JP2011134996A - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転テーブルの回転速度を高めた場合でも良好な成膜処理を行うことができる成膜装置を提供すること。
【解決手段】真空容器１内にて、複数のウエハＷを載置した回転テーブル２を回転して、前記ウエハＷが第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２に供給された第１及び第２の反応ガスと順次接触して、前記ウエハＷの表面に薄膜を形成するにあたり、ウエハＷ表面に第１の反応ガスを吸着させる処理を行う第１の処理領域Ｐ１と、この第１の処理領域Ｐ１よりも面積が大きく、ウエハＷ表面に吸着された第１の反応ガスと第２の反応ガスとを化学反応させる処理を行う第２の処理領域Ｐ２とを設ける。これにより吸着に比べて化学反応の処理時間を長く確保することができ、回転テーブル２の回転速度を高めても、金属の吸着よりも長時間を要する化学反応を十分に進行させて、良好な成膜処理を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空容器内にて、複数の基板を載置した回転テーブルを回転して、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置に関する。
半導体プロセスにおいて、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の基板に対して成膜処理やエッチング処理等の真空処理を行う装置の一例として、真空容器の周方向に沿ってウエハの載置台を設けると共に、載置台の上方側に複数の処理ガス供給部を設け、複数のウエハを回転テーブルに載せて公転させながら真空処理を行ういわばミニバッチ式の装置が知られている。この装置は、第１の反応ガス及び第２の反応ガスを交互にウエハに供給して原子層あるいは分子層を積層していく例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）等と呼ばれる手法を行う場合に好適である。
このような装置では、第１及び第２の反応ガスがウエハ上で混合しないように、これら反応ガスを分離することが要求される。例えば特許文献１には、サセプタと対向するように設けられたシャワーヘッド状のガス噴射部に、第１の原料ガス用及び第２の原料ガス用のガス供給領域（ガス供給孔）を夫々設けると共に、これら原料ガスの混合を防ぐために第１及び第２の原料ガスのガス供給領域の間と、ガス噴射部の中心からパージガスを供給する構成が記載されている。また前記サセプタを囲むように設けられた排気溝部は隔壁により２つに区画され、第１の原料ガスと第２の原料ガスとが互いに異なった排気溝部から夫々排気されるようになっている。
また特許文献２には、基板ホルダに対向するように設けられたチャンバ上部に、第１の前駆物質用のガスを供給する吸気ゾーンと、当該ガスを排気する排気ゾーンと、第２の前駆物質用のガスを供給する吸気ゾーンと、当該ガスを排気する排気ゾーンとを放射状に設ける構成が記載されている。この例では吸気第１及び第２の前駆物質用のガスの吸気ゾーンに夫々対応する排気ゾーンを備えることにより、第１及び第２の前駆物質用のガスを分離している。また隣接する前駆物質領域の排気ゾーン同士の間にパージガスを吸気することにより、第１及び第２の前駆物質用のガスの分離を図っている。
ところで既述のように基板をサセプタ等に載置して、当該サセプタ等を回転させる構成では、サセプタの回転速度が一定の場合には処理領域の面積が大きいほど、処理時間が長くなる。従って第１及び第２の反応ガス同士の間で反応速度が異なる場合には、夫々の処理領域の面積が同じであれば、反応速度の大きい反応ガスでは十分に反応が進行するが、反応速度の小さい反応ガスでは処理時間が足りず、反応が不十分な状態で次の処理領域へ移行してしまうおそれがある。ＡＬＤやＭＬＤの手法では、第１の反応ガスによる基板表面への吸着反応と、第２の反応ガスによる吸着された第１の反応ガスの酸化反応とが交互に多数回繰り返されるが、第１の反応ガスの吸着反応に比べて酸化反応には時間がかかる。このため酸化反応が十分に進行しない状態で、次の第１の反応ガスの吸着反応が実行されてしまうと、結果として得られる薄膜の膜質が低下してしまう懸念が生じる。
このような事態は、反応速度の小さいガスにおいても十分に反応が進行するように回転速度を小さくしたり、反応ガスの流量を多くすることにより改善できるが、スループットや反応ガスの省量化の観点からは得策ではない。また特許文献１，２の構成においても、反応速度の異なる複数のガスを用いて、基板の回転速度を高速にした状態で膜質の良好な薄膜を形成することについては考慮されていないので、本発明の課題を解決することは困難である。
またこれら特許文献１，２の装置では、サセプタや基板ホルダに対向するように設けられたガス供給部から原料ガスや前駆物質用のガスがパージガスと共に下方側の基板に向けて供給されており、異なる原料ガス等同士をパージガスで分離しようとすると、基板の表面で当該パージガスと原料ガスが混合してしまい、原料ガスがパージガスで希釈されてしまう。このためサセプタや基板ホルダを高速で回転させると、第１の反応ガスの濃度が低下して、第１の反応ガスを確実にウエハに吸着させることができなくなったり、第２の反応ガスの濃度が低下して、第１の反応ガスの酸化を十分に行うことができずに不純物が多い膜を形成してしまい、結果として膜質の良好な薄膜を形成することができない懸念が生じる。
特許文献３では、添付された図４に示されたとおり、第１の反応ガスが原料ガスシャワーヘッド２７０ａから供給され、この原料ガスシャワーヘッド２７０ａと対向した位置に設けられると共に、原料ガスシャワーヘッド２７０ａと同じ面積のシャワーヘッド２７０ｂを介して、第２の反応ガスが供給される構成となっている。またシャワーヘッド２７０ａとシャワーヘッド２７０ｂとにより挟まれた広面積の対向領域２７０ｃから不活性ガスが供給される構成となっている。これらのガスは、図３に示すウエハＷを６枚載せて回転する回転テーブルの外周を取り囲むバッフル板において、全周に亘って均等に配置された複数の開口２３６ａ，２３６ｂを介して図５に示された排気通路２３８ａ，２３８ｂから排気されるようになっている。このような構成をとることで、シャワーヘッド２７０ａ，２７０ｂが対向配置された同じ面積の処理空間の中で第１、第２の反応ガスの反応が進むようになっている。
特許文献４では、図２に示すとおり、６枚の基板を載置した回転テーブル８０２が、基板に対向配置されたシャワーヘッドの下を回転してプロセスが実行されるが、処理を行う空間は不活性ガスのカーテン２０４Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにより均等の面積の広さの処理空間に分割されている。
特許文献５では、図８に示すとおり、二つの異なる反応ガスが、対向配置された二つのスリット２００，２１０から同じ面積の大きさの処理領域の中に導入されている。前記反応ガスは、これらの同じ面積の処理領域を取り囲む排気領域２２０，２３０から装置の上方に設けられた真空排気手段に連通して排気されている。
特許文献６には、真空チャンバの内部空間を４枚の仕切り板７２，７４，６８，７０の位置で決定する技術が開示されている。第１の発明実施例には、これらの仕切り板が回転中心を通り、直線的に対向配置された実施例が示されている。第１発明を示す図２及び図４に示されたとおり、第１の反応ガス９０が、ガス導入パイプ１１２，１１６を通り、真空チャンバ内を４分割した空間７６の内部に導入され、この空間７６に対向配置された同じ面積の４分割の一つである空間８０に第２の反応ガス供給システム９２からガスが導入される構成となっている。またこれらが対向配置され、面積の等しい処理空間に挟まれた空間８２，８４は不活性ガスが導入される空間となっている。またこの真空チャンバ内は、図３Ａに示されるとおり、回転中心上方に上向きに設けられた排気通路４２を経由して真空ポンプ４６により排気されている。
一方、この同じ明細書の第２の発明実施例を示す図８によれば、真空チャンバ内部の処理空間を仕切る壁が４分割から不均等な位置に移動されて、結果として対向配置された空間８０ａ，７６ａの面積が大きく、空間８２ａ，７８ａの面積が小さい空間構成として図示されている。
また図９によれば、対向配置された空間８０ｂの面積が小さく、空間７６ａの面積が大きい空間構成が示されている。いずれも仕切り板を移動して空間の面積を変更する実施例である。この構成では、複数のプロセス空間に供給される反応ガスを分離し、両者を混合させないために、隣接した仕切り板に囲まれた空間内を不活性ガスで満たしている。
これらの図面に対応した明細書の詳細な説明における段落００６１から段落００６４によれば、パーティション６８ｂ，７０ｂ，７２ｂ，７４ｂを移動してプロセスに適した面積の空間を構成する技術が開示されている。しかしながら、特許文献６全体を通して
（１）真空チャンバ内の空間構成は、物理的なパーティションにより壁を作り、当該壁で囲まれた空間の中に反応ガス、不活性ガスを流して満たす方式である。
（２）排気方法が回転中心に位置した上方排気である。
（３）高速回転に必要な反応ガス同士の反応を防止する技術がなく、低速（２０〜３０ｒｐｍ）に適応可能な技術である。
このため当該特許文献３〜６の技術によっても、回転テーブルの回転速度を高めた場合に、第１及び第２の反応ガスの混合を抑え、かつ第１の反応ガスによる吸着反応及び第２の反応ガスによる酸化反応を十分に進行させて、良好な成膜処理を行うという本発明の課題を解決することはできない。
公開番号１０−２００９−００１２３９６号 特表２００８−５１６４２８号 国際公開Ｗ０ ２００９／０１７３２２ Ａ１ 米国特許 ６，９３２，８７１号 米国公開特許２００６／００７３２７６ Ａ１ 米国公開特許２００８／０１９３６４３ Ａ１
本発明は、一回転あたりのＡＬＤ成膜反応を促進させて一回転あたりの膜厚の大きな成膜装置を提供すること、及び高速回転させてもこの一回転あたりの膜厚の成長速度が維持でき、回転数に応じた膜厚が得られ、更に品質の高い成膜を行うことができる成膜装置を提供する。
本発明は、真空容器内にて、複数の基板を載置した回転テーブルを回転して、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
前記回転中の基板の近傍に対向して、前記処理領域の中に設けられ、前記基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記異なる反応ガスが互いに反応することを防止するための分離ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離領域内に供給する分離ガス供給手段と、
前記複数の処理領域の夫々の外側において、前記回転テーブルの外周方向に対応した範囲の中に排気口を設け、前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した分離ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き、前記排気口に連通して排気する排気手段と、を備え、
前記複数の処理領域は、基板表面に第１の反応ガスが吸着する処理を行う第１の処理領域と、
