CN100514576C - 基板处理方法和基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基板处理方法，其是基板处理装置的基板处理方法，具特征在于，该基板处理装置具有：处理容器，其内部具有支承被处理基板并该被处理基板上供给第一处理气体或第二处理气体的第一空间和在该第一空间的周围形成的、与该第一空间连通的第二空间；排出所述第一空间的气体的第一排气单元；和排出所述第二空间的气体的第二排气单元。该基板处理方法具有：将所述第一处理气体供给所述第一空间的第一工序；从所述第一空间排出该第一处理气体的第二工序；将所述第二处理气体供给所述第一空间的第三工序；和从所述第一空间排出所述第二处理气体的第四工序。其中，所述第二空间的压力由供给到该第二空间的压力调整气体进行调整。

Description

基板处理方法和基板处理装置
技术领域
本发明涉及一般的半导体装置的制造，特别是涉及电介质膜或金属膜的气相堆积技术。
背景技术
现有技术中，在半导体装置制造技术的领域中，一般利用MOCVD法在被处理基板表面上形成高品质的金属膜或绝缘膜或半导体膜。
另一方面，最近，特别是关于超微细化半导体元件的门(gate)绝缘膜的形成，研究有原子层堆积(ALD)技术：通过一层层地层叠原子层而在被处理基板的表面上形成高电介质膜(所谓的high-K电介质膜)。
在ALD法中，将包含构成high-K电介质膜的金属元素的金属化合物分子，以气相原料气体(原料气体)的形式供给包含被处理基板的处理空间，在被处理基板表面上化学吸附大约1分子层的金属化合物分子。再在从上述处理空间对气相原料气体进行吹扫(purge)后，通过供给H2O等氧化剂(氧化气体)，分解吸附在上述被处理基板表面上的金属化合物分子，形成大约1分子层的金属氧化物膜。
然后再在从上述处理空间对氧化剂进行吹扫后，反复进行上述工序，由此来形成所希望厚度的金属氧化膜，即high-K电介质膜。
ALD法像这样利用原料化合物分子在被处理基板表面上的化学吸附，具有特别优适于阶梯覆盖(step coverage)的特征。此外，在200～300℃或其以下的温度下，能够形成优质的膜。因此，ALD法被认为是不仅在超高速晶体管的门绝缘膜、而且在要求在复杂形状的底板上形成电介质膜的DRAM的存储器单元电容器的制造中也是有效的技术。
图1为示意性地表示作为可实施利用现有提案的ALD法的成膜的基板处理装置的一个例子的基板处理装置100的截面图。
参照图1可看出，基板处理装置100具有处理容器111，该处理容器111包括由铝合金制成的外侧容器111B和以覆盖该外侧容器111B的开口部分的方式设置的盖板111A。在由该外侧容器111B和上述盖板111A构成的空间中，设置有由石英制成的反应容器112，在该反应容器112内部形成处理空间A10。另外，上述反应容器112具有上部容器112A和下部容器112B组合的结构。
而且上述处理空间A10的下端部由支承被处理基板W10的支承台113构成。在该支承台113上以围住上述被处理基板W10的方式设置有由石英玻璃构成的导向环114，而且该支承台113从上述外侧容器111B向下方延伸，且设置使得可在省略图示的设置有基板搬送口的上述外侧容器111B的内部在上端位置和下端位置之间进行上下升降。上述支承台113在上端位置与上述反应容器112一起构成上述处理空间A10。另外，通过上述支承台113向下端位置移动，能够从设置于处理容器中的省略图示的闸阀，将上述被处理基板W10搬入处理容器内或从处理容器内搬出上述被处理基板W10。
此外，上述支承台113由轴承121中利用磁性密封122支承的回转轴120以可自由回转并上下自由移动的方式支承。上述回转轴120上下移动的空间由波纹管119等隔壁密闭。
在上述基板处理装置100中，上述处理空间A10的两端部，以夹着被处理基板相对的方式设置有用于对该处理空间A10内进行排气的排气口115A和排气口115B。在上述排气口115A和115B设置有分别与排气管156A和156B连通的高速回转阀117A和117B。另外，在上述处理空间A10的两端部以整流通向上述高速回转阀117A或117B的气体流路的方式设置有整形为鸟嘴状(bird beak)的处理气体喷嘴116A和116B，使其分别与上述高速回转阀117B和117A相对，并且夹着上述被处理基板而相对。
上述处理气体喷嘴116A通过切换阀152A与气体管路154A、吹扫管路155A和气体排气管路153A连接；同样地，上述处理气体喷嘴116B通过切换阀152B与气体管路154B、吹扫管路155B和气体排气管路153B连接。
例如，从上述气体管路154A供给的第一处理气体或从上述吹扫管路155A供给的吹扫气体，从上述处理气体喷嘴116A，通过上述切换阀152A，导入上述处理空间A10。另外，也可以使得从上述气体管路154A供给的第一处理气体或从上述吹扫管路155A供给的吹扫气体，通过上述切换阀152A从上述气体排气管路153A进行排气。
同样地，从上述气体管路154B供给的第二处理气体或从上述吹扫气体管路155B供给的吹扫气体，从上述处理气体喷嘴116B通过上述切换阀152B，导入上述处理空间A10。另外，也可以使得从上述气体管路154B供给的第二处理气体或从上述吹扫气体管路155B供给的吹扫气体，通过上述切换阀152B，从气体排气管路153B进行排气。
