JP3866655B2 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理装置及び処理方法に関し、より詳しくは、基板上に一原子層ずつ堆積可能な原子層堆積方法(Atomic Layer Deposition(ＡＬＤ)法又はAtomic Layer Epitaxy(ＡＬＥ)法、以下、ＡＬＤ法又はＡＬＥ法と称する。)により成膜等を行う処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＬＤ法による薄膜形成方法は、特許文献１乃至４や非特許文献１、２などに開示されている。ＡＬＤ法による薄膜形成方法は、原料ガス（元素又は化合物）を昇温した基板上に供給して、基板表面上で化学吸着反応を起こさせ、原料と目的生成物との蒸気圧の差を利用することにより、１原子層又は１分子層ずつ多数繰り返して結晶を成長させて、目的の厚さの薄膜を形成させるボトムアップ型のＣＶＤ薄膜生成方法である。原料ガスは１種類でもよいし、２種類以上を用いて原子層等を交互に積層していくことも可能である。非特許文献１によれば、ＡＬＤウインドウと呼ばれる温度範囲に被成膜基板の温度を設定しておくことで堆積の飽和条件を作り出し、被成膜基板上に原料ガスが供給された場合、正確に一層ずつの原子層等の堆積が行われる。
【０００３】
この方法は、原子層を１層毎に丁寧に確実に基板表面上に形成する方法であるから、結晶欠陥の発生を極力抑えることができ、非常に質のよい、また大面積の薄膜形成が可能であるため、次世代の半導体チップや有機ＥＬ、液晶、ナノテクノロジーなどには不可欠の技術で、産業上はもちろん、学術的にも極めて重要な技術である。
【０００４】
しかしながら、ＡＬＤ法は自動車のフロントパネルの表示器などに実用化された程度で、薄膜を使った最大の産業である半導体製造技術としてはまだ普及していない。
【０００５】
それは、ＡＬＤ法は原子層を１層毎に丁寧に積層する方法であるため、所要の膜厚を得るまでに非常に長い時間を要することが最大の原因となっている。例えば、実用的な膜厚を得るまでに１万回から１０万回の積層が必要であるが、現在のＡＬＤ装置では１層の膜形成に最速でも１秒程度の時間を要しているため、所要の膜厚を得るまでに、数時間乃至１日を要する。このため、高い生産スピード、即ち高いスループットが要求される半導体製造技術として本格的な採用が見送られているのが現状である。
【０００６】
成膜に時間を要することに対する解決手段の一つとして、基板を大きくするとともに、非特許文献１にも記載されているように、多数枚を同一チャンバ内に配置し、一度に処理するバッチ式処理が行われている。非特許文献１では、回転軸を中心にして回転し得る基板保持具に複数枚の被成膜基板を横方向或いは縦方向に保持した状態で、回転軸の周りに設けられた複数の原料ガス放出部に順次移動させて被成膜基板上に一原子層ずつ成膜を行うものである。
【０００７】
このバッチ式の処理方法は、例えばパネル表示用の大きなガラス基板などの処理に適している。また、現時点における最大の直径が３００ｍｍであるシリコンウエハでも、２５乃至５０枚を一度に処理するバッチ式処理が中心となる。
【０００８】
バッチ式処理の場合、ＡＬＤ装置のチャンバは非常に大きなものになる。このチャンバ内で、反応ガスＸの導入と、基板への吸着と、余剰ガスの排気と、プロセスガスの置換と、排気と、反応ガスＹの導入と、基板への吸着と、余剰ガスの排気とを一サイクルとして複数サイクル繰り返すことになる。
【０００９】
このような処理を行うＡＬＤ装置では、一原子層の堆積に時間を要する上、チャンバ内においても、反応ガス分布の濃淡が生じ、ＡＬＤ条件を満足せず、成膜が不十分となるなどの問題が生じている。
【００１０】
このようなバッチ式の処理装置に対して、現在ではシリコンウエハを一枚ずつ処理する枚葉式の処理装置の採用が進んでいる。これは、ウエハサイズが漸次大型化し、近い将来４００ｍｍが採用されようとしている状況では、プロセスチェンジが容易であり、取り扱い、品質などあらゆる点で枚葉式の方がバッチ式に比べて優位になってきているためである。
【００１１】
一方で、シリコンデバイスの集積度が高まり、微細化の要求がサブミクロンからナノレベルに移行しようとしている。それに伴い、ゲート薄膜などは数十乃至数百原子層の適用が検討されるに至り、かつこのような極めて薄い膜を無欠陥で形成する技術が要求されるようになってきている。
【００１２】
また、産官学の半導体デバイス研究、機能材料研究、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーなどでは、薄膜形成装置は研究のために必要不可欠なツールである。そのような薄膜形成装置として、主に真空蒸着装置、スパッタ装置、又は、レーザアブレーションなどの物理的手法で成膜する、或いは最近では分子気体を基板上に導き、熱分解やプラズマ分解などで化学変化を起こさせる方法で発生させた分子原子を堆積させて薄膜を形成するＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法に適用される成膜装置が使われるようになっている。
【００１３】
しかし、ＡＬＤ装置は種々の研究機関や研究開発のための薄膜形成ツールとしては普及していない。その最も大きな理由は、ＡＬＤ装置は高価で、かつ大型のバッチ式が主流であり、また、取り扱いも複雑であり、その割には膜形成に非常に長い時間を要するためである。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−４０５４号公報
【特許文献２】
米国特許５，８７９，４５９
【特許文献３】
米国特許６，１７４，３７７
【特許文献４】
米国特許６，３８７，１８５
【非特許文献１】
'Handbook of Thin Film Process Technology, B1.5:1- B1.5:17, 1995 IOP Publishing Ltd'
【非特許文献２】
電子材料，２００２年７月号，２９頁−３４頁
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のＡＬＤ装置では、原子層１層を形成するまでの１サイクルに要する時間が長いという問題があり、現状では、その欠点を補うために、バッチ式が主流となっており、装置が大型化している。従って、装置の小型化が可能な枚葉式で、十分にスループットを高めることができるＡＬＤ装置が望まれている。
【００１６】
また、飽和条件で成膜を行うことにより成膜条件の簡単な調整で１サイクルで原子層１層を堆積できるというＡＬＤ法の特長を生かして、コンピュータ制御により成膜を行えるようにすることが望まれている。
【００１７】
さらに、非特許文献２に記載されているように、ＡＬＤ材料は大気中の水分などによって分解や変質などが起こり易い不安定化合物である。特に、High-k薄膜用途のＡＬＤ材料は水分の影響で不揮発性で洗浄溶媒に不溶の固形分に変質するため、装置を分解して洗浄する必要がある。装置が複雑なバルブや細い径の配管などを備えている場合、装置の分解洗浄が大変なこととなる。
【００１８】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、原子層１層を積層する１サイクルに要する時間の短縮を図ることができ、かつコンピュータ制御が可能で、装置部品の取り付けや取り外しを含むメインテナンスが容易で、かつ装置の分解洗浄が容易な処理装置及び処理方法を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項1記載の発明は、処理装置に係り、１以上のガス放出口を有する容器と、前記容器内に設けられた、基板を載置する基板保持具と、前記基板保持具と前記容器の側壁の間に設けられ、前記基板保持具の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体とを有し、前記回転体の回転制御により、前記ガス放出口と前記回転体の通気孔又は通気切欠部とが一致したときに前記ガス放出口から前記基板保持具上に前記ガスを放出することを特徴とし、
請求項２記載の発明は、前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の処理装置に係り、前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口であることを特徴とし、
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の処理装置に係り、前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とであることを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項４記載の処理装置に係り、前記反応ガスの放出口と前記パージ用ガスの放出口とが前記基板保持具の周囲に沿って交互に配置されていることを特徴とし、
請求項６記載の発明は、請求項３乃至５の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスの放出口は、相互に異なる種類の反応ガスを放出することを特徴とし、
請求項７記載の発明は、請求項項１乃至６の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器の側壁の少なくとも上側の内面は平面状又はすり鉢状を有し、該平面状又はすり鉢状の形状に対応して、前記回転体の上側の外面は平面状又はすり鉢状を有し、かつ前記容器の平面状又はすり鉢状の側壁の内面にフローティング用ガスの放出口が設けられており、前記フローティング用ガスの放出により、前記回転体は前記容器の側壁の内面に対して所定の間隔を保って浮上することを特徴とし、
請求項８記載の発明は、請求項７記載の処理装置に係り、前記フローティング用ガスの放出口は、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面の円周に沿って複数設けられていることを特徴とし、
請求項９記載の発明は、請求項７又は８の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面に排気口が設けられており、前記放出されたフローティング用ガスを該排気口より排気することを特徴とし、
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の処理装置に係り、前記排気口は、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面の円周に沿って複数設けられていることを特徴とし、
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガス及び前記パージ用ガスのガス圧力を調整し、かつ前記ガス放出口から放出されるガスの圧力変動を抑制する手段が設けられていることを特徴とし、
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１の何れか一に記載の処理装置に係り、前記回転体に固定された複数の磁石と、前記容器の外側周囲の複数の磁石とを備え、前記容器の外側周囲の複数の磁石が前記容器の周りを回転することにより前記回転体が回転するようになっていることを特徴とし、
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の処理装置に係り、前記回転体に固定された複数の磁石と前記容器の外側周囲の複数の磁石との間の斥力により、前記容器の外側周囲の複数の磁石の位置に対して前記回転体の位置が固定されるようになっていることを特徴とし、
請求項１４記載の発明は、請求項１乃至１３の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具は支持軸により支持され、かつ前記基板保持具は該支持軸を軸として回転するようになっていることを特徴とし、
請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具の基板の載置面は上下の位置を調整可能なようになっていることを特徴とし、
請求項１６記載の発明は、請求項１乃至１５の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具に載置された基板を加熱する手段を有することを特徴とし、請求項１７記載の発明は、請求項１乃至１６の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器には該容器の内部を減圧する排気手段が接続されていることを特徴とし、
請求項１８記載の発明は、請求項１乃至１７の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスへのエネルギ供給手段、又は前記反応ガスを活性化する触媒板を有することを特徴とし、
請求項１９記載の発明は、請求項１乃至１８の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器の上部に、前記容器の内部を観察し得るような透明な材料からなる上部隔壁が設けられていることを特徴とし、
請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の処理装置に係り、前記容器の上部に、前記上部隔壁を通して前記処理状況を観察する手段が設けられていることを特徴とし、
請求項２１記載の発明は、請求項１乃至２０の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスの分圧、前記パージ用ガスの分圧、前記フローティング用ガスの分圧、前記容器内の排気量、前記回転体の回転方向、前記回転体の回転速度、成膜の開始から終了までの前記回転体の全回転履歴、及び前記基板保持具の回転方向、及び前記基板保持具の回転速度のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を有することを特徴とし、
請求項２２記載の発明は、処理方法に係り、ガスを放出する１以上のガス放出口を基板の周囲に配置し、前記基板と前記ガス放出口との間に、前記基板の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体を準備し、前記回転体の回転制御により、前記ガス放出口と前記回転体の通気孔又は通気切欠部とが一致したときに前記ガスを前記基板上に放出し、該放出されたガスにより前記基板を処理することを特徴とし、
請求項２３記載の発明は、請求項２２記載の処理方法に係り、前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口及びパージ用ガスの放出口であり、かつ前記回転体の回転制御により、前記反応ガスと前記パージ用ガスとを前記基板上に交互に放出することを特徴とし、
請求項２４記載の発明は、請求項２２又は２３記載の処理方法に係り、前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とし、
請求項２５記載の発明は、請求項２２乃至２４の何れか一に記載の処理方法に係り、前記基板上に１以上の原子層を形成することを特徴としている。
【００２０】
この発明の処理装置は、１以上のガス放出口を有する容器と、容器内に設けられた基板保持具と、基板保持具とガス放出口の間に、基板保持具の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体とを有し、回転体の回転制御により、ガス放出口と回転体の通気孔等とが一致したときにガス放出口から基板保持具上にガスを放出することを特徴としている。
【００２１】
即ち、回転する回転体がガスの切り換え機能を有する。従って、この処理装置を成膜に適用する場合、同じ層を多層に、或いは異なる層を多層に、かつ膜厚を制御して成膜することが可能となる。また、エッチング装置に適用した場合、エッチングガスの放出量を制御することができ、これにより、多層を制御性良くエッチングすることができる。
【００２２】
特に、ＡＬＤ装置に適用した場合、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口を設けた場合、回転体の回転により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、回転体の回転の方向を調整することにより、堆積順序などを適宜変えて、膜構成を適宜調整することができる。さらに、回転体の回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。さらに、反応ガスの一つとしてドーパントガスを用いることにより、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することで、ｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。さらに、反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とを設け、基板保持具の周囲にそれらを交互に配置した場合、一原子層の堆積と反応ガスのパージとを交互に行うことが可能となる。反応ガスのパージは瞬時に行われるため、成膜速度を向上させることができる。
【００２３】
また、回転体が固定されていないため、回転体を簡単に取り外すことができ、これにより、回転体やガス供給側を含む装置の分解洗浄が容易になる。また、回転体を取り外した後のガス配管系を含む成膜室内の洗浄が容易となる。