この第１の処理領域よりも面積が大きく、基板表面に吸着した前記第１の反応ガスと第２の反応ガスとを反応させて前記基板表面に成膜する処理を行う第２の処理領域と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、基板表面に第１の反応ガスを吸着させる処理を行う第１の処理領域よりも、当該基板表面の第１の反応ガスと第２の反応ガスとを反応させて成膜する処理を行う第２の処理領域の面積を大きく設定しているので、第１及び第２の反応ガスの反応領域が均等（両者の処理面積が同じ）である場合に比較して成膜処理の処理時間を長く確保することができる。このため一回転あたりの膜厚成長が厚くなり、この一回転あたりの成膜膜厚を維持したまま、回転テーブルの回転速度を高めることで高い成膜速度を確保でき、かつ膜質の良好な成膜処理を行うことができる。
本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面を示す図３のＩ−Ｉ’線断面図である。 上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。 上記の成膜装置の横断平面図である。 上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図である。 上記の成膜装置の一部を示す縦断面図である。 上記の成膜装置の一部を示す平面図である。 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。 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。 本発明の他の例の成膜装置を示す横断平面図である。 前記成膜装置に用いられるプラズマ発生手段を示す斜視図である。 前記プラズマ発生手段を示す断面図である。 本発明のさらに他の例の成膜装置を示す横断平面図である。 本発明のさらに他の例の成膜装置の一部を示す断面図である。 前記成膜装置に用いられるノズルカバーを示す斜視図と平面図である。 前記ノズルカバーの作用を説明するための断面図である。 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。 本発明の効果を確認するために行った評価実験の結果を示す特性図である。 本発明の効果を確認するために行った評価実験の結果を示す特性図である。 本発明の効果を確認するために行った評価実験の結果を示す特性図である。
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、内部の減圧状態により封止部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板１１を容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板であるウエハ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の厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハを凹部２４に落とし込むと、ウエハの表面と回転テーブル２の表面（ウエハが載置されない領域）とが揃うことになる。ウエハ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によりガスのパージ効率が落ち、ガスの滞留時間が変わる。この結果ガスの濃度勾配がつくことから、ウエハ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、加工精度など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、ウエハの裏面を支えて当該ウエハを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピン１６（図７参照）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の表面にウエハの周縁をガイドするガイド部材をウエハ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側に静電チャックなどのチャック機構を持たせてウエハを吸着する場合には、その吸着によりウエハが載置される領域が基板載置領域となる。
図２及び３に示すように真空容器１には、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置に第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２と２本の分離ガスノズル４１、４２とが真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて中心部から放射状に伸びている。これら反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２は、例えば真空容器１の側周壁に取り付けられており、その基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａは当該側壁を貫通している。ガスノズル３１、３２、４１、４２は図示の例では、真空容器１の周壁部から真空容器１内に導入されているが、後述する環状の突出部５から導入してもよい。この場合、突出部５の外周面と天板１１の外表面とに開口するＬ字型の導管を設け、真空容器１内でＬ字型の導管の一方の開口にガスノズル３１、（３２、４１、４２）を接続し、真空容器１の外部でＬ字型の導管の他方の開口にガス導入ポート３１ａ（３２ａ、４１ａ、４２ａ）を接続する構成を採用することができる。
反応ガスノズル３１、３２は、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスのガス供給源及び第２の反応ガスであるＯ３（オゾン）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されており、分離ガスノズル４１、４２はいずれも分離ガスであるＮ２ガス（窒素ガス）のガス供給源（図示せず）に接続されている。この例では、第２の反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４２がこの順に時計方向に配列されている。
反応ガスノズル３１、３２には、下方側に反応ガスを吐出するための吐出孔３３がノズルの長さ方向に間隔を置いて配列されている。この例では各ガスノズルの吐出口の口径は０．５ｍｍであり、各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。反応ガスノズル３１、３２は夫々第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段に相当し、その下方領域は夫々ＢＴＢＡＳガスをウエハに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びＯ３ガスをウエハに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２となる。こうして各ガスノズル３１，３２，４１，４２は、前記回転テーブル２の回転中心に向いて配置され、複数のガス噴出孔（吐出口）が直線状に配列されたインジェクターを構成する。
そしてこれら反応ガスノズル３１，３２は、夫々の処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井部から離間して前記回転テーブル２上の近傍に設けられ、回転テーブル２上のウエハＷに対して夫々反応ガスを供給するように構成されている。ここで反応ガスノズル３１，３２が、夫々の処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井部から離間し、前記回転テーブル２上の近傍に設けられるとは、反応ガスノズル３１，３２の上面と処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井部との間にガスが通流する空間が形成されていればよく、反応ガスノズル３１，３２の上面と処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井部との間の間隔が、反応ガスノズル３１，３２の下面と回転テーブル２表面との間の間隔より大きい場合のみならず、両者の間隔がほぼ同じである場合や、反応ガスノズル３１，３２の上面と処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井部との間の間隔が、反応ガスノズル３１，３２の下面と回転テーブル２表面との間の間隔より小さい場合も含まれる。
前記分離ガスノズル４１、４２には、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０が長さ方向に間隔を置いて穿設されており、この例では各ガスノズルの吐出口の口径は０．５ｍｍであり、各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。これら分離ガスノズル４１、４２は、前記第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に設けられた分離領域Ｄに、第１の反応ガスと第２の反応ガスが互いに反応することを防止するための分離ガスを供給する分離ガス供給手段をなすものである。
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、この例においては、前記凸状部４における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収められている。即ち分離ガスノズル４１、（４２）の中心軸から凸状部４である扇型の両縁（回転方向上流側の縁及び下流側の縁）までの距離は同じ長さに設定されている。なお、溝部４３は、本実施形態では凸状部４を二等分するように形成されているが、他の実施形態においては、例えば溝部４３から見て凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が前記回転方向下流側よりも広くなるように溝部４３を形成してもよい。従って分離ガスノズル４１、４２における前記周方向両側には、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在することになる。この凸状部４の役割は、回転テーブル２との間に第１の反応ガス及び第２の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。
即ち、分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側からＯ３ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からＢＴＢＡＳガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ２ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、隣接空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したＯ３ガス及びＢＴＢＡＳガスが凸状部４内で混じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄの役割である第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気との分離作用が発揮できる。従って狭隘な空間における狭隘の程度は、狭隘な空間（凸状部４の下方空間）と当該空間に隣接した領域（この例では第２の天井面４５の下方空間）との圧力差が「ガスが侵入できなくなる」作用を確保できる程度の大きさになるように設定され、その具体的な寸法は凸状部４の面積などにより異なるといえる。またウエハに吸着したガスについては当然に分離領域Ｄ内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。