从上述处理气体喷嘴116A导入的第一处理气体(原料气体)，沿着上述被处理基板W10的表面在上述反应容器112内的上述处理空间A10中流动，从相对的排气口115B，通过上述高速回转阀117B进行排气。同样地，从上述处理气体喷嘴116B导入的第二处理气体(氧化气体)，沿着上述被处理基板W10的表面在上述反应容器112内的上述处理空间A10中流动，从相对的排气口115A，通过上述高速回转阀117A进行排气。
这样，通过使第一和第二处理气体交互地从上述处理气体喷嘴116A向排气口115B或从上述处理气体喷嘴116B向排气口115A流动，能够形成以原子层为基本单位的膜。
在上述ALD法中，由于原料分子对被处理基板的吸附饱和量实质上决定被处理基板上形成的膜的均匀性，所以一般与现有的CVD法相比，具有膜厚、膜质等在被处理基板的面内的均匀性好的优点。
[专利文献1]日本专利特开2004-6733号公报
发明内容
但是，另一方面，在ALD法中，如何高效率地将原料气体及其氧化气体供给处理容器内，并高效率地排出(吹扫(purge))是一个技术性的问题。例如，用ALD法难以在短时间内高效率地反复进行原料气体的供给、排出(吹扫)和氧化气体的供给、排出(吹扫)，在提高ALD法的生产率的基础上缩短这些循环时间，已经是一个问题。
特别是，难以将处理容器内残留或吸附的原料气体完全从处理容器内排出，例如，即使在增加吹扫气体的量的情况下，原料气体排出的高效率化也有极限。
因此，为了使原料气体流动的空间极小，使原料气体的残留、吸附量极小，如上述的基板处理装置100那样，将处理容器内构成所谓的双重空间结构的方法被广泛使用。
在上述的基板处理装置100中，在处理容器111内的空间中设置有由石英制成的反应容器112，成为内部构成有处理空间A10的双重空间结构。
因此，原料气体流动的空间(处理空间)的体积相对处理容器内部整体的体积极小，能够缩短用于向处理空间供给原料气体的时间或用于从处理空间排出原料气体的时间，特别是奏效于缩短原料气体的排出(吹扫)时间。
例如，在不构造上述这种双重空间，考虑使处理容器内部的空间本身极小化的情况下，存在难以构造成为能够将被处理基板搬入处理容器内或从处理容器搬出被处理基板的结构的问题。再者，存在以下问题：在布置处理容器内部的空间中原料气体或氧化气体的供给的结构或排出的结构时有很多限制。
因此，在上述基板处理装置100中，在处理容器内，在内部设置构成处理空间A10的反应容器112而设置成双重空间结构的同时，在搬送、搬出被处理基板的情况下，使构成该处理空间A10的一部分的支承台为可下降并可在下端位置移动的结构。
但是，在这种结构的情况下，导致上述支承台113的周围部和上述反应容器112的开口部之间形成有间隙。在这种情况下，处理空间A10和该处理空间A10外侧的空间(外侧空间A20)成为通过该间隙连通的结构。
因此，在使用上述基板处理装置100利用ALD法进行成膜的情况下，当上述处理空间A10与上述外侧空间A20的之间的压力差增大的情况下，通过供给上述处理空间A10的原料气体(处理气体)的举动，存在影响例如所形成的薄膜的均匀性等品质的情况。
在利用ALD法成膜的情况下，如上所述，在上述处理空间A10中反复进行：1)供给第一处理气体(原料气体)的工序；2)排出该第一处理气体的工序；3)供给第二处理气体(氧化气体)的工序；4)排出第二处理气体的工序。由此有导致该处理空间A10的压力变动，该处理空间A10与上述外侧空间A20的压力差变大的情况。
在这种情况下，有可能产生处理气体从该处理空间A10向该外侧空间A20流动，或处理气体从该外侧空间A20向该处理空间A10流动，对成膜产生影响。
在这种情况下，与气体的流动对应，引起例如成膜速度分布的恶化，有可能由此导致形成的膜厚的均匀性或膜质的均匀性恶化。
图2为放大图1所示基板处理装置100的X-X截面图的一部分的图。但是图中对于先前说明的部分用相同的符号标示，省略其说明。
参照图2可看出，上述处理空间A10和上述外侧空间A20通过例如上述支承台113周围的间隙而连通。具体而言，通过设置在上述支承台113上所载置的被处理基板周围的上述导向环114和上述下部容器112B的开口部之间形成的间隙，上述处理空间A10和上述外侧空间A20成为连通的结构。
例如，存在供给上述处理空间A10的处理气体通过该间隙排出至上述外侧空间A20的情况，另外，另一方面，也存在有一端排出的处理气体倒流流入上述处理空间A10一侧，对被处理基板的成膜产生影响的情况。
在这种情况下，有可能导致被处理基板上形成的薄膜的膜厚均匀性恶化，或膜质的均匀性恶化。另外，还可考虑到例如在上述外侧空间A20一侧的壁面上形成附着物等影响。
本发明的目的在于，提供：新的解决上述问题的有用的基板处理方法、存储有使该基板处理方法执行的程序的记录介质和基板处理装置。
本发明的具体课题是：在交互地供给多种处理气体的成膜中，控制在处理被处理基板的空间中的处理气体的流动，使形成的薄膜的膜厚均匀性良好。
在本发明的第一观点中，通过以下基板处理方法解决上述课题，其是基板处理装置的基板处理方法，其特征在于，上述基板处理装置具有：处理容器，其内部具有支承被处理基板并向该被处理基板上供给第一处理气体或第二处理气体的第一空间和在该第一空间的周围形成的、与该第一空间连通的第二空间；排出上述第一空间的气体的第一排气单元；和排出上述第二空间的气体的第二排气单元。该基板处理方法具有：将上述第一处理气体供给上述第一空间的第一工序；从上述第一空间排出该第一处理气体的第二工序；将上述第二处理气体供给上述第一空间的第三工序；和从上述第一空间排出上述第二处理气体的第四工序。其中上述第二空间的压力由供给到该第二空间的压力调整气体进行调整。
