膜堆积的ALD或使用循环方法的MOCVD、或者同时供给两种以上的气体使膜堆积的通常的MOCVD等。作为衬底的处理内容可例举出金属氧化膜的成膜等。处理室可例举出单片式。保持件可例举出加热被保持的衬底的基座等。设置在衬底周围的平板可例举出调整排出口的传导的传导平板。气体可例举出金属含有原料和含有氧或氮的气体。在供给气体的供给口上无须设置多孔板。排出口可以设置在平板和处理室壁之间、平板和衬底之间、或平板区域内的任何一个上，或者将这些进行自由组合地设置。衬底处理装置可例举出具有单片式处理室的半导体制造装置。
发明2在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，与所述衬底相比的上游侧的所述排出口设置在所述供给口与所述衬底之间。
与衬底相比的上游侧的排出口在供给口与衬底之间、即比供给口更位于下游侧，如果设置在衬底的更上游侧，则没有使气体向排气口的反方向流动的部分，可以将更大量的净化气体从排出口向平板的更下方的整个空间通畅地排出、进一步提高净化效率。
发明3在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，所述供给口设置在所述与排气口相反一侧的所述平板的外侧。
如果将供给口设置在平板的外侧，则可使从上游侧的排出口向平板的更下方的空间排出的气体从该空间的最上游流入，因此，净化效率进一步提高，可进一步高效率地去除滞留在该空间或吸附在该空间的内壁上的反应气体。
发明4在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，所述排出口由设置在所述平板上的开口构成。
如果由设置在平板上的开口构成排出口，则只通过调整上游侧的开口和下游侧的开口面积就可以调整排出口的传导。即，只通过使上游侧的开口面积大于下游侧，就可以使排出口的传导在上游侧大于下游侧。
发明5在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，所述排出口由形成于所述平板和所述处理室壁之间的间隙构成。
如果由形成在平板和处理室壁之间的间隙构成排出口，则只要使平板的位置偏向一方、使上游侧的间隙大、下游侧的间隙小，就可以使排出口的传导在上游侧大于下游侧。
发明6在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，所述排出口的开口面积在上游侧大于下游侧。
通过使排出口的开口面积在上游侧大于下游侧，可以使排出口的传导在上游侧大于下游侧。
发明7在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，所述排出口的流路长度在上游侧比下游侧短。
通过使排出口的流路长度在上游侧比下游侧短，可以使排出口的传导在上游侧大于下游侧。
发明8在发明1的衬底处理装置的基础上，其特征在于，具有控制装置，该控制装置按以下方式进行控制，即，从所述供给口多次交替供给两种以上的反应气体，在交替供给两种以上的反应气体的期间插入净化气体的供给。
利用控制装置，即使是控制成将两种以上的反应气体通过供给口交替供给、期间插入净化气体的供给、多次交替供给的要求高净化效率的处理，也可以高效率地去除滞留在较平板更位于下方的空间或吸附在该空间的内壁上的反应气体。
发明9在发明1中的衬底处理装置的基础上，其特征在于，在所述平板的至少与上述衬底相比的下游侧设置至少两个以上的上述排出口，这些排出口向着气流方向隔开间隔地排列。
如果在平板的与衬底相比的下游侧设置至少两个以上的排出口，这些排出口向着气流方向具隔开间隔地排列，则可在产生气体停滞的部分上主动地形成气流，因此可消除平板上的气体流速小的部分。
发明10是一种衬底处理装置，具有：处理衬底的处理室；在所述处理室内保持所述衬底的保持件；设置在所述衬底周围的平板；设置在所述衬底的侧方、与所述平板的更上方的空间连通、向所述衬底供给气体的供给口；设置在所述平板的至少与所述衬底相比的上游侧和下游侧、将所述气体向所述平板的更下方的空间排出的排出口；隔着所述衬底设置在所述供给口的相反侧、与所述平板的更下方的空间连通、向所述处理室排气的排气口，其特征在于，设置在所述平板的至少与所述衬底相比的下游侧的所述排出口至少具有第一排出口和设置在其下游的第二排出口。
从设置在衬底的侧方、与平板的更上方的空间连通的供给口向衬底供给气体。由于排气口隔着衬底在供给口的相反侧、与平板的更下方的空间连通设置，因此向平板的更上方的空间供给的气体沿着平板在衬底上单向流动。并且，由于在平板的至少与衬底相比的上游侧和下游侧设置排出口，至少与衬底相比的下游侧的排出口具有第一排出口和设置在其下游的第二排出口，因此被供给的气体的一部分不在衬底上流动而从设置在上游侧的排出口向平板的更下方的空间排出。其余的气体在衬底上流动后从设置在下游侧的第一排出口和第二排出口向平板的更下方的空间排出。这些被排出的气体通过与平板的更下方的空间连通的排气口排出。这样，通过一面向处理室供给气体一面排气来进行衬底的处理。
由于设置在平板的至少与衬底相比的下游侧的排出口具有第一排出口和设置在其下游的第二排出口，因此处理室内的平板的更上方的空间以及平板的更下方的空间双方的气体流动范围扩大，各空间上的停滞消失、各空间的净化效率提高。这样，可以高效率地去除滞留在各空间内或吸附在各空间的内壁上的反应气体。
发明11是一种半导体器件的制造方法，具有：将衬底运进处理室内的工序；通过一面从被运进所述处理室的所述衬底的侧方沿着设置在所述衬底周围的平板向所述衬底供给气体、一面从设置在所述平板的至少与所述衬底相比的上游侧和下游侧的排出口向所述平板的更下方的空间排出气体，隔着所述平板的更下方的空间的所述衬底从供给侧的相反侧进行排气来对所述衬底进行处理的工序；将处理后的所述衬底从所述处理室运出的工序，其特征在于，在所述衬底处理工序中，使所述排出口的传导在上游侧大于下游侧。
