(57)【要約】【課題】チャンバ内の雰囲気を高速に切替可能な処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】チャンバ１１の内部空間を開口１２ａを備えるセパレータ１２により、搬送領域１３とプロセス領域１４とに分ける。サセプタ２９の周囲には、Ｏリング型のシール部材３７が配置されている。シール部材３７は、サセプタ２９を包囲した状態での全体の径が開口１２ａとほぼ同径となるように形成されている。これにより、サセプタ２９がプロセス位置まで上昇したときに、搬送領域１３とプロセス領域１４とは、気密に分離される。【選択図】　図２
2004014952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部との間で被処理体の搬送を行うための搬送領域と、前記被処理体に所定の処理を施すための処理領域と、を有するチャンバと、
前記搬送領域内に設けられ、前記被処理体を保持するとともに、前記被処理体を前記搬送領域と前記処理領域との間で移動させる保持部材と、
前記処理領域に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段と、
前記処理領域を排気し、前記ガス供給手段のガス供給に応じて前記処理領域内を所定の雰囲気とする第１排気手段と、
前記保持手段が通り抜け可能な開口を備え、前記被処理体を保持した前記保持部材が前記開口の内側にある状態で、前記搬送領域内の雰囲気と前記処理領域内の雰囲気とを分離する仕切り部材と、
を備える、ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
さらに、前記保持部材の側部を包囲するように設けられ、前記仕切り部材と前記保持部材との間の空間を封止するリング状の封止部材を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記封止部材は、金属から構成される、ことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記保持部材は、その周縁部に、前記封止部材を冷却するための冷却機構を備える、ことを特徴とする請求項２または３に記載の処理装置。
【請求項５】
前記仕切り部材は、前記搬送領域側の面の前記開口の近傍に形成された溝を備え、
前記保持部材は、前記開口よりも大径に形成され、前記溝とかみ合わせ可能な溝を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項６】
前記搬送領域の圧力は、前記処理領域における圧力よりも低く設定される、ことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項７】
前記仕切り部材は、
前記開口の内壁に配置された吸気口と、
前記吸気口に接続して前記仕切り部材の内部に配置され、前記吸気口を介して吸気するエジェクター構造と、
を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項８】
前記エジェクター構造は、
ガスが導通可能な、前記仕切り部材の内部に配置され、ターンするガス流路と、
前記仕切り部材の内部に配置され、前記吸気口と前記ガス流路とを接続する排気路と、を備え、
前記排気路は、ターンした前記ガス流路の排気側に接続され、
前記ガス流路にガスを流すことにより、前記吸気口から吸気する、ことを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
【請求項９】
前記排気路は、前記ガスが前記ガス流路を流れる方向に対して０°〜９０°の角度で接続される、ことを特徴とする請求項８に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記搬送領域と前記処理領域とは、同じ圧力に設定される、ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記処理は、成膜処理である、ことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の処理装置を用いる処理方法であって、
前記被処理体を前記処理領域内に移動させる工程と、
前記複数種のガスを１種類ずつ複数回にわたって前記処理領域内に供給する工程と、
前記複数種のガスの供給毎に、真空排気または不活性ガスによる置換を行う工程と、
を備える、ことを特徴とする処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体に薄膜を形成する処理装置および処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造工程は、半導体ウェハの表面の膜に、成膜処理、エッチング処理等により、コンタクトホール、スルーホール等の配線溝を形成する工程を含む。これらの配線溝には、化学気相成長（ＣＶＤ）法等によりタングステンが埋め込まれることが多い。これは、タングステンの形成する膜が、被覆性に優れ、断線が生じにくく、比較的成膜が容易であることによる。
【０００３】
