(57)【要約】【課題】  基板上の薄膜の周方向の膜厚面内分布の均一性を改善すること。【解決手段】  原料ガスの吸着、処理雰囲気の置換、原料ガスと反応ガスとの反応による反応生成物の生成、の各ステップを含む１サイクルを複数回繰り返し、目標の膜厚に成膜したときに、載置台がＮ回転するように、各サイクル毎に載置台を間欠的に回転させる。このときの載置台の回転速度Ｒｓは、周方向の膜厚面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最も短いステップＳｐ（吸着ステップＳ１）のステップ時間ｔｐに基づいて求め、ステップＳｐが行われている時間帯において、載置台を回転させる。このため、ステップＳｐが行われるときのウエハＷの周方向の位置が順次変位し、各位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時にはウエハＷがＮ回転した状態になる。この結果、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。【選択図】  図３
2019083231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記１サイクルの繰り返し回数をＭとすると、３６０度×｛Ｎ（１以上の整数）／Ｍ｝で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させ、
前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させるように制御信号を出力するように構成され、
ステップＳｐが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Ｒｓは、Ｒｓ＝（Ｎ／Ｍ）×（１／ｔｐ）で表されることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記載置台の回転開始時点は、前記ステップＳｐの開始時点であることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項３】
前記載置台は、前記ステップＳｐが行われている途中から回転を開始することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯は、前記ステップＳｐが行われている間の３０％以上を含む時間帯であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項５】
前記載置台は、等速で回転することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記載置台の回転中は、加速及び減速の少なくとも一方が行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台をＮ（1以上の整数）回転させるように制御信号を出力するように構成されることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記ステップＳｐは、基板に原料ガスを吸着させるステップであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップは、反応ガスを基板に供給した状態で反応ガスをプラズマ化させるステップであり、前記ステップＳｐは、当該反応ガスをプラズマ化させるステップであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１０】
真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記１サイクルの繰り返し回数をＭとすると、３６０度×｛Ｎ（１以上の整数）／Ｍ｝で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させる工程と、を含み、
前記載置台を間欠的に回転させる工程は、前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させる工程であり、
ステップＳｐが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Ｒｓは、Ｒｓ＝（Ｎ／Ｍ）×（１／ｔｐ）で表されることを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台をＮ（１以上の整数）回転させることを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するサイクルを繰り返して反応生成物を基板に積層する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造ステップにおいては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して、熱エネルギーにより、或いはプラズマを形成してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）による成膜処理が行われている。この成膜処理は、例えば処理容器内に設けられ、上部電極を兼用するガスシャワープレートから、下部電極を兼用するステージに載置されたウエハに処理ガスを供給し、ガスシャワープレートとステージとの間に処理ガスのプラズマを形成する成膜装置を用いて行われる。