【００２４】
また、回転体を浮上させてクリアランスを調整することができるので、容器と回転体を最初に整合性良く作成しておくことにより、容器と回転体間の相互の位置精度出しが容易で、非常に狭いクリアランスを保つことができる。
【００２５】
さらに、反応ガス及びパージ用ガスのガス圧力を調整し、かつガス放出口から放出されるガスの圧力変動を抑制する手段が設けられているため、回転体が回転してそれらのガスの放出及び非放出が繰り返されるときに、放出時及び非放出時でガス圧力が変動するのを抑制することができる。このため、その変動圧力を回転体が受けることを防止することができ、これにより、安定したクリアランスを確保できる。さらに、圧力変動を抑制することにより、通気孔等同士が一致したときに流れ込むガスの量を一定に保つことができる。
【００２６】
また、この発明の処理方法は、回転体を回転制御することにより、ガス放出口と回転体の通気孔等とが一致したときにガス放出口から基板上にガスを放出する。このため、ガスの放出量を精度良く制御することができるので、精度の良い膜厚制御やエッチング制御を行うことができる。
【００２７】
特に、この発明の処理方法をＡＬＤ方法に適用した場合、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とを設け、基板保持具の周囲にそれらを交互に配置し、回転体を回転制御させることにより、反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行っている。従って、反応ガスを放出して一層の原子層を堆積した後、パージ用ガスの放出により被成膜基板上に残留する反応ガスを瞬時に排出することが可能となる。これにより、１層以上の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
（ｉ）ＡＬＤ装置の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る原子層堆積装置（以下、ＡＬＤ装置又はＡＬＥ装置と称する。）の全体の構成を示す側面図である。
【００３０】
ＡＬＤ装置の全体の構成は、図１に示すように、側部隔壁１と上部隔壁５と下部隔壁２０とで外部と隔てられた減圧容器と、減圧容器内に設けられ、側部隔壁１に沿って左右両方向に回転可能なロータ（回転体）２と、ロータ２の内側に設置され、支持軸４ａに支持された基板保持具４と、ロータ２を回転させる手段７とを備えている。ロータ２の内側及び基板保持具４と上部隔壁５との隙間が成膜室３となる。上部隔壁５は、減圧容器の内部、特に成膜室３を観察し得るような透明な材料で作成されている。
【００３１】
また、減圧容器の上部隔壁５に接続された排気配管８と、側部隔壁１の下部に接続された排気配管９とを備えている。特に、上部の排気配管８内には質量分析計（ＱＭＳ）が設置され、成膜室３内に導入されるガスの種類及び化学反応情報を監視できるようになっている。各排気配管８、９には図示しない排気手段が接続されている。なお、基板保持具４の上方に、成膜状況を観察する手段、成膜を円滑容易ならしめるエネルギ供給源、基板加熱手段としてのランプ加熱手段、ガス活性化のための触媒板、又はプラズマ生成手段等を取り付けることが可能である。この場合、上部の排気配管８及び質量分析計（ＱＭＳ）を適宜省略し、かつ上部隔壁５をもっと上部に配置して、上部隔壁５と基板保持具４との間に適当な空間を設けるようにする。
【００３２】
さらに、反応ガスＡ、Ｂをそれぞれ減圧容器内に導くため、２つの通気孔（第１の通気孔）１２、１４が減圧容器の側部隔壁１に設けられている。２つの通気孔１２、１４はそれぞれ側部隔壁１の内面で内部開口（ガス放出口）に終端している。また、図１には明示されていないが、パージ用ガスＰ１、Ｐ２を減圧容器に導くため、２つの通気孔（第２の通気孔）が同じく減圧容器の側部隔壁１に設けられている。パージ用ガスＰ１、Ｐ２を導くための２つの通気孔はそれぞれ側部隔壁１の内面で異なる内部開口（ガス放出口）に終端している。反応ガスＡ、Ｂを導くため２つの通気孔１２、１４の内部開口とパージ用ガスＰ１、Ｐ２を導くための２つの通気孔の内部開口とは、基板保持具４の周りに９０度毎に、反応ガスＡの通気孔１２の内部開口と、パージ用ガスＰ１の通気孔の内部開口と、反応ガスＢの通気孔１４の内部開口と、パージ用ガスＰ２の通気孔の内部開口というように交互に配置されている。
【００３３】
また、反応ガスＡ、Ｂ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２の各ガス供給部から対応する通気孔に至る途中にそれぞれリザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅが設けられている。なお、図１中には、パージ用ガスのリザーバ１０ｄ、１０ｅは明示されておらず、符号だけを記載している。
【００３４】
リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅは、ガス圧を低減する機能を有する。これにより、浮上して回転し、シャッタ機能を有するロータ２に対して、塞がれたガス放出口に導かれたガスからあまり強い圧力がかからないようにする。さらに、リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅによって減圧した結果、リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅと成膜室３間の差圧が低下することで、ロータ２の通気孔とガス放出口が一致したときに流れ込むガスの量が極端に少なくならないよう、ガス放出口（第１の通気孔）１２、１４、パージ用ガスＰ１、Ｐ２を導くための２つの通気孔の配管はある程度太い配管とする。
【００３５】
また、リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅは、ＡＬＤ装置の動作中に成膜室３内へのガスの放出及び放出停止により反応ガスＡ、Ｂ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２のガス圧が変動しないようにするような機能をも有する。これにより、下記するように浮上したロータ２が反応ガスＡ、Ｂ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２からの変動圧力を受けることを防止し、これにより、安定したクリアランスを確保できる。
【００３６】
また、図１には図示されていないが、減圧容器の側部隔壁１には、ロータ２を側部隔壁１に対して浮上させるフローティング用ガスを側部隔壁１とロータ２の間の隙間に導く第４の通気孔が設けられている。フローティング用ガスの供給部は、リザーバ１０ｃを介して、第４の通気孔の外部開口に接続されている。なお、フローティング用ガスは、反応ガスやパージ用ガスなどと比べて装置の動作中にガス圧力があまり変動しないので、図１０（ａ）に示すように、フローティング用ガスのリザーバ１０ｃは省略し、配管１１ｃを第４の通気孔１７の外部開口１７ｂに直結することも可能である。
【００３７】
なお、図１中、符号「ＤＧ」は圧力計を示し、各リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅと、下部の排気配管９に取り付けられている。また、符号「ＭＦＣ」はマスフローコントローラを示し、配管中を流れるガスの流量を調整する機能を有する。ＭＦＣは、反応ガス、パージ用ガス、フローティング用ガスの各配管１１ｃ、１１ｄ、１１ｅに設置されている。
【００３８】
次に、図２を参照して、ＡＬＤ装置のうち、減圧容器の側部隔壁１と、ロータ（回転体）２と、基板保持具４の詳細な構造及び相互の配置について説明する。図２は斜視図であり、説明のために、中心軸Ｃを一致させてロータ２と基板保持具４とを減圧容器から上方に引き出した状態を示している。
【００３９】
図２に示すように、減圧容器は、側部隔壁１の少なくとも上部の内面が上方に開いたすり鉢状を有し、その内面は中心軸Ｃに対して対称な形状を有する。
【００４０】
ロータ２は、側部隔壁１の内面の形状に対応して、ロータ２の上部の外面が上方に開いたすり鉢状を有し、その外面は中心軸Ｃに対して対称な形状を有する。ロータ２は、フローティング用ガスにより浮上して減圧容器の側部隔壁１の内面に沿って中心軸Ｃの周りを左右両方向に回転し得るようになっている。なお、図中、符号１９ａはロータ２の下部に固定して設けられた内部磁石を示している。後に、図５（ａ）、（ｂ）によって説明するように、それらの内部磁石１９ａはロータ２の回転に寄与する。
【００４１】
また、基板保持具４は支持軸４ａに支持され、ロータ２の内側に設けられている。そして、中心軸Ｃに略垂直な基板載置面を有し、基板載置面には被成膜基板が載置され、静電チャックや真空チャックなどにより固定される。そして、基板保持具４にヒータが内蔵され、そのヒータにより被成膜基板を加熱し得るようになっている。
【００４２】
側部隔壁１には、側部隔壁１を貫通する通気孔が４つ、即ち、反応ガスＡ、Ｂを導く第１の通気孔１２、１４が２つと、パージ用ガスＰ１、Ｐ２を導く第２の通気孔が２つ設けられている。各通気孔はすり鉢状の部分の側部隔壁１の内面で内部開口（ガス放出口）１２ａ乃至１５ａに終端し、側部隔壁１の外面で外部開口１２ｂ乃至１５ｂに終端している。第１及び第２の通気孔１２乃至１５の内部開口１２ａ乃至１５ａは、中心軸Ｃの周りの円周に沿って９０度の間隔を置いて交互に配置されている。なお、図２中、括弧内の以下の符号で示すものは図２中に明示されていないが、１３ｂは側部隔壁の外面に終端するパージ用ガスＰ１の通気孔の外部開口を示し、１５ａは側部隔壁の内面に終端するパージ用ガスＰ２の通気孔の内部開口を示し、１７ｂはフローティング用ガスの通気孔の外部開口を示す。
【００４３】
２つの第1の通気孔１２、１４の外部開口１２ｂ、１４ｂにはそれぞれ反応ガスＡ、Ｂの供給部が接続されて、第1の通気孔１２、１４はそれぞれ外部開口１２ｂ、１４ｂから内部開口１２ａ、１４ａに反応ガスＡ、Ｂを導く。さらに、２つの第２の通気孔の外部開口１３ｂ、１５ｂにそれぞれパージ用ガスＰ１、Ｐ２の供給部が接続され、第２の通気孔はそれぞれ外部開口１３ｂ、１５ｂから内部開口１３ａ、１５ａにパージ用ガスＰ１、Ｐ２を導く。
【００４４】
また、ロータ２には、この実施形態では縦方向にロータ（回転体）２を貫通し、ロータ２の外面で外側開口１６ｂに終端し、ロータ２の内面で内側開口１６ａに終端する第３の通気孔が設けられている。第３の通気孔の内側開口１６ａは、基板保持具４をセットしたときに、基板保持具４の横の方に来る位置に設けられている。ロータ２の内側が成膜室３となる。ロータ２が回転し、第１の通気孔１２、１４と第３の通気孔とを通して反応ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、反応ガスＡ、Ｂが第３の通気孔を上方に流れて、基板保持具４上に放出され、第２の通気孔と第３の通気孔とを通してパージ用ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、パージ用ガスＰ１、Ｐ２が第３の通気孔を上方に流れて、基板保持具４上に放出されるようになっている。
【００４５】
また、側部隔壁１にはフローティング用ガスを導く第４の通気孔が８個設けられている。それぞれの第４の通気孔はすり鉢状の部分の側部隔壁１の内面で内部開口（ガス放出口）１７ａに終端し、側部隔壁１の外面で外部開口１７ｂに終端している。また、すり鉢状の部分の側部隔壁１の内面であって、中心軸Ｃの周りの円周に沿う上下２カ所の帯状領域にそれぞれフローティング用ガスのガス溜まりとなる帯状凹部６が設けられている。各帯状凹部６には円周に沿って等間隔で４カ所ずつ第４の通気孔１７の内部開口１７ａが配置されている。
【００４６】
第４の通気孔１７の外部開口１７ｂにフローティング用ガス供給部が接続され、第４の通気孔１７は外部開口１７ｂから内部開口１７ａにフローティング用ガスを導く。フローティング用ガスが第４の通気孔１７の内部開口１７ａから減圧容器の側部隔壁１とロータ（回転体）２の間の隙間に放出されることにより、ロータ２が側部側壁１に対して所定の間隔（クリアランス）を保って浮上する。その間隔は、主にロータ２の重量やフローティング用ガスの圧力により調整可能である。その間隔は、所謂ニューマティックハンマー現象の発生や、反応ガスの成膜室３外へのリーク及びフローティング用ガスの成膜室３内へのリークに影響を及ぼすため、十分に調整する必要がある。なお、ニューマティックハンマー現象とは、気体の圧縮性に起因した自励振動のことをいう。
【００４７】
次に、図３は、ロータ（回転体）２の第３の通気孔１６の外側開口１６ｂが回転により側部隔壁１の第１の通気孔１２の内部開口１２ａの横の方に移動して、反応ガスＡの供給部と成膜室３内部とが繋がった状態を示す断面図である。また、同じ図に、ロータ２の内面に形成した帯状凹部（ガス溜まり）６ａ、６ｂに、フローティング用ガスを導く第４の通気孔１７の内側開口１７ａが終端している様子を示す。
【００４８】
図３に示すように、ロータ２が回転し、第１の通気孔１２、１４と第３の通気孔１６とを通して反応ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、反応ガスＡ、Ｂが基板保持具４上に放出され、第２の通気孔と第３の通気孔１６とを通してパージ用ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、パージ用ガスＰ１、Ｐ２が基板保持具４上に放出されるようになっている。
【００４９】
なお、第４の通気孔１７に関し、絞り比（Ｐo／Ｐs）は、ロータ２が側部隔壁１に対して浮上するための差圧が生じるように適宜設定する。
【００５０】
更に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ロータ２の内側に、複数の永久磁石１９ａがともに、Ｓ極を外側に向けるようにして設けられている。減圧容器の側部隔壁１の外側周囲には、一体的に左右両方向に回転可能な複数の永久磁石１９ｂがともに、Ｓ極を減圧容器の側部隔壁１の側に向けるようにして設けられている。
【００５１】
ロータ２は、減圧容器の周囲に設けられた外部の永久磁石１９ｂと内部の永久磁石１９ａとの間で相互に働く斥力により外部の永久磁石１９ｂに対する相対位置が固定される。さらに、減圧容器の側部隔壁１の周囲に沿った外部の永久磁石１９ｂの一体的な回転により、内部の永久磁石１９ａが設置されたロータ２が中心軸Ｃの周りを左右両方向に回転するようになっている。
【００５２】
さらに、反応ガスＡ、Ｂの分圧、パージ用ガスＰ１、Ｐ２の分圧、フローティング用ガスの分圧、容器内の排気量、ロータ２の回転方向、ロータ２の回転速度及び成膜の開始から終了までのロータ２の全回転数のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を設けることができる。これにより、堆積の自動制御を行うことも可能である。
【００５３】
なお、減圧容器の上部隔壁５、側部隔壁１、及び下部隔壁２０の各材料、ロータ（回転体）２の材料、基板保持具４の材料として、基板加熱時の熱や、洗浄用の薬品に対して耐性のある材料、例えばステンレス、石英ガラス、パイレックスガラス、又はセラミックスなどを適宜選択して用いることができる。
【００５４】
以上のように、この発明の実施形態に係るＡＬＤ装置によれば、被成膜基板の周囲に沿って反応ガス放出口とパージ用ガス放出口を交互に配置し、反応ガス放出口及びパージ用ガス放出口と被成膜基板の間に一カ所に通気孔を有し、被成膜基板の周囲を左右両方向に回転可能なロータ２を設け、そのロータ２を反応ガス及びパージ用ガスの切換え手段として用いている。
【００５５】
ロータ２を回転制御することにより、反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行うことができる。従って、反応ガスを放出して一層の原子層を堆積した後、パージ用ガスの放出により被成膜基板上に残留するパージ用ガスを瞬時に排出することが可能となる。これにより、多数の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【００５６】
また、側部隔壁１にフローティング用ガスの通気孔１７を設け、内部開口１７ａからロータ２と側部隔壁１の隙間にフローティング用ガスを放出可能としている。このため、側部隔壁１に対してロータ２を浮上させた状態でロータ２の回転を行わせることができる。これにより、ロータ２の回転に際し、機械的な接触を回避することができるので、側部隔壁１やロータ２等の磨耗を防止し、かつ磨耗により発生するパーティクルに起因する成膜室３内部の汚染を防止することができる。
【００５７】
また、ロータ２が、側部隔壁１及び基板保持具４などから分離して設けられているため、ロータ２の取り外しを簡単に行える。従って、ロータ２のクリーニングが容易となり、また、ロータ２を取り除いた後の減圧容器の内部を含むガス供給側の機構や基板保持具４などのクリーニングが容易となる。
【００５８】
また、側部隔壁１に対してロータ２を浮上させてクリアランスを調整するようになっているため、容器とロータ２を最初に整合性良く作成しておけば、クリーニング等のために部品を分解した後で組み合わせる際に、ロータ２と側部隔壁１との軸合わせ等、相互の位置精度出しが容易で、安定したかつ非常に狭いクリアランスを実現することが可能である。
【００５９】
（ii）ＡＬＤ装置を用いた成膜方法
次に、上記ＡＬＤ装置を用いて被成膜基板上に成膜する方法について、図面を参照して説明する。
