(57)【要約】【課題】  複数の処理ガスを交互に供給する成膜において、被処理基板が処理される空間での処理ガスの流れを制御し、形成される薄膜の膜厚の均一性を良好とする。【解決手段】  被処理基板が保持され、当該被処理基板上に、第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが供給される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、前記第１の空間を排気する第１の排気手段と、前記第２の空間を排気する第２の排気手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法であって、前記第１の空間に前記第１の処理ガスを供給する第１の工程と、当該第１の処理ガスを前記第１の空間より排出する第２の工程と、前記第１の空間に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、当該第２の処理ガスを前記第１の空間から排出する第４の工程と、を有し、前記第２の空間の圧力が、当該第２の空間に供給される圧力調整ガスによって調整されることを特徴とする基板処理方法。【選択図】  図７
2006253410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が保持され、当該被処理基板上に、第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが供給される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、
前記第１の空間を排気する第１の排気手段と、
前記第２の空間を排気する第２の排気手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法であって、
前記第１の空間に前記第１の処理ガスを供給する第１の工程と、
当該第１の処理ガスを前記第１の空間より排出する第２の工程と、
前記第１の空間に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
当該第２の処理ガスを前記第１の空間から排出する第４の工程と、を有し、
前記第２の空間の圧力が、当該第２の空間に供給される圧力調整ガスによって調整されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記処理容器内には、前記被処理基板を保持する可動保持台が設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間の連通部は、前記可動保持台の周囲に形成されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第１の処理ガスは、前記第１の空間の圧力を調整する別の圧力調整ガスを含み、当該別の圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１の空間の圧力は、前記第１の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記第２の空間の圧力は、前記第２の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項１乃至５のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記第１の処理ガスは、金属元素を含む原料ガスを含み、前記第２の処理ガスは、当該原料ガスを酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記圧力調整ガスは、少なくとも前記第１の工程において前記第２の空間に供給されていることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。
【請求項９】
被処理基板が保持され、当該被処理基板上に、第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが供給される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、
前記第１の空間を排気する第１の排気手段と、
前記第２の空間を排気する第２の排気手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法を実行させるプログラムを記憶した記録媒体であって、
前記基板処理方法は、
前記第１の空間に前記第１の処理ガスを供給する第１の工程と、
当該第１の処理ガスを前記第１の空間より排出する第２の工程と、
前記第１の空間に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
当該第２の処理ガスを前記第１の空間から排出する第４の工程と、を有し、
前記第２の空間の圧力が、当該第２の空間に供給される圧力調整ガスによって調整されることを特徴とする記録媒体。
【請求項１０】
前記処理容器内には、前記被処理基板を保持する可動保持台が設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間の連通部は、前記可動保持台の周囲に形成されることを特徴とする請求項９記載の記録媒体。
【請求項１１】
前記圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項９または１０記載の記録媒体。
【請求項１２】
前記第１の処理ガスは、前記第１の空間の圧力を調整する別の圧力調整ガスを含み、当該別の圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項９または１０記載の記録媒体。
【請求項１３】
前記第１の空間の圧力は、前記第１の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項９乃至１２のうち、いずれか１項記載の記録媒体。
【請求項１４】
前記第２の空間の圧力は、前記第２の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項９乃至１３のうち、いずれか１項記載の記録媒体。
【請求項１５】
前記第１の処理ガスは、金属元素を含む原料ガスを含み、前記第２の処理ガスは、当該原料ガスを酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項９乃至１４のうち、いずれか１項記載の記録媒体。
【請求項１６】
前記圧力調整ガスは、少なくとも前記第１の工程において前記第２の空間に供給されていることを特徴とする請求項１５記載の記録媒体。
【請求項１７】
被処理基板が保持される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、
前記第１の空間に処理ガスを供給する、前記被処理基板を挟んで対向する１対の処理ガス供給手段と、
前記処理ガスを排気する、前記被処理基板を挟んで対向する１対の処理ガス排気手段と、を有し、
前記第２の空間に、当該第２の空間の圧力を調整する圧力調整ガスを供給する圧力調整ガス供給手段と
前記第２の空間を排気する圧力調整ガス排気手段と、を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１８】
前記処理容器内には、前記被処理基板を保持する可動保持台が設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間の連通部は、前記可動保持台の周囲に形成されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１９】
前記連通部に、当該連通部のコンダクタンスを調整するコンダクタンス調整リングが設置されていることを特徴とする請求項１８記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特に誘電体膜あるいは金属膜の気相堆積技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置製造技術の分野においては、被処理基板表面にＭＯＣＶＤ法により高品質の金属膜や絶縁膜、あるいは半導体膜を形成することが一般に行われている。