【０００３】
この装置では、ウエハに原料ガスを吸着させ、例えば原料ガスの供給と並行して反応ガスを供給すると共に、間欠的にプラズマを形成して反応ガスを活性化し、反応ガスの活性種とウエハに吸着した原料ガスとを反応させて反応生成物を生成する。そして、原料ガスを供給するステップと、原料ガスと反応ガスとを反応させるステップとを交互に行うサイクルを複数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜を形成している。次工程であるドライエッチング工程では、同心円状にエッチングレートを調整する場合が多いことなどから、このようなＡＬＤプロセスにおいて、ウエハ面内において、周方向の膜厚が均一になるような膜厚プロファイルの制御を求められることがある。
【０００４】
即ち、周方向における膜厚の均一性が良好であれば、ウエハの径方向に見て、中央部の膜厚が周縁部に比べて大きくなる凸型形状や、中央部の膜厚が周縁部に比べて小さくなる凹型形状であっても、後のドライエッチング工程で径方向の膜厚分布を均すことができる。しかしながら、ＡＬＤプロセスでは、特定のステップにおいてウエハ面内において局所的に処理が進行し、膜厚のばらつきが生じる場合がある。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２には、回転テーブルに載置された基板を公転させてＡＬＤプロセスを行うにあたり、基板を自転させて基板の周方向における膜厚の均一性を向上させる技術が提案されている。また、特許文献３には、基板を多段に保持したボートを反応管に搬入し、少なくとも２種のガスを交互に供給してＡＬＤプロセスを行うにあたり、ガスの供給周期とウエハの回転周期とが同期しないように制御することにより、膜厚の面内均一性を向上させる技術が記載されている。しかしながら、これら特許文献１〜特許文献３では、特定のステップにおける局所的な処理の進行に着目するものではなく、本発明の課題を解決することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−９２１５６号公報
【特許文献２】特開２０１６−２０６０２５号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００５／０８８６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布の均一性を改善する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記１サイクルの繰り返し回数をＭとすると、３６０度×｛Ｎ（１以上の整数）／Ｍ｝で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させ、
前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させるように制御信号を出力するように構成され、
ステップＳｐが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Ｒｓは、Ｒｓ＝（Ｎ／Ｍ）×（１／ｔｐ）で表されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台をＮ（1以上の整数）回転させるように制御信号を出力するように構成されることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明は、真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記１サイクルの繰り返し回数をＭとすると、３６０度×｛Ｎ（１以上の整数）／Ｍ｝で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させる工程と、を含み、
前記載置台を間欠的に回転させる工程は、前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させる工程であり、
