JP6906439B2 - 成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は、成膜方法に関する。
半導体集積回路（ＩＣ、Integrated Circuit）の製造プロセスには、半導体基板（以下「基板」あるいは「ウエハ」という）上に薄膜を成膜する工程がある。この工程については、ＩＣの更なる微細化の観点から、ウエハ面内における均一性の向上が求められている。このような要望に応える成膜方法として、原子層成膜（ＡＬＤ、Atomic Layer Deposition）法または分子層成膜（ＭＬＤ、Molecular Layer Deposition）法と呼ばれる成膜方法が期待されている。ＡＬＤ法では、互いに反応する２種類の反応ガスの一方の反応ガス（反応ガスＡ）をウエハ表面に吸着させ、吸着した反応ガスＡを他方の反応ガス（反応ガスＢ）で反応させるサイクルを繰り返すことにより、反応生成物による薄膜がウエハ表面に成膜される。ＡＬＤ法は、ウエハ表面への反応ガスの吸着を利用するため、膜厚均一性及び膜厚制御性に優れるという利点を有している。
ＡＬＤ法を実施する成膜装置として、いわゆる回転テーブル式の成膜装置がある（例えば、特許文献１参照）。この成膜装置は、真空容器内に回転可能に配置され、複数のウエハが載置される回転テーブルと、回転テーブルの上方に区画される反応ガスＡの供給領域と反応ガスＢの供給領域とを分離する分離領域と、反応ガスＡ及び反応ガスＢの供給領域に対応して設けられる排気口と、これらの排気口に接続される排気装置とを有している。このような成膜装置においては、回転テーブルが回転することによって、反応ガスＡの供給領域、分離領域、反応ガスＢの供給領域、及び分離領域をウエハが通過することとなる。これにより、反応ガスＡの供給領域においてウエハ表面に反応ガスＡが吸着し、反応ガスＢの供給領域において反応ガスＡと反応ガスＢとがウエハ表面で反応する。このため、成膜中には反応ガスＡ及び反応ガスＢを切り替える必要はなく、継続して供給することができる。従って、排気／パージ工程が不要となり、成膜時間を短縮できるという利点がある。
かかる特許文献１に記載の回転テーブル式の成膜装置を用いて所定の元素を含む酸化膜を成膜する場合、反応ガスＡを上述の所定の元素を含む反応ガス（例えば、シリコンを含むシリコン系ガス等）とし、反応ガスＢをオゾン等の酸化ガスとすれば、所定の元素を含む酸化膜を成膜することができる。この場合、所定の元素を含むガス（反応ガスＡ）がまずウエハの表面に吸着し、その状態で酸化ガス（反応ガスＢ）が供給され、ウエハの表面上で反応ガスＡと反応ガスＢとが反応し、所定の元素を含む酸化膜（例えば、シリコン酸化膜）の分子層が形成される。このように、所定の元素を含む反応ガスがまずウエハの表面上に吸着し、次いでウエハ表面上で酸化ガスと反応することにより、所定の元素を含む酸化膜がウエハの表面上に成膜される。
また、反応ガスＡを上述の所定の元素を含む反応ガス（例えば、シリコンを含むシリコン系ガス等）とし、反応ガスＢをアンモニア等の窒化ガスとすれば、所定の元素を含む窒化膜（例えば、シリコン窒化膜）を成膜することができる。
ここで、上述の回転テーブル式の成膜装置を用いて、上述のような成膜方法で所定の元素を含む酸化膜を複数のウエハ表面上に成膜する場合、ウエハが複数枚回転テーブルの周方向に沿って配置されているため、シリコン等の所定の元素を含有する反応ガスＡと、酸化ガスあるいは窒化ガス等の反応ガスＢを同時に供給して成膜プロセスを開始すると、円周方向に配置された複数のウエハの総てについて反応ガスＡから供給が開始されるとは限らず、反応ガスＡから供給が開始されるウエハと、反応ガスＢから供給が開始されるウエハとが生じてしまう。そうすると、酸化又は窒化されてから成膜プロセスが開始するウエハと、酸化又は窒化されることなくダイレクトに成膜プロセスが開始するウエハとが生じてしまい、複数のウエハ間で均一な成膜を行うことができず、ウエハ間の成膜の不均衡が生じてしまう。
特許文献１では、上記の問題を解決して複数のウエハの総ての表面上に均一な酸化膜又は窒化膜を成膜するために、反応ガスＡの供給領域においてウエハ表面に反応ガスＡが吸着し、反応ガスＢの供給領域において反応ガスＡと反応ガスＢとがウエハ表面で反応する成膜工程の前にプリフロー工程が行われる。プリフロー工程は、例えば反応ガスＡの供給領域と分離領域で分離ガスを供給し、反応ガスＢの供給領域で反応ガスＢを供給し、回転テーブルを少なくとも１回回転させる工程である。プリフロー工程は、ウエハの温度を成膜工程より高くしてアニール処理を施すことを目的とする場合があり、プリアニール工程とも称する。
また、プリフロー工程と同じ目的で成膜工程の後にポストフロー工程が行われる。ポストフロー工程は、プリフロー工程と同様に反応ガスＡの供給領域と分離領域で分離ガスを供給し、反応ガスＢの供給領域で反応ガスＢを供給し、回転テーブルを少なくとも１回回転させる工程である。ポストフロー工程は、ウエハの温度を成膜工程より高く設定する場合があり、ポストアニール工程とも称する。
特開２０１４−１２３６７５号公報
しかしながら、上記のプリアニール工程とポストアニール工程は、ウエハの温度を成膜工程よりも高くした処理を行うために成膜装置とは別の装置を用いて行っており（ｉｎ−ｓｉｔｕではない）、ウエハの搬出入等に時間がかかって生産性が低くなっていた。もしくは、成膜工程と同じ成膜装置において（ｉｎ−ｓｉｔｕで）ウエハの温度が成膜工程より高い温度になるように成膜装置のヒータユニットの温度設定を変更しており、ウエハの温度が目標の温度に到達するのに時間がかかって生産性が低くなっていた。
そこで、本発明は、プリアニール工程とポストアニール工程を行う際に、成膜工程と同じ成膜装置を用いて、ウエハ（基板）の温度が目標の温度に到達する時間を短縮して生産性を高めることができる成膜方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、チャンバ内に回転可能に収容され、複数の基板を上面に載置可能な載置部を有し、昇降可能な回転テーブルと、
前記回転テーブルの下方に設けられたヒータユニットと、
前記回転テーブルの前記上面の上方において区画され、前記回転テーブルの前記上面に向けてガスを供給する第１のガス供給部を有する第１の処理領域と、
前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間して配置され、前記回転テーブルの前記上面に対してガスを供給する第２のガス供給部を有する第２の処理領域と、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に設けられ、前記回転テーブルの前記上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部と、該分離ガス供給部からの前記分離ガスを前記第１の処理領域と前記第２の処理領域へ導く狭い空間を前記回転テーブルの前記上面に対して形成する天井面とを有する分離領域と、を備える成膜装置を用いて、前記複数の基板上に所定の元素を含む膜を成膜する成膜方法であって、
前記回転テーブルが上昇した状態で、前記第１のガス供給部から前記所定の元素を含む第1の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から第２の反応ガスを供給し、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを所定回数回転させ、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程の少なくとも前又は後において、前記回転テーブルが下降した状態で、前記第１のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを少なくとも１回回転させるアニール工程と、を含む。
本発明によれば、プリアニール工程とポストアニール工程を行う際に、成膜工程と同じ成膜装置を用いて（ｉｎ−ｓｉｔｕで）、ウエハ（基板）の温度が目標の温度に到達する時間を短縮して生産性を高めることができる。
