JP6809304B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板が載置された回転テーブルの上方側に形成され、互いに分離された第１、第２の処理領域に、異なる処理ガスを供給して成膜を行う技術に関する。

基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）に対して成膜を行う成膜装置として、真空容器内に配置された回転テーブル上に、その回転中心を囲むようにして複数のウエハを載置し、回転テーブルの上方側の所定の位置に異なる処理ガスが供給されるように複数の処理領域（第１、第２の処理領域）を分離して配置したものがある。この成膜装置は、回転テーブルを回転させると、各ウエハが回転中心の周りを公転しながら各処理領域を順番に繰り返し通過し、これらウエハの表面で処理ガスが反応することにより原子層や分子層が積層されて成膜が行われる。

上述の成膜装置に関して本願の出願人は、真空容器の天板から下方側へ向けて突出する扇型の凸状部を設け、回転テーブルと凸状部との間に狭隘な空間を形成すると共に、当該凸状部に、回転テーブルの半径方向に沿って伸びる溝部を形成し、長さ方向に沿って互いに間隔を置いて設けられた複数の吐出口を備えた分離ガスノズルを溝部内に配置した成膜装置を開発した（例えば特許文献１）。分離ガスノズルから回転テーブルに向けて分離ガスを吐出することにより、前述の狭隘な空間内を分離ガスが流れて各処理領域内へと流出し、隣り合う処理領域の雰囲気を分離して、処理ガス同士の混合を抑えることができる。
上述の成膜装置について本願の発明者らは、より効果的に処理領域間の雰囲気を分離する技術を開発している。

特開２０１０−２３９１０２号公報：段落００３１〜００３４、図２、４

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、回転テーブルの上方側に形成された第１、第２の処理領域の雰囲気を効果的に分離することが可能な成膜装置を提供することにある。

本発明の成膜装置は、真空容器内に設けられた回転テーブルの一面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより、当該回転テーブルの回転中心の周りで基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して成膜処理する成膜処理装置において、
前記回転テーブルの回転方向に離れて設けられ、前記基板に夫々第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給するための第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
前記第１の処理ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の処理ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記第１、第２の処理領域の間に設けられた分離領域と、を備え、
前記分離領域は、
前記回転テーブルの回転中心側から周縁部側へと径方向に伸びると共に、前記回転方向に互いに間隔を開けて設けられ、各々、前記回転テーブルとの間に狭隘な隙間を形成するための複数の縁部と、隣り合って配置された前記縁部の間に挟まれた領域に設けられ、前記回転テーブルの一面側に向けて開口し、当該回転テーブルとの間に、前記狭隘な隙間よりも高さ寸法の大きな緩衝空間を形成するため、平面形状が前記回転中心側から前記周縁部側へと広がる扇型に形成された凹部と、を有する分離領域形成部材と、
前記緩衝空間内へ向けて分離ガスを供給するため、前記回転テーブルの周縁部側の位置から、当該回転テーブルの径方向に沿った方向へ向けて前記緩衝空間内に分離ガスを吐出する分離ガスノズルを備える分離ガス供給部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、第１、第２の処理領域の雰囲気を分離する分離領域に、凹部を備えた分離領域形成部材を配置し、回転テーブルと凹部との間に形成された緩衝空間内へ向けて分離ガスを供給することにより、第１、第２の処理領域を効果的に分離することができる。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。 前記成膜装置の横断平面図である。 前記成膜装置に設けられている分離領域形成部材を下面側から見た平面図である。 前記成膜装置の作用図である。 前記成膜装置に設けられた第１、第２の処理領域及び分離領域を示す縦断面展開図である。 前記分離領域形成部材の変形例を示す平面図である。 前記分離領域形成部材の他の変形例を示す平面図である。 比較例に係る分離領域形成部材の構成を示す説明図である。 実施例に係るシミュレーション結果を示す説明図である。 比較例に係るシミュレーション結果を示す説明図である。 実施例に係る成膜結果を示す第１の説明図である。 実施例に係る成膜結果を示す第２の説明図である。 比較例に係る成膜結果を示す第１の説明図である。 比較例に係る成膜結果を示す第２の説明図である。

本発明の一実施形態として、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、基板であるウエハＷに対してＺｒＯ膜を成膜する成膜装置１について説明する。本例の成膜装置１にて実施されるＡＬＤ法の概要について述べると、Ｚｒ（ジルコニウム）を含む原料ガス（第１の処理ガス）である例えばトリ（ジメチルアミノ）シクロペンタジエニルジルコニウム（以下、「ＺＡＣ」という）を気化させたガスをウエハＷに吸着させた後、当該ウエハＷの表面に、前記ＺＡＣを酸化する酸化ガス（第２の処理ガス）であるオゾン（Ｏ_３）ガスを供給してＺｒＯ（酸化ジルコニウム）の分子層を形成する。１枚のウエハＷに対してこの一連の処理を複数回、繰り返し行うことにより、ＺｒＯ膜が形成される。