气体从衬底的侧方沿着平板在衬底上单向流动。并且，由于在平板的与衬底相比的上游侧和下游侧设置排出口，因此，被供给的气体的一部分不在衬底上流动、而从上游侧的排出口向平板的更下方的空间排出。残留的气体在衬底上流动后从下游侧的排出口向平板的更下方的空间排出。这些被排出的气体隔着平板的更下方的空间的衬底、从供给侧的相反侧排出。这样，通过一面向处理室供给气体一面排气来进行衬底处理。
排出口的传导被构成为在上游侧的排出口大于下游侧的排出口。因此，上游侧比下游侧的流路阻力小，上游侧的排出口比下游侧的排出口更容易排出气体。这样，缓和了上游侧形成高压、下游侧形成低压的状况，使衬底上的压力分布均匀化，提高了衬底处理的均匀性。
并且，由于将传导构成为在上游侧的排出口比在下游侧的排出口大，因此净化处理室内的残留气体时，比下游侧的排出口量大的净化气体从上游侧的排出口向平板的更下方的空间排出。因此，由于从上游侧向平板的更下方的整个空间供给净化气体，因此净化效率提高。这样，可以高效率地去除滞留在平板的更下方的空间或吸附在该空间的内壁上的残留气体。
发明12在发明11的半导体器件的制造方法的基础上，其特征在于，在所述衬底处理工序中，向上述衬底多次交替供给两种以上的反应气体，在交替供给两种以上的反应气体期间插入净化气体的供给。
即使是中间插入净化气体的供给、多次交替供给两种以上的反应气体的要求高净化效率的处理，也可以高效率地去除滞留在平板的更下方的空间或吸附在该空间的内壁上的反应气体。
发明13在发明11的半导体器件的制造方法的基础上，其特征在于，所述衬底处理工序包括将至少一种反应气体吸附在所述衬底上的工序、以及向吸附的反应气体供给与其不同的反应气体、使其产生成膜反应的工序。
即使是中间插入净化气体的供给、多次交替供给吸附工序中使用的反应气体和进行成膜反应的工序中使用的反应气体的要求高净化效率的处理，也可以高效率地去除吸附工序中使用的反应气体和进行成膜反应的工序中使用的反应气体。
发明14在发明11的半导体器件的制造方法的基础上，其特征在于，所述衬底处理工序多次反复下述的各项工序：向所述衬底供给第一反应气体使其吸附在所述衬底上的工序、其后进行净化的工序、其后向吸附在所述衬底上的第一反应气体供给第二反应气体使其产生成膜反应的工序、其后进行净化的工序。
即使象ALD那样频繁进行净化的处理，也可以高效率地去除吸附工序中使用的第一反应气体和成膜工序中使用的第二反应气体。
发明15在发明11的半导体器件的制造方法的基础上，其特征在于，所述衬底处理工序包括：使至少一种反应气体分解、使薄膜堆积在所述衬底上的工序；向堆积的所述薄膜供给与所述反应气体不同的反应气体、对所述薄膜进行改性的工序。
即使是中间插入净化气体的供给、多次交替供给堆积工序中使用的反应气体和改性工序中使用的反应气体的要求高净化效率的处理，也可以高效率地去除堆积工序和改性工序中使用的反应气体。
发明16在发明11的半导体器件的制造方法的基础上，其特征在于，所述衬底处理工序多次反复下述的各项工序：向所述衬底供给第一反应气体、将薄膜堆积在所述衬底上的工序；其后进行净化的工序；其后向堆积在所述衬底上的所述薄膜供给第二反应气体、对所述薄膜进行改性的工序；其后进行净化的工序。
即使象使用循环方法的MOCVD那样频繁进行净化的处理，也可以高效率地去除堆积工序中使用的第一反应气体和改性工序中使用的第二反应气体。
发明17在发明11的半导体器件的制造方法的基础上，其特征在于，在所述平板的至少与衬底相比的下游侧设置多个上述排出口，这些多个排出口向着气流方向隔开间隔地排列，在所衬底处理工序中，这些排出口排出气体。
如果在上述平板的与衬底相比的下游侧设置多个排出口，这些多个排出口向着气流方向隔开地排列，则可以主动地在产生气体的停滞部分形成气流，因此可以消除平板上的气体流速低的部分。
(发明的效果)
通过采用本发明，在一面确保衬底处理的均匀性、一面进行室内的残留气体的净化处理时，残留气体不滞留在平板的更下方的空间、不吸附在该空间的内壁上，因此可以高效率地去除残留气体。
图1是实施方式的衬底处理装置的处理室的纵剖视图。
图2是实施方式的衬底处理装置的处理室内的俯视剖视图。
图3是表示实施方式的传导平板的形状的俯视图。
图4是表示实施方式的传导平板的形状的俯视图。
图5是用于分析衬底上的压力分布的四种传导平板形状的说明图。
图6是表示通过根据平板形状进行的对衬底的分析求出的压力分布的特性图。
图7是表示在试样形状No.1中、只将排气压力变更到133Pa的情况下的压力分布的特性图。
图8是表示实施方式的变形例的传导平板形状的俯视图。
图9是表示实施方式的变形例的传导平板形状的示意图，(a)是俯视图、(b)是纵剖视图、(c)是立体图。
图10是表示实施方式的传导平板形状的俯视图，(a)表示以单个排出口构成的比较例、(b)表示以多个排出口构成的实施方式。
图11是用于表示通过分析求出的衬底上的原料气体摩尔分数根据净化时间的变化的特性图。
图12是表示另一个实施方式的变形例的传导平板的俯视图，(a)、(b)是只在内侧具有排出口的类型的平板的变形例、(c)是在外侧也具有排出口的类型的平板的变形例。
图13是表示另一个实施方式的变形例的另一个传导平板的俯视图。
图14是ALD和使用循环方法的MOCVD的共同的气体供给方法的示意图，(a)是流程图、(b)是气体供给的时间关系图。
图15是表示对一般的单片装置的衬底进行气体供给的方式的示意图，(a)表示径向流动型、(b)表示单侧流动型、(c)表示径向流动型的改良例。
(符号的说明)
1处理室
2传导平板
3基座(保持件)
8衬底
11排出口
16排气口
18外裙
19、20供给口
33平板更下方的空间
34平板更上方的空间
38运送机器人
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。
图1是实施方式的单片式的衬底处理装置的纵剖视图，图2同样是从上方观察构成衬底处理装置的处理室内的俯视剖视图。