ステップＳｐが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Ｒｓは、Ｒｓ＝（Ｎ／Ｍ）×（１／ｔｐ）で表されることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、本発明は、真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む１サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをＳｐ、当該ステップＳｐのステップ時間をｔｐとすると、前記ステップＳｐが行われている間の８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台をＮ（１以上の整数）回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、原料ガスの吸着、処理雰囲気の置換、原料ガスと反応ガスとの反応による反応生成物の生成、の各ステップを含む１サイクルを複数回繰り返し、目標の膜厚に成膜したときに、基板の載置台がＮ回転するように、各サイクル毎に載置台を間欠的に回転させる。このときの載置台の平均回転速度Ｒｓは、周方向の膜厚面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最も短いステップＳｐの当該ステップ時間ｔｐに基づいて求め、ステップＳｐが行われている時間帯を含む時間帯において、載置台を回転させる。このため、ステップＳｐが行われるときの基板の周方向の位置が順次変位し、各位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時には基板がＮ回転した状態になる。この結果、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。
【００１３】
また、本発明の他の発明は、前記１サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップＳｐが行われている間の８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台をＮ（1以上の整数）回転させる。このため、ステップＳｐが行われる度に基板がＮ回転するので、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置を示す縦断側面図である。
【図２】成膜装置の概略斜視図である。
【図３】成膜装置にて実施される成膜方法を示すチャート図である。
【図４】成膜装置の作用を説明する平面図である。
【図５】成膜装置にて実施される他の成膜方法を示すチャート図である。
【図６】成膜装置にて実施される他の成膜方法を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る成膜装置について、例えばウエハＷにプラズマＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）により成膜する成膜装置に適用した例について説明する。例えば成膜装置１は、図１に示すように横断面が矩形の処理容器１０を備えている。図中１０１は、処理容器１０の天井部材、１０２は容器本体である。処理容器１０の側壁にはウエハＷを搬入出するための搬入出口１１が形成され、この搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１０内には、基板処理部１３及び１４が、搬入出口１１から見て手前側及び奥側に例えば２個並べて配置されている。処理容器１０の底面には、処理容器１０内の雰囲気を排気するための排気口１５が設けられ、この排気口１５には排気管１６を介して真空排気機構をなす真空ポンプ１７に接続されている。図１中１８は、処理容器１０内の圧力調整を行う圧力調整部である。
【００１６】
基板処理部１３及び１４は互いに同様に構成されているので、基板処理部１３を例にして説明する。基板処理部１３は、図１に示すようにウエハＷを載置する載置台２１を備えている。載置台２１は下部電極を兼用するものであり、例えばアルミニウムやニッケルなどの金属からなる扁平な円柱状に形成され、回転機構を兼用する駆動機構２２により駆動軸２２１を介して昇降自在及び鉛直軸回りに回転自在に構成されている。
【００１７】
図１には、実線にて処理位置にある載置台２１を描き、点線にて受け渡し位置にある載置台２１を示している。処理位置とは、後述する成膜処理を実行するときの位置であり、受け渡し位置とは、図示しない外部の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行う位置である。載置台２１には、載置面上のウエハＷを加熱するためのヒータ２３が埋設されており、ウエハＷを例えば３００℃〜４５０℃程度に加熱するように構成されている。また、載置台２１は図示しない整合器を介して接地電位に接続されている。
【００１８】
