(57)【要約】【課題】分子層の吸着および酸化を交互に繰り返す基板処理装置において、前記酸化処理をプラズマ励起されたラジカルにより行うことにより、基板処理のスループットを向上させることができる基板処理装置、およびかかる基板処理装置を使った基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理装置は、被処理基板を保持する基板保持台を備えた処理容器と、前記処理容器中において前記基板保持台の第１の側に形成された処理ガス導入口と、前記処理容器の、前記基板保持台に対して前記第１の側とは異なる第２の側に形成されたラジカル源と、前記処理容器中において前記第１の側に形成された第１の排気口と、前記処理容器中において前記第２の側に形成された第２の排気口と、前記第１の排気口に第１の可変コンダクタンスバルブを介して結合され、前記第２の排気口に第２の可変コンダクタンスバルブを介して結合された排気系とよりなる。【選択図】図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を保持する基板保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第１の側に形成された処理ガス導入口と、
前記処理容器の、前記基板保持台に対して前記第１の側とは異なる第２の側に形成されたラジカル源と、
前記処理容器中において前記第１の側に形成された第１の排気口と、
前記処理容器中において前記第２の側に形成された第２の排気口と、
前記第１の排気口に第１の可変コンダクタンスバルブを介して結合され、前記第２の排気口に第２の可変コンダクタンスバルブを介して結合された排気系とよりなる基板処理装置。
【請求項２】
前記ラジカル源は、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は消勢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３】
前記ラジカル源への前記酸化処理ガスの供給が、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は遮断されることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理ガス導入口より前記処理ガスが導入されている間は前記第１の可変コンダクタンスバルブは閉鎖され、前記第２の可変コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され、前記ラジカル源に前記酸化処理ガスが供給されている間は、前記第１の可変弁コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され前記第２の可変コンダクタンスバルブは閉鎖されることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記ラジカル源はリモートラジカル源であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項６】
さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記ラジカル源は、さらに第３の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記ラジカル源は、第１の分枝および第２の分枝を有する分岐配管により前記基板処理装置および前記排気系に結合されており、前記第１の分枝は前記第２の可変コンダクタンスバルブを介して前記ラジカル供給源に、また前記第２の分枝は前記第３の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第１および第２の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記第１，第２および第３の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項７〜９のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の可変コンダクタンスバルブは、実質的に同一の構成を有することを特徴とする請求項７〜１０のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記ラジカル源は、酸素ガスを供給され、酸素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項７〜１０のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記ラジカル源は、窒素ガスを供給され、窒素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項７〜１１のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１４】
さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えたことを特徴とする請求項７〜１１のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記処理容器は扁平な形状を有し、前記処理ガス導入口は、前記処理容器内において扁平なシート状の処理ガス流を形成することを特徴とする請求項７〜１４のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが０．５〜８ｍｍのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項１５記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが０．５〜３．５ｍｍのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項１５記載の基板処理装置。
【請求項１８】
前記処理ガス流は、前記処理容器内において層流を形成することを特徴とする請求項７〜１７のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項１９】
被処理基板を保持する基板保持台を備え、排気ポートにおいて排気される処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第１の側に形成され、第１の処理ガスを第１の層流の形で前記処理容器中に導入する第１の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記基板保持台の第２の側に形成され、第２の処理ガスを第２の層流の形で前記処理容器中に導入する第２の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記第２の側に形成され、前記第１の層流を排気するスリット状の第１の排気口と、
前記処理容器中において前記第１の側に形成され、前記第２の層流を排気するスリット状の第２の排気口と、
前記第１の排気口に結合された第１の排気管と
前記第２の排気口に結合され、コンダクタンス可変弁を設けられた第２の排気管と、
前記第２の排気管に、前記第２の排気口と前記コンダクタンス可変弁との間で結合されたクリーニングガス供給源とよりなることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２０】
前記クリーニングガス供給源は、前記クリーニングガスのラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項１９記載の基板処理装置。
【請求項２１】
（Ａ）処理容器内をパージする工程と、
（Ｂ）前記処理容器内に処理ガスを前記被処理基板の第１の側から導入し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させた後、前記被処理基板に対して前記第１の側に対向する第２の側から排気する工程と、
（Ｃ）前記工程（Ｂ）の後、前記処理容器内をパージする工程と、
（Ｄ）前記工程（Ｃ）の後、前記処理容器内にラジカルを、前記被処理基板の前記第１の側から導入し、前記被処理基板表面に吸着している前記処理ガス分子を酸化させ、前記第２の側から排気する工程とよりなる基板処理方法において、
前記ラジカルはラジカル源により形成され、
前記ラジカルは前記工程（Ａ）および（Ｃ）においては前記ラジカル源から排気系へと流され、前記工程（Ｄ）において、前記処理容器内に供給されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２２】
前記ラジカル源は、前記工程（Ａ）〜（Ｄ）の間、連続的に駆動されることを特徴とする請求項２１記載の基板処理方法。
【請求項２３】
前記工程（Ａ）および（Ｃ）において、前記パージ工程は、前記処理容器を、前記ラジカルを前記ラジカル源から前記処理容器に供給する経路の一部を使って排気する工程を含むことを特徴とする請求項２１または２２記載の基板処理方法。
【請求項２４】
処理容器中において、前記処理容器中に保持されている被処理基板の表面に沿って第１の側から前記第１の側に対向する第２の側へと処理ガスを流し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させる工程と、
前記処理容器内をパージする工程と、
前記処理容器中において、前記被処理基板の表面に沿って前記第１の側から前記第２の側へと酸化処理ガスを流し、前記被処理基板表面に吸着した処理ガス分子を酸化する工程とよりなる基板処理方法において、
前記酸化処理ガスを、前記処理容器内において、前記被処理基板の前記第１の側において紫外光励起工程により活性化し、ラジカルを形成する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２５】
被処理基板を保持する基板保持台を備え、前記基板保持台の第１および第２の側にそれぞれ形成された第１および第２の排気ポートにおいて排気される処理容器と、前記処理容器に第１および第２の原料ガスを交互に、それぞれ前記第２の側から前記第１の側に、また前記第１の側から前記第２の側に、層流の形で供給する原料ガス供給系とを備えた基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器を前記第１の排気口において排気している状態において、前記処理容器内にクリーニングガスを、前記第２の排気口に結合された排気管から、前記第２の排気口を通って導入する工程を含むことを特徴とするクリーニング方法。
【請求項２６】
前記クリーニングガスはラジカルを含むことを特徴とする請求項２５記載のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に係り、特に高誘電体膜を有する超微細化高速半導体装置の製造に使われる基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
今日の超高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、０．１μｍ以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。
【０００３】
しかしゲート長が０．１μｍ以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、ＳｉＯ2を使った場合、１〜２ｎｍ、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。
【０００４】
このような事情で従来より、比誘電率がＳｉＯ2膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもＳｉＯ2膜に換算した場合の膜厚が小さいＴａ2Ｏ5，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＳｉＯ4，ＨｆＳｉＯ4のような高誘電体材料をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が０．１μｍ以下と、非常に微細な超高速半導体装置においても１〜２ｎｍあるいはそれ以下の膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。
【０００５】
このような高誘電体ゲート絶縁膜をＳｉ基板上に形成する際には、高誘電体ゲート絶縁膜を構成する金属元素がＳｉ基板中に拡散するのを抑制するために、厚さが１ｎｍ以下、典型的には０．８ｎｍ以下のＳｉＯ2膜を前記Ｓｉ基板上にベース酸化膜として形成し、かかる非常に薄いＳｉＯ2ベース酸化膜上に前記高誘電体ゲート絶縁膜を形成する必要がある。その際、前記高誘電体ゲート絶縁膜を、膜中に界面準位などの欠陥が形成されないように形成しなければならない。また、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を前記ベース酸化膜上に形成する際に、組成を前記ベース酸化膜に接する側から高誘電体ゲート絶縁膜上主面に向かって、ＳｉＯ2を主とする組成から高誘電体を主とする組成に徐々に変化させるのが好ましい。
【０００６】
高誘電体ゲート絶縁膜を欠陥を含まないように形成しようとすると、荷電粒子が関与するプラズマプロセスを使うことはできない。例えばかかる高誘電体ゲート絶縁膜をプラズマＣＶＤ法で形成すると、膜中にホットキャリアのトラップとして作用する欠陥がプラズマダメージの結果として形成されてしまう。
【０００７】
一方、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を熱ＣＶＤ法により形成しようとすると、基板の温度を高く設定する必要があるので結晶化しやすく、表面のラフネスが大きくなる。また基板の温度により成膜速度が変化しやすく、基板温度の均一性により均一な膜厚分布を得ることが困難であることが、本発明の発明者により見出されている。換言すると、このような高誘電体ゲート絶縁膜を従来のＣＶＤ法で形成しようとすると膜表面のラフネスが増大しやすく、また膜厚の均一性を確保するのが困難である。従って、高精度での膜厚制御を要求されるＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜に適用した場合、半導体装置の動作特性に深刻な影響が生じる。
【背景技術】
【０００８】
そこで本発明の発明者は先に、上記の課題を解決すべく、特許文献３において以下に説明する基板処理方法および処理装置を提案した。
【０００９】