図１、２に示すように、成膜装置１は、概ね円形の扁平な真空容器１１と、真空容器１１内に設けられた円板状の回転テーブル２と、を備えている。真空容器１１は、天板１２と、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、により構成されている。

回転テーブル２は、例えば石英ガラス（以下、単に「石英」という）により構成され、その中心部には鉛直下方へ伸びる金属製の回転軸２１が設けられている。回転軸２１は、容器本体１３の底部に形成された開口部１４を有するスリーブ１４１に内に挿入され、スリーブ１４１の下端部には、真空容器１１を気密に塞ぐように設けられた回転駆動部２２が接続されている。なお、回転テーブル２は、ステインレススチールなどの金属により構成してもよい。

回転テーブル２は、回転軸２１を介して真空容器１１内に水平に支持され、回転駆動部２２の作用により、上面側から見て例えば時計回りに回転する。
また、スリーブ１４１の上端部には、回転テーブル２の上面側から下面側への原料ガスや酸化ガスなどの回りこみを防ぐために、スリーブ１４１や容器本体１３の開口部１４と、回転軸２１との隙間にＮ_２（窒素）ガスを供給するガス供給管１５が設けられている。

一方で、真空容器１１を構成する天板１２の下面には、回転テーブル２の中心部に向けて対向するように突出し、平面形状が円環状の中心部領域Ｃが形成されている。さらに天板１２の下面には、前記中心部領域Ｃから回転テーブル２の外側に向かって広がる、平面形状が扇型の分離領域形成部材４が設けられているが、その詳細な構成については後述する。

中心部領域Ｃと回転テーブル２の中心部との隙間はＮ_２ガスの流路１６を構成している。この流路１６には、天板１２に接続されたガス供給管からＮ_２ガスが供給され、流路１６内に流れ込んだＮ_２が、回転テーブル２の上面と中心部領域Ｃとの隙間から、その全周に亘って回転テーブル２の径方向外側に向けて吐出される。このＮ_２ガスは、回転テーブル２上の互いに異なる位置（後述の吸着領域（第１の処理領域）Ｒ１及び第１、第２の酸化領域（第２の処理領域）Ｒ２、Ｒ３）に供給された原料ガスや酸化ガスが、回転テーブル２の中心部（流路１６）をバイパスとして互いに接触することを防いでいる。

図１に示すように回転テーブル２の下方に位置する容器本体１３の底面には、前記回転テーブル２の周方向に沿って、平面視したとき円環状の扁平な凹部３１が形成されている。この凹部３１の底面には、回転テーブル２の下面全体に対向する領域に亘って、例えば細長い管状のカーボンワイヤヒータからなるヒーター３２が配置されている。ヒーター３２は、不図示の給電部からの給電によって発熱し、回転テーブル２を介してウエハＷを加熱する。
また、ヒーター３２が配置された凹部３１の上面は、例えば石英からなる円環状の板部材であるシールド３３によって塞がれている。

また、前記凹部３１の外周側に位置する容器本体１３の底面には、真空容器１１内を排気する排気口３４、３５が開口している。排気口３４、３５には、真空ポンプなどにより構成された図示しない真空排気機構が接続されている。

また、図２に示すように、容器本体１３の側壁にはウエハＷの搬入出口３６と、当該搬入出口３６を開閉するゲートバルブ３７とが設けられている。外部の搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出口３６を介して真空容器１１内に搬入される。回転テーブル２の上面には、回転テーブル２の回転中心に相当する流路１６の周りを囲むように、ウエハＷの載置領域を成す複数の凹部２３が形成されている。真空容器１１内に搬入されたウエハＷは、各凹部２３内に載置される。搬送機構と凹部との間のウエハＷの受け渡しは、各凹部２３に設けられた不図示の貫通口を介して回転テーブル２の上方位置と下方位置との間を昇降自在に構成された昇降ピンを介して行われるが、昇降ピンの記載は省略してある。