さらに、基板処理部１３及び１４の上部側には、絶縁部材３１を介して、上部電極をなす金属製のガスシャワーヘッド４が設けられている。図中１０１は処理容器１０の天井部材、１０２この処理容器１０は蓋体１０１と容器本体１０２と、により構成されている。このガスシャワーヘッド４には整合器３２を介して高周波電源３３が接続されている。こうして、成膜装置１は、ガスシャワーヘッド４と載置台２１との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる平行平板型プラズマ処理装置として構成されている。
【００１９】
ガスシャワーヘッド４は、蓋体４１と、載置台２１の載置面と対向するように設けられたシャワープレート４２と、これら蓋体４１とシャワープレート４２との間に形成された扁平なガスの通流室４３と、を備えている。蓋体４１には、ガス供給路５が接続されると共に、シャワープレート４２には、厚さ方向に貫通するガス供給孔４４が例えば縦横に配列され、ガスがシャワー状に載置台２１に向けて供給される。
【００２０】
ガスシャワーヘッド４に接続されたガス供給路５の上流側は、分岐されて例えば原料ガスの供給源５１、置換ガスの供給源５２、反応ガスの供給源５３に接続されている。図１中Ｖ１〜Ｖ３はバルブであり、Ｃ１〜Ｃ３は流量調整部である。原料ガスとしては、例えばＳｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ２Ｈ６、ＨＣＤＳ（ヘキサクロロジシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）等のシリコン（Ｓｉ）を含むガスが用いられる。反応ガスとして、酸化ガスや還元ガスが用途に応じて用いられ、例えば酸化ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスやオゾン（Ｏ３）ガス等を用いることができる。置換ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスが用いられる。
【００２１】
さらに、処理容器１０の底面には、複数本例えば３本の受け渡しピン２０が各載置台２１に対応した位置に設けられる一方、載置台２１には、この受け渡しピン２０の通過領域を形成するための貫通孔２４が形成されている。載置台２１を受け渡し位置に下降させると、受け渡しピン２０が貫通孔２４を通過して、受け渡しピン２０の上端が載置台２１の載置面から突出する。こうして、図示しない外部の搬送機構と、受け渡しピン２０と、載置台２１との協働作用により、搬送機構と各載置台２１との間でウエハＷの受け渡しが行われるように構成されている。図１中の２５は、処理容器１０内を気密に保つためのシール部材である。
【００２２】
さらに、この成膜装置１は、図１及び図２に示すように、基板処理部１３及び１４の夫々において、処理位置にある載置台２１の載置面とガスシャワーヘッド４の下面との間に処理領域Ａ１、Ａ２を形成するために、絶縁部材よりなる区画部材２６が設けられている。この区画部材２６は、処理領域Ａ１、Ａ２を夫々囲むように形成され、外部の搬送機構により基板処理部１３及び１４の載置台２１に夫々基板を受け渡すための開口部２６１が形成されている。
【００２３】
図２は、基板処理部１３及び１４を備えた成膜装置１を２個連結した構成を概略的に示すものであり、一方の成膜装置１は、ガスシャワーヘッド４の蓋体４１を設けた構成、他方の成膜装置１は、蓋体４１を外した構成である。他方の成膜装置１は、載置台２１を受け渡し位置に配置した様子を示している。
【００２４】
この成膜装置１にて実施されるウエハＷの成膜処理について、図３を参照して簡単に説明する。この成膜処理は、吸着ステップＳ１と、第１の置換ステップＳ２と、反応ステップＳ３と、第２の置換ステップＳ４と、を含む１サイクルを複数回例えば１００回繰り返すものである。図３中各ステップＳ１〜Ｓ４のステップ時間（ステップが行われている時間）をｔ１〜ｔ４としている。
【００２５】
吸着ステップＳ１とは、ウエハＷに原料ガスを吸着させるステップ、第１の置換ステップＳ２とは、処理雰囲気である処理領域Ａ１、Ａ２の雰囲気を置換ガスにより置換するステップである。反応ステップＳ３とは、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップ、第２の置換ステップＳ４とは、原料ガスを供給する前に処理領域Ａ１、Ａ２の雰囲気を置換ガスにより置換するステップである。そして、このステップＳ１〜Ｓ４よりなる１サイクルを設定回数繰り返して行うことで、反応生成物であるシリコン酸化膜の層をウエハＷの表面に積層して、所定の膜厚のＳｉＯ２膜を形成する。
【００２６】
成膜装置１には、コンピュータからなる制御部６が設けられている。制御部６は、例えばプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部６から成膜装置１の各部に制御信号を送り、既述の成膜処理を実行することができるように命令が組み込まれている。具体的には、載置台２１の駆動機構２２、各バルブＶ１〜Ｖ３や流量調整部Ｃ１〜Ｃ３、高周波電源３３、圧力調整部１８、ヒータ２３などが、上記のプログラムによって制御される。これらプログラムは、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶媒体に格納されて制御部６にインストールされる。
