(57)【要約】      （修正有）【課題】高速で薄膜を連続的に堆積させることができ、成膜速度を大きくしてスループットを向上させることが可能な処理装置を提供する。【解決手段】被処理体Ｗに対して処理ガスにより成膜処理を施すための処理装置２２において、排気可能になされた処理容器２４と、被処理体Ｗを載置するための載置台２６と、被処理体Ｗを加熱するための加熱手段２８と、載置台２６の上方とその外側を通って回転移動することによって処理ガスを被処理体Ｗに向けて供給するガス噴射ノズル部７８を有するガス供給手段７６と、載置台２６とガス供給手段７６の内のいずれか一方を移動させてガス供給手段７６と載置台２６とを相対的に接近及び離間させるように移動させる移動手段６４とを備える。これによって、開閉弁を用いることなく処理ガスを間欠的に被処理体Ｗの上方に供給させることができ、高速で薄膜を連続的に堆積させることができる。【選択図】図１
2010229436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して処理ガスにより成膜処理を施すための処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置するための載置台と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記載置台の上方とその外側を通って回転移動することによって前記処理ガスを前記被処理体に向けて供給するガス噴射ノズル部を有するガス供給手段と、
前記載置台と前記ガス供給手段の内のいずれか一方を移動させて前記ガス供給手段と前記載置台とを相対的に接近及び離間させるように移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記載置台は、回転されていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段は、
前記載置台の外側に設けられた回転軸と、
前記回転軸に放射状に設けられて前記被処理体の上方とその外側を通って移動することが可能な複数のガス案内管と、
前記ガス案内管に設けられた前記ガス噴射ノズル部と、
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
【請求項４】
前記処理ガスは、複数の異なるガス種の成膜ガスを含み、
前記複数のガス案内管の回転方向に隣り合う前記ガス案内管には、互いに異なるガス種の前記成膜ガスを流すようにしていることを特徴とする請求項３記載の処理装置。
【請求項５】
前記被処理体の表面と前記ガス噴射ノズル部との間の距離は、前記被処理体の表面と前記ガス噴射ノズル部との間の空間の圧力が成膜に必要な圧力に局部的に達することができる距離に設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載の処理装置。
【請求項６】
前記ガス噴射ノズル部に設けられた距離センサと、
前記ガス案内管に設けられて前記ガス案内管の高さを変化させるガス案内管用のアクチュエータと、
前記距離センサの出力に基づいて前記ガス案内管用アクチュエータを制御することにより前記ガス噴射ノズル部と前記被処理体との間の距離を制御する距離制御部と、
を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項７】
前記載置台の側部には、前記ガス噴射ノズル部からのガス噴射量を抑制するために不活性ガスを噴射するガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段が、前記ガス噴射ノズル部の回転軌跡に沿って設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して成膜処理等を施す処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＣ（集積回路）等の半導体装置を製造するためには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理等の各種の処理を、プラズマを用いて、或いはプラズマを用いないで繰り返し行って目的とする回路装置等を製造するようになっている。
【０００３】
例えば成膜装置を例にとれば、半導体ウエハには種々の膜種の薄膜が形成され、この薄膜に対してエッチング処理、アニール処理、改質処理等が必要に応じて施されて行く。そして、最近にあっては、集積回路の更なる高密度化、及び高集積化が要請されていることから、上述のように形成される薄膜に対しても、その耐久性の向上、及び膜質特性の向上が求められている。
【０００４】
そして、形成される膜種にもよるが、一般的に薄膜は、熱を用いた熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する場合が多いが、この熱ＣＶＤ法により形成した薄膜は引っ張り強度が低い等の物理的特性が良好ではなく、膜剥がれ等も生じ易かった。
【０００５】
そこで、物理的特性も良好で膜剥がれ等も生じ難く、且つ比較的低温で成膜できる成膜方法とてＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が提案されている（特許文献１等）。このＡＬＤ法の一例としては、例えば２種以上の異なる成膜用のガスを交互に処理容器内へ繰り返し供給することにより、数原子レベルの厚さの薄膜を複数層に亘って積層して目的とする厚さの薄膜を形成するようになっている。
【０００６】