さらに図２に示すように、回転テーブル２の上方には、原料ガスノズル５１、分離ガスノズル５２、第１の酸化ガスノズル５３、第２の酸化ガスノズル５４、分離ガスノズル５５がこの順に、回転テーブル２の回転方向に沿って間隔をおいて配設されている。これらのガスノズル５１〜５５のうち、原料ガスノズル５１、第１、第２の酸化ガスノズル５３、５４、は真空容器１１の側壁から、回転テーブル２の中心部に向けて、径方向に沿って水平に伸びる棒状に形成されている。各ガスノズル５１、５３、５４を構成するノズル本体の下面には、多数の吐出口５６が互いに間隔をおいて形成され、不図示の原料ガス供給源や酸化ガス供給源から供給されたＺＡＣガス、オゾンガスは、これらの吐出口５６を介して、各ガスが下方側に向けて吐出される。
本例において原料ガスノズル５１は第１の処理ガス供給部を構成し、第１、第２の酸化ガスノズル５３、５４は第２の処理ガス供給部を構成している。

一方、分離ガスノズル５２、５５の構成については、後述する分離領域形成部材４の構成と併せて説明する。
なお以下の説明において、所定の基準位置から回転テーブル２の回転方向に沿った方向を回転方向の下流側、これと反対の方向を上流側という。

図２に示すように、原料ガスノズル５１は、当該原料ガスノズル５１から、回転テーブル２の回転方向の上流側及び下流側に向けて夫々広がる扇型に形成された石英製のノズルカバー５７によって覆われている。ノズルカバー５７は、その下方におけるＺＡＣガスの濃度を高めて、ウエハＷへのＺＡＣガスの吸着性を高める役割を有する。

また、第１の酸化ガスノズル５３及び第２の酸化ガスノズル５４は、回転テーブル２の回転方向に向けて互いに間隔を開けて設けられている。さらに下流側の第２の酸化ガスノズル５４は、当該第２の酸化ガスノズル５４の配置位置から、下流側へ向けて広がる扇型に形成された石英製の酸化領域カバー６によって覆われている。図１、５に示すように、酸化領域カバー６の下面には凹部６２が形成され、第２の酸化ガスノズル５４はこの凹部６２内の上流側の位置に挿入されている。

また、凹部６２を囲む酸化領域カバー６の周縁部６１は、凹部６２の天井面よりも下方側へ突出し、回転テーブル２の上面との間に狭い隙間を形成している。第２の酸化ガスノズル５４より供給されたオゾンガスは、酸化領域カバー６と回転テーブル２との間の空間内を広がった後、酸化領域カバー６の外部へ流出する。酸化領域カバー６は、前記空間内におけるオゾンガスの濃度を高めて、ウエハＷに吸着したＺＡＣガスとの反応性を高める役割を有する。

図２に示すように、回転テーブル２の上面側において、原料ガスノズル５１のノズルカバー５７の下方領域は、原料ガスであるＺＡＣガスの吸着が行われる吸着領域Ｒ１であり、第１の酸化ガスノズル５３の下方領域は、オゾンガスによるＺＡＣガスの酸化が行われる第１の酸化領域Ｒ２である。また、酸化領域カバー６が設けられ本例では、酸化領域カバー６と回転テーブル２との間の空間は第２の酸化領域Ｒ３となっている。
本実施の形態において、吸着領域Ｒ１は第１の処理領域に相当し、第１、第２の酸化領域Ｒ２、Ｒ３は、第２の処理領域に相当している。

第１、第２の酸化ガスノズル５３、５４を用いてオゾンガスを供給可能な本例の成膜装置１においては、成膜条件などに応じて双方の酸化ガスノズル５３、５４を用いて成膜を行ってもよいし、いずれか一方の酸化ガスノズル５３、５４を用いて成膜を行ってもよい。

そして、回転テーブル２の回転方向に見て、吸着領域Ｒ１と第１の酸化領域Ｒ２との間、及び第２の酸化領域Ｒ３と吸着領域Ｒ１との間には、分離領域形成部材４が配置されている。分離領域形成部材４は、吸着領域Ｒ１と第１、第２の酸化領域Ｒ２、Ｒ３とを互いに分離して、原料ガスと酸化ガスとの混合を防ぐための分離領域Ｄを形成する役割を果たす。

ここで容器本体１３の底面に設けられた一方側の排気口３４はノズルカバー５７（吸着領域Ｒ１）の下流端近傍位置であって、回転テーブル２の外方側に開口し、余剰のＺＡＣガスを排気する。他方側の排気口３５は、第２の酸化領域Ｒ３と、当該第２の酸化領域Ｒ３に対して前記回転方向の下流側に隣接する分離領域Ｄとの間であって、回転テーブル２の外方側に開口し、余剰のオゾンガスを排気する。各排気口３４、３５からは、各分離領域Ｄ、回転テーブル２の下方のガス供給管１５、回転テーブル２の中心部領域Ｃから夫々供給されるＮ_２ガスも排気される。

以上に説明した構成を備える成膜装置１において各分離領域Ｄは、従来とは異なる構成を備えた分離領域形成部材４によって形成されている。以下、図３も参照しながら、分離領域形成部材４、及び分離領域Ｄの構成について説明する。