【００２７】
プログラムには、載置台２１の回転を制御するプログラムも含まれる。このプログラムは、成膜処理の１サイクルの繰り返し回数をＭとすると、３６０度×｛Ｎ／Ｍ｝で表される角度ずつ載置台２１を平均回転速度Ｒｓで間欠的に回転させるように構成されている。平均回転速度Ｒｓは、次の（１）式にて求められる速度である。
Ｒｓ＝（Ｎ／Ｍ）×（１／ｔｐ）・・・（１）
【００２８】
（１）式中、ｔｐとは、成膜処理の１サイクルにおいて、ウエハＷ上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップＳｐのステップ時間である。また、成膜サイクルの繰り返し回数Ｍは、目標膜厚（Å）と、１サイクルあたりの成膜速度（Å／サイクル）とにより決定される。さらに、Ｎは１サイクルをＭ回繰り返したときのウエハＷの回転回数であって、１以上の整数である。
【００２９】
そして、回転を制御するプログラムは、ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台２１を回転させ、ステップＳｐが開始される時点から載置台２１が停止するまでの載置台２１の平均回転速度がＲｓとなるように制御するように構成されている。ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯は、ステップＳｐが行われている間の３０％以上を含む時間帯であり、好ましくは５０％以上を含む時間帯である。また、より一層好ましい動作は、ステップＳｐの開始と同時に載置台２１が回転を開始し、ステップＳｐの終了時に載置台２１の回転が停止する動作である。この場合には、ステップＳｐが行われている間の１００％の時間帯において載置台２１が回転することになる。
【００３０】
ここで、成膜処理の１サイクルにおいて、ウエハＷ上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップとは、この例では、ウエハＷに原料ガスを吸着させる吸着ステップＳ１と、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成する反応ステップＳ３である。吸着ステップＳ１のステップ時間ｔ１と、反応ステップＳ３のステップ時間ｔ３とを比較すると、ステップ時間ｔ１の方が短いことから、ステップＳｐは吸着ステップＳ１、ｔｐは吸着ステップＳ１のステップ時間となる。
【００３１】
具体的に、載置台２１の回転開始時点が、ステップＳｐ（吸着ステップＳ１）の開始時点であり、載置台２１が等速で回転する場合を例にして説明する。例えばＮを１、繰り返し回数Ｍを１００、吸着ステップＳ１のステップ時間ｔｐを０．０５秒（０．０５／６０分）とすると、（１）式より、平均回転速度Ｒｓは１２ｒｐｍとなる。また、載置台２１の回転角度θは、３６０度×（１／１００）より３．６度となる。
【００３２】
こうして、制御部６は、図３に示す成膜処理の各サイクルにおいて、吸着ステップＳ１の開始時点に、載置台２１に１２ｒｐｍで回転角度θだけ回転するように制御信号を出力する。これにより、ウエハＷは1サイクル毎に、吸着ステップＳ１のステップ時間ｔｐ（０．０５秒）の間、回転角度θ（３．６度）だけ、平均回転速度Ｒｓ、この場合は等速回転速度Ｒｓ（１２ｒｐｍ）で回転し、他のステップＳ２〜Ｓ４の間は回転を停止することになる。こうして、繰り返し回数Ｍを実行したときに、即ち目標膜厚に達したときにウエハＷはＮ回転（１回転）するように制御される。
【００３３】
例えば成膜処理のレシピには、サイクルの繰り返し回数ＭやＮ、ステップＳｐ、ステップ時間ｔｐと共に平均回転速度Ｒｓが書き込まれており、メモリに格納されたレシピを選択することにより、載置台２１を回転させるように制御信号が出力される。また、制御部６に表示部を設け、この表示部を介してステップ時間を適宜変更できるように構成してもよい。この場合には、例えばレシピにおいて予め膜厚の周方向の面内分布に影響のあるステップ（この例では、吸着ステップＳ１、反応ステップＳ３）を指定しておき、ステップ時間が最も短いステップＳｐを自動で比較して選択し、これに基づいて平均回転速度Ｒｓを演算して、このデータを用いて載置台２１を回転させるように制御信号を出力するようにしてもよい。
【００３４】