【００６０】
図１１（ａ）乃至（ｈ）は、被成膜基板上に一原子層ずつ堆積する方法について説明するための、上記ＡＬＤ装置の上部から成膜室３を観察した平面図である。中心軸の周りを回転するロータ（回転体）２の動きと、反応ガスとパージ用ガスの流れを順に記載している。本成膜方法では、ロータ（回転体）２を右側一方向にさせるものとする。また、下記する反応ガスのうちから２種類の異なる反応ガスを用いるものとするが、説明ではそれらを一般化してＡ、Ｂと表示する。
【００６１】
図１２（ａ）乃至（ｄ）は、上記ＡＬＤ装置の動作中において、キャリアガスにより運ばれる反応ガスＡ、Ｂと、パージ用ガスＰ１、Ｐ２と、フローティング用ガスの成膜室３内の分圧を示すタイミングチャートであり、図１２（ｅ）は成膜室３内の全圧力変化を示すタイミングチャートである。パージ用ガスＰ１、Ｐ２及びフローティング用ガスとして窒素を用いる。
【００６２】
なお、図１２（ａ）乃至（ｅ）において、分圧が高いときに分圧が漸次低下していることを示す傾斜は排気のみによる分圧の低下を示し、分圧の急激な低下はパージ用ガスによる不要ガスの強制的な排除による分圧の低下を示す。成膜室３内の各ガスの圧力が高い分圧となっている期間はロータ２の回転周期のほぼ１／４となる。フローティング用ガスは成膜室３内に少なからず流れ込むが、この量は一定であるため、予め、この一定の流量に基づいて反応ガス中の反応物質の濃度を高めておくことで、成膜室３内の反応物質量の濃度を適度に確保することが可能である。
【００６３】
図１２（ａ）乃至（ｅ）のタイミングチャートにより、成膜室３内部への各ガスの流入と流出がどのようになるかが分かる。即ち、回転周期を１秒とすると、反応ガスＡ、Ｂは約０．２５秒の間だけ成膜室３内に存在し、パージ用ガスＰ１、Ｐ２の導入によりほとんど瞬時に成膜室３内からほぼ完全に排出される。実験では、パージ用ガスＰ１、Ｐ２の導入によりガス残留量が３桁乃至４桁程度急激に低下することを確認することができた。
【００６４】
また、図１３（ａ）、（ｂ）は被成膜基板１０１上に一原子層ずつ堆積する様子を示す断面図である。なお、図中、符号Ａは反応ガスＡのＡ原子を示し、符号Ｂは反応ガスＢのＢ原子を示し、符号Ｃは、キャリアガスの原子又は分子を示す。
【００６５】
ＡＬＤ装置を用いた成膜方法では、まず、図１のＡＬＤ装置の上部隔壁５を開けて基板保持具４の載置面に被成膜基板１０１を載せ、静電チャックなどにより固定する。続いて、上部隔壁５を閉めて成膜室３内部を密閉した後、反応ガスの種類に応じて、基板保持具４に内蔵されたヒータを２０〜１２００℃の温度範囲で適切な温度に設定し、被成膜基板を加熱する。この場合、反応ガスＡ、ＢのＡＬＤウインドウの範囲に該当する温度条件に設定する。
【００６６】
次いで、排気装置により減圧容器内部を排気する。所定の圧力に達した後、ガス圧力が数百Pa乃至数万Paの範囲で適切な圧力に調整されたフローティング用ガスを第４の通気孔１７に供給して、減圧容器の側部隔壁１に対してロータ２を浮上させる。なお、フローティング用ガスの圧力をあまり高くすると、クリアランスが非常に大きくなり、また、成膜室３内のフローティング用ガスの分圧が大きくなりすぎるため、フローティング用ガスの圧力は適度に低くする。
【００６７】
次いで、反応ガスＡを側部隔壁１の通気孔１２と繋がっている外部開口１２ｂに供給し、反応ガスＢを側部隔壁１の通気孔１４と繋がっている外部開口１４ｂに供給する。反応ガスＡ、Ｂに関し、必要な場合、キャリアガスを用いる。そして、反応ガスＡ、Ｂの分圧をそれぞれ１Pa乃至１０Paの範囲で適切な圧力に設定する。また、パージ用ガスＰ１，Ｐ２を側部隔壁１の通気孔１３、１５とそれぞれ繋がっている外部開口１３ｂ、１５ｂに供給する。この場合、反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスのうち少なくとも何れか一を含む成膜室３内の全圧力が１００Pa乃至１万Paの範囲で適切な圧力となるように、ガス分圧や排気量を調節する。
【００６８】
所定の圧力に達した時点でロータ２を、例えば1回転／秒の回転スピードで回転させる。
【００６９】
以下では、図１１（ａ）に示すように、側部隔壁１のパージ用ガスＰ２を導く通気孔１５の横にロータ２の通気孔１６がきたときから成膜方法を説明する。
【００７０】
図１１（ａ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の通気孔１５の横にきて、パージ用ガス供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面にパージ用ガスが放出される。このとき、パージ用ガスの圧力により被成膜面上に残留する不要なガスが急激に押し退けられて、減圧容器の下部に接続された排気装置へのガス流となって減圧容器内部から排出される。
【００７１】
ロータ２が回転し、ロータ２の通気孔１６が図１１（ｂ）の側部隔壁１の通気孔１５から側部隔壁１の通気孔１２へと動く。この間には、残留するパージ用ガスは被成膜基板１０１の被成膜面上から排気により排出される。
【００７２】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の反応ガスＡの通気孔１２の横にきて、反応ガスＡの供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面に反応ガスＡが放出される。このとき、反応ガスＡの圧力はフローティング用ガスの圧力よりも小さくなっている。これにより、側部隔壁１とロータ（回転体）２との間の隙間への反応ガスＡのリークが抑制される。
【００７３】
一方、被成膜基板の被成膜面上は、一原子層を成膜するのに十分な量の反応ガスＡで満たされて成膜が始まる。図１１（ｄ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が次の通気孔１３の横に移動するまでに、被成膜基板１０１上にＡ原子からなる一原子層１０２が成膜される。この様子を、図１３（ａ）に示す。なお、反応ガスＡは排気により徐々に減少する。
【００７４】
次に、図１１（ｅ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の通気孔１３の横にきて、パージ用ガス供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面にパージ用ガスが放出される。このとき、パージ用ガスにより被成膜面上に残留する反応ガスＡがほとんど瞬時に押し退けられて、減圧容器の下部に接続された排気装置へのガス流となって減圧容器内部から排気される。
【００７５】
引き続き、ロータ２が回転し、ロータ２の通気孔１６が図１１（ｆ）の側部隔壁１の通気孔１３から側部隔壁１の通気孔１４へと動く。この間には、残留するパージ用ガスは被成膜基板１０１の被成膜面上から排気により排出される。
【００７６】
次いで、図１１（ｇ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の反応ガスＢの通気孔１４の横にきて、反応ガスＢの供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面に反応ガスＢが放出される。このとき、反応ガスＢの圧力はフローティング用ガスの圧力よりも小さくなっている。これにより、側部隔壁１とロータ（回転体）２との間の隙間への反応ガスＢのリークが抑制される。
【００７７】
一方、被成膜基板１０１の被成膜面上には、一原子層を成膜するのに十分な量の反応ガスＢで満たされて成膜が始まる。図１１（ｈ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が次の通気孔１５の横に移動するまでに、被成膜基板１０１上のＡ原子からなる一原子層１０２の上にＢ原子からなる一原子層１０３が成膜される。この様子を、図１３（ｂ）に示す。なお、反応ガスＢは排気により徐々に減少する。
【００７８】
その後、図１１（ａ）に戻り、パージ用ガスの放出により、成膜室３内部から反応ガスＢがほとんど瞬時に排出されることになる。引き続き、ロータ２の回転を続けることにより、図１１（ａ）乃至（ｈ）の状態を経て一回転毎にＡ原子層とその上のＢ原子層とが順次積層されていく。この場合、開始から終了までのロータ２の回転数を予め設定しておくことにより、回転数に応じてＡ原子層とＢ原子層とが交互に積層された膜を所定の膜厚で成膜することができる。
【００７９】
以上のように、この発明の実施形態の成膜方法によれば、ロータ２を回転させることにより、反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行っている。従って、反応ガスを放出して一層の原子層を堆積した後、パージ用ガスの放出により被成膜基板１０１上に残留する反応ガスを瞬時に排出することが可能となる。これにより、多数の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【００８０】
（iii）反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスの種類
以下に、この実施形態に係るＡＬＤ装置及びＡＬＤ法による成膜方法に用いられる反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスの種類について説明する。なお、上記記載した反応ガスは例示であり、これに限定されるものではない。
【００８１】
なお、成膜にあたっては、形成膜の種類にあわせて下記反応ガス等を適当に組み合わせて用いる。この場合も、所謂ＡＬＤウインドウの温度範囲で反応ガスを使用することが好ましい。
【００８２】
（ａ）反応ガス
マグネシウム(Mg)・・Cp2Mg、カルシウム(Ca)・・Ca(thd)2、ストロンチウム(Sr)・・Sr(thd)2、亜鉛(Zn)・・Zn, ZnCl2, (CH3)2Zn, (C2H5)2Zn、カドミウム(Cd)・・Cd, CdCl2、アルミニウム(Al)・・(CH3)3Al, (C2H5)3Al, (i-C4H9)3Al, AlCl3, (C2H5O)3Al、ガリウム(Ga)・・(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga, (C2H5)2GaCl、インジウム(In)・・(CH3)3In, (C2H5)3In, (C2H5)2InCl、炭素(C)・・C2H2、シリコン(Si)・・Si2H6, SiH4, SiH2Cl2, Si2Cl6、ゲルマニウム(Ge)・・GeH4、錫(Sn)・・SnCl4、鉛(Pb)・・Pb[(OBut) 2]m=2,3, Pb4O(OBut)6, Pb(thd) 2, Pb(dedtc) 2、窒素(N)・・NH3、燐(P)・・PH3、砒素(As)・・AsH3、アンチモン(Sb)・・SbCl5、酸素(O)・・O2, O3, H2O, H2O-H2O2, CxHyOH、硫黄(S)・・H2S、セレニウム(Se)・・Se, H2Se、テルル(Te)・・Te、チタン(Ti)・・TiCl4, Ti(OiPr)4、ジルコニウム(Zr)・・ZrI4, ZrCl4, CpZr(CH3)2, Cp2ZrCl2 (Cp=cyclopentadienyl), Zr(thd)4 (thd=3,3,5,5？tetramethylheptane-3,5 -dionate), Zr(OC(CH3)3)4, Zr[OC(CH3)3]2(dmae)2 (dme=dimethylamino -ethoxide )、ニオブ(Nb)・・NbCl5、タンタル(Ta)・・TaCl5、モリブデン(Mo)・・MoCl5、セリウム(Ce)・・Ce(thd)4、ハフニウム(Hf)・・Hf[N(CH3)(C2H5)]4, Hf[N(CH3)2]4, Hf[N(C2H5)2]4, Hf(NO3)4、その他・・(CH3)2CHOH, NO2
なお、上記反応ガスのうちには、半導体膜に導電方を付与するドーパントガスとして用いることができるガスもある。適宜、使い分けることができる。
【００８３】
（ｂ）パージ用ガス
Ｎ2，Ｈｅ，Ｎｅ,Ａｒ，Ｋｒなど
（ｃ）フローティング用ガス
Ｎ2，Ｈｅ，Ｎｅ,Ａｒ，Ｋｒなど
（第２の実施の形態）
（ｉ）ＡＬＤ装置の構成
図１４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のＡＬＤ装置の構成について示す平面図である。
【００８４】
第１の実施の形態のＡＬＤ装置と異なるところは、３種類の反応ガスＡ、Ｂ、Ｃが放出される放出口３１、３３、３５を有する点である。パージ用ガスＰ１乃至Ｐ３の放出口３２、３４、３６は各反応ガスＡ、Ｂ、Ｃの放出口３１、３３、３５の間にそれぞれ設けられている。また、ロータ２の内側及び上部隔壁と基板保持具との間の空間が成膜室３となっている。
【００８５】
なお、１つの通気孔１６を有するロータ２が左右両方向に回転することは第１の実施の形態と同じである。その他の構成も、第１の実施の形態と同じである。
【００８６】
ロータ２の左右の回転制御によりロータ２の通気孔１６とガス放出口３１乃至３６が一致したときに、対応する反応ガスＡ乃至Ｃやパージ用ガスＰ１乃至Ｐ３が成膜室３内に放出される。
【００８７】
図１４（ｂ）は、第２の実施の形態に係るＡＬＤ装置の他の構成を示す平面図である。
【００８８】
図１４（ａ）と異なるところは、４種類の反応ガスＡ乃至Ｄの放出口４１、４３、４７、４５を備えている点である。この場合は、それぞれの反応ガスＡ、Ｂ、Ｄ、Ｃの放出口４１、４３、４７、４５の間にパージ用ガスＰ１乃至Ｐ４の放出口４２、４３、４６、４８が設けられている。また、ロータ２の内側及び上部隔壁と基板保持具との間の空間が成膜室３となっている。
【００８９】
なお、１つの通気孔１６を有するロータ２が左右両方向に回転することは第１の実施の形態と同じである。その他の構成も、第１の実施の形態と同じである。
【００９０】
ロータ２の左右の回転制御によりロータ２の通気孔１６とガス放出口４１乃至４８が一致したときに、対応する反応ガスＡ乃至Ｄやパージ用ガスＰ１乃至Ｐ４が成膜室３内に放出される。
【００９１】
なお、上記第２の実施の形態のＡＬＤ装置をコンピュータ制御する場合、反応ガスの分圧、パージ用ガスの分圧、フローティング用ガスの分圧、容器内の排気量、ロータ２の回転方向、ロータ２の回転速度及び成膜の開始から終了までのロータ２の全回転履歴のうち少なくとも何れか一を制御することができる。基板保持具を回転させる場合には、その回転方向或いは速度、又はそれらの両方を制御することも可能である。これにより、堆積の自動制御が可能となる。
【００９２】
以上のように、この実施の形態のＡＬＤ装置においては、反応ガスの放出口の数を３つ以上有し、かつロータ２が左右両方向に回転し得るようになっている。従って、３層以上の異なる原子層を、全体の堆積膜中の原子層の構成割合を自在に制御して堆積することができる。しかも、ロータ２は反応ガス及びパージ用ガスの切り換え機能を有するので、ロータ２の回転履歴を制御するだけで、任意の構成の膜を高速に成膜することができる。
【００９３】
（ii）ＡＬＤ装置を用いた成膜方法
次に、図１４（ａ）及び図１５（ａ）を参照して、第２の実施の形態のＡＬＤ装置を用いた成膜方法について説明する。第２の実施の形態の成膜方法において、反応ガスＡ、Ｂ、Ｃ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を用いるほかに、ロータ２を左右両方向に回転させることが第１の実施の形態の成膜方法と異なる。なお、上記する反応ガスのうちから単独で或いは組み合わせて３組の異なる反応ガスを用いるものとするが、説明ではそれらを一般化してＡ、Ｂ、Ｃと表示する。また、パージ用ガスも同様に一般化してＰ１、Ｐ２、Ｐ３と表示する。
【００９４】
まず、基板保持具に被成膜基板１０１を載置し、反応ガスＡ、Ｂ、Ｃのすべてに関し、一原子層の堆積が可能な飽和条件を満たす所定の温度に被成膜基板１０１を加熱する。必要な場合は、支持軸を回転軸として基板保持具を回転させる。続いて、反応ガスＡ、Ｂ、Ｃとパージ用ガスＰ１乃至Ｐ３のすべてを所定の圧力でガス放出口３１乃至３６まで導き、ガス放出口３１乃至３６から放出可能な状態にしておく。
【００９５】
次いで、ロータ２を回転させて、ロータ２の通気孔１６をパージ用ガスＰ１の放出口３２に一致させる。これにより、パージ用ガスＰ１を放出口３２と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１表面から不要なガスを除去しておく。
【００９６】
次に、ロータ２を左側に回転させて通気孔１６と反応ガスＢの放出口３３とを一致させる。これにより、反応ガスＢを放出口３３と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１上に一層のＢ原子層を堆積する。次いで、ロータ２を右側に回転させてロータ２の通気孔１６をパージ用ガスＰ１の放出口３２に一致させる。これにより、パージ用ガスＰ１を放出口３２と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１表面から残留する反応ガスＢを除去する。
【００９７】
次に、ロータ２をさらに右側に回転させて通気孔１６と反応ガスＡの放出口３１とを一致させる。これにより、反応ガスＡを放出口３１と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、Ｂ原子層上に一層のＡ原子層を堆積する。
【００９８】
以上を３回繰り返し、図１５（ａ）に示すように、Ｂ原子層とＡ原子層を交互に３層ずつ堆積する。
