JP2010059494A - 成膜装置、成膜方法、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶するコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の温度の昇降を効率化することが可能な成膜装置、成膜方法を提供する。
【解決手段】開示される成膜装置は、基板を放射加熱する加熱部７と、成膜装置の容器内に回転可能に設けたサセプタ２と、サセプタ２の一の面に設けた基板載置領域２４と、一の面に第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給部３１と、第１反応ガス供給部３１と離間し、一の面に第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給部３２と、第１反応ガスが供給される第１処理領域Ｐ１と第２反応ガスが供給される第２処理領域Ｐ２との間に位置する分離領域Ｄと、容器の中央に位置し、一の面に沿って第１分離ガスを吐出する吐出孔を有する中央領域Ｃと、排気口６２とを備える。分離領域Ｄは、第２分離ガスを供給する分離ガス供給部４１と、第２分離ガスが回転方向に対し両方向に流れる狭隘な空間をサセプタ２上に形成する天井面とを含む。
【選択図】図２

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、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶するコンピュータ可読記憶媒体に関する。

半導体製造プロセスにおける成膜技術として、いわゆる原子層堆積（ＡＬＤ）または分子層堆積（ＭＬＤ）が知られている。このような成膜技術においては、真空下で第１の反応ガスが半導体ウエハ（以下、ウエハ）の表面に吸着し、次いで、そのウエハの表面に第２の反応ガスが吸着して、そのウエハの表面上での第１および第２の反応ガスの反応を通して一又は２以上の原子層または分子層が形成される。そして、そのようなガスの交互吸着と反応が複数回繰り返されてウエハ上に膜が堆積される。この技術は、ガスの交互供給の回数によって膜厚を高い精度で制御できる点、堆積膜がウエハ上で優れた均一性を有する点で有利である。したがって、この堆積方法は、半導体デバイスの更なる微細化に対処することができる成膜技術として有望と考えられている。

このような成膜方法を実施する成膜装置として、真空容器と、複数枚の基板を回転方向に沿って保持するサセプタとを有する成膜装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１は、複数のウエハを支持し水平回転することができるウエハ支持部材（サセプタ）と、ウエハ支持部材の回転方向に沿って等角度間隔で配置されるとともにウエハ支持部材の半径方向に延び、ウエハ支持部材に対向する第１および第２のガス出口ノズルと、第１および第２のガス吐出ノズルの間に配置されるパージノズルとを有する処理チャンバを開示している。また、真空排気装置が、ウエハ支持部材の外端と処理チャンバとの間のある部位に接続されている。このように構成された処理チャンバによれば、パージガスノズルがガスカーテンを形成し、第１の反応ガスと第２の反応ガスが混合するのを妨げている。
特開２００１−２５４１８１号公報

ところで、上述のような回転可能なサセプタを用いるＭＬＤ（ＡＬＤ）装置は、所謂コールドウォール型のチャンバを有しており、サセプタを加熱することにより、サセプタ上に載置されるウエハが加熱される。このようなサセプタは、カーボンやＳｉＣといった材料で作製される。これは、これらの材料が、比較的安価であり、比較的純度が高く、加工が容易であるためである。また、ＳｉＣ（又は表面がＳｉＣコートされたカーボン）は、出ガスも少ないといった利点も有している。

これらの材料で作製されたサセプタは、比較的大きい熱容量を有することができるため、一旦加熱されると冷めにくく温度を安定に維持することができるものの、所定の温度に加熱するまでに長い時間と大きな電力を要する。また、冷却すべきときにも長い時間を要し、チャンバ内での処理が終了したウエハをチャンバから取り出す際に、ウエハを取り出し可能な程度まで冷やす場合には、冷却時間がかかり、スループットが低下する一因となっている。

本発明は、このような事情に照らしてなされ、その目的は、基板の温度の昇降を効率化することが可能な成膜装置、成膜方法、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶するコンピュータ可読記憶媒体を提供することを目的とする。

上記の目的を実現するため、本発明の第１の態様は、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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜装置を提供する。この成膜装置は、基板を放射加熱するよう構成される加熱部と、成膜装置の容器内に回転可能に設けられるサセプタと、サセプタの一の面に設けられ、基板が載置される基板載置領域と、一の面に第１の反応ガスを供給するよう構成される第１の反応ガス供給部と、サセプタの回転方向に沿って第１の反応ガス供給部から離れた、一の面に第２の反応ガスを供給するよう構成される第２の反応ガス供給部と、回転方向に沿って、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の処理領域との間に位置し、第１の処理領域と第２の処理領域とを分離する分離領域と、第１の処理領域と第２の処理領域とを分離するために、容器のほぼ中央に位置し、一の面に沿って第１の分離ガスを吐出する吐出孔を有する中央領域と、容器内を排気するために容器に設けられた排気口と、を備えている。分離領域は、第２の分離ガスを供給する分離ガス供給部と、第２の分離ガスが回転方向に対し分離領域から処理領域側へ流れることができる狭隘な空間を、回転テーブルの一の面に対して形成する天井面と、を含む。

本発明の第２の態様は、第１の態様の成膜装置であって、基板載置領域が加熱部からの放射を透過することができる成膜装置を提供する。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の成膜装置であって、サセプタにおいて、一の面における基板載置領域を除く領域と、一の面と反対の面における基板載置領域に面しない領域との一方または双方が粗面化されている成膜装置を提供する。

本発明の第４の態様は、第３の態様の成膜装置であって、粗面化がサンドブラストによりなされる成膜装置を提供する。

本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様の成膜装置であって、基板載置領域に載置される基板の温度を測定する放射温度計を更に備える成膜装置を提供する。

本発明の第６の態様は、第１から第５のいずれかの態様の成膜装置であって、基板載置領域が一の面に形成された凹部であり、当該凹部に載置されるウエハの表面と当該凹部の周囲の表面との間の高さの差が５ｍｍ以下である成膜装置を提供する。

本発明の第７の態様は、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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜方法を提供する。この成膜方法は、成膜装置の容器内に回転可能に設けられ、一の面に基板載置領域を有するサセプタに基板を載置するステップと、基板が載置されたサセプタを回転するステップと、基板を放射加熱するステップと、第１の反応ガス供給部から一の面に第１の反応ガスを供給するステップと、サセプタの回転方向に沿って第１の反応ガス供給部から離れた第２の反応ガス供給部から一の面に第２の反応ガスを供給するステップと、第１の反応ガス供給部から第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガス供給部から第１の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置する分離領域に設けられた分離ガス供給部から、第１の分離ガスを供給し、分離領域の天井面と回転テーブルとの間に形成される狭隘な空間において回転方向に対し分離領域から処理領域側に前記第１の分離ガスを流すステップと、容器の中央部に位置する中央部領域に形成される吐出孔から第２の分離ガスを供給するステップと、容器内を排気するステップと、を備える。ただし、上記のステップは必ずしも記載の順に行わなければならないというものではない。例えば、第１の反応ガスを供給するステップが第２の反応ガスを供給するステップの後でも良いし、これら２つのステップを同時に開始しても良い。また、基板を加熱するステップとサセプタを回転するステップも、どちらかを始めに開始して良いし、同時に開始しても良い。

本発明の第８の態様は、第７の態様の成膜方法であって、基板載置領域が加熱部からの放射を透過することができる成膜方法を提供する。

本発明の第９の態様は、第７又は第８の態様の成膜方法であって、サセプタにおいて、一の面における基板載置領域を除く領域と、一の面と反対の面における基板載置領域に面しない領域との一方または双方が粗面化されている成膜方法を提供する。

本発明の第１０の態様は、第９の態様の成膜方法であって、粗面化がサンドブラストによりなされる成膜方法を提供する。

本発明の第１１の態様は、第７から第１０のいずれかの態様の成膜方法は、基板載置領域に載置される基板の温度を放射温度計により測定する工程を更に含む成膜方法を提供する。