【０００３】
一方最近では、特に超微細化半導体素子のゲート絶縁膜の形成に関連して、被処理基板の表面に高誘電体膜（いわゆるhigh-K誘電体膜）を、一原子層ずつ積層することにより形成する、原子層堆積（ＡＬＤ）技術が研究されている。
【０００４】
ＡＬＤ法では被処理基板を含むプロセス空間に、high-K誘電体膜を構成する金属元素を含む金属化合物分子を、気相原料ガス（原料ガス）の形で供給し、被処理基板表面に金属化合物分子を約１分子層化学吸着させる。さらに前記プロセス空間から気相原料ガスをパージした後、Ｈ2Ｏなどの酸化剤（酸化ガス）を供給することにより前記被処理基板表面に吸着していた金属化合物分子を分解し、約１分子層の金属酸化物膜を形成する。
【０００５】
さらに前記プロセス空間から酸化剤をパージした後、上記の工程を繰り返すことにより、所望の厚さの金属酸化膜、すなわちhigh-K誘電体膜を形成する。
【０００６】
ＡＬＤ法はこのように被処理基板表面への原料化合物分子の化学吸着を利用しており、特にステップカバレッジに優れている特徴を有している。また、２００〜３００℃、あるいはそれ以下の温度で良質な膜を形成することができる。このため、ＡＬＤ法は超高速トランジスタのゲート絶縁膜のみならず、複雑な形状の下地上に誘電体膜を形成することが要求されるＤＲＡＭのメモリセルキャパシタの製造においても有効な技術であると考えられる。
【０００７】
図１は、従来提案されているＡＬＤ法を用いた成膜を実施可能な基板処理装置の一例である、基板処理装置１００を模式的に示した断面図である。
【０００８】
図１を参照するに、基板処理装置１００は、アルミニウム合金よりなる外側容器１１１Ｂと、当該外側容器１１１Ｂの開口された部分を覆うように設置されたカバープレート１１１Ａとを含む処理容器１１１を有し、当該外側容器１１１Ｂと前記カバープレート１１１Ａとにより画成される空間には、例えば石英よりなる反応容器１１２が設けられ、当該反応容器１１２内部にプロセス空間Ａ１０が画成される。また、前記反応容器１１２は、上部容器１１２Ａと、下部容器１１２Ｂが組み合わされた構造を有している。
【０００９】
さらに前記プロセス空間Ａ１０の下端部は、被処理基板Ｗ１０を保持する保持台１１３により画成されており、当該保持台１１３には、前記被処理基板Ｗ１０を囲むように石英ガラスよりなるガードリング１１４が設置され、さらに当該保持台１１３は前記外側容器１１１Ｂから下方に延在し、また図示を省略する基板搬送口が設けられた前記外側容器１１１Ｂの内部を、上端位置と下端位置との間で上下に昇降可能に設けられている。前記保持台１１３は、上端位置において前記反応容器１１２と共に、前記プロセス空間Ａ１０を画成する。また、前記保持台１１３が下端位置に移動することにより、処理容器に設けられた図示を省略するゲートバルブから、前記被処理基板Ｗ１０の処理容器内への搬入や、前記被処理基板Ｗ１０の処理容器内からの搬出を行うことが可能な構造になっている。
【００１０】
また、前記保持台１１３は、軸受部１２１中に磁気シール１２２により保持された回動軸１２０により回動自在に、また上下動自在に保持されており、前記回動軸１２０が上下動する空間は、ベローズ１１９等の隔壁により密閉されている。
【００１１】
前記基板処理装置１００では、前記プロセス空間Ａ１０の両端部に、被処理基板を挟んで対向するように、当該プロセス空間Ａ１０内を排気するための、排気口１１５Ａおよび排気口１１５Ｂが設けられている。前記排気口１１５Ａおよび１１５Ｂには、排気管１５６Ａおよび１５６Ｂにそれぞれ連通した高速ロータリバルブ１１７Ａおよび１１７Ｂが設けられている。また、前記プロセス空間Ａ１０の両端部には、前記高速ロータリバルブ１１７Ａあるいは１１７Ｂへのガス流路を整流するようにバーズビーク状（鳥のくちばし状）に整形された処理ガスノズル１１６Ａおよび１１６Ｂが、それぞれ前記高速ロータリバルブ１１７Ｂおよび１１７Ａに対向するように、また前記被処理基板を挟んで対向するように設けられている。
【００１２】
前記処理ガスノズル１１６Ａは、切り替えバルブ１５２Ａを介してガスライン１５４Ａ、パージライン１５５Ａ，およびガス排気ライン１５３Ａに接続されており、同様に、前記処理ガスノズル１１６Ｂは、切り替えバルブ１５２Ｂを介してガスライン１５４Ｂ、パージライン１５５Ｂ，およびガス排気ライン１５３Ｂに接続されている。
【００１３】
例えば、前記処理ガスノズル１１６Ａからは、前記ガスライン１５４Ａから供給される第１の処理ガスや、前記パージライン１５５Ａから供給されるパージガスが、前記切り替えバルブ１５２Ａを介して前記プロセス空間Ａ１０に導入される。また、前記ガスライン１５４Ａから供給される第１の処理ガス、または前記パージライン１５５Ａから供給されるパージガスは、前記切り替えバルブ１５２Ａによって前記ガス排気ライン１５３Ａより排気されるようにすることも可能である。
【００１４】
同様に、前記処理ガスノズル１１６Ｂからは、前記ガスライン１５４Ｂから供給される第２の処理ガスや前記パージガスライン１５５Ｂから供給されるパージガスが、前記切り替えバルブ１５２Ｂを介して前記プロセス空間Ａ１０に導入される。また、前記ガスライン１５４Ｂから供給される第２の処理ガス、または前記パージガスライン１５５Ｂから供給されるパージガスは、前記切り替えバルブ１５２Ｂによって前記ガス排気ライン１５３Ｂより排気されるようにすることも可能である。
【００１５】
前記処理ガスノズル１１６Ａから導入された第１の処理ガス（原料ガス）は、前記反応容器１１２内の前記プロセス空間Ａ１０を、前記被処理基板Ｗ１０の表面に沿って流れ、対向する排気口１１５Ｂから前記高速ロータリバルブ１１７Ｂを介して排気される。同様に前記処理ガスノズル１１６Ｂから導入された第２の処理ガス（酸化ガス）は、前記反応容器１１２内の前記プロセス空間Ａ１０を、前記被処理基板Ｗ１０の表面に沿って流れ、対向する排気口１１５Ａから前記高速ロータリバルブ１１７Ａを介して排気される。
【００１６】
このように第１および第２の処理ガスを交互に前記処理ガスノズル１１６Ａから排気口１１５Ｂへと、あるいは前記処理ガスノズル１１６Ｂから排気口１１５Ａへと流すことにより、原子層を基本単位とする膜形成が可能になる。
【００１７】
上記のＡＬＤ法では、被処理基板に対する原料分子の吸着飽和量で、被処理基板に形成される膜の均一性が実質的に決まるため、一般的に従来のＣＶＤ法に比べて膜厚・膜質などの被処理基板の面内での均一性が優れるという利点を有している。
【特許文献１】特開２００４−６７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、一方では、ＡＬＤ法においては、処理容器内に原料ガスとその酸化ガスを効率よく供給し、また効率よく排出（パージ）することが技術的な課題であった。例えば、ＡＬＤ法では、原料ガスの供給、排出（パージ）と、酸化ガスの供給、排出（パージ）を短い時間で効率よく繰り返すことが困難であり、ＡＬＤ法の生産性を向上させる上でこれらのサイクルの時間を短縮することが課題となっていた。
【００１９】
特に、処理容器内に残留または吸着した原料ガスを完全に処理容器内から排出するのは困難であり、例えば、パージガスを増量した場合であっても、原料ガスの排出の高効率化には限界があった。
【００２０】
そこで、原料ガスが流れる空間を極小化し、原料ガスの残留・吸着量を極小化するため、上記の基板処理装置１００のように、処理容器内を、いわゆる二重空間構造に構成する方法が広く採用されている。
【００２１】
上記の基板処理装置１００では、処理容器１１１内の空間には、石英よりなる反応容器１１２が設置され、内部にプロセス空間Ａ１０が画成される二重空間構造になっている。
【００２２】
このため、原料ガスが流れる空間（プロセス空間）の体積が、処理容器内部全体の体積に対して極小化され、プロセス空間に原料ガスが供給されるための時間、またはプロセス空間より原料ガスを排出するための時間を短くすることを可能としており、特に原料ガスの排出（パージ）の時間を短くする効果を奏している。
【００２３】
例えば、上記のような二重空間構造とせず、処理容器内部の空間自体の極小化を考えた場合、被処理基板を処理容器内に搬入すること、または被処理基板を処理容器より搬出することが可能な構造とすることが困難となる問題がある。さらに、処理容器内部の空間に原料ガスや酸化ガスを供給する構造または排出する構造をレイアウトする上で制限が多くなる問題があった。