こうしてこの例においては第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とは分離領域Ｄにより互いに区画され、第１の天井面４４を有する凸状部４の下方側領域が分離領域、凸状部４の周方向両側における第２の天井面４５を有する領域が処理領域となる。この例では、第１の処理領域Ｐ１は、分離ガスノズル４１における、回転テーブル２の回転方向下流側に隣接する領域に形成され、第２の処理領域Ｐ２は、分離ガスノズル４１における、回転テーブル２の回転方向上流側に隣接する領域に形成されている。
ここで第１の処理領域Ｐ１とはウエハＷ表面に金属を吸着させる領域であり、この例ではＢＴＢＡＳガスにより金属であるシリコンが吸着される。また第２の処理領域Ｐ２とは前記金属の化学反応を起こさせる領域である。化学反応には、例えば金属の酸化反応や窒化反応が含まれるが、この例ではＯ３ガスによるシリコンの酸化反応が行われる。なおこれら処理領域Ｐ１、Ｐ２は反応ガスが拡散する拡散領域ということもできる。
また第１の処理領域Ｐ１の面積は、第２の処理領域Ｐ２の面積よりも大きくなるように設定されている。これは既述のように第１の処理領域Ｐ１では第１の反応ガスによる金属（シリコン）の吸着が行われ、第２の処理領域Ｐ２では第１の処理領域Ｐ１で形成された金属に対する第２の反応ガスによる化学反応が進行するが、これら第１の反応ガス及び第２の反応ガスでは反応形態に差異があり、吸着反応の方が化学反応よりも反応速度が大きいからである。
第１の反応ガス供給手段の特徴は、回転テーブル２上のウエハＷ表面に向けて第１の反応ガスを噴出し、同時にガス供給装置である直線状に配列された噴出孔を備えたインジェクターであることである。
また第１の反応ガス供給手段が配置され、扇形の扇の要を軸として広がる扇形の第１の処理領域Ｐ１では、第１の反応ガスがウエハＷ表面に達すると直ちにウエハＷ表面に吸着するため、当該第１の処理領域Ｐ１を面積が小さい空間とすることができる。これに対して第２の処理は、ウエハＷ板表面に予め付着した第１の反応ガスの存在を前提とする処理であり、具体的な実施例としては酸化プロセス、窒化プロセス、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜の成膜プロセスを挙げることができる。これらの反応に共通することは、第２の処理はウエハＷ表面での夫々の反応に時間を要するプロセスであることである。従って第２の処理領域Ｐ２において回転テーブル２の回転方向の前半部分において供給された第２の反応ガスが、第２の処理領域Ｐ２全体に行き渡り、面積が広い領域Ｐ２の全長に亘って反応を継続させることは重要である。こうして前記第１の反応ガスが供給される処理領域よりも面積が広い前記第２の反応ガスを供給する処理領域において、前記ウエハＷが前記第２の反応ガスの中を長い時間をかけて表面反応を行いながら通過していくことになる。
ここで本発明者らは、第２の処理が進めば進むほど、その結果得られる成膜の膜厚は厚くなり、結果として一回転あたりの膜厚が厚くなることを見出し、本発明に至った。逆に第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２の面積を等しくすると、第２の処理領域Ｐ２における成膜反応が十分に進まないまま、回転テーブル２の回転に伴って、ウエハＷが隣接した分割領域Ｄの中に入り、当該分割領域ＤではウエハＷ表面に到達した第２の反応ガスが分離ガスによって一掃されてしまうため、それ以上の成膜・酸化（窒化）プロセスが進行しない。即ち回転一回あたりのウエハＷ上の成膜膜厚が薄いまま少しずつ成膜を積み重ねて膜厚を稼ぐことなり、従来からの成膜装置と同様になってしまう。
このように本発明においては、第１及び第２の反応ガスの夫々の果たす役割と反応に寄与する特性をよく見極めることにより、一回転あたりの成膜厚さを厚くするためにより効率の高い面積比とすることで、一回転あたりの成膜量を増やすことができる。従って一回転あたりの成膜膜厚を厚くし、１２０ｒｐｍ乃至１４０ｒｐｍという高速で回転テーブル２を回転させた場合であっても、この成膜膜厚を維持できるので、回転テーブル２を高速回転させるほど成膜速度が高くなるという量産に適した成膜装置とすることができる。これに対して従来のミニバッチ式回転式の成膜装置では、通常２０ｒｐｍ乃至３０ｒｐｍが回転数の限界であり、それ以上の高速回転は困難である。
また本発明者は本発明の効果を獲得するために、分離ガスが供給される分離領域Ｄにおける回転テーブル２の外周側と、それに対応した真空容器の側壁との間の隙間を実質的にガスが流れない程度に抑えることで、分離領域Ｄにて供給する分離ガスが隣接する処理領域内部を回転方向に横断して、処理領域の回転テーブル外周方向に設けた排気口に向けて流れを形成させ、排気口に連通した真空ポンプから真空排気されるようにしている。
また複数の異なる反応ガスがお互いに反応することを防止する分離ガスの分離領域Ｄを高速回転においても維持できる構成とした。さらに回転テーブル２の回転中心から分離ガスを供給することで、分離領域Ｄの回転中心方向において分離ガスが回転中心を横断して、真空容器を横切るいわばガスのカーテンを形成して、複数の異なる反応ガスの分離を高速回転においても維持する技術を開発することに成功した。以下これらの点についても説明する。
従って第１の反応ガスの吸着を行う第１の処理領域Ｐ１では面積をそれ程大きくしなくても吸着処理が十分に進行するが、化学反応を十分に進行させるためには処理時間が必要であるため、第２の処理領域は第１の処理領域Ｐ１よりも面積を大きくして、処理時間を稼ぐ必要がある。また高価な第１の反応ガスは、第１の処理領域Ｐ１が広過ぎると、当該領域Ｐ１に拡散して吸着せずに排気される量が多くなってしまい、ガスの供給量を多くしなければならないため、この観点からも第１の処理領域Ｐ１では面積が狭い方が有利である。
また第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２において、反応ガスノズル３１，３２は、夫々回転方向の中央部か、その中央部よりも当該回転方向に沿った前半部分（回転方向の上流側）に設けられることが望ましい。これはウエハＷに供給した反応ガスの成分を十分にウエハＷに吸着させたり、既にウエハＷに吸着された反応ガスの成分と新たにウエハＷに供給した反応ガスとを十分に反応させるためである。この例においては、第１の反応ガスノズル３１は第１の処理領域Ｐ１における前記回転方向のほぼ中央部に設けられ、第２の反応ガスノズル３２は第２の処理領域Ｐ２における前記回転方向の上流側に設けられている。
一方天板１１の下面には、回転テーブル２におけるコア部２１よりも外周側の部位と対向するようにかつ当該コア部２１の外周に沿って突出部５が設けられている。この突出部５は凸状部４における前記回転中心側の部位と連続して形成されており、その下面は図５に示すように、凸状部４の下面（天井面４４）よりも僅かに低くなるように形成されている。このように突出部５の下面を凸状部４の下面よりも僅かに低く形成するのは、回転テーブル２の中心部において圧力バランスを確保するためと、前記中心部の方が回転テーブル２の周縁側に比べて駆動クリアランスが少なくて済むからである。図２及び図３は、前記天井面４５よりも低くかつ分離ガスノズル４１、４２よりも高い位置にて天板１１を水平に切断して示している。なお突出部５と凸状部４とは、必ずしも一体であることに限られるものではなく、別体であってもよい。
凸状部４及び分離ガスノズル４１（４２）の組み合わせ構造の作り方については、凸状部４をなす１枚の扇型プレートの中央に溝部４３を形成してこの溝部４３内に分離ガスノズル４１（４２）を配置する構造に限らず、２枚の扇型プレートを用い、分離ガスノズル４１（４２）の両側位置にて天板本体の下面にボルト締めなどにより固定する構成などであってもよい。
真空容器１の天板１１の下面、つまり回転テーブル２のウエハ載置領域（凹部２４）から見た天井面は既述のように第１の天井面４４とこの天井面４４よりも高い第２の天井面４５とが周方向に存在するが、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図５では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は図２及び図５に示されているように回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。扇型の凸状部４は天板１１側に設けられていて、容器本体１２から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。この屈曲部４６も凸状部４と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間は回転テーブル２の熱膨張を考慮して約１０ｍｍに設定されているが、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、回転テーブル２の表面に対する天井面４４の高さｈ１と同様の寸法に設定されている。これらは熱膨張等を考慮して、両反応ガスの混合を防止するという目的を確保するために適切な範囲に設定することが好ましい。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の側壁（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、処理領域Ｐ１，Ｐ２においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。つまり前記分離領域Ｄにおける回転テーブル２と前記真空容器の内周壁との隙間ＳＤは、前記処理領域Ｐ１，Ｐ２における回転テーブル２と前記真空容器の内周壁との隙間ＳＰよりも狭く設定されている。ここで分離領域Ｄにおいては、既述のように屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成しているため、図５に示すように、前記隙間ＳＤとは屈曲部４６の内周面と回転テーブル２との隙間に相当する。また前記窪んだ部分を排気領域６と呼ぶことにすると、前記隙間ＳＰとは図１及び図７に示すように、排気領域６の内周面と回転テーブル２との隙間に相当する。なお前記分離領域Ｄにおける前記隙間ＳＤが、前記処理領域Ｐ１，Ｐ２における前記隙間ＳＰよりも狭く設定される場合には、図６に示すように、凸状部４の一部が排気領域６側に入り込む場合も含まれる。またこの例では分離領域Ｄでは、前記屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成しているが、この屈曲部４６は必ずしも必要ではなく、屈曲部４６を設けない場合には、分離領域Ｄにおける回転テーブル２と真空容器１の内周壁との隙間が、処理領域Ｄにおける回転テーブル２と真空容器１の内周壁との隙間よりも狭くなるように設定される。
前記排気領域６の底部には図１及び図３に示すように例えば２つの排気口（第１の排気口６１及び第２の排気口６２）が設けられている。これら第１及び第２の排気口６１、６２は各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば共通の真空ポンプ６４に接続されている。なお図１中、６５は圧力調整手段であり、排気口６１、６２ごとに設けてもよいし、共通化されていてもよい。