本例の分離領域形成部材４は、例えば石英により構成され、平面形状が概略扇型の扁平な部材である。図３に示すように分離領域形成部材４は、回転テーブル２の回転中心であるＰ点から見て、概略径方向に伸びる２辺（縁部４２）の成す中心角θが２０°以上、６０°以下の範囲内、より好ましくは２０°以上、３０°以下の範囲内となるように形成されている。
なお本例では、金属によるコンタミネーション防止の観点から、石英製の分離領域形成部材４を採用した場合を示しているが、石英よりも強度が高い金属製の分離領域形成部材４を採用することが可能な成膜装置１では、中心角θの下限は１０°程度まで小さくすることができる。

分離領域形成部材４の下面には、分離領域形成部材４の本体よりも中心角が小さな、概略扇型の凹部４１が形成され、当該凹部は下方側に向けて開口している。前記扇型の中心に近い領域では、凹部４１は一定幅の溝部領域４１ａとなっていて、既述の中心部領域Ｃ側まで延伸されている。
そして、凹部４１の周囲（径方向に伸びる２辺、及び周方向に伸びる円弧）は、当該凹部４１を囲むように突出する縁部４２、４３となっている。

ここで図５は、真空容器１１を側面側から展開した様子を示している。図１、５に示すように、上記分離領域形成部材４は、真空容器１１を構成する天板１２の下面側に固定され、既述の分離領域Ｄを形成する。
分離領域形成部材４の各配置位置において、径方向に伸びる２つの縁部４２の下面と、回転テーブル２の上面との間には狭隘な隙間が形成される（図５）。また、径方向の縁部４２の長さは回転テーブル２の半径よりも長いため、周方向の縁部４３は、回転テーブル２の外周よりも外側に配置される。従って、回転テーブル２の外周と、周方向の縁部４３の内周との間にも隙間が形成される（図１、２）。

以上に説明した構成により、図１、５に示すように、各分離領域形成部材４の凹部４１と回転テーブル２の上面との間には、隣り合って配置された縁部４２の間に挟まれた領域に設けられ、ウエハＷが載置される回転テーブル２の上面（一面側）に向けて開口すると共に、縁部４２の下面と回転テーブル２の上面との間の狭隘な隙間よりも高さ寸法の大きな緩衝空間４０が形成される。

さらに図１、３などに示すように、前記緩衝空間４０に対しては、真空容器１１（容器本体１３）の側壁から、分離ガスノズル５２、５５が縁部４３を貫通して挿入され、回転テーブル２の径方向に沿って緩衝空間４０内に伸び出している。分離ガスノズル５２、５５は、不図示の分離ガス供給源から供給された分離ガスである不活性ガス、例えばＮ_２ガスを各緩衝空間４０内へ向けて吐出する。緩衝空間４０内に挿入された各分離ガスノズル５２、５５の先端部には開口が形成され、当該開口から緩衝空間４０内へ向けて、例えば前記径方向へ沿って横方向へと分離ガスが導入される。
分離ガスノズル５２、５５は本実施の形態の分離ガス供給部を構成する。

ここで図５を参照しながら、緩衝空間４０に係る設計変数の例を挙げておく。例えば半径が４００〜６００ｍｍの回転テーブル２に、直径３００ｍｍのウエハＷを５〜６枚載置して成膜処理を行う成膜装置１の場合、回転テーブル２の上面（凹部２３内に載置されたウエハＷの上面。以下、同じ）から緩衝空間４０の天井面までの高さ寸法ｈ_１は１７〜２０ｍｍの範囲内の値、径方向の縁部４２と回転テーブル２の上面との間の狭隘な隙間の高さ寸法ｈ_２は１〜４ｍｍの範囲内の値、扇型の両端に位置する径方向の縁部４２の幅寸法ｗは５０〜６０ｍｍの範囲内の値に調節される。また、緩衝空間４０の幅が狭くなる溝部領域４１ａの幅寸法は、２０ｍｍ以上とすることが好ましい。

以上に例示した寸法範囲を有する緩衝空間４０に対して、８５〜１５０ｍｍの範囲内の長さの分離ガスノズル５２、５５の先端が、周方向の縁部４３を介して、緩衝空間４０内に位置するように配置される。

以上に説明した構成を備える成膜装置１には、図１に示すように、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７が設けられている。この制御部７には、ウエハＷへの成膜処理を実行するプログラムが格納されている。前記プログラムは、成膜装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御する。具体的には、各ガスノズル５１〜５５からの各種ガスの供給量調整、ヒーター３２の出力制御、ガス供給管１５及び中心部領域Ｃの流路１６からのＮ_２ガスの供給量調整、回転駆動部２２による回転テーブル２の回転速度調整などが、制御信号に従って行われる。上記のプログラムにおいてはこれらの制御を行い、上述の各動作が実行されるようにステップ群が組まれている。当該プログラムは、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７内にインストールされる。