ここで従来の処理装置の一例を説明する。図８は従来の一般的な処理装置を示す概略構成図、図９は成膜用のガスの供給態様の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、薄膜としてバリヤ膜に用いられるＴｉＮ膜をＡＬＤ法によって成膜する場合を例にとって説明する。図８において、この処理装置は、筒体状になされた処理容器２を有しており、この処理容器２内には、半導体ウエハＷを上面に載置するための載置台４が設けられている。この処理容器２の天井部には、ガス導入手段としてシャワーヘッド６が設けられ、この下面のガス噴射孔６Ａから必要なガスを噴射するようになっている。
【０００７】
またシャワーヘッド６の上部にはガス入口６Ｂが設けられており、このガス入口６Ｂには、ガス供給系８が接続されている。ここでは、ガス供給系８として、成膜用のガスとしてはＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとが用いられ、また、パージガスとしてはＮ２ ガスが用いられており、それぞれマスフローコントローラのような流量制御器１０で流量が制御され、且つ開閉弁１２の開閉操作によってそのガスの供給の開始及び供給の停止が制御されるようになっている。
【０００８】
また処理容器２の底部には排気口１４が設けられており、処理容器２内の雰囲気を排気できるようになっている。そして、処理容器２の一側壁には、ウエハＷの搬出入時に開閉されるゲートバルブ１６が設けられている。そして、上記載置台４は、容器底部より起立された支柱１８により支持されている。この載置台４は例えば耐熱性及び耐腐食性のあるＡｌＮ等のセラミックよりなり、この内部には抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段２０が埋め込むようにして設けられており、ウエハＷを加熱するようになっている。
【０００９】
そして、成膜時には、ウエハＷを所定の温度に加熱した状態において、処理容器２内を所定の圧力に維持し、図９に示すようにＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとをパルス状に交互に処理容器２内へ供給する。これにより、前述したように、ウエハＷの表面に数原子レベルの厚さの薄膜を複数層に亘って積層させて、最終的に所望の厚さの薄膜、ここではＴｉＮ膜を得るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−４２８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述したようなＡＬＤ法では、成膜ガスを図９に示すようにパルス状に繰り返し供給するためには、ガス供給系に設けたそれぞれの開閉弁１２の開閉動作を繰り返し行うことになるが、この開閉弁１２の開閉動作の速度には限界があり、そのために成膜速度を十分に上げられず、スループットを十分に高くすることができない、といった問題があった。
【００１２】
また、仮に開閉弁の開閉動作を更に高速化できたとしても、処理容器２内の雰囲気の真空引きの能力に限界があることから、開閉弁１２が機械的に開閉されても、ガスの流れがこの開閉弁１２の開閉動作に追従して円滑に流れることが困難になり、この場合にもスループットを向上させることが困難であった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、載置台とその外側を通って回転移動させるガス噴射ノズル部を設けることによって処理ガスを間欠的に被処理体の上方に供給させるようにしたので、高速で薄膜を連続的に堆積させることができ、これによって成膜速度を大きくしてスループットを向上させることが可能な処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して処理ガスにより成膜処理を施すための処理装置において、排気可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するための載置台と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記載置台の上方とその外側を通って回転移動することによって前記処理ガスを前記被処理体に向けて供給するガス噴射ノズル部を有するガス供給手段と、前記載置台と前記ガス供給手段の内のいずれか一方を移動させて前記ガス供給手段と前記載置台とを相対的に接近及び離間させるように移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【００１５】
このように、被処理体に対して処理ガスにより成膜処理を施すための処理装置において、排気可能になされた処理容器と、被処理体を載置するための載置台と、被処理体を加熱するための加熱手段と、載置台の上方とその外側を通って回転移動することによって処理ガスを被処理体に向けて供給するガス噴射ノズル部を有するガス供給手段と、載置台とガス供給手段の内のいずれか一方を移動させてガス供給手段と載置台とを相対的に接近及び離間させるように移動させる移動手段とを備えるようにし、ガス噴射ノズル部を載置台とその外側を通って回転移動させることによって開閉弁を用いることなく処理ガスを間欠的に被処理体の上方に供給させるようにしたので、高速で薄膜を連続的に堆積させることができ、これによって成膜速度を大きくしてスループットを向上させることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記載置