如图1所示，衬底处理装置主要具有：扁平的处理室1，在其内部对例如1片硅衬底8以基本上水平的姿势进行处理；气体供给口19、20，其对处理室1内的衬底8供给气体；排气口16，其对处理室1内进行排气；作为保持件的基座3，其将衬底8保持为基本上水平；传导平板2(下文中有时仅称其为平板2)，其被以基本上水平的方式支承在被保持于基座3上的衬底8的周围；排出口11，其将气体排出至较传导平板2更位于下方的空间33。此处，在较平板2更位于下方的空间33中，包括衬底下的空间即基座3的背面侧的空间。
处理室1由上容器26和下容器27构成，在被密闭的内部空间对衬底8进行处理。
在上容器26上设有多个向衬底8供给气体的供给口，例如设有两个气体供给口19、20。气体供给口19、20不是在衬底8被保持的衬底保持区域的上方，而是在偏离衬底8被保持的衬底保持区域的、衬底8的侧方，并且位于设置于衬底8周围的平板2的外侧，被设置在平板2的表面水平面的更上方。
气体供给口19、20与处理室1的平板2上方的空间34连通。气体供给口19被构成为向处理室1内选择性地供给第一反应气体或净化气体。气体供给口20与气体供给口19相邻地设置，被构成为向处理室1内选择性地供给第二反应气体或净化气体。在气体供给口19、20上分别连接有用于供给气体的两个系统的线路。其中的一个系统是TMA供给线路4，其供给作为金属氧化膜例如铝氧化膜的有机液体原料的TMA(Al(CH3)3：三甲基铝)；另一个系统是水供给线路5，其供给例如作为与原料反应性高的气体的水。
在TMA供给线路4上设有：对TMA液体进行流量控制的液体流量控制装置22、将进行流量控制后的TMA液体汽化的汽化装置23、以及开关线路4的阀9。在该TMA供给线路4的汽化装置23与阀9之间连接有Ar供给线17，被构成为可将以流量控制装置21进行流量控制后的Ar气体通过阀12向TMA供给线路4供给。
通过这样构成，向供给口19的气体导入可有以下三种选择。(1)通过打开TMA供给线路4的阀9、关闭Ar供给线17的阀12，从而仅将以汽化装置23进行了汽化的TMA气体从TMA供给线路4单独地导入供给口19。(2)通过进一步打开Ar供给线17的阀12，将TMA气体和Ar气体的混合气体从TMA供给线路4导入供给口19。(3)停止来自汽化装置23的TMA气体，仅将Ar气体从TMA供给线路4单独地导入供给口19。
在水供给线路5上设有：对水进行流量控制的液体流量控制装置24、将进行流量控制后的水汽化的汽化装置25、以及开关线路5的阀10。在该水供给线路5的汽化装置25与阀10之间，上述Ar供给线17通过分支线路17a被分支连接，被构成为可将以流量控制装置21进行流量控制后的Ar气体通过阀13向水供给线路5供给。
通过这样构成，向供给口20的气体导入可有以下三种选择。(1)通过打开水供给线路5的阀10、关闭分支线路的阀13，从而仅将以汽化装置25进行了汽化的水蒸气从水供给线路5单独地导入供给口20。(2)通过进一步打开分支线路的阀13，将水蒸气和Ar气体的混合气体从水供给线路5导入供给口20。(3)停止来自汽化装置25的水蒸气，仅将Ar气体从水供给线路5单独地导入供给口20。
在下容器27的一侧壁上设有排气口16。排气口16从基本上水平的方向隔着被保持为基本上水平的衬底8而位于供给口19、20的相反侧，向较平板2更位于下方的空间33开口。由此，排气口16通过较平板2更位于下方的空间33而与排出口11连通。该排气口16与作为排气管的、夹设有压力控制装置15和真空泵37的排气线路6相连接，将处理室1内的环境气体排出。可通过压力控制装置15将处理室1内控制为规定的压力。另外，也可以不使用该压力控制装置15。
此外，在与下容器27的一侧壁相对的另一侧壁上设有衬底进出口30。在从该衬底进出口30向外侧延伸的延伸部的开口处设有闸阀7，可以通过作为运送装置的运送机器人38通过闸阀7将衬底8从衬底进出口30向处理室1内外运送。
上容器26和下容器27由例如铝、不锈钢等金属构成。
基座3设置在处理室1内，形成为圆板形，被构成为将衬底8保持在其上。基座3内置有陶瓷加热器等的加热器55，将衬底8加热到规定温度，并且，该基座3被构成为将平板2支承在被保持的衬底8的外周。基座3具有支承轴29。支承轴29被从设置在处理室1的下容器27的底部中央的贯通孔28铅直方向插入，可通过升降机构56使基座3上下移动。基座3在位于上方的成膜位置(图示位置)被进行成膜处理，在下方的待机位置进行衬底8的运送。当支承平板2的基座3位于上述成膜位置时，通过将处理室1内分隔成上下的平板2、衬底8以及基座3，较平板2更位于上方的空间34以及较平板2更位于下方的空间33形成在处理室1内的上下。
基座由例如石英、碳、陶瓷、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等构成。
传导平板2设置在衬底8的周围，其被构成为对在衬底上流动的气流进行控制。在此，传导平板2被以从基座3向处理室内壁32伸出的方式支承在基座3的外周上。并且，将平板2设置成其表面与衬底8的表面共面的状态。或者，将平板2设置成固定在上容器26上，衬底8与基座3一起上升，平板2与衬底8共面。由此，可以将反应气体或净化气体(下文中，有时仅称之为气体)平行且均匀地向衬底面上供给。
此外，在传导平板2的外周设有将气体向较传导平板2更位于下方的空间33排出的排出口11。该排出口11的排气传导可通过使平板2的位置偏向一方或改变平板2的形状进行调整。另外，平板2的厚度虽然在图示例子中比衬底8稍厚一些，但也可以与衬底8的厚度相同或比衬底8薄。平板2由例如陶瓷构成。
排出口11是传导调整用开口，对从较平板2更位于上方的空间34通过该排出口11被排出至较平板2更位于下方的空间33的气体的量进行控制，控制向衬底8上供给的气体的气体压力。
排出口11被设置在平板2的与衬底8相比的至少气流的上游侧和下游侧，从较平板2更位于上方的空间34向较平板2更位于下方的空间33通过上游侧的排出口11A和下游侧的排出口11B排出气体。
将排出口11设置在平板2的上游侧和下游侧的理由是，通过调整上游侧、下游侧各自的排出口的传导来控制气流，是使衬底8上的压力分布均匀化的有效手段。