以上に説明した構成を備える成膜装置１の作用について説明する。
初めに成膜装置１は、真空容器１１内の圧力及びヒーター３２の出力をウエハＷの搬入時の状態に調節して、ウエハＷの搬入を待つ。そして例えば隣接する真空搬送室に設けられた不図示の搬送機構により処理対象のウエハＷが搬送されてくると、ゲートバルブ３７を開放する。搬送機構は、開放された搬入出口３６を介して真空容器１１内に進入し、回転テーブル２の凹部２３内にウエハＷを載置する。そして、各凹部２３内にウエハＷが載置されるように、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、この動作を繰り返す。

ウエハＷの搬入を終えたら、真空容器１１内から搬送機構を退避させ、ゲートバルブ３７を閉じた後、排気口３４、３５からの排気により真空容器１１内を所定の圧力まで真空排気する。また分離ガスノズル５２、５５や中心部領域Ｃの流路１６、回転テーブル２の下方側のガス供給管１５からは、各々、所定量のＮ_２ガスが供給されている。そして、回転テーブル２の回転を開始し、予め設定された回転速度となるように速度調整を行うと共に、給電部からヒーター３２への電力供給を開始しウエハＷを加熱する。

そしてウエハＷが設定温度の例えば２５０℃まで加熱されたら、原料ガスノズル５１、第１、第２の酸化ガスノズル５３、５４からの各種ガス（原料ガス、酸化ガス）の供給を開始する（図４）。２本の第１、第２の酸化ガスノズル５３、５４について、いずれか１本を用いて酸化ガスの供給を行うか、双方を用いて酸化ガスの供給を行うかについては、成膜処理の条件が記憶された処理レシピに予め設定されている。

原料ガス、酸化ガスの供給により、回転テーブル２の各凹部２３に載置されたウエハＷは、原料ガスノズル５１のノズルカバー５７の下方の吸着領域Ｒ１→第１の酸化ガスノズル５３の下方の第１の酸化領域Ｒ２→酸化領域カバー６により覆われた第２の酸化領域Ｒ３を、この順番で繰り返し通過する。

そして、吸着領域Ｒ１では原料ガスノズル５１から吐出されたＺＡＣガスがウエハＷに吸着し、第１、第２の酸化領域Ｒ２、Ｒ３では吸着したＺＡＣが、酸化ガスノズル５３から供給されたオゾンガスにより酸化されて、ＺｒＯの分子層が１層あるいは複数層形成される。

こうして回転テーブル２の回転を続けると、ウエハＷの表面にＺｒＯの分子層が順次積層され、ＺｒＯ膜が形成されると共にその膜厚が次第に大きくなる。
またこのとき、吸着領域Ｒ１と第１、第２の酸化領域Ｒ２、Ｒ３との間は、分離領域Ｄや流路１６によって分離されているので、不必要な場所では原料ガスと酸化ガスとの接触に起因する堆積物は発生しにくい。

図４、５を参照しながら、本例の分離領域形成部材４を備えた分離領域Ｄの作用について確認する。径方向の縁部４２と回転テーブル２の上面との間の狭隘な隙間の高さ寸法ｈ_２や、回転テーブル２の外周と周方向の縁部４３の内周との隙間の幅寸法は、緩衝空間４０の高さ寸法ｈ_１と比較して十分に小さい。このため、Ｎ_２ガスは緩衝空間４０内に広がってから、これらの隙間を介して分離領域Ｄの外方側へと流出する。

このとき、上述の各隙間がＮ_２ガスの流れの抵抗となり、緩衝空間４０内の圧力は、緩衝空間４０の外部の圧力よりも高い状態となる。この結果、分離領域Ｄから外方へと流出するＮ_２ガスの流れと、緩衝空間４０の内外の圧力差との双方により、吸着領域Ｒ１、第１、第２の酸化領域Ｒ２、Ｒ３に供給された各処理ガス（原料ガス（ＺＡＣガス）、酸化ガス（オゾンガス））が、他の処理領域へと進入しにくくなる状態が形成されると考えられる。

