JP2010056470A

JP2010056470A - 成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP2010056470A
Application number: JP2008222728A
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Inventors: Hisashi Kato; 寿加藤; Manabu Honma; 学本間
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11
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Abstract

【課題】基板の表面に複数の反応ガスを順番に供給して積層された反応生成物の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等を提供する。
【解決手段】成膜装置は回転方向に沿って複数の基板Ｗを載置する回転テーブル２を備え、分離領域Ｄは各反応ガスが供給される第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、これらの処理領域Ｐ１、Ｐ２の間に設けられている。第１の排気路６３ａ及び第２の排気路６３ｂはこれらの処理領域Ｐ１、Ｐ２の雰囲気を互いに独立して排気するために各々第１の真空排気手段６４ａ、第２の真空排気手段６４ｂと接続されている。
【選択図】図９

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技術に関する。

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）等と呼ばれており（以下、ＡＬＤ方式と呼ぶ）、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式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。

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。

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。

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。

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。

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、ＡｓＨ_３ガスの供給口、Ｈ_２ガスの供給口、ＴＭＧガスの供給口及びＨ_２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Ｈ_２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。

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。
米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、図６（ｂ）特開２００１−２５４１８１号公報：図１、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鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の表面に複数の反応ガスを順番に供給して積層された反応生成物の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及び成膜方法を提供することにある。

本発明の成膜装置は、真空容器内の回転テーブル上に基板を載置し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この回転テーブル上の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設けられ、分離ガス供給手段から分離ガスを供給するための分離領域と、
前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、前記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、
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、
前記回転テーブルの回転中心から見て前記第１の処理領域とこの第１の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間にその排気口が位置する第１の排気路と、
前記回転テーブルの回転中心から見て前記第２の処理領域とこの第２の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間にその排気口が位置する第２の排気路と、
前記第１の排気路内及び前記第２の排気路内を互いに独立して排気するために当該第１の排気路及び前記第２の排気路に夫々接続された第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで前記第１の排気路の排気口及び第２の排気路の排気口は、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域から前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを排気するために、前記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。また前記第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段の後段には、当該第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段から排出される排出物を夫々独立して除害処理するための第１の除害装置及び第２の除害装置を設けることが望ましい。

このとき、処理領域よりも分離領域の方が圧力が高いことが好ましく、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とよい。さらに回転テーブルを加熱する加熱手段を備えていることが好ましく、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以上である場合が好適である。そして前記分離領域の天井面において、前記分離ガス供給手段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望ましく、この場合には前記分離領域の天井面において、前記分離ガス供給手段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、扇型に形成されているとよい。

次いで他の発明に係わる成膜方法は、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させる工程と、
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、
前記回転テーブルの回転中心から見て前記第１の処理領域とこの第１の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間に開口した第１の排気路の排気口、及び前記回転テーブルの回転中心から見て前記第２の処理領域とこの第２の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間に開口した第２の排気路の排気口から、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にあたり、当該第１の処理領域及び第２の処理領域からこれらのガスを互いに独立して排気する工程と、
前記第１の排気路内及び前記第２の排気路内を夫々第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段により互いに独立して排気する工程と、を含むことを特徴とする。

このとき第１の処理領域及び第２の処理領域から互いに独立して前記分離ガスと共に反応ガスを排気する工程は、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域の各雰囲気を前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して、前記回転テーブルの下方側に設けられた第１の排気路の排気口及び第２の排気路の排気口から排気する工程であることが好ましい。また、前記第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段から排出される排出物を夫々第１の除害装置及び第２の除害装置により独立して除害処理する工程を含んでいることが望ましい。

本発明によれば、回転テーブルを備えた真空容器内に、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の処理領域とを回転方向に離間して形成しかつこれらの間に分離ガス供給手段から分離ガスを供給するための分離領域を介在させると共に、回転方向に沿って複数の基板を配置した回転テーブルを回転させて、第１の反応ガス及び第２の反応ガスによる反応生成物の層を積層して薄膜化するようにしている。そしてこのようなプロセスを行うにあたって、前記回転テーブルの回転中心から見て前記第１の処理領域とこの第１の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間にその排気口が位置する第１の排気路と、前記回転テーブルの回転中心から見て前記第２の処理領域とこの第２の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間にその排気口が位置する第２の排気路との各排気口を通じて真空排気を行うと共にその排気系統（排気路、圧力制御機器及び真空排気手段）を互いに独立化しているので、第１の反応ガスと第２の反応ガスとが排気系統の中で混じるおそれがなく、このため排気系統にて反応生成物が生じるおそれがないか極めて少ない。