本発明の実施形態による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置を示す断面図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。 反応ガスノズル及び分離ガスノズルを含む図１の成膜装置の一部断面図である。 天井面を含む図１の成膜装置の他の一部断面である。 図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略断面図である。図６（Ａ）は回転テーブルが上昇した状態を示し、図６（Ｂ）は回転テーブルが下降した状態を示す。 図７（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施形態に係る成膜方法の一例のシーケンスを、成膜装置の断面図を用いて示した図である。 図８（Ａ）〜（Ｅ）は、参考形態に係る成膜方法のシーケンスを、成膜装置の断面図を用いて示した図である。 図９は、本発明の実施例において回転テーブルを上昇した状態から下降した状態に移動したときのウエハ温度の変化を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
〔実施形態〕
（成膜装置）
まず、図１乃至図３を用いて、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置を示す断面図である。図２は、図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。また、図３は、図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。
図１から図３までを参照すると、実施形態に係る成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平なチャンバ１と、このチャンバ１内に設けられ、チャンバ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。チャンバ１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリング等のシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されて回転可能に設けられている。回転軸２２は、チャンバ１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回り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チャンバ１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離される。
また、チャンバ１内の外縁部には、第１の排気口６１０が設けられ、排気管６３０に連通している。排気管６３０は、圧力調整器６５０を介して、真空ポンプ６４０に接続され、チャンバ１内が、第１の排気口６１０から排気可能に構成されている。
回転テーブル２の表面には、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（図示の例では５枚）の半導体基板（以下「基板」あるいは「ウエハ」という）Ｗ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を示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径（例えば３００ｍｍ）よりも僅かに（例えば２ｍｍ）大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有しており、ウエハを載置可能な載置部である。従って、ウエハＷを凹部２４に載置すると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。
図２及び図３は、チャンバ１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、及び分離ガスノズル４１，４２が配置されている。図示の例では、チャンバ１の周方向に間隔をおいて、搬送口１５（後述）から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２の順に配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、及び４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、チャンバ１の外周壁からチャンバ１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して平行に伸びるように取り付けられている。
反応ガスノズル３１には、第１の反応ガスが貯留される第１の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続され、反応ガスノズル３２には、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスが貯留される第２の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。
ここで、第１の反応ガスは、半導体元素又は金属元素を含むガスであることが好ましく、酸化物又は窒化物となったときに、酸化膜又は窒化膜として用いられ得るものが選択される。第２の反応ガスは、半導体元素又は金属元素と反応して、半導体酸化物又は半導体窒化物、若しくは金属酸化物又は金属窒化物を生成し得る酸化ガス又は窒化ガスが選択される。具体的には、第１の反応ガスは、半導体元素又は金属元素を含む有機半導体ガス又は有機金属ガスであることが好ましい。また、第１の反応ガスとしては、ウエハＷの表面に対して吸着性を有するガスであることが好ましい。第２の反応ガスとしては、ウエハＷの表面に吸着する第１の反応ガスと酸化反応又は窒化反応が可能であり、反応化合物をウエハＷの表面に堆積させ得る酸化ガス又は窒化ガスであることが好ましい。
具体的には、例えば、第１の反応ガスは、シリコンを含む反応ガスであり、酸化膜としてＳｉＯ２を形成あるいは窒化膜としてＳｉＮを形成するジイソプロピルアミノシラン、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）等の有機アミノシランである。あるいは、第１の反応ガスは、ハフニウムを含む反応ガスであり、酸化膜としてＨｆＯを形成するテトラキスジメチルアミノハフニウム（以下、「ＴＤＭＡＨ」と称す。）である。あるいは、第１の反応ガスは、チタンを含む反応ガスであり、窒化膜としてＴｉＮを形成するＴｉＣｌ４等である。また、第２の反応ガスは、例えばオゾンガス（Ｏ３）、酸素ガス（Ｏ２）等の酸化ガスである。あるいは、第２の反応ガスは、例えばアンモニアガス（ＮＨ３）等の窒化ガスである。
また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅな等どの希ガスや窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスの供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。分離ガスノズルから供給される不活性ガスを分離ガスともいう。実施形態においては、不活性ガスとして例えばＮ２ガスが使用される。
また、反応ガスノズル３１には、第１の反応ガス供給源の他、第２の反応ガス供給源、ＡｒやＨｅ等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガス等の分離ガスとしても用いられる不活性ガスの供給源が接続されて、切り替え部（不図示）の動作でいずれのガスを供給するか切り替え可能に設けられている。反応ガスノズル３２には、第２の反応ガス供給源の他、第１の反応ガス供給源、分離ガスとしても用いられる不活性ガスの供給源が接続されて、切り替え部（不図示）の動作でいずれのガスを供給するか切り替え可能に設けられている。
図４は、反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４２を含む図１の成膜装置の一部断面図である。図４に示すように、反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３３が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。図３に示すように、反応ガスノズル３１の下方に区画された領域は、第１の反応ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方に区画され領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着された第１の反応ガスを酸化又は窒化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