台は、回転されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記ガス供給手段は、前記載置台の外側に設けられた回転軸と、前記回転軸に放射状に設けられて前記被処理体の上方とその外側を通って移動することが可能な複数のガス案内管と、前記ガス案内管に設けられた前記ガス噴射ノズル部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記処理ガスは、複数の異なるガス種の成膜ガスを含み、前記複数のガス案内管の回転方向に隣り合う前記ガス案内管には、互いに異なるガス種の前記成膜ガスを流すようにしていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、前記被処理体の表面と前記ガス噴射ノズル部との間の距離は、前記被処理体の表面と前記ガス噴射ノズル部との間の空間の圧力が成膜に必要な圧力に局部的に達することができる距離に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記ガス噴射ノズル部に設けられた距離センサと、前記ガス案内管に設けられて前記ガス案内管の高さを変化させるガス案内管用のアクチュエータと、前記距離センサの出力に基づいて前記ガス案内管用アクチュエータを制御することにより前記ガス噴射ノズル部と前記被処理体との間の距離を制御する距離制御部と、を有することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記載置台の側部には、前記ガス噴射ノズル部からのガス噴射量を抑制するために不活性ガスを噴射するガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段が、前記ガス噴射ノズル部の回転軌跡に沿って設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体に対して処理ガスにより成膜処理を施すための処理装置において、排気可能になされた処理容器と、被処理体を載置するための載置台と、被処理体を加熱するための加熱手段と、載置台の上方とその外側を通って回転移動することによって処理ガスを被処理体に向けて供給するガス噴射ノズル部を有するガス供給手段と、載置台とガス供給手段の内のいずれか一方を移動させてガス供給手段と載置台とを相対的に接近及び離間させるように移動させる移動手段とを備えるようにし、ガス噴射ノズル部を載置台とその外側を通って回転移動させることによって開閉弁を用いることなく処理ガスを間欠的に被処理体の上方に供給させることができ、これによって成膜速度を大きくしてスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る処理装置を示す構成図である。
【図２】載置台とガス供給手段との位置関係を示す平面図である。
【図３】ガス供給手段のガス噴射ノズル部を示す拡大図である。
【図４】抑制用不活性ガス供給手段の動作を示す部分拡大断面図である。
【図５】半導体ウエハ上にガス噴射ノズル部が通過する時の成膜の状況を説明する図である。
【図６】本発明の処理装置の第１の変形実施例におけるガス供給手段のガス噴射ノズル部の状態を示すブロック構成図である。
【図７】本発明の処理装置の第２の変形実施例におけるガス供給手段のガス案内管の状態を示す図である。
【図８】従来の一般的な処理装置を示す概略構成図である。
【図９】成膜用のガスの供給態様の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る処理装置を示す構成図、図２は載置台とガス供給手段との位置関係を示す平面図、図３はガス供給手段のガス噴射ノズル部を示す拡大図、図４は抑制用不活性ガス供給手段の動作を示す部分拡大断面図である。ここでは、成膜処理の一例として、成膜用の処理ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとを用いてＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００２２】
図１に示すように、この処理装置２２は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により横長の箱状に成形された処理容器２４を有している。この処理容器２４内の一側には、被処理体である半導体ウエハＷを上面に載置して支持するための載置台２６が設けられている。この載置台２６は、例えばセラミック材やアルミニウム合金等により円板状に成形されており、この内部には、抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段２８が略全面に亘って埋め込まれて、上記ウエハＷを所定の温度に加熱し得るようになっている。
【００２３】
この載置台２６に近い処理容器２４の側壁には、被処理体である半導体ウエハＷを搬出入する搬出入口３０が形成されると共に、この搬出入口３０にはゲートバルブ３２が設けられており、ウエハＷの搬出入時にこのゲートバルブ３２を開閉するようになっている。
【００２４】
上記載置台２６の下方には、ウエハＷの搬出入時に、これを下から突き上げて支持する昇降ピン機構３４が設けられる。この昇降ピン機構３４は、載置台２６の周方向に沿って等間隔で配置された例えば３本（図示例では２本のみ記す）の昇降ピン３６を有しており、各昇降ピン３６の下端部は例えば円弧状のピンベース板３８により支持されている。このピンベース板３８は、容器底部を気密に貫通された昇降ロッド（図示せず）より上下動可能になされている。