本発明の第１２の態様は、第７から第１１のいずれかの態様の成膜方法であって、基板載置領域が一の面に形成された凹部であり、当該凹部に載置されるウエハの表面と当該凹部の周囲の表面との間の高さの差が５ｍｍ以下である成膜方法を提供する。

本発明の第１３の態様は、第１から第６のいずれかの態様の成膜装置に、第７から第１２のいずれかの態様の成膜方法を実施させるプログラムを提供する。

本発明の第１４の態様は、第１から第６のいずれかの態様の成膜装置に、第７から第１２のいずれかの態様の成膜方法を実施させるプログラムを格納するコンピュータ可読記憶媒体を提供する。

本発明の実施形態によれば、基板の温度の昇降を効率化することが可能な成膜装置、成膜方法、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶するコンピュータ可読記憶媒体が提供される。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による実施形態を説明する。添付図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による成膜装置の断面図である。図示のとおり、この成膜装置は、扁平な円筒形状を有する真空容器１と、この真空容器１内に配置され回転可能なサセプタ２とを含む。真空容器１は、容器本体１２と、容器本体１２から取り外し可能な天井板１１とを有している。天井板１１は、真空容器１内を真空排気できるように、たとえばＯリングなどのシール部材１３を介して容器本体１２上に配置される一方で、真空容器１２から取り外すべきときには、駆動機構（図示せず）により持ち上げられる。

また、容器本体１２の底部１４には、中央付近で環状に２段状に隆起する隆起部１４ａと、扁平な円筒形状を有するカバー部材７１とが設けられている。隆起部１４ａと、カバー部材７１と、これらの上方に所定の間隔をおいて配置されるサセプタ２とで囲まれる空間は、ヒータ格納部として利用され、図示のとおりヒータ７が格納されている。ヒータ７は、例えば、石英管の中に電熱線が封入された環状ヒータエレメントで構成してよい。電熱線は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、並びにモリブデン、タングステンおよびタンタルなどの金属で作製することができる。また、電熱線は石英管中に真空封入されて良く、また、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスやＮ_２ガスの雰囲気中に封入されても良い。さらに、電熱線が石英管中に挿入され、石英管内がヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスやＮ_２ガスでパージされるようにしても良い。

図示の例では、ヒータ７は、ほぼ同心円状に配列される８本の環状ヒータエレメントから構成されている。また、環状ヒータエレメントは、容器本体１２の底部１４に形成された貫通孔（図示せず）を通して配置された電流導入端子（図示せず）を介して電源装置に電気的に接続されている。また、この場合、電流導入端子が環状ヒータエレメントを支持する支持部として機能することも可能である。そして、最外側の環状ヒータエレメントと最外側から２番目の環状エレメントとが互いに直列または並列に接続されてアウターヒータが構成されている。また、最外側から３番目の環状ヒータエレメントから第６番目の環状ヒータエレメントは、互いに直列または並列に接続されてセンターヒータが構成されている。さらに、最内側の環状ヒータエレメントとその外側の環状ヒータエレメントとが互いに直列または並列に接続されてインナーヒータが構成されている。アウターヒータ、センターヒータ、およびアウターヒータは、別個の電源装置から電力を供給して良く、また、共通の電源装置から電力を供給しても良い。

ヒータ７の上方に配置されるサセプタ２は、本実施形態においては約２０ｍｍの厚さを有する石英板で作製され、約９８０ｍｍの直径を有する円板形状に形成されている。また、サセプタ２は、中央に円形の開口部を有しており、開口部の周りで円筒形状のコア部２１により上下から挟まれて保持されている。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は容器本体１２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（本例では時計回りに）回転させる駆動部２３に取り付けられている。この構成により、サセプタ２はその中心を軸に回転することができる。なお、駆動部２３は、有底の筒状のケース体２０内に収納されている。ケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分２０ａを介して真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、これにより、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離されている。

図２および３に示すように、サセプタ２の上面に、それぞれウエハＷを収容する複数（図示の例では５つ）の円形凹部２４が形成されている。ただし、図３では１枚のウエハＷのみを示している。凹部２４は、サセプタ２に等間隔で配置されている。

本実施形態におけるサセプタ２においては、凹部２４の底は透明であり、図２に示すとおり、凹部２４を通して、サセプタ２の下方に配置されるヒータ７を見ることができる。これにより、ヒータ７から放射される光や熱（赤外線等）は、サセプタ２における凹部２４の下の部分を透過してウエハに照射される。このため、ウエハＷは、主としてヒータ７からの放射光により加熱される。一方、サセプタ２の凹部２４以外の部分は粗面化されて不透明になっている。この部分は、例えば、サンドブラスト処理、砥石等を用いる機械的研削、または所定のエッチング液を用いたエッチングにより粗面化することができる。これにより、ヒータ７からの放射光は、不透明部分で吸収、散乱、反射され、天板１１と後述する凸状部４とが過剰に加熱されることが防止される。なお、凹部２４以外の粗面化される面は、サセプタ２の凹部２４のある面と同一の面であってもよく、凹部２４のある面と反対の面であってもよく、両面であっても構わない。ただし、凹部２４のある面には反応ガスが吸着して薄膜が堆積する場合があるため、その面を粗面化すると、堆積した薄膜が剥離してパーティクルが発生しやすくなる可能性がある。このため、凹部２４のある面と逆の面が粗面化されると好ましい。また、他の実施形態では、凹部２４以外の部分も透明であってもよい。

なお、ウエハが載置される凹部２４の裏面は、典型的には平坦でよいが、ヒータ７からの放射に対する透明性を損なわない範囲で凹凸があってもよい。たとえば、凹部２４の裏面を加工して複数の凸レンズ（又はマイクロレンズ）を形成してよい。これにより、ヒータ７からの放射光を分散させ、凹部２４に載置されるウエハを均一に加熱することが可能となる。

さらに、凹部２４の底の透明度に分布を設けてもよい。ヒータ７からの放射光の透過度が例えば凹部２４の中央で高く周縁部で低くなるように、例えば、凹部２４の底の研磨度を変化させることができる。

図４（ａ）は、第１の反応ガスノズル３１から第２の反応ガスノズル３２まで延びる円弧に沿った投影断面図である。図４（ａ）に示すように、凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに大きい、たとえば、４ｍｍ大きい直径と、ウエハＷの厚さに等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に載置されたとき、ウエハＷの表面は、サセプタ２の凹部２４を除く領域の表面と同じ高さにある。仮に、ウエハＷとその領域との間に比較的大きい段差があると、その段差によりガスの流れに乱れが生じ、ウエハＷ上での膜厚均一性が影響を受ける。このため、２つの表面が同じ高さにある。「同じ高さ」は、ここでは高さの差が約５ｍｍ以下であることを意味するが、その差は、加工精度が許す範囲でできるだけゼロに近くすべきである。また、凹部２４の底には、３つの貫通孔（図示せず）が形成されており、これらを通して３つの昇降ピン（図８参照）が昇降する。昇降ピンは、ウエハＷの裏面を支え、ウエハＷを昇降させる。

凹部２４は、ウエハを位置決めしてウエハＷがサセプタ２の回転により生じる遠心力により飛び出すのを防止するウエハＷの収容領域である。しかし、ウエハＷの収容領域は、凹部２４に限定されることなく、サセプタ２上に所定の角度間隔で配置されウエハＷの端部を保持するガイド部材によって実行することもできる。たとえば、ウエハＷの収容領域は、静電チャックによって実行してもよい。

再び図１を参照すると、容器本体１２の底部１４には、底部１４の上面（真空容器１の底面）に対して所定の角度で傾斜して延びる貫通孔１４ｂと、貫通孔１４ｂの下に貫通孔１４ｂとほぼ同一の角度で傾斜して取り付けられた導入ポート１４ｃとが設けられている。この角度は、導入ポート１４ｃからサセプタ２の凹部２４に載置されたウエハＷの裏面を見ることができるように調整されている。導入ポート１４ｃ、貫通孔１４ｂ、およびサセプタ２を通して、放射温度計８０によりウエハＷの温度が測定される。