図１は、本発明の発明者が先に提案したＡＬＤ成膜プロセスを行う基板処理装置（ＡＬＤ成膜装置）１０の構成を示す。ＡＬＤ成膜プロセスでは、被処理基板上に第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に、被処理基板表面に沿って流れる層流の形で供給し、第１の原料ガス中の原料ガス分子を被処理基板表面に吸着させ、これを第２の原料ガス中の原料ガス分子と反応させることにより１分子層分の厚さの膜を形成する。このプロセスを繰り返すことにより、被処理基板表面にゲート絶縁膜として使用可能な高品質な誘電体膜、特に高誘電体膜が形成される。
【００１０】
図１を参照するに、前記基板処理装置１０は被処理基板１２を隔てて互いに対向する処理ガス導入口１３Ａおよび１３Ｂと、前記被処理基板１２を隔てて前記処理ガス導入口１３Ａおよび１３Ｂにそれぞれ対向する細長いスリット状の排気口１４Ａ，１４Ｂとを備えた処理容器１１を含み、前記排気口１４Ａおよび１４Ｂはそれぞれコンダクタンスバルブ１５Ａおよび１５Ｂを介してトラップ１００に接続され、前記処理容器１１は前記トラップ１００を介して排気される。
【００１１】
さらに、前記処理容器１１には、前記処理ガス導入口１３Ａに隣接して、別の処理ガス導入口１３Ｃが、前記排気口１４Ａに対向するように形成されている。
【００１２】
前記処理ガス導入口１３Ａは切替バルブ１６Ａの第１の出口に接続され、前記切替バルブ１６Ａはバルブ１７Ａ，質量流量コントローラ１８Ａ，および別のバルブ１９Ａを含む第１の原料供給ライン１６ａを介してＺｒＣｌ2を保持する原料容器２０Ａに接続される。さらに、前記第１の原料供給ライン１６ａに隣接して、バルブ２１Ａ，２２Ａを含み、Ａｒ等の不活性ガスを供給するパージライン２１ａが設けられる。
【００１３】
さらに、前記切替バルブ１６Ａには、Ａｒ等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ２３Ａおよび２４Ａを含むバルブパージライン２３ａが接続され、前記切替バルブ１６Ａの第２の出口はパージライン１００ａを介して前記トラップ１００に接続される。
【００１４】
同様に、前記処理ガス導入口１３Ｂは切替バルブ１６Ｂの第１の出口に接続され、前記切替バルブ１６Ｂはバルブ１７Ｂ，質量流量コントローラ１８Ｂ，および別のバルブ１９Ｂを含む第１の原料供給ライン１６ｂを介してＨ2Ｏを保持する原料容器２０Ｂに接続される。さらに、前記第１の原料供給ライン１６ｂに隣接して、バルブ２１Ｂ，２２Ｂを含み、Ａｒ等の不活性ガスを供給するパージライン２１ｂが設けられる。
【００１５】
さらに、前記切替バルブ１６Ｂには、Ａｒ等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ２３Ｂおよび２４Ｂを含むバルブパージライン２３ｂが接続され、前記切替バルブ１６Ｂの第２の出口はパージライン１００ｂを介して前記トラップ１００に接続される。
【００１６】
さらに前記処理ガス導入口１３Ｃは切替バルブ１６Ｃの第１の出口に接続され、前記切替バルブ１６Ｃはバルブ１７Ｃ，質量流量コントローラ１８Ｃ，および別のバルブ１９Ｃを含む第１の原料供給ライン１６ｃを介してＳｉＣｌ4を保持する原料容器２０Ｃに接続される。さらに、前記第１の原料供給ライン１６ｃに隣接して、バルブ２１Ｃ，２２Ｃを含み、Ａｒ等の不活性ガスを供給するパージライン２１ｃが設けられる。
【００１７】
さらに、前記切替バルブ１６Ｃには、Ａｒ等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ２３Ｃおよび２４Ｃを含むバルブパージライン２３ｃが接続され、前記切替バルブ１６Ｃの第２の出口はパージライン１００ｃを介して前記トラップ１００に接続される。
【００１８】
また、図１の基板処理装置１０には成膜プロセスを制御する制御装置１０Ａが設けられ、前記制御装置１０Ａは後ほど図４〜図７で説明するように、前記切替バルブ１６Ａ〜１６Ｃおよびコンダクタンスバルブ１５Ａおよび１５Ｂを制御する。
【００１９】
図２は、図１の処理容器１１を含む部分の詳細を示す。ただし図２中、図１に対応する部分は同一の参照符号で示されている。
【００２０】
図２を参照するに、前記処理容器１１はＡｌ等よりなる外側容器２０１と石英ガラスよりなる内側反応容器２０２とを有し、前記内側反応容器２０２は、前記外側容器２０１中に画成され、前記外側容器２０１の一部を構成するカバープレート２０１Ａにより覆われる凹部中に収められる。
【００２１】
前記内側反応容器２０２は、前記凹部内において前記外側容器２０１の底面を覆う石英底板２０２Ａと、前記凹部内において前記石英底板２０２Ａを覆う石英カバー２０２Ｂとよりなり、さらに前記外側容器の底部には、被処理基板Ｗを保持したディスク状の基板保持台２０３が収められる円形の開口部２０１Ｄが形成されている。前記基板保持台２０３中には、図示を省略する加熱機構が設けられている。
【００２２】
前記基板保持台２０３は前記外側処理容器２０１の下部に設けられた基板搬送部２０４により回動自在に、また同時に上下動自在に保持されている。前記基板保持台２０３は最上位のプロセス位置と最下位の基板出入位置との間を上下動可能に保持されており、前記プロセス位置は、前記保持台２０３上の被処理基板Ｗの表面が前記石英底板２０２Ａの表面と略一致するように決定されている。
【００２３】
一方、前記基板出入位置は、前記基板搬送部２０４の側壁面に形成された基板搬入出開口部２０４Ａに対応して設定されており、前記基板保持台２０３が前記基板出入位置まで下降した場合、前記基板搬入出口２０４Ａから搬送アーム２０４Ｂが挿入され、リフタピン（図示せず）により基板保持台２０３表面から持ち上げられた被処理基板Ｗを保持して取り出し、次の工程に送る。また、前記搬送アーム２０４Ｂは、新たな被処理基板Ｗを、前記基板搬入出開口部２０４Ａを介して前記基板搬送部２０４中に導入し、これを前記基板保持台２０３上に載置する。
【００２４】
前記新たな被処理基板Ｗを保持した基板保持台２０３は、軸受部２０５中に磁気シール２０５Ａにより保持された回動軸２０５Ｂ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２０５Ｂが上下動する空間は、ベローズ２０６等の隔壁により密閉されている。その際、前記空間は図示を省略した排気口を介して前記内側容器２０２内部よりも高真空状態に排気され、前記内側容器２０２内で行われる基板処理プロセスへの汚染が回避される。
【００２５】
かかる差動排気を確実に行うため、前記基板保持台２０３には被処理基板Ｗを囲むように石英ガラスよりなるガードリング２０３Ａが設けられている。かかるガードリング２０３Ａは、前記基板保持台２０３と前記外側容器２０１中に前記基板保持台を収容するように形成された前記開口部２０１Ｄの側壁面との間のコンダクタンスを抑制し、これにより前記ベローズ２０６で画成された空間内を高真空に排気した場合に前記内側反応容器２０２との間に差圧が確実に形成される。
【００２６】
前記外側容器２０１の底部に形成された前記開口部２０１Ｄは、側壁面が石英ライナー２０１ｄにより覆われており、前記石英ライナー２０１ｄはさらに下方に延在して前記基板搬送部２０４の内壁を覆う。
【００２７】
前記外側容器２０１の底部には、前記開口部２０１Ｄの両側にそれぞれ排気装置に接続された排気溝部２０１ａおよび２０１ｂが形成されており、前記排気溝部２０１ａは導管２０７ａおよびコンダクタンスバルブ１５Ａを介して、また前記排気溝部２０１ｂは導管２０７ｂおよびコンダクタンスバルブ１５Ｂを介して排気される。図２の状態では、前記コンダクタンスバルブ１５Ａが開状態に、また前記コンダクタンスバルブ１５Ｂが略閉状態に設定されている。前記コンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂは、信頼性の高い開閉状態を実現するために、閉状態といえども完全に閉鎖するのではなく３％程度の弁開度を残しておく。
【００２８】
前記排気溝部２０１ａおよび２０１ｂは石英ガラスよりなるライナー２０８により覆われており、前記排気溝部２０１ａ，２０１ｂに対応してスリット状の開口部２０９Ａ，２０９Ｂが前記石英底板２０２Ａに形成される。図２の実施例では、かかるスリット状の開口部２０９Ａ，２０９Ｂに、図１で説明した排気口１４Ａあるいは１４Ｂが形成された整流板２０９が、前記内側反応容器２０２内部の排気を促進する目的で形成されている。
【００２９】
さらに前記内側反応容器２０２内には、石英ガスノズル１３Ａおよび１３Ｂが、それぞれ前記排気溝部２０１ａおよび２０１ｂに、前記ウェハ１２を隔てて対向するように設けられている。そこで前記ガスノズル１３Ａから導入された第１の処理ガスは、前記内側反応容器２０２内を前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、対向する排気口１４Ａから前記コンダクタンスバルブ１５Ａを介して排気される。同様に前記ガスノズル１５Ｂから導入された第２の処理ガスは、前記内側反応容器２０２内を前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、対抗する排気口１４Ｂから前記コンダクタンスバルブ１５Ｂを介して排気される。このように第１および第２の処理ガスを交互に前記ガスノズル１３Ａから排気口１４Ａへと、あるいは前記ガスノズル１３Ｂから排気口１４Ｂへと流すことにより、先に説明した分子層を基本単位とする膜形成が可能になる。
【００３０】
図３は、前記内側反応容器２０２を構成する石英底板２０２Ａの構成を詳細に示す。
【００３１】
図３を参照するに、前記石英底板２０２Ａには前記被処理基板Ｗに対応した円形の開口部２０２ａが形成されており、前記開口部２０２ａの両側には、前記排気溝部２０１ａ，２０１ｂに対応した開口部２０９Ａおよび２０９Ｂが形成されている。さらに図３の例では、前記開口部２０９Ａ，２０９Ｂに対応して前記排気口１４Ａあるいは１４Ｂを構成するスリットを有する整流板２０９が設けられている。また前記石英底板２０２Ａには、前記ガスノズル１３Ａに対応して開口部２１０ａが、また前記ガスノズル１３Ｂに対応して開口部２１０ｂが形成されている。前記石英底板２０２Ａに前記開口部２１０ａあるいは２１０ｂを複数個形成することにより、前記内側処理容器２０２内に前記ガスノズル１３Ａあるいは１３Ｂを複数個設けることが可能になる。
【００３２】
図４は、図１，２の基板処理装置１０において被処理基板１２上にＺｒＯ2膜を１分子層ずつ形成する際に、前記制御装置１０Ａの制御の下に実行されるＡＬＤプロセスシーケンスを示すフローチャートである。
【００３３】
図４を参照するに、最初の工程１において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂは開放され、前記切替バルブ１６Ａおよび１６Ｂは、いずれも処理ガス供給ライン１６ａ，１６ｂ中の処理ガスをそれぞれパージライン１００ａおよび１００ｂを介してトラップ１００に供給するように第１の状態、すなわちパージ状態に制御される。その結果前記石英反応容器２０２中には前記パージライン２３ａ中のＡｒガスが、また前記パージライン２３ｂ中のＡｒガスが、それぞれ処理ガス導入口１３Ａおよび１３Ｂを介して供給される。このようにして供給されたＡｒパージガスは、それぞれ前記排気口１４Ａおよび１４Ｂからトラップ１００に排出される。
【００３４】
次に工程２において、前記コンダクタンバルブ１５Ａの開度が増大され、コンダクタンスバルブ１５Ｂの開度が減少される。その結果、前記石英反応容器２０２中には、前記ガス導入口１３Ａから排気口１４Ａに流れるガス流が生じる。
【００３５】
次に工程３において前記切替バルブ１６Ａが前記第１の状態から第２の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン１６ａ中のＺｒＣｌ4ガスが前記第１の処理ガス導入口１３Ａから前記石英反応容器２０２中に、図５に示すようにガス流ＬＦ1として導入される。このようにして導入されたＺｒＣｌ4ガス流ＬＦ1は先に説明したように、層流となって前記被処理基板１２の表面を流れ、前記排気口１４Ａより排出される。かかる工程により、前記被処理基板１２の表面にはＺｒＣｌ4が１分子層程度吸着される。前記工程３においては、前記第２の切替バルブ１６Ｂは前記第１の状態にあり、ライン２３ａ中のＡｒパージガスが前記第２の処理ガス導入口１３Ｂから前記石英反応容器２０２中に導入される。その結果、前記第１の処理ガス導入口１３Ａから導入されたＺｒＣｌ4処理ガスが前記第２の処理ガス導入口１３Ｂに侵入し、析出物を生じる問題は生じない。
【００３６】
次に工程４において前記切替バルブ１６Ａが元の第１の状態に戻され、前記反応容器２０２中がＡｒガスによりパージされる。
【００３７】
さらに工程５において、前記コンダクタンバルブ１５Ａの開度が減少され、コンダクタンスバルブ１５Ｂの開度が増大される。その結果、前記石英反応容器２０２中には、前記ガス導入口１３Ｂから排気口１４Ｂに流れるガス流が生じる。
【００３８】
次に工程６において前記切替バルブ１６Ｂが前記第１の状態から第２の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン１６ｂ中のＨ2Ｏガスが前記第２の処理ガス導入口１３Ｂから前記石英反応容器２０２中に、図６に示すようにガス流ＬＦ2として導入される。このようにして導入されたＨ2Ｏガス流ＬＦ2は先に説明したように、層流となって前記被処理基板１２の表面を流れ、前記排気口１４Ｂより排出される。かかる工程により、前記被処理基板１２の表面において、先に吸着していたＺｒＣｌ4が加水分解され、約１分子層厚さのＺｒＯ2膜が形成される。前記工程６においては、前記第１の切替バルブ１６Ａは前記第１の状態にあり、ライン２３ａ中のＡｒパージガスが前記第２の処理ガス導入口１３Ａから前記石英反応容器２０２中に導入される。その結果、前記第２の処理ガス導入口１３Ｂから導入されたＨ2Ｏガスが前記第１の処理ガス導入口１３Ａに侵入し、析出物を生じる問題は生じない。
【特許文献１】特開平２−７４５８７号公報
【特許文献２】特表２００１−５１４４４０号公報
【特許文献３】特開２００２−１５１４８９号公報
【特許文献４】米国特許第５１６３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
ところでこのようなＡＬＤプロセスでは、前記石英反応容器２０２内に原料ガスの層流を形成するのが好ましいため、ガスノズル１３Ａ，１３Ｂは細長いスリット状のノズル開口部を有し、これに対応して排気口１４Ａ，１４Ｂも細長いスリット状に形成されている。
【００４０】