在本发明的第二观点中，通过以下记录介质解决上述课题，该记录介质存储有使基板处理装置的基板处理方法执行的程序，其特征在于，上述基板处理装置具有：处理容器，其内部具有支承被处理基板并向该被处理基板上供给第一处理气体或第二处理气体的第一空间和在该第一空间的周围形成的、与该第一空间连通的第二空间；排出上述第一空间的气体的第一排气单元；和排出上述第二空间的气体的第二排气单元。上述基板处理方法具有：将上述第一处理气体供给上述第一空间的第一工序；从上述第一空间排出该第一处理气体的第二工序；将上述第二处理气体供给上述第一空间的第三工序；和从上述第一空间排出上述第二处理气体的第四工序。其中，上述第二空间的压力由供给到该第二空间的压力调整气体进行调整。
在本发明的第三观点中，通过以下基板处理装置解决上述课题，该基板处理装置的特征在于，具有：内部具有支承被处理基板的第一空间和在该第一空间周围形成的、与该第一空间连通的第二空间的处理容器；将处理气体供给上述第一空间，夹着上述被处理基板而相对的一对处理气体供给单元；对上述处理气体进行排气，夹着上述被处理基板而相对的一对处理气体排气单元；将调整该第二空间的压力的压力调整气体供给上述第二空间的压力调整气体供给单元；和对上述第二空间进行排气的压力调整气体排气单元。
根据本发明，在交互地供给多种处理气体的成膜中，控制在处理被处理基板的空间中的处理气体的流动，能使形成的薄膜的膜厚均匀性良好。
附图说明
图1为表示现有基板处理装置的图
图2为图1的基板处理装置的一部分的放大图
图3为示意性地表示实施例1的基板处理装置的图(其一)
图4为示意性地表示实施例1的基板处理装置的图(其二)
图5为图3的基板处理装置的一部分的放大图
图6为表示实施例1的基板处理装置整体的概略图
图7为表示实施例1的基板处理方法的流程图
图8为表示利用压力调整气体的成膜的改善效果的图
图9为实施例2的基板处理装置的一部分的放大图
图10为表示图9的基板处理装置的成膜结果的图
标号说明
10、100 基板处理装置，
11、111 处理容器
11A、111A 盖板
11B、111B 外侧容器
12、112 反应容器
12A、112A 上侧容器
12B、112B 下侧容器
13、113 支承台
14、114 导向环
15A、15B、115A、115B 排气口
16A、16B、116A、116B 处理气体喷嘴
17A、17B、117A、117B 高速回转阀
19、119 波纹管
20、120 回转轴
21、121 轴承部
22、122 磁性密封
52A、52B、152A、152B 切换阀
54A、54B 气体管路
56 吹扫气体导入管路
57 排气管路
具体实施方式
其次，关于本发明的实施方式，以下根据附图进行说明。
实施例1
图3为示意性地表示作为本发明的实施例1的能够实施利用ALD法的成膜的基板处理装置的一个例子的基板处理装置10的截面图。
参照图3可看出，基板处理装置10具有处理容器11，该处理容器11包括由铝合金制成的外侧容器11B和以覆盖该外侧容器11B的开口部分的方式设置的盖板11A。在由该外侧容器11B和上述盖板11A构成的空间中，设置有由石英制成的反应器12，在该反应容器12内部形成处理空间A1。另外，上述反应容器12具有上部容器12A和下部容器12B组合的结构。
在这种情况下，上述处理容器11的内部的空间，在上述反应容器12的内部形成的处理空间A1与作为该处理空间A1周围的空间，例如包含该反应容器12与上述处理容器11的内壁之间的间隙的空间的外侧空间A2，在实质上分离。
另外，上述处理空间A1的下端部由支承被处理基板W1的支承台13构成。在该支承台13上以围住上述被处理基板W1的方式设置有石英玻璃制的导向环14。此外，上述支承台13从上述外侧容器11B向下方延伸，且设置成可在省略图示的设置有基板搬送口的上述外侧容器11B的内部在上端位置和下端位置之间进行上下升降。上述支承台13在上端位置，与上述反应容器12一起构成上述处理空间A1。即：在上述反应容器12的上述下部容器12B中形成有大致为圆形的开口部。在上述支承台13移动至上端位置的情况下，该开口部为由该支承台13覆盖的位置。在这种情况下，上述下部容器11B的底面与上述被处理基板W1的表面为实质上形成同一平面的位置关系。
上述支承台13由轴承21中利用磁性密封22支承的回转轴20以可自由回转并上下自由移动的方式支承。上述回转轴20上下移动的空间由波纹管19等隔壁密闭。
图3所示的状态为表示形成上述处理空间A1，在支承台13上的被处理基板W1上进行成膜的情况下的状态。例如图4所示的状态为上述支承台13下降至下端位置的状态，被处理基板位于上述外侧容器11B中所形成的省略了图示的基板搬送口对应的高度上。在这种状态下，通过驱动例如省略了图示的升降销(lifter pin)等支承被处理基板的机构，能够进行被处理基板的搬入搬出。
另外，上述盖板11A构成为中央部壁厚的结构，由此可知，在与由上述外侧容器11B和盖板11A构成的空间对应设置的上述反应容器12内部构成的上述处理空间A1，在上述支承台13上升至上端位置的状态下，具有在被处理基板W1所处的中心部，高度即容积减少，而在两端部高度则慢慢增大的结构。