図２及び図３を参照すると、チャンバ１内には２つの凸状部４が、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成する。分離ガスノズル４１、４２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離し、第１の反応ガスと第２の反応ガスとの混合を防止する分離領域Ｄとなる。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された略扇型の平面形状を有し、実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、チャンバ１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿ったチャンバ１の断面を示している。図示のとおり、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、チャンバ１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在している。
また、図４に示す通り、凸状部４には周方向中央において溝部４３が形成されており、溝部４３は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びている。溝部４３には、分離ガスノズル４２が収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。なお、図４において、分離ガスノズル４２に形成されるガス吐出孔４２ｈが示されている。ガス吐出孔４２ｈは、分離ガスノズル４２の長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）をあけて複数個形成されている。また、ガス吐出孔の開口径は例えば０．３ｍｍから１．０ｍｍである。図示を省略するが、分離ガスノズル４１にも同様にガス吐出孔が形成されている。
高い天井面４５の下方の空間には、反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４において、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方を空間４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方を空間４８２で表す。
低い天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２からＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通じて空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供する。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスは、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガス（酸化ガス又は窒化ガス）とに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが、分離空間Ｈにより分離される。よって、チャンバ１内において第１の反応ガスと酸化ガス又は窒化ガスとが混合して反応することが抑制される。
なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時のチャンバ１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ２ガス）の供給量等を考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
再び図１乃至図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部５が設けられている。この突出部５は、実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す一部断面図である。図５に示すように、略扇型の凸状部４の周縁部（チャンバ１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２の間でガスが流通するのを抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、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。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１０と、空間４８２と連通する第２の排気口６２０とが形成されている。第１の排気口６１０は、図１に示すように排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。また、第１の排気口６１０と真空ポンプ６４０との間の排気管６３０には圧力調整手段である圧力調整器（ＡＰＣ、Auto Pressure Controller）６５０が設けられている。第２の排気口６２０も同様に、自動圧力制御機器が設けられた排気管を介して真空ポンプ（それぞれ不図示）に接続されている。第１の排気口６１０と第２の排気口６２０の排気圧力が、各々独立して制御可能に構成されている。
回転テーブル２とチャンバ１の底部１４との間の空間には、図１及び図５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Ｗが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。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の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。図５に示すように、このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａとチャンバ１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
図１に示すように、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部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっている。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを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。さらに、チャンバ１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。さらにまた、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。
パージガス供給管７２からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通じて、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。また、パージガス供給管７３からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、ヒータユニット７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通じて流出し、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。これらＮ２ガスの流れにより、チャンバ１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通じて、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。