【００２４】
そのため、上記の基板処理装置１００では、処理容器内に、内部にプロセス空間Ａ１０が画成される反応容器１１２を設置して二重空間構造とするとともに、当該プロセス空間Ａ１０を画成する一部となる保持台が、被処理基板を搬送・搬出する場合には下降して下端位置へと可動する構造になっている。
【００２５】
しかし、このような構造とした場合、前記保持台１１３の周囲部と、前記反応容器１１２の開口部の間には隙間が形成されてしまうことになる。この場合、プロセス空間Ａ１０と、当該プロセス空間Ａ１０の外側の空間（外側空間Ａ２０）は、当該隙間によって連通する構造となる。
【００２６】
そのため、上記の基板処理装置１００を用いたＡＬＤ法による成膜を行う場合、前記プロセス空間Ａ１０と前記外側空間Ａ２０との間の圧力差が増大した場合には、前記プロセス空間Ａ１０に供給される原料ガス（処理ガス）の挙動により、例えば形成される薄膜の均一性などの品質に影響を及ぼす場合があった。
【００２７】
ＡＬＤ法を用いた成膜の場合、上記のように、前記プロセス空間Ａ１０において、１）第１の処理ガス（原料ガス）を供給する工程、２）当該第１の処理ガスを排出する工程、３）第２の処理ガス（酸化ガス）を供給する工程、４）第２の処理ガスを排出する工程、を繰り返して実施することになり、当該プロセス空間Ａ１０の圧力が変動し、当該プロセス空間Ａ１０と前記外側空間Ａ２０の圧力差が大きくなる場合がある。
【００２８】
この場合、当該プロセス空間Ａ１０から当該外側空間Ａ２０へ向かう処理ガスの流れ、または、当該外側空間Ａ２０から当該プロセス空間Ａ１０に向かう処理ガスの流れが生じ、成膜に影響を与える場合が懸念された。
【００２９】
この場合、ガスの流れに対応して、例えば成膜速度分布の悪化がおこることが考えられ、このために形成される膜厚の均一性や、または膜質の均一性が悪化する懸念があった。
【００３０】
図２は、図１に示した基板処理装置１００の、Ｘ−Ｘ断面図の一部を拡大したものである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
図２を参照するに、前記プロセス空間Ａ１０と前記外側空間Ａ２０は、例えば、前記保持台１１３の周囲の隙間で連通している。具体的には、前記保持台１１３に載置された被処理基板の周囲に設置された前記ガードリング１１４と、前記下部容器１１２Ｂの開口部との間に形成される隙間を介して、前記プロセス空間Ａ１０と前記外側空間Ａ２０が連通している構造になっている。
【００３２】
例えば、前記プロセス空間Ａ１０に供給された処理ガスは、当該隙間を介して前記外側空間Ａ２０側に排出される場合があり、また一方で一端排出された処理ガスが前記プロセス空間Ａ１０側に逆流して流入し、被処理基板への成膜に影響を与える場合があった。
【００３３】
この場合、被処理基板に形成される薄膜の膜厚の均一性の悪化、または膜質の均一性の悪化が懸念される。また、例えば前記外側空間Ａ２０側への壁面への付着物の形成などの影響が考えられる。
【００３４】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な基板処理方法、当該基板処理方法を実行させるプログラムを記憶した記録媒体、および基板処理装置を提供することを目的としている。
【００３５】
本発明の具体的な課題は、複数の処理ガスを交互に供給する成膜において、被処理基板が処理される空間での処理ガスの流れを制御し、形成される薄膜の膜厚の均一性を良好とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明では上記の課題を、請求項１に記載したように、
被処理基板が保持され、当該被処理基板上に、第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが供給される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、
前記第１の空間を排気する第１の排気手段と、
前記第２の空間を排気する第２の排気手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法であって、
前記第１の空間に前記第１の処理ガスを供給する第１の工程と、
当該第１の処理ガスを前記第１の空間より排出する第２の工程と、
前記第１の空間に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
当該第２の処理ガスを前記第１の空間から排出する第４の工程と、を有し、
前記第２の空間の圧力が、当該第２の空間に供給される圧力調整ガスによって調整されることを特徴とする基板処理方法により、または、
請求項２に記載したように、
前記処理容器内には、前記被処理基板を保持する可動保持台が設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間の連通部は、前記可動保持台の周囲に形成されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法により、または、
請求項３に記載したように、
前記圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法により、または、
請求項４に記載したように、
前記第１の処理ガスは、前記第１の空間の圧力を調整する別の圧力調整ガスを含み、当該別の圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法により、または、
請求項５に記載したように、
前記第１の空間の圧力は、前記第１の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、または、
請求項６に記載したように、
前記第２の空間の圧力は、前記第２の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項１乃至５のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、または、
請求項７に記載したように、
前記第１の処理ガスは、金属元素を含む原料ガスを含み、前記第２の処理ガスは、当該原料ガスを酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、または、
請求項８に記載したように、
前記圧力調整ガスは、少なくとも前記第１の工程において前記第２の空間に供給されていることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法により、または、
請求項９に記載したように、
被処理基板が保持され、当該被処理基板上に、第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが供給される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、
前記第１の空間を排気する第１の排気手段と、
前記第２の空間を排気する第２の排気手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法を実行させるプログラムを記憶した記録媒体であって、
前記基板処理方法は、
前記第１の空間に前記第１の処理ガスを供給する第１の工程と、
当該第１の処理ガスを前記第１の空間より排出する第２の工程と、
前記第１の空間に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
当該第２の処理ガスを前記第１の空間から排出する第４の工程と、を有し、
前記第２の空間の圧力が、当該第２の空間に供給される圧力調整ガスによって調整されることを特徴とする記録媒体により、または、
請求項１０に記載したように、
前記処理容器内には、前記被処理基板を保持する可動保持台が設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間の連通部は、前記可動保持台の周囲に形成されることを特徴とする請求項９記載の記録媒体により、または、
請求項１１に記載したように、
前記圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項９または１０記載の記録媒体により、または、