このため、図４の工程１で反応容器２０２をパージする場合、パージガスは前記排気口１４Ａおよび１４Ｂから排気されることになるが、スリット形状の排気口１４Ａ，１４Ｂのコンダクタンスは限られており、このため基板処理装置１０が被処理基板１２として大径の基板、例えば３０ｃｍ径のウェハを扱うように設計されたものである場合、かりにコンダクタンス弁１５Ａおよび１５Ｂを全開しても大容積の反応容器２０２を排気するのに時間がかかり、基板処理のスループットが低下してしまう。一方、排気時の効率を向上させるべく、前記排気口１４Ａ，１４Ｂの開口部面積、特にガス流れ方向に沿って測った幅を増大させると、前記反応容器２０２中における原料ガスの流れが乱れてしまい、１分子層の原料ガスの吸着を確実に行うことができないおそれがある。
【００４１】
また、このようなＨ2ＯをＺｒＣｌ4などの吸着した金属分子種の酸化に使うＡＬＤ法では、Ｈ2Ｏが処理容器内壁や切換えバルブ１６Ａ，１６Ｂに吸着しやすく、このため、図４の工程Ｓ６において、前記切換えバルブ１６ＢからＨ2Ｏを処理容器内に導入した後、工程Ｓ１において長いパージ時間が必要であった。その結果、このような分子層の吸着による、いわゆる原子層ＡＬＤ装置による成膜処理では、通常のＣＶＤ装置による成膜処理に比べて基板処理のスループットを向上させるのが困難であった。
【００４２】
米国特許第５１６３６５号には、被処理基板を水平に保持する処理容器の一端から気相原料を導入し、多端から排気する構成のＣＶＤ装置において、原料供給源の一つとしてラジカル源を設けた構成が開示されている。
【００４３】
そこで図２の基板処理装置においてラジカル源から供給される酸素ラジカルにより、被処理基板表面に吸着した金属分子層を酸化させることが考えられるが、図２の装置は反応容器２０２内に気相原料の層流を形成する必要があることから反応容器２０２の高さが非常に小さく、このようなラジカル源を設けるのが困難である。
【００４４】
また前記米国特許第５１６３６５号はこのようなラジカル源を原料供給ラインの一部にバルブを介して接続しているが、このような構成を、本発明のような気相原料を交互に繰り返し供給する形式の基板処理装置に適用しようとすると、処理ガスとラジカルを処理容器内部において好ましくは０．１秒以下の極めて短時間に、しかも繰り返し切り替える必要があるが、このようなガスの高速切替を可能にする技術は、従来知られていなかった。
【００４５】
ところで一般に成膜装置では、処理容器あるいは反応容器内に成膜の際に堆積した析出物を定期的にクリーニングを行って除去する必要があるが、このようなクリーニングには、従来より塩素系あるいはフッ素系のガスが使われている。特にこのようなクリーニングガスをプラズマ処理により活性化し、形成されたラジカルを使うことにより、クリーニングの効率を大きく向上させることができる。
【００４６】
ところが、図１，２のＡＬＤプロセスを目的とした基板処理装置１０では、石英反応容器２０２の高さが、反応容器２０２内に層流を形成する必要があることから、せいぜい５〜２０ｍｍ程度に設定されており、先にも説明したようにラジカル源を設けるのが困難であった。このため、前記基板処理装置１０では、ラジカルを使った効率の良いクリーニングが困難であった。
【００４７】
そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理装置およびかかる基板処理装置で使われるバルブ装置を提供することを概括的課題とする。
【００４８】
本発明のより具体的な課題は、分子層の吸着および酸化を交互に繰り返す基板処理装置において、前記酸化処理をプラズマ励起されたラジカルにより行うことにより、基板処理のスループットを向上させることができる基板処理装置、およびかかる基板処理装置を使った基板処理方法を提供することにある。
【００４９】
本発明のその他の課題は、ＡＬＤプロセスを行う基板処理装置において、ラジカルを使って効率的にクリーニングを行うことが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５０】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第１の側に形成された処理ガス導入口と、
前記処理容器の、前記基板保持台に対して前記第１の側とは異なる第２の側に形成されたラジカル源と、
前記処理容器中において前記第１の側に形成された第１の排気口と、
前記処理容器中において前記第２の側に形成された第２の排気口と、
前記第１の排気口に第１の可変コンダクタンスバルブを介して結合され、前記第２の排気口に第２の可変コンダクタンスバルブを介して結合された排気系とよりなる基板処理装置により、または
請求項２に記載したように、
前記ラジカル源は、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は消勢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、または
請求項３に記載したように、
前記ラジカル源への前記酸化処理ガスの供給が、前記処理ガス導入口から処理ガスが導入されている間は遮断されることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置により、または
請求項４に記載したように、
前記処理ガス導入口より前記処理ガスが導入されている間は前記第１の可変コンダクタンスバルブは閉鎖され、前記第２の可変コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され、前記ラジカル源に前記酸化処理ガスが供給されている間は、前記第１の可変弁コンダクタンスバルブは所定の開度に設定され前記第２の可変コンダクタンスバルブは閉鎖されることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項５に記載したように、
前記ラジカル源はリモートラジカル源であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項６に記載したように、
さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項７に記載したように、
前記ラジカル源は、さらに第３の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項８に記載したように、
前記ラジカル源は、第１の分枝および第２の分枝を有する分岐配管により前記基板処理装置および前記排気系に結合されており、前記第１の分枝は前記第２の可変コンダクタンスバルブを介して前記ラジカル供給源に、また前記第２の分枝は前記第３の可変コンダクタンスバルブを介して前記排気系に結合されていることを特徴とする請求項７記載の基板処理装置により、または
請求項９に記載したように、
前記第１および第２の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置により、または
請求項１０に記載したように、
前記第１，第２および第３の可変コンダクタンスバルブは、前記処理容器内をパージする際に同時に開放されることを特徴とする請求項７〜９のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１１に記載したように、
前記第１および第２の可変コンダクタンスバルブは、実質的に同一の構成を有することを特徴とする請求項７〜１０のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１２に記載したように、
前記ラジカル源は、酸素ガスを供給され、酸素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項７〜１０のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１３に記載したように、
前記ラジカル源は、窒素ガスを供給され、窒素ラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項７〜１１のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１４に記載したように、
さらに前記被処理基板を回動させる回動機構を備えたことを特徴とする請求項７〜１１のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１５に記載したように、
前記処理容器は扁平な形状を有し、前記処理ガス導入口は、前記処理容器内において扁平なシート状の処理ガス流を形成することを特徴とする請求項７〜１４のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１６に記載したように、
前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが０．５〜８ｍｍのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項１５記載の基板処理装置により、または
請求項１７に記載したように、
前記処理容器は、前記被処理基板上に高さが０．５〜３．５ｍｍのプロセス空間を画成することを特徴とする請求項１５記載の基板処理装置により、または
請求項１８に記載したように、
前記処理ガス流は、前記処理容器内において層流を形成することを特徴とする請求項７〜１７のうち、いずれか一項記載の基板処理装置により、または
請求項１９に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持台を備え、排気ポートにおいて排気される処理容器と、
前記処理容器中において前記基板保持台の第１の側に形成され、第１の処理ガスを第１の層流の形で前記処理容器中に導入する第１の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記基板保持台の第２の側に形成され、第２の処理ガスを第２の層流の形で前記処理容器中に導入する第２の原料供給ノズルと、
前記処理容器中において前記第２の側に形成され、前記第１の層流を排気するスリット状の第１の排気口と、
前記処理容器中において前記第１の側に形成され、前記第２の層流を排気するスリット状の第２の排気口と、
前記第１の排気口に結合された第１の排気管と
前記第２の排気口に結合され、コンダクタンス可変弁を設けられた第２の排気管と、
前記第２の排気管に、前記第２の排気口と前記コンダクタンス可変弁との間で結合されたクリーニングガス供給源とよりなることを特徴とする基板処理装置により、または
請求項２０に記載したように、
前記クリーニングガス供給源は、前記クリーニングガスのラジカルを形成するリモートラジカル源であることを特徴とする請求項１９記載の基板処理装置により、または
請求項２１に記載したように、
（Ａ）処理容器内をパージする工程と、
（Ｂ）前記処理容器内に処理ガスを前記被処理基板の第１の側から導入し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させた後、前記被処理基板に対して前記第１の側に対向する第２の側から排気する工程と、
（Ｃ）前記工程（Ｂ）の後、前記処理容器内をパージする工程と、
（Ｄ）前記工程（Ｃ）の後、前記処理容器内にラジカルを、前記被処理基板の前記第１の側から導入し、前記被処理基板表面に吸着している前記処理ガス分子を酸化させ、前記第２の側から排気する工程とよりなる基板処理方法において、
前記ラジカルはラジカル源により形成され、
前記ラジカルは前記工程（Ａ）および（Ｃ）においては前記ラジカル源から排気系へと流され、前記工程（Ｄ）において、前記処理容器内に供給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２２に記載したように、
前記ラジカル源は、前記工程（Ａ）〜（Ｄ）の間、連続的に駆動されることを特徴とする請求項２１記載の基板処理方法により、または
請求項２３に記載したように、
前記工程（Ａ）および（Ｃ）において、前記パージ工程は、前記処理容器を、前記ラジカルを前記ラジカル源から前記処理容器に供給する経路の一部を使って排気する工程を含むことを特徴とする請求項２１または２２記載の基板処理方法により、または
請求項２４に記載したように、
処理容器中において、前記処理容器中に保持されている被処理基板の表面に沿って第１の側から前記第１の側に対向する第２の側へと処理ガスを流し、前記被処理基板表面に処理ガス分子を吸着させる工程と、
前記処理容器内をパージする工程と、
前記処理容器中において、前記被処理基板の表面に沿って前記第１の側から前記第２の側へと酸化処理ガスを流し、前記被処理基板表面に吸着した処理ガス分子を酸化する工程とよりなる基板処理方法において、
前記酸化処理ガスを、前記処理容器内において、前記被処理基板の前記第１の側において紫外光励起工程により活性化し、ラジカルを形成する工程を含むことを特徴とする基板処理方法により、または
請求項２５に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持台を備え、前記基板保持台の第１および第２の側にそれぞれ形成された第１および第２の排気ポートにおいて排気される処理容器と、前記処理容器に第１および第２の原料ガスを交互に、それぞれ前記第２の側から前記第１の側に、また前記第１の側から前記第２の側に、層流の形で供給する原料ガス供給系とを備えた基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理容器を前記第１の排気口において排気している状態において、前記処理容器内にクリーニングガスを、前記第２の排気口に結合された排気管から、前記第２の排気口を通って導入する工程を含むことを特徴とするクリーニング方法により、または
請求項２６に記載したように、
前記クリーニングガスはラジカルを含むことを特徴とする請求項２５記載のクリーニング方法により、解決する。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、複数のスリット状開口部を形成された回動自在な弁体を有する高速ロータリバルブを使うことにより、処理容器内部に処理ガスとラジカルとを、前記弁体を回転させることにより、高速で切替えながら、交互に繰り返し導入することが可能になる。その結果、被処理基板表面に吸着した処理ガス分子をラジカル処理することにより、被処理基板表面に１原子層ずつ、高品質の膜を効率よく成長させることが可能になる。その際、ラジカル源に、排気系に接続されたバイパスラインを設け、処理容器内に処理ガスが導入されているような状態ではラジカルを前記バイパスラインに排気し、ラジカルを吸着した処理ガス分子に酸化などの反応を行う場合にのみ前記ラジカル源から処理容器にラジカルを導入するように構成することで、リモートプラズマなどのラジカル源を連続して、安定に運転することができ、原子層ＣＶＤ処理などの際のサイクル時間を短縮した場合でも、ラジカル形成が不安定になるような問題は生じない。その結果、基板処理の際のスループットを向上させることができる。