図２および３を参照すると、サセプタ２の上方に第１の反応ガスノズル３１、第２の反応ガスノズル３２、および分離ガスノズル４１，４２が配置されている。これらのノズル３１，３２，４１，４２は、所定の角度間隔で配置されるとともに半径方向に延在している。この構成により、凹部２４は、ノズル３１，３２，４１，および４２の下を通過することができる。なお、図示の例では、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、および分離ガスノズル４２がこの順に時計回りに配置されている。これらのガスノズル３１，３２，４１，４２は、容器本体１２の周壁部を貫通し、端部（ガス導入ポート３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ）を容器本体１２の外周壁に取り付けることにより、支持されている。ガスノズル３１，３２，４１，４２は、図示の例では、容器１の周壁部から容器１内へ導入されているが、環状の突出部５（後述）から導入しても良い。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、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、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）を接続することができる。

図示していないが、反応ガスノズル３１は、第１の反応ガスであるビスターシャルブチルアモノシラン（ＢＴＢＡＳ）のガス供給源に接続され、反応ガスノズル３２は、第２の反応ガスであるオゾン（Ｏ_３）のガス供給源に接続されている。

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。本実施形態においては、吐出孔３３は、約０．５ｍｍの口径を有し、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。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の反応ガス供給部である。また、反応ガスノズル３１の下方領域はＢＴＢＡＳガスをウエハに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、反応ガスノズル３２の下方領域はＯ_３ガスをウエハに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２である。

一方、分離ガスノズル４１，４２は、チッ素ガス（Ｎ_２）のガス供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０を有している。吐出孔４０は、長さ方向に所定の間隔で配置されている。本実施形態においては、吐出孔４０は、約０．５ｍｍの口径を有し、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。

分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するよう構成される分離領域Ｄに設けられている。各分離領域Ｄにおいては、真空容器１の天板１１に、図２〜図４に示すように、凸状部４が設けられている。凸状部４は、扇形の上面形状を有しており、その頂部は容器１の中心に位置し、円弧は容器本体１２の内周壁の近傍に沿って位置している。また、凸状部４は、凸状部４が二分割されるように半径方向に伸びる溝部４３を有している。溝部４３には分離ガスノズル４１（４２）が収容されている。分離ガスノズル４１（４２）の中心軸と扇形の凸状部４の一方の辺との間の距離は、分離ガスノズル４１（４２）の中心軸と扇形の凸状部４の他方の辺との間の距離とほぼ等しい。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るが、他の実施形態においては、例えば、凸状部４におけるサセプタ２の回転方向上流側が広くなるように、溝図４３を形成しても良い。

上記の構成によれば、図４（ａ）に示すように、分離ガスノズル４１（４２）の両側には平坦な低い天井面４４（第１の天井面）があり、低い天井面４４の両側方には高い天井面４５（第２の天井面）がある。凸状部４（天井面４４）は、第１および第２の反応ガスが凸状部４とサセプタ２との間に侵入するのを阻止して混合するの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。

図４（ｂ）を参照すると、サセプタ２の回転方向に沿って反応ガスノズル３２から凸状部４に向かって流れるＯ_３ガスが当該空間へ侵入するのが阻止され、またサセプタ２の回転方向と反対方向に沿って反応ガスノズル３１から凸状部４に向かって流れるＢＴＢＡＳガスが当該空間へ侵入するのが阻止される。「ガスが侵入するのが阻止する」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とサセプタ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の下方側の空間に吹き出し、これにより第２の天井面４５の下方側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、第２の天井面４５の下方側空間から凸状部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、反応ガスの一部が侵入しても、その反応ガスが分離ガスノズル４１に向かって更に進むことができず、よって、混ざり合うことができないことも意味する。すなわち、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄは、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離することとなる。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る。したがって、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。

図１、２、及び３を参照すると、天板１１の下面には、内周縁がコア部２１の外周面に面するように配置された環状の突出部５が設けられている。突出部５は、コア部２１よりも外側の領域においてサセプタ２と対向している。また、突出部５は、凸状部４と一体に形成され、凸状部４の下面と突出部５の下面とは一の平面を形成している。すなわち、突出部５の下面のサセプタ２からの高さは、凸状部４の下面（天井面４４）と高さと等しい。この高さは、以降、高さｈと記す。なお、突出部５と凸状部４は、必ずしも一体でなくても良く、別体であっても良い。また、図２及び３は、凸状部４を容器１内に残したまま天板１１を取り外した容器１の内部構成を示している。

本実施形態においては、分離領域Ｄは、凸状部４となるべき扇形プレートに溝部４３を形成して、分離ガスノズル４１（４２）を溝部４３に配置することにより形成される。しかし、２つの扇形プレートが分離ガスノズル４１（４２）の両側に配置されるように、これら２つの扇形プレートを天板１１の下面にネジで取り付けるようにしても良い。

本実施形態において、直径約３００ｍｍを有するウエハＷが容器１内で処理されることとなる場合、凸状部４は、サセプタ２の回転中心から１４０ｍｍ離れた内側の円弧ｌｉ（図３）に沿った例えば１４０ｍｍの周方向長さと、サセプタ２の凹部２４の最外部に対応する外側の円弧ｌｏ（図３）に沿った例えば５０２ｍｍの周方向長さとを有する。また、外側の円弧ｌｏに沿った、凸状部４の一側壁から溝部４３の直近の側壁までの周方向長さは、約２４６ｍｍである。

また、凸状部４の下面、即ち、天井面４４の、サセプタ２の表面から測った高さｈ（図４（ａ））は、例えば約０．５ｍｍから約１０ｍｍであって良く、約４ｍｍであると好適である。また、サセプタ２の回転数は例えは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、処理容器１内の圧力やサセプタ２の回転数などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）とサセプタ２の表面との高さｈを例えば実験などを通して設定してよい。なお分離ガスとしては、本実施形態ではＮ_２ガスだが、分離ガスが酸化シリコンの成膜に影響を与えない限りにおいて、ＨｅやＡｒガスなどの不活性ガスや水素ガスなどであってもよい。

図５は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図の半分を示し、ここには凸状部４と、凸状部４と一体に形成された突出部５が図示されている。図５を参照すると、凸状部４は、その外縁においてＬ字状に屈曲する屈曲部４６を有している。凸状部４は天板１１に取り付けられ天板１１とともに容器本体１２から分離され得るため、屈曲部４６とサセプタ２との間および屈曲部４６と容器本体１２との間に僅かな隙間があるが、屈曲部４６は、サセプタ２と容器本体１２との間の空間を概ね埋めており、反応ガスノズル３１ａからの第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）と反応ガスノズル３２ａからの第２の反応ガス（オゾン）とがこの隙間を通して混合するのを防止する。屈曲部４６と容器本体１２との間の隙間、および屈曲部４６とサセプタ２との間に僅かな隙間は、上述のサセプタ２から凸状部４の天井面４４までの高さｈとほぼ同一の寸法とされている。図示の例において、屈曲部４６のサセプタ２の外周面に面する側壁が、分離領域Ｄの内周壁を構成している。

図３に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である図１を再び参照すると、容器本体１２は、サセプタ２の外周面に対向する容器本体１２の内周部に凹み部を有している。これ以降、この凹み部を排気領域６と称する。排気領域６の下方には、排気口６１（他の排気口６２については図３参照）が設けられ、これらには他の排気口６２に対しても使用され得る排気管６３を介して真空ポンプ６４が接続されている。また、排気管６３には圧力調整器６５が設けられている。複数の圧力調整器６５を、対応する排気口６１，６２に対して設けてもよい。