請求項１２に記載したように、
前記第１の処理ガスは、前記第１の空間の圧力を調整する別の圧力調整ガスを含み、当該別の圧力調整ガスの流量は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力が実質的に同一となる流量とされることを特徴とする請求項９または１０記載の記録媒体により、または
請求項１３に記載したように、
前記第１の空間の圧力は、前記第１の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項９乃至１２のうち、いずれか１項記載の記録媒体により、または、
請求項１４に記載したように、
前記第２の空間の圧力は、前記第２の排気手段に接続された可変コンダクタンスにより制御されることを特徴とする請求項９乃至１３のうち、いずれか１項記載の記録媒体により、または、
請求項１５に記載したように、
前記第１の処理ガスは、金属元素を含む原料ガスを含み、前記第２の処理ガスは、当該原料ガスを酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項９乃至１４のうち、いずれか１項記載の記録媒体により、または
請求項１７に記載したように、
被処理基板が保持される第１の空間と、当該第１の空間の周囲に画成され、当該第１の空間と連通する第２の空間とを内部に有する処理容器と、
前記第１の空間に処理ガスを供給する、前記被処理基板を挟んで対向する１対の処理ガス供給手段と、
前記処理ガスを排気する、前記被処理基板を挟んで対向する１対の処理ガス排気手段と、を有し、
前記第２の空間に、当該第２の空間の圧力を調整する圧力調整ガスを供給する圧力調整ガス供給手段と
前記第２の空間を排気する圧力調整ガス排気手段と、を有することを特徴とする基板処理装置により、また、
請求項１８に記載したように、
前記処理容器内には、前記被処理基板を保持する可動保持台が設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間の連通部は、前記可動保持台の周囲に形成されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置により、また、
請求項１９に記載したように、
前記連通部に、当該連通部のコンダクタンスを調整するコンダクタンス調整リングが設置されていることを特徴とする請求項１８記載の基板処理装置により、解決する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、複数の処理ガスを交互に供給する成膜において、被処理基板が処理される空間での処理ガスの流れを制御し、形成される薄膜の膜厚の均一性を良好とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明の実施の形態に関して、図面に基づき、以下に説明する。
【実施例１】
【００３９】
図３は、本発明の実施例１による、ＡＬＤ法を用いた成膜を実施可能な基板処理装置の一例である、基板処理装置１０を模式的に示した断面図である。
【００４０】
図３を参照するに、基板処理装置１０は、アルミニウム合金よりなる外側容器１１Ｂと、当該外側容器１１Ｂの開口された部分を覆うように設置されたカバープレート１１Ａとを含む処理容器１１を有し、当該外側容器１１Ｂと前記カバープレート１１Ａとにより画成される空間には、例えば石英よりなる反応容器１２が設けられ、当該反応容器１２内部にプロセス空間Ａ１が画成される。また、前記反応容器１２は、上部容器１２Ａと、下部容器１２Ｂが組み合わされた構造を有している。
【００４１】
この場合、前記処理容器１１の内部の空間は、前記反応容器１２の内部に画成されるプロセス空間Ａ１と、当該プロセス空間Ａ１の周囲の空間であり、例えば当該反応容器１２と前記処理容器１１の内壁の間の隙間を含む空間である、外側空間Ａ２とに、実質的に分離されていている。
【００４２】
また、前記プロセス空間Ａ１の下端部は、被処理基板Ｗ１を保持する保持台１３により画成されており、当該保持台１３には、前記被処理基板Ｗ１を囲むように石英ガラスよりなるガードリング１４が設置されている。また、前記保持台１３は前記外側容器１１Ｂから下方に延在し、また図示を省略する基板搬送口が設けられた前記外側容器１１Ｂの内部を、上端位置と下端位置との間で上下に昇降可能に設けられている。前記保持台１３は、上端位置において前記反応容器１２と共に、前記プロセス空間Ａ１を画成する。すなわち、前記反応容器１２の、前記下部容器１２Ｂには、略円形の開口部が形成されており、前記保持台１３が上端位置に移動した場合に、当該開口部が当該保持台１３によって覆われる位置となるように構成されている。この場合、前記下部容器１１Ｂの底面と、前記被処理基板Ｗ１の表面が、実質的に同一平面を形成する位置関係となる。
【００４３】
前記保持台１３は、軸受部２１中に磁気シール２２により保持された回動軸２０により回動自在に、また上下動自在に保持されており、前記回動軸２０が上下動する空間は、ベローズ１９等の隔壁により密閉されている。
【００４４】
図３に示す状態は、前記プロセス空間Ａ１が画成され、保持台１３上の被処理基板Ｗ１に成膜を行う場合の状態を示した図であるが、例えば図４に示す状態は、前記保持台１３が下端位置に下降した状態であり、被処理基板が、前記外側容器１１Ｂに形成された、図示を省略する基板搬送口に対応する高さに位置している。この状態で、例えば図示を省略するリフタピンなどの被処理基板を保持する機構を駆動することにより、被処理基板の出し入れが可能になる。
【００４５】
また、前記カバープレート１１Ａは中央部が肉厚の構成となっており、このため、前記外側容器１１Ｂとカバープレート１１Ａとにより画成される空間に対応して設置される前記反応容器１２内部に画成される前記プロセス空間Ａ１は、前記保持台１３が上端位置まで上昇した状態において被処理基板Ｗ１が位置している中央部において高さ、すなわち容積が減少し、また両端部において徐々に高さが増大する構成を有するのがわかる。
【００４６】
前記基板処理装置１０では、前記プロセス空間Ａ１の両端部に、被処理基板を挟んで対向するように、当該プロセス空間Ａ１内を排気するための、排気口１５Ａおよび排気口１５Ｂが設けられている。前記排気口１５Ａおよび１５Ｂには、排気管５６Ａおよび５６Ｂにそれぞれ連通した高速ロータリバルブ１７Ａおよび１７Ｂが設けられている。
【００４７】
また、前記プロセス空間Ａ１の両端部には、前記高速ロータリバルブ１７Ａあるいは１７Ｂへのガス流路を整流するようにバーズビーク状（鳥のくちばし状）に整形された処理ガスノズル１６Ａおよび１６Ｂが、それぞれ前記高速ロータリバルブ１７Ｂおよび１７Ａに対向するように、また当該処理ガスノズル１６Ａおよび１６Ｂが前記被処理基板を挟んで対向するように設けられている。
【００４８】
前記処理ガスノズル１６Ａは、切り替えバルブ５２Ａを介してガスライン５４Ａ、パージライン５５Ａ，およびガス排気ライン５３Ａに接続されており、同様に、前記処理ガスノズル１６Ｂは、切り替えバルブ５２Ｂを介してガスライン５４Ｂ、パージライン５５Ｂ，およびガス排気ライン５３Ｂに接続されている。
【００４９】
例えば、前記処理ガスノズル１６Ａからは、前記ガスライン５４Ａから供給される第１の処理ガや前記パージライン５５Ａから供給されるパージガスが、前記切り替えバルブ５２Ａを介して前記プロセス空間Ａ１に導入される。また、前記ガスライン５４Ａから供給される第１の処理ガスや前記パージライン５５Ａから供給されるパージガスは、前記切り替えバルブ５２Ａを介して前記ガス排気ライン５３Ａより排気されるようにすることも可能である。
【００５０】
同様に、前記処理ガスノズル１６Ｂからは、前記ガスライン５４Ｂから供給される第２の処理ガスや前記パージガスライン５５Ｂから供給されるパージガスが、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記プロセス空間Ａ１に導入される。また、前記ガスライン５４Ｂから供給される第２の処理ガスや前記パージガスライン５５Ｂから供給されるパージガスは、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記ガス排気ライン５３Ｂより排気されるようにすることも可能である。