さらに、分離ガスノズル５２、５５は回転テーブル２の径方向に沿って緩衝空間４０内に挿入され、横方向に向けてＮ_２ガスを供給する構成となっている（図３）。既述のように、他のガスノズル５１、５３、５４は、ノズル本体の下面に吐出口５６が形成され、下方側に向けてガスを吐出するが、この場合には、回転テーブル２やウエハＷの表面に衝突し、これらの面に沿って横方向に流れるガスの流れが形成される。従って、他のガスノズル５１、５３、５４と同様の構成の分離ガスノズルを緩衝空間４０内に配置すると、当該緩衝空間４０内にＮ_２ガスが十分に広がる前に、回転テーブル２と縁部４２、４３との隙間からガスが流出してしまうバイパス流れが発生するおそれもある。そこで、緩衝空間４０内に向けて横方向にＮ_２ガスを供給することにより、緩衝空間４０内の圧力を均一に高くするがことができる。

但し、径方向に挿入された分離ガスノズル５２、５５から、横方向へとＮ_２ガスを供給する構成を採用することは必須の要件ではない。緩衝空間４０を設けるだけで、各処理領域を分離する作用が十分に得られる場合には、原料ガスノズル５１などと同様の構成の分離ガスノズル５２、５５を用いてもよい。
このとき分離ガスノズル５２、５５のノズル本体を構成する細管の一側面、または両側面に、互いに間隔をおいて多数のガス吐出口を設け、分離ガスが回転テーブル２やウエハＷの表面に衝突することに伴う既述のバイパス流れの形成を抑制してもよい。

緩衝空間４０内の圧力は、分離ガスノズル５２、５５からのＮ_２ガスの供給流量を増減することによって調節できる。各処理領域（吸着領域Ｒ１／第１、第２の酸化領域Ｒ２、Ｒ３）を十分に分離可能な緩衝空間４０内の圧力は、回転テーブル２の回転速度や緩衝空間４０の外部の圧力などの処理条件によって変化するので一概に特定することは困難である。但し、後述する実施例に示すように、各処理領域を分離するために必要なＮ_２ガスの供給流量は、実際の処理条件を反映した流体シミュレーションや実験などにより事前に把握することができる。

成膜処理の説明に戻ると、上述の動作を実行し、各ウエハＷに所望の膜厚のＺｒＯ膜が形成されるタイミング、例えば所定回数だけ回転テーブル２を回転させたタイミングにて、原料ガスノズル５１、第１、第２の酸化ガスノズル５３、５４からの各種ガスの供給を停止する。そして、回転テーブル２の回転を停止すると共に、ヒーター３２の出力を待機時の状態として、成膜処理を終了する。
しかる後、真空容器１１内の圧力をウエハＷの搬出時の状態に調節し、ゲートバルブ３７を開き、搬入時とは反対の手順でウエハＷを取り出し、成膜処理を終える。

本実施の形態に係る成膜装置１によれば以下の効果がある。吸着領域（第１の処理領域）Ｒ１、第１、第２の酸化領域（第２の処理領域）Ｒ２、Ｒ３の雰囲気を分離する分離領域Ｄに、凹部４１を備えた分離領域形成部材４を配置し、回転テーブル２と凹部４１との間に形成された緩衝空間４０内へ向けてＮ_２ガス（分離ガス）を供給することにより、各領域Ｒ１／Ｒ２、Ｒ３を効果的に分離することができる。

ここで、各分離領域Ｄ（分離領域形成部材４）における緩衝空間４０の構成は、図３を用いて説明した例に限定されない。例えば図６に示す分離領域形成部材４ａのように、縁部４２ａを設けて凹部４１を径方向に分割して複数の緩衝空間４０を設け、各々の緩衝空間４０に分離ガスノズル５２、５５を挿入してもよい。
また、図７に示す分離領域形成部材４ｂのように、仕切り部４４により凹部４１を周方向に分割してもよい。また図７には、回転テーブル２の径方向内側に配置された緩衝空間４０に対しては、回転テーブル２の中心側から分離ガスノズル５２、５５を挿入した例を示してある。

さらに、分離領域形成部材４や凹部４１の平面形状が扇型であることも必須ではない。例えば回転テーブル２の周縁側から中心側までを帯状に覆う概略矩形形状の分離領域形成部材４を設け、その下面側に平面形状が矩形の凹部４１を形成して緩衝空間４０を構成してもよい。

そして、本例の成膜装置１を用いて成膜される膜は、ＺｒＯ膜に限定されるものではない。例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスやビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスなどを原料ガス（第１の処理ガス）とし、酸素ガスやオゾンガスを酸化ガス（第２の処理ガス）としたＳｉＯ_２膜の成膜、ＤＣＳガスやＢＴＢＡＳガスと原料ガスとし、酸化ガスに替えてアンモニア（ＮＨ_３）ガスや一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）ガスなどの窒化ガス（第２の処理ガス）を用いたＳｉＮ膜など、種々の成膜処理について、本例の成膜装置１を用いることができる。