【００９９】
次いで、ロータ２を右側に回転させてロータ２の通気孔１６をパージ用ガスＰ３の放出口３６に一致させる。これにより、パージ用ガスＰ３をガス放出口３６と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１表面から残留する反応ガスＡを除去する。
【０１００】
次に、ロータ２をさらに右側に回転させて通気孔１６と反応ガスＣの放出口３５とを一致させる。これにより、反応ガスＣをガス放出口３５と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、Ａ原子層上に一層のＣ原子層を堆積する。
【０１０１】
次いで、ロータ２を左側に回転させて、パージ用ガスＰ３によるパージ、Ａ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ｂ原子層の堆積とを順次行う。続いて、ロータ２の右側への回転と左側への回転を繰り返して、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ａ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ｂ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ａ原子層の堆積を順次行う。
【０１０２】
次いで、ロータ２を更に右側に回転して、パージ用ガスＰ３によるパージ、Ｃ原子層の堆積を行う。続いて、左側に回転させて、パージ用ガスＰ３によるパージ、Ａ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ｂ原子層の堆積とを順次行う。以上のようにして、図１５（ａ）に示すように、被成膜基板１０１上にＡ原子層とＢ原子層の間にＣ原子層を含む多原子層からなる膜を成膜することができる。この場合、反応ガスＣとしてドーパントガスを用いると、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することが可能であり、全体でｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。
【０１０３】
なお、Ｃ原子層とＣ原子層の間で、反応ガスＡの放出口３１からパージ用ガスＰ１の放出口３２を経て反応ガスＢの放出口３３に至る左側回転と、引き続きパージ用ガスＰ１の放出口３２を経て反応ガスＡの放出口３１に至る右側回転とを図１５（ａ）よりもさらに増やして、図１５（ａ）よりもＢ原子層とＡ原子層の堆積を一層ずつ多く堆積することにより、図１５（ｂ）に示す膜を成膜することができる。
【０１０４】
以上のように、この実施の形態のＡＬＤ法によれば、反応ガスの放出口の数を３つ以上設け、ロータ２の回転履歴を制御するだけで、３層以上の異なる原子層を、全体の堆積膜中の原子層の構成割合を自在に制御して堆積できる。しかも、反応ガスの放出とパージとを交互に行っているため、欠陥や不純物の混入が抑制された膜を高速に成膜することができる。
【０１０５】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
例えば、第１及び第２の実施形態の成膜装置において、パージ用ガスの放出口の大きさと反応ガスの放出口の大きさと同じとしているが、パージを早く、かつ確実に行うため、パージ用ガスの放出口をより大きくすることもできる。或いは、同時に放出するパージ用ガスの放出口を複数としてもよい。
【０１０７】
また、回転体２の第３の通気孔を一つ設けているが、場合により、２以上設けてもよい。また、図２に示すロータ２のガス流路として貫通孔である第３の通気孔を用いているが、ガス流路として貫通孔の他に、図６に示すように、ロータ２の周辺部を切除してガスが流通するようにした通気切欠部でもよい。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、側部隔壁１の上部の内面、及びロータ２の上部の外面は、上方に開いたすり鉢状を有するが、その傾斜角度を０乃至９０度の範囲で適宜変更することが可能である。特に、ロータ２の上部の外面の傾斜角度を９０度とした場合、即ちロータ２の上部の外面が平面状を有する場合を、図７（ｂ）、（ｃ）に示す。ここでは、ロータ２の上部の外面とは、容器の側部隔壁１の表面のフローティング用ガスから浮上力を受ける面をいうものとする。又は、図７（ａ）に示すように、ロータ２の上部の外面が下に開いたすり鉢状とすることも可能である。なお、図７（ａ）乃至（ｃ）中、符号１６はロータ２に設けた第３の通気孔である。
【０１０９】
また、基板保持具４は被成膜基板を上向きに保持するようになっているが、下向きに保持するようにしてもよい。
【０１１０】
また、基板保持具４は固定されているが、一方向或いは左右両方向に回転するようにしてもよい。この場合、減圧容器のシール方法として磁気シールなど良く知られた方法を用いることができる。
【０１１１】
さらに、排気装置は減圧容器の上下に２つ接続されているが、図８に示すように、減圧容器の下部に接続され、反応ガス等を下部から排気してもよいし、図９に示すように、上部隔壁５に通気孔５ａを設け、そこに接続するようにしてもよい。なお、図８、９において、図１と同じ符号で示すものは、図１と同じものを示す。
【０１１２】
さらに、第１の実施の形態において、減圧容器の側壁１の平面状又はすり鉢状の内面には、反応ガスやパージ用ガスの放出口１２ａ乃至１５ａのほかにフローティング用ガスの放出口１７ａだけが設けられているが、図１０（ｂ）に示すように、減圧容器の側壁１の平面状又はすり鉢状の内面にフローティング用ガスの放出口１７ａの他に、減圧容器の側壁１を貫通する排気孔１８と、その内部終端である内部排気口１８ａを設け、放出口１７ａから放出されたフローティング用ガスを内部排気口１８ａより排気孔１８を通して排気するようにしてもよい。これにより、フローティング用ガスの分圧を放出と排気により多様に制御することができる。図１０（ｂ）において、符号１８ｂは排気孔１８の外部終端である外部排気口を示す。他の符号は、図１乃至４と同じ符号で示すものは、図１乃至４と同じものを示す。
【０１１３】
また、ロータ２を回転させるための内部の永久磁石１９ａと外部の永久磁石１９ｂとは、Ｓ極同士の斥力を用いるように配置されているが、Ｎ極同士の斥力を用いるように配置されてもよい。また、永久磁石の代わりに電磁石などを用いてもよい。さらに、回転手段として、他に良く知られた種々の手段を用いることができる。
【０１１４】
また、第１、第２の実施形態では、各反応ガスの放出口からそれぞれ異なる反応ガスを放出して、第１の実施形態では、Ａ原子とＢ原子という異なる原子からなる原子層１１０２、１０３を交互に積層し、第２の実施形態では、Ａ原子とＢ原子とＣ原子層という異なる原子からなる原子層を適当な繰り返しで積層しているが、同じ反応ガスを放出して同じ原子層を多層積層し、所定の膜厚で形成することもできる。
【０１１５】
また、被成膜基板の周囲に反応ガスとパージ用ガスの放出口を２乃至４つずつ交互に設けているが、１つずつ設けてもよい。或いは、５つ以上ずつのガス放出口を交互に設けてもよい。この場合、同じ反応ガスを放出してもよいし、それぞれ異なる反応ガスを放出してもよい。また、５つ以上ずつの放出口を設けた場合、円周の周りを１周する間に、同じ反応ガスを複数回放出してもよい。さらに、場合により、反応ガスとパージ用ガスの放出口を交互に設けなくてもよいし、パージ用ガスの放出口を設けずに反応ガスの放出口のみを設けてもよい。
【０１１６】
また、ロータ２の回転スピードを１回転／秒としているが、ソースの種類や成膜温度などにより、或いは堆積スピードを調整するため適宜変更することができる。
【０１１７】
さらに、この発明の成膜装置は基板保持具の上に空間を確保できるため、成膜状況を逐次観察可能な測定観測手段、堆積を円滑容易ならしめる反応ガスへのエネルギ供給源、被成膜基板の加熱手段としての赤外線やランプ加熱手段、ガス活性化のための触媒板、又はプラズマ生成手段などをその空間に設けることができる。
【０１１８】
また、上記本発明の構成の装置をＡＬＤ装置に適用しているが、他の成膜装置やエッチング装置などにも適用することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の処理装置によれば、基板保持具の周囲に１以上のガス放出口を配し、回転体の回転制御により、ガス放出口と回転体の通気孔とが一致したときにガス放出口から基板保持具上にガスを放出している。
【０１２０】
即ち、回転する回転体がガスの切り換え機能を有し、従って、ガスの放出量の制御を精度良く行うことができる。このため、制御性良く成膜又はエッチングすることができる。
【０１２１】
特に、ＡＬＤ装置に適用した場合、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口を設けた場合、回転体の回転制御により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、回転体の回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。さらに、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とを設け、基板保持具の周囲にそれらを交互に配置し、回転体を回転させることにより、反応ガスによる一原子層の堆積の後、パージ用ガスによる反応ガスのパージを瞬時に行うことができるため、１以上の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【０１２２】
また、回転体が容器の側壁に対して浮上して回転するので、容器の側壁と回転体との位置精度出しも容易であり、安定したかつ非常に狭いクリアランスを実現できる。また、回転体が固定されていないため、回転体を簡単に取り外すことができ、これにより、回転体及び回転体を取り外した後のガスの供給機構を含む容器内のクリーニングが容易になる。
【０１２３】
また、この発明の処理方法は、回転体を回転させることにより、ガスの放出量を精度良く制御することができるので、精度の良い膜厚制御やエッチング制御を行うことができる。
【０１２４】
特に、ＡＬＤ方法に適用した場合、回転体を回転させることにより反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行っているため、反応ガスによる一層の原子層の堆積後、パージ用ガスによる反応ガスの排出を瞬時に行うことが可能となる。これにより、多数の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置の全体の構成について示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、減圧容器、回転体、基板保持具の部分の構成及び相互の配置について示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガスを導く通気孔の構成について示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガスを導く配管及び通気孔の構成について示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、回転体の回転手段の構成について示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、回転体の他の構成について示す斜視図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、回転体のさらに他の構成について示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、他の排気方法について示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、さらに他の排気方法について示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、フローティング用ガス供給源から第４の通気孔への他の接続方法について示す断面図である。（ｂ）はフローティング用ガスの分圧の制御に関する他の機構を示す断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｈ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す平面図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法に関し、成膜室内へのガスの流れについて示すタイミングチャートである。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態であるＡＬＤ装置の成膜室へのガス供給部分の構成について示す平面図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す断面図である。
【符号の説明】
１ 減圧容器の側部隔壁（容器の側壁）
２ ロータ（回転体）
３ 成膜室
４ 基板保持具
４ａ 支持軸
５ 上部隔壁
６ａ、６ｂ 帯状凹部
７ ロータを回転させる手段
８、９ 排気配管
１０ａ乃至１０ｅ リザーバ
１１ａ乃至１１ｆ 配管
１２、３１、４１ 反応ガスＡの通気孔（第１の通気孔）
１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１７ａ 内部開口（ガス放出口）
１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ 外部開口
１３、３２、４２ パージ用ガスＰ１の通気孔（第２の通気孔）
１４、３３、４３ 反応ガスＢの通気孔（第１の通気孔）
１５、３４、４４ パージ用ガスＰ２の通気孔（第２の通気孔）
１６ 第３の通気孔
１６ａ 内側開口
１６ｂ 外側開口
１７ 第４の通気孔
１８ 排気孔
１８ａ 内部排気口
１８ｂ 外部排気口
１９ａ、１９ｂ 永久磁石
２０ 下部隔壁
３５、４７ 反応ガスＣの通気孔
３６、４６ パージ用ガスＰ３の通気孔
４５ 反応ガスＤの通気孔
４８ パージ用ガスＰ４の通気孔
１０１ 被成膜基板
１０２ Ａ原子の一原子層
１０３ Ｂ原子の一原子層
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理装置及び処理方法に関し、より詳しくは、基板上に一原子層ずつ堆積可能な原子層堆積方法(Atomic Layer Deposition(ＡＬＤ)法又はAtomic Layer Epitaxy(ＡＬＥ)法、以下、ＡＬＤ法又はＡＬＥ法と称する。)により成膜等を行う処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＬＤ法による薄膜形成方法は、特許文献１乃至４や非特許文献１、２などに開示されている。ＡＬＤ法による薄膜形成方法は、原料ガス（元素又は化合物）を昇温した基板上に供給して、基板表面上で化学吸着反応を起こさせ、原料と目的生成物との蒸気圧の差を利用することにより、１原子層又は１分子層ずつ多数繰り返して結晶を成長させて、目的の厚さの薄膜を形成させるボトムアップ型のＣＶＤ薄膜生成方法である。原料ガスは１種類でもよいし、２種類以上を用いて原子層等を交互に積層していくことも可能である。非特許文献１によれば、ＡＬＤウインドウと呼ばれる温度範囲に被成膜基板の温度を設定しておくことで堆積の飽和条件を作り出し、被成膜基板上に原料ガスが供給された場合、正確に一層ずつの原子層等の堆積が行われる。
【０００３】
この方法は、原子層を１層毎に丁寧に確実に基板表面上に形成する方法であるから、結晶欠陥の発生を極力抑えることができ、非常に質のよい、また大面積の薄膜形成が可能であるため、次世代の半導体チップや有機ＥＬ、液晶、ナノテクノロジーなどには不可欠の技術で、産業上はもちろん、学術的にも極めて重要な技術である。
【０００４】
しかしながら、ＡＬＤ法は自動車のフロントパネルの表示器などに実用化された程度で、薄膜を使った最大の産業である半導体製造技術としてはまだ普及していない。
【０００５】
それは、ＡＬＤ法は原子層を１層毎に丁寧に積層する方法であるため、所要の膜厚を得るまでに非常に長い時間を要することが最大の原因となっている。例えば、実用的な膜厚を得るまでに１万回から１０万回の積層が必要であるが、現在のＡＬＤ装置では１層の膜形成に最速でも１秒程度の時間を要しているため、所要の膜厚を得るまでに、数時間乃至１日を要する。このため、高い生産スピード、即ち高いスループットが要求される半導体製造技術として本格的な採用が見送られているのが現状である。
【０００６】
成膜に時間を要することに対する解決手段の一つとして、基板を大きくするとともに、非特許文献１にも記載されているように、多数枚を同一チャンバ内に配置し、一度に処理するバッチ式処理が行われている。非特許文献１では、回転軸を中心にして回転し得る基板保持具に複数枚の被成膜基板を横方向或いは縦方向に保持した状態で、回転軸の周りに設けられた複数の原料ガス放出部に順次移動させて被成膜基板上に一原子層ずつ成膜を行うものである。
【０００７】
このバッチ式の処理方法は、例えばパネル表示用の大きなガラス基板などの処理に適している。また、現時点における最大の直径が３００ｍｍであるシリコンウエハでも、２５乃至５０枚を一度に処理するバッチ式処理が中心となる。
【０００８】