【００５１】
前記処理ガスノズル１６Ａから導入された第１の処理ガスは、前記反応容器１２内の前記プロセス空間Ａ１を、前記被処理基板Ｗ１の表面に沿って流れ、対向する排気口１５Ｂから前記高速ロータリバルブ１７Ｂを介して排気される。同様に前記処理ガスノズル１６Ｂから導入された第２の処理ガスは、前記反応容器１２内の前記プロセス空間Ａ１を、前記被処理基板Ｗ１の表面に沿って流れ、対向する排気口１５Ａから前記高速ロータリバルブ１７Ａを介して排気される。
【００５２】
このように第１および第２の処理ガスを交互に前記処理ガスノズル１６Ａから排気口１５Ｂへと、あるいは前記処理ガスノズル１６Ｂから排気口１５Ａへと流すことにより、原子層を基本単位とする膜形成が可能になる。この場合、前記プロセス空間Ａ１に第１の処理ガスを供給してから次に第２の処理ガスを供給するまでの間には、当該プロセス空間Ａ１内より第１の処理ガスを排出するための処理、例えばパージガスを導入するパージ工程や、または、当該プロセス空間を真空排気するための排気工程を有するようにすることが好ましい。同様に、前記プロセス空間Ａ１に第２の処理ガスを供給してから次に第１の処理ガスを供給するまでの間には、当該プロセス空間Ａ１内より第２の処理ガスを排出するための処理、例えばパージガスを導入するパージ工程や、または、当該プロセス空間を真空排気するための排気工程を有するようにすることが好ましい。
【００５３】
例えば、第１の処理ガスとして、ＨｆまたはＺｒなどの金属元素を有するガスを含むガスを用いて、第２の処理ガスとしてＯ３，Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、など、金属元素を含むガスを酸化する酸化ガスを含むガスを用いることで、被処理基板上に、高誘電体である金属酸化物、またはこれらの化合物を形成することが可能となる。
【００５４】
しかし、従来は、上記の成膜を実施した場合に、前記プロセス空間Ａ１から前記外側空間Ａ２へと処理ガスが流出する場合や、さらに流出した処理ガスが逆流する場合があり、成膜に影響を与える場合があった。
【００５５】
そこで、本実施例では、以下に示す構造を設け、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２の圧力差を制御し、そのために処理ガスの流れを制御して、安定で膜厚・膜質の均一性のよい成膜を可能としている。
【００５６】
本実施例による基板処理装置の場合、例えば、前記外側空間Ａ２に圧力調整ガスを導入するため、前記外側空間Ａ２に連通する圧力調整ガス導入ラインと、当該圧力調整ガスを排気するための排気手段が接続された前記外側空間Ａ２に連通する排気ラインが設置されている。
【００５７】
例えば、前記カバープレート１１Ａには、前記外側空間Ａ２に圧力調整ガスを導入するための圧力調整ガス導入ライン１１ｈが形成され、当該圧力調整ガス導入ライン１１ｈは、圧力調整ガスライン５６に接続されている。
【００５８】
さらに、前記外側空間Ａ２を排気するための排気ライン５７が、例えば前記外側容器１１Ｂの、例えば底面側に接続され、当該排気ライン５７は、本図では図示を省略する、例えば真空ポンプなどの排気手段に接続されている。
【００５９】
このように、本実施例による基板処理装置１０では、前記外側空間Ａ２に圧力調整ガスが供給される構造とされたことで、前記外側空間Ａ２と前記プロセス空間Ａ１の圧力差が抑制され、前記プロセス空間Ａ１に供給された処理ガスが前記外側空間Ａ２に流出する量が抑制されている。
【００６０】
図５は、図３に示した基板処理装置１０の、Ｙ−Ｙ断面図の一部を拡大したものである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
図５を参照するに、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２は、例えば、前記保持台１３の周囲の隙間で連通している。具体的には、前記保持台１３に載置された被処理基板Ｗ１の周囲に設置された前記ガードリング１４と、前記下部容器１２Ａの開口部との間に形成される隙間を介して、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２が連通している構造になっている。
【００６２】
本実施例による基板処理装置の場合、前記プロセス空間Ａ１と外側空間Ａ２の圧力差が抑制されるため、例えば、前記プロセス空間Ａ１に供給された処理ガスが、当該隙間を介して前記外側空間Ａ２側に排出される量が抑制される。
【００６３】
例えば、前記外側空間Ａ２０の圧力は、前記プロセス空間Ａ１０の圧力と同一とされることが好ましい。しかし、この場合、前記外側空間Ａ２０の圧力と前記プロセス空間Ａ１０の圧力が厳密な意味で同一とされることまでは必ずしも必要とされない。
【００６４】
例えば、前記プロセス空間Ａ１０の圧力と前記外側空間Ａ２０の圧力差は、当該圧力差が実質的に成膜に影響しない程度（成膜された膜の面内均一性を悪化させない程度）の範囲にされることが好ましい。以下文中では、前記プロセス空間Ａ１０の圧力と前記外側空間Ａ２０の圧力の圧力差が上記の範囲である場合に、前記プロセス空間Ａ１０の圧力と前記外側空間Ａ２０の圧力が実質的に同一であると表記する。
【００６５】
また一方で、前記外側空間Ａ２は、前記排気ライン５７を介して排気されている。この場合、前記外側空間Ａ２に供給され圧力調整ガスは、前記カバープレート１１Ａと前記上部容器１２Ａとの間から、前記下部容器１２Ｂと前記外側容器１１Ｂの間、さらに前記ガードリング１４と前記外側容器１１Ｂの間を介して流れ、前記排気ライン５７より排出されるようになっている。また、仮に前記プロセス空間Ａ１より処理ガスが流出したとしても、当該処理ガスは、上記の圧力調整ガスの流れに乗って前記排気ライン５７より排出される。このため、被処理基板に形成される薄膜の膜厚の均一性が悪化することを抑制し、または膜質の均一性が悪化することを抑制することガ可能となり、安定で高品質な成膜を行う事が可能となっている。
【００６６】
また、前記プロセス空間Ａ１より前記外側空間Ａ２に流出した処理ガスは、圧力調整ガスにより速やかに希釈されるため、前記外側空間Ａ２で堆積物などが形成される影響を抑制することが可能となる効果も奏する。
【００６７】
次に、前記基板処理装置１０の全体の概略について、図６を用いて説明する。
【００６８】
図６は、図３〜図４に示した基板処理装置１０の全体の概略を模式的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、本図においては、図３〜図４の記載を一部省略し、また一部簡素化して表示している。
【００６９】
図６を参照するに、前記処理ガスノズル１６Ａに接続された前記切り替えバルブ５２Ａには、前記ガスライン５４Ａが接続され、さらに前記ガスライン５４Ａには、バルブ７５Ａを介して、前記プロセス空間Ａ１に、第１の処理ガスを供給するための処理ガス供給手段１０ａが接続されている。また、前記切り替えバルブ５２Ａには、前記プロセス空間Ａ１にパージガスを供給するためのパージライン５５Ａが接続されている。前記切り替えバルブ５２Ａは、第１の処理ガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または前記切り替えバルブ５２Ａに接続された前記排気ライン５３Ａを介して排気されるように接続を切り替えることが可能であり、また、パージガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または記排気ライン５３Ａを介して排気されるように接続を切り替えることが可能である。
【００７０】
一方、同様に、前記処理ガスノズル１６Ｂに接続された前記切り替えバルブ５２Ｂには、前記ガスライン５４Ｂが接続され、さらに前記ガスライン５４Ｂには、バルブ７５Ｂを介して、前記プロセス空間Ａ１に、第２の処理ガスを供給するための処理ガス供給手段１０ｂが接続されている。また、前記切り替えバルブ５２Ｂには、前記プロセス空間Ａ１にパージガスを供給するためのパージライン５５Ｂが接続されている。前記切り替えバルブ５２Ｂは、第２の処理ガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または前記切り替えバルブ５２Ｂに接続された前記排気ライン５３Ｂを介して排気されるように接続を切り替えることが可能であり、また、パージガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または記排気ライン５３Ｂを介して排気されるように接続を切り替えることが可能である。