【００２５】
また上記載置台２６は、上記各昇降ピン３６に対応させてピン挿通孔４０が設けられており、上記昇降ロッドを上下動させることにより、上記ピン挿通孔４０内を挿通された昇降ピン３６が、載置面上に出没してウエハＷを突き上げて持ち上げたり、持ち下げたりできるようになっている。
【００２６】
そして、上記載置台２６は、処理容器２４の底部側より起立された円筒体状の支柱４２により支持されている。具体的には、上記載置台２６の下面の中央部に、上記支柱４２の上端部が連結されており、この支柱４２の下部側は、処理容器２４の底部４４に設けたスライド板４６を貫通している。このスライド板４６に対する上記支柱４２の貫通部には、磁性流体シール軸受４８が介設されており、気密性を維持しつつ上記支柱４２の回転を許容し得るようになっている。従って、この支柱４２は回転軸として機能することになり、この支柱４２の下端部には、この支柱４２を回転させるための支柱用回転モータ５０が連結されている。
【００２７】
この支柱用回転モータ５０は、例えばステップモータ等よりなり、所定の回転速度で載置台２６を回転すると共に、所定の回転角度（ホームポジション）で載置台２６を停止することができ、載置台２６の停止時に上記ピン挿通孔４０と上記昇降ピン３６の位置を一致させることができるようになっている。この支柱４２の下端部側には、スリップリング５２が設けられており、このスリップリング５２は、円筒体状の支柱４２内を挿通された配線（図示せず）を介して上記加熱手段２８に電気的に接続されている。そして、上記スリップリング５２には、これに接触する摺動端子５４及び給電ライン５６を介してヒータ電源５８が接続されている。この支柱４２の構成材料としては、例えばセラミック材やアルミニウム合金等が用いられる。
【００２８】
また、上記スライド板４６は、処理容器２４の底部４４に形成した長孔６０を塞ぐようにして設置されていると共に、この底部４４に、シール部材６２を介して気密にスライド移動可能に設けられている。この長孔６０は、上記処理容器２４の長さ方向（図中の左右方向）へ延びるようにして形成されている。そして、処理容器２４の底部には、上記載置台２６と後述するガス供給手段の内のいずれか一方を移動させて両者を相対的に接近及び離間させる移動手段６４が設けられている。
【００２９】
ここではこの移動手段６４は、例えばシリンダ機構６６よりなり、このシリンダ機構６６のロッド６６Ａの先端を上記スライド板４６に連結して、上記スライド板４６を矢印６８に示すように所定のストロークだけ往復移動できるようになっている。尚、移動手段６４は、シリンダ機構に限定されない。
【００３０】
また、処理容器２４の底部４４には排気口７０が設けられており、この排気口７０には、図示しない圧力調整弁や真空ポンプ等が途中に介設された排気管７２が接続されており、上記処理容器は２４を所望の圧力に真空引きできるようになっている。
【００３１】
そして、この処理容器２４の天井部７４には、この処理容器２４内へ必要な処理ガスを供給するために本発明の特徴とするガス供給手段７６が設けられている。このガス供給手段７６は、上記載置台２６の上方とその外側を通って回転移動することによって上記処理ガスを載置台２６上の半導体ウエハＷに向けて供給するガス噴射ノズル部７８を有している。具体的には、このガス供給手段７６は、上記載置台２６の外側に設けられた回転軸８０と、この回転軸８０に放射状に設けられて上記ウエハＷの上方とその外側を通って移動することが可能な複数のガス案内管８２と、上記ガス案内管８２に設けられた上記ガス噴射ノズル部７８とにより主に構成されている。
【００３２】
上記回転軸８０は、上記載置台２６の周辺部よりも外側へ離れた位置で、上記天井部７４に、これを貫通して例えば磁性流体シール軸受８４を介して回転自在に支持されている。この回転軸８０の上部には、プーリ８６が設けられており、このプーリ８６は、天井部７４に設けた回転モータ８８の駆動軸との間でベルト９０が掛け渡されており、この回転軸８０を回転できるようになっている。この回転軸８０は、図２にも示すように、内管８０Ａと外管８０Ｂとよりなる同軸の２重管構造になっており、ガス通路として兼用されている。この回転軸８０の上端部には、ロータリジョイント９２を介してガス導入ヘッド９４が取り付けられている。
【００３３】
このガス導入ヘッド９４には、２つのガス入口９６Ａ、９６Ｂが設けられており、一方のガス入口９６Ａは上記内管８０Ａ内に連通され、他方のガス入口９６Ｂは上記内管８０Ａと外管８０Ｂとの間の空間に連通されている。そして、上記ガス入口９６Ａ、９６Ｂには、それぞれガス通路９８Ａ、９８Ｂが接続されると共に、その途中にはマスフローコントローラのような流量制御器１００Ａ、１００Ｂが介設され、更に、この流量制御器１００Ａ、１００Ｂの上流側と下流側とにはそれぞれ開閉弁１０２Ａ、１０２Ｂが介設されている。これにより、処理ガスである成膜ガスを流量制御しつつ供給することができるようになっている。
【００３４】
ここでは、一方のガス通路９８ＡによりＴｉＣｌ４ ガスを供給し、他方のガス通路９８ＢによりＮＨ３ ガスを供給するようになっており、従って、内管８０Ａ内にはＴｉＣｌ４ ガスが流れ、内管８０Ａと外管８０Ｂとの間の空間にはＮＨ３ ガスが流れるようになっている。そして、上記回転軸８０の下端部に、上記複数のガス案内管８２の基端部が取り付け固定されている。ここでは４本のガス案内管８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄが９０度間隔で放射状に水平方向へ延びるようにして設けられている。そして、回転軸８０の中心に対して対称的に配置される一方の一対のガス案内管８２Ａ、８２Ｃの基端部は上記内管８０Ａ内に連通するようにして取り付け固定されて、これらのガス案内管８２Ａ、８２ＣにＴｉＣｌ４ ガスを流すようになっている。