バッチ式処理の場合、ＡＬＤ装置のチャンバは非常に大きなものになる。このチャンバ内で、反応ガスＸの導入と、基板への吸着と、余剰ガスの排気と、プロセスガスの置換と、排気と、反応ガスＹの導入と、基板への吸着と、余剰ガスの排気とを一サイクルとして複数サイクル繰り返すことになる。
【０００９】
このような処理を行うＡＬＤ装置では、一原子層の堆積に時間を要する上、チャンバ内においても、反応ガス分布の濃淡が生じ、ＡＬＤ条件を満足せず、成膜が不十分となるなどの問題が生じている。
【００１０】
このようなバッチ式の処理装置に対して、現在ではシリコンウエハを一枚ずつ処理する枚葉式の処理装置の採用が進んでいる。これは、ウエハサイズが漸次大型化し、近い将来４００ｍｍが採用されようとしている状況では、プロセスチェンジが容易であり、取り扱い、品質などあらゆる点で枚葉式の方がバッチ式に比べて優位になってきているためである。
【００１１】
一方で、シリコンデバイスの集積度が高まり、微細化の要求がサブミクロンからナノレベルに移行しようとしている。それに伴い、ゲート薄膜などは数十乃至数百原子層の適用が検討されるに至り、かつこのような極めて薄い膜を無欠陥で形成する技術が要求されるようになってきている。
【００１２】
また、産官学の半導体デバイス研究、機能材料研究、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーなどでは、薄膜形成装置は研究のために必要不可欠なツールである。そのような薄膜形成装置として、主に真空蒸着装置、スパッタ装置、又は、レーザアブレーションなどの物理的手法で成膜する、或いは最近では分子気体を基板上に導き、熱分解やプラズマ分解などで化学変化を起こさせる方法で発生させた分子原子を堆積させて薄膜を形成するＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法に適用される成膜装置が使われるようになっている。
【００１３】
しかし、ＡＬＤ装置は種々の研究機関や研究開発のための薄膜形成ツールとしては普及していない。その最も大きな理由は、ＡＬＤ装置は高価で、かつ大型のバッチ式が主流であり、また、取り扱いも複雑であり、その割には膜形成に非常に長い時間を要するためである。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−４０５４号公報
【特許文献２】
米国特許５，８７９，４５９
【特許文献３】
米国特許６，１７４，３７７
【特許文献４】
米国特許６，３８７，１８５
【非特許文献１】
'Handbook of Thin Film Process Technology, B1.5:1- B1.5:17, 1995 IOP Publishing Ltd'
【非特許文献２】
電子材料，２００２年７月号，２９頁−３４頁
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のＡＬＤ装置では、原子層１層を形成するまでの１サイクルに要する時間が長いという問題があり、現状では、その欠点を補うために、バッチ式が主流となっており、装置が大型化している。従って、装置の小型化が可能な枚葉式で、十分にスループットを高めることができるＡＬＤ装置が望まれている。
【００１６】
また、飽和条件で成膜を行うことにより成膜条件の簡単な調整で１サイクルで原子層１層を堆積できるというＡＬＤ法の特長を生かして、コンピュータ制御により成膜を行えるようにすることが望まれている。
【００１７】
さらに、非特許文献２に記載されているように、ＡＬＤ材料は大気中の水分などによって分解や変質などが起こり易い不安定化合物である。特に、High-k薄膜用途のＡＬＤ材料は水分の影響で不揮発性で洗浄溶媒に不溶の固形分に変質するため、装置を分解して洗浄する必要がある。装置が複雑なバルブや細い径の配管などを備えている場合、装置の分解洗浄が大変なこととなる。
【００１８】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、原子層１層を積層する１サイクルに要する時間の短縮を図ることができ、かつコンピュータ制御が可能で、装置部品の取り付けや取り外しを含むメインテナンスが容易で、かつ装置の分解洗浄が容易な処理装置及び処理方法を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項1記載の発明は、処理装置に係り、１以上のガス放出口を有する容器と、前記容器内に設けられた、基板を載置する基板保持具と、前記基板保持具と前記容器の側壁の間に設けられ、前記基板保持具の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体とを有し、前記回転体の回転制御により、前記ガス放出口と前記回転体の通気孔又は通気切欠部とが一致したときに前記ガス放出口から前記基板保持具上に前記ガスを放出することを特徴とし、
請求項２記載の発明は、前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の処理装置に係り、前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口であることを特徴とし、
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の処理装置に係り、前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とであることを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項４記載の処理装置に係り、前記反応ガスの放出口と前記パージ用ガスの放出口とが前記基板保持具の周囲に沿って交互に配置されていることを特徴とし、
請求項６記載の発明は、請求項３乃至５の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスの放出口は、相互に異なる種類の反応ガスを放出することを特徴とし、
請求項７記載の発明は、請求項項１乃至６の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器の側壁の少なくとも上側の内面は平面状又はすり鉢状を有し、該平面状又はすり鉢状の形状に対応して、前記回転体の上側の外面は平面状又はすり鉢状を有し、かつ前記容器の平面状又はすり鉢状の側壁の内面にフローティング用ガスの放出口が設けられており、前記フローティング用ガスの放出により、前記回転体は前記容器の側壁の内面に対して所定の間隔を保って浮上することを特徴とし、
請求項８記載の発明は、請求項７記載の処理装置に係り、前記フローティング用ガスの放出口は、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面の円周に沿って複数設けられていることを特徴とし、
請求項９記載の発明は、請求項７又は８の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面に排気口が設けられており、前記放出されたフローティング用ガスを該排気口より排気することを特徴とし、
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の処理装置に係り、前記排気口は、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面の円周に沿って複数設けられていることを特徴とし、
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガス及び前記パージ用ガスのガス圧力を調整し、かつ前記ガス放出口から放出されるガスの圧力変動を抑制する手段が設けられていることを特徴とし、
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１の何れか一に記載の処理装置に係り、前記回転体に固定された複数の磁石と、前記容器の外側周囲の複数の磁石とを備え、前記容器の外側周囲の複数の磁石が前記容器の周りを回転することにより前記回転体が回転するようになっていることを特徴とし、
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の処理装置に係り、前記回転体に固定された複数の磁石と前記容器の外側周囲の複数の磁石との間の斥力により、前記容器の外側周囲の複数の磁石の位置に対して前記回転体の位置が固定されるようになっていることを特徴とし、
請求項１４記載の発明は、請求項１乃至１３の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具は支持軸により支持され、かつ前記基板保持具は該支持軸を軸として回転するようになっていることを特徴とし、
請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具の基板の載置面は上下の位置を調整可能なようになっていることを特徴とし、
請求項１６記載の発明は、請求項１乃至１５の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具に載置された基板を加熱する手段を有することを特徴とし、請求項１７記載の発明は、請求項１乃至１６の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器には該容器の内部を減圧する排気手段が接続されていることを特徴とし、
請求項１８記載の発明は、請求項１乃至１７の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスへのエネルギ供給手段、又は前記反応ガスを活性化する触媒板を有することを特徴とし、
請求項１９記載の発明は、請求項１乃至１８の何れか一に記載の処理装置に係り、前記容器の上部に、前記容器の内部を観察し得るような透明な材料からなる上部隔壁が設けられていることを特徴とし、
請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の処理装置に係り、前記容器の上部に、前記上部隔壁を通して前記処理状況を観察する手段が設けられていることを特徴とし、
請求項２１記載の発明は、請求項１乃至２０の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスの分圧、前記パージ用ガスの分圧、前記フローティング用ガスの分圧、前記容器内の排気量、前記回転体の回転方向、前記回転体の回転速度、成膜の開始から終了までの前記回転体の全回転履歴、及び前記基板保持具の回転方向、及び前記基板保持具の回転速度のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を有することを特徴とし、
請求項２２記載の発明は、処理方法に係り、ガスを放出する１以上のガス放出口を基板の周囲に配置し、前記基板と前記ガス放出口との間に、前記基板の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体を準備し、前記回転体の回転制御により、前記ガス放出口と前記回転体の通気孔又は通気切欠部とが一致したときに前記ガスを前記基板上に放出し、該放出されたガスにより前記基板を処理することを特徴とし、
請求項２３記載の発明は、請求項２２記載の処理方法に係り、前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口及びパージ用ガスの放出口であり、かつ前記回転体の回転制御により、前記反応ガスと前記パージ用ガスとを前記基板上に交互に放出することを特徴とし、
請求項２４記載の発明は、請求項２２又は２３記載の処理方法に係り、前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とし、
請求項２５記載の発明は、請求項２２乃至２４の何れか一に記載の処理方法に係り、前記基板上に１以上の原子層を形成することを特徴としている。
【００２０】
この発明の処理装置は、１以上のガス放出口を有する容器と、容器内に設けられた基板保持具と、基板保持具とガス放出口の間に、基板保持具の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体とを有し、回転体の回転制御により、ガス放出口と回転体の通気孔等とが一致したときにガス放出口から基板保持具上にガスを放出することを特徴としている。
【００２１】
即ち、回転する回転体がガスの切り換え機能を有する。従って、この処理装置を成膜に適用する場合、同じ層を多層に、或いは異なる層を多層に、かつ膜厚を制御して成膜することが可能となる。また、エッチング装置に適用した場合、エッチングガスの放出量を制御することができ、これにより、多層を制御性良くエッチングすることができる。
【００２２】
特に、ＡＬＤ装置に適用した場合、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口を設けた場合、回転体の回転により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、回転体の回転の方向を調整することにより、堆積順序などを適宜変えて、膜構成を適宜調整することができる。さらに、回転体の回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。さらに、反応ガスの一つとしてドーパントガスを用いることにより、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することで、ｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。さらに、反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とを設け、基板保持具の周囲にそれらを交互に配置した場合、一原子層の堆積と反応ガスのパージとを交互に行うことが可能となる。反応ガスのパージは瞬時に行われるため、成膜速度を向上させることができる。
【００２３】
また、回転体が固定されていないため、回転体を簡単に取り外すことができ、これにより、回転体やガス供給側を含む装置の分解洗浄が容易になる。また、回転体を取り外した後のガス配管系を含む成膜室内の洗浄が容易となる。
【００２４】
また、回転体を浮上させてクリアランスを調整することができるので、容器と回転体を最初に整合性良く作成しておくことにより、容器と回転体間の相互の位置精度出しが容易で、非常に狭いクリアランスを保つことができる。
【００２５】
さらに、反応ガス及びパージ用ガスのガス圧力を調整し、かつガス放出口から放出されるガスの圧力変動を抑制する手段が設けられているため、回転体が回転してそれらのガスの放出及び非放出が繰り返されるときに、放出時及び非放出時でガス圧力が変動するのを抑制することができる。このため、その変動圧力を回転体が受けることを防止することができ、これにより、安定したクリアランスを確保できる。さらに、圧力変動を抑制することにより、通気孔等同士が一致したときに流れ込むガスの量を一定に保つことができる。
【００２６】
また、この発明の処理方法は、回転体を回転制御することにより、ガス放出口と回転体の通気孔等とが一致したときにガス放出口から基板上にガスを放出する。このため、ガスの放出量を精度良く制御することができるので、精度の良い膜厚制御やエッチング制御を行うことができる。
【００２７】
特に、この発明の処理方法をＡＬＤ方法に適用した場合、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とを設け、基板保持具の周囲にそれらを交互に配置し、回転体を回転制御させることにより、反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行っている。従って、反応ガスを放出して一層の原子層を堆積した後、パージ用ガスの放出により被成膜基板上に残留する反応ガスを瞬時に排出することが可能となる。これにより、１層以上の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
（ｉ）ＡＬＤ装置の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る原子層堆積装置（以下、ＡＬＤ装置又はＡＬＥ装置と称する。）の全体の構成を示す側面図である。
【００３０】
ＡＬＤ装置の全体の構成は、図１に示すように、側部隔壁１と上部隔壁５と下部隔壁２０とで外部と隔てられた減圧容器と、減圧容器内に設けられ、側部隔壁１に沿って左右両方向に回転可能なロータ（回転体）２と、ロータ２の内側に設置され、支持軸４ａに支持された基板保持具４と、ロータ２を回転させる手段７とを備えている。ロータ２の内側及び基板保持具４と上部隔壁５との隙間が成膜室３となる。上部隔壁５は、減圧容器の内部、特に成膜室３を観察し得るような透明な材料で作成されている。
【００３１】
また、減圧容器の上部隔壁５に接続された排気配管８と、側部隔壁１の下部に接続された排気配管９とを備えている。特に、上部の排気配管８内には質量分析計（ＱＭＳ）が設置され、成膜室３内に導入されるガスの種類及び化学反応情報を監視できるようになっている。各排気配管８、９には図示しない排気手段が接続されている。なお、基板保持具４の上方に、成膜状況を観察する手段、成膜を円滑容易ならしめるエネルギ供給源、基板加熱手段としてのランプ加熱手段、ガス活性化のための触媒板、又はプラズマ生成手段等を取り付けることが可能である。この場合、上部の排気配管８及び質量分析計（ＱＭＳ）を適宜省略し、かつ上部隔壁５をもっと上部に配置して、上部隔壁５と基板保持具４との間に適当な空間を設けるようにする。