図３を再び参照すると、排気口６１は、上方から見て、第１の反応ガスノズル３１と、第１の反応ガスノズル３１に対してサセプタ２の時計回転方向の下流に位置する凸状部４との間に配置されている。この構成により、排気口６１は、実質的に、第１の反応ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスを専ら排気することができる。一方、排気口６２は、上方から見て、第２の反応ガスノズル３２と、第２の反応ガスノズル３２に対してサセプタ２の時計回転方向の下流に位置する凸状部４との間に配置されている。この構成により、排気口６２は、実質的に、第２の反応ガスノズル３２からのＯ_３ガスを専ら排気することができる。したがって、このように構成される排気口６１、６２は、分離領域ＤがＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスとが混合するのを防止するのを補助することができる。

本実施形態では、２つの排気口が容器本体１２に設けられているが、他の実施形態では、３つの排気口が設けられてもよい。例えば、第２の反応ガスノズル３２と、第２の反応ガスノズル３２に対してサセプタ２の時計回転方向の上流に位置する分離領域Ｄとの間に追加の排気口を設けてもよい。また、更に追加の排気口を容器本体１２の底部１４に設けてもよい。図示の例では、排気口６１、６２はサセプタ２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁とサセプタ２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、容器本体１２の側壁に設けてもよい。また、排気口６１，６２を容器本体１２の側壁に設ける場合、排気口６１，６２はサセプタ２よりも高く位置して良い。この場合、ガスはサセプタ２の表面に沿って流れ、サセプタ２の表面より高く位置する排気口６１，６２へ流れ込む。したがって、容器１内のパーティクルが吹き上げられないという点で、排気口が例えば天板１１に設けられた場合に比べて、有利である。

図１、図２及び図６に示すように、サセプタ２と容器本体１２の底部１４との間の空間には、加熱部としてのヒータ７が設けられ、これにより、サセプタ２上のウエハＷがサセプタ２を介してプロセスレシピで決められた温度に加熱される。また、カバー部材７１が、サセプタ２の下方においてサセプタ２の外周の近くに、ヒータ７を取り囲むように設けられ、ヒータ７が置かれている空間が、ヒータ７の外側の領域から区画されている。カバー部材７１は上端にフランジ部７１ａを有し、フランジ部７１ａは、カバー部材７１内にガスが流入することを防止するため、サセプタ２の下面とフランジ部との間に僅かな間隙が維持されるように配置される。

再び図１を参照すると、底部１４は、環状のヒータユニット７の内側に隆起部１４ａを有している。隆起部１４ａの上面は、サセプタ２と隆起部１４ａとの間および隆起部１４ａとコア部２１とに接近しており、隆起部１４ａの上面とサセプタ２との間、および隆起部１４ａの上面とコア部２１の裏面との間に僅かな隙間を残している。また、底部１４は、回転軸２２が通り抜ける中心孔を有している。この中心孔の内径は、回転軸２２の直径よりも僅かに大きく、フランジ部２０ａを介してケース体２０と連通する隙間を残している。パージガス供給管７２がフランジ部２０ａの上部に接続されている。また、ヒータ７が収容される領域をパージするため、複数のパージガス供給管７３が所定の角度間隔でヒータ７の下方の領域に接続されている。

このような構成により、回転軸２２と底部１４の中心孔との間の隙間、コア部２１と底部１４の隆起部１４ａとの間の隙間、および底部１４の隆起部１４ａとサセプタ２の裏面との間の隙間を通して、パージガス供給管７２からヒータユニット空間へＮ_２パージガスが流れる。また、パージガス供給管７３からヒータ７の下の空間へＮ_２パージガスが流れる。そして、これらのＮ_２パージガスは、カバー部材７１のフランジ部７１ａとサセプタ２の裏面との間の隙間を通して排気口６１へ流れ込む。Ｎ_２パージガスのこのような流れは、図７に矢印で示してある。Ｎ_２パージガスは、第１（第２）の反応ガスがサセプタ２の下方の空間を回流して第２（第１）の反応ガスと混合するのを防止する分離ガスとして働く。

図７を参照すると、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、これにより、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ガスが供給される。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５とサセプタ２との狭い隙間５０を通して、サセプタ２の表面に沿って流れ、排気領域６に到達する。この空間５３と隙間５０は分離ガスが満たされているので、サセプタ２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳ、Ｏ_３）が混合することがない。即ち、本実施形態の成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するためにサセプタ２の回転中心部と容器１とにより画成され、分離ガスをサセプタ２の上面に向けて吐出する吐出口を有するように構成される中心部領域Ｃが設けられている。なお、図示の例では、吐出口は突出部５とサセプタ２との狭い隙間５０に相当する。

また、容器本体１２の側壁には、図２、図３及び図８に示すように、搬送口１５が形成されている。ウエハＷは、搬送口１５を通して外部の搬送アーム１０により真空容器１の中へ又は外へと搬送される。この搬送口１５にはゲートバルブ（図示せず）が設けられ、これにより搬送口１５が開閉される。サセプタ２の凹部２４が搬送口１５に整列し、ゲートバルブが開くと、ウエハＷは、搬送アーム１０により真空容器１内へ搬送され、搬送アーム１０から凹部２４に置かれる。ウエハＷを搬送アーム１０から凹部２４へ降ろすため、また、凹部２４から持ち上げるために、昇降ピン１６（図８）が設けられており、昇降ピンは昇降機構（図示せず）によって、サセプタ２の凹部２４に形成された貫通孔を通して昇降される。

また、この実施形態による成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うための制御部１００が設けられている。この制御部１００は、例えばコンピュータで構成されるプロセスコントローラ１００ａと、ユーザインタフェース部１００ｂと、メモリ装置１００ｃとを有する。ユーザインタフェース部１００ｂは、成膜装置の動作状況を表示するディスプレイや、成膜装置の操作者がプロセスレシピを選択したり、プロセス管理者がプロセスレシピのパラメータを変更したりするためのキーボードやタッチパネル（図示せず）などを有する。また、制御部１００は、放射温度計８０と、ヒータ７へ電力を供給する電源装置（図示せず）とに接続され、プロセスレシピに基づいてヒータ７への電力供給の開始および停止を制御するとともに、放射温度計８０により測定されたウエハＷの温度に基づいて電源装置からヒータ７へ供給される電力を制御し、これにより、ウエハＷの温度を制御する。

メモリ装置１００ｃは、プロセスコントローラ１００ａに種々のプロセスを実施させる制御プログラム、プロセスレシピ、および各種プロセスにおけるパラメータなどを記憶している。また、これらのプログラムは、例えば後述する動作を行わせるためのステップ群を有している。これらの制御プログラムやプロセスレシピは、ユーザインタフェース部１００ｂからの指示に従って、プロセスコントローラ１００ａにより読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体１００ｄに格納され、これらに対応した入出力装置（図示せず）を通してメモリ装置１００ｃにインストールしてよい。コンピュータ可読記憶媒体１００ｄは、ハードディスク、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通してメモリ装置１００ｃへダウンロードしてもよい。

次に、本実施形態の成膜装置の動作について説明する。第一に、凹部２４が搬送口１５に整列するようにサセプタ２を回転して、ゲートバルブ（図示せず）を開く。第二に、搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを容器１へ搬送する。ウエハＷは、昇降ピン１６により受け取られ、搬送アーム１０が容器１から引き抜かれた後に、昇降機構（図示せず）により駆動される昇降ピン１６によって凹部２４へと下げられる。上記一連の動作が５回繰り返されて、５枚のウエハＷがサセプタ２に搭載される。続いて、真空ポンプ６４により真空容器１内が予め設定した圧力に真空引きされる。サセプタ２が上から見て時計回りに回転し始める。次に、ヒータ７への電力供給を開始し、サセプタ２の凹部２４に載置されるウエハＷをサセプタ２の裏面から加熱する。ウエハＷの温度が所定の設定温度で安定したことが放射温度計８０により確認された後、第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）が第１の反応ガスノズル３１を通して第１の処理領域へ供給され、第２の反応ガス（Ｏ_３）が第２の反応ガスノズル３２を通して第２の処理領域Ｐ２へ供給される。加えて、分離ガス（Ｎ_２）が供給される。