また分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、前記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を設けることで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、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から回転テーブルの周縁に向けて分離ガスを吐出している。この結果、当該中心部領域を介して互いに異なる反応ガス同士が交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と共に、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。

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はこの容器本体１２の上面に設けられた封止部材、例えばＯリング１３を介して内部の減圧状態により容器本体１２側に押し付けられ気密状態を維持している。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ようになっている。

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Ｗ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Ｗの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハＷを凹部２４に落とし込むと、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うことになる。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Ｗ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Ｗ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、加工精度等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Ｗの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。

凹部２４はウエハ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Ｗの周縁をガイドするガイド部材をウエハＷ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側に静電チャック等のチャック機構を持たせてウエハＷを吸着する場合には、その吸着によりウエハＷが載置される領域が基板載置領域となる。

図２及び図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供給ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａは当該側壁を貫通している。

これら反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２は、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供給ポート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Ｏ_３（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Ｎ_２ガス（窒素ガス）のガス供給源（図示せず）に接続されている。また、各反応ガスノズル３１、３２はＮ_２ガスのガス供給源にも接続されており、成膜装置の運転開始時に圧力調節用のガスとして各処理領域Ｐ１、Ｐ２にＮ_２ガスを供給することができるようになっている。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ガス吐出孔３３がノズルの長さ方向に間隔をお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お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Ｗに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びＯ_３ガスをウエハＷ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との雰囲気を分離する分離領域Ｄを形成するためにＮ_２ガスを供給する分離ガス供給手段に相当し、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との間への第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Ｏ_３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Ｎ_２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Ｏ_３ガス及びＢＴＢＡＳガスが凸状部４内で交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Ｗ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、図５、図７に示すように回転テーブル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は図５に示すように凸状部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、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等により固定する構成等であってもよい。

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。また第１の反応ガスノズル３１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、回転中心から例えば１４０ｍｍ離れた後述の突出部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Ｗ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（ｂ）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等に応じて、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の表面との間の高さｈを例えば実験等に基づいて設定することになる。なお分離ガスとしては、Ｎ_２ガスに限られずＡｒガス等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等であってもよく、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、前記回転テーブル２の外端面と屈曲部４６の内周面、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２の内周面との間には僅かに隙間がある。そこでこの屈曲部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の外端面との隙間は、例えば回転テーブル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。即ち、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となっている。この窪んだ部位における、回転テーブル２の周縁と容器本体１２の内周壁との隙間は、各々第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に連通していて、各処理領域Ｐ１、Ｐ２に供給された反応ガスを排気できるようになっている。これらの隙間を夫々第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２と呼ぶことにすると、第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部、即ち回転テーブル２の下方側には、図１及び図３に示すように、夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。

これらの排気口６１、６２は、分離領域Ｄの分離作用が確実に働くように、例えば図９に示すように平面で見たときに前記分離領域Ｄ（凸状部４）の前記回転方向両側に設けられ、各々の反応ガス（ＢＴＢＡＳガス及びＯ_３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６２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。

言い替えると、図３に示すように回転テーブル２の回転中心から見て第１の処理領域Ｐ１とこの領域Ｐ１に対して例えば回転テーブル２の回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄ（図３では分離ガスノズル４２の設けられている凸状部４に覆われている領域に相当する）との間に第１の排気路６３ａの排気口６１は位置している。即ち、図３中に一点鎖線で示した回転テーブル２の中心と第１の処理領域Ｐ１とを通る直線Ｌ１と、回転テーブル２の中心と前期第１の処理領域Ｐ１の下流側に隣接する分離領域Ｄの上流側の縁を通る直線Ｌ２との間に位置している。また第２の排気路６３ｂの排気口６２については、前述の回転中心から見て第２の処理領域Ｐ１とこの領域Ｐ２に対して例えば回転テーブル２の回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄ（図３では分離ガスノズル４１の設けられている凸状部４に覆われている領域に相当する）との間に位置していることになる。即ち、図３中に二点鎖線で示した回転テーブル２の中心と第２の処理領域Ｐ２とを通る直線Ｌ３と、回転テーブル２の中心と前期第２の処理領域Ｐ２の下流側に隣接する分離領域Ｄの上流側の縁を通る直線Ｌ４との間に位置している。