在上述基板处理装置10中，在上述处理空间A1的两端，以夹着被处理基板相对的方式设置有用于对该处理空间A1内进行排气的排气口15A和排气口15B。在上述排气口15A和15B中设置有分别与排气管56A和56B连通的高速回转阀17A和17B。
另外，在上述处理空间A1的两端部以整流通向上述高速回转阀17A或17B的气体流路的方式设置有整形为鸟嘴状(bird beak)的处理气体喷嘴16A和16B，使其分别与上述高速回转阀17B和17A相对，并且夹着上述被处理基板而相对。
上述处理气体喷嘴16A通过切换阀52A与气体管路54A、吹扫管路55A和气体排出管路53A连接。同样地，上述处理气体喷嘴16B通过切换阀52B与气体管路54B、吹扫管路55B和气体排气管路53B连接。
例如，从上述处理气体喷嘴54A供给的第一处理气体或从上述吹扫管路55A供给的吹扫气体，从上述处理气体喷嘴16A通过上述切换阀52A导入上述处理空间A1。另外，也可以使得从上述气体管路54A供给的第一处理气体或从上述吹扫管路55A供给的吹扫气体通过上述切换阀52A，从上述气体排出管路53A进行排气。
同样地，从上述处理气体喷嘴54B供给的第二处理气体或从上述吹扫管路55B供给的吹扫气体，从上述处理气体喷嘴16B通过上述切换阀52B导入上述处理空间A1。另外，也可以使得从上述气体管路54B供给的第二处理气体或从上述吹扫管路55B供给的吹扫气体通过上述切换阀52B，从上述气体排出管路53B进行排气。
从上述处理气体喷嘴16A导入的第一处理气体，在上述反应容器12内的上述处理空间A1，沿着上述被处理基板W1的表面流动，从相对的排气口15B通过上述高速回转阀17B进行排气。同样地，从上述处理气体喷嘴16B导入的第二处理气体，在上述反应容器12内的上述处理空间A1，沿着上述被处理基板W1的表面流动，从相对的排气口15A通过上述高速回转阀17A进行排气。
这样，通过交互地使第一和第二处理气体从上述处理气体喷嘴16A向排气口15B或从上述处理气体喷嘴16B向排气口15A流动，能够形成以原子层为基本单位的膜。在这种情况下，在向上述处理空间A1供给第一处理气体至接下来供给第二处理气体之间，优选具有用于从该处理空间A1内排出第一处理气体的处理，例如导入吹扫气体的吹扫工序或对该处理空间进行真空排气的排气工序。同样地，在向上述处理空间A1供给第二处理气体至接下来供给第一处理气体之间，优选具有从该处理空间A1内排出第二处理气体的处理，例如导入吹扫气体的吹扫工序或对该处理空间进行排气的排气工序。
例如，使用包含含有Hf或Zr等金属元素的气体的气体作为第一处理气体；使用包含O3、H2O、H2O2等氧化含有金属元素的气体的氧化气体的气体作为第二处理气体。这样，能够在被处理基板上形成作为高电介质的金属氧化物或其化合物。
但是，现有技术在实施上述成膜的情况下，存在处理气体从上述处理空间A1向上述外侧空间A2流出的情况，甚至存在流出的处理气体倒流的情况，对成膜有影响。
因此，在本实施例中，设置以下所示结构，控制上述处理空间A1与上述外侧空间A2的压力差，因此可控制处理气体的流动，稳定地进行膜厚、膜质均匀性好的成膜。
在本实施例的基板处理装置的情况下，例如，为了将压力调整气体导入上述外侧空间A2中，设置有与上述外侧空间A2连通的压力调整气体导入管路，和与连接有用于对该压力调整气体进行排气的排气单元的上述外侧空间A2连通的排气管路。
例如，在上述盖板11A上形成有用于将压力调整气体导入上述外侧空间A2中的压力调整气体导入管路11h，该压力调整气体导入管路11h与压力调整气体管路56连接。
再者，用于对上述外侧空间A2进行排气的排气管路57与例如上述外侧容器11B的例如底面一侧连接，该排气管路57与本图中省略图示的例如真空泵等排气单元连接。
这样，在本实施例的基板处理装置10中，通过设为将压力调整气体供给上述外侧空间A2的结构，可抑制上述外侧空间A2与上述处理空间A1的压力差，抑制供给上述处理空间A1的处理气体流出至上述外侧空间A2的量。
图5为放大图3所示基板处理装置10的Y-Y截面图的一部分的图。但是在图中，先前说明过的部分用相同的符号标示，省略其说明。
参照图5可看出，上述处理空间A1与上述外侧空间A2通过例如上述支承台13周围的间隙而连通。具体而言，上述处理空间A1与上述外侧空间A2通过设置在载置于上述支承台13上的被处理基板W1周围的上述导向环14与上述下部容器12A的开口部之间形成的间隙而连通。
在本实施例的基板处理装置的情况下，由于抑制上述处理空间A1与外侧空间A2的压力差，可抑制例如供给上述处理空间A1的处理气体通过该间隙而排出至上述外侧空间A2的量。
例如，优选上述外侧空间A20的压力与上述处理空间A10的压力相同。但是，在这种情况下，不必要上述外侧空间A20的压力与上述处理空间A10的压力一定在严格意义上相同。
例如，优选上述处理空间A10的压力与上述外侧空间A20的压力差设定在该压力差实质上对成膜没有影响的程度(不使所成膜的膜的面内均匀性恶化的程度)的范围内。在以下的文中，在上述处理空间A10的压力与上述外侧空间A20的压力的压力差在上述范围内的情况下，表述为上述处理空间A10的压力与上述外侧空间A20的压力实质上相同。
另一方面，上述外侧空间A2通过上述排气管路57进行排气。在这种情况下，供给上述外侧空间A2的压力调整气体，从上述盖板11A和上述上部容器12A之间，上述下部容器12B和上述外侧容器11B之间，再通过上述导向环14和上述外侧容器11B之间流动，从上述排气管路57排出。另外，即使假设处理气体从上述处理空间A1流出，该处理气体也与上述压力调整气体的流动一起从上述排气管路57排出。由此，能够抑制在被处理基板上形成的薄膜的膜厚的均匀性恶化，或抑制膜质均匀性的恶化，从而能够稳定地进行高品质的成膜。