前記第１の排気口６１は第１の処理領域Ｐ１の外側において、回転テーブル２の外方側に、回転テーブル２の外周方向に対応した範囲の中に設けられ、例えば第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との間に設けられている。また前記第２の排気口６２は第２の処理領域Ｐ２において、回転テーブル２の外方側に、回転テーブル２の外周方向に対応した範囲の中に設けられ、例えば第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。これは分離領域Ｄの分離作用が確実に働くようにするためであり、平面で見たときに前記分離領域Ｄの前記回転方向両側に排気口６１，６２が設けられ、第１の排気口６１は第１の反応ガスの排気を、第２の排気口６２は第２の反応ガスの排気を夫々専用に行うようになっている。
ここで図３に示すように、第１及び第２の排気口６１，６２は各々処理領域における回転方向の下流側に設けることが好ましい。第２の反応ガスノズル３２は第２の処理領域Ｐ２における回転テーブル２の回転方向の上流側に設けられていることから、当該反応ガスノズル３２から供給された反応ガスが当該処理領域Ｐ２内を回転テーブル２の回転方向の上流側から下流側へ向けて通気していき、当該処理領域Ｐ２内に満遍なく反応ガスが行き渡るからである。これにより面積が大きい第２の処理領域Ｐ２内をウエハＷが通過する際に、当該ウエハＷ表面を十分に第２の反応ガスと接触させて、化学反応を進行させることができる。
なお第１の処理領域Ｐ１は第２の処理領域Ｐ２に比べて狭いので、当該実施の形態のように第１の反応ガスノズル３１を処理領域Ｐ１における回転テーブル２の回転方向のほぼ中央においても、処理領域Ｐ１内に十分に反応ガスが行き渡り、金属層の吸着反応を十分に進行させることができるが、当該第１の反応ガスノズル３１も回転テーブル２の回転方向の上流側に設けるようにしてもよい。
排気口の設置数は２個に限られるものではなく、例えば分離ガスノズル４２を含む分離領域Ｄと当該分離領域Ｄに対して前記回転方向下流側に隣接する第２の反応ガスノズル３２との間に更に排気口を設置して３個としてもよいし、４個以上であってもよい。この例では排気口６１、６２は回転テーブル２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁と回転テーブル２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器１の底面部に設けることに限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。また排気口６１、６２は、真空容器１の側壁に設ける場合には、回転テーブル２よりも高い位置に設けるようにしてもよい。このように排気口６１、６２を設けることにより回転テーブル２上のガスは、回転テーブル２の外側に向けて流れるため、回転テーブル２に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻上げが抑えられるという観点において有利である。
前記回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１、図２及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハをプロセスレシピで決められた温度に加熱するようになっている。前記回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域６に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画するためにヒータユニット７を全周に亘って囲むようにカバー部材７１が設けられている。図５に示すように分離領域Ｄにおいては、前記カバー部材７１はブロック部材７１ａ、７１ｂより形成されている。こうして分離領域Ｄではブロック部材７１ａ，７１ｂの上面と回転テーブル２の下面との間の隙間を小さくして、回転テーブル２の下方側に外方からガスが侵入することを抑えている。またこのように屈曲部４６の下方側にブロック部材７１ｂを設けることにより、分離ガスが回転テーブル２の下方側まで流れることをさらに抑制できるため、より好ましい。なお図５に示すように、ブロック部材７１ａの上面とヒータユニット７の上面とに亘って、ヒータユニット７を保持する保護プレート７ａを載置するようにしてもよい。これによりヒータユニット７が設けられる空間にＢＴＢＡＳガスやＯ３ガスが仮に流入したとしても、ヒータユニット７を保護することができる。当該保護プレート７ａは例えば石英により作製することが好ましい。なお他の図においては保護プレート７ａは省略して描いている。
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近、コア部２１に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴についてもその内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体２０内に連通している。そして前記ケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。
このようにパージガス供給管７２、７３を設けることにより図７にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体２０内からヒータユニット７の配置空間に至るまでの空間がＮ２ガスでパージされ、このパージガスが回転テーブル２とカバー部材７１との間の隙間から排気領域６を介して排気口６１、６２に排気される。これによって既述の第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との一方から回転テーブル２の下方を介して他方にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガスが回り込むことが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。
また真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部５で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間で回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガス・）が混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との雰囲気を分離するために回転テーブル２の回転中心部と真空容器１１とにより区画され、分離ガスがパージされると共に当該回転テーブル２の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。この中心部領域Ｃは回転テーブル２の回転中心から真空容器内へ分離ガスを供給する回転中心供給用の分離ガス供給手段に相当する。
更に真空容器１の側壁には、図２、図３及び図７に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハの受け渡しを行うための搬送口１５が第２の処理領域Ｐ２に面して形成されており、この搬送口１５は搬送経路に設けられた図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１６の昇降機構（図示せず）が設けられる。
またこの実施の形態の成膜装置は、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられ、この制御部１００のメモリ内には装置を運転するためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体から制御部１００内にインストールされる。
ここで成膜装置の各部の大きさの一例について、直径３００ｍｍのウエハＷを被処理基板とし、第１の反応ガスとしてＢＴＢＡＳガス、第２の反応ガスとしてＯ３ガスを用いる場合を例にして説明する。また回転テーブル２の回転数については、例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ程度に設定している。例えば回転テーブルの直径はφ９６０ｍｍ、また凸状部４は、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば１４６ｍｍであり、ウエハの載置領域（凹部２４）の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍである。なお図４（ａ）に示すように、当該外側部位において分離ガスノズル４１（４２）の両脇から夫々左右に位置する凸状部４の周方向の長さＬでみれば、長さＬは２４６ｍｍである。
そして第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２の大きさは凸状部４の配置により調整されるが、例えば第１の処理領域Ｐ１については、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば１４６ｍｍであり、ウエハの載置領域（凹部２４）の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍである。第２の処理領域Ｐ２については、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば４３８ｍｍであり、ウエハの載置領域（凹部２４）の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば１５０６ｍｍである。
また図４（ａ）に示すように凸状部４の下面即ち天井面４４における回転テーブル２の表面からの高さｈ１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。前記分離領域Ｄにおける回転テーブル２と前記真空容器の内周壁との隙間ＳＤはより狭い方が好ましいが、回転テーブル２の回転のクリアランスや、回転テーブル２を加熱したときの熱膨張を考慮すると、例えば０．５ｍｍから２０ｍｍであってもよく、約１０ｍｍであると好適である。
また図４（ａ）に示すように処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井面４５における回転テーブル２の表面からの高さｈ２は、例えば１５ｍｍ〜１００ｍｍ例えば３２ｍｍである。さらに処理領域Ｐ１，Ｐ２における反応ガスノズル３１，３２は、夫々の処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井面４５から離間し、前記回転テーブル２上の近傍に設けられているが、このときの反応ガスノズル３１，３２の上面における天井面４５からの高さｈ３は例えば１０ｍｍ〜７０ｍｍであり、処理領域Ｐ１，Ｐ２における反応ガスノズル３１，３２の下面における回転テーブル２からの高さｈ４は、例えば０．２ｍｍ〜１０ｍｍである。このような反応ガスノズル３１，３２は例えばその先端が突出部５の近傍に位置し、処理領域Ｐ１，Ｐ２の径方向全体に反応ガスを吐出するように、吐出孔３３が形成されている。