ウエハＷが第１の反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過するときに、ウエハＷの表面にＢＴＢＡＳ分子が吸着し、第２の反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２と通過するときに、ウエハＷの表面にＯ_３分子が吸着され、Ｏ_３によりＢＴＢＡＳ分子が酸化される。したがって、ウエハＷがサセプタ２の回転により、領域Ｐ１、Ｐ２の両方を一回通過すると、ウエハＷの表面に酸化シリコンの一分子層が形成される。次いで、ウエハＷが領域Ｐ１、Ｐ２を交互に複数回通過し、所定の膜厚を有する酸化シリコン膜がウエハＷの表面に堆積される。所定の膜厚を有する酸化シリコン膜が堆積された後、ＢＴＢＡＳガスとオゾンガスを停止し、サセプタ２の回転を停止する。そして、ウエハＷは搬入動作と逆の動作により順次搬送アーム１０により容器１から搬出される。

また、上記の成膜動作中、分離ガス供給管５１からも分離ガスであるＮ_２ガスが供給され、これにより中心部領域Ｃから、即ち、突出部５とサセプタ２との間の隙間５０からサセプタ２の表面に沿ってＮ２ガスが吐出される。この実施形態では、第２の天井面４５の下の空間であって反応ガスノズル３１（３２）が配置されている空間においては、中心部領域Ｃ、および第１の天井面４４とサセプタ２との間の狭隘な空間よりも圧力が低い。これは、天井面４５の下の空間に隣接して排気領域６が設けられ、その空間は排気領域６を通して直接に排気されるからである。また、狭隘な空間が、反応ガスノズル３１（３２）が配置されている空間、または第１（第２）の処理領域Ｐ１（Ｐ２）と狭隘な空間との間の圧力差が高さｈによって維持され得るように形成されているためでもある。

次に、ガスノズル３１，３２，４１，４２から容器１内へ供給されたガスのフローパターンを図９を参照しながら説明する。図９は、フローパターンを模式的に示す図である。図示のとおり、第２の反応ガスノズル３２から吐出されたＯ_３ガスの一部は、サセプタ２の表面（およびウエハＷの表面）に当たって、その表面に沿ってサセプタ２の回転方向と逆の方向に流れる。次いで、このＯ_３ガスは、サセプタ２の回転方向の上流側から流れてきたＮ_２ガスに押し戻され、サセプタ２の周縁（真空容器１の内周壁）の方へ向きを変える。そして、このＯ_３ガスは、排気領域６に流れ込み、排気口６２を通して容器１から排気される。

第２の反応ガスノズル３２から吐出されたＯ_３ガスの他の部分は、サセプタ２の表面（およびウエハＷの表面）に当たって、その表面に沿ってサセプタ２の回転方向と同じ方向に流れる。この部分のＯ_３ガスは、主に、中心部領域Ｃから流れるＮ_２ガスと排気口６２を通した吸引力によって、排気領域６に向かって流れる。一方、この部分のＯ_３ガスの少量部分が、第２の反応ガスノズル３２に対しサセプタ２の回転方向の下流側に位置する分離領域Ｄに向かって流れ、天井面４４とサセプタ２との間の隙間に入る可能性がある。しかし、その隙間の高さｈが意図した成膜条件下で当該隙間への流入を阻止する程度の高さに設定されているため、Ｏ_３ガスはその隙間に入るのが阻止される。喩え、少量のＯ_３ガスがその隙間に流れ込んだとしても、そのＯ_３ガスは、分離領域Ｄの奥まで流れることができない。隙間に流れ込んだ少量のＯ_３ガスは、分離ガスノズル４１から吐出された分離ガスによって押し戻される。したがって、図９に示すように、サセプタ２の上面を回転方向に沿って流れる実質的にすべてのＯ_３ガスが、排気領域６へ流れ排気口６２によって排気される。

同様に、第１の反応ガスノズル３１から吐出され、サセプタ２の回転方向と反対の方向にサセプタ２の表面に沿って流れる一部のＢＴＢＡＳガスは、第１の反応ガスノズル３１に対し回転方向上流側に位置する凸状部４の天井面４４とサセプタ２との間の隙間に流れ込むことが防止される。喩え少量のＢＴＢＡＳガスが流れ込んだとしても、分離ガスノズル４１から吐出されるＮ_２ガスによって押し戻される。押し戻されたＢＴＢＡＳガスは、分離ガスノズル４１からのＮ_２ガスと中心部領域Ｃから吐出されているＮ_２ガスと共に、サセプタ２の外周縁と容器１の内周壁とに向かって流れ、排気領域６を介して排気口６１を通して排気される。

第１の反応ガスノズル３１から下方側に吐出され、サセプタ２の回転方向と同じ方向にサセプタ２の表面（及びウエハＷの表面）に沿って流れる他の部分のＢＴＢＡＳガスは、第１の反応ガスノズル３１に対し回転方向下流側に位置する凸状部４の天井面４４とサセプタ２との間に流れ込むことができない。喩え少量のＢＴＢＡＳガスが流れ込んだとしても、分離ガスノズル４２から吐出されるＮ_２ガスによって押し戻される。押し戻されたＢＴＢＡＳガスは、分離領域Ｄの分離ガスノズル４２からのＮ_２ガスと中心部領域Ｃから吐出されているＮ_２ガスと共に、排気領域６に向かって流れ、排気口６１により排気される。

上述のように、分離領域Ｄは、ＢＴＢＡＳガスやＯ_３ガスが分離領域Ｄへ流れ込むのを防止するか、分離領域Ｄへ流れ込むＢＴＢＡＳガスやＯ_３ガスの量を十分に低減するか、または、ＢＴＢＡＳガスやＯ_３ガスを押し戻すことができる。ウエハＷに吸着したＢＴＢＡＳ分子とＯ_３分子は、分離領域Ｄを通り抜け、膜の堆積に寄与する。

また、図７及び図９に示すように、中心部領域Ｃからは分離ガスがサセプタ２の上面に沿って外周縁に向けて吐出されているので、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、中心部領域Ｃへ流入することができない。喩え、第１の処理領域Ｐ１の少量のＢＴＢＡＳ（第２処理領域Ｐ２のＯ_３ガス）が中心部領域Ｃへ流入したとしても、そのＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）はＮ_２ガスにより押し戻され、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）が、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。

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、サセプタ２と容器本体１２の内周壁との間の空間を通して第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。これは、屈曲部４６が凸状部４から下向きに形成され、屈曲部４６とサセプタ２との隙間、および屈曲部４６と容器本体１２の内周壁との間の隙間が、凸状部４の天井面４４のサセプタ２からの高さｈと同じくらい小さいため、２つの処理領域の間の連通を実質的に回避しているからである。したがって、ＢＴＢＡＳガスは、排気口６１から排気され、Ｏ_３ガスは排気口６２から排気されて、これら２つの反応ガスが混合することはない。また、サセプタ２の下方の空間は、パージガス供給管７２，７３から供給されるＮ_２ガスによりパージされている。したがって、ＢＴＢＡＳガスは、サセプタ２の下方を通してプロセス領域Ｐ２へと流れ込むことはできない。