并且，将排出口11设置成向较平板2更位于下方的空间33排出气体的理由是，可通过相对于从气体供给口19、20被供给的气体中的向较平板8更位于上方的空间34流动的气体改变向较平板2更位于下方的空间33流动的气体量，来控制衬底上的压力分布，可以提高较平板2更位于下方的空间33的净化效率。
本实施方式的排出口11是与平板2的外周连续设置的结构。即，排出口11作为环形的间隙形成在处理室内壁32与平板2的外周部之间。将形成环形间隙的处理室内壁32、平板2、以及衬底8的设置关系表示在图2中。
如图2所示，构成处理室1的处理室壁的剖面为圆形。在该处理室壁的一侧壁上设有衬底进出口30，在向外部延伸的衬底进出口30的侧部开口处设有闸阀7。在设有衬底进出口30的处理室1的相反侧的处理室1的另一侧壁上设有排气口16，排气线路6与该排气口16相连接。上述的供给口19、20相互邻接地设置在与衬底进出口30的大致中央位置相对应的处理室上壁上。
设置在处理室1内的平板2是环形，其形成为，保持在基座3上的衬底8正好收容在其环形的孔中。由于平板2形成环形，因而排出口11如上所述地作为形成在平板2的外周部与处理室内壁32之间的环形的间隙G而被构成。因此，通过环形的间隙G而构成的排出口11不限于平板2的与衬底8相比的气流的上游侧和下游侧，而是设置在平板2的整个圆周上。
在此，所谓的与衬底8相比的气流的上游侧，指的是与气流正交且在供给口19、20侧与衬底8的外周接触的虚拟线a的更上游侧，与衬底8相比的气流的下游侧，指的是与气流正交且在排气口16侧与衬底8的外周接触的虚拟线b的更下游侧。因此，平板2的与衬底8相比的上游侧指的是存在于虚拟线a的更上游侧的平板部2a。另外，平板2的与衬底8相比的下游侧指的是存在于虚拟线b的更下游侧的平板部2b。并且，所谓的平板2的至少与衬底8相比的上游侧和下游侧，指的是如果将两条虚拟线a、b之间称为中游侧，则不仅包括上游侧和下游侧而且还包括中游侧的平板部2c。
在图示例中，衬底8与处理室内壁32呈同心圆状配置在处理室1内，而平板2是从该同心圆的配置偏离的结构。平板2的中心相对处理室内壁32的圆的中心偏向排气口16一侧。由此，环形的排出口11的间隙的开口面积被构成为从排气口16侧向着气体供给口19、20侧逐渐增大。由于根据间隙G的开口面积来确定排出口11的传导，因此，通向较平板2更位于下方的空间33的排出口11的传导被构成为上游侧比更加下游侧逐渐增大。
在此回到图1，对处理室1内的气流进行说明。如图所示，在处理室内壁32中，在气体供给口19、20的正下方部分的内壁32上，在与平板面共面的位置设置向内方突出的突出内壁32a，在该突出内壁32a和与该突出内壁相对的平板2的外周部之间设置上游侧的排出口11A。从气体供给口19、20向处理室1内的较平板2更位于上方的空间34流入的气体碰到该突出内壁32a，之后改变方向，一部分从上游侧的排出口11A如箭头所示地流入较平板2更位于下方的空间33，在衬底下向着排气口16单向流动。其余的则沿着上游侧的平板2如箭头所示在衬底8上向着排气口16单向流动。
这样，通过在气体供给口19、20的正下方设置搪开气体的突出内壁32a，尽管气体供给口19、20设置在处理室1的上容器26的上部，但向较平板2更位于上方的空间34供给的气体可沿着平板2在衬底8上平行地流动。
并且，在衬底8上流动、经过下游侧的平板2从下游侧的排出口11B向较平板2更位于下方的空间33内被排出的气体与从上游侧的排出口11A向下方的空间33内被排出、在基座3的下侧流动而来的气体在排气口16合流，从气体排出线路6被排气。
实施方式的衬底处理装置如上所述地构成。
以下，作为利用上述的衬底处理装置来制造半导体器件工序的一个工序，对衬底的处理方法进行说明。在此，以在硅衬底上进行铝氧化膜的成膜程序为例进行说明。使用将金属原料和含有氧或氮的气体交替供给使膜堆积的ALD成膜方法。并且，金属原料使用在常温下为液体的TMA，含有氧或氮的气体使用水。
在衬底处理中，首先使基座3下降到待机位置，然后打开闸阀7。通过运送机器人38将一片硅衬底8经衬底进出口30运送至处理室1内，并移载到基座3上将其保持。关闭闸阀7后，通过升降机构56使基座3上升到规定的成膜位置。利用温度控制装置14一面控制加热器55一面加热基座3，将硅衬底8加热一定的时间。利用真空泵37将处理室1内抽成真空，利用压力控制装置15将处理室1内控制为规定的压力。衬底被加热到规定温度、压力稳定后，开始向衬底上的成膜。成膜由下述的四个工序构成，以四个工序作为一个循环，多次反复循环直到形成所需厚度的膜。
在工序1中，打开阀9，将利用液体流量控制装置22进行了流量控制的液体原料TMA向汽化装置23供给，作为被汽化装置23汽化后的第一反应气体的TMA气体从TMA供给线路4经供给口19被供给至处理室1内。稀释TMA气体的情况下，再打开阀12，使利用流量控制装置21进行了流量控制的Ar气体从Ar供给线17流向TMA供给线路4，与Ar气体混合后的TMA气体从TMA供给线路4经供给口19被供给至处理室1内。TMA气体被供给至硅衬底8上，并吸附在其表面上。剩余的气体从设置在平板2外周的排出口11被排出至较平板2更位于下方的空间33，在该空间33内向图中的箭头方向流动，被从排气口16排气。
在工序2中，在将阀9保持为开的状态下，停止来自汽化装置23的TMA气体的供给。此时阀12关闭的时候将其打开。使利用流量控制装置21进行了流量控制的Ar气体从Ar供给线17向TMA供给线路4流动，经供给口19向处理室1内供给，将残留在TMA供给线路4以及处理室1内的TMA气体用Ar气体来置换，从排气口16排气。
在工序3中，同时关闭阀9、12，而将阀10打开，向汽化装置25供给利用流体控制装置24进行了流量控制的水，将通过汽化装置25汽化后的水蒸气从水供给线路5经供给口20向处理室1内供给。或者，打开阀13，使利用流量控制装置21进行了流量控制的运载气体Ar从Ar供给线17向水供给线路5流动，与Ar气体混合后的水蒸气从水供给线路5经供给口20向处理室1内供给。在硅衬底8上，工序1中吸附的TMA与水蒸气进行反应形成铝氧化膜。剩余的气体从设置在平板2外周的排出口11向较平板2更位于下方的空间33被排出，在该空间33内向图中的箭头方向流动，从排气口16被排气。