【００３２】
さらに、反応ガスＡ、Ｂをそれぞれ減圧容器内に導くため、２つの通気孔（第１の通気孔）１２、１４が減圧容器の側部隔壁１に設けられている。２つの通気孔１２、１４はそれぞれ側部隔壁１の内面で内部開口（ガス放出口）に終端している。また、図１には明示されていないが、パージ用ガスＰ１、Ｐ２を減圧容器に導くため、２つの通気孔（第２の通気孔）が同じく減圧容器の側部隔壁１に設けられている。パージ用ガスＰ１、Ｐ２を導くための２つの通気孔はそれぞれ側部隔壁１の内面で異なる内部開口（ガス放出口）に終端している。反応ガスＡ、Ｂを導くため２つの通気孔１２、１４の内部開口とパージ用ガスＰ１、Ｐ２を導くための２つの通気孔の内部開口とは、基板保持具４の周りに９０度毎に、反応ガスＡの通気孔１２の内部開口と、パージ用ガスＰ１の通気孔の内部開口と、反応ガスＢの通気孔１４の内部開口と、パージ用ガスＰ２の通気孔の内部開口というように交互に配置されている。
【００３３】
また、反応ガスＡ、Ｂ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２の各ガス供給部から対応する通気孔に至る途中にそれぞれリザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅが設けられている。なお、図１中には、パージ用ガスのリザーバ１０ｄ、１０ｅは明示されておらず、符号だけを記載している。
【００３４】
リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅは、ガス圧を低減する機能を有する。これにより、浮上して回転し、シャッタ機能を有するロータ２に対して、塞がれたガス放出口に導かれたガスからあまり強い圧力がかからないようにする。さらに、リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅによって減圧した結果、リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅと成膜室３間の差圧が低下することで、ロータ２の通気孔とガス放出口が一致したときに流れ込むガスの量が極端に少なくならないよう、ガス放出口（第１の通気孔）１２、１４、パージ用ガスＰ１、Ｐ２を導くための２つの通気孔の配管はある程度太い配管とする。
【００３５】
また、リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅは、ＡＬＤ装置の動作中に成膜室３内へのガスの放出及び放出停止により反応ガスＡ、Ｂ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２のガス圧が変動しないようにするような機能をも有する。これにより、下記するように浮上したロータ２が反応ガスＡ、Ｂ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２からの変動圧力を受けることを防止し、これにより、安定したクリアランスを確保できる。
【００３６】
また、図１には図示されていないが、減圧容器の側部隔壁１には、ロータ２を側部隔壁１に対して浮上させるフローティング用ガスを側部隔壁１とロータ２の間の隙間に導く第４の通気孔が設けられている。フローティング用ガスの供給部は、リザーバ１０ｃを介して、第４の通気孔の外部開口に接続されている。なお、フローティング用ガスは、反応ガスやパージ用ガスなどと比べて装置の動作中にガス圧力があまり変動しないので、図１０（ａ）に示すように、フローティング用ガスのリザーバ１０ｃは省略し、配管１１ｃを第４の通気孔１７の外部開口１７ｂに直結することも可能である。
【００３７】
なお、図１中、符号「ＤＧ」は圧力計を示し、各リザーバ１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅと、下部の排気配管９に取り付けられている。また、符号「ＭＦＣ」はマスフローコントローラを示し、配管中を流れるガスの流量を調整する機能を有する。ＭＦＣは、反応ガス、パージ用ガス、フローティング用ガスの各配管１１ｃ、１１ｄ、１１ｅに設置されている。
【００３８】
次に、図２を参照して、ＡＬＤ装置のうち、減圧容器の側部隔壁１と、ロータ（回転体）２と、基板保持具４の詳細な構造及び相互の配置について説明する。図２は斜視図であり、説明のために、中心軸Ｃを一致させてロータ２と基板保持具４とを減圧容器から上方に引き出した状態を示している。
【００３９】
図２に示すように、減圧容器は、側部隔壁１の少なくとも上部の内面が上方に開いたすり鉢状を有し、その内面は中心軸Ｃに対して対称な形状を有する。
【００４０】
ロータ２は、側部隔壁１の内面の形状に対応して、ロータ２の上部の外面が上方に開いたすり鉢状を有し、その外面は中心軸Ｃに対して対称な形状を有する。ロータ２は、フローティング用ガスにより浮上して減圧容器の側部隔壁１の内面に沿って中心軸Ｃの周りを左右両方向に回転し得るようになっている。なお、図中、符号１９ａはロータ２の下部に固定して設けられた内部磁石を示している。後に、図５（ａ）、（ｂ）によって説明するように、それらの内部磁石１９ａはロータ２の回転に寄与する。
【００４１】
また、基板保持具４は支持軸４ａに支持され、ロータ２の内側に設けられている。そして、中心軸Ｃに略垂直な基板載置面を有し、基板載置面には被成膜基板が載置され、静電チャックや真空チャックなどにより固定される。そして、基板保持具４にヒータが内蔵され、そのヒータにより被成膜基板を加熱し得るようになっている。
【００４２】
側部隔壁１には、側部隔壁１を貫通する通気孔が４つ、即ち、反応ガスＡ、Ｂを導く第１の通気孔１２、１４が２つと、パージ用ガスＰ１、Ｐ２を導く第２の通気孔が２つ設けられている。各通気孔はすり鉢状の部分の側部隔壁１の内面で内部開口（ガス放出口）１２ａ乃至１５ａに終端し、側部隔壁１の外面で外部開口１２ｂ乃至１５ｂに終端している。第１及び第２の通気孔１２乃至１５の内部開口１２ａ乃至１５ａは、中心軸Ｃの周りの円周に沿って９０度の間隔を置いて交互に配置されている。なお、図２中、括弧内の以下の符号で示すものは図２中に明示されていないが、１３ｂは側部隔壁の外面に終端するパージ用ガスＰ１の通気孔の外部開口を示し、１５ａは側部隔壁の内面に終端するパージ用ガスＰ２の通気孔の内部開口を示し、１７ｂはフローティング用ガスの通気孔の外部開口を示す。
【００４３】
２つの第1の通気孔１２、１４の外部開口１２ｂ、１４ｂにはそれぞれ反応ガスＡ、Ｂの供給部が接続されて、第1の通気孔１２、１４はそれぞれ外部開口１２ｂ、１４ｂから内部開口１２ａ、１４ａに反応ガスＡ、Ｂを導く。さらに、２つの第２の通気孔の外部開口１３ｂ、１５ｂにそれぞれパージ用ガスＰ１、Ｐ２の供給部が接続され、第２の通気孔はそれぞれ外部開口１３ｂ、１５ｂから内部開口１３ａ、１５ａにパージ用ガスＰ１、Ｐ２を導く。
【００４４】
また、ロータ２には、この実施形態では縦方向にロータ（回転体）２を貫通し、ロータ２の外面で外側開口１６ｂに終端し、ロータ２の内面で内側開口１６ａに終端する第３の通気孔が設けられている。第３の通気孔の内側開口１６ａは、基板保持具４をセットしたときに、基板保持具４の横の方に来る位置に設けられている。ロータ２の内側が成膜室３となる。ロータ２が回転し、第１の通気孔１２、１４と第３の通気孔とを通して反応ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、反応ガスＡ、Ｂが第３の通気孔を上方に流れて、基板保持具４上に放出され、第２の通気孔と第３の通気孔とを通してパージ用ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、パージ用ガスＰ１、Ｐ２が第３の通気孔を上方に流れて、基板保持具４上に放出されるようになっている。
【００４５】
また、側部隔壁１にはフローティング用ガスを導く第４の通気孔が８個設けられている。それぞれの第４の通気孔はすり鉢状の部分の側部隔壁１の内面で内部開口（ガス放出口）１７ａに終端し、側部隔壁１の外面で外部開口１７ｂに終端している。また、すり鉢状の部分の側部隔壁１の内面であって、中心軸Ｃの周りの円周に沿う上下２カ所の帯状領域にそれぞれフローティング用ガスのガス溜まりとなる帯状凹部６が設けられている。各帯状凹部６には円周に沿って等間隔で４カ所ずつ第４の通気孔１７の内部開口１７ａが配置されている。
【００４６】
第４の通気孔１７の外部開口１７ｂにフローティング用ガス供給部が接続され、第４の通気孔１７は外部開口１７ｂから内部開口１７ａにフローティング用ガスを導く。フローティング用ガスが第４の通気孔１７の内部開口１７ａから減圧容器の側部隔壁１とロータ（回転体）２の間の隙間に放出されることにより、ロータ２が側部側壁１に対して所定の間隔（クリアランス）を保って浮上する。その間隔は、主にロータ２の重量やフローティング用ガスの圧力により調整可能である。その間隔は、所謂ニューマティックハンマー現象の発生や、反応ガスの成膜室３外へのリーク及びフローティング用ガスの成膜室３内へのリークに影響を及ぼすため、十分に調整する必要がある。なお、ニューマティックハンマー現象とは、気体の圧縮性に起因した自励振動のことをいう。
【００４７】
次に、図３は、ロータ（回転体）２の第３の通気孔１６の外側開口１６ｂが回転により側部隔壁１の第１の通気孔１２の内部開口１２ａの横の方に移動して、反応ガスＡの供給部と成膜室３内部とが繋がった状態を示す断面図である。また、同じ図に、ロータ２の内面に形成した帯状凹部（ガス溜まり）６ａ、６ｂに、フローティング用ガスを導く第４の通気孔１７の内側開口１７ａが終端している様子を示す。
【００４８】
図３に示すように、ロータ２が回転し、第１の通気孔１２、１４と第３の通気孔１６とを通して反応ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、反応ガスＡ、Ｂが基板保持具４上に放出され、第２の通気孔と第３の通気孔１６とを通してパージ用ガス供給部と成膜室３内部が繋がったときに、パージ用ガスＰ１、Ｐ２が基板保持具４上に放出されるようになっている。
【００４９】
なお、第４の通気孔１７に関し、絞り比（Ｐo／Ｐs）は、ロータ２が側部隔壁１に対して浮上するための差圧が生じるように適宜設定する。
【００５０】
更に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ロータ２の内側に、複数の永久磁石１９ａがともに、Ｓ極を外側に向けるようにして設けられている。減圧容器の側部隔壁１の外側周囲には、一体的に左右両方向に回転可能な複数の永久磁石１９ｂがともに、Ｓ極を減圧容器の側部隔壁１の側に向けるようにして設けられている。
【００５１】
ロータ２は、減圧容器の周囲に設けられた外部の永久磁石１９ｂと内部の永久磁石１９ａとの間で相互に働く斥力により外部の永久磁石１９ｂに対する相対位置が固定される。さらに、減圧容器の側部隔壁１の周囲に沿った外部の永久磁石１９ｂの一体的な回転により、内部の永久磁石１９ａが設置されたロータ２が中心軸Ｃの周りを左右両方向に回転するようになっている。
【００５２】
さらに、反応ガスＡ、Ｂの分圧、パージ用ガスＰ１、Ｐ２の分圧、フローティング用ガスの分圧、容器内の排気量、ロータ２の回転方向、ロータ２の回転速度及び成膜の開始から終了までのロータ２の全回転数のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を設けることができる。これにより、堆積の自動制御を行うことも可能である。
【００５３】
なお、減圧容器の上部隔壁５、側部隔壁１、及び下部隔壁２０の各材料、ロータ（回転体）２の材料、基板保持具４の材料として、基板加熱時の熱や、洗浄用の薬品に対して耐性のある材料、例えばステンレス、石英ガラス、パイレックスガラス、又はセラミックスなどを適宜選択して用いることができる。
【００５４】
以上のように、この発明の実施形態に係るＡＬＤ装置によれば、被成膜基板の周囲に沿って反応ガス放出口とパージ用ガス放出口を交互に配置し、反応ガス放出口及びパージ用ガス放出口と被成膜基板の間に一カ所に通気孔を有し、被成膜基板の周囲を左右両方向に回転可能なロータ２を設け、そのロータ２を反応ガス及びパージ用ガスの切換え手段として用いている。
【００５５】
ロータ２を回転制御することにより、反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行うことができる。従って、反応ガスを放出して一層の原子層を堆積した後、パージ用ガスの放出により被成膜基板上に残留するパージ用ガスを瞬時に排出することが可能となる。これにより、多数の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【００５６】
また、側部隔壁１にフローティング用ガスの通気孔１７を設け、内部開口１７ａからロータ２と側部隔壁１の隙間にフローティング用ガスを放出可能としている。このため、側部隔壁１に対してロータ２を浮上させた状態でロータ２の回転を行わせることができる。これにより、ロータ２の回転に際し、機械的な接触を回避することができるので、側部隔壁１やロータ２等の磨耗を防止し、かつ磨耗により発生するパーティクルに起因する成膜室３内部の汚染を防止することができる。
【００５７】
また、ロータ２が、側部隔壁１及び基板保持具４などから分離して設けられているため、ロータ２の取り外しを簡単に行える。従って、ロータ２のクリーニングが容易となり、また、ロータ２を取り除いた後の減圧容器の内部を含むガス供給側の機構や基板保持具４などのクリーニングが容易となる。
【００５８】
また、側部隔壁１に対してロータ２を浮上させてクリアランスを調整するようになっているため、容器とロータ２を最初に整合性良く作成しておけば、クリーニング等のために部品を分解した後で組み合わせる際に、ロータ２と側部隔壁１との軸合わせ等、相互の位置精度出しが容易で、安定したかつ非常に狭いクリアランスを実現することが可能である。
【００５９】
（ii）ＡＬＤ装置を用いた成膜方法
次に、上記ＡＬＤ装置を用いて被成膜基板上に成膜する方法について、図面を参照して説明する。
【００６０】
図１１（ａ）乃至（ｈ）は、被成膜基板上に一原子層ずつ堆積する方法について説明するための、上記ＡＬＤ装置の上部から成膜室３を観察した平面図である。中心軸の周りを回転するロータ（回転体）２の動きと、反応ガスとパージ用ガスの流れを順に記載している。本成膜方法では、ロータ（回転体）２を右側一方向にさせるものとする。また、下記する反応ガスのうちから２種類の異なる反応ガスを用いるものとするが、説明ではそれらを一般化してＡ、Ｂと表示する。
【００６１】
図１２（ａ）乃至（ｄ）は、上記ＡＬＤ装置の動作中において、キャリアガスにより運ばれる反応ガスＡ、Ｂと、パージ用ガスＰ１、Ｐ２と、フローティング用ガスの成膜室３内の分圧を示すタイミングチャートであり、図１２（ｅ）は成膜室３内の全圧力変化を示すタイミングチャートである。パージ用ガスＰ１、Ｐ２及びフローティング用ガスとして窒素を用いる。
【００６２】
なお、図１２（ａ）乃至（ｅ）において、分圧が高いときに分圧が漸次低下していることを示す傾斜は排気のみによる分圧の低下を示し、分圧の急激な低下はパージ用ガスによる不要ガスの強制的な排除による分圧の低下を示す。成膜室３内の各ガスの圧力が高い分圧となっている期間はロータ２の回転周期のほぼ１／４となる。フローティング用ガスは成膜室３内に少なからず流れ込むが、この量は一定であるため、予め、この一定の流量に基づいて反応ガス中の反応物質の濃度を高めておくことで、成膜室３内の反応物質量の濃度を適度に確保することが可能である。
【００６３】
図１２（ａ）乃至（ｅ）のタイミングチャートにより、成膜室３内部への各ガスの流入と流出がどのようになるかが分かる。即ち、回転周期を１秒とすると、反応ガスＡ、Ｂは約０．２５秒の間だけ成膜室３内に存在し、パージ用ガスＰ１、Ｐ２の導入によりほとんど瞬時に成膜室３内からほぼ完全に排出される。実験では、パージ用ガスＰ１、Ｐ２の導入によりガス残留量が３桁乃至４桁程度急激に低下することを確認することができた。
【００６４】
また、図１３（ａ）、（ｂ）は被成膜基板１０１上に一原子層ずつ堆積する様子を示す断面図である。なお、図中、符号Ａは反応ガスＡのＡ原子を示し、符号Ｂは反応ガスＢのＢ原子を示し、符号Ｃは、キャリアガスの原子又は分子を示す。
【００６５】
ＡＬＤ装置を用いた成膜方法では、まず、図１のＡＬＤ装置の上部隔壁５を開けて基板保持具４の載置面に被成膜基板１０１を載せ、静電チャックなどにより固定する。続いて、上部隔壁５を閉めて成膜室３内部を密閉した後、反応ガスの種類に応じて、基板保持具４に内蔵されたヒータを２０〜１２００℃の温度範囲で適切な温度に設定し、被成膜基板を加熱する。この場合、反応ガスＡ、ＢのＡＬＤウインドウの範囲に該当する温度条件に設定する。
【００６６】
次いで、排気装置により減圧容器内部を排気する。所定の圧力に達した後、ガス圧力が数百Pa乃至数万Paの範囲で適切な圧力に調整されたフローティング用ガスを第４の通気孔１７に供給して、減圧容器の側部隔壁１に対してロータ２を浮上させる。なお、フローティング用ガスの圧力をあまり高くすると、クリアランスが非常に大きくなり、また、成膜室３内のフローティング用ガスの分圧が大きくなりすぎるため、フローティング用ガスの圧力は適度に低くする。
【００６７】