【００７１】
また、前記排気ライン５３Ａ、５３Ｂは、トラップ７０に接続され、さらにトラップ７０は、例えば真空ポンプなどの排気手段７１によって排気される構造になっている。
【００７２】
次に、前記処理ガス供給手段１０ａについてみると、当該処理ガス供給手段１０ａは、前記バルブ７５Ａに接続された、液体原料を気化する気化器６２を有しており、当該気化器６２には、液体原料を供給する原料ライン５８Ａと、当該気化器６２にキャリアガスを供給するガスライン６４Ａが接続されている。
【００７３】
前記原料ライン５８Ａには、例えば常温で液体である原料６１ａが保持される原料容器６１Ａが接続され、バルブ６０Ａを開放することで、液体流量コントローラ５９Ａにより流量が制御された前記原料６１ａが、前記気化器６２に供給され、気化される構造になっている。この場合、前記原料容器６１Ａに接続されたガスライン６３より、たとえばＨｅなどの不活性ガスを供給して原料６１ａを押圧し、供給するようにしてもよい。
【００７４】
また、前記ガスライン６４Ａには、バルブ６６Ａと質量流量コントローラ６５Ａが付されており、前記バルブ６６Ａを開放することで、流量が制御されたキャリアガスが前記気化器６２に供給される。
【００７５】
前記気化器６２で気化された前記原料６１ａは、キャリアガスと共に第１の処理ガスを構成し、前記バルブ７５Ａを開放することで前記ガスライン５４Ａに供給され、前記切り替えバルブ５２Ａによって、前記プロセス空間Ａ１に供給されるか、または前記排気ライン５３Ａによって排気される。
【００７６】
また、必要に応じて、前記バルブ７５Ａと前記気化器６２の間に、バルブ６９Ａと質量流量コントローラ６８Ａを付したガスライン６７Ａが接続されるようにしてもよい。例えば、前記ガスライン６７Ａから供給されるアシストガスによって、第１の処理ガスを希釈、または第１の処理ガスに所望のガスを添加するようにしてもよい。また、当該アシストガスを、前記プロセス空間Ａ１の圧力を調整するためのプロセス圧力調整ガスとして用いてもよい。この場合、プロセス圧力調整ガスの流量を変更することで、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２の圧力差を小さく、または実質的に同一に制御することができる。
【００７７】
また、前記切り替えバルブ５２Ａに接続された前記パージライン５５Ａには、バルブ７７Ａ、質量流量コントローラ７６Ａが付され、前記バルブ７７Ａを開放することで流量を制御しながらパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給し、当該プロセス空間Ａ１をパージすることが可能になっている。
【００７８】
一方、前記処理ガス供給手段１０ｂについてみると、当該処理ガス供給手段１０ｂは、前記バルブ７５Ｂに接続された、原料ライン５８Ｂと、ガスライン６４Ｂとを有している。前記原料ライン５８Ｂには、バルブ６０Ｂ、質量流量コントローラ５９Ｂが付され、さらに、例えば前記原料６１ａを酸化する酸化ガスなどよりなる原料６１ｂを保持する原料容器６１Ｂが接続されている。また、前記ガスライン６４Ｂにはバルブ６６Ｂ、質量流量コントローラ６５Ｂが付されている。この場合、前記バルブ６６Ｂ、６０Ｂ、および７５Ｂを開放することで、流量が制御された原料６１ｂとキャリアガスよりなる第２の処理ガスを、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記プロセス空間Ａ１に供給することができる。また、前記切り替えバルブ５２Ｂを切り替えることで、当該第２の処理ガスを前記排気ライン５３Ｂを介して排気することも可能である。
【００７９】
また、前記切り替えバルブ５２Ｂに接続された前記パージライン５５Ｂには、バルブ７７Ｂ、質量流量コントローラ７６Ｂが付され、前記バルブ７７Ｂを開放することで流量を制御しながらパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給し、当該プロセス空間Ａ１をパージすることが可能になっている。
【００８０】
このようにして、前記プロセス空間Ａ１に供給された第１の処理ガス、第２の処理ガスまたはパージガスは、前記排気口１５Ａ、１５Ｂから前記高速ロータリバルブ１７Ａ、１７Ｂさらに前記排気管５６Ａ、５６Ｂを介して排気される構造になっている。前記排気管５６Ａ、５６Ｂは、それぞれ前記トラップ７０に接続され、さらに当該トラップ７０に接続された前記排気手段７１によって排気される
また、前記処理ガスノズル１６Ａ，１６Ｂには、それぞれバルブ８１Ａ，８１Ｂを付したベントライン８０Ａ，８０Ｂが接続されている。例えば前記ガスノズル１６Ａ，１６Ｂにパージガスを導入して、さらに前記バルブ８０Ａ、８０Ｂを開放することで、処理ガスノズル内をパージすることが可能な構造になっている。
【００８１】
例えば、処理ガスノズル１６Ａ、１６Ｂを介してパージガスをプロセス空間に導入してプロセス空間をパージする場合、処理ガスノズル１６Ａ、１６Ｂ内に残留する処理ガスを予めパージガスによりパージしておくと、プロセス空間のパージを速やかに行うことが可能となり、好適である。
【００８２】
また、前記外側空間Ａ２にパージガスを供給するための前記パージガスライン５６には、バルブ７３と、質量流量コントローラ７４が接続され、バルブ７３を開放することで、流量を制御しながら前記外側空間Ａ２にパージガスを供給することが可能となっている。
【００８３】
また、前記外側空間Ａ２を排気する排気ライン５７は、例えば真空ポンプよりなる排気手段７２に接続されている。
【００８４】
この場合、前記排気ライン５７に、例えば、コンダクタンス可変バルブ５７ａを設置すると、前記外側空間Ａ２の圧力の制御が容易になり、好適である。この場合、コンダクタンス可変バルブ５７ａのコンダクタンスを調整することで、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２の圧力差を小さく、または実質的に同一に制御することが可能となる。
【００８５】
また、前記高速ロータリバルブ１７Ａ、１７Ｂを用いて、前記プロセス空間Ａ１の圧力が調整可能なように、当該前記高速ロータリバルブ１７Ａ、１７Ｂにコンダクタンス可変機能を付加してもよい。この場合には、前記プロセス空間Ａ１の圧力の制御が容易になり、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２の圧力差を小さく、または実質的に同一に制御することが可能となる。
【００８６】
また、図６では、第１の処理ガスに用いる原料として、常温で液体である原料を例にとったが、これに限定されず、常温で固体である原料や常温で気体である原料を用いることも可能である。
【００８７】
また、本実施例による基板処理装置１０は、当該基板処理装置１０の、成膜などの基板処理にかかる動作を制御する、コンピュータを内蔵した制御手段１０Ａを有している。前記制御手段１０Ａは、基板処理方法など、基板処理装置を動作させるための基板処理方法のプログラムを記憶する記憶媒体を有しており、当該プログラムに基づいて、コンピュータが基板処理装置の動作を実行させる構造になっている。
【００８８】
例えば、前記制御装置１０Ａは、ＣＰＵ（コンピュータ）Ｃと、メモリＭ、例えばハードディスクなどの記憶媒体Ｈ、取り外し可能な記憶媒体である記憶媒体Ｒ、およびネットワーク接続手段Ｎを有し、さらにこれらが接続される、図示を省略するバスを有しており、当該バスは、例えば上記に示した基板処理装置のバルブや、排気手段、質量流量コントローラなどと接続される構造となっている。前記記憶媒体Ｈには、成膜装置を動作させるプログラムが記録されているが、当該プログラムは、例えば記憶媒体Ｒ，またはネットワーク接続手段ＮＴを介して入力することも可能である。以下に示し基板処理の例は、当該制御手段に記憶されたプログラムに基づき、基板処理装置が制御されて動作するものである。
【００８９】
次に、前記基板処理装置を用いて成膜を行う場合の詳細の一例を図７に基づき、以下に説明する。図７は、本実施例による基板処理方法を示すフローチャートである。