另外，从上述处理空间A1流出至上述外侧空间A2的处理气体，由于被压力调整气体快速地稀释，所以也能够奏效于抑制在上述外侧空间A2形成堆积物等的影响。
其次，利用图6说明上述基板处理装置10的整体的概略。
图6为示意性地表示图3～图4所示基板处理装置10的整体的概略的图。但是在图中，先前说明过的部分用相同的符号标示，省略其说明。另外，在本图中，省略一部分图3～图4的记载，另一部分简化表示。
参照图6可看出，在与上述处理气体喷嘴16A连接的上述切换阀52A上连接有上述气体管路54A，再在上述气体管路54A上，通过阀75A连接有用于将第一处理气体供给上述处理空间A1的处理气体供给单元10a。另外，上述切换阀52A上连接有用于将吹扫气体供给上述处理空间A1的吹扫管路55A。上述切换阀52A能够以将第一处理气体供给上述处理空间A1一侧的方式，或者以通过与上述切换阀52A连接的上述排气管路53A进行排气的方式而切换连接。此外，也能够以将吹扫气体供给上述处理空间A1一侧的方式，或者以通过上述排气管路53A进行排气的方式而切换连接。
另一方面，同样地，与上述处理气体喷嘴16B连接的上述切换阀52B上连接有上述气体管路54B，再在上述气体管路54B上，通过阀75B连接有用于将第二处理气体供给上述处理空间A1的处理气体供给单元10b。另外，上述切换阀52B上连接有用于将吹扫气体供给上述处理空间A1的吹扫管路55B。上述切换阀52B能够以将第二处理气体供给上述处理空间A1一侧的方式，或者以通过与上述切换阀52B连接的上述排气管路53B进行牌示的方式而切换连接。此外，也能够以将吹扫气体供给上述处理空间A1一侧的方式，或者以通过上述排气管路53B进行排气的方式而切换连接。
另外，上述排气管路53A、53B与收集器(trap)70连接，收集器70再通过真空泵等排气单元71进行排气。
其次，看看上述处理气体供给单元10a。该处理气体供给单元10a具有与上述阀75A连接的气化液体原料的气化器62。供给液体原料的原料管路58A和将载体气体供给该气化器62的气体管路64A与该气化器62连接。
在上述原料管路58A上连接有例如保持常温下为液体的原料61a的原料容器61A，通过打开阀60A，将由液体流量控制器59A控制流量的上述原料61a供给上述气化器62，变成气化结构。在这种情况下，也可以通过从与上述原料容器61A连接的气体管路63供给例如He等惰性气体，挤压原料61a进行供给。
另外，上述气流管路64A上附有阀66A和质量流量控制器65A，通过打开上述阀66A，将流量被控制的载体气体供给上述气化器62。
由上述气化器62气化的上述原料61a与载体气体一起构成第一处理气体，通过打开上述阀75A而供给上述气体管路54A，通过上述切换阀52A供给上述处理空间A1或由上述排气管路53A进行排气。
另外，也可以根据需要，使附有阀69A和质量流量控制器68A的气体管路67A连接在上述阀75A和上述气化器62之间。例如，利用从上述气体管路67A供给的帮助气体稀释第一处理气体，或在第一处理气体中添加所希望的气体也可以。另外，也可以将该帮助气体作为用于调整上述处理空间A1的压力的处理压力调整气体使用。在这种情况下，通过改变处理压力调整气体的流量，能够减小上述处理空间A1与上述外侧空间A2的压力差或控制成实质上相同。
另外，在与上述切换阀52A连接的上述吹扫管路55A上，附有阀77A、质量流量控制器76A，通过打开上述阀77A，能够在控制流量的同时将吹扫气体供给上述处理空间A1，对该处理空间A1进行吹扫。
另一方面，看看上述处理气体供给单元10b。该处理气体供给单元10b具有与上述阀75B连接的原料管路58B和气体管路64B。在上述原料管路58B上附有阀60B、质量流量控制器59B，再与保持例如由氧化上述原料61a的氧化气体等构成的原料61b的原料容器61B连接。另外，在上述气体管路64B上附有阀66B、质量流量控制器65B。在这种情况下，通过打开上述阀66B、60B和75B，能够将被控制流量的原料61b和载体气体所构成的第二处理气体，通过上述切换阀52B供给上述处理空间A1。另外，通过切换上述切换阀52B，能够将该第二处理气体通过上述排气管路53B进行排气。
另外，在与上述切换阀52B连接的吹扫管路55B上附有阀77B、质量流量控制器76B，通过打开上述阀77B，能够在控制流量的同时将吹扫气体供给上述处理空间A1，对该处理空间A1进行吹扫。
这样，供给上述处理空间A1的第一处理气体、第二处理气体或吹扫气体，从上述排气口15A、15B通过上述高速回转阀17A、17B，再通过上述排气管56A、56B进行排气。上述排气管56A、56B分别与上述收集器70连接，再通过与该收集器70连接的上述排气单元71进行排气。
另外，附有阀81A、81B的放气(vent)管路80A、80B分别与上述处理气体喷嘴16A、16B连接。通过将吹扫气体导入上述气体喷嘴16A、16B，再打开上述阀80A、80B，能够对处理气体喷嘴内进行吹扫。
例如，在通过处理气体喷嘴16A、16B，将吹扫气体导入处理空间，对处理空间进行吹扫的情况下，预先利用吹扫气体吹扫残留在处理气体喷嘴16A，16B内的处理气体，能够快速地进行处理空间的吹扫，为优选。