また、チャンバ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、突出部５と回転テーブル２との狭い空間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。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。従って、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給される第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の反応ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
さらに、チャンバ１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。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の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
また、実施形態による成膜装置には、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１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法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媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
さらに、図１に示すように、回転軸２２の周囲の容器本体１２の底部１４とケース体２０の間には、ベローズ１６が設けられている。また、ベローズ１６の外側には、回転テーブル２を昇降させ、回転テーブル２の高さを変更可能な昇降機構１７が設けられている。かかる昇降機構１７により、回転テーブル２を昇降させ、回転テーブル２の昇降に対応して、ベローズ１６を伸縮させることで、天井面４５とウエハＷとの間の距離を変更可能に構成される。回転テーブル２の回転軸を構成する構成要素の一部にベローズ１６及び昇降機構１７を設けることで、ウエハＷの処理面を平行に保ったまま、天井面４５とウエハＷとの間の距離を変更することができる。なお、昇降機構１７は、回転テーブル２を昇降可能であれば、種々の構成により実現されてよいが、例えば、ギア等により、回転軸２２の長さを伸縮させる構造であってもよい。
図６（Ａ）は回転テーブル２が上昇した状態における、成膜装置の真空容器内の構造を示す概略断面図である。回転テーブル２が上昇した状態では、回転テーブル２の上面と天井面４４あるいは突出部５の間は狭く、その距離は例えば３ｍｍ程度であり、回転テーブル２の下面と蓋部材７ａとの間は広く、その距離は８〜１８ｍｍ、例えば１３ｍｍ程度である。後述のように、成膜工程は回転テーブル２が上昇した状態で行われる。
図６（Ｂ）は回転テーブルが下降した状態における、成膜装置の真空容器内の構造を示す概略断面図である。回転テーブル２が上昇した状態では、回転テーブル２の上面と天井面４４あるいは突出部５の間は広く、その距離は８〜１８ｍｍ、例えば１３ｍｍ程度であり、回転テーブル２の下面と蓋部材７ａの間は狭く、その距離は例えば３ｍｍ程度である。実施形態の成膜方法においては、成膜工程の少なくとも前又は後において、回転テーブル２が下降した状態で、アニール工程が行われる。
上記のアニール工程では、第１のガス供給部である反応ガスノズル３１から分離ガス又は第２の反応ガスを供給し、第２のガス供給部である反応ガスノズル３２から分離ガス又は第２の反応ガスを供給し、分離ガス供給部である分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給した状態で、回転テーブル２を少なくとも１回回転させる。回転テーブル２が下降した状態では、回転テーブル２が上昇した状態よりも回転テーブル２の凹部２４に載置されるウエハＷがヒータユニット７に近づくのでヒータユニット７によるウエハＷの加熱の効果が高まる。これにより、ヒータユニット７の設定温度を変更せずに、ウエハＷの温度を高め、アニール処理を施すことができる。このとき、回転テーブル２の上面と天井面４４あるいは突出部５の距離が広くなって反応ガスノズル３１から吐出されたガスと反応ガスノズル３２から吐出されたガスはウエハＷの上部の空間で混合しうるが、反応ガスノズル３１と反応ガスノズル３２からはそれぞれ分離ガス又は第２の反応ガスが吐出されるので成膜反応が生じることなくアニール処理がなされる。
成膜工程の前に行うアニール工程はプリアニール工程と称せられる。プリアニール工程は、第１の反応ガスから供給が開始されるウエハと第２の反応ガスから供給が開始されるウエハとが生じて複数のウエハ間で均一な成膜を行うことができなくなることを防止して、複数のウエハの総ての表面上に均一な酸化膜又は窒化膜等の膜を成膜するために行われる。
プリアニール工程では、反応ガスノズル３１から分離ガス又は第２の反応ガスを供給し、反応ガスノズル３２から分離ガス又は第２の反応ガスを供給し、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給する。例えば、反応ガスノズル３１、３２から第２の反応ガスを供給し、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給する。あるいは、反応ガスノズル３１と分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給し、反応ガスノズル３２から第２の反応ガスを供給する。あるいは、反応ガスノズル３１、３２、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給してもよい。
また、成膜工程の後に行うアニール工程はポストアニール工程と称せられる。ポストアニール工程は、成膜処理が第１の反応ガスの供給直後に終了するウエハと第２の反応ガスの供給直後に終了するウエハとが生じて複数のウエハ間で均一な成膜を行うことができなくなることを防止して、複数のウエハの総ての表面上に均一な酸化膜又は窒化膜等の膜を成膜するために行われる。また、第２の反応ガスとして酸化ガスが用いられて酸化反応が未完了の時には酸化処理を完了し、第２の反応ガスとして窒化ガスが用いられて窒化反応が未完了の時には窒化反応を完了するように行われる。
ポストアニール工程では、反応ガスノズル３１から分離ガス又は第２の反応ガスを供給し、反応ガスノズル３２から分離ガス又は第２の反応ガスを供給し、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給する。例えば、反応ガスノズル３１、３２から第２の反応ガスを供給し、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給する。あるいは、反応ガスノズル３１と分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給し、反応ガスノズル３２から第２の反応ガスを供給する。あるいは、反応ガスノズル３１、３２、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給してもよい。
上記の回転テーブル２が下降した状態でのプリアニール工程とポストアニール工程は、少なくともいずれか一方を行うが、両方を行うことができる。例えば、回転テーブル２が下降した状態でプリアニール工程を行い、その後に回転テーブル２が上昇した状態で成膜工程を行い、その後に回転テーブル２が下降した状態でポストアニール工程は行う。回転テーブル２が下降した状態でプリアニール工程を行い、その後に回転テーブル２が上昇した状態で成膜工程を行うが、ポストアニール工程は行わないシークエンスとしてもよい。また、プリアニール工程を行わず、回転テーブル２が上昇した状態で成膜工程を行い、その後に回転テーブル２が下降した状態でポストアニール工程を行うシークエンスとしてもよい。さらに、成膜工程の前後にプリアニール工程とポストアニール工程を行う場合に、プリアニール工程とポストアニール工程のいずれか一方を回転テーブル２が下降した状態で行い、いずれか他方を回転テーブル２が上昇した状態で行ってもよい。
（成膜方法）