ただし、これら第１、第２の排気口６１、６２を設ける位置は、真空容器１の底面部に限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。そして真空容器１の側壁に排気口６１、６２を設ける場合には、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。

図１に示すように第１の排気口６１は、第１の排気路６３ａを介して例えばメカニカルブースタポンプとドライポンプとを連設して構成された真空ポンプ６４ａに接続されており、これら排気口６１と真空ポンプ６４ａとの間には第１の圧力調節手段６５ａが介設されている。第１の圧力調節手段６５ａは、例えばバタフライバルブなどからなる圧力調節弁と、この圧力調節弁を開閉するモーターと、このモーターの動作を制御する現場型のコントローラとから構成されており（いずれも不図示）、当該圧力調節手段６５ａの上流側の排気路６３ａに設けられた圧力計６６ａの検出結果に基づいて圧力調節を行うＡＰＣ（Auto Pressure Controller）として構成されている。ここで真空ポンプ６４ａは第１の真空排気手段に相当し、以下、第１の排気路６３ａ、第１の圧力調節手段６５ａ、真空ポンプ６４ａをまとめて第１の排気系統という。

前記圧力計６６ａは、排気路６３ａの上流側の真空容器１内における第１の処理領域Ｐ１の圧力を計測する役割を果たし、この圧力計６６ａの検出結果に基づいて圧力の調節を行うことにより、前記第１の圧力調節手段６５ａは第１の処理領域Ｐ１を一定の圧力雰囲気に保つ役割を有している。

また、既述の第２の排気口６２についても同様に、第２の排気路６３ｂを介して第２の真空排気手段である真空ポンプ６４ｂに接続され、これら排気口６２と真空ポンプ６４ｂとの間には、真空容器１内の第２の処理領域Ｐ２を一定の圧力雰囲気に保つための第２の圧力調節手段６５ｂが介設されていて、既述の第１の排気路６３ａとは独立して排気を行うことができるようになっている。そして第２の圧力調節手段６５ｂについても、当該調節手段６５ｂの上流側の排気路６３ｂに設けられた圧力計６６ｂによる検出結果に基づいて圧力の調節を行う例えば現場型のＡＰＣとして構成されている。以下、これら第２の排気路６３ｂ、第２の圧力調節手段６５ｂ及び真空ポンプ６４ｂをまとめて第２の排気系統という。また、夫々の真空ポンプ６４ａ、６４ｂの下流側には各排気系統から排出される排出物を夫々独立して除害処理するための第１、第２の除害装置（いずれも不図示）が接続されている。

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が設けられており、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷをプロセスレシピで決められた温度に加熱するように構成されている。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Ｅ１、Ｅ２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Ｎ_２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Ｎ_２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Ｅ１、Ｅ２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へのＢＴＢＡＳガスあるいはＯ_３ガスの回り込みが防止されるため、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Ｎ_２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Ｏ_３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１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との間でウエハＷ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Ｗ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。

また図１、図３に示すように、この実施の形態の成膜装置に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。

ここで図１に示すように制御部１００は、既述の第１の圧力調節手段６５ａ及び第２の圧力調節手段６５ｂと接続されており、例えばオペレータによる不図示の操作端末からの入力や予めメモリ内に設定された情報に基づいて、各圧力調節手段６５ａ、６５ｂのコントローラの圧力設定値を設定できるようになっている。また各圧力計６６ａ、６６ｂの検出結果は制御部１００にも出力されるようになっている。

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６４ａ、６４ｂを稼動させ、第１、第２の圧力調節手段６５ａ、６５ｂの圧力調節弁を全開として各処理領域Ｐ１、Ｐ２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はこの回転テーブル２に載置されることで加熱される。

このウエハＷの加熱動作と並行して、真空容器１内に成膜開始後に供給される反応ガス、分離ガス並びにパージガスと等量のＮ_２ガスを供給して、真空容器１内の圧力調節を行う。例えば第１の反応ガスノズルからは１００ｓｃｃｍ、第２の反応ガスノズル３２からは１０，０００ｓｃｃｍ、各分離ガスノズル４１、４２からは各々２０，０００ｓｃｃｍ、分離ガス供給管５１からは５，０００ｓｃｃｍといった量のＮ_２ガスを真空容器１内に供給し、各処理領域Ｐ１、Ｐ２内の圧力が既述の圧力設定値、例えば１,０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）となるように、第１、第２の圧力調節手段６５ａ、６５ｂにて圧力調節弁の開閉動作を行う。なお、このとき各パージガス供給管７２、７３からも所定量のＮ_２ガスが供給される。