另外，在用于将吹扫气体供给上述外侧空间A2的上述吹扫气体管路56上连接有阀73和质量流量控制器74，通过打开阀73能够在控制流量的同时将吹扫气体供给上述外侧空间A2。
另外，对上述外侧空间A2进行排气的排气管路57与由例如真空泵构成的排气单元72连接。
在这种情况下，若在上述排气管路57上设置电导可变阀57a，则容易控制上述外侧空间A2的压力，为优选。在这种情况下，通过调整电导可变阀57a的电导，能够减小上述处理空间A1与上述外侧空间A2的压力差或控制为实质上相同。
另外，也可以使用上述高速回转阀17A、17B，以可调整上述处理空间A1的压力的方式在该上述高速回转阀17A、17B附加电导可变功能。在这种情况下，上述处理空间A1的压力控制变得容易，能够减小上述处理空间A1与上述外侧空间A2的压力差或控制为实质上相同。
另外，在图6中，作为第一处理气体中用的原料，以常温下为液体的原料作为例子，但不限定于此，也能够使用常温下为固体的原料或常温下为气体的原料。
另外，本实施例的基板处理装置10具有内置控制该基板处理装置10的成膜等基板处理的动作的计算机的控制单元10A。上述控制单元10A具有存储基板处理方法等用于使基板处理装置动作的基板处理方法的程序的记录介质，根据该程序，计算机使基板处理装置的动作执行。
例如，上述控制单元10A具有CPU(计算机)C、存储器M、例如硬盘等记录介质H、作为可取出的记录介质的记录介质R和网络连接单元N，还具有与这些连接的、省略图示的总线。该总线为与上述所示基板处理装置的阀、排气单元、质量流量控制器等连接的结构。使成膜装置动作的程序存储在上述记录介质H上，该程序可通过记录介质R或网络连接装置NT进行输入。以下所示基板处理的例子为，根据存储在该控制单元中的程序，控制基板处理装置进行动作。
其次，以下根据图7说明在使用上述基板处理装置进行成膜的情况下的一个详细的例子。图7为表示本实施例的基板处理方法的流程图。
参照图7，首先，在步骤1(图中记为S1，以下相同)中，从例如具有搬送被处理基板的搬送单元的、与上述基板处理装置10连接的真空搬送室，将被处理基板搬入上述处理容器11内，载置于上述支承台13上。在这种情况下，如图4所示，上述支承台13在下降至下端位置的状态下，载置被处理基板。
接着，在步骤2中，使上述支承台13上升为图3所示状态，与上述反应容器12一起构成上述处理空间A1。
接着，在步骤3中，如以下所述，将包含上述原料61a和载体气体的第一处理气体供给在上述步骤2中所形成的上述处理空间A1：例如，在上述原料61a为由液体构成的有机金属化合物(例如四乙基甲基氨基铪(Tetrakis EthylMethyl Amino Hafnium，TEAMH))的情况下，打开上述阀75A、60A、66A，将由上述质量流量控制器59A而将流量控制为100mg/min的上述原料61a和由上述质量流量控制器65A控制流量的、由Ar构成的载体气体400sccm的供给上述气化器62。
在这里，上述原料61a被气化，并且与该载体气体混合，再与从上述气体管路67A供给的、例如由Ar构成的帮助气体600sccm一起，作为第一处理气体，通过上述切换阀52A，从上述处理气体喷嘴16A，供给上述处理空间A1。
供给的第一处理气体成为层流，沿着被处理基板表面流动，从上述排气口15B，通过上述高速回转阀17B进行排气。在此，第一处理气体中所包含的原料61a，以例如1分子(1原子)层的程度，吸附在被处理基板上。
在本实施例的情况下，在该步骤3的工序中，将例如由Ar等惰性气体构成的压力调整气体供给图3～图5所示的作为上述处理空间A1的外侧空间的上述外侧空间A2。在这种情况下，打开上述阀73，由上述质量流量控制器74将流量控制在例如1slm的压力调整气体，从上述压力调整气体管路56被供给上述外侧空间A2。因此，由于上述处理空间A1与上述外侧空间A2的压力差变小，或实质上相同，而抑制第一处理气体中所包含的原料分子从该处理空间A1流出至该外侧空间A2。
例如，该压力调整气体优选至少在上述步骤3中，即在将上述第一处理气体供给上述处理空间A1的工序中实施。另外，也可以在其他步骤中供给。
另外，上述压力调整气体的流量优选以使得上述处理空间A1的压力与上述外侧空间A2的压力实质上相同的流量而供给。
另外，上述处理空间A1的压力与上述外侧空间A2的压力差也能够由本步骤中供给上述处理空间A1的帮助气体的流量来进行调整。在这种情况下，该帮助气体的流量优选以使得上述处理空间A1的压力与上述外侧空间A2的压力实质上相同的流量而供给。
另外，使上述压力调整气体和帮助气体二者的流量增大，在二者流量大的状态下，若使得上述处理空间A1的压力与上述外侧空间A2的压力实质上相同，可促进上述外侧空间A2的吹扫，为优选。
接着，在步骤4中，停止向处理空间A1供给第一处理气体，将残留在上述处理空间A1中的第一处理气体从该处理空间A1排出。
在这种情况下，例如，首先，进行上述处理喷嘴16A的吹扫，在排出残留在该处理气体喷嘴16A内的第一处理气体后，当从该处理气体喷嘴16A将吹扫气体供给上述处理空间A1，进行该处理空间A1的吹扫时，能够快速地排出残留在上述处理空间A1中的第一处理气体，为优选。
即：使得步骤4具有进行处理气体喷嘴的吹扫的步骤4A和使用吹扫后的该处理气体喷嘴进行处理空间的吹扫的步骤4B即可。
在这种情况下，首先在步骤4A中，从气体管路67A将例如由Ar构成的帮助气体600sccm供给上述处理气体喷嘴16A，同时打开上述放气阀81A，吹扫该处理气体喷嘴16A内，吹扫残留在处理气体喷嘴中的处理气体。