在工序4中，在将阀10保持为开的状态下，停止来自汽化装置25的水蒸气供给。阀13关闭时将其打开。使利用流量控制装置21进行了流量控制的Ar气体从Ar供给线17向水供给线路5流动，经供给口20向处理室1内供给，将残留在水供给线路5以及处理室1内的水蒸气用Ar气体来置换，从排气口16排气。
为了提高吞吐量，希望上述工序1～4所需时间为各工序均在一秒钟以下。以该四个工序作为一个循环，多次反复循环，将具有所需膜厚的铝氧化膜在衬底8上成膜。成膜结束后，利用升降机构56使基座3下降到待机位置。成膜处理后的硅衬底8通过运送机器人38经闸阀7被运送到处理室1外。
上述处理条件的范围最好是：衬底温度：100～500℃、处理室内压力：13.3～133Pa(0.1～1Torr)、加上运载气体和反应气体的总流量：0.1～2slm、膜厚：1～50nm。
另外，各工序中的衬底温度、处理室内压力分别通过温度控制装置14、压力控制装置15进行控制。并且，该温度控制装置14、压力控制装置15以及各阀9、10、12、13以及汽化装置23、25、流量控制装置21、22、24通过控制装置40进行统一控制。
以下，对上述实施方式的作用进行说明。
在工序1～4中，从气体供给口19、20被供给的气体流入较平板2更位于上方的空间34。流入的气体的一部分从与衬底8相比的上游侧的排出口11A、以及中游侧的排出口11C(以下简称为上游侧的排出口11A等)向较平板2更位于下方的空间33被排出，在基座3之下向着排气口16流动，从排气口16被排气。其余的气体从衬底8的侧方沿着平板2在衬底8上单向流动，向着中游侧的排出口11C以及衬底8下游侧的排出口11B(以下简称为下游侧的排出口11B等)流动。然后从下游侧的排出口11B等向较平板2更位于下方的空间33排出，从排气口16被排气。这样，通过一面向处理室1内的空间34、33供给气体一面排出，薄膜在衬底8上成膜。
在工序1、3中，由于使上游侧的排出口11A等的传导大于下游侧的排出口11B等的传导，因此，可以在衬底8上形成膜厚的均匀性良好的膜。
即，经过上游侧的排出口11A被排出至较平板2更位于下方的空间33的气体的流路阻力小于经过下游侧的排出口11B被排出的气体的流路阻力。因此，来自上游侧的排出口11A的气体与下游侧的相比更容易被排出至较平板2更位于下方的空间33，被大量地排出。这样，上游侧形成高压而下游侧形成低压的状况得到缓和，向衬底8上供给的TMA气体和水蒸气的压力分布均匀。TMA气体和水蒸气吸附在该被均匀化的压力分布下的衬底8上。
通过实验和理论研究，关于该吸附，在某表面与气体分子之间、温度一定时，吸附量由气相的压力来表示。因此，在工序1、3中，由于衬底上的压力分布均匀化，因此气体向衬底上的吸附量均匀化，可以在衬底上形成膜厚的均匀性良好的膜。并且可以提高半导体器件的成品率。
另一方面，在工序2、4中，由于使上游侧的排出口11A等的传导大于在下游侧的排出口11B等的传导，因此，可快速排气、提高了净化效率。
即，在进行处理室1内的净化时，如果从供给口19、20向处理室1内供给净化气体，则与下游侧的排出口11B等相比，更加大量的净化气体从上游侧的排出口11A等向较平板2更位于下方的空间33排出，向着排气口16流动。因此，由于净化气体迅速遍及较平板2更位于下方的整个空间33，因此，净化效率飞跃性地提高。这样，可以高效率地去除在工序1、3中滞留在较平板2更位于下方的空间33或吸附在作为该空间33的内壁的处理室内壁32上的TMA气体或水蒸气等残留气体或副生成物。这样，可高效率地并在短时间内将工序1、3中产生的残留气体以及副生成物从处理室1排出，因此可以提高吞吐量。
上述的压力分布均匀化的效果尤其在通过使气体相对衬底8单向流动的ALD而在衬底8上形成薄膜的情况下可被有效发挥。这是由于如果使向衬底8供给的反应气体的流量增大，则虽然在衬底8上必然产生压力差但可将该压力差消除。
并且，由于上游侧的排出口11A设置在与供给口19、20相比的下游侧、与衬底8相比的上游侧，因此可向较平板2更位于下方的整个空间33通畅地、更加大量地从排出口11A排出净化气体，净化效率进一步提高。
并且，由于供给口设置在平板的外侧，因此可使被从上游侧的排出口11A向较平板2更位于下方的空间33排出的气体从该空间33的最上游流入，因此净化效率进一步提高。
并且，实施方式的装置中，由于从衬底8的侧方不使用多孔板来向衬底8供给气体、从供给侧的相反侧排气，并且，在气体供给口19、20的下游侧、与衬底8相比的上游侧设置传导比下游侧的排出口11B大的排出口11A，隔着衬底从气体供给侧的相反侧排气，因此与现有的从设置在衬底上方的多孔板向衬底簇射状地供给气体的装置相比，气体供给口的上游侧不形成高压，可以迅速将残留气体排气。并且，在单侧流动中可防止微粒从排气口的逆流扩散、使晶片上的压力分布均匀化。
并且，根据实施方式，由于排出口11由形成于平板2与处理室内壁32之间的间隙G构成，因此通过使平板2的位置以上游侧的间隙Gu大、下游侧的间隙Gd小的方式偏置，可以容易地设置上游侧的传导比下游侧大的排出口11。由此可使衬底上的压力分布均匀化，并且可以高效率地去除较平板2更位于下方的空间33内的残留气体。
另外，在实施方式中对ALD进行了说明，但本发明当然可以在使用循环方法的MOCVD或同时供给两种以上的气体来堆积膜的通常的MOCVD中使用。
以下，对平板的形状以及平板偏置对衬底上的压力分布的均匀化的影响进行分析，对通过如上所述地使排出口的传导在上游侧大于下游侧地构成来提高衬底上的分压力分布的均匀性进行验证。
参照图3～6对本发明者进行的衬底上的压力分布的分析方法进行说明。图3、4是表示本分析中使用的传导平板的形状的图。图3所示传导平板其后述的上游侧间隙和下游侧间隙为等间隔。图4所示传导平板其上游侧间隙大、下游侧间隙小。