ウエハＷが直径３００ｍｍを有する場合、この実施形態による成膜装置における好適なプロセスパラメータを以下に掲げる。

・サセプタ２の回転速度： １〜５００回転毎分（ｒｐｍ）
・真空容器１の圧力： １０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）
・ウエハ温度： 約３５０℃
・ＢＴＢＡＳガスの流量： 約１００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル毎分）
・Ｏ_３ガスの流量： 約１００００ｓｃｃｍ
・分離ガス４１，４２からのＮ_２ガスの流量： 約２００００ｓｃｃｍ
・ガス供給管５１からのＮ_２ガスの流量： 約５０００ｓｃｃｍ
・サセプタ２の回転数： ６００回（膜厚に依存する）
この実施形態による成膜装置によれば、成膜装置が、ＢＴＢＡＳガスが供給される第１の処理領域と、Ｏ_３ガスが供給される第２の処理領域との間に、低い天井面４４を含む分離領域Ｄを有しているため、ＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）が第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）へ流れ込むのが防止され、Ｏ_３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合されるのが防止される。したがって、ウエハＷが載置されたサセプタ２を回転させて、ウエハＷを第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２、および分離領域Ｄを通過させることにより、ＭＬＤ（ＡＬＤ）モードでの酸化シリコン膜の成膜が確実に実施される。また、ＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）が第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）へ流れ込みＯ_３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合するのを更に確実に防止するため、分離領域Ｄは、Ｎ_２ガスを吐出する分離ガスノズル４１，４２を更に含む。さらに、この実施形態による成膜装置の真空容器１は、Ｎ_２ガスが吐出される吐出孔を有する中心部領域Ｃを有しているため、中心部領域Ｃを通ってＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）が第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）へ流れ込みＯ_３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合されるのを防止することができる。さらにまた、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスが混合されないため、サセプタ２への酸化シリコンの堆積が殆ど生じず、よって、パーティクルの問題を低減することができる。

また、本実施形態による成膜装置は、石英製のサセプタ２を含み、サセプタ２の基板載置部である凹部２４の底が透明であるため、サセプタ２の下方に配置されるヒータ７からの放射光がほぼ直接に凹部２４に載置されるウエハＷに照射され、これにより、ウエハＷが加熱される。例えばＳｉＣなどで作製されるサセプタにおいては、サセプタ全体を加熱し、その熱（熱伝導、輻射熱）でサセプタ上のウエハを加熱するようにしていたため、サセプタ全体が加熱されるまでに長い時間と、大きな電力を必要としていた。また、そのようなサセプタでは、一旦、加熱されると温度を安定し易い代わりに、温度を下げるべきときにも長い時間を要していた。しかし、本実施形態による成膜装置においては、ウエハＷがヒータ７からの放射光によりほぼ直接的に加熱されるため、短時間でウエハＷを加熱することができるし、放射光の照射を止めてウエハＷから熱が放散させることにより短時間で冷ますことができる。したがって、昇降温に要する時間が短縮され、成膜装置の実稼働時間を長くすることができるとともに、製造スループットを向上することができる。しかも、ウエハ加熱のための電力を低減できるので、製造コストの点で有利である。

また、サセプタ２の凹部２４の底が透明であるため、放射温度計８０を用いてウエハＷの裏からウエハＷの温度を測定することができる。ＳｉＣなどで作製されるサセプタが使用される場合は、通常、サセプタの裏面近傍に配置された熱電対によってサセプタを介して間接的にウエハＷの温度を測定していたが、本実施形態によれば、プロセス中のウエハ温度を直接的にモニタすることができる。さらに、放射温度計８０によりウエハＷの温度をモニタしつつ、所定の温度制御方式に基づいて温度を制御することにより、ウエハＷを所定の温度に安定して維持することが可能となる。

なお、天板１１に貫通孔と導入ポートを設けて、放射温度計によってウエハＷの上面からウエハ温度を測定することも可能である。ただし、ウエハＷ上面に堆積される膜（上記の説明では酸化シリコン膜）およびその膜厚によって放射率が変化するため、放射率の補償が必要となる。

なお、本実施形態による成膜装置においては、サセプタ２は５つの凹部２４を有し、対応する５つの凹部２４に載置された５枚のウエハＷを一回のランで処理することができるが、５つの凹部２４のうちの一つに１枚のウエハＷを載置しても良いし、サセプタ２に凹部２４を一つのみ形成しても良い。

本発明の実施形態による成膜装置で使用される反応ガスは、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［テトラア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であってよい。

サセプタ２の外周縁に近いほど大きい遠心力が働くため、例えば、ＢＴＢＡＳガスは、サセプタ２の外周縁に近い部分において、大きい速度で分離領域Ｄへ向かう。したがって、サセプタ２の外周縁に近い部分では天井面４４とサセプタ２との間の隙間にＢＴＢＡＳガスが流入する可能性が高い。そこで、凸状部４の幅（回転方向に沿った長さ）を外周縁に向うほど広くすれば、ＢＴＢＡＳガスがその隙間に入りにくくすることができる。この観点からは、本実施形態において上述したように、凸状部４が扇形の上面形状を有すると好ましい。

以下に、凸状部４（又は天井面４４）のサイズを再び例示する。図１０（ａ）及び１０（ｂ）を参照すると、分離ガスノズル４１（４２）の両側に狭隘な空間を形成する天井面４４は、ウエハ中心ＷＯが通る経路に対応する円弧の長さＬとしてウエハＷの直径の約１／１０〜約１／１の長さであって良く、約１／６以上であると好ましい。具体的には、ウエハＷが３００ｍｍの直径を有している場合、この長さＬは、約５０ｍｍ以上が好ましい。この長さＬが短い場合、天井面４４とサセプタ２との間の狭隘な空間の高さｈは、反応ガスが狭隘な空間へ流れ込むのを効果的に防止するため、低くしなければならない。しかし、長さＬが短くなり過ぎて、高さｈが極端に低くなると、サセプタ２が天井面４４に衝突し、パーティクルが発生してウエハの汚染が生じたり、ウエハが破損したりする可能性がある。したがって、サセプタ２の天井面４４に衝突するのを避けるため、サセプタ２の振動を抑える、又はサセプタ２を安定して回転させるための方策が必要となる。一方、長さＬを短くしたまま狭隘な空間の高さｈを比較的大きく維持する場合には、天井面４４とサセプタ２との間の狭隘な空間に反応ガスが流れ込むのを防止するため、サセプタ２の回転速度を低くしなければならず、製造スループットの点でむしろ不利になる。これらの考察から、ウエハ中心ＷＯの経路に対応する円弧に沿った、天井面４４の長さＬは、約５０ｍｍ以上が好ましい。しかし、凸状部４又は天井面４４のサイズは、上記のサイズに限定されることなく、使用されるプロセスパラメータやウエハサイズに従って調整して良い。また、狭隘な空間が、分離領域Ｄから処理領域Ｐ１（Ｐ２）への分離ガスの流れが形成される程度の高さを有している限りにおいて、上述の説明から明らかなように、狭隘な空間の高さｈもまた、使用されるプロセスパラメータやウエハサイズに加えて、たとえば天井面４４の面積に応じて調整して良い。

また、上記の実施形態においては、凸状部４に設けられた溝部４３に分離ガスノズル４１（４２）が配置され、分離ガスノズル４１（４２）の両側に低い天井面４４が配置されている。しかし、他の実施形態においては、分離ガスノズル４１の代わりに、図１１に示すように凸状部４の内部においてサセプタ２の直径方向に伸びる流路４７を形成し、この流路４７の長さ方向に沿って複数のガス吐出孔４０を形成し、これらのガス吐出孔４０から分離ガス（Ｎ_２ガス）を吐出するようにしてもよい。

分離領域Ｄの天井面４４は平坦面に限られるものではなく、図１２（ａ）に示すように凹面状に湾曲してよいし、図１２（ｂ）に示すように凸面形状にしてもよく、また図１２（ｃ）に示すように波型状に構成してもよい。

また、凸状部４は中空であって良く、中空内に分離ガスを導入するように構成しても良い。この場合、複数のガス吐出孔３３を、図１３（ａ）、１３（ｂ）、１３（ｃ）に示すように配列してもよい。

図１３（ａ）を参照すると、複数のガス吐出孔３３は、それぞれ傾斜したスリットの形状を有している。これらの傾斜スリット（複数のガス吐出孔３３）は、サセプタ２の半径方向に沿って隣接するスリットと部分的にオーバーラップしている。図１３（ｂ）では、複数のガス吐出孔３３は、それぞれ円形である。これらの円形の孔（複数のガス吐出孔３３）は、全体としてサセプタ２の半径方向に沿って伸びる曲がりくねった線に沿って配置されている。図１３（ｃ）では、複数のガス吐出孔３３は、それぞれ円弧状のスリットの形状を有している。これらの円弧状スリット（複数のガス吐出孔３３）は、サセプタ２の半径方向に所定の間隔で配置されている。