接着，在步骤4B中，从上述吹扫管路55A将Ar500sccm，从上述气体管路67A将Ar500sccm，通过上述处理气体喷嘴16A供给上述处理空间A1，从上述开口部16B排出，由此吹扫上述处理空间A1，排出残留的第一处理气体。
接着，在停止吹扫气体的供给后，在步骤5中，将包含上述原料61b和载体气体的第二处理气体供给上述处理空间A1。在这种情况下，打开上述阀75B、60B、66B，将由上述质量流量控制器59B控制流量的上述原料61b和由上述质量流量控制器65B控制流量的例如由Ar构成的载体气体作为第二处理气体，通过上述切换阀52B，从上述处理气体喷嘴16B供给上述处理空间A1。在成膜为HfO2等金属氧化物膜的情况下，上述61b为O2或O3等氧化气体。通过将O21000sccm和N20.1sccm导入臭氧发生器(ozonizer)，以200g/Nm3的浓度形成O3，与O2一起作为上述第一处理气体供给上述处理空间。
供给的第二处理气体成为例如层流，沿着被处理基板表面流动，从上述排气口15A，通过上述高速回转阀17A进行排气。在此，第二处理气体中所包含的原料61b与吸附在被处理基板上的上述原料61a反应，在被处理基板上形成例如1分子程度或2～3分子程度的氧化物。
接着，在步骤6中，停止向处理空间A1供给第二处理气体，从该处理空间A1排出残留在上述处理空间A1中的第二处理气体。
在这种情况下，例如，首先进行上述处理喷嘴16B的吹扫，在排出残留在该处理气体喷嘴16B内的第二处理气体后，当从该处理气体喷嘴16B将吹扫气体供给上述处理空间A1进行该处理空间A1的吹扫时，能够快速地排出残留在上述处理空间A1中的第二处理气体，为优选。
即：使得步骤6具有进行处理气体喷嘴的吹扫的步骤6A和使用吹扫后的该处理气体喷嘴进行处理空间的吹扫的步骤6B即可。
在这种情况下，首先，在步骤6A中，从气体管路64B将Ar600sccm供给上述处理气体喷嘴16B，同时打开上述放气阀81B，吹扫该处理气体喷嘴16B内，吹扫残留在处理气体喷嘴中的处理气体。
接着，在步骤6B中，从上述吹扫管路55B将Ar500sccm，从上述气体管路64B将Ar气体500sccm，通过上述处理气体喷嘴16B供给上述处理空间A1，从上述开口部16A排出，由此吹扫上述处理空间A1，排出残留的第二处理气体。
在步骤6结束后，根据需要将处理返回步骤3，通过按照规定的次数反复进行步骤3～步骤6的工序，能够在被处理基板上进行规定厚度的成膜。在这种情况下，由于反复进行1分子或2～3分子程度的成膜，而进行利用被处理基板的表面反应的成膜，能够进行与现有的包括气相中的反应的CVD法相比，更高品质的成膜。
在此，在实施规定次数的步骤3～步骤6的反复的处理后，移至步骤7。
在步骤7中，使上述支承台13下降，再次成为图4所示状态。接着在步骤8中，将被处理基板搬出至具有步骤1中所用的、搬送被处理基板的搬送单元的、与上述基板处理装置10连接的真空搬送室，结束处理。
在上述基板处理方法中，使用构成为在处理容器内设置有反应容器的双重空间结构的基板处理装置，使原料气体流动的空间极小化，使原料气体的残留、吸附量极小。现有技术中在采用这种双重空间结构的情况下，在双重空间结构的内侧空间和外侧空间中产生压力差，特别是在反复进行气体的供给、排出的ALD法中，由该压力差产生气体流动，由此使得成膜不均匀等成为问题。
但是，通过采用本实施例的基板处理方法，能够抑制该双重空间结构间的压力差，奏效于抑制由压力差产生的成膜不均匀等的对成膜的影响。
即：通过采用该双重空间结构，减小上述处理空间A1的体积，使处理气体的供给、排出效率提高而提高生产性，同时可抑制由该双重空间结构引起的局部的压力差的影响，能够实施面内均匀性好的良好膜质的成膜。
其次，将在使用上述条件在被处理基板上进行成膜的情况下，表示改变供给上述外侧空间A2的压力调整气体的流量的情况的膜厚的面内均匀性的变化结果示于图8。
参照图8可看出，例如在压力调整气体的流量为0.2s1m的情况下，膜厚分布的面内均匀性为6.2％，与此相对，随着压力调整气体的流量的增大，即增大上述外侧空间A2的压力，随着上述处理空间A1与上述外侧空间A2的压力差减小，面内均匀性变得良好。
在这种情况下，在压力调整气体的流量为1slm的情况下，面内均匀性为5.3％，可知面内均匀性得到改善。当将压力调整气体的流量从1slm更加增大时，面内均匀性向恶化方向变化。这可认为是由于当增大压力调整气体的流量时，上述外侧空间A2的压力增大，导致该外侧空间A2与上述处理空间A1的压力差再次变大的缘故。因此，优选压力调整气体的流量或上述外侧空间A2的压力在适当的范围内使用，优选使上述处理空间A10的压力与上述外侧空间A20的压力实质上相同。
(实施例2)
此外，本发明不限于上述的实施例1，例如基板处理装置10的结构可以有各种变形和变更。
图9表示基板处理装置10的变形例。但是图9中与实施例1的图5对应，先前说明过的部分用相同的符号标示，省略说明。另外，特别是没有说明的部分，与实施例1的情况相同，基板处理方法能够用与实施例1同样的方法进行实施。
在本实施例的情况下，在上述导向环14和上述下部容器11B之间插入有例如大致圆筒状的电导调整环12C。
上述电导调整环12C与上述下部容器12B的开口部的端部连接。在上述下部容器12中形成有与上述支承台13(或上述导向环14)对应而形成的大致为圆形的开口部，上述电导调整环12C按照其大致圆筒形的一端与该开口部的端部连接的方式设置。