また、酸化領域カバー６が設けられている領域に、例えばプラズマ形成用のアンテナを備えたプラズマ形成部を設け、酸素ガスやアルゴンガスなどのプラズマ形成ガス（第２の処理ガスに相当する）をプラズマ化して、酸化ガスや窒化ガスなどによって形成された分子層の改質を行ってもよい。この場合には、第２の酸化領域Ｒ３は、プラズマ形成領域（第２の処理領域）Ｒ３となり、プラズマ形成領域Ｒ３と吸着領域Ｒ１とが分離領域形成部材４を用いた分離領域Ｄにより分離される。

さらに例えば、吸着領域Ｒ１と反応領域（酸化領域や窒化領域）Ｒ２とプラズマ形成領域Ｒ３とが設けられた真空容器１１内に、３つの分離領域形成部材４を配置して各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３同士を分離してもよい。この場合には、各分離領域Ｄを挟んで隣り合う領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の一方が第１の処理領域に相当し、他方が第２の処理領域に相当することになる。

（シミュレーション）
分離領域Ｄを形成する部材を変更して、吸着領域Ｒ１から第１の酸化領域Ｒ２側へのＺＡＣガスの進入の発生状況をシミュレーションした。
Ａ．シミュレーション条件
（実施例１）図１〜５を用いて説明した実施の形態に係る分離領域形成部材４を用いて緩衝空間４０を形成した場合についてシミュレーションを行った。分離領域形成部材４の設計変数として、中心角θは３０°、緩衝空間４０の高さｈ_１は１７．５ｍｍ、縁部４２の下面と回転テーブル２の上面との間の隙間の高さｈ_２は３ｍｍ、縁部４２の幅寸法ｗは約５５ｍｍである。処理条件として、真空容器１１内の圧力は２６６Ｐａ、ＺＡＣガスの供給流量は１ｓｌｍ、Ｎ_２ガスの供給流量は５ｓｌｍ、回転テーブル２の回転速度は６ｒｐｍとした。
（比較例１）図８に示すように、ノズル本体の下面に沿って多数の吐出口５６が互いに間隔をおいて形成された分離ガスノズル５０を用いてＮ_２ガスの供給を行い、当該分離ガスノズル５０を収容する幅ａが２０ｍｍの溝部４５が形成されている点以外は、凹部を備えない従来型の分離領域形成部材（凸状部）４ｃ（中心角度θ’は６０°）を用いて分離領域Ｄを形成した点以外は、実施例１と同様の条件でシミュレーションを行った。

Ｂ．シミュレーション結果
実施例１の結果を図９に示し、比較例１の結果を図１０に示す。
図９に示す実施例１の結果によれば、吸着領域Ｒ１に供給されたＺＡＣガスについて、第１の酸化ガス領域Ｒ２側への進入は殆ど確認されなかった。
一方、従来型の分離領域形成部材４ｃを用いた比較例１では、ＺＡＣガスの一部が分離領域Ｄを通り抜け、第１の酸化ガス領域Ｒ２へ進入することが確認された。従って、吸着領域Ｒ１と第１の酸化ガス領域Ｒ２とを十分に分離するためには、Ｎ_２ガスの供給量をより多くする必要がある。

比較例１にて用いた従来型の分離領域形成部材４ｃと比較すると、本実施の形態に係る分離領域形成部材４は、中心角θが小さく、より小型であるにも係らず、少ないＮ_２ガスの供給量にて、分離領域Ｄの上流側、下流側の異なる処理領域Ｒ１、Ｒ２の雰囲気を良好に分離することが可能であることが分かった。

（実験）
実施例１、比較例２に記載の分離領域形成部材４、４ｃを用いて分離領域Ｄを形成し、ＺｒＯ膜の成膜を行った。
Ａ．実験条件
（実施例２−１）有効な吸着領域Ｒ１を把握するため、回転テーブル２に６枚のウエハＷを載置し、回転テーブル２を停止した状態にて、所定時間だけＺＡＣガスの吸着を行った後、回転テーブル２を回転させながら第２の酸化ガスノズル５４のみから酸化領域カバー６に所定時間オゾンガスを供給してＺｒＯ膜を成膜した。ＺＡＣガスの吸着は、回転テーブル２の停止位置をずらして２ケース実施した。オゾンガスの供給流量は１０ｓｌｍ、Ｎ_２ガスの供給流量は１０ｓｌｍ、反応温度は２５０℃である点以外は、実施例１と同様の成膜条件である。
（実施例２−２）有効な第２の酸化領域Ｒ３を把握するため、実施例２−１と同様の回転テーブル２にウエハＷを６枚載置し、回転テーブル２を回転させて所定時間ＺＡＣガスの吸着を行った後、回転テーブル２を停止した状態で第２の酸化ガスノズル５４のみから酸化領域カバー６に所定時間オゾンガスを供給してＺｒＯ膜を成膜した。オゾンガスの供給は、回転テーブル２の停止位置をずらして２ケース実施した。成膜条件は実施例２−１と同様である。
（比較例２−１）比較例１の分離領域形成部材４ｃを用いた点を除いて、実施例２−１と同様の条件下で成膜を行った。
（比較例２−２）比較例１の分離領域形成部材４ｃを用いた点を除いて、実施例２−２と同様の条件下で成膜を行った。