【００３５】
また、他方の一対のガス案内管８２Ｂ、８２Ｄの基端部は上記内管８０Ａと外管８０Ｂとの間の空間に連通するようにして取り付け固定されて、これらのガス案内管８２Ａ、８２ＣにＮＨ３ ガスを流すようになっている。これらのガス案内管８２Ａ〜８２Ｄは、例えばＮｉ（ニッケル管）、ＳＵＳ（ステンレススチール管）等により形成することができる。
【００３６】
そして、これらのガス案内管８２Ａ〜８２Ｄの先端部に、上記ガス噴射ノズル部７８としてガス噴射ノズル部７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃ、７８Ｄがそれぞれ取り付けられている。各ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄには、下方に向けられて開口されたガス孔１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄがそれぞれ形成されており、下方に向けてＴｉＣｌ４ ガス、或いはＮＨ３ ガスを連続的に噴射できるようになっている。これにより、回転軸８０を回転することによってウエハＷ上にはガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｂが交互に連続的に回転しつつ通過することになる。すなわち、ガス案内管８２Ａ〜８２Ｄの回転方向に隣り合うガス案内管８２Ａ〜８２Ｄには、互いに異なるガス種の成膜ガス、すなわちＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとを流すようになっている。
【００３７】
この場合、図３に示すように、上記ウエハＷとガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄとの間の距離Ｈ１は、噴射されるガス流量や処理容器２４内の圧力にもよるが、このウエハＷの表面とガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄとの間に形成される空間の圧力が成膜に必要な圧力に局部的に達することかできるような距離に設定されている。この距離Ｈ１は、例えば０．５ｍｍ以下の範囲内である。
【００３８】
ここで上記回転軸８０の回転速度は、例えば５００ｒｐｍ程度であり、これに対して載置台２６を支持する支柱４２の回転速度は非常に遅く、例えば１０ｒｐｍ以下程度である。また先のシリンダ機構６６のロッド６６Ａのストロークは、半導体ウエハＷの半径の大きさ以上に設定されており、上記各ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄが、回転される半導体ウエハＷの少なくとも中心部と周辺部との間を移動できるようになっている。
【００３９】
そして、上記処理容器２４の側壁には、この処理容器２４内へパージガスを供給するパージガス導入手段１０６が設けられている。このパージガス導入手段１０６は、ガスノズル１０８と、これに接続されるガス通路１１０を有している。このガス通路１１０には、開閉弁１１２とマスフローコントローラのような流量制御器１１４が介設されており、必要に応じてパージガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。ここでパージガスとしてＮ２ ガスや希ガスのような不活性ガスを用いることができ、ここではＮ２ ガスが用いられている。尚、このパージガス導入手段１０６の取り付け位置は、容器側壁に限定されず、例えば容器天井部に設けてもよい。
【００４０】
また上記載置台２６の側部には、上記各ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄからのガス噴射量を抑制するための不活性ガスを噴射するガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段１１６が設けられている。具体的には、このガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段１１６は、図２にも示すように、上記ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄの下方であって、この回転軌跡に沿って設けられた円形リング状のガスヘッド１１８を有しており、このガスヘッド１１８は、例えば処理容器２４の側壁に支持アーム１２０により片持ち支持されている。上記ガスヘッド１１８の載置台２６側の一部は、上記支柱４２が水平方向へ移動した時に通過できるように切断されて端面は密閉されており、従って、ガスヘッド１１８の全体はアルファベットの”Ｃ”文字のように形成されている。
【００４１】
上記支持アーム１２０は、内部が中空になされてガス流路となっており、上記ガスヘッド１１８内に連通されている。そして、この中空状の支持アーム１２０には、ガス通路１２２が接続されており、このガス通路１２２には開閉弁１２４とマスフローコントローラのような流量制御器１２６が介設され、必要に応じて不活性ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。そして、上記ガスヘッド１１８の上面側には、水平面内を回転移動してくる上記ガス噴射ノズル部７８のガス孔１０４Ａ〜１０４Ｄに対向させるようにしてガス噴射孔１２８が、ガスヘッド１１８の周方向に沿って適宜な間隔でもって多数形成されている。