続いて、この成膜装置１にて実施されるウエハＷの成膜処理について説明する。先ず、処理容器１０内を所定の真空雰囲気とし、２つの載置台２１を受け渡し位置に位置させた状態でゲートバルブ１２を開き、処理容器１０に隣接する真空雰囲気の搬送室から搬送機構によって、例えば２枚のウエハＷを夫々の載置台２１から突出する受け渡しピン２０に同時に受け渡す。載置台２１の昇降による載置台２１へのウエハＷの受け渡し、及び搬送機構の処理容器１０からの退出を行うと、ゲートバルブ１２を閉じ、載置台２１を処理位置へと上昇して処理領域Ａ１、Ａ２を形成する。また、ヒータ２３によってウエハＷを所定の温度に加熱する。 
【００３５】
次いで、基板処理部１３及び１４において、夫々置換ガス供給用のバルブＶ２及び反応ガス供給用のバルブＶ３を開き、置換ガスの供給源５２から例えばＡｒガス、反応ガスの供給源５３から例えばＯ２ガスを処理領域Ａ１、Ａ２に供給する。続いて、原料ガス供給用のバルブＶ１を開き、原料ガスの供給源５１から、ガスシャワーヘッド４を介して処理領域Ａ１、Ａ２に吐出し、ウエハＷに原料ガス分子（シリコンプリカーサであるシリコン原子を含む材料）を吸着させる（吸着ステップＳ１）。この吸着ステップＳ１のステップ時間ｔｐ（０．０５秒）の間、ウエハＷを予め設定された平均回転速度Ｒｓ（ここでは等速回転速度Ｒｓ）である１２ｒｐｍで回転させる。
【００３６】
続いて、バルブＶ１を閉じ、ウエハＷへの原料ガスの供給を停止すると共に、ウエハＷの回転を停止する。引き続きＡｒガスの供給を続けることにより、処理領域Ａ１、Ａ２に残留し、ウエハＷに吸着されていない原料ガスをＡｒガスによりパージして、処理領域Ａ１、Ａ２の雰囲気を置換する（第１の置換ステップＳ２）。
【００３７】
次に、高周波電源３３をオンにする。このとき処理領域Ａ１、Ａ２には、Ｏ２ガスとＡｒガスとが供給されており、高周波電力の印加により、処理領域Ａ１、Ａ２のＯ２ガスがプラズマ化され、このプラズマにより、ウエハＷに吸着された原料ガスが酸化されて、シリコン酸化物の層が反応生成物として形成される（反応ステップＳ３）。次いで、高周波電源３３をオフにすると共に、引き続きＡｒガスの供給を続けることにより、処理領域Ａ１、Ａ２に残留しているプラズマの活性種をＡｒガスにパージして、当該処理領域Ａ１、Ａ２から除去する（第２の置換ステップＳ４）。
【００３８】
この後、再び、バルブＶ１を開いて原料ガスを供給すると共に、ウエハＷを回転速度Ｒｓで回転させながら、吸着ステップＳ１を実行する。続いて、第１の置換ステップＳ２、反応ステップＳ３、第２の置換ステップＳ４の４ステップを行い、ステップＳ１〜Ｓ４よりなる成膜サイクルを繰り返し回数Ｍである１００回繰り返して行うことで、ウエハＷの表面に、目標膜厚のＳｉＯ２膜を形成する。
【００３９】
このように、ウエハＷは、１サイクル目が始まったとき、吸着ステップＳ１が行われている間の０．０５秒の間に等速の回転速度Ｒｓ（１２ｒｐｍ）の速度で、回転角度θ（３．６度）だけ回転し、その後、１サイクルの残りの時間が経過するまで休止する。その後、２サイクル目が開始すると、吸着ステップＳ１が行われている間の０．０５秒の間に回転速度Ｒｓで回転角度θだけ回転し、その後、２サイクルの残りの時間が経過するまで休止するという動作を繰り返す。こうして、総サイクル数である１００サイクル終了時には、ウエハＷは1回転（１周）し、例えばノッチＮの位置は当初の位置に戻る。
【００４０】
このように、成膜処理において、ステップＳｐ（吸着ステップＳ１）の時間帯において、載置台２１を回転角度θだけ回転させると、ステップＳｐが行われるときのウエハＷの周方向の位置が順次変位する。そして、この動作を１サイクルずつ行っていることにより、各回転位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時にはウエハＷがＮ回転（１回転）した状態になる。この結果、膜厚の周方向の面内分布に影響を与えるステップにおいて、ウエハＷの面内において局所的に処理が進行する場合であっても、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。
【００４１】
その一例として、局所的に膜厚が大きくなる例を挙げて図４により模式的に説明する。図４は、図示の便宜上、Ｎを１、繰り返し回数Ｍを１０とし、１０サイクルでウエハＷが1回転する様子を示している。図４（ａ）は、ウエハＷを回転させないで1サイクル終了した時の状態、図４（ｂ）はウエハＷを回転させて２サイクル終了した時の状態、図４（ｃ）は１０サイクル終了時の状態である。
【００４２】
図４（ａ）は、ウエハＷを回転させないで1サイクル実施した場合に、周方向の０度の位置Ｐ１に局所的に膜厚が大きい領域７１が形成される状態を示している。一方、各サイクルの吸着ステップＳ１が行われている間、ウエハＷを回転させると、図４（ｂ）に示すように、吸着ステップＳ１が行われるときのウエハＷの周方向の位置が順次変位する。この例では、１サイクル目で回転角度θだけ回転させると、膜厚の大きい領域７１は位置Ｐ０から回転角度θだけ移動した位置Ｐ１に亘って形成される扇形領域７２に分散される。
【００４３】