因此，与实施例1的情况相比，在上述导向环14和上述下部容器11B之间形成的、上述处理空间A1和上述外侧空间A2连通的空间的电导变小。由于这样，供给上述处理空间A1的原料气体被高效率地吸附在被处理基板上，能够缩短达到所谓饱和吸附的时间。在这种情况下，可抑制从上述处理空间A1向上述外侧空间A2流出的原料气体的量，原料气体的利用效率提高。
图10表示使用实施例1所示的基板处理装置和实施例2所示的基板处理装置，以同样的基板处理方法进行成膜的情况下的膜厚分布的面内均匀性。在这种情况下，横轴为图7所示的步骤3的时间(原料气体的供给时间)，纵轴为面内均匀性。实验结果在图中用实验EX1表示实施例1的情况的结果，用实验EX2表示实施例2的情况的结果。
参照图10可看出，在实验EX1的情况下，当缩短原料气体的供给时间时，特别是该供给时间在1秒以下时，面内均匀性显著恶化，实质上成膜困难。
另一方面，在实验EX2的情况下，即使在缩短原料气体的供给时间的情况下，也没有发现面内均匀性恶化，即使在原料气体的供给时间为0.5秒的情况下，也几乎看不到面内均匀性恶化的倾向。
这可认为是由于从上述处理空间A1向上述外侧空间A2流出的原料气体的量被抑制，高效率地利用原料气体，在短时间内达到饱和吸附的缘故。另外，也有可能存在供给上述外侧空间A2的压力调整气体流入上述处理空间A1的量被抑制的影响。
以上说明了本发明的优选实施例，但本发明不受上述特定实施例的限制，在权利要求范围所述的主旨内可作各种变形和变更。
产业上利用的可能性
根据本发明，在交互地供给多种处理气体的成膜中，控制在处理被处理基板的空间中的处理气体的流动，能够使形成的薄膜的膜厚均匀性良好。
本国际申请主张以2005年3月10日提出的日本国专利申请2005-067777号为优先权，在本国际申请中援用2005-067777号的全部内容。

Claims (11)

1.一种基板处理方法，其是基板处理装置的基板处理方法，其特征在于：
所述基板处理装置具有：
处理容器，其内部具有支承被处理基板并向该被处理基板上供给第一处理气体或第二处理气体的第一空间和在该第一空间周围形成的、与该第一空间连通的第二空间；
对所述第一空间进行排气的第一排气单元；和
对所述第二空间进行排气的第二排气单元，
所述基板处理方法具有：
将所述第一处理气体供给所述第一空间的第一工序；
从所述第一空间排出该第一处理气体的第二工序；
将所述第二处理气体供给所述第一空间的第三工序；和
从所述第一空间排出所述第二处理气体的第四工序，其中，
所述第二空间的压力由供给到该第二空间的压力调整气体进行调整。
2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于：
所述处理容器内设置有支承所述被处理基板的可动支承台，所述第一空间和所述第二空间通过设置于所述可动支承台的导向环与所述处理容器之间所形成的间隙而连通。
3.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于：
所述压力调整气体的流量为使得所述第一空间与所述第二空间的压力相同的流量。
4.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于：
所述第一处理气体包含调整所述第一空间的压力的其他的压力调整气体，该其他的压力调整气体的流量为使得所述第一空间与所述第二空间的压力相同的流量。
5.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于：
所述第一空间的压力通过与所述第一排气单元连接的可变电导进行控制。
6.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于：
所述第二空间的压力通过与所述第二排气单元连接的可变电导进行控制。
7.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于：
所述第一处理气体包含含有金属元素的原料气体，所述第二处理气体包含氧化该原料气体的氧化气体。
8.根据权利要求7所述的基板处理方法，其特征在于：
所述压力调整气体至少在所述第一工序中被供给所述第二空间。
9.一种基板处理装置，其特征在于，具有：
内部具有支承被处理基板的第一空间和在该第一空间周围形成的、与该第一空间连通的第二空间的处理容器；
将处理气体供给所述第一空间，夹着所述被处理基板而相对的一对处理气体供给单元；
对所述处理气体进行排气，夹着所述被处理基板而相对的一对处理气体排气单元；
将调整该第二空间的压力的压力调整气体供给所述第二空间的压力调整气体供给单元；和
对所述第二空间进行排气的压力调整气体排气单元。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于：
所述处理容器内设置有支承所述被处理基板的可动支承台，所述第一空间与所述第二空间通过设置于所述可动支承台的导向环与所述处理容器之间所形成的间隙而连通。
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于：
在所述间隙设置有调整该间隙的电导的电导调整环。
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