【００４２】
これにより、図４に示すように、上記ガス噴射孔１２８より不活性ガスを噴射することによって、その圧力で上記ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄより噴射される成膜ガスのガス噴射量を抑制するようになっている。図示例では、上記ガス噴射孔１２８は２列に形成されているが、この列数は特に限定されない。また、図１に示すように、このガスヘッド１１８の設置位置は、載置台２６の下面よりも低く設定し、載置台２６が水平方向へ移動した時に両者が干渉しないようにしている。ここで上記不活性ガスとしては、Ｎ２ ガスや希ガスを用いることができ、ここではＮ２ ガスが用いられている。尚、このガス噴射量抑制不活性ガス供給手段１１６に、上記パージガス導入手段１０６の機能も持たせるようにすれば上記パージガス導入手段１０６を設けなくてもよい。
【００４３】
そして、この処理装置２２の動作の全体は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１３０により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等の記憶媒体１３２に記憶されている。具体的には、この装置制御部１３０からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、ガス案内管８２の回転数の制御、支柱４２の回転数の制御、シリンダ機構６６のロッド６６Ａの制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００４４】
次に、以上のように構成された処理装置２２の動作について図５も参照して説明する。図５は半導体ウエハ上にガス噴射ノズル部が通過する時の成膜の状況を説明する図である。まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ３２、搬出入口３０を介して処理容器２４内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された昇降ピン３６に受け渡された後に、この昇降ピン３６を降下させることにより、ウエハＷを載置台２６の上面に載置してこれを支持する。
【００４５】
次に、支柱用回転モータ５０を駆動して支柱４２を矢印１４０に示すように回転させることによって、この支柱４２に連結されている載置台２６をウエハＷと共に回転させる。これと同時にヒータ電源５８をオン駆動して載置台２６に設けた加熱手段２８に通電してウエハＷを所定の温度に加熱して維持する。また、ガス供給手段７６の回転軸８０に連結された回転モータ８８も回転駆動させて回転軸８０を矢印１４２に示すように所定の回転速度で回転させることによって、この下端部に設けたガス案内管８２Ａ〜８２Ｄ及びこの先端に設けたガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄも一体的に回転移動させる。そして、処理容器２４内を図示しない真空ポンプにより真空排気しつつ圧力調整弁で所定のプロセス圧力に維持しておく。
【００４６】
このような状態でガス供給手段７６から成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ ガス及びＮＨ３ ガスを流量制御しつつ供給する。この場合、ＴｉＣｌ４ ガスは、ガス通路９８Ａから同軸構造の回転軸８０の内管８０Ａ内を流下し、この下端部より一対のガス案内管８２Ａ、８２Ｃをそれぞれ流れて先端に設けたガス噴射ノズル部７８Ａ、７８Ｃの各ガス孔１０４Ａ、１０４Ｃから下方に向けて連続的に噴射される。またＮＨ３ ガスは、ガス通路９８Ｂから同軸構造の回転軸８０の内管８０Ａと外管８０Ｂとの間の空間内を流下し、この下端部より他方の一対のガス案内管８２Ｂ、８２Ｄをそれぞれ流れて先端に設けたガス噴射ノズル部７８Ｂ、７８Ｄの各ガス孔１０４Ｂ、１０４Ｄから下方に向けて連続的に噴射される。
【００４７】
この場合、支柱４２の回転数は例えば１０ｒｐｍ以下程度であり、これに対してガス供給手段７６の回転軸８０の回転数は遥かに高くて例えば５００ｒｐｍである。従って、ウエハＷの上面に略同じ場所には、ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄが、上記各ガスを噴射しながら交互に通過することになる（図３及び図５参照）。すなわち、ＴｉＣｌ４ ガス→ＮＨ３ ガス→ＴｉＣｌ４ ガス→ＮＨ３ ガス…のように、異なるガス種が連続的にウエハＷ上の特定の場所に供給されることになる。
【００４８】
従って、図５（Ａ）に示すように、ＴｉＣｌ４ ガスを噴射するガス噴射ノズル部７８Ａ、７８Ｃがウエハ上を通過する時には、ウエハ上にＴｉＣｌ４ ガス分子１４４がウエハＷ上にそれぞれ付着（吸着）し、これに対して図５（Ｂ）に示すようにＮＨ３ ガスを噴射するガス噴射ノズル部７８Ｂ、７８Ｄがウエハ上を通過する時には、ＮＨ３ ガスが上記ウエハ上に付着しているＴｉＣｌ４ ガスと反応して極めて薄いＴｉＮ膜１４６が形成されることになる。そして、この図５（Ａ）に示す状態と図５（Ｂ）に示す状態とが交互に複数回に亘って繰り返し実現されることになる。
【００４９】