【００５２】
また本発明によれば、ラジカル源としてオンオフを行っても安定に動作する紫外光源を使うことにより、シリコン基板表面への酸化膜形成に使われる紫外光ラジカル酸化処理装置を使って、効率よく原子層ＣＶＤ処理を行うことが可能である。
【００５３】
さらに本発明によれば、処理容器を排気する排気口に接続された排気系の一部にクリーニングガスのラジカル源を結合し、クリーニングガスのラジカルを前記排気系を逆行して前記処理容器に導入することにより、前記処理容器内を効率的にクリーニングすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
［第１参考例］
図７は、本発明の第１参考例による基板処理装置（ＡＬＤ成膜装置）４０の構成を示す。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。
【００５５】
図７を参照するに、本参考例では図１から３で説明した基板処理装置１０で使われているコンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂが撤去され、そのかわりに前記排気口１４Ａ，１４Ｂに隣接して、前記排気溝部２０１ａあるいは２０１ｂ中に、高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが設けられる。さらに前記高速ロータリバルブ２５Ａおよび２５Ｂは、それぞれ配管２０７ａおよび２０７ｂを介して前記トラップ１００に結合される。
【００５６】
図８は、前記処理容器１１の構成を、図３の石英底板２０２Ａを除去した状態で示す。
【００５７】
図８を参照するに、前記処理容器１１を構成する外側容器２０１中には前記石英反応容器２０２が収納される空間が形成されており、前記空間中に被処理基板１２の表面が露出し、さらに前記被処理基板１２の両側に、先の排気口１４Ａ，１４Ｂの代わりに排気口２６Ａ，２６Ｂを有する高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが設けられている。本実施例では、前記排気口２６Ａ，２６Ｂは、原料ガスの流れ方向に平行する方向に測った幅Ｗが、従来の排気口１４Ａ，１４Ｂの場合よりも実質的に大きく設定されており、その結果、前記石英反応容器２０２から前記排気口２６Ａ，２６Ｂを介して多量のガスを効率良く排気することが可能になる。
【００５８】
図９（Ａ），（Ｂ）は、前記高速ロータリバルブ２５Ａの構成を示す。ただし図９（Ａ）はロータリバルブ２５Ａの全体を斜め上から見た斜視図、図９（Ｂ）は同じロータリバルブ２５Ａを斜め下から見た斜視図である。前記高速ロータリバルブ２５Ａは高速ロータリバルブ２５Ｂと同様な構成を有するため、以下では高速ロータリバルブ２５Ａのみを説明する。
【００５９】
図９（Ａ）を参照するに、高速ロータリバルブ２５Ａは前記排気口２６Ａを形成された本体２５１と、前記本体２５１中に回動自在に設けられた弁体２５２（図１０参照）と、前記弁体２５２を回動させるサーボモータ２５３とよりなり、さらに前記本体２５１の一部には、ヒータを収納した加熱部２５４が設けられている。また、図９（Ｂ）に示すように、前記本体２５１の底面には導管２０７ａに結合される排気口２５５が形成されている。
【００６０】
図１０は、図９（Ａ），（Ｂ）の高速ロータリバルブ２５Ａの分解図を示す。
【００６１】
図１０を参照するに、前記本体２５１の一端は軸受を備えたキャップ２５１Ａで閉じられ、前記本体２５１の他端には前記サーボモータ２５３を有する駆動ブロック２５３Ａが、シール２５３Ｂを介して結合される。
【００６２】
前記本体２５１中には、前記排気口２６Ａおよび２５５に連通した円筒形状の開口部が形成されており、前記円筒状開口部中には対応して中空円筒形状をしたセラミックスあるいは金属よりなる弁体２５２が、回動自在に挿入されている。前記弁体２５２には長さ方向に延在する開口部２５２Ａ、および前記開口部２５２Ａに径方向上で対向する位置に別の開口部２５２Ｂ（図１１参照）が形成されており、弁体２５２は前記サーボモータ２５３に弁体２５２の端部に設けられたシャフト２５２Ｘにおいて結合され、前記サーボモータ２５３により、時計回り方向および反時計回り方向に回動される。また前記加熱部２５４にはヒータ２５４Ａが挿入されている。前記弁体２５２の他端には、図示は省略するが前記シャフト２５２Ｘと同様な回動軸が設けられ、前記キャップ２５１Ａに設けられた軸受において回動自在に保持される。
【００６３】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、前記弁体２５２の構成を示す。ただし図１１（Ａ）は弁体２５２の斜視図、図１１（Ｂ）は弁体２５２の平面図、図１１（Ｃ）は弁体２５２の断面図、さらに図１１（Ｄ）は弁体２５２の底面図を示す。
【００６４】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）を参照するに、前記弁体２５２には前記開口部２５２Ａが二つ、中間部２５２ａを隔てて形成されており、各々の開口部２５２Ａは、前記弁体２５２内部の空間を介して前記中間部２５２ａと対向する位置に形成された開口部２５２Ｂと連通する。
【００６５】
図１２（Ａ），（Ｂ）および図１２（Ｃ），（Ｄ）は、本参考例の基板処理装置４０で使われる、前記前記高速ロータリバルブ２５Ａの四つの状態を示す。
【００６６】
図１２（Ａ）を参照するに、前記サーボモータ２５３は前記弁体２５２を、前記弁体２５２中の開口部２５２Ａが前記排気口２６Ａにおいて６ｍｍの幅Ｗを有する開口を形成するように回動させ、その結果、図１の構成において図７の基板処理装置４０を使い、前記石英反応容器２０２内部を前記開口部２５５に結合された導管２０７ａを介して排気した場合、排気の際のコンダクタンスが制限され、前記反応容器２０２内は徐々に排気され、所望の原料ガスの前記被処理基板１２表面への吸着が生じる。
【００６７】
一方図１２（Ｂ）の状態では、前記弁体２５２はサーボモータ２５３により、前記開口部２５２Ａが８ｍｍの幅Ｗを有する開口を形成するように駆動されており、その結果、バルブ２５Ａの図１２（Ａ）の状態よりも大きくなる。
【００６８】
図１３（Ｃ）の状態では、前記弁体２５２はサーボモータ２５３により、前記開口部２５２Ａが開口部２６Ａと一致するように駆動されており、その結果前記バルブ２５Ａは全開した状態になっている。図１３（Ｃ）の状態では、前記開口部２５２Ａは幅Ｗが４０ｍｍも開口部を形成する。
【００６９】
これに対し、図１３（Ｄ）の状態では、前記弁体２５２はサーボモータ２５３により、前記開口部２５２Ａが開口部２６Ａから完全に外れるように駆動されており、その結果前記バルブ２５Ａは閉じた状態になっている。
【００７０】
図４５は、本参考例による高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂにおける弁体２５２の回転に伴うコンダクタンス変化の例を示す。
【００７１】
図４５を参照するに、弁体２５２の回転角が０°の場合に３０００ｌ／秒を超えるコンダクタンスが得られているのに対し、回転角が約４０°を超えるとコンダクタンスはゼロになり、さらに回転角が１２０°を超えたあたりから再び増大し、１７０°あたりで６００ｌ／秒程度の値まで増大するのがわかる。本発明では、弁体２５２を単に回動させることにより、図４５に示すコンダクタンス変化を０．１秒以内の極めて短い時間に実現することが可能になる。
［第２参考例］
図１４は、図７の基板処理装置４０を使って前記被処理基板１２表面にＡｌ2Ｏ3膜をＡＬＤ法により形成する本発明の第２参考例の構成を示す。ただし図１４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。
【００７２】
図１４を参照するに、本参考例では前記原料容器２０ＡにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）が保持され、前記原料容器２０Ａ中のＴＭＡは切替バルブ１６Ａおよびノズル１３Ａを介して、前記処理容器１１中の石英反応容器２０２内に導入される。なお、図１４のシステムでは、原料容器２０Ｃを含む原料供給系は使われないため、図示を省略している。
【００７３】
図１５は、図１４のシステムを使って行われるＡＬＤプロセスを示すフローチャートである。
【００７４】
図１５を参照するに、ステップ１０の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが、いずれも図１３（Ｃ）の状態に全開され、前記バルブ１６Ａおよび１６Ｂから、それぞれ前記ノズル１３Ａおよび１３Ｂを介してＡｒガスが前記石英反応容器２０２中に導入され、反応容器２０２内部がパージされる。
【００７５】
次にステップ１１において前記高速ロータリバルブ２５Ａが図１３（Ｄ）の状態に閉鎖され、同時に前記高速ロータリバルブ２５Ｂが図１２（Ａ）の状態に部分的に開放される。あるいは、前記高速ロータリバルブ２５Ｂは、前記反応容器２０２の内部が所定の圧力になるように制御される。さらに前記バルブ１６Ｂおよびノズル１３Ｂを介して前記石英反応容器２０２内にＨ2Ｏガスが導入される。導入されたＨ2Ｏガスは前記被処理基板１２の表面に沿って層流となって流れ、前記ロータリバルブ２５Ｂから排出される。これに伴い、Ｈ2Ｏ分子が前記基板表面に、１分子層だけ吸着される。前記ステップ１１の間、前記ノズル１３Ａにはバルブ１６Ａから少量のＡｒガスが供給され、ノズル１３Ａ内部がパージされる。
【００７６】
次にステップ１２の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが共に図１３（Ｃ）の全開状態に設定され、さらに前記バルブ１６Ａ，１６Ｂからノズル１３Ａおよび１３Ｂを介してＡｒガスを導入することにより、前記ノズル１３Ａ，１３Ｂおよび前記石英反応容器２０２の内部がパージされる。
【００７７】
次にステップ１３の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａが図１２（Ｂ）の状態に部分的に開放され、さらに高速ロータリバルブ２５Ｂが図１３（Ｄ）の状態に閉鎖される。あるいは、前記高速ロータリバルブ２５Ａは、前記処理容器２２内部に所定の圧力が生じるように制御される。さらにこの状態において前記切替バルブ１６Ａよりガスノズル１３Ａを介してＴＭＡが前記石英反応容器２０２内に導入され、導入されたＴＭＡは前記被処理基板１２の表面を層流となって流れ、前記ロータリバルブ２５Ａから排出される。その結果、前記被処理基板１２の表面には、１分子層のＡｌ2Ｏ3膜が形成される。この間、前記ガスノズル１３ＢはＡｒガスによりパージされている。
【００７８】
さらにステップ１４の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂは共に図１３（Ｃ）の状態に全開され、前記ノズル１３Ａおよび１３ＢよりＡｒガスを導入することにより、前記ノズル１３Ａ，１３Ｂの内部および前記石英反応容器２０２内部がパージされる。
【００７９】
ステップ１０〜１４の工程を繰り返すことにより、前記被処理基板表面に１分子層ずつ、高品質のＡｌ2Ｏ3膜を形成することが可能である。
【００８０】
図１６は、図１５のステップ１０あるいは１２における石英反応容器２０２内のパージ速度を、本発明の高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂを使った場合と、図２の従来のコンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂを使った場合とで比較して示す図である。
【００８１】
図１６を参照するに、残留ガス濃度が当初の５％程度まで減少するのに要する時間が、本発明の高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂを使った場合、０．１秒程度で済み、これは従来の場合の１／５程度まで短縮されていることがわかる。また図１６より、前記石英反応容器２０２を真空パージした場合でも、本発明の高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂを使うと、１秒のパージ時間で残留ガス濃度を５％程度まで下げることができるのがわかる。
［第３参考例］
図１７は、本発明の第３参考例による基板処理装置５０の構成を示す。ただし図１７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。
【００８２】
図１７を参照するに、本参考例では片側の高速ロータリバルブ２５Ｂが撤去されており、またこれに伴って対応する原料ガス供給ノズル１３Ｂおよびこれに協働する原料ガス供給系が撤去されている。
【００８３】
このような構成の基板処理装置５０においても、図１８のフローチャートに示すように、ステップ２１において前記高速ロータリバルブ２５Ａを全開し、ノズル１３ＡからＡｒガスを供給することにより、前記石英反応容器２０２内部が高速にパージされる。そこでステップ２２において前記高-速ロータリバルブ２５Ａを６ｍｍの開度に設定し、さらに前記ノズル１３ＡからＨ2Ｏガスを導入することにより、前記被処理基板１２の表面に１分子層だけＨ2Ｏ分子を吸着させる。なお、ステップ２２において、バルブ２５Ａの開度を設定せず、処理圧力を設定し、この圧力に合わせてスリット幅を制御するようにしても、同様な効果が得られる。
【００８４】
さらにステップ２３において前記高速ロータリバルブ２５Ａが全開され、ノズル１３Ａおよび石英反応容器２０２内部がＡｒガスによりパージされる。
【００８５】
さらにステップ２４において前記高速ロータリバルブ２５Ａが８ｍｍの開度に設定され、さらに前記ノズル１３ＡからＴＭＡガスを導入することにより、前記被処理基板１２の表面に１分子層のＡｌ2Ｏ3膜が形成される。なおステップ２４においてバルブ２５Ａの開度を設定せず、処理圧力を設定し、この圧力に合わせてスリット幅を制御するようにしても、同様な効果が得られる。
［第１実施例］
図１９は、本発明の第１実施例による基板処理装置６０の構成を示す。ただじ図１９中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
図１９を参照するに、基板処理装置６０では、前記導管２０７ｂに、前記高速ロータリバルブ２６Ｂの下流側において図２のコンダクタンスバルブ１５Ｂがさらに設けられ、前記導管２０７ｂにはさらに前記高速ロータリバルブ２６Ｂと前記コンダクタンスバルブ１５Ｂとの中間の部分に開閉バルブ６１を介してリモートプラズマ源６２が設けられる。