Ｂ．実験結果
実施例２−１、２−２の成膜処理後の回転テーブル２上のウエハＷの各停止位置におけるＺｒＯの膜厚分布を図１１、１２に示す。また、比較例２−１、２−２についての同様の膜厚分布を図１３、１４に示す。これらの図では、停止位置をずらして実施した２ケースの成膜結果を重ねて表示してある。

図１１に示す実施例２−１の結果によると、分離ガスノズル５２、５５からのＮ_２ガスの供給流量を１０ｓｌｍと比較的多くしても、吸着領域Ｒ１に高濃度のＺＡＣガスを供給することが可能であり、吸着領域Ｒ１に配置されたウエハＷには、平均で６．４３ｎｍのＺｒＯ膜が形成された。

また、図１２に示す実施例２−２の結果によると、酸化領域カバー６で覆われた領域よりも下流側に広がる広い領域にてＺＡＣガスを酸化することが可能な領域（第２の酸化領域Ｒ３）が存在することが確認され、第２の酸化領域Ｒ３に配置されたウエハＷには、平均で１．７９ｎｍのＺｒＯ膜が形成された。

一方、図１３に示す比較例２−１の結果では、分離領域形成部材４ｃを用いた分離領域の分離効果を高めるため、供給流量を増やしたＮ_２ガスの影響により、ＺＡＣガスが希釈されてしまった。この結果、吸着領域Ｒ１に配置されたウエハＷのＺｒＯ膜の平均膜厚は３．４６ｎｍに減少した。

また、図１４に示す比較例２−２の結果では、実施例２−２と比較したとき、供給流量を増やしたＮ_２ガスの影響を受けて第２の酸化領域Ｒ３の範囲は狭く、また、第２の酸化領域Ｒ３に配置されたウエハＷおけるＺｒＯ膜の平均膜厚も１．６４ｎｍに減少した。
上記実施例２−１、２−２、比較例２−１、２−２の結果によると、緩衝空間４０が形成された分離領域Ｄを備えた成膜装置１は、短時間でより厚い膜を成膜することが可能であり、成膜効率も良好であることが確認できた。

Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
４、４ａ、４ｂ、４ｃ
分離領域形成部材
４０ 緩衝空間
４１ 凹部
４２、４２ａ
（径方向の）縁部
５０ 分離ガスノズル
５１ 原料ガスノズル
５２ 分離ガスノズル
５３ 第１の酸化ガスノズル
５４ 第２の酸化ガスノズル
７ 制御部

Claims (2)

1. 真空容器内に設けられた回転テーブルの一面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより、当該回転テーブルの回転中心の周りで基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して成膜処理する成膜処理装置において、
   前記回転テーブルの回転方向に離れて設けられ、前記基板に夫々第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給するための第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
   前記第１の処理ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の処理ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記第１、第２の処理領域の間に設けられた分離領域と、を備え、
   前記分離領域は、
   前記回転テーブルの回転中心側から周縁部側へと径方向に伸びると共に、前記回転方向に互いに間隔を開けて設けられ、各々、前記回転テーブルとの間に狭隘な隙間を形成するための複数の縁部と、隣り合って配置された前記縁部の間に挟まれた領域に設けられ、前記回転テーブルの一面側に向けて開口し、当該回転テーブルとの間に、前記狭隘な隙間よりも高さ寸法の大きな緩衝空間を形成するため、平面形状が前記回転中心側から前記周縁部側へと広がる扇型に形成された凹部と、を有する分離領域形成部材と、
   前記緩衝空間内へ向けて分離ガスを供給するため、前記回転テーブルの周縁部側の位置から、当該回転テーブルの径方向に沿った方向へ向けて前記緩衝空間内に分離ガスを吐出する分離ガスノズルを備える分離ガス供給部と、を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 前記分離領域形成部材は平面形状が、前記凹部の平面形状に対応する扇型に形成され、当該扇型の両端には前記縁部が設けられ、これら両端の縁部の成す角度は、２０°以上、６０°以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。