また、本実施形態では凸状部４はほぼ扇形の上面形状を有するが、他の実施形態では、図１４（ａ）に示す長方形、又は正方形の上面形状を有して良い。また、凸状部４は、図１４（ｂ）に示すように、上面は全体として扇形であり、凹状に湾曲した側面４Ｓｃを有していても良い。加えて、凸状部４は、図１４（ｃ）に示すように、上面は全体として扇形であり、凸状に湾曲した側面４Ｓｖを有していても良い。さらにまた、図１４（ｄ）に示すとおり、凸状部４の回転テーブル２（図１）の回転方向ｄの上流側の部分が凹状の側面４Ｓｃを有し、凸状部４の回転テーブル２（図１）の回転方向ｄの下流側の部分が平面状の側面４Ｓｆを有していても構わない。なお、図１４（ａ）から図１４（ｄ）において、点線は凸状部４に形成された溝部４３（図４Ａ，４Ｂ）を示している。これらの場合、溝部４３に収容される分離ガスノズル４１（４２）（図２）は容器１の中央部、例えば突出部５（図１）から伸びる。

処理領域Ｐ１，Ｐ２及び分離領域Ｄは、他の実施形態においては図１５に示すように配置されても良い。図１５を参照すると、第２の反応ガス（例えば、Ｏ_３ガス）を供給する第２の反応ガスノズル３２が、搬送口１５よりもサセプタ２の回転方向上流側であって、搬送口１５と分離ガス供給ノズル４２との間に設置されている。このような配置であっても、各ノズル及び中心部領域Ｃから吐出されるガスは、概ね、同図において矢印で示すように流れて、両反応ガスの混合が防止される。したがって、このような配置であっても、適切なＭＬＤ（ＡＬＤ）モードの堆積を実現することができる。

また、既に述べたように、２枚の扇形プレートが分離ガスノズル４１（４２）の両側に位置されるように、天板１１の下面にネジで取り付けることにより、分離領域Ｄを構成してよい。図１６は、このような構成示す平面図である。この場合、凸状部４と分離ガスノズル４１（４２）との間の距離や、凸状部４のサイズは、分離領域Ｄの分離作用を効率よく発揮するため、分離ガスや反応ガスの吐出レートを考慮して決定して良い。

上述の実施の形態では、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２は、分離領域Ｄの天井面４４よりも高い天井面４５を有する領域にある。しかし、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、反応ガス供給ノズル３１（３２）の両側でサセプタ２に対向し、天井面４５よりも低い他の天井面を有してもよい。当該天井面とサセプタ２との間の隙間にガスが流れ込むのを防止するためである。この天井面は、天井面４５よりも低く、分離領域Ｄの天井面４４と同じくらい低くてもよい。図１７は、そのような構成の一例を示している。図示のとおり、扇状の凸状部３０は、Ｏ_３ガスが供給される第２の処理領域Ｐ２に配置され、反応ガスノズル３２が凸状部３０に形成された溝部（図示せず）に配置されている。言い換えると、この第２の処理領域Ｐ２は、ガスノズルが反応ガスを供給するために使用されるが、分離領域Ｄと同様に構成されている。なお、凸状部３０は、図１３（ａ）から図１３（ｃ）に一例を示す中空の凸状部と同様に構成されても良い。

また、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が設けられる限りにおいて、他の実施形態では、上述の天井面、つまり、天井面４５より低く、分離領域Ｄの天井面４４と同じくらい低い天井面が、反応ガスノズル３１，３２の両方に設けられ、天井面４４に到達するまで延びていても良い。換言すると、図１８に示すとおり、凸状部４の代わりに、他の凸状部４００が天板１１の下面に取り付けられていて良い。凸状部４００は、ほぼ円盤状の形状を有し、サセプタ２の上面のほぼ全体と対向し、ガスノズル３１，３２，４１，４２がそれぞれ収容され半径方向に延びる４つのスロット４００ａを有し、かつ、凸状部４００の下に、サセプタ２にする狭隘な空間を残している。その狭隘な空間の高さは、上述の高さｈと同程度であって良い。凸状部４００を使用すると、反応ガスノズル３１（３２）から吐出された反応ガスは、凸状部４００の下で（又は狭隘な空間において）反応ガスノズル３１（３２）の両側に拡散し、分離ガスノズル４１（４２）から吐出された分離ガスは、凸状部４００の下で（又は狭隘な空間において）分離ガスノズル４１（４２）の両側に拡散する。この反応ガスと分離ガスは狭隘な空間において合流し、排気口６１（６２）を通して排気される。この場合であっても、反応ガスノズル３１から吐出された反応ガスは、反応ガスノズル３２から吐出された反応ガスと混合することはなく、適切なＡＬＤ（又はＭＬＤ）モードの堆積を実現できる。

なお、凸状部４００を、図１３（ａ）から図１３（ｃ）のいずれかに示す中空の凸状部４を組み合わせることにより構成し、ガスノズル３１，３２，３３，３４およびスリット４００ａを用いずに、反応ガスおよび分離ガスを、対応する中空凸状部４の吐出孔３３からそれぞれガスを吐出するようにしても良い。

上記の実施形態では、サセプタ２を回転する回転軸２２は、容器１の中央部に位置している。また、コア部２１と天板１１との間の空間５２は、反応ガスが中央部を通して混合するのを防止するため、分離ガスでパージされている。しかし、容器１は、他の実施形態において図１９のように構成されても良い。図１９を参照すると、容器本体１２の底部１４は、中央開口を有し、ここには収容ケース８０が気密に取り付けられている。また、天板１１は、中央凹部８０ａを有している。支柱８１が収容ケース８０の底面に載置され、支柱８１の状端部は中央凹部８０ａの底面にまで到達している。支柱８１は、第１の反応ガスノズル３１から吐出される第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）と第２の反応ガスノズル３２から吐出される第２の反応ガス（Ｏ_３）とが容器１の中央部を通して互いに混合するのを防止する。

また、回転スリーブ８２が、支柱８１を同軸状に囲むように設けられている。回転スリーブ８２は、支柱８１の外面に取り付けられた軸受け８６，８８と、収容ケース８０の内側面に取り付けられた軸受け８７とにより支持されている。さらに、回転スリーブ８２は、その外面にギヤ部８５が取り付けられている。また、環状のサセプタ２の内周面が回転スリーブ８２の外面に取り付けられている。駆動部８３が収容ケース８０に収容されており、駆動部８３から延びるシャフトにギヤ８４が取り付けられている。ギヤ８４はギヤ部８５と噛み合う。このような構成により、回転スリーブ８２ひいてはサセプタ２が駆動部８３により回転される。すなわち、図１９の成膜装置には、中心部領域に容器１の内上面と容器１の底面との間に設けた支柱８１と、支柱８１を内部に位置させるように設けられた回転スリーブ８２とが含まれており、回転スリーブ８２はサセプタ２の回転軸として機能する。

パージガス供給管７４が収容ケース８０の底に接続され、収容ケース８０へパージガス（Ｎ_２ガス）が供給される。これにより、反応ガスが収容ケース８０内へ流れ込むのを防止するために、収容ケース８０の内部空間を容器１の内部空間よりも高い圧力に維持することができる。したがって、収容ケース８０内での成膜が起こらず、メンテナンスの頻度を低減できる。また、パージガス供給管７５が、容器１の上外面から凹部８０ａの内壁まで至る導管７５ａにそれぞれ接続され、回転スリーブ８２の上端部に向けてパージガスが供給される。このパージガスのため、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスは、凹部８０ａの内壁と回転スリーブ８２の外面との間の空間を通して混合することができない。図１９には、２つのパージガス供給管７５と導管７５ａが図示されているが、供給管７５と導管７５ａの数は、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスとの混合が凹部８０ａの内壁と回転スリーブ８２の外面との間の空間近傍において確実に防止されるように決定されて良い。