次に、図１乃至図６において説明した成膜装置を用いた本発明の実施形態に係る成膜方法について説明する。
図７（Ａ）〜（Ｅ）は実施形態に係る成膜方法の一例のシーケンスを、成膜装置の断面図を用いて示した図である。図７（Ａ）〜（Ｅ）において、容器本体１２と天板１１を有するチャンバ１の内部に回転テーブル２とヒータユニット７が設けられた成膜装置が簡略的に示されている。実施形態に係る成膜方法においては、シリコン酸化膜の成膜を行う酸化膜形成プロセスの例について説明する。なお、シリコン酸化膜の成膜に用いるシリコン含有ガスとしてジイソプロピルアミノシランを一例として用いているが、これに限らず、酸化ガスとしてＯ３を一例として用いているが、これに限るものではない。
図７（Ａ）〜（Ｅ）に示された成膜プロセスを実施する前に、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、回転テーブル２の上に載置する必要がある。そのためには、まず、図示しないゲートバルブを開き、搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウエハＷ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凹部２４の底面の貫通孔を介してチャンバ１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行う。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。
ここで、チャンバ１内が４００℃以上の高温に保たれて基板処理が行われた場合、ウエハＷの搬出及び搬入のためにヒータユニット７を停止したとしても、チャンバ１内はなお高温に保たれ、チャンバ１内にウエハＷを搬入して回転テーブル２上に載置する際、ウエハＷが大きく反ってしまうという現象が発生することがある。ここで、ウエハＷを回転テーブル２上に載置する際には、図６（Ｂ）に示すように回転テーブル２を下降させておき、ウエハＷが反ったとしても、天井面４４に接触しないだけの距離を有する空間を保つようにする。回転テーブル２を下降した状態でウエハＷを搬入して回転テーブル２上に載置することにより、反ったウエハＷが天井面４４、４５と接触することによるウエハＷの損傷を防止できる。また、回転テーブル２上に載置されたウエハＷが未だ反った状態であっても、反りが収まるのを待つことなく回転テーブル２を間欠的に回転移動させ、複数の凹部２４に順次ウエハＷを載置することができ、生産性を向上させることができる。つまり、回転テーブル２と天井面４４、４５との間に余裕があるので、回転テーブル２の凹部２４上に１枚のウエハＷを載置した後、載置したウエハＷの反りが収まる前に次のウエハＷを次の凹部２４上に載置することができる。これにより、複数枚のウエハＷを回転テーブル２上に載置する全体時間を短縮でき、生産性を向上させることができる。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０によりチャンバ１を最低到達真空度まで排気する。この状態から、以下のように図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す成膜プロセスを実施する。
成膜装置へのウエハＷの搬入後、回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）で、図７（Ａ）に示す待機工程Ｓ０１を行う。待機工程Ｓ０１においては、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２（図１参照）からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。また、反応ガスノズル３１、３２からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。つまり、総てのノズル３１、３２、４１、４２からＮ２ガスを吐出する。これにより、チャンバ１内の雰囲気は、Ｎ２雰囲気となる。これに伴い、圧力調整器６５０によりチャンバ１内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル２を時計回りに所定の回転速度で回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを加熱する。回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）では、回転テーブル２が上昇した状態よりも回転テーブル２の凹部２４に載置されるウエハＷがヒータユニット７に近づくので、回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）よりウエハＷの温度を高めることができる。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）で行う成膜工程（後述）のウエハＷの温度は、例えば５０℃から７８０℃までの範囲で所定の温度に設定され、例えば約４００℃とされる。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）で行う成膜工程（後述）のウエハＷの温度が約４００℃となるようにヒータユニット７を設定する場合、回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）ではウエハＷの温度が高められ、例えば４１０〜４２０℃程度となる。これにより、成膜プロセス開始の準備が整った待機状態となる。なお、回転テーブル２の回転速度は、用途に応じて、例えば１ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍの範囲で可変とすることができるが、実施形態に係る成膜方法では、２０ｒｐｍの回転速度で回転テーブル２を回転させる例を挙げて説明する。
なお、実施形態では、待機工程Ｓ０１において分離ガスノズル４１、４２のみならず、反応ガスノズル３１、３２からもＮ２ガスをパージしているが、例えば、反応ガスノズル３１、３２から、ＡｒガスやＨｅガス等の希ガスを供給するようにしてもよい。この点は、分離ガスノズル４１、４２についても同様であり、用途に応じて所望の不活性ガスを選択することができる。
次に、図７（Ｂ）に示すように回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）でプリアニール工程Ｓ０２を行う。プリアニール工程Ｓ０２では、酸化ガスのプリフローを行いながらアニール処理を行う。回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）であり、ウエハＷの温度は例えば４１０〜４２０℃程度に高められている。酸化ガスのプリフローにおいては、第１の処理領域Ｐ１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４１、４２からは継続的にＮ２ガスを供給するが、第２の処理領域Ｐ２の反応ガスノズル３２からは、酸化ガスとしてＯ３ガスを供給する。そして、少なくとも１回ウエハＷが回転する間は、この状態を継続する。なお、ウエハＷは、待機工程Ｓ０１から連続的に所定の回転速度で回転しており、実施形態においては、２０ｒｐｍで回転している。酸化ガスのプリフローは、ウエハＷの表面の全体を酸化ガスに曝すプロセスであり、ウエハＷに下地として薄い酸化膜を成膜する処理である。これにより、複数のウエハＷの各々にＯ３ガスが供給されて酸化処理され、複数のウエハＷをほぼ同じ状態にすることができる。なお、少なくとも１回回転させるのは、Ｏ３ガスは反応ガスノズル３２のみから供給されており、供給開始時の位置に関わらず複数枚の総てのウエハＷの表面にＯ３ガスを供給するためには、最低１回転させ、必ず反応ガスノズル３２の下方を通過させる必要があるからである。実施形態に係る成膜方法のプリアニール工程Ｓ０２における酸化ガスのプリフローは、２０ｒｐｍの回転速度で、３秒間Ｏ３ガスを供給する。よって、実施形態に係る成膜方法のプリアニール工程Ｓ０２における酸化ガスのプリフローでは、２０（回転）／６０（ｓｅｃ）×３（ｓｅｃ）＝１回転分、回転テーブル２を回転させる。