对于图5所示四种试样的传导平板的形状，使用FLUENT公司生产的三维热流体分析软件求出各衬底上的压力分布。四种试样的传导平板的形状No.1～No.4是使上游侧的排出口11A的间隙(以下简称为上游侧间隙)Gu以增大为5mm、6mm、7mm、8mm的方式变化，使下游侧的排出口11B的间隙(以下简称为下游侧间隙)Gd相反地以缩小为5mm、4mm、3mm、2mm的方式变化。在形状No.1的情况下，如图3所示上游侧间隙Gu、下游侧间隙Gd都是5mm的等间隔。在形状No.2～No.4的情况下，如图4所示上游侧间隙Gu大而下游侧间隙Gd小。分析的条件是：衬底直径：300mm、衬底温度：300℃、处理室内压力：13Pa、Ar气体流量：1slm、水蒸气摩尔分数：0.027、处理室内壁温度：100℃、传导平板温度：150℃。
图6是表示本分析求出的衬底上的压力分布的图。衬底上的压力分布可用图3所示的实线上的压力值来表示。从图6中可以看出，在所有的试样中，呈上游侧高而到下游侧变低的趋势，随着扩大上游侧间隙Gu而缩小下游侧间隙Gd，衬底上的压力均匀性提高，试样形状No.4的压力均匀性最好。也就是说，通过改变传导平板与处理室内壁的间隙即排出口的开口面积，增加流入上游侧的气体量，可以缓和气体上游侧的压力增高的趋势。
如果关注于流动的传导，则上述结论可以如下进行表达。在图4中，在连接气体供给口中心A和排气口中心B的直线35上，以直线36作为分界，所述直线36在与衬底8的表面平行的面内正交且穿过衬底8的中心。在此，以该分界的气体供给口侧作为气体上游侧，以该分界的排气口侧作为气体下游侧。此时，通过使向气体上游侧的排出口11AA流动的空间的传导大于该分界的气体下游侧的排出口11BB，可以提高衬底面内的压力分布。
排出口11可分别设置在上述分界的上游侧区域内的任意位置或分界的下游侧区域内的任意位置，即使只在平板2的至少与衬底8相比的上游侧和下游侧设置排出口11，也可以提高衬底面内的压力分布。
排出口11的传导的值在气体流入的平板2的高度在上游侧和下游侧相同的情况下，间隙的面积(开口面积)越大则传导越大。因此，通过使排出口的开口面积在上游侧大于下游侧，可以将排出口11的传导构成为在上游侧大于下游侧。
根据分析结果，验证了通过使平板2的位置偏向排气侧、使排出口的传导在上游侧大于下游侧可以提高衬底上的分压力分布的均匀性。
但是，图7是表示在上游侧和下游侧的传导相等的试样形状No.1中，仅将上述分析条件中的处理室内压力从13Pa改变为133Pa的情况下的衬底上的压力分布图。从该图中可以看出，压力为较高的133Pa的情况下，即使使上游侧和下游侧的传导相等，压力均匀性也是良好的。从这点来看，可以说，使上游侧的传导比下游侧大的本发明在求出图6的衬底上的压力分布时、尤其是在10Pa左右或以下的处理室内压力下是有效的方法。
此外，在试样形状No.1中，在使排气压力为13Pa的情况下，如果使排出口11的传导尽量小，即如果使形成在平板2与处理室内壁32之间的间隙G尽量小，则衬底上的压力上升，排气压力与133Pa的情况相同、可以充分期待衬底上的压力分布特性的改善效果。但这样一来，在工序2、4中，由于将残留气体以及副生成物排气的时间增加、导致吞吐量减低，因此不能算是有效的方法。
另外，虽然在上述的实施方式中将排出口形成在平板与处理室内壁之间，但并不局限于此，也可以例如将排出口形成在平板自身上。另外，通过改变间隙的面积(开口面积)来改变排出口的传导的大小，但并不局限于此，也可以例如通过改变排出口的流路长度来改变排出口的传导的大小。另外，分别形成于上游侧和下游侧的排出口相对于气流以一个排出口来构成，但并不局限于此，也可以相对于气流以多个排出口构成。以下，对这些变形例分别进行说明。
图8是表示将排出口设置在平板自身上的实施方式的一个示例。较平板2更位于下方的空间33(参照图1)是使平板2的外径与处理室内壁32的内径吻合并通过平板2塞住。在该平板2的衬底8的上游侧和下游侧分别设置开口51A、51B，将其作为上游侧和下游侧的排出口11A、11B。开口51(51A、51B)例如是沿着环形的平板形状设置弧形，通过使该弧形的开口面积在上游侧大于下游侧，从而使排出口11的传导在上游侧大于下游侧。如图示例子那样，开口51既可以以收在平板面内的方式使开口闭合地形成，也可以以切开平板外周部的方式使开口开放地形成。
该实施方式是传导平板2的排出口11在上游侧和下游侧不连续的结构，但通过使气体上游侧的开口51A的传导大于气体下游侧的开口51B，可以提高衬底8上的压力分布并且高效率地去除残留气体。
此外，图9是通过改变排出口11的流路长度来改变排出口11的传导大小的示例。
在平板2的外周上将比平板的厚度长的外裙(侧板)18垂下，使该外裙18的长度构成为从上游侧向着下游侧逐渐变长(图9(c))。虽然形成于平板2与处理室内壁32之间的间隙G在平板2全周上是等间隔(图9(a))的，但传导平板2的外裙18的长度构成为在上游侧短、在下游侧长(图9(b)、(c))。
由于气体流动的排出口11的流路长度较短的一方传导大，因此，在图示的例子中，气体上游侧的传导比下游侧的传导大。因此，可以提高衬底面内的压力分布并高效率地去除残留气体。
另外，在图示的例子中，由于流路是简单的，因此通过使上游侧的流路长度比下游侧的短，可以将排出口的传导构成为在上游侧比下游侧大。即使在流路复杂的情况下，为了形成这样的结构，只要通过合成流路的传导、判断该合成传导的大小，便可以使上游侧的合成传导大于下游侧的合成传导。
图10是表示其他实施方式的传导平板的俯视图，(b)表示相对于气流以多个排出口构成形成于上游侧和下游侧的各排出口的实施方式，(a)表示相对于气流以单个排出口构成形成于上游侧和下游侧的各排出口的比较例。在该方式中，排出口的传导被构成为在上游侧和下游侧相等。
如图10(b)所示，在该实施方式中，将处理室内壁32、平板201以及衬底8都配置为同心圆形。并且，使环形的平板201的外径形成为比处理室内壁32的内径小，使平板201的内径形成为比衬底8的外径大，在平板201的外侧和内侧分别设置第一排出口111和第二排出口211。即，在处理室内壁32与平板201的外周之间以及平板201的内周与衬底8的外周之间设置环形的间隙G1(外侧的间隙)和间隙G2(内侧的间隙)。通过形成这样的平板形状，由上游侧的第一排出口111A和设置在其下游侧的第二排出口211A构成形成于气流的上游侧的排出口11A。并且，由上游侧的第二排出口211B和设置在其下游侧的第一排出口111B构成形成于下游侧的排出口11B。