図１９に示す容器１では、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、分離ガスを吐出する吐出孔に相当し、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。

また、図１９の容器１においても、サセプタ２は、先に説明したように、石英製であり、基板載置部としての凹部２４の底部を通して凹部２４に載置されるウエハＷをヒータ７により加熱することができる。さらに、凹部２４の底部以外の部分では表面（裏面）を例えばサンドブラストにより粗面化すれば、天板１１や凸状部４がヒータ７により直接加熱されることがない。また、ヒータ７は、図１９の容器１においても、例えば環状ヒータエレメントから構成され、ヒータエレメントからの放射によってウエハＷを加熱することができる。さらに、導入ポート１４ｃ、貫通孔１４ｂ、およびサセプタ２を通して、放射温度計８０によりウエハＷの温度が測定され、測定結果に基づいてウエハＷの温度が制御される。したがって、先に説明した、本発明の実施形態による成膜装置を同様の効果が奏される。

本発明の実施形態においては、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。

以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図２０に示しておく。図２０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。

また、上述の成膜装置および基板処理装置において、ウエハを加熱するヒータ７は、抵抗発熱体の代わりに、加熱ランプで構成されてもよい。また、ヒータ７は、サセプタ２の下方に設ける代わりにサセプタ２の上方に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。ヒータ７をサセプタ２の上方に設ける場合には、図２１に示すとおり、凸状部４と天板１１との間にヒータ７用の隙間を設け、この隙間を通して、天板１１の下面に沿って環状のヒータ７を配置して良い。この場合であっても、サセプタ２の回転によって、サセプタ２の基板載置領域に載置されるウエハＷを加熱することが可能である。また、この場合、凸状部４を例えば石英で形成しても良い。さらに、ヒータ７が反応ガスに晒されるのを防止するため、ヒータ７の下方に、例えば石英で形成されるほぼ円形状のパネルを配置すると好ましい。さらにまた、この場合、天板１１を貫通するガス管を設けて、当該パネルと天板１１の下面とで画成される領域にパージガスを供給しても良い。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の断面図である。 図１の成膜装置の斜視図である。 図１の成膜装置の平面図である。 図４（ａ）及び４（ｂ）は、図１に示す成膜装置の容器内の分離領域と処理領域を示す展開断面図である。 図１の成膜装置の部分断面図である。 図１の成膜装置の斜視図であり、特に反応ガス供給部を示している。 図１の成膜装置の部分断面図である。 図１の成膜装置の破断断面図である。 図１の成膜装置の容器に供給されるガスのフローパターンを示す図である。 図１０（ａ）は、図１の成膜装置の天井面（凸状部）のサイズを説明する部分平面図であり、図１０（ｂ）は、図１の成膜装置の天井面（凸状部）のサイズを説明する部分断面図である。 図１の成膜装置の凸状部の変形例を示す部分断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、図１の成膜装置の凸状部の変形例を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、図１の成膜装置の吐出孔の配置の変形例を示す図である。 （ａ）から（ｄ）は、図１の成膜装置の凸状部の他の変形例である。 ガス供給ノズルの他の構成の平面図である。 図１の成膜装置の凸状部の変形例の平面図である。 図１の成膜装置の凸状部の他の変形例の斜視図である。 図１の成膜装置の凸状部の他の変形例の平面図である。 本発明の他の実施形態による成膜装置の断面図である。 図１又は１８の成膜装置が組み込まれた基板処理装置の概略図である。 図１若しくは図１８の成膜装置又は図２０の基板処理装置におけるヒータの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 容器
２ サセプタ
４、３０、４００ 凸状部
５ 突出部
６ 排気領域
７ ヒータ
１１ 天板
１２ 容器本体
１４ 底部
１４ａ 隆起部
１４ｂ 貫通孔
１４ｃ 導入ポート
１５ 搬送口
２１ コア部
２２ 回転軸
３１ 第１の反応ガスノズル
３２ 第２の反応ガスノズル
４１，４２ 分離ガスノズル
５１ 分離ガス供給管
７２，７３ パージガス供給管
８０ 放射温度計
Ｗ ウエハ
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｃ 中心領域

Claims (14)

1. 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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜装置であって、
   前記基板を放射加熱するよう構成される加熱部と、
   前記成膜装置の容器内に回転可能に設けられるサセプタと、
   前記サセプタの一の面に設けられ、前記基板が載置される基板載置領域と、
   前記一の面に第１の反応ガスを供給するよう構成される第１の反応ガス供給部と、
   前記サセプタの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部から離れた、前記一の面に第２の反応ガスを供給するよう構成される第２の反応ガス供給部と、
   前記回転方向に沿って、前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置し、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する分離領域と、
   前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離するために、前記容器のほぼ中央に位置し、前記一の面に沿って第１の分離ガスを吐出する吐出孔を有する中央領域と、
   前記容器内を排気するために前記容器に設けられた排気口と、
   を備え、
   前記分離領域が、第２の分離ガスを供給する分離ガス供給部と、前記第２の分離ガスが前記回転方向に対し前記分離領域から前記処理領域側へ流れることができる狭隘な空間を、前記回転テーブルの前記一の面に対して形成する天井面と、を含む成膜装置。
2. 前記基板載置領域が前記加熱部からの放射を透過することができる、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記サセプタにおいて、前記一の面における前記基板載置領域を除く領域と、前記一の面と反対の面における前記基板載置領域に面しない領域との一方または双方が粗面化されている、請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記粗面化がサンドブラストによりなされる、請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記基板載置領域に載置される前記基板の温度を測定する放射温度計を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置。
6. 前記基板載置領域が前記一の面に形成された凹部であり、当該凹部に載置されるウエハの表面と当該凹部の周囲の表面との間の高さの差が５ｍｍ以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. 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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜方法であって、
   前記成膜装置の容器内に回転可能に設けられ、一の面に基板載置領域を有するサセプタに前記基板を載置するステップと、
   前記基板が載置されたサセプタを回転するステップと、
   前記基板を放射加熱するステップと、
   前記第１の反応ガス供給部から前記一の面に第１の反応ガスを供給するステップと、
   前記サセプタの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部から離れた第２の反応ガス供給部から前記一の面に第２の反応ガスを供給するステップと、
   前記第１の反応ガス供給部から前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガス供給部から前記第１の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置する分離領域に設けられた分離ガス供給部から、第１の分離ガスを供給し、前記分離領域の天井面と前記回転テーブルとの間に形成される狭隘な空間において前記回転方向に対し前記分離領域から前記処理領域側に前記第１の分離ガスを流すステップと、
   前記容器の中央部に位置する中央部領域に形成される吐出孔から第２の分離ガスを供給するステップと、
   前記容器内を排気するステップと、
   を備える成膜方法。
8. 前記基板載置領域が前記加熱部からの放射を透過することができる、請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記サセプタにおいて、前記一の面における前記基板載置領域を除く領域と、前記一の面と反対の面における前記基板載置領域に面しない領域との一方または双方が粗面化されている、請求項７又は８に記載の成膜方法。
10. 前記粗面化がサンドブラストによりなされる、請求項９に記載の成膜方法。
11. 前記基板載置領域に載置される基板の温度を放射温度計により測定する工程を更に含む、請求項７から１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
12. 前記基板載置領域が前記一の面に形成された凹部であり、当該凹部に載置されるウエハの表面と当該凹部の周囲の表面との間の高さの差が５ｍｍ以下である、請求項７から１１のいずれか一項に記載の成膜方法。
13. 請求項１から６のいずれか一項に記載の成膜装置に請求項７から１２のいずれか一項に記載の成膜方法を実施させるプログラム。
14. 請求項１から６のいずれか一項に記載の成膜装置に請求項７から１２のいずれか一項に記載の成膜方法を実施させるプログラムを格納するコンピュータ可読記憶媒体。

Images