なお、Ｏ３ガスの供給は、酸化を最低限にするような制約のあるプロセスでなければ、ウエハＷを複数回回転させて行っても何ら問題は無いので、Ｏ３ガスを供給した状態でウエハＷを１回より多く回転させてもよい。例えば、プリアニール工程Ｓ０２における酸化ガスのプリフローにおいて、ウエハＷを２〜３回回転させてもよいし、１．５回転等、端数が出るような回転数であってもよい。
次に、図７（Ｃ）に示すように、昇降機構１７により回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）とし、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３を行う。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）では、ウエハＷの温度は例えば４００℃となる。シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３においては、ウエハＷに対し、例えば反応ガスノズル３１からジイソプロピルアミノシランガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給する。すなわち、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３においてはジイソプロピルアミノシランガスとＯ３ガスとを同時に供給する。ただし、これらのガスは分離領域Ｄにより分離され、チャンバ１内で互いに混合することは殆ど無い。
ジイソプロピルアミノシランガスとＯ３ガスとを同時に供給するときに、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、プリアニール工程Ｓ０２において薄い酸化膜が成膜されたウエハＷの表面にジイソプロピルアミノシランガスが吸着する。次いで、第２の処理領域Ｐ２を通過すると、ウエハＷの表面に吸着したジイソプロピルアミノシランガスがＯ３ガスにより酸化され、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜（酸化シリコンの分子層）が成膜される。以下、所望の膜厚を有するシリコン酸化膜が成膜されるまで所定の回数だけ回転テーブル２を回転させる。そして、ジイソプロピルアミノシランガスとＯ３ガスとの供給を停止することにより、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３が終了する。
なお、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３は、Ｏ３ガスの供給をプリアニール工程Ｓ０２における酸化ガスのプリフローから継続して行うとともに、本工程でジイソプロピルアミノシランガスを供給することにより行う。回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍに維持し、３秒間で１回転する成膜サイクルを、必要に応じてｎ回繰り返すことにより行う。回転テーブル２の回転数ｎは、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３で成膜するシリコン酸化膜の膜厚の厚さに応じて定められてよいが、例えば、１〜５０回の範囲内の所定の回転数ｎに設定されてもよいし、１〜３０回の範囲内の所定の回転数ｎに設定されてもよい。
次に、図７（Ｄ）に示すように、昇降機構１７により回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）とし、ポストアニール工程Ｓ０４を行う。ポストアニール工程Ｓ０４では、酸化ガスのポストフローを行いながらアニール処理を行う。回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）であり、ウエハＷの温度は例えば４１０〜４２０℃程度に高められている。酸化ガスのポストフローでは、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１及び分離領域Ｄに設けられた分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスが供給され、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からはＯ３ガスを供給する。この状態で少なくとも１回回転テーブル２が回転し、回転テーブル２に載置された複数のウエハＷの総てがＯ３ガスに曝される。これにより、第２の処理領域Ｐ２を通過した地点でシリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３が終了したウエハＷであっても、ポストアニール工程において必ず第２の処理領域Ｐ２を通過し、酸化処理が行われた状態で成膜プロセスを終了することができる。
なお、実施形態に係る成膜方法のポストアニール工程Ｓ０４における酸化ガスのポストフローでは、回転速度２０ｒｐｍを維持した状態で回転テーブル２が３秒間回転し、プリアニール工程での酸化ガスのプリフローと同様に、１回回転テーブル２を回転させている。このように、プリアニール工程Ｓ０２とポストアニール工程Ｓ０４における回転テーブル２の回転数を同数としてもよい。
次に、図７（Ｅ）に示すように回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）で待機工程Ｓ０５を行う。回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）であり、ウエハＷの温度は例えば４１０〜４２０℃程度に高められている。待機工程Ｓ０５では、反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２の総てのノズル３１、３２、４１、４２から、Ｎ２ガスが供給され、チャンバ１内がＮ２ガスで満たされる。そして、待機工程Ｓ０５を所定時間継続したら、チャンバ１へのＮ２ガスの供給を停止するとともに、回転テーブル２の回転を停止する。その後は、チャンバ１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、チャンバ１内からウエハＷを搬出する。これによりシリコン酸化膜の成膜プロセスが終了する。
実施形態に係る成膜方法においては、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３の前にプリアニール工程Ｓ０２（酸化ガスのプリフロー工程）を設け、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３の後にポストアニール工程Ｓ０４（酸化ガスのポストフロー工程）を設け、Ｏ３ガスのみを供給する工程を設けている。これにより、回転テーブル２上に円周方向に沿って配置された複数のウエハＷにおいて、Ｏ３ガスに曝されることなくジイソプロピルアミノシランガスが供給されるウエハＷが存在しなくなり、複数のウエハＷ間の成膜を均一化することができる。
なお、実施形態の成膜方法においては、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとし、プリアニール工程Ｓ０２及びポストアニール工程Ｓ０４における回転テーブル２の回転数を１回転とした例を挙げて説明したが、これらの設定は、プリアニール工程及びポストアニール工程における回転テーブル２の回転数を１回転以上とさえすれば、用途に応じて種々変更することができる。
実施形態の成膜方法においては、酸化ガスとしてＯ３ガスを用いた例を挙げて説明したが、種々の酸化ガスを用いることができ、例えば、水（Ｈ２Ｏ）、酸素、ラジカル酸素等のガスを用いるようにしてもよい。
また、実施形態の成膜方法においては、シリコン酸化膜の成膜プロセスを例に挙げて説明したが、第１の反応ガスを用途に応じて種々変更して所望の酸化膜を成膜することができる。例えば、第１の反応ガスを、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウム等の金属元素を含有するガスに変更し、第２の反応ガスとしてオゾンガス等の酸化ガスを用いることで、上記の成膜方法と同様の工程を行うことによって、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウム等の金属の酸化膜を成膜できる。
また、第２の反応ガスを用途に応じて種々変更して所望の膜を成膜することができる。例えば、第１の反応ガスとしてジイソプロピルアミノシラン等のシリコンを含有するガスを用い、第２の反応ガスをアンモニアガス等の窒化ガスに変更し、上記の成膜方法と同様の工程を行うことによって、シリコン窒化膜を成膜できる。