【００８７】
前記リモートプラズマ源６２はＡｒなどの希ガスとＣｌ2やＣＨＦ3などの塩素系あるいはフッ素系のＮＦ3などのクリーニングガスが供給され、前記リモートプラズマ源６２に協働する例えば周波数が４００ｋＨｚの高周波源６２Ａを駆動することにより、化学的に活性な塩素ラジカルあるいはフッ素ラジカルを発生させる。
【００８８】
本実施例により基板処理装置６０では、前記高速ロータリバルブ２５Ａおよび２５Ｂを全開し、さらに前記コンダクタンスバルブ１５Ｂを閉じることにより、このようにして形成された塩素ラジカルあるいはフッ素ラジカルを、前記導管２０７ｂから前記高速ロータリバルブ２５Ｂを介して前記石英反応容器２０２に、通常の排気方向とは逆方向に導入し、これをさらに高速ロータリバルブ２５Ａを介して排気することにより、前記石英反応容器２０の効率的なクリーニングが可能になる。
【００８９】
図２０は図１９のクリーニング工程を示すフローチャートを、また図２１（Ａ），（Ｂ）は、図２０のフローチャートに対応する基板処理装置６０の状態を概略的に示す図である。
【００９０】
図２０を参照するに、ステップ２１において高速ロータリバルブ２５Ａが全開され、高速ロータリバルブ２５Ｂが閉鎖される。さらに前記リモートプラズマ源６２にＡｒガスおよびＣｌ2ガスを供給し、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂを全開し、前記開閉弁６１を開放し、前記リモートプラズマ源６２を、高周波源６２Ａにより形成された周波数が４００ｋＨｚでパワーが５ｋＷの高周波で駆動することにより、リモートプラズマおよびこれに伴う塩素ラジカルＣｌ*を発生させる。ステップ２１の状態では、形成された塩素ラジカルは、図２１（Ａ）に示すように、そのまま排気系へと排気される。
【００９１】
次にステップ２２において前記高速ロータリバルブ２５Ｂが全開され、コンダクタンスバルブ１５が閉鎖されることにより、ステップ２１で形成されていた塩素ラジカルＣｌ*は、図２１（Ｂ）に示すように前記高速ロータリバルブ２５Ｂおよび排気口２６Ｂを通って石英反応容器２０２内へと導入される。導入された塩素ラジカルＣｌ*は、前記石英反応容器２０２内を前記高速ロータリバルブ２５Ａへと流れ、排気口２６Ａを通って排出される。そこで、ステップ２２の状態を所定の時間維持することにより、前記石英反応容器２０２の内壁面等に付着した堆積物がクリーニングされる。
【００９２】
次にステップ２３の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ｂが再び閉鎖され、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂが全開される。その結果、先の図２１（Ａ）に示すように前記リモートラジカル源６２で形成された塩素ラジカルはそのまま排気系へと排気される。
【００９３】
さらにステップ２４の工程において前記高周波源６２Ａが遮断され、リモートラジカル発生源６２がオフされ、前記開閉弁６１が閉鎖される。
【００９４】
本実施例では、先にも説明したように前記排気口２６Ａ，２６Ｂの幅Ｗを従来の排気口１４Ａ，１４Ｂの幅よりも大きく設定し、さらに大きなコンダクタンスを実現できる高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂを組み合わせることにより、多量のラジカルを、石英反応容器２２０内に外部から導入する際に、ラジカルが活性を失うのを最小限に抑制することができ、効率的なクリーニングが可能になる。本実施例では、ラジカル源６２が排気系の一部に形成されているため、前記反応容器２０２が原料ガスの層流を形成するのに適した偏平な形状を有するものであっても、ラジカル源を設けるのに困難は生じない。
［第２実施例］
図１９の基板処理装置６０において、ラジカル源６２は処理容器２０２のクリーニングのみならず、被処理基板上に吸着した分子を酸化あるいは窒化するのにも有効である。この場合には、前記ラジカル源６２にクリーニングガスのかわりに酸素あるいは窒素ガスを、Ａｒなどの希ガスと共に供給する。
【００９５】
以下、図１９の基板処理装置６０を使って被処理基板上にＡｌ2Ｏ3膜を形成する本発明の第２実施例による基板処理工程を、図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００９６】
図２２（Ａ）を参照するに、前記基板保持台２０３が前記サーボモータ２５３により回動され、さらに前記高速ロータリバルブ２５Ａが開かれ、前記反応容器２０２内が排気される。また前記リモートラジカル源６２が駆動されている。
【００９７】
さらに図２２（Ａ）の状態では前記高速ロータリバルブ２５Ｂが閉鎖され、前記処理ガス導入口１３ＡよりＴＭＡなどの処理ガスが前記反応容器２０２内に導入される。導入された処理ガスは前記基板保持台２０３上の被処理基板表面に沿って流れ、前記高速ロータリバルブ２５Ａおよび導管２０７ａを通って排気される。その結果、前記被処理基板表面にはＴＭＡ分子が吸着し、ほぼ１分子層の厚さのＴＭＡ層が形成される。
【００９８】
図２２（Ａ）の状態では、前記導管２０７ｂに設けられた可変コンダクタンスバルブ１５Ｃは開放されており、その結果、前記リモートラジカル源６２で形成された酸素ラジカルは、前記反応容器２０２に導入されることはなく、前記可変コンダクタンスバルブ１５Ｃを通って排出される。
【００９９】
一方図２２（Ｂ）の状態では、前記処理ガス導入口１３ＡへのＴＭＡの供給は切換えバルブ１６Ａにより遮断され、さらに前記可変コンダクタンスバルブ１５Ｃを閉鎖、高速ロータリバルブ２５Ｂを開放することにより、前記反応容器２０２内に前記リモートラジカル源６２で形成された酸素ラジカルＯ*が、前記排気口２６Ｂを通って逆流する形で供給される。その際、図２２（Ｂ）の状態では前記高速ロータリバルブ２５Ａも開放されており、その結果このようにして導入された酸素ラジカルＯ*は前記反応容器２０２内を前記回動されている被処理基板の表面に沿って流れ、前記基板表面に吸着しているＴＭＡ分子を酸化し、１分子層のＡｌ2Ｏ3膜を形成する。
【０１００】
図２２（Ｂ）の工程の後、さらに図２２（Ａ）の工程に戻り、図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）の工程を交互に繰り返すことにより、Ａｌ2Ｏ3膜を被処理基板上に１分子層づつ成長させることができる。
【０１０１】
このように本実施例では、ＴＭＡ分子の酸化にＨ2Ｏの代わりに酸素ラジカルを使う。これに伴い、Ｈ2Ｏを導入する処理ガス供給口１３Ｂおよび切換えバルブ１６Ｂは使っていない。その結果、反応容器２０２の内壁や切換えバルブ１６ＢにおけるＨ2Ｏ分子の付着の問題が生じることがなく、図２２（Ｂ）の状態から図２２（Ａ）の状態への切換えの際のパージ工程を迅速に行うことが可能になる。
【０１０２】
特に前記排気口２６Ａおよび２６Ｂに先に説明した高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂを使うことにより、前記リモートラジカル源６２を前記排気口２６Ｂの近傍に設けることが可能になり、酸素ラジカルを効率よく反応容器２０２内に導入することが可能になる。本実施例では、リモートラジカル源６２は扁平な処理容器２０１あるいはその内部の反応容器２０２に直接に設ける必要がないため、設計が容易である。
【０１０３】
図２３は、図２２（Ａ），（Ｂ）の工程を含む、図１９の基板処理装置６０により基板処理工程を示すフローチャートである。
【０１０４】
図２３を参照するに、ステップＳ３０において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが全開され、さらに前記処理ガス導入口１３ＡよりＡｒガスを導入することにより、前記反応容器２０２の内部がパージされる。この工程では反応容器２０２から排出される残留処理ガスが前記リモートプラズマ源６２に侵入して堆積を生じるのを防止するため、前記バルブ６１は、図２４（Ａ）に示すように閉鎖しておいてもよい。ただし、前記残留処理ガスの侵入が少ない場合には、図２４（Ｂ）に示すように前記ステップＳ３０のパージ工程において前記バルブ６１を開放しておくことも可能である。この場合には、リモートプラズマ源６２内の圧力が安定し、プラズマを安定させることができる。
【０１０５】
次に図２２（Ａ）の工程に対応するステップＳ３１において前記ロータリバルブ２５Ｂが閉鎖され、前記ロータリバルブ２５Ａの弁解度を６ｍｍに設定する。この状態で前記処理ガス導入口１３ＡよりＴＭＡを導入することにより、前記被処理基板の表面に、一様に、ほぼ１分子層の厚さのＴＭＡ分子層を吸着させる。
【０１０６】
次にステップＳ３２において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが再び全開され、前記反応容器２０２中に残留しているＴＭＡがパージされる。この段階でも、前記リモートプラズマ源６２のバルブ６１は前記図２４（Ａ）に示すように閉鎖しておいてもよい。ただし、前記残留処理ガスの侵入が少ない場合には、図２４（Ｂ）に示すように前記ステップＳ３０のパージ工程において前記バルブ６１を開放しておくことも可能である。この場合には、リモートプラズマ源６２内の圧力が安定し、プラズマを安定させることができる。
【０１０７】
さらに図２２（Ｂ）の工程に対応するステップＳ３３において前記高速ロータリバルブ２５Ａおよび２５Ｂが開放され、さらに処理ガス導入口１３ＡよりのＴＭＡの導入を遮断する。さらに前記可変コンダクタンスバルブ１５Ｃを閉鎖しバルブ６１を開放することにより、前記反応容器２０２中に酸素ラジカルを導入し、先に被処理基板表面に吸着しているＴＭＡ分子層を酸化する。その結果、前記被処理基板表面に１分子層の厚さのＡｌ2Ｏ3膜が形成される。
【０１０８】
さらにステップＳ３４において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂが全開され、前記処理ガス導入口１３ＡよりＡｒガスを導入しながら前記反応容器２０２がパージされる。ただしステップ３４において前記可変コンダクタンスバルブ１５Ｃは開放された状態にある。
【０１０９】
ステップＳ３４は先のステップＳ３０と同じ工程であり、従って、続くステップ３１〜３４を繰り返すことにより、前記被処理基板表面に１分子層ずつＡｌ2Ｏ3膜を成長することが可能である。
【０１１０】
本実施例によれば、ＴＭＡ分子層の酸化に酸素ラジカルを使うことにより、前記ステップＳ１０、すなわちステップＳ３４におけるパージ時間を短縮でき、基板処理効率を向上させることができる。
【０１１１】
なお、本発明において、形成される膜はＡｌ2Ｏ3膜に限定されるものではなく、ＺｒＣｌ4ガスを使うことにより、ＺｒＯ2膜が、またＨｆＣｌ4ガスを使うことによりＨｆＯ2膜が形成可能である。
【０１１２】
さらに、前記リモートプラズマ源６２は、窒素ガスを供給されて窒素ラジカルを形成することも可能である。
【０１１３】
本実施例では、前記リモートプラズマ源６２を排気系の一部に設けることにより、処理ガスを導入して被処理基板表面を処理ガス分子で覆う、図２３のステップＳ１１のような工程においてリモートプラズマ源６２を連続的に運転している場合でも反応容器２０２内へのラジカルの侵入が生じないため、前記リモートプラズマ源６２をオンオフ制御する必要がなく、基板処理装置を短いサイクルで運転した場合でも安定したプラズマ供給が可能である。このため図５の基板処理装置は大きなスループットでいわゆる原子層ＣＶＤプロセスを行うことが可能である。
【０１１４】
図２５（Ａ）は、前記図２３のステップＳ３１において、ＴＭＡなどの処理ガスの供給を、前記処理ガス導入口１３Ａに対向する処理ガス導入口１３Ｂから行う場合を示す。
【０１１５】
この場合には、前記バルブ１６Ｂから処理ガス導入口１３Ｂを介して導入された処理ガスは前記処理容器２０２中を処理ガス導入口１３Ａの方向へと流れ、全開状態の高速ロータリバルブ２５Ａを介して排気導管２０７ｂへと排気される。その際、前記導管２０７ｂに設けられた可変コンダクタンスバルブ１５Ｃも全開されており、その結果、処理ガスはバルブ１５Ｃを通って排気される。
【０１１６】
図２５（Ａ）の状態では、高濃度の処理ガスが前記導管２０７ｂを流れるので、前記リモートプラズマ源６２のバルブ６１は閉鎖しておく必要がある。さもないと、導管２０７ｂ中においてＴＭＡなどの処理ガスが酸素ラジカルで酸化され、堆積が生じてしまう。
【０１１７】
図２５（Ｂ）の状態は、図２３のステップＳ３３に対応する酸化処理工程であり、図２２（Ｂ）の場合と同様に、酸素ラジカルが前記リモートラジカル源６２から全開されている高速ロータリバルブ２５Ｂを通って処理容器２０２内に導入され、さらに前記被処理基板の表面に沿って流れた後、全開されている高速ロータリバルブ２５Ａを通って排気される。この状態では前記可変コンダクタンス弁１５Ｃは閉鎖されている。
［第３実施例］
図２６は本発明の第３実施例による基板処理装置８０の構成を示す。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。図２６は前記試料保持台２０３が処理位置まで持ち上げられた状態を示す。図２６の構成では基板搬送部２０４Ａが高速ロータリバルブ２５Ａと２５Ｂの中間に位置するように設けられている。
【０１１８】
図２６を参照するに、基板処理装置８０は先に説明した基板処理装置４０に略対応した構成を有しているが、本実施例では石英反応容器２０２が被処理基板１２に対応する部分において被処理基板１２の表面に近接し、被処理基板１２と石英反応容器２０２との間に高さの低い、扁平なガス通路が形成される。また、かかる石英反応容器２０２の形状に対応して、前記カバープレート２０１Ａも中央部の厚さが増大した形状に形成されている。このように被処理基板１２の表面に非常に扁平で高さの低いガス通路を形成することにより、被処理基板１２表面を層流として通過するガスの流速が増大し、その結果、被処理基板１２表面における気相原料分子の一様な吸着が保証される。また処理容器２０１内の実効的な容積が減少するためパージ効率が向上し、短時間に処理ガスを切り替えながら、原子層ＣＶＤプロセスを効率よく実行することが可能になる。
【０１１９】