こうして、次の２サイクル目において位置Ｐ１から回転角度θだけ移動した位置Ｐ２の間においても、膜厚が大きい領域７１が扇形領域７２に分散される。同様に、吸着ステップＳ１において回転角度θだけ回転させることにより、位置Ｐ２〜位置Ｐ３・・・位置Ｐ９〜Ｐ０においても、膜厚の大きい領域７１が扇形領域７２に分散される。この結果、概略的な言い方をすれば、図４（ｃ）に示すように、膜厚の大きい領域７１が環状となり、周方向の均一性が高くなる。
【００４４】
仮に、置換ステップのステップ時間ｔｐを用いて、平均回転速度Ｒｓを求め、当該置換ステップにウエハＷを回転させるようにすると、置換ステップは膜厚に影響を与えるステップではないため、膜厚が大きい領域が図４（ｂ）に示す点線で囲む領域７３のように形成される。このため、ウエハＷを回転させずにプロセスを行う場合に比べて、周方向の膜厚面内分布の均一性は改善されるものの、膜厚に影響を与えるステップにウエハＷを回転させる場合に比べると、前記均一性は劣ってしまう。
【００４５】
上述の実施形態によれば、原料ガスの吸着、処理雰囲気の置換、原料ガスと反応ガスとの反応による反応生成物の生成、の各ステップを含む１サイクルを複数回繰り返し、目標の膜厚に成膜したときに、載置台２１がＮ回転するように、各サイクル毎に載置台２１を平均回転速度Ｒｓで間欠的に回転させる。この平均回転速度Ｒｓは、周方向の膜厚面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最も短いステップＳｐの当該ステップ時間ｔｐに基づいて求め、ステップＳｐが行われている時間帯を含む時間帯において、載置台２１を回転させる。このため、ステップＳｐが行われるときのウエハＷの周方向の位置が順次変位し、各位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時には基板がＮ回転した状態になる。この結果、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。
【００４６】
プロセス時間の短時間化により、原料ガスと反応ガスとが十分に反応できない場合や、ウエハＷの中心部と周縁部との間での経時的な原料供給量の違い、電界不均一によるプラズマ反応の違いなどによって、ウエハ面内において局所的に膜厚が異なる場合がある。このように特徴的な膜厚分布が形成される場合であっても、上述の実施形態の手法を採用することにより、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。
【００４７】
また、膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップ時間が最も短いステップＳｐのステップ時間ｔｐに基づいて平均回転速度Ｒｓを設定している。これにより、当該最もステップ時間が短いステップの影響が及ぶ領域をウエハＷの周方向にずらして、成膜処理が終了するまでにウエハＷをＮ回転させて周方向の均一性を確保している。従って、ステップ時間がｔｐよりも長いステップでは、影響が及ぶ領域がステップＳｐよりも広いので、ステップＳｐ毎に平均回転速度Ｒｓで回転させると、成膜処理が終了するまでには前記影響が及ぶ領域が重なり合った状態でウエハＷをＮ回転するため、結果として周方向の均一性が改善される。
【００４８】
上述の実施形態は、載置台２１を等速で回転させたが、載置台２１の回転中は、加速及び減速の少なくとも一方が行われるようにしてもよい。例えばステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、ステップＳｐが開始される時点から載置台２１が停止するまでの載置台の平均回転速度がＲｓであればよい。このため、例えば１サイクル中にウエハＷを回転角度θで回転させる間に、ウエハＷの回転速度を加速（又は減速）させて、平均回転速度がＲｓとなるように回転させてもよい。図５は、吸着ステップＳ１の開始時点に載置台２１の回転を開始し、吸着ステップＳ１の途中において、ウエハＷの回転を加速し、その後、吸着ステップＳ１の後の第２の置換ステップＳ２に亘って、ウエハＷを等速で回転させ、第２の置換ステップＳ２の途中でウエハＷの回転を減速し、停止する例である。
【００４９】
この例においても、既述と同様に、Ｎ＝１、繰り返し回数Ｍを１００とし、吸着ステップＳ１のステップ時間ｔｐ（０．０５秒）に基づいて、平均回転速度Ｒｓを１２ｒｐｍに設定する。ウエハＷは、１サイクル目が始まったとき、吸着ステップＳ１から第２の置換ステップＳ２に亘って、３６０度×１／１００＝３．６度だけ回転し、その後、１サイクルの残りの時間が経過するまで休止する。このとき、吸着ステップＳ１が開始される時点から載置台２１が停止するまでの載置台２１の平均回転速度Ｒｓは１２ｒｐｍに設定される。
【００５０】