【００９０】
図７を参照するに、まず、ステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同じ）において、例えば被処理基板を搬送する搬送手段を有する、前記基板処理装置１０に接続された真空搬送室より、被処理基板を前記処理容器１１内に搬入し、前記保持台１３に載置する。この場合、前記保持台１３は、図４に示すように、下端位置に下降した状態で被処理基板が載置される。
【００９１】
次に、ステップ２において、前記保持台１３を上昇させて図３に示した状態とし、前記反応容器１２と共に前記プロセス空間Ａ１を画成する。
【００９２】
次に、ステップ３において、前記ステップ２において画成された前記プロセス空間Ａ１に、前記原料６１ａおよびキャリアガスを含む第１の処理ガスを、以下のようにして供給する。例えば、前記原料６１ａが液体よりなる有機金属化合物（例えば、ＴＥＡＭ（Tetrakis EthylMethyl Amino Hafnium））の場合、前記バルブ７５Ａ，６０Ａ，６６Ａを開放し、前記質量流量コントローラ５９Ａによって、例えば１００ｍｇ／ｍｉｎに流量制御された前記原料６１ａと、前記質量流量コントローラ６５Ａによって流量を制御された、例えばＡｒよりなるキャリアガス４００ｓｃｃｍが、前記気化器６２に供給される。
【００９３】
ここで、前記原料６１ａが気化されると共に、当該キャリアガスと混合され、さらに、前記ガスライン６７Ａより供給される、例えばＡｒよりなるアシストガス６００ｓｃｃｍと共に第１の処理ガスとして前記切り替えバルブ５２Ａを介して前記処理ガスノズル１６Ａより、前記プロセス空間Ａ１に供給される。
【００９４】
供給された第１の処理ガスは、層流となって被処理基板表面に沿って流れ、前記排気口１５Ｂから、前記高速ロータリバルブ１７Ｂを介して排気される。ここで、第１の処理ガスに含まれる原料６１ａが、例えば１分子（１原子）層程度、被処理基板に吸着される。
【００９５】
本実施例の場合、このステップ３の工程において、図３〜図５に示した、前記プロセス空間Ａ１の外側の空間である前記外側空間Ａ２に、例えばＡｒなどの不活性ガスよりなる圧力調整ガスを供給している。この場合、前記バルブ７３が開放され、前記質量流量コントローラ７４によって流量を例えば１ｓｌｍに制御された圧力調整ガスが、前記圧力調整ガスライン５６より前記外側空間Ａ２に供給される。そのため、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２の圧力差が小さくなり、または実質的に同一となるため、第１の処理ガス中に含まれる原料分子が当該プロセス空間Ａ１から当該外側空間Ａ２に流出することが抑制される。
【００９６】
例えば、当該圧力調整ガスは、少なくとも、前記ステップ３において、すなわち前記第１の処理ガスが前記プロセス空間Ａ１に供給される工程において、実施されていることが好ましい。また、他のステップにおいて供給されていてもよい。
【００９７】
また、前記圧力調整ガスの流量は、前記プロセス空間Ａ１の圧力と前記外側空間Ａ２の圧力が、実質的に同一となるような流量で供給されることが好ましい。
【００９８】
また、前記プロセス空間Ａ１の圧力と前記外側空間Ａ２の圧力差は、本ステップにおいて前記プロセス空間Ａ１に供給されるアシストガスの流量によって調整することも可能である。この場合、当該アシストガスの流量は、前記プロセス空間Ａ１の圧力と前記外側空間Ａ２の圧力が、実質的に同一となるような流量で供給されることが好ましい。
【００９９】
また、前記圧力調整ガスとアシストガスの双方の流量を増大させ、双方の流量が大きい状態で、前記プロセス空間Ａ１の圧力と前記外側空間Ａ２の圧力が、実質的に同一となるようにすると、前記外側空間Ａ２のパージが促進され、好適である。
【０１００】
次に、ステップ４において、プロセス空間Ａ１への第１の処理ガスの供給を停止し、前記プロセス空間Ａ１に残留する第１の処理ガスを当該プロセス空間Ａ１より排出する。
【０１０１】
この場合、例えば、まず前記処理ノズル１６Ａのパージを行い、当該処理ガスノズル１６Ａ内に残留する第１の処理ガスを排出した後、当該処理ガスノズル１６Ａよパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給して当該プロセス空間Ａ１のパージを行うようにすると、前記プロセス空間Ａ１に残留した第１の処理ガスを速やかに排出することが可能となり、好適である。
【０１０２】
すなわち、ステップ４が、処理ガスノズルのパージを行うステップ４Ａと、パージ後の当該処理ガスノズルを用いてプロセス空間のパージを行うステップ４Ｂとを有するようにすればよい。
【０１０３】
この場合、まず、ステップ４Ａにおいて、ガスライン６７Ａより前記処理ガスノズル１６Ａに、例えばＡｒよりなるアシストガスが、６００ｓｃｃｍ供給され、同時に前記ベントバルブ８１Ａが開放されて、当該処理ガスノズル１６Ａ内がパージされ、処理ガスノズルに残留する処理ガスがパージされる。
【０１０４】
次に、ステップ４Ｂにおいて、前記パージライン５５ＡよりＡｒが５００ｓｃｃｍ、前記ガスライン６７ＡよりＡｒが５００ｓｃｃｍ、前記処理ガスノズル１６Ａを介して前記プロセス空間Ａ１に供給され、前記開口部１６Ｂから排出されることで前記プロセス空間Ａ１がパージされ、残留する第１の処理ガスが排出される。
【０１０５】
次に、パージガスの供給を停止した後、ステップ５において、前記プロセス空間Ａ１に、前記原料６１ｂおよびキャリアガスを含む第２の処理ガスを供給する。この場合、前記バルブ７５Ｂ，６０Ｂ，６６Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ５９Ｂによって流量を制御された、前記原料６１ｂと、前記質量流量コントローラ６５Ｂによって流量を制御された、例えばＡｒよりなるキャリアガスが、第２の処理ガスとして前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記処理ガスノズル１６Ｂより、前記プロセス空間Ａ１に供給される。ＨｆＯ２などの金属酸化物膜を成膜する場合は、前記６１ｂは、例えばＯ２やＯ３などの酸化ガスとする。例えばＯ３は、Ｏ２１０００ｓｃｃｍとＮ２０．１ｓｃｃｍをオゾナイザーに導入することで、２００グラム/Ｎｍ３の濃度で形成され、Ｏ２とともに前記第１の処理ガスとして前記プロセス空間に供給される。
【０１０６】
供給された第２の処理ガスは、例えば層流となって被処理基板表面に沿って流れ、前記排気口１５Ａから、前記高速ロータリバルブ１７Ａを介して排気される。ここで、第２の処理ガスに含まれる原料６１ｂが、被処理基板上に吸着されている前記原料６１ａと反応し、例えば１分子程度、または２〜３分子程度の酸化物が被処理基板上に形成される。
【０１０７】
次に、ステップ６において、プロセス空間Ａ１への第２の処理ガスの供給を停止し、前記プロセス空間Ａ１に残留する第２の処理ガスを当該プロセス空間Ａ１より排出する。
【０１０８】
この場合、例えば、まず前記処理ノズル１６Ｂのパージを行い、当該処理ガスノズル１６Ｂ内に残留する第２の処理ガスを排出した後、当該処理ガスノズル１６Ｂよりパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給して当該プロセス空間Ａ１のパージを行うようにすると、前記プロセス空間Ａ１に残留した第２の処理ガスを速やかに排出することが可能となり、好適である。
【０１０９】
すなわち、ステップ６が、処理ガスノズルのパージを行うステップ６Ａと、パージ後の当該処理ガスノズルを用いてプロセス空間のパージを行うステップ６Ｂとを有するようにすればよい。
【０１１０】
この場合、まず、ステップ６Ａにおいて、ガスライン６４Ｂより前記処理ガスノズル１６Ｂに、Ａｒガスが６００ｓｃｃｍ供給され、同時に前記ベントバルブ８１Ｂが開放されて、当該処理ガスノズル１６Ｂ内がパージされ、処理ガスノズルに残留する処理ガスがパージされる。
【０１１１】
次に、ステップ６Ｂにおいて、前記パージライン５５ＢよりＡｒが５００ｓｃｃｍ、前記ガスライン６４ＢよりＡｒガスが５００ｓｃｃｍ、前記処理ガスノズル１６Ｂを介して前記プロセス空間Ａ１に供給され、前記開口部１６Ａから排出されることで前記プロセス空間Ａ１がパージされ、残留する第２の処理ガスが排出される。