また図２６の基板処理装置８０では処理ガス導入口１３Ａ，１３Ｂの代わりに、高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂの内側、すなわち被処理基板１２に近い側にバーズビーク状の処理ガス導入口８３Ａ，８３Ｂが設けられており、さらに前記カバープレート２０１Ａ上にはリモートプラズマ源８２が設けられている。前記リモートプラズマ源８２は以下に説明するように導管８５Ａにより前記高速ロータリバルブ２５Ｂに結合されており、形成された酸素ラジカルあるいは窒素ラジカルを、前記反応容器２０２中の処理空間に導入する。このためバルブ２５Ｂは排気口２５５が排気管２０７ｂに接続されるとともに、前記導管８５Ａが結合される導入口２６Ｃがさらに形成されている。
【０１２０】
前記ロータリバルブ２５Ａは排気口２６Ａが前記反応容器２０２の側部に結合され、以下に説明するように弁体２５２の回動に応じて前記反応容器２０２内部の処理空間を排気する。同様にロータリバルブ２５Ｂは排気口２６Ｂが反応容器２０２の側部に結合されており、弁体２５２の回動に応じて反応容器２０２内部の処理空間を排気する。
【０１２１】
また図２６の基板処理装置８０では、高速ロータリバルブ２５Ａの内部に処理ガス導入管２５ａがバルブ２５Ａの回転軸に沿って形成されており、前記処理ガス導入管２５ａは図７の切替バルブ１６Ｂに接続されている。
【０１２２】
図２７は、図２６の基板処理装置８０の状態１においてなされる吸着工程を示す。
【０１２３】
図２７を参照するに、高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂは弁体２５２Ｃ中に先に説明したバルブ開口部２５２Ａおよびバルブ開口部２５２Ｂの他に、別の大きなバルブ開口部２５２Ｃを有しており、バルブ２５Ａでは前記開口部２５２Ａ〜２５２Ｃは時計回りに、またバルブ２５Ｂでは前記開口部２５２Ａ〜２５２Ｃは反時計回りに形成されている。なお、本実施例では開口部２５２Ｂおよび２５２Ｃはいずれも図１１（Ａ）に示した開口部２５２Ａと同様な、弁体２５２の軸方向に延在する細長い形状を有する。
【０１２４】
図２７の状態１では、高速ロータリバルブ２５Ｂは前記大きな開口部２５２Ｂが排気口２５５に整合するように回転されており、この状態では別の大きな開口部２５２Ｃが石英反応容器２０２中の処理空間に連通する排気口２６Ｂに整合している。従って前記処理空間は開口部２５２Ｃおよび２５２Ｂを介して排気管２０７ｂへと排気される。またこの状態ではバルブ２５Ｂのリモートプラズマ源８５への連通は遮断されており、また処理ガス導入口８３Ａへの連通も遮断されている。
【０１２５】
図２７の状態１ではさらに前記高速ロータリバルブ２５Ａが、前記大きい開口部２５２Ａが処理ガス導入口８３Ｂに整合するように回転され、さらに切替バルブ１６ＢよりＴＭＡなどの処理ガスを前記処理ガス導入管２５ａを介して前記バルブ２５Ａ中の空間に導入する。このようにして導入された処理ガスは、前記開口部２５２Ａおよび処理ガス導入口８３Ｂを通って石英処理容器２２２内の処理空間に導入され、処理ガスが前記排気口２６Ｂおよびバルブ２５Ｂを通って排出されるまでの間に、処理ガス中の原料分子が被処理基板１２の表面に吸着される。
【０１２６】
図２８は、図２７の工程に引き続いて行われる排気工程における基板処理装置８０の状態２を示す。
【０１２７】
図２８を参照するに、高速ロータリバルブ２５Ｂは大きなバルブ開口部２５２Ｃが前記排気口２６Ｂに整合するように回転されており、この状態で別の大きなバルブ開口部２５２Ｂが排気口２５５に整合する。また高速ロータリバルブ２５Ａでも同様の状態が生じており、その結果、石英反応容器２０２内部の処理空間が前記高速ロータリバルブ２５Ａおよび２５Ｂを介して速やかに排気される。
【０１２８】
図２９は図２８の排気工程における、高速ロータリバルブ２５Ｂ近傍の様子を拡大して示す。
【０１２９】
図２９を参照するに、本実施例では先に説明したように処理ガス導入口８３Ａが高速ロータリバルブ２５Ｂよりも被処理基板１２に近い位置に形成されている。このため、図２８の排気工程では処理ガス導入口８３Ａは高速ロータリバルブ２５Ｂに対し、排気されるガス流の上流側に位置し、ガス流は排気口２６へとバーズビーク状の処理ガス導入口８３Ａに沿って流れ、バルブ開口部２５２Ｃを通ってバルブ２５Ｂ中に流入する。このためガス導入口背後の破線で示した領域において生じやすかったガスの滞留が一掃され、反応容器２０２内部を効率的に排気することが可能になる。
【０１３０】
図２８，２９の排気工程の後、基板処理装置８０の状態３において図３０に示す酸化処理工程が行われる。
【０１３１】
図３０を参照するに、酸化処理工程では前記リモートプラズマ源８５にＡｒガスと酸素ガスとが供給され、さらに例えば４００ｋＨｚの高周波でこれを励起することにより、酸素ラジカルＯ*が形成される。さらに図３０の工程では前記高速ロータリバルブ２５Ｂが、バルブ開口部２５２Ｂが前記開口部２６Ｃに整合するように回転され、この状態において前記バルブ開口部２５２Ａが排気口２６Ｂに整合する。
【０１３２】
その結果、前記リモートプラズマ源８５で励起された酸素ラジカルＯ*は前記バルブ開口部２５２Ａおよび排気口２６Ｂを逆方向に通って石英処理容器２０２中の処理空間に導入される。その際、前記高速ロータリバルブ２５Ａは図２８と同じ排気位置に設定されており、その結果、前記高速ロータリバルブ２５Ｂおよび処理ガス導入口８３Ａを通って導入された酸素ラジカルは処理容器２０２中を被処理基板１２の表面に沿って高速ロータリバルブ２５Ａの排気口２６Ａへと流れ、その間に先に被処理基板１２上に吸着した原料分子を酸化する。その際、前記バルブ開口部２５２Ａを大面積の開口部としておき、前記排気口２６Ｂを介してラジカルを導入することにより、ラジカル寿命の低減を回避することができる。
【０１３３】
さらに図３０の工程の後に図２８の排気工程を行ない、図２７の吸着工程、図２８の排気工程、図３０の酸化工程および図２８の排気工程を繰り返すことにより、被処理基板１２の表面に金属酸化物などよりなる高誘電体膜が１分子層ずつ積層される。
【０１３４】
図３１は、図２６の基板処理装置８０を使った基板処理工程の例を示す。
【０１３５】
図３１を参照するに、ステップ４１において基板処理装置８０は図２８の状態２に設定され、反応容器２０２内部の処理空間が排気される。またその際、処理ガス導入口８３ＡからＡｒパージガスを導入することにより、処理ガス導入口８３Ａおよび前記処理空間のパージが行われる。
【０１３６】
次にステップ４２の工程において基板処理装置８０は図２７の状態１に設定され、反応容器２０２内に処理ガス導入口８３ＢからＴＭＡなどの処理ガスが導入され、被処理基板１２上に原料分子の吸着が生じる。
【０１３７】
次にステップ４３の工程において基板処理装置８０は図２８の状態２の戻され、前記反応容器２０２内部の処理空間が排気される。その際、ステップ４３の工程では前記処理ガス導入口８３ＢからＡｒパージガスが導入され、処理ガス導入口８３Ｂおよび処理空間のパージが行われる。
【０１３８】
次にステップ４４の工程において基板処理装置８０は図３０の状態３に設定され、前記ラジカル源８５で形成された酸素ラジカルなどのラジカルが、前記高速ロータリバルブ２５Ｂおよび排気口２６Ｂを経て前記処理空間に導入され、先に前記被処理基板１２上に吸着していた原料分子を酸化する。
【０１３９】
さらにプロセスはステップ４１に戻り、ステップ４２〜４４を繰り返すことにより、前記被処理基板１２の表面に１分子層ずつ、Ａｌ2Ｏ3膜が形成される。
【０１４０】
図３２は以上に説明した本実施例による基板処理装置８０の、カバープレート２０１Ａを開いた状態における部分切載断面図である。
【０１４１】
図３２を参照するに高速ロータリバルブ２５Ａ中にはガス導入管２５ａが軸方向に延在しており、また開口部２６Ｃは前記導管８５Ａの形状に対応して略円形形状を有しているが、バルブ開口部２５２Ａ，２５２Ｂあるいは２５２Ｃは弁体２５２の軸方向に延在する細長い形状を有するのがわかる。また前記ガス導入管２５ａの端部には原料ガス配管の接続部２５ａ１が設けられており、さらに前記バルブ２５Ａ，２５Ｂのいずれにおいても弁体２５２はモータ２５３により九度されるのがわかる。
【０１４２】
図３２に示すようにカバープレート２０１Ａは図示されていない支点により開閉自在に設けられているが、このように構成することにより、基板処理装置８０ではメンテナンスが容易になる。
［第４参考例］
図３３は本発明の第４参考例による基板処理装置９０の構成を、また図３４は図３３の基板処理装置９０で使われる処理ガス導入口の構成を示す。ただし図３３，３４中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図３３は、基板保持台２０３が基板搬入・搬出口２０４Ａに対応する位置まで下げられており、さらに被処理基板１２がリフタピン２０４Ｂにより持ち上げられた状態を示している。
【０１４３】
図３３を参照するに、基板処理装置９０は先の実施例による基板処理装置８０と同様な構成を有するが、図３４に示すように処理ガス導入口８３Ａ，８３Ｂに原料ガスラインがバルブを介して接続される。例えば処理ガス導入口８３Ａの場合、図１においてライン２３ａおよびバルブ２４Ａを介して供給されるＡｒパージガスとライン１６ａおよびバルブ１９Ａを介して供給されるＺｒＣｌ2やＴＭＡなどの原料ガスが、切替バルブ１６Ａを介して供給されており、またライン２３ｃおよびバルブ２４Ｃを介して供給されるＡｒパージガスとライン１６ｃおよびバルブ１９Ｃを介して供給されるＺｒＣｌ2やＴＭＡなどの原料ガスが、切替バルブ１６Ｃを介して供給されている。
【０１４４】
また図３３の基板処理装置９０では基板処理装置８０で使われたリモートプラズマ源８５は設けられていない。
【０１４５】
図３５（Ａ）は、図３３の基板処理装置９０で使われる高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂの構成、特にそれぞれのバルブで使われる弁体２５２の構成を詳細に示す。
【０１４６】
図３５（Ａ）を参照するに、高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂには先に説明したバルブ開口部２５２Ａ，２５２Ｂに対応するバルブ開口部(1)〜(3)が形成されており、図３５（Ｂ）はバルブ２５Ａにおける前記バルブ開口部(1)〜(3)を形成された弁体２５２の展開図を示す。また同様に図３５（Ｃ）はバルブ２５Ｂにおける前記バルブ開口部(1)〜(3)を形成された弁体２５２の展開図を示す。
【０１４７】
図３５（Ｂ），（Ｃ）を参照するに、バルブ２５Ｂの開口部(1)〜(3)は図３５（Ａ）の状態において、開口部(1)が処理容器２２内の処理空間と連通するように、また開口部(2)が処理ガス導入口８３Ａに連通するように、開口部(3)が排気口２５５を介して排気管２０７ａに連通するように、位置および幅が設定されており、バルブ２５Ａにおいても開口部(1)〜(3)が同様に形成されている。
【０１４８】
本参考例では、前記ライン１６ａおよびバルブ１９Ａを介して処理ガス導入口８３Ａはオゾンガス（Ｏ3）が供給され、さらにライン１６ｂおよびバルブ１９Ｂを介して処理ガス導入口８３Ｂに、例えばＨｆ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4あるいはＨｆ［Ｎ（ＣＨ3）2］4などのＨｆ有機金属原料が供給される。
【０１４９】
次に図３３の基板処理装置９０を使って行う基板処理工程の例を、図３６（Ａ）〜（Ｄ）および図３７（Ｅ）〜（Ｈ）を参照しながら説明する。
【０１５０】
図３６（Ａ）の工程では前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂは図３５（Ａ）の状態に設定され、その結果、前記石英処理容器２０２内部の処理空間が、バルブ２５Ａ，２５Ｂのいずれにおいても開口部(1)および(3)を通る経路により排気管２７０ａあるいは２０７ｂへと排気される。また図３６（Ａ）の状態ではバルブ２５Ａ，２５Ｂのいずれにおいても開口部(2)が処理ガス導入口８３Ａあるいは８３Ｂに整合し、その結果、処理ガス導入口８３Ａ，８３Ｂも開口部(3)および排気管２０７ａあるいは２０７ｂを通って排気される。
【０１５１】
次に図３６（Ｂ）の工程では高速ロータリバルブ２５Ｂの状態が図３６（Ａ）のまま、前記高速ロータリバルブ２５Ａの弁体２５２が、前記開口部(1)が排気管２０７ａに連通するが開口部(2)〜(3)のいずれも前記処理空間あるいは処理ガス導入口８３Ｂに連通しない位置に回転され、さらにバルブ１９Ｂが開かれ、ライン１６ｂ中の有機金属Ｈｆ原料が前記処理ガス導入口８３Ｂを介して前記処理空間中に導入される。導入された有機金属Ｈｆ原料は前記処理空間中を被処理基板１２の表面に沿って流れ、被処理基板１２表面に吸着される。
【０１５２】
次に図３６（Ｃ）の工程において、前記高速ロータリバルブ２５Ａ中の弁体２５２の位置をそのままに、前記高速ロータリバルブ２５Ｂ中の弁体２５２が図３６（Ａ）の位置に戻され、処理容器２０２内部の処理空間が排気管２０７ｂへと排気される。また図３６（Ｃ）の工程ではバルブ２４Ｂが開かれ、ライン２３ｂ中のＡｒパージガスが前記処理ガス導入口８３Ｂへと導入され、その結果、処理ガス導入口８３Ｂがパージされる。
【０１５３】
さらに図３６（Ｄ）の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａ中の弁体２５２が、図３６（Ａ）の状態に戻され、処理容器２０２内部の処理空間が、高速ロータリバルブ２５Ａの開口部(1)，(2)および(3)を通って排気管２０７ａへと排気される。また図３５（Ｄ）の工程ではバルブ２４Ａが開かれ、ライン２３ａ中のＡｒパージガスが前記処理ガス導入口８３Ａへと導入され、その結果、処理ガス導入口８３Ａがパージされる。
【０１５４】
次に図３７（Ｅ）の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂ中の弁体２５２がいずれも図３６（Ａ）の状態に戻され、前記処理容器２０２内部の処理空間が排気される。
【０１５５】
次に図３７（Ｆ）の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａの弁体２５２は図３７（Ｅ）の状態のまま、前記高速ロータリバルブ２５Ｂ中の弁体２５２が図３６（Ｄ）と同じ位置に回転され、さらにバルブ１９Ａが開かれ、ライン１６ａ中のオゾンガスが前記処理ガス導入口８３Ａを介して前記処理空間中に導入される。導入されたオゾンガスは前記処理空間中を被処理基板１２の表面に沿って流れ、被処理基板１２表面に吸着された有機金属Ｈｆ原料分子を酸化し、１分子層の厚さのＨｆＯ2膜を形成する。
【０１５６】
次に図３７（Ｇ）の工程において、前記高速ロータリバルブ２５Ａおよび２５Ｂ中の弁体２５２の位置をそのままに保持し、前記処理容器２０２内部の処理空間が排気管２０７ａへと排気される。また図３７（Ｇ）の工程ではバルブ２４Ａが開かれ、ライン２３ａ中のＡｒパージガスが前記処理ガス導入口８３Ａへと導入され、その結果、処理ガス導入口８３Ａがパージされる。