次いで、反応ガスＡを側部隔壁１の通気孔１２と繋がっている外部開口１２ｂに供給し、反応ガスＢを側部隔壁１の通気孔１４と繋がっている外部開口１４ｂに供給する。反応ガスＡ、Ｂに関し、必要な場合、キャリアガスを用いる。そして、反応ガスＡ、Ｂの分圧をそれぞれ１Pa乃至１０Paの範囲で適切な圧力に設定する。また、パージ用ガスＰ１，Ｐ２を側部隔壁１の通気孔１３、１５とそれぞれ繋がっている外部開口１３ｂ、１５ｂに供給する。この場合、反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスのうち少なくとも何れか一を含む成膜室３内の全圧力が１００Pa乃至１万Paの範囲で適切な圧力となるように、ガス分圧や排気量を調節する。
【００６８】
所定の圧力に達した時点でロータ２を、例えば1回転／秒の回転スピードで回転させる。
【００６９】
以下では、図１１（ａ）に示すように、側部隔壁１のパージ用ガスＰ２を導く通気孔１５の横にロータ２の通気孔１６がきたときから成膜方法を説明する。
【００７０】
図１１（ａ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の通気孔１５の横にきて、パージ用ガス供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面にパージ用ガスが放出される。このとき、パージ用ガスの圧力により被成膜面上に残留する不要なガスが急激に押し退けられて、減圧容器の下部に接続された排気装置へのガス流となって減圧容器内部から排出される。
【００７１】
ロータ２が回転し、ロータ２の通気孔１６が図１１（ｂ）の側部隔壁１の通気孔１５から側部隔壁１の通気孔１２へと動く。この間には、残留するパージ用ガスは被成膜基板１０１の被成膜面上から排気により排出される。
【００７２】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の反応ガスＡの通気孔１２の横にきて、反応ガスＡの供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面に反応ガスＡが放出される。このとき、反応ガスＡの圧力はフローティング用ガスの圧力よりも小さくなっている。これにより、側部隔壁１とロータ（回転体）２との間の隙間への反応ガスＡのリークが抑制される。
【００７３】
一方、被成膜基板の被成膜面上は、一原子層を成膜するのに十分な量の反応ガスＡで満たされて成膜が始まる。図１１（ｄ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が次の通気孔１３の横に移動するまでに、被成膜基板１０１上にＡ原子からなる一原子層１０２が成膜される。この様子を、図１３（ａ）に示す。なお、反応ガスＡは排気により徐々に減少する。
【００７４】
次に、図１１（ｅ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の通気孔１３の横にきて、パージ用ガス供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面にパージ用ガスが放出される。このとき、パージ用ガスにより被成膜面上に残留する反応ガスＡがほとんど瞬時に押し退けられて、減圧容器の下部に接続された排気装置へのガス流となって減圧容器内部から排気される。
【００７５】
引き続き、ロータ２が回転し、ロータ２の通気孔１６が図１１（ｆ）の側部隔壁１の通気孔１３から側部隔壁１の通気孔１４へと動く。この間には、残留するパージ用ガスは被成膜基板１０１の被成膜面上から排気により排出される。
【００７６】
次いで、図１１（ｇ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が側部隔壁１の反応ガスＢの通気孔１４の横にきて、反応ガスＢの供給部と成膜室３内部とが繋がると、被成膜基板１０１の被成膜面に反応ガスＢが放出される。このとき、反応ガスＢの圧力はフローティング用ガスの圧力よりも小さくなっている。これにより、側部隔壁１とロータ（回転体）２との間の隙間への反応ガスＢのリークが抑制される。
【００７７】
一方、被成膜基板１０１の被成膜面上には、一原子層を成膜するのに十分な量の反応ガスＢで満たされて成膜が始まる。図１１（ｈ）に示すように、ロータ２の通気孔１６が次の通気孔１５の横に移動するまでに、被成膜基板１０１上のＡ原子からなる一原子層１０２の上にＢ原子からなる一原子層１０３が成膜される。この様子を、図１３（ｂ）に示す。なお、反応ガスＢは排気により徐々に減少する。
【００７８】
その後、図１１（ａ）に戻り、パージ用ガスの放出により、成膜室３内部から反応ガスＢがほとんど瞬時に排出されることになる。引き続き、ロータ２の回転を続けることにより、図１１（ａ）乃至（ｈ）の状態を経て一回転毎にＡ原子層とその上のＢ原子層とが順次積層されていく。この場合、開始から終了までのロータ２の回転数を予め設定しておくことにより、回転数に応じてＡ原子層とＢ原子層とが交互に積層された膜を所定の膜厚で成膜することができる。
【００７９】
以上のように、この発明の実施形態の成膜方法によれば、ロータ２を回転させることにより、反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行っている。従って、反応ガスを放出して一層の原子層を堆積した後、パージ用ガスの放出により被成膜基板１０１上に残留する反応ガスを瞬時に排出することが可能となる。これにより、多数の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【００８０】
（iii）反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスの種類
以下に、この実施形態に係るＡＬＤ装置及びＡＬＤ法による成膜方法に用いられる反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスの種類について説明する。なお、上記記載した反応ガスは例示であり、これに限定されるものではない。
【００８１】
なお、成膜にあたっては、形成膜の種類にあわせて下記反応ガス等を適当に組み合わせて用いる。この場合も、所謂ＡＬＤウインドウの温度範囲で反応ガスを使用することが好ましい。
【００８２】
（ａ）反応ガス
マグネシウム(Mg)・・Cp2Mg、カルシウム(Ca)・・Ca(thd)2、ストロンチウム(Sr)・・Sr(thd)2、亜鉛(Zn)・・Zn, ZnCl2, (CH3)2Zn, (C2H5)2Zn、カドミウム(Cd)・・Cd, CdCl2、アルミニウム(Al)・・(CH3)3Al, (C2H5)3Al, (i-C4H9)3Al, AlCl3, (C2H5O)3Al、ガリウム(Ga)・・(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga, (C2H5)2GaCl、インジウム(In)・・(CH3)3In, (C2H5)3In, (C2H5)2InCl、炭素(C)・・C2H2、シリコン(Si)・・Si2H6, SiH4, SiH2Cl2, Si2Cl6、ゲルマニウム(Ge)・・GeH4、錫(Sn)・・SnCl4、鉛(Pb)・・Pb[(OBut) 2]m=2,3, Pb4O(OBut)6, Pb(thd) 2, Pb(dedtc) 2、窒素(N)・・NH3、燐(P)・・PH3、砒素(As)・・AsH3、アンチモン(Sb)・・SbCl5、酸素(O)・・O2, O3, H2O, H2O-H2O2, CxHyOH、硫黄(S)・・H2S、セレニウム(Se)・・Se, H2Se、テルル(Te)・・Te、チタン(Ti)・・TiCl4, Ti(OiPr)4、ジルコニウム(Zr)・・ZrI4, ZrCl4, CpZr(CH3)2, Cp2ZrCl2 (Cp=cyclopentadienyl), Zr(thd)4 (thd=3,3,5,5？tetramethylheptane-3,5 -dionate), Zr(OC(CH3)3)4, Zr[OC(CH3)3]2(dmae)2 (dme=dimethylamino -ethoxide )、ニオブ(Nb)・・NbCl5、タンタル(Ta)・・TaCl5、モリブデン(Mo)・・MoCl5、セリウム(Ce)・・Ce(thd)4、ハフニウム(Hf)・・Hf[N(CH3)(C2H5)]4, Hf[N(CH3)2]4, Hf[N(C2H5)2]4, Hf(NO3)4、その他・・(CH3)2CHOH, NO2
なお、上記反応ガスのうちには、半導体膜に導電方を付与するドーパントガスとして用いることができるガスもある。適宜、使い分けることができる。
【００８３】
（ｂ）パージ用ガス
Ｎ2，Ｈｅ，Ｎｅ,Ａｒ，Ｋｒなど
（ｃ）フローティング用ガス
Ｎ2，Ｈｅ，Ｎｅ,Ａｒ，Ｋｒなど
（第２の実施の形態）
（ｉ）ＡＬＤ装置の構成
図１４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のＡＬＤ装置の構成について示す平面図である。
【００８４】
第１の実施の形態のＡＬＤ装置と異なるところは、３種類の反応ガスＡ、Ｂ、Ｃが放出される放出口３１、３３、３５を有する点である。パージ用ガスＰ１乃至Ｐ３の放出口３２、３４、３６は各反応ガスＡ、Ｂ、Ｃの放出口３１、３３、３５の間にそれぞれ設けられている。また、ロータ２の内側及び上部隔壁と基板保持具との間の空間が成膜室３となっている。
【００８５】
なお、１つの通気孔１６を有するロータ２が左右両方向に回転することは第１の実施の形態と同じである。その他の構成も、第１の実施の形態と同じである。
【００８６】
ロータ２の左右の回転制御によりロータ２の通気孔１６とガス放出口３１乃至３６が一致したときに、対応する反応ガスＡ乃至Ｃやパージ用ガスＰ１乃至Ｐ３が成膜室３内に放出される。
【００８７】
図１４（ｂ）は、第２の実施の形態に係るＡＬＤ装置の他の構成を示す平面図である。
【００８８】
図１４（ａ）と異なるところは、４種類の反応ガスＡ乃至Ｄの放出口４１、４３、４７、４５を備えている点である。この場合は、それぞれの反応ガスＡ、Ｂ、Ｄ、Ｃの放出口４１、４３、４７、４５の間にパージ用ガスＰ１乃至Ｐ４の放出口４２、４３、４６、４８が設けられている。また、ロータ２の内側及び上部隔壁と基板保持具との間の空間が成膜室３となっている。
【００８９】
なお、１つの通気孔１６を有するロータ２が左右両方向に回転することは第１の実施の形態と同じである。その他の構成も、第１の実施の形態と同じである。
【００９０】
ロータ２の左右の回転制御によりロータ２の通気孔１６とガス放出口４１乃至４８が一致したときに、対応する反応ガスＡ乃至Ｄやパージ用ガスＰ１乃至Ｐ４が成膜室３内に放出される。
【００９１】
なお、上記第２の実施の形態のＡＬＤ装置をコンピュータ制御する場合、反応ガスの分圧、パージ用ガスの分圧、フローティング用ガスの分圧、容器内の排気量、ロータ２の回転方向、ロータ２の回転速度及び成膜の開始から終了までのロータ２の全回転履歴のうち少なくとも何れか一を制御することができる。基板保持具を回転させる場合には、その回転方向或いは速度、又はそれらの両方を制御することも可能である。これにより、堆積の自動制御が可能となる。
【００９２】
以上のように、この実施の形態のＡＬＤ装置においては、反応ガスの放出口の数を３つ以上有し、かつロータ２が左右両方向に回転し得るようになっている。従って、３層以上の異なる原子層を、全体の堆積膜中の原子層の構成割合を自在に制御して堆積することができる。しかも、ロータ２は反応ガス及びパージ用ガスの切り換え機能を有するので、ロータ２の回転履歴を制御するだけで、任意の構成の膜を高速に成膜することができる。
【００９３】
（ii）ＡＬＤ装置を用いた成膜方法
次に、図１４（ａ）及び図１５（ａ）を参照して、第２の実施の形態のＡＬＤ装置を用いた成膜方法について説明する。第２の実施の形態の成膜方法において、反応ガスＡ、Ｂ、Ｃ及びパージ用ガスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を用いるほかに、ロータ２を左右両方向に回転させることが第１の実施の形態の成膜方法と異なる。なお、上記する反応ガスのうちから単独で或いは組み合わせて３組の異なる反応ガスを用いるものとするが、説明ではそれらを一般化してＡ、Ｂ、Ｃと表示する。また、パージ用ガスも同様に一般化してＰ１、Ｐ２、Ｐ３と表示する。
【００９４】
まず、基板保持具に被成膜基板１０１を載置し、反応ガスＡ、Ｂ、Ｃのすべてに関し、一原子層の堆積が可能な飽和条件を満たす所定の温度に被成膜基板１０１を加熱する。必要な場合は、支持軸を回転軸として基板保持具を回転させる。続いて、反応ガスＡ、Ｂ、Ｃとパージ用ガスＰ１乃至Ｐ３のすべてを所定の圧力でガス放出口３１乃至３６まで導き、ガス放出口３１乃至３６から放出可能な状態にしておく。
【００９５】
次いで、ロータ２を回転させて、ロータ２の通気孔１６をパージ用ガスＰ１の放出口３２に一致させる。これにより、パージ用ガスＰ１を放出口３２と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１表面から不要なガスを除去しておく。
【００９６】
次に、ロータ２を左側に回転させて通気孔１６と反応ガスＢの放出口３３とを一致させる。これにより、反応ガスＢを放出口３３と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１上に一層のＢ原子層を堆積する。次いで、ロータ２を右側に回転させてロータ２の通気孔１６をパージ用ガスＰ１の放出口３２に一致させる。これにより、パージ用ガスＰ１を放出口３２と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１表面から残留する反応ガスＢを除去する。
【００９７】
次に、ロータ２をさらに右側に回転させて通気孔１６と反応ガスＡの放出口３１とを一致させる。これにより、反応ガスＡを放出口３１と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、Ｂ原子層上に一層のＡ原子層を堆積する。
【００９８】
以上を３回繰り返し、図１５（ａ）に示すように、Ｂ原子層とＡ原子層を交互に３層ずつ堆積する。
【００９９】
次いで、ロータ２を右側に回転させてロータ２の通気孔１６をパージ用ガスＰ３の放出口３６に一致させる。これにより、パージ用ガスＰ３をガス放出口３６と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、被成膜基板１０１表面から残留する反応ガスＡを除去する。
【０１００】
次に、ロータ２をさらに右側に回転させて通気孔１６と反応ガスＣの放出口３５とを一致させる。これにより、反応ガスＣをガス放出口３５と通気孔１６を介して成膜室３に導入し、Ａ原子層上に一層のＣ原子層を堆積する。
【０１０１】
次いで、ロータ２を左側に回転させて、パージ用ガスＰ３によるパージ、Ａ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ｂ原子層の堆積とを順次行う。続いて、ロータ２の右側への回転と左側への回転を繰り返して、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ａ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ｂ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ａ原子層の堆積を順次行う。
【０１０２】
次いで、ロータ２を更に右側に回転して、パージ用ガスＰ３によるパージ、Ｃ原子層の堆積を行う。続いて、左側に回転させて、パージ用ガスＰ３によるパージ、Ａ原子層の堆積、パージ用ガスＰ１によるパージ、Ｂ原子層の堆積とを順次行う。以上のようにして、図１５（ａ）に示すように、被成膜基板１０１上にＡ原子層とＢ原子層の間にＣ原子層を含む多原子層からなる膜を成膜することができる。この場合、反応ガスＣとしてドーパントガスを用いると、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することが可能であり、全体でｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。
【０１０３】
なお、Ｃ原子層とＣ原子層の間で、反応ガスＡの放出口３１からパージ用ガスＰ１の放出口３２を経て反応ガスＢの放出口３３に至る左側回転と、引き続きパージ用ガスＰ１の放出口３２を経て反応ガスＡの放出口３１に至る右側回転とを図１５（ａ）よりもさらに増やして、図１５（ａ）よりもＢ原子層とＡ原子層の堆積を一層ずつ多く堆積することにより、図１５（ｂ）に示す膜を成膜することができる。
【０１０４】
以上のように、この実施の形態のＡＬＤ法によれば、反応ガスの放出口の数を３つ以上設け、ロータ２の回転履歴を制御するだけで、３層以上の異なる原子層を、全体の堆積膜中の原子層の構成割合を自在に制御して堆積できる。しかも、反応ガスの放出とパージとを交互に行っているため、欠陥や不純物の混入が抑制された膜を高速に成膜することができる。
【０１０５】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
例えば、第１及び第２の実施形態の成膜装置において、パージ用ガスの放出口の大きさと反応ガスの放出口の大きさと同じとしているが、パージを早く、かつ確実に行うため、パージ用ガスの放出口をより大きくすることもできる。或いは、同時に放出するパージ用ガスの放出口を複数としてもよい。
【０１０７】