この場合、図３を参照して説明したように、ウエハＷの表面とガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄとの間の距離Ｈ１は、このウエハＷの表面とガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄとの間に形成される空間の圧力が、動圧効果によって成膜に必要な圧力に局部的に達することができるような距離に設定されているので、このウエハＷ上に効果的に上記ＴｉＮ膜を形成することができる。
【００５０】
そして、上述のような回転操作を行いながら、シリンダ機構６６のロッド６６Ａを出没させてスライド板４６をスライド移動させることにより、支柱４２と載置台２６とウエハＷとを一体的に矢印６８に示すように水平方向へ移動させる。これにより、各ウエハＷはガス供給手段７６の回転軸８０に対して接近、或いは離間するので各ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄは、少なくともウエハＷの半径全体に亘って移動することになり、ウエハＷの全面に上記ＴｉＮ膜１４６を形成することが可能となる。この場合、シリンダ機構６６により上記載置台２６を連続的に水平移動させるようにしてもよいし、或いはガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄの長さ分だけステップ状（間欠的に）に少しずつ水平移動させるようにしてもよい。また所望する膜厚のＴｉＮ膜が形成されるまで複数回に亘ってウエハＷを半径方向へ往復移動させるようにしてもよい。
【００５１】
通常、ＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスの各１回の供給で１０Å程度の膜厚のＴｉＮ膜が形成されることから、例えば１００００Åの膜厚のＴｉＮ膜を形成するには、回転軸８０の回転数を５００ｒｐｍとすると１回転で２層（２０Å）のＴｉＮ膜が形成されることになるので、回転軸８０を５００回（１分間）回転することにより、所望の厚さのＴｉＮ膜を形成することができることになる。尚、上記成膜中においては、必要に応じてパージガス導入手段１０６よりパージガスが導入されており、不要になった成膜ガスの排出を促進している。
【００５２】
また、各ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄからは、各ガスが連続的に噴射されていることから、これらがウエハＷの上面以外の外側の部分を通過する時には、成膜ガスが無駄に噴射されることになるが、ウエハＷ以外の領域ではガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段１１６のガスヘッド１１８が配置されており、このガス噴射孔１２８より、図４に示すようにＮ２ ガスが上方に向けて矢印１４８に示すように吹き付けられていることから、上空を通過するガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄのガス孔１０４Ａ〜１０４Ｄに上記吹き付けられたガスが当たり、この吹き付け圧力によってガス孔１０４Ａ〜１０４Ｄから放射される成膜ガス、すなわちＴｉＣｌ４ ガスやＮＨ３ ガスの放出量を抑制することができる。従って、ＴｉＣｌ４ ガスやＮＨ３ ガスを無駄に消費することなく有効利用することができる。
【００５３】
また、ここではパージガス導入手段１０６とガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段１１６とを設けたが、このガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段１１６に上記パージガス導入手段１０６の機能を兼ね備えるようにすれば、このパージガス導入手段１０６を不要にすることができる。また、ここでは、４本のガス案内管８２を設けたが、これに限定されず、２本以上であれば、何本のガス案内管を設けてもよい。
【００５４】
以上のように、本発明によれば、被処理体、例えば半導体ウエハＷに対して処理ガスにより成膜処理を施すための処理装置において、排気可能になされた処理容器２４と、被処理体を載置するための載置台２６と、被処理体を加熱するための加熱手段２８と、載置台２６の上方とその外側を通って回転移動することによって処理ガスを被処理体に向けて供給するガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄを有するガス供給手段７６と、載置台２６とガス供給手段７８の内のいずれか一方を移動させてガス供給手段と載置台とを相対的に接近及び離間させるように移動させる移動手段６４とを備えるようにし、ガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄを載置台２６に沿って回転移動させることによって開閉弁を用いることなく処理ガスを間欠的に被処理体の上方に供給させるようにしたので、高速で薄膜を連続的に堆積させることができ、これによって成膜速度を大きくしてスループットを向上させることができる。
【００５５】
＜第１の変形実施例＞
先に説明した実施例にあっては、半導体ウエハＷ上を通過するガス噴射ノズル部７８の高さ位置は特にコントロールしなかったが、図６に示すように、このガス噴射ノズル部７８の高さ位置をコントロールするようにしてもよい。図６は本発明の処理装置の第１の変形実施例におけるガス供給手段のガス噴射ノズル部の状態を示すブロック構成図である。尚、図１〜図５に示す構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