次いで、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、第１、第２の処理領域Ｐ１、Ｐ２の圧力が各々設定圧力になったことを確認したら、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２より供給するガスを夫々ＢＴＢＡＳガス及びＯ_３ガスに切り替え、ウエハＷへの成膜動作を開始する。この時、真空容器１内に供給されるガスの総流量が急激に変化しないように各反応ガスノズル３１、３２におけるガスの切り替えはゆっくりと行うとよい。

そして、ウエハＷは回転テーブル２の回転により、第１の処理領域Ｐ１と第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Ｏ_３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Ｎ_２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Ｎ_２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１０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Ｏ_３ガスは、その上流側から流れてきたＮ_２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Ｅ２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Ｏ_３ガスは、中心部領域Ｃから吐出されるＮ_２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Ｏ_３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Ｎ_２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Ｎ_２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間の排気領域Ｅ２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Ｎ_２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Ｅ１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Ｏ_３ガスの侵入を阻止するが、ウエハＷ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Ｏ_３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Ｏ_３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Ｏ_３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Ｏ_３ガスが雰囲気中においてもウエハＷ上においても交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Ｎ_２ガスによりパージしているため、排気領域Ｅ１、Ｅ２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Ｏ_３ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。

このように第１、第２の処理領域Ｐ１、Ｐ２には、各排気領域Ｅ１、Ｅ２を介して専用の排気路６３ａ、６３ｂに接続されていることから、第１の処理領域Ｐ１及び第１の排気領域Ｅ１に流れ込んだ各種のガスは第１の排気路６３ａより排気され、第２の処理領域Ｐ２及び第１の排気領域Ｅ１に流れ込んだ各種のガスは第２の排気路６３ｂより排気される。このため、一方側の処理領域Ｐ１、Ｐ２に供給された反応ガスは、他方側の処理領域Ｐ２、Ｐ１に供給された反応ガスと交じり合うことなく真空容器１外へと排気することができる。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には例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、プロセス圧力は例えば１，０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は例えば３５０℃、ＢＴＢＡＳガス及びＯ_３ガスの流量は例えば夫々１００ｓｃｃｍ及び１０，０００ｓｃｃｍ、分離ガスノズル４１、４２からのＮ_２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Ｎ_２ガスの流量は例えば５，０００ｓｃｃｍ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Ｗ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。

上述の実施の形態によれば以下の効果がある。回転テーブル２を備えた真空容器１内に、第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳが供給される第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスであるＯ_３ガスが供給される第２の処理領域Ｐ２とを回転方向に離間して形成しかつこれらの間に分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給するための分離領域Ｄを介在させると共に、回転方向に沿って複数のウエハＷを配置した前記回転テーブル２を回転させて、ＢＴＢＡＳ及び第２のＯ_３ガスによる反応生成物である酸化シリコンの層を積層して薄膜化するようにしている。そしてこのようなプロセスを行うにあたって、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に夫々対応した位置に設けられた第１の排気路６３ａ及び第２の排気路６３ｂの各排気口６１、６２を通じて真空排気を行うと共にその排気系統（排気路６３ａ、６３ｂ、圧力調節手段６５ａ、６５ｂ及び真空ポンプ６４ａ、６４）を互いに独立化しているので、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスとが排気系統の中で混じるおそれがなく、このため排気系統にて反応生成物が生じるおそれがないか極めて少ない。

そして分離ガスノズル４１、４２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に各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２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間を介して排気されるようにすれば、互いに異なる反応ガス同士が交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と共に、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。

また本成膜装置は、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、背景技術にて説明した枚葉式の成膜装置を用いる場合と比較して、反応ガスをパージする時間が不要となり、高いスループットで成膜処理を行うことができる。