実際には、反応ガスの種類や流量、回転テーブル２の回転数の使用範囲などのプロセス条件に応じて第１の処理領域Ｐ１や第２の処理領域Ｐ２の大きさや、十分な分離機能を確保するための分離領域Ｄの大きさが異なるため、前記プロセス条件に応じて、凸状部４の大きさや、第１の処理領域Ｐ１や第２の処理領域Ｐ２を決定するための凸状部４の設置個所、凸状部４の下面（第１の天井面４４）における回転テーブル２の表面からの高さｈ１、処理領域Ｐ１，Ｐ２の回転テーブル２の表面における第２の天井面４５からの高さｈ２、反応ガスノズル３１，３２の上面における第２の天井面４５からの高さｈ３、反応ガスノズル３１，３２の下面における回転テーブル２からの高さｈ４、前記分離領域Ｄにおける回転テーブル２と前記真空容器の内周壁との隙間ＳＤを例えば実験などに基づいて設定することになる。
また第２の処理領域Ｐ２の回転テーブル２の表面における第２の天井面４５からの高さｈ２を、第１の処理領域Ｐ１の回転テーブル２の表面における第２の天井面４５からの高さｈ２よりも大きく設定してもよい。さらに反応ガスノズル３１，３２の上面における第２の天井面４５からの高さｈ３、反応ガスノズル３１，３２の下面における回転テーブル２からの高さｈ４についても、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間で互いに異なる高さに設定してもよい。
なお分離ガスとしては、Ｎ２ガスに限られずＡｒガスなどの不活性ガスを用いることができるが、不活性ガスに限らず水素ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。
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の底部側から昇降ピン１６が昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。続いて真空ポンプ６４により真空容器１内を予め設定した圧力に真空引きすると共に、回転テーブル２を時計回りに回転させ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がこの回転テーブル２に載置されることで加熱される。ウエハＷの温度が図示しない温度センサにより設定温度になったことを確認した後、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から夫々ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスを吐出させると共に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを吐出する。
ウエハＷは回転テーブル２の回転により、第１の反応ガスノズル３１が設けられる第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル３２が設けられる第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過するため、ＢＴＢＡＳガスが吸着してシリコンの分子層が形成され、次いでＯ３ガスが吸着してシリコン層が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成され、こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。
このとき分離ガス供給管５１からも分離ガスであるＮ２ガスを供給し、これにより中心部領域Ｃから即ち突出部５と回転テーブル２の中心部との間から回転テーブル２の表面に沿ってＮ２ガスが吐出する。この例では反応ガスノズル３１、３２が配置されている第２の天井面４５の下方側の空間に沿った容器本体１２の内周壁においては、既述のように内周壁が切りかかれて広くなっており、この広い空間の下方に排気口６１、６２が位置しているので、第１の天井面４４の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Ｃの各圧力よりも第２の天井面４５の下方側の空間の圧力の方が低くなる。ガスを各部位から吐出したときのガスの流れの状態を模式的に図９に示す。
第１の処理領域Ｐ１では、第１の反応ガスノズル３１から下方側に吐出されたＢＴＢＡＳガスは回転テーブル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第１の排気口６１に向かって通流していく。この際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から吐出されているＮ２ガスと、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間ＳＰから排気領域６を介して第１の排気口６１に排気される。こうして第１の処理領域Ｐ１に供給された第１の反応ガスとＮ２ガスとが、第１の処理領域Ｐ１を経由して第１の排気口６１を介して排気される。
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の表面に当たってその表面に沿って回転方向下流側に向かうＮ２ガスは、中心部領域Ｃから吐出されるＮ２ガスの流れと第１の排気口６１の吸引作用により当該排気口６１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ＢＴＢＡＳ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４２付近までには到達できるものではなく、分離ガスノズル４２から吐出したＮ２ガスにより回転方向上流側、つまり第１の処理領域Ｐ１側に押し戻されてしまい、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間ＳＰから排気領域６を介して第１の排気口６１に排気される。こうして中心部領域Ｃから吐出されている分離ガスは、第１の処理領域Ｐ１を経由して第１の排気口６１から排気される。
また第２の処理領域Ｐ２では、第２の反応ガスノズル３２から下方側に吐出されたＯ３ガスは回転テーブル２の表面に沿って第２の排気口６２に向かって通流していく。この際Ｏ３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から吐出されているＮ２ガスと、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との間の排気領域６に流れ込み、第２の排気口６２により排気される。こうして第２の処理領域Ｐ２に供給された第２の反応ガスとＮ２ガスとが、第２の処理領域Ｐ２を経由して第２の排気口６２を介して排気される。
第２の処理領域Ｐ２においても、Ｏ３ガスは扇型の凸状部４の下方側にほとんど流入できないかあるいは少し流入したとしても分離ガスノズル４１付近までには到達できるものではなく、分離ガスノズル４１から吐出したＮ２ガスにより回転方向上流側、つまり第２の処理領域Ｐ２側に押し戻されてしまい、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して第２の排気口６２に排気される。こうして中心部領域Ｃから吐出されている分離ガスは、第２の処理領域Ｐ２を経由して第２の排気口６２から排気される。
このように各分離領域Ｄにおいては、雰囲気中を流れる反応ガスであるＢＴＢＡＳガスあるいはＯ３ガスの侵入を阻止するが、ウエハに吸着されているガス分子はそのまま分離領域つまり扇型の凸状部４による低い天井面４４の下方を通過し、成膜に寄与することになる。また第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ３ガス）は、中心部領域Ｃ内に侵入しようとするが、図７及び図９に示すように当該中心部領域Ｃからは分離ガスが回転テーブル２の周縁に向けて吐出されているので、この分離ガスにより侵入が阻止され、あるいは多少侵入したとしても押し戻され、この中心部領域Ｃを通って第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することが阻止される。
そして分離領域Ｄにおいては、扇型の凸状部４の周縁部が下方に屈曲され、屈曲部４６と回転テーブル２の外端面との間の隙間ＳＤが既述のように狭くなっていてガスの通過を実質阻止しているので、第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ３ガス）は、回転テーブル２の外側を介して第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することも阻止される。従って２つの分離領域Ｄによって第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気とが完全に分離され、ＢＴＢＡＳガスは第１の排気口６１に、またＯ３ガスは第２の排気口６２に夫々排気される。この結果、両反応ガスこの例ではＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスが雰囲気中においてもウエハ上においても混じり合うことがない。なおこの例では、回転テーブル２の下方側をＮ２ガスによりパージしているため、排気領域６に流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばＢＴＢＡＳガスがＯ３ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。
また第１及び第２の反応ガスノズル３１，３２は、夫々の処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井から離間して前記基板の近傍に設けられているので、分離ガスノズル４１，４２から吐出したＮ２ガスは、図４（ｂ）に示すように、反応ガスノズル３１，３２の上方側と夫々の処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井面４５との間や、反応ガスノズル３１，３２の下方側にも通流していく。この際、反応ガスノズル３１，３２からは夫々反応ガスが吐出しているので、反応ガスノズル３１，３２の下方側よりも上方側の方が圧力が低くなっている。このため、Ｎ２ガスは圧力の低い反応ガスノズル３１，３２の上方側と夫々の処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井面４５との間により通流していきやすい。これにより分離領域Ｄ側からＮ２ガスが処理領域Ｐ１，Ｐ２側へ流れ込むといっても、反応ガスノズル３１，３２の下方側へはＮ２ガスが流れ込みにくいため、反応ガスノズル３１から吐出される反応ガスはＮ２ガスによりそれほど希釈されることなく、ウエハＷ表面に供給される。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例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、プロセス圧力は例えば１０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は例えば３５０℃、ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスの流量は例えば夫々１００ｓｃｃｍ及び１００００ｓｃｃｍ、分離ガスノズル４１、４２からのＮ２ガスの流量は例えば２００００ｓｃｃｍ、真空容器１の中心部の分離ガス供給管５１からのＮ２ガスの流量は例えば５０００ｓｃｃｍである。また１枚のウエハに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハが処理領域Ｐ１、Ｐ２の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、多数回例えば６００回である。