在此，对多个排出口给净化带来的影响进行分析，来验证在内侧和外侧双方具有间隙的平板的净化效率较高这一现象。作为试样准备了具有内侧间隙7mm且具有外侧间隙2mm的平板201(图10(b))和用于比较的只具有内侧间隙7mm的平板202(图10(a))。
图11是表示通过分析求出的衬底8上的原料气体摩尔分数的根据净化时间的变化的特性图。由此可以看出，除图10(b)的内侧的排出口211以外在外侧也具有排出口111的情况下的原料气体摩尔分数的减少显著。也就是说，可以认为由于在内侧和外侧双方具有排出口111、211因而净化效率提高、气体置换得到促进。这是由于在仅有内侧的排出口211的情况下，处理室内壁32附近的气体滞留，而通过在外侧也设置排除口111，可以迅速地将这些滞留的气体排气。从该分析结果可以验证，在内侧和外侧双方均具有间隙的平板其净化效率可以提高。
因此，如果除内侧的排出口211以外、在外侧也具有排出口111，则由于处理室1内的较平板2更位于上方的空间34和较平板2更位于下方的空间33这两个空间内的空气的流动范围扩大、各空间33、34的停滞消除，因此可以提高各空间33、34的净化效率。
但是，对上述的仅在平板的内侧具有排出口的类型(图10(a))和在外侧也具有排出口类型(图10(b))测定平板上的气体流速分布后，了解到各类型中都具有气体流速变低的部分(产生气体停滞的部分)，气体的停滞产生在平板的与衬底相比的下游侧。一旦产生气体的停滞，则吸附在气体停滞附近的平板以及处理室内壁上的原料气体的吸附量增加，净化时间增大，也就是说导致吞吐量的降低。并且，在产生气体停滞的部分上净化不能充分地进行，这成为微粒产生的原因，成品率降低。
因此，最好防止平板上的气体停滞的产生，在任一类型中，通过在与平板上的气体的停滞部相对应的位置上进一步设置排出口可以消除平板上的气体停滞。
图12是表示设有这种用于防止气体停滞的排出口的变形例的图，(a)、(b)表示上述的仅在内侧具有排出口211的类型的平板的变形例，(c)表示上述的在外侧也具有排出口111类型的平板的变形例。图12(a)的变形例是设置一个用于防止气体停滞的排出口112，图12(b)的变形例是设置多个用于防止气体停滞的排出口，将这些多个排出口112、113在平板202的径向上、即向着气流方向隔开间隔进行设置。这些排出口112、113的设置位置是平板202的与衬底8相比的下游侧、位于处理室内壁32与排出口211之间的产生气体停滞的部分。即，在图12(a)的变形例的情况下，在衬底8的上游侧设有一个排出口211A，在衬底8的下游侧设有两个排出口211B、112，这些排出口被向着气流方向以上述顺序依次排列。另外，在图12(b)的变形例的情况下，在衬底8的上游侧设有一个排出口211A，在衬底8的下游侧设有三个排出口211B、113、112，这些排出口被向着气流方向以上述顺序依次排列。
图12(c)的变形例是设置一个用于防止气体停滞的排出口212的装置，设置排出口212的位置是平板201的与衬底8相比的下游侧、位于第一排出口111与第二排出口211之间的产生气体停滞的部分。即，在图12(c)的变形例的情况下，在衬底8的上游侧设有两个排出口111A、211A，在衬底8的下游侧设有三个排出口211B、212、111B，这些排出口被向着气流方向以上述顺序依次排列。。
即，在这些变形例中，在平板的至少与衬底8相比的下游侧设置至少两个以上即多个排出口，使这些排出口向着气流方向单向排列。并且，使衬底8下游侧的排出口的数量多于衬底8上游侧的排出口的数量。这些用于防止气体停滞的排出口112、113、212的形状都形成为沿着环形的平板202、201的形状的弧形，该弧形的大小即排出口112、113、212的开口面积只要是可消除气体停滞的大小即可，都形成为小于排出口211或排出口111的开口面积。
这样，通过在平板上的产生气体停滞的部分上设置与排出口211或排出口111不同的排出口，即通过在平板的至少与衬底相比的下游侧至少设置两个排出口，并将这两个排出口向着气流方向排列，可以在产生气体停滞的部分上主动地形成气流，可以防止平板上的气体的停滞。因此，可以减少原料气体向产生气体停滞的部分的平板以及处理室内壁的吸附量，抑制净化时间的增加，有效地防止吞吐量的降低。并且，由于在产生气体停滞的部分上也可以得到充分的净化效果，因此可以防止因产生微粒引起的成品率降低。
另外，也可将这些变形例中的防止气体停滞的想法运用于例如图8类型的平板，如图13那样地设置。在图13的变形例的情况下，在衬底8上游侧的平板2的外侧设置弧形的排出口11A，在衬底8下游侧的平板2的外侧设置弧形的排出口11B和11C，而且，在平板2的内侧设置环形的排出口211。另外，使排出口11B、11C形成为其各自的开口面积小于排出口11A的开口面积。即，在衬底8的上游侧设置两个排出口11A、211A，在衬底8的下游侧设置三个排出口211B、11B、11C，向着气流方向以上述顺序依次排列这些排出口。由此，除了具有可以调整上游侧、下游侧的各排出口的传导、进一步提高衬底上的压力分布、并可高效率地去除残留气体的效果以外，还具有可防止气体的停滞、提高净化效率的效果。
另外，在上述实施方式中，“反应气体”是作为第一原料的金属含有原料和可与之进行反应的作为第二原料的化合物以及元素。具体的金属含有原料(第一原料)除含有例举的Al的TMA气体以外，是含有Si、Ti、Sr、Y、Zr、Nb、Ru、Sn、Ba、La、Hf、Ta、Ir、Pt、W、Pb、Bi的任何一种金属的气体。
并且，化合物和元素(第二原料)是适当的非金属反应物，即通常水、氧气、氨气等含有氧或氮的气体即可，但有时也可以是用某种方法被活性化的原子团或离子。并且，也可以是实际上不与金属含有原料发生反应、但对金属含有原料的自然分解反应提供能量的物质。例如也有通过等离子体等被活性化的稀有气体或惰性气体。含有氧或氮的气体具体为，除例举的H2O以外，O2、O3、NO、N2O、H2O2、N2、NH3、N2H6的任何一种、以及通过活性化方法将任何一种进行活性化后生成的这些的原子团种类或离子种类。