また、第１の反応ガスと第２の反応ガスを用途に応じて種々変更して所望の膜を成膜することができる。例えば、第１の反応ガスを、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウム等の金属元素を含有するガスに変更し、第２の反応ガスをアンモニアガス等の窒化ガスに変更し、上記の成膜方法と同様の工程を行うことによって、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウム等の金属の窒化膜を成膜できる。
ここで、実施形態の成膜方法では、プリアニール工程とポストアニール工程とを同じ回転テーブル２の回転数、つまり同じ工程時間とした例を挙げて説明したが、例えば、ポストアニール工程の工程時間をプリアニール工程の工程時間よりも長くする設定としてもよい。上述した種々の成膜プロセスのうち、ポストアニール工程における酸化ガスの供給に、単に複数のウエハＷ間を均一にするためだけでなく、成膜後の膜質改善の役割を担わせたい場合もある。つまり、所定の酸化膜の成膜後に、膜に更に酸化ガスを供給し、十分な酸化を行うことにより成膜後の酸化膜の膜質を高めたい場合もある。そのような場合には、ポストアニール工程での酸化ガスのポストフローに十分な時間を与え、膜質改善工程も兼ねるような成膜プロセスとしてもよい。例えば、上述の例では、シリコン酸化膜を成膜する場合には、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとし、プリアニール工程を３６秒として１２回転させ、ポストアニール工程を１８０秒として６０回転させるような成膜プロセスとしてもよい。シリコン酸化膜の場合、膜中のシリコンに酸素が到達して反応を十分に行わせることが好ましく、ポストアニール工程での酸化ガスのポストフローに十分な時間を費やすことにより、シリコン酸化膜の膜質を向上させることができる。
このように、プリアニール工程とポストアニール工程におけるウエハＷの回転数、つまり同じ回転速度の場合における工程時間は同一にする必要は無く、用途に応じて適切な回転数又は工程時間を設定することができる。そして、ポストアニール工程において、酸化ガスを均一に供給するだけでなく、成膜された酸化膜の膜質改善も行うように回転テーブル２の回転数又は工程時間を設定してもよい。
このように、実施形態に係る成膜方法によれば、プリアニール工程とポストアニール工程を行うことで複数のウエハＷ上に均一に酸化膜あるいは窒化膜を成膜することができる。昇降機構１７によって回転テーブル２を昇降させることで、ヒータユニット７の設定温度を変更することなく、ウエハＷの温度を変更可能である。プリアニール工程とポストアニール工程を行う際に、成膜工程と同じ成膜装置を用いて（ｉｎ−ｓｉｔｕで）、ウエハ（基板）の温度が目標の温度に到達する時間を短縮して、生産性を高めることができる。
〔参考形態の成膜方法〕
次に、参考形態に係る成膜方法について説明する。図８（Ａ）〜（Ｅ）は参考形態に係る成膜方法の一例のシーケンスを、成膜装置の断面図を用いて示した図である。図７（Ａ）〜（Ｅ）と同様に、容器本体１２と天板１１を有するチャンバ１の内部に回転テーブル２とヒータユニット７が設けられた成膜装置が簡略的に示されている。上記の実施形態に係る成膜方法と同様に、シリコン酸化膜の成膜を行う酸化膜形成プロセスについて説明する。
図８（Ａ）〜（Ｅ）に示された成膜プロセスを実施する前に、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、回転テーブル２の上に載置する。続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０によりチャンバ１を最低到達真空度まで排気する。この状態から、以下のように図８（Ａ）〜（Ｅ）に示す成膜プロセスを実施する。
成膜装置へのウエハＷの搬入後、回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）で、図８（Ａ）に示す待機工程Ｓ１１を行う。待機工程Ｓ１１においては、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２（図１参照）からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。また、反応ガスノズル３１、３２からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。次いで、回転テーブル２を時計回りに所定の回転速度で回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを加熱する。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）で行う成膜工程のウエハＷの温度が例えば４００℃となるようにヒータユニット７を設定する。これにより、成膜プロセス開始の準備が整った待機状態となる。
次に、図８（Ｂ）に示されるように、昇降機構１７により回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）とし、プリアニール工程Ｓ１２を行う。プリアニール工程Ｓ１２では、酸化ガスのプリフローを行いながらアニール処理を行う。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）であり、ウエハＷの温度は例えば４００℃である。酸化ガスのプリフローにおいては、第１の処理領域Ｐ１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４１、４２からは継続的にＮ２ガスを供給するが、第２の処理領域Ｐ２の反応ガスノズル３２からは、酸化ガスとしてＯ３ガスを供給する。そして、少なくとも１回ウエハＷが回転する間は、この状態を継続する。
次に、図８（Ｃ）に示されるように、回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）で、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ１３を行う。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）では、ウエハＷの温度は例えば４００℃である。シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ１３においては、ウエハＷに対し、例えば反応ガスノズル３１からジイソプロピルアミノシランガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給する。
ジイソプロピルアミノシランガスとＯ３ガスとが同時に供給されるときに、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、ウエハＷの表面にジイソプロピルアミノシランガスが吸着する。次いで、第２の処理領域Ｐ２を通過すると、ウエハＷの表面に吸着したジイソプロピルアミノシランガスがＯ３ガスにより酸化され、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜（酸化シリコンの分子層）が成膜される。所望の膜厚を有するシリコン酸化膜が成膜されるまで所定の回数だけ回転テーブル２を回転させる。そして、ジイソプロピルアミノシランガスとＯ３ガスとの供給を停止することにより、シリコン酸化膜の成膜工程Ｓ０３が終了する。
次に、図８（Ｄ）に示されるように、回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）で、ポストアニール工程Ｓ１４を行う。ポストアニール工程Ｓ１４では、酸化ガスのポストフローを行いながらアニール処理を行う。回転テーブル２が上昇した状態（ＵＰ）であり、ウエハＷの温度は例えば４００℃程度である。酸化ガスのポストフローでは、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１及び分離領域Ｄに設けられた分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスを供給し、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からはＯ３ガスを供給する。