上述実施の形態によれば、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、高いスループットで成膜処理を行うことができる。そして前記回転方向において第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に分離領域Ｄを設け、当該分離領域Ｄから処理領域Ｐ１，Ｐ２に向けて分離ガスを吐出し、第１の処理領域Ｐ１においては、第１の反応ガスを分離ガスと共に回転テーブル２の周縁と真空容器の内周壁との隙間ＳＰを介して第１の排気口６１から排気し、第２の処理領域Ｐ２においては、第２の反応ガスを分離ガスと共に回転テーブル２の周縁と真空容器の内周壁との隙間ＳＰを介して第２の排気口６２から排気している。これにより両反応ガスの混合を防止することができ、この結果良好な成膜処理を行うことができる。また回転テーブル２上において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。
またウエハＷ表面に吸着されたシリコンを酸化反応させる処理を行う第２の処理領域Ｐ２は、ウエハＷ表面にシリコンを吸着させる処理を行う第１の処理領域Ｐ１よりも面積が大きくなるように設定されているので、シリコンの吸着反応に比べて時間がかかるシリコンの酸化反応の処理時間を長く確保することができる。このため回転テーブル２の回転速度を高めても、シリコンの酸化反応を十分に進行させることができ、不純物の少ない、膜質の良好な薄膜を形成することができて、良好な成膜処理を行うことができる。またＢＴＢＡＳガスはウエハＷの吸着力が大きいので、第１の処理領域Ｐ１の面積を小さくしても、ウエハＷとの接触によりＢＴＢＡＳガスがウエハＷ表面に直ちに吸着される。このためむやみに処理領域Ｐ１を大きくしても、反応に寄与せずに排気されるＢＴＢＡＳガスの量が増加するばかりであり、ＢＴＢＡＳガスの省量化の観点からも第１の処理領域Ｐ１の面積を小さくすることは有効である。
さらに上述の実施の形態では、凸状部４を設けて分離領域Ｄを形成しているので、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを区画でき、より第１の反応ガスと第２の反応ガスとの分離効果を高めることができる。
さらにまた分離領域Ｄにおける回転テーブル２と真空容器１の内周壁との隙間ＳＤが、処理領域Ｐ１、Ｐ２における回転テーブル２と真空容器１の内周壁との隙間ＳＰよりも狭く設定されており、また排気口６１，６２は処理領域Ｐ１，Ｐ２に設けられているので、当該隙間ＳＰの方が前記隙間ＳＤよりも圧力が低くなる。このため分離領域Ｄから供給された分離ガスの大部分が処理領域Ｐ１，Ｐ２に設けて通流していき、残りの僅かな分離ガスが前記隙間ＳＤに向けて流れていく。ここで分離ガスの大部分とは、分離ガスノズル４１，４２から供給される分離ガスの９０％以上をいう。これにより分離領域Ｄからの分離ガスは、実質的には分離領域Ｄの両側の処理領域Ｐ１，Ｐ２へ向けて通流していき、回転テーブル２の外方側へはほとんど通流していかないので、分離領域Ｄによる第１及び第２の反応ガスの分離作用が大きくなる。
さらにまた真空容器内へのウエハＷの搬入及び搬出を行うウエハＷの搬送口１５を第２の処理領域Ｐ２に面して設けたので、確実に金属の酸化処理が行われたウエハＷが搬出されることになる。
続いて本発明の第２の実施の形態について図１０〜図１３に基づいて説明する。この実施の形態は、前記第２の処理領域Ｐ２における、前記回転テーブル２の回転方向に沿った後半部分（下流側）に、第２の処理領域Ｐ２内で成膜したウエハＷの表面改質をプラズマにより行うプラズマ発生手段２００を設けるものである。このプラズマ発生手段２００は、図１０〜図１２に示すように、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びるように配置された筐体からなるインジェクター本体２０１を備え、このインジェクター本体２０１は回転テーブル２上のウエハＷ近傍に配置されている。このインジェクター本体２０１内には、隔壁２０２によって長さ方向に区画された幅の異なる２つの空間が形成されていて、一方側は前記プラズマ発生用のガスをプラズマ化（活性化）するためのガス活性化用流路であるガス活性化室２０３、他方側はこのガス活性化室２０３へプラズマ発生用のガスを供給するためのガス導入用流路であるガス導入室２０４となっている。
図１０〜図１２において、２０５はガス導入ノズル、２０６はガス孔、２０７はガス導入ポート、２０８は継手部、２０９はガス供給ポートである。そしてプラズマ発生用のガスは、ガス導入ノズル２０５のガス孔２０６からガス導入室２０４内に供給され、前記ガスは隔壁２０２の上部に形成された切り欠き部２１１を介してガス活性化室２０３に通流するように構成されている。ガス活性化室２０３内には、２本の誘電体からなる例えばセラミックス製のシース管２１２が当該ガス活性化室２０３の基端側から先端側へ向けて隔壁２０２に沿って伸び出しており、これらのシース管２１２の管内には、棒状の電極２１３が貫挿されている。これらの電極２１３の基端側はインジェクター本体２０１の外部に引き出され、真空容器１の外部にて整合器２１４を介して高周波電源２１５と接続されている。インジェクター本体２０１の底面には、当該電極２１３の間の領域であるプラズマ発生部２２０にてプラズマ化して活性化されたプラズマを下方側に吐出するためのガス吐出孔２２１がインジェクター本体２０１の長さ方向に配列されている。このインジェクター本体２０１は、その先端側が回転テーブル２の中心部へ向けて伸び出した状態となるように配設されている。図１０中２３１はガス導入ノズル２０５にプラズマ発生用のガスを導入するためのガス導入路、２３２はバルブ、２３３は流量調整部、２３４は前記プラズマ発生用のガスが貯留されたガス源である。プラズマ発生用のガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスや、酸素（Ｏ２）ガス及び窒素（Ｎ２）ガス等が用いられる。
この実施の形態においても、同様の回転テーブル２上にウエハＷを５枚載置して、回転テーブル２を回転させて、各ガスノズル３１，３２，４１，４２からＢＴＢＡＳガス、Ｏ３ガス及びＮ２ガスをウエハＷに向けて夫々供給すると共に、既述のようにパージガスを中心部領域Ｃや回転テーブル２の下方の領域に供給する。そしてヒータユニット７に給電し、プラズマ発生手段２００に対してプラズマ発生用のガス例えばＡｒガスを供給すると共に、高周波電源２１５からプラズマ発生部２２０（電極２１３）に高周波電力を供給する。このとき真空容器１内は真空雰囲気となっているので、ガス活性化室２０３の上方部へ流入したプラズマ発生用のガスは上記の高周波電力によりプラズマ化（活性化）された状態となってガス吐出孔２２１を介してウエハＷへ向けて供給される。こうして回転テーブル２上のウエハＷが第２の処理領域Ｐ２を通過していく際に、当該ウエハＷ近傍に配置されたプラズマ発生手段２００から供給されたプラズマを直接ウエハＷ表面に曝すことになる。
このプラズマが第２の処理領域Ｐ２を通過して既述のシリコン酸化膜が形成されたウエハＷに到達すると、当該シリコン酸化膜内に残っていた炭素成分や水分が気化して排出されたり、あるいはシリコンと酸素との間の結合が強められたりすることになる。このようにプラズマ発生手段２００を設けることにより、シリコン酸化膜が改質され、不純物が少なく、また結合強度の強いシリコン酸化膜を成膜することができる。この際プラズマ発生手段２００を回転テーブル２の回転方向の下流側に設けることにより、第２の反応ガスによる酸化反応が十分に進行した状態の薄膜に対してプラズマを照射できるので、より膜質の良好なシリコン酸化膜を成膜することができる。
この例においては、プラズマ発生用のガスとしてＡｒガスを用いたが、このガスに代えて、あるいはこのガスと共にＯ２ガスやＮ２ガスを用いてもよい。このＡｒガスを用いた場合には、膜中のＳｉＯ２結合を作り、ＳｉＯＨ結合をなくすという効果が得られ、またＯ２ガスを用いた場合には、未反応部分の酸化を促進し、膜中のＣ（炭素）が減少して電気特性が向上するという効果が得られる。
また上述の例は、第２の反応ガスノズル３２と別個にプラズマ発生手段２００を設ける構成であるが、図１３に示すように、当該プラズマ発生手段２００は第２の反応ガスノズルを兼用するものであってもよい。この例では、第１の反応ガスノズル３１から第１の反応ガスとしてＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給して、第１の処理領域Ｐ１にてシリコンの吸着処理が行われ、次いで第２の処理領域Ｐ２においてプラズマ発生手段２００から第２の反応ガスとしてプラズマ化したＮＨ３ガスが供給される。第２の処理領域Ｐ２では、プラズマ化したＮＨ３ガスによるシリコンの窒化反応と、この窒化反応により得られた窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）の改質が行われるようになっている。また第１の反応ガスノズル３１から第１の反応ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを供給すると共に、プラズマ発生手段２００から第２の反応ガスとしてプラズマ化したＮＨ３ガスを供給するように構成し、ＴｉＮ膜を成膜するようにしてもよい。
続いて本発明の第３の実施の形態について図１４〜図１７に基づいて説明する。この実施の形態では、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２にノズルカバー３４が設けられている。このノズルカバー３４は、ガスノズル３１，３２の長さ方向に沿って伸長し、その縦断面がコ字型をなす基部３５を備えており、この基部３５によりガスノズル３１，３２の上方及び側方が被覆される。そして基部３５の下端の左右から水平方向に、つまり回転テーブル２の回転方向の上流側、下流側に整流板３６Ａ，整流板３６Ｂが突出している。図１５に示すように、整流板３６Ａ，３６Ｂは回転テーブル２の中心部側から周縁部側に向かう程大きく基部３５から突出するように形成され、平面視状扇状に構成されている。この例では整流板３６Ａ，３６Ｂは基部３５に対して左右対称に形成されており、図１５（ｂ）中に点線で示した整流板３６Ａ，３６Ｂの輪郭線の延長線がなす角度（扇の開き角度）は例えば１０度である。ここでθはＮ２ガスが供給される分離領域Ｄの周方向の大きさや前記処理領域Ｐ１，Ｐ２の周方向の大きさを考慮することで適宜設計されるが、例えば５度以上９０度未満である。
図１５に示すように、ノズルカバー３４は、整流板３６Ａ,３６Ｂの先端側（幅が狭い側）が突出部５に近接すると共に後端側（幅が広い側）が回転テーブル２の外縁に向かうように設けられている。またノズルカバー３４は分離領域Ｄから離れ、かつ第２の天井面４５との間にガスの通流空間である隙間Ｒを介するように設けられている。図１６では、回転テーブル２上における各ガスの流れを矢印で示しており、この図に示すように、隙間Ｒは分離領域Ｄから処理領域Ｐ１，Ｐ２に向かったＮ２ガスの通流路をなしている。