并且，“净化气体”被供给至处理室1，用于去除吸附在衬底8上的反应物以外的不需要的反应物、或防止两个不同基的反应气体在衬底8的面内以外的地方混合进行反应。该净化气体除例举的Ar以外使用稀有气体或氮气等惰性气体。

Claims (17)

1. 一种衬底处理装置，其特征在于，
具有：
处理衬底的处理室；
在所述处理室内保持所述衬底的保持件；
设置在所述衬底周围的平板；
设置在所述衬底的侧方、与比所述平板靠上方的空间连通、向所述衬底供给气体的供给口；
设置在所述平板的至少与所述衬底相比的上游侧和下游侧、将所述气体向比所述平板靠下方的空间排出的排出口；
隔着所述衬底设置在所述供给口的相反侧、与比所述平板靠下方的空间连通、对所述处理室进行排气的排气口，
所述排出口的传导被构成为上游侧大于下游侧。
2. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，与所述衬底相比的上游侧的所述排出口设置在所述供给口与所述衬底之间。
3. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述供给口设置在与所述排气口相反一侧的所述平板的外侧。
4. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述排出口由设置在所述平板上的开口构成。
5. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述排出口由形成于所述平板和所述处理室壁之间的间隙构成。
6. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述排出口的开口面积在上游侧大于下游侧。
7. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，所述排出口的流路长度在上游侧比在下游侧短。
8. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，具有控制装置，该控制装置按以下方式进行控制，即，从所述供给口多次交替供给两种以上的反应气体，在交替供给两种以上的反应气体的期间插入净化气体的供给。
9. 如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，在所述平板的至少与所述衬底相比的下游侧设置至少两个以上的所述排出口，这些排出口向着气流方向隔开间隔地排列。
10. 一种衬底处理装置，其特征在于，
具有：
处理衬底的处理室；
在所述处理室内保持所述衬底的保持件；
设置在所述衬底周围的平板；
设置在所述衬底的侧方、与比所述平板靠上方的空间连通、向所述衬底供给气体的供给口；
设置在所述平板的至少与所述衬底相比的上游侧和下游侧、将所述气体向比所述平板靠下方的空间排出的排出口；
隔着所述衬底设置在所述供给口的相反侧、与比所述平板靠下方的空间连通、向所述处理室排气的排气口，
设置在所述平板的至少与所述衬底相比的下游侧的所述排出口至少具有第一排出口和设置在其下游的第二排出口。
11. 一种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有：
将衬底运进处理室内的工序；
通过一面从被运进所述处理室的所述衬底的侧方沿着设置在所述衬底周围的平板向所述衬底供给气体、一面从设置在所述平板的至少与所述衬底相比的上游侧和下游侧的排出口向比所述平板靠下方的空间排出气体，隔着比所述平板靠下方的空间的所述衬底从供给侧的相反侧进行排气来对所述衬底进行处理的工序；
将处理后的所述衬底从所述处理室运出的工序，
在所述衬底处理工序中，使所述排出口的传导在上游侧大于下游侧。
12. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述衬底处理工序中，向所述衬底多次交替供给两种以上的反应气体，在交替供给两种以上的反应气体的期间插入净化气体的供给。
13. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衬底处理工序包括将至少一种反应气体吸附在所述衬底上的工序、以及向吸附的反应气体供给与其不同的反应气体、使其产生成膜反应的工序。
14. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衬底处理工序多次反复下述的各项工序：向所述衬底供给第一反应气体使其吸附在所述衬底上的工序、其后进行净化的工序、其后向吸附在所述衬底上的第一反应气体供给第二反应气体使其产生成膜反应的工序、其后进行净化的工序。
15. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衬底处理工序包括：使至少一种反应气体分解、使薄膜堆积在所述衬底上的工序；向堆积的所述薄膜供给与所述反应气体不同的反应气体、对所述薄膜进行改性的工序。
16. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衬底处理工序多次反复下述的各项工序：向所述衬底供给第一反应气体、将薄膜堆积在所述衬底上的工序；其后进行净化的工序；其后向堆积在所述衬底上的所述薄膜供给第二反应气体、对所述薄膜进行改性的工序；其后进行净化的工序。
17. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述平板的至少与衬底相比的下游侧设置多个所述排出口，这些多个排出口向着气流方向隔开间隔地排列，在所述衬底处理工序中，从这些排出口排出气体。
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