ここで真空容器１に設ける排気系統は２系統に限定されるものではなく、例えば図１１の成膜装置に示すように回転テーブル２上の凸状部４を追加して第３の処理領域Ｐ３を設け、当該処理領域Ｐ３に３つめの排気系統（排気路６３ｃ、第３の圧力調節手段６５ｃ、真空ポンプ６４ｃ）を接続してもよい。なお図１０において３１０は第３の反応ガスノズル、４１０は分離ガスノズル、６０は排気口である。
また、各処理領域Ｐ１、Ｐ２に接続する排気系統の数についても１系統とする場合に限られず、１つの処理領域Ｐ１、Ｐ２に２系統以上の排気系統を接続してもよい。

更にまた排気系統の運用方法は、上述の実施の形態中に示したように各排気系統にて対応する処理領域Ｐ１、Ｐ２の圧力調節を行う場合に限定されない。例えば各排気系統に流量計を設け、各処理領域からの排気量が予め決めた値となるように、排気路６３ａ、６３ｂに設けたバルブの開度を調節してもよい。圧力調節や排気量調節を行う手段についてもバルブの開閉による場合に限定されるものではなく、例えば真空ポンプ６４ａ、６４ｂのメカニカルブースタポンプの回転数を変えることにより、圧力や排気量を調節するようにしてもよい。

本実施の形態に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[ヘキサジクロロシラン]、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。

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１２（ａ）、図１２（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。なお、図１２（ａ）においては図示の便宜上、凹部２４の記載を省略してある。

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１３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１４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、これらのガスは反応ガスノズル３１（３２）と分離ガスノズル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１５に示すように構成してもよい。図１５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Ｏ_３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にモーター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１５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Ｏ_３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１５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。

以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図１６に示しておく。図１６中、１０１は例えば２５枚のウエハＷ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Ｗ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Ｗ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’線縦断面図である。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。上記の成膜装置における分離領域の縦断面図である。上記の成膜装置の反応ガスノズルを示す斜視図である。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。上記の成膜装置に排気系統が設けられた様子を示す横断平面図である。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。上記の成膜装置の変形例を示す横断平面図である。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

Ｗウエハ
１真空容器
２回転テーブル
４凸状部
３１第１の反応ガスノズル
３２第２の反応ガスノズル
３３ガス吐出孔
４１、４２分離ガスノズル
６３ａ第１の排気路
６３ｂ第２の排気路
６４ａ、６４ｂ
真空ポンプ
６５ａ第１の圧力調節手段
６５ｂ第２の圧力調節手段

Claims

真空容器内の回転テーブル上に基板を載置し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この回転テーブル上の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設けられ、分離ガス供給手段から分離ガスを供給するための分離領域と、
前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、前記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、
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、
前記回転テーブルの回転中心から見て前記第１の処理領域とこの第１の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間にその排気口が位置する第１の排気路と、
前記回転テーブルの回転中心から見て前記第２の処理領域とこの第２の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間にその排気口が位置する第２の排気路と、
前記第１の排気路内及び前記第２の排気路内を互いに独立して排気するために当該第１の排気路及び前記第２の排気路に夫々接続された第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記第１の排気路の排気口及び第２の排気路の排気口は、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域から前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを排気するために、前記回転テーブルの下方側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段の後段には、当該第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段から排出される排出物を夫々独立して除害処理するための第１の除害装置及び第２の除害装置が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
処理領域よりも分離領域の方が圧力が高い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。
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。
前記回転テーブルを加熱する加熱手段を備えた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。
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以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記分離領域の天井面において、前記分離ガス供給手段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を特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記分離領域の天井面において、前記分離ガス供給手段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、扇型に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
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させる工程と、
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、
前記回転テーブルの回転中心から見て前記第１の処理領域とこの第１の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間に開口した第１の排気路の排気口、及び前記回転テーブルの回転中心から見て前記第２の処理領域とこの第２の処理領域に対して回転方向下流側に隣接する分離領域との間に開口した第２の排気路の排気口から、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にあたり、当該第１の処理領域及び第２の処理領域からこれらのガスを互いに独立して排気する工程と、
前記第１の排気路内及び前記第２の排気路内を夫々第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段により互いに独立して排気する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
第１の処理領域及び第２の処理領域から互いに独立して前記分離ガスと共に反応ガスを排気する工程は、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域の各雰囲気を前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して、前記回転テーブルの下方側に設けられた第１の排気路の排気口及び第２の排気路の排気口から排気する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
前記第１の真空排気手段及び第２の真空排気手段から排出される排出物を夫々第１の除害装置及び第２の除害装置により独立して除害処理する工程を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の成膜方法。