【０１５７】
さらに図３７（Ｈ）の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａ中の弁体２５２が図３６（Ａ）の状態に戻され、前記前記開口部(1)が排気管２０７ｂに連通し開口部(2)が処理ガス導入口８３Ａに連通し開口部(3)が処理空間に連通する。その結果、処理容器２０２内部の処理空間が開口部(2)あるいは(3)から開口部(1)を経て排気管２０７ｂへと排気される。また図３７（Ｈ）の工程ではバルブ２４Ｂが開かれ、ライン２３ｂ中のＡｒパージガスが前記処理ガス導入口８３Ｂへと導入され、その結果、処理ガス導入口８３Ｂがパージされる。
【０１５８】
さらに図３６（Ａ）〜図３７（Ｈ）の工程を繰り返すことにより、被処理基板１２上にＨｆＯ2膜の原子層成長が実現される。
【０１５９】
なお、本参考例において図３６（Ｂ）の工程の後、図３７（Ｆ）の工程の前までに、図３８（Ａ）に示すノズルパージ工程を行ってもよい。また図３７（Ｆ）の工程の後、次のサイクルにおける図３６（Ｂ）の工程の前までに、図３８（Ｂ）に示すノズルパージ工程を行ってもよい。
【０１６０】
図３８（Ａ）を参照するに、高速ロータリバルブ２５Ｂにおいては弁体２５２が、開口部(1)〜(3)のいずれもが処理容器２０２中の処理空間に連通しない位置に回転されており、さらに高速ロータリバルブ２５Ａにおいては弁体２５２が図３６（Ａ）の位置に設定されている。
【０１６１】
この状態において前記バルブ２４Ｂを開くとパージライン２３ｂ中のＡｒガスが処理ガス導入口８３Ｂに導入されるが、導入されたＡｒガスは高速ロータリバルブ２５Ａの作用により処理ガス導入口８３Ｂ中を、処理ガス導入口８３Ｂ中における通常のガス流れ方向とは逆の方向に流れ、前記開口部(2)および(3)を通って排気管２０７ａへと排出される。
【０１６２】
また図３８（Ｂ）の例では高速ロータリバルブ２５Ａにおいて弁体２５２が、開口部(1)〜(3)のいずれもが処理容器２０２中の処理空間に連通しない位置に回転されており、さらに高速ロータリバルブ２５Ｂにおいて弁体２５２が図３６（Ａ）の位置に設定されている。
【０１６３】
この状態においてバルブ２４Ａを開くとパージライン２３ａ中のＡｒガスが処理ガス導入口８３Ａに導入されるが、導入されたＡｒガスは高速ロータリバルブ２５Ｂの作用により処理ガス導入口８３Ａ中を、処理ガス導入口８３Ａ中における通常のガス流れ方向とは逆の方向に流れ、前記開口部(2)および(3)を通って排気管２０７ｂへと排出される。
【０１６４】
図３９は、図３８（Ａ），（Ｂ）における処理ガス導入口８３Ａあるいは８３Ｂのパージ工程の特徴を示す図である。
【０１６５】
図３９を参照するに、処理ガス導入口８３Ａ中を通常のガス流れ方向と逆方向にパージガスを流すことにより、パージガスはコンダクタンスの小さい領域から大きな領域へと流れ、その結果、前記処理ガス導入口８３Ａは効率的にパージされる。図３９中、小さな矢印はコンダクタンスの小さい領域を、大きな矢印はコンダクタンスの大きな領域を概略的に示している。
【０１６６】
なお、図３９に示すノズル逆パージ工程は、例えば図３６（Ｃ）の工程において処理ガス導入口８３Ａについてバルブ２４Ａを開き、Ａｒガスを導入することによっても行うことができる。同様に図３９のノズル逆パージ工程は、図３７（Ｇ）の工程において処理ガス導入口８３Ｂについてバルブ２４Ｂを開き、Ａｒガスを導入することによっても行うことができる。
［第４実施例］
図４０（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４実施例による基板処理装置１２０の概略的構成を示す。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。
【０１６７】
図４０（Ａ）を参照するに、基板処理装置１２０は先に説明した基板処理装置１００と類似した構成を有するが、図２７の基板処理装置８０で説明したリモートプラズマ源８５が高速ロータリバルブ２５Ａに、導管８５Ａを介して結合されている点で相違している。図２７あるいは３２の実施例と同様に、リモートプラズマ源８５は開閉自在なカバープレート２０１Ａ上に設けられており、バルブ８６Ａを介してライン８６ａよりＡｒガスが、またバルブ８６Ｂを介してライン８６ｂより酸素ガスが供給される。また本実施例ではライン１６ａからバルブ１９Ａを介して、前記処理ガス供給口８３Ａに、オゾンガスの代わりに有機金属Ｈｆ原料が供給される。
【０１６８】
図４０（Ａ）に示すように、高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂにおいてはそれぞれの弁体２５２上にバルブ開口部２５２Ａ，２５２Ｂとして図４０（Ｂ）あるいは図４０（Ｃ）の展開図に詳細に示す開口部(1)〜(3)が形成されている。より具体的に説明すると、高速ロータリバルブ２５Ｂに対応する図４０（Ｂ）の展開図では前記開口部(1)〜(3)は、前記開口部(1)が前記処理容器２０２の端部に連通している状態で前記開口部(2)が前記ガスノズル８３Ａに連通し、また前記開口部(3)が排気管２０７ｂに連通するように形成されている。なお、図示の例では前記開口部(3)は、円または楕円形の開口形状に形成されているが、これらの開口部(1)〜(3)全てをスリット形状とすることも可能である。
【０１６９】
一方、前記高速ロータリバルブ２５Ａに対応する図４０（Ｃ）の展開図では、前記開口部(1)〜(3)は前記ラジカル源８５に連通可能である必要があり、このため配置が図４０（Ｂ）のものとは多少異なっている。
【０１７０】
すなわち図４０（Ｃ）において前記開口部(1)〜(3)は、前記開口部(1)が高速ロータリバルブ２５Ａの側において前記処理容器２０２の端部に連通している状態で、前記開口部(2)が排気管２０７ａに連通するように、また前記開口部(3)が前記処理容器２０２の端部に連通する状態で前記開口部(2)が前記ラジカル源８５に連通するように形成されている。
【０１７１】
本実施例ではガスノズル８３Ｂには原料ガスのみが供給され、酸化ガスが供給されることはない。このため、先の参考例のようにガスノズル８３Ｂを逆向きにパージする必要はない。しかし、開口部(1)の幅を大きく設定し、前記処理容器２０２の端部に前記開口部(1)が連通した場合に、前記開口部(1)が前記ガスノズル８３Ｂにも連通するように構成することもできる。この状態では前記開口部(3)は前記排気管２０７ａに連通する。なお、図４０（Ｃ）の構成では、開口部(1)および(2)がスリット形状に、また開口部(3)が円もしくは楕円形状に形成されているが、開口部(1)〜(3)の全てをスリット形状に形成することも可能である。
【０１７２】
以下、図４０（Ａ）〜（Ｃ）の基板処理装置１２０を使ったＨｆＯ2膜の形成工程について、図４１（Ａ）〜（Ｄ）および図４２（Ｅ）〜（Ｈ）を参照しながら説明する。
【０１７３】
図４１（Ａ）を参照するに、高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂは先に図３６Ａで説明した位置にあり、処理容器２０２内の処理空間が排気される。
【０１７４】
次に図４１（Ｂ）の工程において高速ロータリバルブ２５Ａを図４１（Ａ）の状態に保持したまま、前記高速ロータリバルブ２５Ｂ内の弁体２５２が、前記開口部(1)が排気管２０７ｂに連通するが開口部(2)および(3)のいずれもが前記処理空間に連通しない位置に回動される。この状態で前記バルブ１９Ａが開かれ、前記処理空間内に前記処理ガス導入口８３Ａから有機金属Ｈｆ原料が導入される。
【０１７５】
このようにして導入された有機金属Ｈｆ原料は前記処理空間中を被処理基板１２の表面に沿って高速ロータリバルブ２５Ａへと流れ、有機金属Ｈｆ原料分子が被処理基板１２の表面に吸着される。過剰の原料ガスは、前記高速ロータリバルブ２５Ａの開口部(1)から開口部(2)を経て排気管２０７ａに排気される。
【０１７６】
次に図４１（Ｃ）の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ａを図４１（Ａ），（Ｂ）の状態に保持したまま、また高速ロータリバルブ２５Ｂの状態もそのままに保持したまま、前記バルブ１９Ａが閉じられバルブ２４Ａが開かれる。その結果、前記処理ガス導入口８３Ａにはライン２３ａ中のＡｒガスが導入され、導入されたＡｒガスは前記処理空間中を被処理基板１２の表面に沿って高速ロータリバルブ２５Ａへと流れ、バルブ２５Ａの開口部(1)から開口部(2)を経て排気口２０７ａへと排出される。これにより、処理ガス導入口８３Ａがパージされる。
【０１７７】
次に図４１（Ｄ）の工程において高速ロータリバルブ２５Ｂが図４１（Ａ）の状態に戻され、さらに高速ロータリバルブ２５Ａ中の弁体２５２が、前記弁体上に形成された開口部(1)が排気口２５５を介して排気管２０７ａに連通するように、また開口部(3)がリモートプラズマ源８５の導管８５Ａに連通するように回転される。また同時にバルブ８６Ａが開かれ、ライン８６ａ中のＡｒガスがリモートプラズマ源８５に供給される。
【０１７８】
さらに図４１（Ｄ）の工程ではバルブ２４Ｂも開かれ、パージライン２４ｂ中のＡｒガスが処理ガス供給口８３Ｂに供給され、処理ガス供給口８３Ｂのパージが行われる。処理ガス導入口８３Ｂより導入されたＡｒガスは前記処理空間中を高速ロータリバルブ２５Ｂへと流れ、開口部(1)あるいは開口部(2)から開口部(3)を通って排気管２０７ｂへと排出される。
【０１７９】
次に図４２（Ｅ）の工程において前記高速ロータリバルブ２５Ｂの状態はそのままに、高速ロータリバルブ２５Ａ中の弁体２５２が、弁体２５２上に形成されている開口部(2)がリモートプラズマ源８５の導管８５Ａに連通するように、また開口部(3)が前記処理空間に連通するように回転される。その結果、前記リモートプラズマ源８５で活性化されたＡｒラジカルを含むＡｒガスが、前記開口部(2)および(3)を通過し、前記処理空間中に導入される。
【０１８０】
次に図４２（Ｆ）の工程において高速ロータリバルブ２５Ｂの状態はそのままに、また高速ロータリバルブ２５Ａもそのままの状態で、バルブ８６Ａの他にバルブ８６Ｂが開かれ、ライン８６ｂ中の酸素ガスがライン８６ａ中のＡｒガスと共にリモートプラズマ源８５に導入され、活性化される。前記リモートプラズマ源８５における酸素ガスの活性化の結果、リモートプラズマ源８５においては酸素ラジカルＯ*が形成され、形成された酸素ラジカルＯ*は前記高速ロータリバルブ２５Ａにおいて開口部(2)から開口部(3)を通って前記処理空間内に導入される。形成された酸素ラジカルＯ*は被処理基板１２の表面に沿って流れ、基板１２の表面に吸着している原料分子を酸化する。その結果、前記被処理基板１２の表面には、１分子層のＨｆＯ2膜が形成される。
【０１８１】
次に図４２（Ｇ）の工程において高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂの状態はそのままに、前記バルブ８６Ｂが閉じられ、プラズマ源８５が停止され、Ａｒガスを所定時間流した後バルブ８６Ａも閉じられる。
【０１８２】
さらに図４２（Ｈ）の工程において高速ロータリバルブ２５Ａの状態が図４１（Ａ）の状態に戻され、さらに高速ロータリバルブ２５Ｂを図４１（Ｂ）の状態に設定する。さらにこの状態においてバルブ２４Ａを開くことにより処理ガス導入口８３ＡにＡｒガスをパージライン２３ａから導入し、処理ガス導入口８３Ａのパージを行う。
【０１８３】
さらに図４１（Ａ）〜図４２（Ｈ）の工程を繰り返すことにより、被処理基板１２の表面に１分子層ずつ、ＨｆＯ2膜が形成される。
【０１８４】
本実施例によれば、被処理基板上に吸着しているＨｆなどの有機金属原料分子を強い酸化力を有する酸素ラジカルにより酸化することにより、形成される膜中へのＣの混入を１％以下に抑制することができる。またＨ2ＯやＯ2など他の酸化剤を使った場合よりも酸化剤の処理容器２０２表面への付着を抑制でき、簡単なパージにより効果的な処理ガスの入れ替えが可能になる。その結果、ＡＬＤ工程の処理スループットが向上する。また原料分子の酸化に酸素ラジカルを使うため、酸化処理に要する時間を短縮でき、基板処理スループットをさらに向上させることができる。
【０１８５】
また本実施例においても、先に図３９で説明したノズル逆パージ工程を行うことができる。
［第５実施例］
図４３は本発明の第５実施例による基板処理装置１４０の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１８６】
図４３を参照するに、基板処理装置１４０は先に図７で説明した基板処理装置４０と類似した構成を有するが、処理ガス導入口１３Ａ，１３Ｂの代わりに図４４に示す石英製のノズル１４３Ａ，１４３Ｂを有する。また前記カバープレート２０１Ａには前記石英製ノズル１４３Ａに対応して石英窓１４４を有する開口部２０１ａが形成されており、前記カバープレート２０１Ａ上には前記開口部２０１ａに対応して紫外光源１４５が形成されている。
【０１８７】
図４４を参照するに、石英ノズル１４３Ａ，１４３Ｂは先端部が扁平な形状を有し、ガス吐出側のスリット状開口部に向かって次第にコンダクタンスが減少する特性を有している。このような構成のノズルを使うことにより、処理ガスが所望のシート状の均一な層流の形で処理空間に供給される。この構造は基本的にはバーズビーク型ガスノズルと称されるものであり、ガスノズル内の空間は一体化した空間となっており、ガス吐出方向の断面積のみが、吐出側に向かって縮小される特徴を有している。
【０１８８】
そこで図４３の構成において前記石英ノズル１４３Ａに酸素ガスを供給し、この状態で前記紫外光源１４５を駆動すると前記石英ノズル１４３Ａ中の処理ガスが励起され、酸素ラジカルＯ*が形成される。
【０１８９】
そこでこのようにして形成された酸素ラジカルＯ*により被処理基板１２の表面に吸着している有機金属Ｈｆなどの原料分子を酸化することにより、Ｃの混入の少ない高品質の膜を１分子層の厚さに形成することが可能になる。
【０１９０】
なお図４４の石英ノズル１４３Ａ，１４３Ｂにおいて内部のガス通路にホットフィラメントを設けることにより、あるいは内部のガス通路壁面にＡｌ2Ｏ3膜あるいはＴｉＯ2膜を被覆することにより、ラジカルの励起を促進することも可能である。
［第６実施例］
次に図２６の基板処理装置８０において前記石英反応容器２０２と底板２０２Ａ、従って被処理基板１２表面との間のギャップＧを最適化した、本発明の第６実施例による基板処理装置１５０について、図４６を参照しながら説明する。
【０１９１】
図４６を参照するに、本実施例は、前記ギャップＧを最適化することにより、前記石英反応容器２０２内の処理空間に供給される原料ガスの利用効率を最適化し、もって基板処理装置の運転費用を低減することを課題とする。