【０１１２】
ステップ６が終了した後は、必要に応じて処理をステップ３に戻し、ステップ３からステップ６の工程を所定の回数繰り返すことで、被処理基板上に所定の厚さの成膜を行う事ができる。この場合、１分子または２〜３分子程度の成膜を繰り返して被処理基板の表面反応を用いた成膜を行うため、従来の気相中の反応を含むＣＶＤ法に比べて高品質の成膜を行うこうことが可能となっている。
【０１１３】
ここで、ステップ３からステップ６の繰り返しの処理を所定の回数実施した後、ステップ７に移行する。
【０１１４】
ステップ７においては、前記保持台１３を下降させて、再び図４に示した状態とし、次にステップ８おいて、ステップ１において用いた、被処理基板を搬送する搬送手段を有する、前記基板処理装置１０に接続された真空搬送室に、被処理基板を搬出し、処理を完了する。
【０１１５】
上記の基板処理方法では、処理容器内に反応容器が設置された二重空間構造に構成された基板処理装置が用いられており、原料ガスが流れる空間が極小化され、原料ガスの残留・吸着量が極小化されている。従来はこのような二重空間構造を採用した場合、二重空間構造の内側の空間と外側の空間において圧力差が生じてしまい、特にガスの供給・排出を繰り返すＡＬＤ法においては当該圧力差によってガスの流れが生じ、これによる成膜の不均一などが問題になっていた。
【０１１６】
しかし、本実施例による基板処理方法を適用することで、当該二重空間構造の間での圧力差が抑制され、圧力差によって生じる成膜の不均一などの成膜への影響が抑制される効果を奏する。
【０１１７】
すなわち、当該二重空間構造を採用することで前記プロセス空間Ａ１の体積を小さくし、処理ガスの供給、排出の効率を向上させて生産性を向上させながら、当該二重空間構造に起因する局所的な圧力差の影響を抑制し、面内均一性に優れた良好な膜質による成膜を実施することが可能となっている。
【０１１８】
次に、上記の条件を用いて被処理基板上に成膜を行った場合に、前記外側空間Ａ２に供給する圧力調整ガスの流量を変更した場合の膜厚の面内均一性の変化を示した結果を図８に示す。
【０１１９】
図８を参照するに、例えば圧力調整ガスの流量が０．２ｓｌｍの場合には膜厚分布の面内均一性が６．２％であるのに対して、圧力調整ガスの流量を増大させるに従い、すなわち前記外側空間Ａ２の圧力を増大させて前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２の圧力差が小さくなるに従い、面内均一性が良好となっていることがわかる。
【０１２０】
この場合、圧力調整ガスの流量が１ｓｌｍの場合に面内均一性が５．３％となり、面内均一性が改善されていることがわかる。圧力調整ガスの流量を、１ｓｌｍよりさらに増大させていくと、面内均一性が悪くなる方向に変化している。これは、圧力調整ガスの流量を増大させると、前記外側空間Ａ２の圧力が増大し、当該外側空間Ａ２と前記プロセス空間Ａ１の圧力差が再び大きくなるためと考えられる。このため、圧力調整ガスの流量や、前記外側空間Ａ２の圧力は、適切な範囲で用いることが好ましく、前記プロセス空間Ａ１０の圧力と前記外側空間Ａ２０の圧力が、実質的に同一となるようにすることが好ましい。
【実施例２】
【０１２１】
また、本発明は上記の実施例１に限定されるものではなく、例えば基板処理装置１０の構造を様々に変形・変更することも可能である。
【０１２２】
図９は、基板処理装置１０の変形例を示す。ただし図９は、実施例１の図５に対応し、図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、特に説明の無い部分は、実施例１の場合と同様とし、基板処理方法は実施例１と同様の方法で実施することができる。
【０１２３】
本実施例の場合、前記ガードリング１４と前記下部容器１１Ｂの間には、例えば略円筒状のコンダクタンス調整リング１２Ｃが挿入されている。
【０１２４】
前記コンダクタンス調整リング１２Ｃは、前記下部容器１２Ｂの開口部の端部に接続されている。前記下部容器１２には、前記保持台１３（または前記ガードリング１４）に対応して形成された略円状の開口部が形成されており、前記コンダクタンス調整リング１２Ｃは、当該開口部の端部に、その略円筒形状の一端が接続されるようにして設置されている。
【０１２５】
このため、前記ガードリング１４と前記下部容器１１Ｂの間に形成される、前記プロセス空間Ａ１と前記外側空間Ａ２とが連通する空間のコンダクタンスが、実施例１の場合と比べて小さくなっている。このため、前記プロセス空間Ａ１に供給された原料ガスが、効率よく被処理基板上に吸着され、いわゆる飽和吸着に至るまでの時間を短縮することが可能となる。この場合、前記プロセス空間Ａ１から前記外側空間Ａ２に流出する原料ガスの量が抑制され、原料ガスの利用効率が向上していると考えられる。
【０１２６】
図１０は、実施例１に示した基板処理装置と、実施例２に示した基板処理装置を用いて、同様の基板処理方法で成膜を行った場合の膜厚分布の面内均一性を示したものである。この場合、横軸に図７に示したステップ３の時間（原料ガスの供給時間）、縦軸に面内均一性をとっている。実験結果は、図中に実験ＥＸ１で実施例１の場合の結果を、実験ＥＸ２で実施例２の場合の結果を示している。
【０１２７】
図１０を参照するに、実験ＥＸ１の場合には、原料ガスの供給時間を短縮すると、特に当該供給時間が１秒以下では、面内均一性が著しく悪化し、実質的に成膜が困難となっている。
【０１２８】
一方、実験ＥＸ２の場合には、原料ガスの供給時間を短縮した場合でも面内均一性の悪化はみられず、原料ガスの供給時間が０．５秒とした場合でも面内均一性の悪化の傾向は殆どみられない。
【０１２９】
これは、前記プロセス空間Ａ１から前記外側空間Ａ２に流出する原料ガスの量が抑制され、原料ガスが効率よく利用されて短時間で飽和吸着に至っているためと考えられる。また、前記外側空間Ａ２に供給される圧力調整ガスが、前記プロセス空間Ａ１に流入する量が抑制された影響がある可能性も考えられる。
【０１３０】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明によれば、複数の処理ガスを交互に供給する成膜において、被処理基板が処理される空間での処理ガスの流れを制御し、形成される薄膜の膜厚の均一性を良好とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】従来の基板処理装置を示す図である。
【図２】図１の基板処理装置の一部の拡大図である。
【図３】実施例１による基板処理装置を模式的に示した図（その１）である。
【図４】実施例１による基板処理装置を模式的に示した図（その２）である。
【図５】図３の基板処理装置の一部の拡大図である。
【図６】実施例１による基板処理装置の全体の概略を示す図である。
【図７】実施例１による基板処理方法を示すフローチャートである。
【図８】圧力調整ガスによる成膜の改善効果を示す図である。
【図９】実施例２による基板処理装置の一部の拡大図である。
【図１０】図９の基板処理装置による成膜結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１０，１００  基板処理装置
１１，１１１  処理容器
１１Ａ，１１１Ａ  カバープレート
１１Ｂ，１１１Ｂ  外側容器
１２，１１２  反応容器
１２Ａ，１１２Ａ  上側容器
１２Ｂ，１１２Ｂ  下側容器
１３，１１３  保持台
１４，１１４  ガードリング
１５Ａ，１５Ｂ，１１５Ａ，１１５Ｂ  排気口
１６Ａ，１６Ｂ，１１６Ａ，１１６Ｂ  処理ガスノズル
１７Ａ，１７Ｂ，１１７Ａ，１１７Ｂ  高速ロータリバルブ
１９，１１９  ベローズ
２０，１２０  回動軸
２１，１２１  軸受部
２２，１２２  磁気シール
５２Ａ，５２Ｂ，１５２Ａ，１５２Ｂ  切り替えバルブ
５４Ａ，５４Ｂ  ガスライン
５６  パージガス導入ライン
５７  排気ライン
【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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【図１０】
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