図１４にｈ５で示した第１及び第２の処理領域Ｐ１における隙間Ｒの高さは例えば１０〜７０ｍｍであり、図中ｈ６で示した第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２におけるウエハＷ表面から第２の天井面４５までの高さは例えば１５ｍｍ〜１００ｍｍ例えば３２ｍｍである。ここで隙間Ｒの高さｈ５、ｈ６については、ガス種やプロセス条件により適宜その大きさを変更することができ、ノズルカバー３４による分離ガスを隙間Ｒにガイドして処理領域Ｐ１，Ｐ２への流れ込みを抑える整流効果ができるだけ有効になるような大きさに設定される。そのような整流効果を得るために例えばｈ５は、回転テーブル２とガスノズル３１，３２の下端との高さ以上であることが望ましい。また隙間Ｒの高さは、第１の処理領域Ｐ１よりも第２の処理領域Ｐ２の方が大きくなるように設定してもよい。この場合例えば第１の処理領域Ｐ１の隙間Ｒの高さは例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍ、第２の処理領域Ｐ２の隙間Ｒの高さは例えば１５ｍｍ〜１５０ｍｍに設定される。
また図１４に示すように、ノズルカバー３４の整流板３６Ａ，３６Ｂの下面は反応ガスノズル３１，３２の吐出口３３の下端とほぼ同じ高さ位置に形成されており、この図中にｈ７として示す整流板３６Ａ，３６Ｂの回転テーブル２表面（ウエハＷ表面）からの高さは０．５ｍｍ〜４ｍｍである。なお前記高さｈ７は０．５ｍｍ〜４ｍｍに限られるものではなく、Ｎ２ガスを上記のように隙間Ｒへガイドし、処理領域Ｐ１、Ｐ２における反応ガス濃度をウエハＷに処理を行うことができるような十分な濃度に確保できる高さに設定すればよく、例えば０．２ｍｍ〜１０ｍｍでもよい。ノズルカバー３４の整流板３６Ａ，３６Ｂは、後述するように分離領域Ｄから進入したＮ２ガスが、反応ガスノズル３１，３２の下方側に潜り込む流量を減少させると共に、反応ガスノズル３１，３２から夫々供給されたＢＴＢＡＳガス、Ｏ３ガスの回転テーブル２からの舞い上がりを防ぐ役割を有しており、その役割を果たすことができれば、ここに示した位置に設けることに限られない。
図１６に、Ｎ２ガスの第１及び第２の反応ガスノズル３１，３２周辺における流れを実線の矢印で示す。反応ガスノズル３１，３２の下方の第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２には、ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスが吐出されており、点線の矢印でその流れを示している。吐出されたＢＴＢＡＳガス（Ｏ３ガス）は、整流板３６Ａ，３６Ｂにより、整流板３６Ａ，３６Ｂの下方から上方への舞い上がりが規制されているため、整流板３６Ａ，３６Ｂの下方領域は、整流板３６Ａ，３６Ｂの上方領域に比べて圧力が高くなっている。回転方向の上流側から反応ガスノズル３１，３２に向かうＮ２ガスについては、このような圧力差及び回転方向の上流側に突出した整流板３６Ａにより、その流れが規制されるため、前記処理領域Ｐ１，Ｐ２への潜り込みが防がれて下流側へと向かう。そして前記Ｎ２ガスは、ノズルカバー３４と天井面４５との間に設けられた隙間Ｒを通って前記回転方向を反応ガスノズル３１，３２の下流側へと向かう。つまり反応ガスノズル３１，３２の上流側から下流側へ向かうＮ２ガスについて、その多くを反応ガスノズル３１，３２の下方側を迂回して隙間Ｒにガイドすることができるような位置に前記整流板３６Ａ，３６Ｂは配置されており、従って第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２に流れ込むＮ２ガスの量が抑えられる。
また第１の処理領域Ｐ１に流れ込んだＮ２ガスは、ガスを受ける反応ガス３１，３２の上流側（正面側）に比べて下流側（背面側）の圧力が低くなっていることから、この反応ガスノズル３１の下流側の位置へ向けて上昇しようとし、それに伴って反応ガスノズル３１から吐出されて回転方向下流側へ向かうＢＴＢＡＳガスも回転テーブル２から舞い上がろうとする。しかし図１６に示すように、回転方向下流側に設けられた整流板３６ＢによってこれらＢＴＢＡＳガス及びＮ２ガスはその舞い上がりが抑えられ、当該整流板３６Ｂと回転テーブル２との間を下流側へと向かい、そして処理領域Ｐ１の下流側で上記した反応ガスノズル３１の上側の隙間Ｒを通過して下流側へ流れたＮ２ガスと合流する。
そしてこれらＢＴＢＡＳガス及びＮ２ガスは、処理領域Ｐ１，Ｐ２の下流側に位置する分離ガスノズルから上流側に向かうＮ２ガスに押されて、当該分離ガスノズルが設けられた凸状部４の下方側に進入することが抑えられる。そして分離ガスノズル４１，４２からのＮ２ガスと、中心部領域Ｃから吐出されているＮ２ガスと共に排気領域６を介して夫々の排気口６１，６２から排気される。
このような実施の形態によれば、ウエハＷが載置された回転テーブル２上に設けられた第１及び第２の反応ガスノズル３１，３２の上方に分離領域Ｄから回転テーブル２の回転方向の上流側から下流側に向かうＮ２ガスの通流路をなす隙間Ｒが設けられると共に、第１及び第２の反応ガスノズル３１，３２には前記回転方向の上流側に突出した整流板３６Ａ，３６Ｂを備えたノズルカバー３４が設けられている。この整流板３６Ａ，３６Ｂにより分離ガスノズル４１，４２が設けられた分離領域Ｄから、第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２側に向かって流れるＮ２ガスについては、その多くが前記隙間Ｒを介して当該第１及び第２の処理域Ｐ１，Ｐ２の下流側へと流れて排気口６１，６２に流入するので、第１及び第２の反応ノズル３１，３２の下方側に流入することが抑えられる。従って第１及び第２の処理領域Ｐ１，Ｐ２におけるＢＴＢＡＳガス、Ｏ３ガスの濃度が低下することが抑えられ、回転テーブル２の回転数を上昇させた場合でも、第１の処理領域Ｐ１ではＢＴＢＡＳガスの分子を確実にウエハに吸着させて、正常に成膜を行うことができる。また第２の処理領域Ｐ２ではＯ３ガスの濃度の低下が抑えられるので、ＢＴＢＡＳの酸化を十分に行うことができ、不純物の少ない膜を形成することができる。従って回転テーブル２の回転速度を高めても、ウエハＷに均一性高く成膜することができ、膜質も向上し、良好な成膜処理を行うことができる。
このノズルカバー３４は、いずれか一方の反応ガスノズル３１，３２に設けるようにしてもよいし、プラズマ発生手段２００に設けるようにしてもよい。またノズルカバー３４の整流板３６Ａ，３６Ｂは、反応ガスノズル３１，３２の回転方向の上流側のみに設けるようにしてもよいし、下流側のみに設けるようにしてもよい。また反応ガスノズル３１，３２には、基部３５を設けずに、反応ガスノズル３１，３２の下端から回転方向の上流側及び下流側に夫々突出するように整流板を設けるようにしてもよい。また整流板の平面形状は扇形には限られない。
本発明で適用される第１の反応ガスとしては、上述の例の他に、ＤＣＳ[ジクロロシラン]、ＨＣＤ[ヘキサクロロジシラン]、ＴＭＡ[トリメチルアルミニウム]、３ＤＭＡＳ[トリスジメチルアミノシラン]、 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。また第２の反応ガスとしては、酸化処理を行う場合にはＯ３ガスの他に、Ｈ２Ｏ２ガス等を用いることができ、窒化処理を行う場合にはＮＨ３ガスの他に、Ｎ２ガス等を用いることができる。また本発明では第１の反応ガスとして、ＴＥＭＡＺ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、ＴＥＭＡＨ[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]を用い、第２の反応ガスとしてＯ３ガスやＮＨ３ガスを用いて、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜（高誘電率層絶縁膜）を形成する場合にも適用できる。さらに本発明では第１の反応ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、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（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ））を用い、第２の反応ガスとしてＯ３ガスを用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），酸化チタニウム（ＴｉＯ）等のメタル膜を形成する場合にも適用できる。また本発明では、第１の処理領域Ｐ１は１つに限らず２つ以上であってもよいし、第２の処理領域Ｐ２も１つに限らず２つ以上であってもよい。さらにまた一つの第１の処理領域Ｐ１に対して複数の第２の処理領域Ｐ２を用意するようにしてもよく、この際一つの第２の処理領域Ｐ２の面積は第１の処理領域Ｐ１よりも小さいが、第２の処理領域Ｐ２のトータルの面積が第１の処理領域Ｐ１よりも大きい場合も、本発明の範囲に含まれる
さらに前記分離領域Ｄの天井面４４において、前記分離ガスノズル４１、４２に対して回転テーブル２の回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましい。その理由は回転テーブル２の回転によって上流側から分離領域Ｄに向かうガスの流れが外縁に寄るほど速いためである。この観点からすれば、上述のように凸状部４を扇型に構成することは得策である。
また本発明では、分離ガス供給手段としては、分離ガスノズル４１、４２の両側に凸状部４４が配置されている上述の構成に限らず、凸状部４の内部に分離ガスの通流室を回転テーブル２の直径方向に伸びるように形成し、この通流室の底部に長さ方向に沿って多数のガス吐出孔が穿設される構成を採用してもよい。
さらに本発明では、反応ガス供給手段として、回転テーブルの回転中心を要とする扇形の互いに隣接する分離領域同士の間に配置され、前記回転テーブルに載置された基板が通過する際に、前記基板を覆う複数のガス噴出孔を備えたシャワーヘッドを用いるようにしてもよい。
さらにまた回転テーブルの端部を取り囲むようにバッフル板を設けると共に、このバッフル板に開口またはスリットを形成して、前記回転テーブルの回転テーブル外周方向において、前記回転テーブルの端部と前記真空容器の側壁との隙間から排出されたガスを、前記バッフル板に設けられた開口またはスリットを経由して回転テーブルの外方に設けられた排気口から前記排気手段により排気するように構成してもよい。この際、前記バッフル板に設けられた開口またはスリットを十分小さく開放させることにより、前記分離領域に供給された分離ガスは実質的に前記処理領域の方向を経由して前記排気口の方向に流れることになる。
さらに本発明では、前記第１の反応ガスとして金属を含有した反応前駆体を用い、前記第２の反応ガスとして前記第１の反応ガスと反応して金属酸化物の成膜を行う酸化ガス又は金属窒化物を成膜する窒素含有ガスを用いることができる。
以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図１７に示しておく。図１７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。
（評価実験１）