図６に示すように、ガス供給手段７６のガス案内管８２の基端部には、上記ガス案内管８２の高さを変化させるために、例えば圧電素子等よりなるガス案内管用アクチュエータ１５０が取り付けられており、また、上記ガス噴射ノズル部７８には、例えばレーザ光等を発して上記ガス噴射ノズル部７８とウエハＷの上面との間の距離Ｈ１を計測する距離センサ１５２が設けられている。
【００５７】
そして、上記距離センサ１５２の出力に基づいて上記アクチュエータ１５０を制御するために例えばコンピュータ等よりなる距離制御部１５４が設けられている。これにより、ガス供給手段７６が動作中は、上記距離センサ１５２によりこのガス噴射ノズル部７８とウエハＷの上面との間の距離Ｈ１が常に測定されており、その測定値が上記距離制御部１５４へ入力される。この結果に基づいて上記距離制御部１５４は、上記ガス案内管８２の基端部に設けたアクチュエータ１５０をフィードバック制御して上記ガス案内管８２の先端側を上げたり、或いは下げたりすることにより、上記距離Ｈ１を最適な動圧効果を発揮するように予め定められた最適値に維持することができる。
【００５８】
ここで上記距離センサ１５２及びアクチュエータ１５０は、全てのガス噴射ノズル部７８Ａ〜７８Ｄ及び全てのガス案内管８２Ａ〜８２Ｄに設けられている。また距離制御部１５４は、共通に用いるようにしてもよい。
【００５９】
＜第２の変形実施例＞
先の各実施例にあっては、成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスの２種類のガスを用いたが、膜種によっては３種以上のガス種を用いる場合もあり、その場合にはそのガス種の種類に応じてガス案内管を用いるようにすればよい。例えば、成膜ガスとしてＡガス、Ｂガス及びＣガスの３種類のガスを用いて、ＡガスとＣガスは、先に説明したＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスのように交互に供給し、ＢガスはＡガスと同時に供給するような場合には、図７に示す第２の変形実施形態のように構成すればよい。
【００６０】
図７は本発明の処理装置の第２の変形実施例におけるガス供給手段のガス案内管の状態を示す図である。図７においては、図１〜図６に示した構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付してその説明を省略する。ここでは、ガス供給手段７６の回転軸８０を、２軸ではなく、内管８０Ａと中管８０Ｃと外管８０Ｂとよりなる３軸の中空の同軸構造とし、内管８０Ａ内にＡガスを流し、中管８０Ｃ（内管８０Ａと中管８０Ｃとの間の空間）内にＢガスを流し、外管８０Ｂ（中管８０Ｃと外管８０Ｂとの間の空間）にＣガスを流すようにする。尚、上記”Ａ”、”Ｂ”、”Ｃ”は種類の異なる３種のガスを代表的に示す。
【００６１】
そして、Ａガスを流すガス案内管８２Ａ、８２Ｃに並べて、新たなガス案内管８２Ｘ、８２Ｙをそれぞれ設け、これらのガス案内管８２Ｘ、８２Ｙの基端部を上記中管８０Ｃ内に連通させて、このガス案内管８２Ｘ、８２ＹにＣガスを流すようにする。そして、上記ガス案内管８２Ｘ、８２Ｙの先端に、ガス孔１０４Ｘ、１０４Ｙが形成されたガス噴射ノズル部７８Ｘ、７８Ｙをそれぞれ設けるようにする。他の構成部分は、図１〜図６において説明した場合と同じである。
【００６２】
これによれば、ＡガスとＢガスとを交互に間欠的に流し、且つＣガスをＡガスと同時に供給することができる。このように必要とするガス種の種類に応じて回転軸８０の軸数やガス案内管の数を増加させるようにすればよい。
【００６３】
尚、上記各実施例では、不活性ガスやパージガスとしてＮ２ ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ＨｅガスやＡｒガス等の希ガスを用いてもよい。
また、載置台２６とガス供給手段７６を相対的に接近及び離間させる移動手段６４及びスライド板４６を、載置台２６側に設けるようにしたが、これに替えて、移動手段６４及びスライド板４６を天井部側に設けて上記ガス供給手段７６をスライド移動できる構造にしてもよい。この場合には、ガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段１１６も上記ガス供給手段７６と一体的にスライド移動できるように構成するのがよい。
【００６４】
また、ここではＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ＡＬＤ法を用いて成膜する膜種ならば、全て適用することができる。また、成膜時のプロセス圧力は、減圧雰囲気の場合のみならず、常圧の場合にも本発明を適用することができる。また、成膜に際してプラズマを用いる場合には、本発明の処理装置をプラズマを用いた処理装置にも適用することができる。
【００６５】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
２２  処理装置
２４  処理容器
２６  載置台
２８  加熱手段
６４  移動手段
７６  ガス供給手段
７８，７８Ａ〜７８Ｄ  ガス噴射ノズル部
８０  回転軸
８２，８２Ａ〜８２Ｄ  ガス案内管
１０６  パージガス導入手段
１１６  ガス噴射量抑制用不活性ガス供給手段
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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