次に、図８（Ｅ）に示されるように、昇降機構１７により回転テーブル２が下降した状態（ＤＰ）とし、待機工程Ｓ１５を行う。待機工程Ｓ１５では、反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２の総てのノズル３１、３２、４１、４２から、Ｎ２ガスが供給され、チャンバ１内がＮ２ガスで満たされる。そして、待機工程Ｓ０５を所定時間継続したら、チャンバ１へのＮ２ガスの供給を停止し、回転テーブル２の回転を停止し、チャンバ１内からウエハＷを搬出して成膜プロセスが終了する。
上記の参考形態の成膜方法においては、プリアニール工程Ｓ１２及びポストアニール工程Ｓ１４のウエハＷの温度を成膜工程の温度と異なる温度にする場合、ヒータユニット７の設定温度を変更する必要がある。この場合、ウエハの温度が目標の温度に到達するのに時間がかかって生産性が低くなってしまう。
〔実施例〕
図９は、本実施例に係る成膜方法において回転テーブル２を上昇した状態（ＵＰ）から下降した状態（ＤＰ）に移動したときのウエハ温度の変化を示した図である。回転テーブル２が上昇した状態でウエハＷの温度が約７６０℃となっているときに、回転テーブル２を下降させると、ウエハＷの温度を約１７℃高めることができた。昇降機構１７によって回転テーブル２を昇降させることで、ヒータユニット７の設定温度を変更することなく、ウエハＷの温度を変更可能である。プリアニール工程とポストアニール工程を行う際に、成膜工程と同じ成膜装置を用いて（ｉｎ−ｓｉｔｕで）、ウエハ（基板）の温度が目標の温度に到達する時間を短縮して、生産性を高めることができる。
上記の実施形態において、第１の反応ガスを用途に応じて種々変更して所望の酸化膜を成膜することができる。例えば、第１の反応ガスと第２の反応ガスを変更することで、金属酸化膜や窒化膜を成膜できる。例えば、第１の反応ガスとしてハフニウム（Ｈｆ）を含有するガスを用い、第２の反応ガスとしてオゾンガスを用いることで、ＨｆＯ膜を成膜できる。また、第１の反応ガスとしてチタン（Ｔｉ）を含有するガスを用い、第２の反応ガスをアンモニアガスを用いることで、ＴｉＮ膜を成膜できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ チャンバ
２ 回転テーブル
４ 凸状部
７ ヒータユニット
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
１７ 昇降機構
２４ 凹部（ウエハ載置部）
３１、３２ 反応ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
Ｄ 分離領域
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｈ 分離空間
Ｗ ウエハ

Claims (17)

  1. チャンバ内に回転可能に収容され、複数の基板を上面に載置可能な載置部を有し、昇降可能な回転テーブルと、
    前記回転テーブルの下方に設けられたヒータユニットと、
    前記回転テーブルの前記上面の上方において区画され、前記回転テーブルの前記上面に向けてガスを供給する第１のガス供給部を有する第１の処理領域と、
    前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間して配置され、前記回転テーブルの前記上面に対してガスを供給する第２のガス供給部を有する第２の処理領域と、
    前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に設けられ、前記回転テーブルの前記上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部と、該分離ガス供給部からの前記分離ガスを前記第１の処理領域と前記第２の処理領域へ導く狭い空間を前記回転テーブルの前記上面に対して形成する天井面とを有する分離領域と、を備える成膜装置を用いて、前記複数の基板上に所定の元素を含む膜を成膜する成膜方法であって、
    前記回転テーブルが上昇した状態で、前記第１のガス供給部から前記所定の元素を含む第1の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から第２の反応ガスを供給し、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを所定回数回転させ、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を成膜する成膜工程と、
    前記成膜工程の少なくとも前又は後において、前記回転テーブルが下降した状態で、前記第１のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを少なくとも１回回転させるアニール工程と、を含む成膜方法。
  2. 前記アニール工程として、前記成膜工程の前に行うプリアニール工程を有する請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記プリアニール工程において、前記第１のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記第２の反応ガスを供給する請求項２に記載の成膜方法。
  4. 前記アニール工程として、前記成膜工程の後に行うポストアニール工程を有する請求項１に記載の成膜方法。
  5. 前記ポストアニール工程において、前記第１のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記第２の反応ガスを供給する請求項４に記載の成膜方法。
  6. 前記アニール工程として、前記成膜工程の前に行うプリアニール工程と、前記成膜工程の後に行うポストアニール工程とを有する請求項１に記載の成膜方法。
  7. 前記プリアニール工程において、前記第１のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記第２の反応ガスを供給し、
    前記ポストアニール工程において、前記第１のガス供給部から前記分離ガス又は前記第２の反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記第２の反応ガスを供給する請求項６に記載の成膜方法。
  8. 前記ポストアニール工程は、前記プリアニール工程よりも長時間行う請求項６又は７に記載の成膜方法。
  9. 前記第２の反応ガスが窒化ガスである請求項１〜８のいずれか１項に記載の成膜方法。
  10. 前記窒化ガスがアンモニアガスである請求項９に記載の成膜方法。
  11. 前記第２の反応ガスが酸化ガスである請求項１〜８のいずれか１項に記載の成膜方法。
  12. 前記酸化ガスがオゾンガスである請求項１１に記載の成膜方法。
  13. 前記所定の元素は、金属元素又は半導体元素である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の成膜方法。
  14. 前記金属元素は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウムのいずれか１つであり、
    前記半導体元素は、シリコンである請求項１３に記載の成膜方法。
  15. 前記分離ガスは、不活性ガスである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の成膜方法。
  16. 前記アニール工程として前記成膜工程の前に行うプリアニール工程を有する時に、前記プリアニール工程の前に、前記チャンバ内における前記回転テーブル上に前記基板を搬入する工程をさらに有する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の成膜方法。
  17. 前記アニール工程として前記成膜工程の後に行うポストアニール工程を有する時に、前記ポストアニール工程の後に、前記チャンバ内における前記回転テーブル上から前記基板を搬出する工程をさらに有する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の成膜方法。
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