本発明の効果を確認するために、コンピュータによるシミュレーションを行った。先ず上記の図１〜図８に示す実施の形態の成膜装置をシミュレーションで設定した。このとき回転テーブル２の直径はφ９６０ｍｍ、凸状部４は、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さが例えば１４６ｍｍ、ウエハの載置領域の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍの大きさに夫々設定した。また第１の処理領域Ｐ１については、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては周方向の長さを１４６ｍｍ、ウエハの載置領域の最も外側部位においては周方向の長さを５０２ｍｍに夫々設定し、第２の処理領域Ｐ２については、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては周方向の長さを４３８ｍｍ、ウエハの載置領域の最も外側部位においては周方向の長さを１５０６ｍｍに夫々設定した。さらに凸状部４の下面における回転テーブル２の表面からの高さｈ１は４ｍｍ、分離領域Ｄにおける回転テーブル２と前記真空容器の内周壁との隙間ＳＤは１０ｍｍに夫々設定した。さらにまた処理領域Ｐ１，Ｐ２の天井面４５における回転テーブル２の表面からの高さｈ２は例えば２６ｍｍ、反応ガスノズル３１，３２の上面における天井面４５からの高さｈ３は１１ｍｍ、処理領域Ｐ１，Ｐ２における反応ガスノズル３１，３２の下面における回転テーブル２からの高さｈ４は２ｍｍに夫々設定した。
また第１の反応ガスとしてＢＴＢＡＳガス、第２の反応ガスとしてＯ３ガスを用いた。これらの供給流量は、ＢＴＢＡＳガス：３００ｓｃｃｍとし、Ｏ３ガスはオゾナイザーからの供給のため、Ｏ２ガス＋Ｏ３ガス：１０ｓｌｍとし、Ｏ３発生量：２００ｇ／Ｎｍ３に夫々設定した。さらに分離ガス及びパージガスとしてＮ２ガスを用い、これらのトータル供給流量は８９ｓｌｍとした。その内訳は、分離ガスノズル４１，４２：各２５ｓｌｍ、分離ガス供給管５１：３０ｓｌｍ、パージガス供給管７２：３ｌｍ、その他６ｓｌｍである。そして処理条件としては、処理圧力：１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）、処理温度：３００℃に設定し、Ｎ２ガスの濃度分布をシミュレーションした。
このシミュレーション結果について図１８に示す。実際のシミュレーション結果は、コンピュータグラフィクスにより、Ｎ２ガスの濃度分布（単位％）がグラデーション表示されるようにカラー画面にてアウトプットされているが、図示の便宜上、図１８では概略の濃度分布を示してある。従ってこれらの図で実際に濃度分布が飛び飛びになっているわけではなく、これらの図に等濃度線で区画した領域間に急な濃度勾配が存在していることを意味している。この図１８では、領域Ａ１：窒素濃度９５％以上、領域Ａ２：窒素濃度６５％〜９５％、領域Ａ３：窒素濃度３５％〜６５％、領域Ａ４：窒素濃度１５％〜３５％、領域Ａ５：窒素装置１５％以下の領域を夫々示している。また第１及び第２の反応ガスノズル３１，３２の近傍領域では、夫々の反応ガスに対する窒素濃度を示している。
この結果から、反応ガスノズル３１，３２近傍では窒素濃度が低くなるものの、分離領域Ｄでは窒素濃度が９５％以上であり、この分離領域Ｄにより第１及び第２の反応ガスの分離が確実に行われることが認められる。また第１及び第２の反応領域Ｐ１，Ｐ２においては、反応ガスノズル３１，３２の近傍において窒素濃度が低いが、回転テーブル２の回転方向の下流側に向けて窒素濃度が高くなり、下流側に隣接する分離領域Ｄでは窒素濃度が９５％以上になっていることが認められた。これにより窒素ガスは反応ガスと共に処理領域Ｐ１，Ｐ２を経由して夫々の排気口６１，６２へ排気されることが理解された。また第２の処理領域Ｐ２では、当該処理領域Ｐ２の回転方向の上流側に設けられた第２の反応ガスノズル３２から、当該処理領域Ｐ２の回転方向の下流側に設けられた排気口６２に向かってガスが流れていく様子が認められ、面積の大きい第２の処理領域Ｐ２全体に反応ガスが行き渡ることが確認された。
（評価試験２）
上記の図１〜図８に示す実施の形態の成膜装置を用いて実際に成膜処理を行い、形成された薄膜の膜厚を測定した。このとき成膜装置の構成は（評価試験１）で設定したものと同じである。また成膜条件は次の通りである。
第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）：１００ｓｃｃｍ、
第２の反応ガス（Ｏ３ガス）：１０ｓｌｍ（約２００ｇ／Ｎｍ３）
分離ガス及びパージガス：Ｎ２ガス（トータル供給流量７３ｓｌｍ、その内訳は、分離ガスノズル４１：１４ｓｌｍ、分離ガスノズル４２：１８ｓｌｍ、分離ガス供給管５１：３０ｓｌｍ、パージガス供給管７２：５ｓｌｍ、その他６ｓｌｍ）
処理圧力：１．０６ｋＰａ（８Ｔｏｒｒ）
処理温度：３５０℃
そして５つの凹部２４の夫々にウエハＷを載置して、回転テーブル２を回転させずに３０分間処理を行った後、５枚のウエハＷの夫々について膜厚を測定した。この結果を図１９に示す。なお薄膜のイニシャル膜厚は０．９ｎｍである。また凸状部４を設けない構成においても同様の処理を行った。この結果を図２０に示す。
これら図１９及び図２０では、夫々のウエハＷ１〜Ｗ５の膜厚を示すと共に、膜厚分布を４段階のグラデーションにて簡単に示している。最も膜厚の小さい領域がＡ１１、２番目に膜厚の小さい領域がＡ１２、３番目に膜厚の大きい領域がＡ１３、最も膜厚の大きい領域がＡ１４である。この結果より凸状部４が設けられていない構成ではＢＴＢＡＳガスの供給領域に置かれたウエハＷ４において局所的な増膜が認められ、当該ＢＴＢＡＳガスの供給領域までＯ３ガスが回り込んでいるものと推察される。これに対して凸状部４が設けられている構成では、局所的な増膜の発生等の異常成膜が認められず、Ｎ２ガスによるＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスの分離が行われていることが理解される。これにより本発明の成膜装置を用いることにより、ＡＬＤ法による良好な成膜処理を行うことができるものと推察される。
１ 真空容器
Ｗ ウエハ
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
２ 回転テーブル
２４ 凹部
３１ 第１の反応ガスノズル
３２ 第２の反応ガスノズル
３４ ノズルカバー
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｄ 分離領域
Ｃ 中心部領域
４ 凸状部
４１、４２ 分離ガスノズル
４４ 第１の天井面
４５ 第２の天井面
５ 突出部
５１ 分離ガス供給管
６ 排気領域
６１、６２ 排気口
７ ヒータユニット
７２〜７５ パージガス供給管

Claims (12)

  1. 真空容器内にて、複数の基板を載置した回転テーブルを回転して、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
    前記回転中の基板の近傍に対向して、前記処理領域の中に設けられ、前記基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
    前記異なる反応ガスが反応することを防止するための分離ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離領域内に供給する分離ガス供給手段と、
    前記複数の処理領域の夫々の外側において、前記回転テーブルの外周方向に対応した範囲の中に排気口を設け、前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した分離ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き、前記排気口に連通して排気する排気手段と、を備え、
    前記複数の処理領域は、基板表面に第１の反応ガスが吸着する処理を行う第１の処理領域と、
    この第１の処理領域よりも面積が大きく、基板表面に吸着した前記第１の反応ガスと第２の反応ガスとを反応させて前記基板表面に成膜する処理を行う第２の処理領域と、を備えることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記第２の処理領域における、前記回転テーブルの回転方向に沿った前半部分に前記第２の反応ガスを供給する反応ガス供給手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  3. 前記第２の処理領域における、前記回転テーブルの回転方向に沿った後半部分に、前記第２の処理領域内で成膜した基板の表面改質をプラズマにより行うプラズマ発生手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至２記載の成膜装置。
  4. 前記プラズマ発生手段は前記回転テーブルに載置した基板近傍に配置され、前記回転テーブルに載置した基板が前記第２の処理領域を通過する際に、前記プラズマ発生手段から発生したプラズマを直接基板表面に曝すことを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
  5. 前記回転テーブルの回転中心から真空容器内へ分離ガスを供給する回転中心供給用の分離ガス供給手段を設け、
    前記回転中心から供給する分離ガスが、前記複数の処理領域を経由して前記排気口から排気されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の成膜装置。
  6. 前記分離領域から前記複数の処理領域に流入した分離ガスが、夫々前記処理領域の天井から離間して設けられた前記反応ガス供給手段と前記天井との間を経由して前記排気口に排気されることを特徴とする請求項１乃至２記載の成膜装置。
  7. 前記回転テーブルと前記真空容器の側壁との隙間が、前記分離領域の回転テーブルの外周方向において、分離領域の外側では処理領域の外側よりも狭く設定され、分離領域から供給された分離ガスの大部分が当該分離領域を介して処理領域に向けて通流していくことを特徴とする請求項１乃至２記載の成膜装置。
  8. 前記真空容器内への基板の搬入及び前記真空容器からの基板の搬出を行う基板の搬送経路のゲートバルブを、前記面積の大きな第２の処理領域に面して設けたことを特徴とする請求項１乃至２記載の成膜装置。
  9. 前記反応ガス供給手段が、前記回転テーブルの回転中心に向いて配置され、複数のガス噴出孔が直線状に配列されたインジェクター、又は前記回転テーブルの回転中心を要とする扇形の前記分離領域同士の間に配置され、前記回転テーブルに載置された基板が通過する際に前記基板を覆う複数のガス噴出孔を備えたシャワーヘッドであることを特徴とする請求項１乃至２記載の成膜装置。
  10. 前記回転テーブルの回転テーブル外周方向において、前記回転テーブルの端部と前記真空容器の側壁との隙間から排出されたガスは、前記回転テーブルの端部を取り囲むバッフル板に設けられた開口またはスリットを経由して前記排気手段で排気されると共に、前記開口またはスリットは十分小さく開放することで、前記分離領域に供給された分離ガスは実質的に前記処理領域の方向を経由して前記排気口の方向に流れることを特徴とした請求項１乃至２記載の成膜装置。
  11. 前記第１の反応ガスは金属を含有した反応前駆体であり、前記第２の反応ガスは前記第１の反応ガスと反応して金属酸化物の成膜を行う酸化ガス又は金属窒化物を成膜する窒素含有ガスであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  12. 前記第１の反応ガスが供給される処理領域よりも面積が広い前記第２の反応ガスを供給する処理領域において、前記基板が前記第２の反応ガスの中を長い時間をかけて表面反応を行いながら通過していくことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
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