【０１９２】
図４７は、図４６の基板処理装置１５０のうち、石英反応容器２０２と基板１２とを含む部分を拡大して示す。ただし図４６，４７は、前記被処理基板１２の表面が石英底板２０２Ａと同一面をなす処理位置に位置した状態を示している。
【０１９３】
図４７を参照するに、このような構造において前記石英反応容器２０２と被処理基板１２との間の狭い空間を、前記ノズル８３Ａから供給されるＴＭＡなどの処理ガス流Ｆを通過させた場合、前記処理基板１２の表面および石英反応容器２０２の表面には境界層Ｂが形成され、処理ガス流Ｆ中をキャリアガスに乗って輸送されているＴＭＡ分子などの処理ガス分子は、かかる境界層Ｂ中を拡散することで前記基板１２の表面に到達する。
【０１９４】
このような境界層Ｂの厚さδは前記ＴＭＡガス流Ｆの流速によって変化し、厚さδは流速が減少すると増大し、流速が増大すると減少する。前記境界層Ｂの厚さδが減少すると、前記ＴＭＡガス流Ｆから放出されたＴＭＡ分子が前記境界層Ｂ中を拡散して被処理基板１２の表面に到達するまでの時間が短縮され、所定時間により多くのＴＭＡ分子が被処理基板１２の表面に到達することになる。その結果、原料の利用効率が向上する。
【０１９５】
このようなＴＭＡガス流Ｆの流速は、前記プロセス空間の高さ、すなわち前記ギャップＧを減少させることにより増大させることができる。
【０１９６】
図４８は、このようなギャップＧと、前記被処理基板１２の表面がＴＭＡ分子で飽和するまでのＴＭＡガス供給時間との関係を示す。ただし図４８中、横軸は前記石英反応容器２０２内の処理空間の容積を示しているが、前記処理空間の径は同一に維持されるので、前記処理空間の容積は前記キャップＧに対応する。一方図４８中、縦軸は被処理基板表面が吸着したＴＭＡ分子で飽和するまでのＴＭＡガスの供給時間を示しており、この値が小さい程、短時間で飽和吸着が実現され、また供給したＴＭＡガスのうち基板表面に吸着したものの割合を示す吸着率が増大する。
【０１９７】
図４８はＴＭＡのバブラ温度を２５℃、蒸気圧を１．５ｋＰａ（１１Ｔｏｒｒ）に設定した場合のシミュレーション結果であるが、ギャップＧが４０ｍｍの場合にＴＭＡ分子の吸着率は１３％であるのに対し、ギャップＧが２０ｍｍの場合には吸着率は１４％に向上するのがわかる。さらに前記ギャップＧが８ｍｍまで減少した場合、吸着率は３０％にまで向上する。図４８中、(1)は被処理基板１２に吸着されるＴＭＡ分子の割合を、(2)は被処理基板１２に吸着されずに排出されるＴＭＡ分子の割合を示している。
【０１９８】
このように、前記ギャップＧを減少させることにより前記プロセス空間において被処理基板１２の表面に形成される境界層Ｂの厚さδが減少し、吸着率が向上することで成膜工程の際の原料ガスの利用効率が向上することが確認される。
【０１９９】
一方、前記ギャップＧをさらに減少させ、０．５〜１．０ｍｍ程度に設定した場合には、真空排気性能が十分に高い場合には、原料ガスの流速が音速に達するので、それ以上の高速化を達成できなくなる。あるいは、真空排気性能が不足する場合には同様に、ガス流速は減少することになる。従って、真空排気性能に依存するものの、０．５〜１．０ｍｍ程度までのギャップの縮小に対しては、通常、原料ガスの流速の増加があるので、境界層の幅が短縮し、この結果、原料ガスの拡散が増加し、吸着される効率が増大する。一方,これ以上のギャップの縮小は、このような原料の利用効率の改善を得られることはできない。
【０２００】
このような状況から、前記扁平なプロセス空間の高さＧは、０．５〜８ｍｍ、より好ましくは０．５〜３．５ｍｍの範囲に設定するのが好ましいと考えられる。
［第５参考例］
図４９（Ａ），（Ｂ）は、図３３の基板処理装置９０で使われる処理ガス導入口８３Ｂ近傍の構成を詳細に示す。なお、同様な構成は、処理ガス導入口８３Ａについても使われるが、処理ガス導入口８３Ａについての説明は省略する。
【０２０１】
図４９（Ａ）を参照するに、処理ガス導入口８３Ａは高速ロータリバルブ２５Ａに、処理容器の一部に形成された円筒形状の空間８３Ｃを介して連通しており、前記円筒形状の空間８３Ｃには、図４９（Ｂ）に示すように多数の微細な開口部８３ｄを形成されたパイプ８３Ｄが挿入されている。
【０２０２】
前記パイプ８３Ｄ中には、バルブ１９Ｂあるいは２４Ｂを介してパージガスあるいは原料ガスが供給されるが、供給されたガスは前記開口部８３ｄから前記空間８３Ｃ中に流出し、流出したガスは、前記空間８３Ｃから前記バーズビーク状のノズル８３Ｂから前記石英反応容器２０２内のプロセス空間中に、層流となって供給される。
【０２０３】
図５０は、図４９Ａの構成の平面図である。
【０２０４】
図５０を参照するに、前記開口部８３ｄは前記パイプ８３Ｄ中、前記ノズル８３Ｂとは反対の方向に形成されており、その結果、前記開口部８３ｄを通って流出したガスは、前記円筒形状空間８３Ｃ中において均一化され、前記ノズル８３Ｂからは、パイプ８３Ｄの軸方向に流量の変動のない、一様な層流が得られる。
【０２０５】
以上の説明では本発明をＨｆＯ2膜あるいはＡｌ2Ｏ3膜の形成を例に説明したが、本発明はかかる特定の系の成膜に限定されるものではなく、ＺｒＯ2膜、ＨｆＳｉＯ4膜、ＺｒＳｉＯ4膜、Ｔａ2Ｏ5膜等、様々な膜の形成に適用が可能である。
【０２０６】
また、以上に説明した本発明の基板処理装置および処理方法は、被処理基板表面に膜を１分子層ずつ積層するいわゆるＡＬＤプロセスにおいて非常に有用であるが、ＭＯＣＶＤ法などの原子層成長に限定されない成膜プロセスに対しても有効である。
【０２０７】
なお、以上に説明した高速ロータリバルブ２５Ａ，２５Ｂを有する基板処理装置を運転する場合、一のロットの作業と次のロットの作業との間に、通常は５分以上の待機時間が生じることがある。
【０２０８】
先にも説明したように、高速ロータリバルブ２５Ａあるいは２５Ｂでは弁体２５２は所定の角度範囲内、例えば０°から９０°の範囲内において前後に高速で繰り返し回転されるため、軸受け部に非対称な磨耗が生じやすい。
【０２０９】
この問題を回避するため、本発明の基板処理装置を運転する際には、前記待機時間の間、前記弁体２５２を、１００ＲＰＭ以下、好ましくは１０ＲＰＭ程度の低速で、連続的に回転させておくのが好ましい。
【０２１０】
このような基板処理装置のアイドリング状態では、処理容器２０１内部は真空排気しておくのが好ましく、また基板保持台２０３は下降した搬送位置（ホームポジション）に保持しておくのが好ましい。また基板保持台２０３はプロセスの再開に備えて通常のプロセス実行温度、例えば４００℃に保持し、前記処理容器２０１の内部にはパージガスを低流量で流しておくのが好ましい。
【０２１１】
以上、本発明を好ましい実施例および参考例について説明したが、本発明はかかる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。
【図面の簡単な説明】
【０２１２】
【図１】従来のＡＬＤ成膜装置の概要を示す図である。
【図２】図１のＡＬＤ成膜装置で使われる処理容器の構成を示す図である。
【図３】図２の処理容器の一部を詳細に示す図である。
【図４】図１のＡＬＤ装置を使って実行されるＡＬＤプロセスの例を示すフローチャートである。
【図５】図２の処理容器中で行われるＡＬＤプロセスを示す図である。
【図６】図２の処理容器中で行われるＡＬＤプロセスを示す別の図である。
【図７】本発明の第１参考例によるＡＬＤ成膜装置で使われる処理容器の構成を示す図である。
【図８】図７の処理容器の構成を示す斜視図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、図７の処理容器において使われる高速ロータリバルブの構成を示す斜視図である。
【図１０】前記高速ロータリバルブの構成を示す分解図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、前記高速ロータリバルブで使われる弁体の構成を示す図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、前記高速ロータリバルブの動作を説明する図（その１）である。
【図１３】（Ｃ），（Ｄ）は、前記高速ロータリバルブの動作を説明する図（その２）である。
【図１４】本発明の第２参考例によるＡＬＤ成膜装置の概要を示す図である。
【図１５】図１４のＡＬＤ成膜装置を使った本発明の第２参考例によるＡＬＤ成膜プロセスを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の高速ロータリバルブの動作特性を示す図である。
【図１７】本発明の第３参考例によるＡＬＤ成膜装置の構成を示す図である。
【図１８】図１７の成膜装置を使った本発明の第３参考例によるＡＬＤ成膜プロセスを示す図である。
【図１９】本発明の第１実施例によるＡＬＤ成膜装置の構成を示す図である。
【図２０】本発明の第１実施例による成膜装置のクリーニング方法を示すフローチャートである。
【図２１】（Ａ），（Ｂ）は、図２０に対応する、本発明の第１実施例によるクリーニング工程を示す図である。
【図２２】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２実施例による成膜装置の構成および工程を示す図である。
【図２３】図２２の成膜装置を使った成膜工程を示すフローチャートである。
【図２４】（Ａ），（Ｂ）は、第２実施例の変形例を示す図である。
【図２５】（Ａ），（Ｂ）は、第２実施例の別の変形例を示す図である。
【図２６】本発明の第３実施例による成膜装置の構成を示す図である。
【図２７】図２６の成膜装置を使った成膜工程を示す図である。
【図２８】図２６の成膜装置を使った成膜工程を示す別の図である。
【図２９】図２８の一部を拡大して示す図である。
【図３０】図２６の成膜装置を使った成膜工程を示すさらに別の図である。
【図３１】図２６の成膜装置を使った成膜工程を示すフローチャートである。
【図３２】図２６の成膜装置の全体を示す一部切載斜視図である。
【図３３】本発明の第４参考例による成膜装置の構成を示す図である。
【図３４】図３３の成膜装置で使われる処理ガス導入口の構成を示す図である。
【図３５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図３３の成膜装置で使われる高速ロータリバルブを説明する図である。
【図３６】（Ａ）〜（Ｄ）は、図３３の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図（その１）である。
【図３７】（Ｅ）〜（Ｈ）は、図３３の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図（その２）である。
【図３８】（Ａ），（Ｂ）は第４参考例の変形例を示す図である。
【図３９】図３８の変形例を説明する図である。
【図４０】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４実施例による成膜装置の構成を示す図である。
【図４１】（Ａ）〜（Ｄ）は、図４０の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図（その１）である。
【図４２】（Ｅ）〜（Ｈ）は、図４０の成膜装置を使って行われる成膜工程を示す図（その２）である。
【図４３】本発明の第５実施例による成膜装置の構成を示す図である。
【図４４】図４３の実施例で使われるノズルの構成を示す図である。
【図４５】本発明の高速ロータリバルブの動作特性例を示す図である。
【図４６】本発明の第６実施例による成膜装置の構成を示す図である。
【図４７】図４６の成膜装置の動作を説明する図である。
【図４８】図４６の成膜装置の動作を説明する別の図である。
【図４９】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第５参考例による成膜装置の一部を示す図である。
【図５０】本発明第５参考例による成膜装置の一部を示す別の図である。
【符号の説明】
【０２１３】
１０，４０，５０，６０，８０、９０，１２０，１４０  基板処理装置
１２  被処理基板
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，８３Ａ，８３Ｂ，１４３Ａ，１４３Ｂ  処理ガス導入口
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ  排気口
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  切替バルブ
１５Ａ，１５Ｂ  コンダクタンスバルブ
１０Ａ  制御装置
１１  処理容器
１１Ｗ  石英窓
１６ａ  第１の処理ガス供給ライン
１６ｂ  第２の処理ガス供給ライン
１６ｃ  第３の処理ガス供給ライン
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｃ  バルブ
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０ａ，２０ｃ  質量流量コントローラ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，１００ａ，１００ｂ  パージライン
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  原料容器
２５Ａ，２５Ｂ  高速ロータリバルブ
２６Ａ，２６Ｂ  排気口
８３Ｃ  円筒形状空間
８３Ｄ  パイプ
８３ｄ  開口部
８５  リモートプラズマ源
８５Ａ  導管
８６Ａ，８６Ｂ  バルブ
８６ａ，８６ｂ  ガスライン
１００  トラップ
１４５  紫外光源
１４５Ａ  石英窓
２０１  外側容器
２０１Ａ  カバープレート
２０１Ｄ  開口部
２０１ａ，２０１ｂ  排気溝部
２０１ｄ  石英ライナー
２０２  石英反応容器
２０２Ａ  石英底板
２０２Ｂ  石英カバー
２０３  保持台
２０３Ａ  ガードリング
２０４  基板搬送部
２０４Ａ  基板搬送口
２０４Ｂ  搬送アーム
２０５  軸受部
２０５Ａ  磁気シール
２０５Ｂ  回動軸
２０６  ベローズ
２０７Ａ，２０７Ｂ  コンダクタンスバルブ
２０７ａ，２０７ｂ  導管
２５１  バルブ本体
２５１Ａ  キャップ
２５１Ｘ  回動シャフト
２５２  弁体
２５２Ａ，２５２Ｂ  開口部
２５２ａ  中間部
２５３  サーボモータ
２５４  温度制御機構
２５４Ａ  ヒータ
２５５  排気口
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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