また、回転体２の第３の通気孔を一つ設けているが、場合により、２以上設けてもよい。また、図２に示すロータ２のガス流路として貫通孔である第３の通気孔を用いているが、ガス流路として貫通孔の他に、図６に示すように、ロータ２の周辺部を切除してガスが流通するようにした通気切欠部でもよい。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、側部隔壁１の上部の内面、及びロータ２の上部の外面は、上方に開いたすり鉢状を有するが、その傾斜角度を０乃至９０度の範囲で適宜変更することが可能である。特に、ロータ２の上部の外面の傾斜角度を９０度とした場合、即ちロータ２の上部の外面が平面状を有する場合を、図７（ｂ）、（ｃ）に示す。ここでは、ロータ２の上部の外面とは、容器の側部隔壁１の表面のフローティング用ガスから浮上力を受ける面をいうものとする。又は、図７（ａ）に示すように、ロータ２の上部の外面が下に開いたすり鉢状とすることも可能である。なお、図７（ａ）乃至（ｃ）中、符号１６はロータ２に設けた第３の通気孔である。
【０１０９】
また、基板保持具４は被成膜基板を上向きに保持するようになっているが、下向きに保持するようにしてもよい。
【０１１０】
また、基板保持具４は固定されているが、一方向或いは左右両方向に回転するようにしてもよい。この場合、減圧容器のシール方法として磁気シールなど良く知られた方法を用いることができる。
【０１１１】
さらに、排気装置は減圧容器の上下に２つ接続されているが、図８に示すように、減圧容器の下部に接続され、反応ガス等を下部から排気してもよいし、図９に示すように、上部隔壁５に通気孔５ａを設け、そこに接続するようにしてもよい。なお、図８、９において、図１と同じ符号で示すものは、図１と同じものを示す。
【０１１２】
さらに、第１の実施の形態において、減圧容器の側壁１の平面状又はすり鉢状の内面には、反応ガスやパージ用ガスの放出口１２ａ乃至１５ａのほかにフローティング用ガスの放出口１７ａだけが設けられているが、図１０（ｂ）に示すように、減圧容器の側壁１の平面状又はすり鉢状の内面にフローティング用ガスの放出口１７ａの他に、減圧容器の側壁１を貫通する排気孔１８と、その内部終端である内部排気口１８ａを設け、放出口１７ａから放出されたフローティング用ガスを内部排気口１８ａより排気孔１８を通して排気するようにしてもよい。これにより、フローティング用ガスの分圧を放出と排気により多様に制御することができる。図１０（ｂ）において、符号１８ｂは排気孔１８の外部終端である外部排気口を示す。他の符号は、図１乃至４と同じ符号で示すものは、図１乃至４と同じものを示す。
【０１１３】
また、ロータ２を回転させるための内部の永久磁石１９ａと外部の永久磁石１９ｂとは、Ｓ極同士の斥力を用いるように配置されているが、Ｎ極同士の斥力を用いるように配置されてもよい。また、永久磁石の代わりに電磁石などを用いてもよい。さらに、回転手段として、他に良く知られた種々の手段を用いることができる。
【０１１４】
また、第１、第２の実施形態では、各反応ガスの放出口からそれぞれ異なる反応ガスを放出して、第１の実施形態では、Ａ原子とＢ原子という異なる原子からなる原子層１１０２、１０３を交互に積層し、第２の実施形態では、Ａ原子とＢ原子とＣ原子層という異なる原子からなる原子層を適当な繰り返しで積層しているが、同じ反応ガスを放出して同じ原子層を多層積層し、所定の膜厚で形成することもできる。
【０１１５】
また、被成膜基板の周囲に反応ガスとパージ用ガスの放出口を２乃至４つずつ交互に設けているが、１つずつ設けてもよい。或いは、５つ以上ずつのガス放出口を交互に設けてもよい。この場合、同じ反応ガスを放出してもよいし、それぞれ異なる反応ガスを放出してもよい。また、５つ以上ずつの放出口を設けた場合、円周の周りを１周する間に、同じ反応ガスを複数回放出してもよい。さらに、場合により、反応ガスとパージ用ガスの放出口を交互に設けなくてもよいし、パージ用ガスの放出口を設けずに反応ガスの放出口のみを設けてもよい。
【０１１６】
また、ロータ２の回転スピードを１回転／秒としているが、ソースの種類や成膜温度などにより、或いは堆積スピードを調整するため適宜変更することができる。
【０１１７】
さらに、この発明の成膜装置は基板保持具の上に空間を確保できるため、成膜状況を逐次観察可能な測定観測手段、堆積を円滑容易ならしめる反応ガスへのエネルギ供給源、被成膜基板の加熱手段としての赤外線やランプ加熱手段、ガス活性化のための触媒板、又はプラズマ生成手段などをその空間に設けることができる。
【０１１８】
また、上記本発明の構成の装置をＡＬＤ装置に適用しているが、他の成膜装置やエッチング装置などにも適用することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の処理装置によれば、基板保持具の周囲に１以上のガス放出口を配し、回転体の回転制御により、ガス放出口と回転体の通気孔とが一致したときにガス放出口から基板保持具上にガスを放出している。
【０１２０】
即ち、回転する回転体がガスの切り換え機能を有し、従って、ガスの放出量の制御を精度良く行うことができる。このため、制御性良く成膜又はエッチングすることができる。
【０１２１】
特に、ＡＬＤ装置に適用した場合、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口を設けた場合、回転体の回転制御により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、回転体の回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。さらに、1以上のガス放出口として反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とを設け、基板保持具の周囲にそれらを交互に配置し、回転体を回転させることにより、反応ガスによる一原子層の堆積の後、パージ用ガスによる反応ガスのパージを瞬時に行うことができるため、１以上の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【０１２２】
また、回転体が容器の側壁に対して浮上して回転するので、容器の側壁と回転体との位置精度出しも容易であり、安定したかつ非常に狭いクリアランスを実現できる。また、回転体が固定されていないため、回転体を簡単に取り外すことができ、これにより、回転体及び回転体を取り外した後のガスの供給機構を含む容器内のクリーニングが容易になる。
【０１２３】
また、この発明の処理方法は、回転体を回転させることにより、ガスの放出量を精度良く制御することができるので、精度の良い膜厚制御やエッチング制御を行うことができる。
【０１２４】
特に、ＡＬＤ方法に適用した場合、回転体を回転させることにより反応ガスの放出とパージ用ガスの放出を交互に行っているため、反応ガスによる一層の原子層の堆積後、パージ用ガスによる反応ガスの排出を瞬時に行うことが可能となる。これにより、多数の原子層の堆積を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置の全体の構成について示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、減圧容器、回転体、基板保持具の部分の構成及び相互の配置について示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガスを導く通気孔の構成について示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガスを導く配管及び通気孔の構成について示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、回転体の回転手段の構成について示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、回転体の他の構成について示す斜視図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、回転体のさらに他の構成について示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、他の排気方法について示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、さらに他の排気方法について示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、フローティング用ガス供給源から第４の通気孔への他の接続方法について示す断面図である。（ｂ）はフローティング用ガスの分圧の制御に関する他の機構を示す断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｈ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す平面図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法に関し、成膜室内へのガスの流れについて示すタイミングチャートである。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態であるＡＬＤ装置の成膜室へのガス供給部分の構成について示す平面図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す断面図である。
【符号の説明】
１ 減圧容器の側部隔壁（容器の側壁）
２ ロータ（回転体）
３ 成膜室
４ 基板保持具
４ａ 支持軸
５ 上部隔壁
６ａ、６ｂ 帯状凹部
７ ロータを回転させる手段
８、９ 排気配管
１０ａ乃至１０ｅ リザーバ
１１ａ乃至１１ｆ 配管
１２、３１、４１ 反応ガスＡの通気孔（第１の通気孔）
１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１７ａ 内部開口（ガス放出口）
１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ 外部開口
１３、３２、４２ パージ用ガスＰ１の通気孔（第２の通気孔）
１４、３３、４３ 反応ガスＢの通気孔（第１の通気孔）
１５、３４、４４ パージ用ガスＰ２の通気孔（第２の通気孔）
１６ 第３の通気孔
１６ａ 内側開口
１６ｂ 外側開口
１７ 第４の通気孔
１８ 排気孔
１８ａ 内部排気口
１８ｂ 外部排気口
１９ａ、１９ｂ 永久磁石
２０ 下部隔壁
３５、４７ 反応ガスＣの通気孔
３６、４６ パージ用ガスＰ３の通気孔
４５ 反応ガスＤの通気孔
４８ パージ用ガスＰ４の通気孔
１０１ 被成膜基板
１０２ Ａ原子の一原子層
１０３ Ｂ原子の一原子層
Claims (25)
- １以上のガス放出口を有する容器と、
前記容器内に設けられた、基板を載置する基板保持具と、
前記基板保持具と前記容器の側壁の間に設けられ、前記基板保持具の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体とを有し、
前記回転体の回転制御により、前記ガス放出口と前記回転体の通気孔又は通気切欠部とが一致したときに前記ガス放出口から前記基板保持具上に前記ガスを放出することを特徴とする処理装置。 - 前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
- 前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口であることを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
- 前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口とパージ用ガスの放出口とであることを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
- 前記反応ガスの放出口と前記パージ用ガスの放出口とが前記基板保持具の周囲に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項４記載の処理装置。
- 前記反応ガスの放出口は、相互に異なる種類の反応ガスを放出することを特徴とする請求項３乃至５の何れか一に記載の処理装置。
- 前記容器の側壁の少なくとも上側の内面は平面状又はすり鉢状を有し、該平面状又はすり鉢状の形状に対応して、前記回転体の上側の外面は平面状又はすり鉢状を有し、かつ前記容器の平面状又はすり鉢状の側壁の内面にフローティング用ガスの放出口が設けられており、
前記フローティング用ガスの放出により、前記回転体は前記容器の側壁の内面に対して所定の間隔を保って浮上することを特徴とする請求項項１乃至６の何れか一に記載の処理装置。 - 前記フローティング用ガスの放出口は、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面の円周に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項７記載の処理装置。
- 前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面に排気口が設けられており、前記放出されたフローティング用ガスを該排気口より排気することを特徴とする請求項項７又は８の何れか一に記載の処理装置。
- 前記排気口は、前記容器の側壁の平面状又はすり鉢状の内面の円周に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項９記載の処理装置。
- 前記反応ガス及び前記パージ用ガスのガス圧力を調整し、かつ前記ガス放出口から放出されるガスの圧力変動を抑制する手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一に記載の処理装置。
- 前記回転体に固定された複数の磁石と、前記容器の外側周囲の複数の磁石とを備え、
前記容器の外側周囲の複数の磁石が前記容器の周りを回転することにより前記回転体が回転するようになっていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一に記載の処理装置。 - 前記回転体に固定された複数の磁石と前記容器の外側周囲の複数の磁石との間の斥力により、前記容器の外側周囲の複数の磁石の位置に対して前記回転体の位置が固定されるようになっていることを特徴とする請求項１２記載の処理装置。
- 前記基板保持具は支持軸により支持され、かつ前記基板保持具は該支持軸を軸として回転するようになっていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一に記載の処理装置。
- 前記基板保持具の基板の載置面は上下の位置を調整可能なようになっていることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一に記載の処理装置。
- 前記基板保持具に載置された基板を加熱する手段を有することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一に記載の処理装置。
- 前記容器には該容器の内部を減圧する排気手段が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一に記載の処理装置。
- 前記反応ガスへのエネルギ供給手段、又は前記反応ガスを活性化する触媒板を有することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一に記載の処理装置。
- 前記容器の上部に、前記容器の内部を観察し得るような透明な材料からなる上部隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか一に記載の処理装置。
- 前記容器の上部に、前記上部隔壁を通して前記処理状況を観察する手段が設けられていることを特徴とする請求項１９記載の処理装置。
- 前記反応ガスの分圧、前記パージ用ガスの分圧、前記フローティング用ガスの分圧、前記容器内の排気量、前記回転体の回転方向、前記回転体の回転速度、成膜の開始から終了までの前記回転体の全回転履歴、前記基板保持具の回転方向、及び前記基板保持具の回転速度のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至２０の何れか一に記載の処理装置。
- ガスを放出する１以上のガス放出口を基板の周囲に配置し、
前記基板と前記ガス放出口との間に、前記基板の周りを回転可能な、１以上の通気孔又は通気切欠部を有する回転体を準備し、
前記回転体の回転制御により、前記ガス放出口と前記回転体の通気孔又は通気切欠部とが一致したときに前記ガスを前記基板上に放出し、該放出されたガスにより前記基板を処理することを特徴とする処理方法。 - 前記１以上のガス放出口は、反応ガスの放出口及びパージ用ガスの放出口であり、かつ前記回転体の回転制御により、前記反応ガスと前記パージ用ガスとを前記基板上に交互に放出することを特徴とする請求項２２記載の処理方法。
- 前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とする請求項２２又は２３記載の処理方法。
- 前記基板上に１以上の原子層を形成することを特徴とする請求項２２乃至２４の何れか一に記載の処理方法。
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