既述の１サイクルを繰り返す成膜プロセスにおいて、吸着ステップＳ１の制御波形と処理領域Ａ１、Ａ２への原料ガスの供給状態は必ずしも一致しない場合がある。例えばバルブＶ１を開いてから、実際にウエハＷにガスが到達するまでには、タイムラグが存在するからである。そのため、既述のように、吸着ステップＳ１から第２の置換ステップＳ２に亘って、ウエハＷを回転させ、その間で回転速度を変化させることで、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される場合がある。
【００５１】
さらに、図６（ａ）に示すように、例えばステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、例えばウエハＷを高速で一周させた後、低速でθだけ移動させてもよい。この場合、ステップＳｐが開始される時点から載置台２１が停止するまでの載置台の平均回転速度がＲｓであればよい。また、図６（ｂ）に示すように、例えばステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、例えばウエハＷを高速で一周以上させた後、逆向きに回転させる。こうして、結果として、移動開始時点からθだけ移動させ、ステップＳｐが開始される時点から載置台２１が停止するまでの載置台の平均回転速度がＲｓである場合でもよい。図６中Ｐｓは、載置台２１の回転を開始したときの位置、Ｐｅは回転を停止したときの位置である。
【００５２】
さらにまた、ステップＳｐが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において載置台２１を回転させればよいため、載置台２１は、ステップＳｐが行われている時間の一部で回転するようにしてもよい。例えばステップＳｐが行われている途中から回転を開始するようにしてもよいし、ステップＳｐが行われている途中で回転を停止するようにしてもよい。
【００５３】
さらにまた、載置台２１をステップＳｐ毎に回転角度θだけ回転させる代わりに、ステップＳｐ（膜厚の面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最短のステップ）が行われている間の例えば８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台２１をＮ（１以上の整数）回転させるようにしてもよい。この例では、各サイクルにおいて、周方向の面内分布に影響のあるステップＳｐが行われる度にウエハＷがＮ回転するので、当該ステップＳｐにおいて周方向の均一性が高い状態で処理が進行し、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。ステップＳｐが行われている時間と載置台２１をＮ回転させるタイミングが完全に（１００％）一致していなくても、ステップＳｐが行われている間の例えば８０％以上の時間帯を含む時間ｔｐにおいて載置台２１をＮ回転させれば周方向の面内均一性を十分に改善できる。
【００５４】
また、各サイクルの既述の時間帯を含む時間ｔｐにおいて、載置台２１をＮ回転させる回転速度であれば、既述のようにして載置台２１を回転させた後、次のサイクルが開始されるまで停止していなくても、その回転速度で載置台２１が回転し続けてもよい。即ちこの例は、成膜処理が開始してから終了するまで、前記回転速度で載置台２１が回転することになる。
【００５５】
本発明の成膜装置は上述の構成に限らず、１つの処理容器内に１つの載置台を備えた枚葉式の成膜装置に適用してもよい。さらに、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップは、反応ガスを基板に供給した状態で、原料ガスと反応ガスとを熱エネルギーを用いて反応させるステップでもよい。さらに、上述の例のように置換ガスと反応ガスとを常時供給せずに、処理容器１０内に対して、原料ガスと置換ガスと反応ガスとの供給を切り替えて行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１              成膜装置
１０            処理容器
２１            載置台
２２            駆動機構
３３            高周波電源
４              ガスシャワーヘッド
５              ガス供給路
５１            原料ガスの供給源
５２            置換ガスの供給源
５３            反応ガスの供給源
Ｗ              半導体ウエハ
Ｓ１            吸着ステップ
Ｓ２            第１の置換ステップ
Ｓ３            反応ステップ
Ｓ４            第２の置換ステップ
【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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