タングステン膜は、一般に、窒化チタン（ＴｉＮ）を下地膜として成膜される。下地膜は、タングステン膜とシリコン酸化膜等の層間絶縁膜との密着性を高める密着層として機能する。また、下地膜は、シリコンと合金を形成しやすいタングステンの下層のシリコン層、絶縁層等への拡散を防ぐバリア層として機能する。
【０００４】
現在、半導体集積回路の微細化、高集積化が進行した結果、微細な配線溝の形成された膜への均一な下地膜の形成、および、配線溝の埋め込みはますます困難になっている。このため、近年、微細な配線溝の内部に均一な膜形成を行うことができ、かつ、ボイド等の発生を防止しつつ、微細な配線溝の埋め込みが可能な方法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と呼ばれる方法が開発されている。
【０００５】
ＡＬＤ法は、例えば、以下のような工程から構成される。ここでは、スルーホール、コンタクトホール等の配線溝を備える半導体ウェハの表面に、窒化チタンからなる下地膜を形成する場合について説明する。
まず、配線溝等の形成された半導体ウェハをチャンバ内に入れ、半導体ウェハを所定温度に加熱するとともにチャンバ内を真空排気（または不活性ガスでパージ）する。続いて、チャンバ内に第１の原料ガス（例えば、塩化チタン）を導入する。所定時間後、チャンバ内を真空排気（またはパージ）する。このとき、配線溝内部の表面を含む半導体ウェハの表面全体には、塩化チタン分子が吸着している。
【０００６】
続いて、他の第２の原料ガス（例えば、アンモニア）をチャンバ内に導入し、所定時間この状態を保持する。このとき、半導体ウェハの表面に吸着された塩化チタン分子とアンモニア分子とが反応して、半導体ウェハの表面に窒化チタンが析出する。析出した窒化チタンの形成する層は、ほぼ一原子層（Ｏｎｅ　Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ）、表面全体で見た場合には一原子以下の極薄膜である。
【０００７】
次に、チャンバ内を真空排気（またはパージ）して、未反応の第２の原料ガス（アンモニア）、副生成物のガス等を除去する。続いて、再び、第１の原料ガスをチャンバ内に導入した後、真空排気（またはパージ）する。これにより、窒化チタン層の表面を含む半導体ウェハの表面全体に塩化チタン分子が吸着する。その後、第２のガスを導入され、吸着した第２のガス分子と反応して、表面に新たな窒化チタン層が形成される。
【０００８】
その後、上記した、塩化チタンガスの吸着、真空排気（またはパージ）、アンモニアガスの導入、真空排気（またはパージ）、という工程を、所定サイクル繰り返して、所定厚さの窒化チタン膜を形成する。このように、上記工程を所定サイクル数繰り返して窒化チタンの極薄膜を積層することにより、微細な配線溝の内部表面を含めた、半導体ウェハの表面全体に、均一性が高く、純度の高い薄膜の窒化チタン膜を形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＡＬＤ法を用いる場合、例えば、１サイクルで０．１４ｎｍの極薄膜が成膜されるとすると、１０ｎｍの膜を形成するには７０サイクル以上を要する。従って、スループットの向上には、１サイクルに要する時間を可能な限り短縮することが求められる。
【００１０】
１サイクルあたりの時間を短縮するには、プロセス雰囲気の切替（各処理ガスの導入、排気（またはパージ））を高速に行う必要がある。プロセス雰囲気の切替は、チャンバ容積を縮小することにより高速とすることができる。しかし、チャンバ内には少なくとも被処理体である半導体ウェハの搬送を行うための空間が必要である。従って、従来のＣＶＤ装置、熱処理装置等の構成を単純に適用しただけでは、チャンバ容積の縮小に限界がある。このように、チャンバ内の雰囲気を高速に切替可能な、ＡＬＤ法に用いてスループットの向上が可能な装置構成は、これまでなかった。
【００１１】
上記事情を鑑みて、本発明は、スループットの高い処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、チャンバ内の雰囲気を高速に切替可能な処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る処理装置は、
外部との間で被処理体の搬送を行うための搬送領域と、前記被処理体に所定の処理を施すための処理領域と、を有するチャンバと、
前記搬送領域内に設けられ、前記被処理体を保持するとともに、前記被処理体を前記搬送領域と前記処理領域との間で移動させる保持部材と、
前記処理領域に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段と、
前記処理領域を排気し、前記ガス供給手段のガス供給に応じて前記処理領域内を所定の雰囲気とする排気手段と、
前記保持手段が通り抜け可能な開口を備え、前記被処理体を保持した前記保持部材が前記開口の内側にある状態で、前記搬送領域内の雰囲気と前記処理領域内の雰囲気とを分離する仕切り部材と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、搬送領域と処理領域とは仕切り部材により分離され、従って、搬送領域の容積を必要最小限にまで縮小することができる。これにより、必要な処理ガスの量、排気容積は低減される。従って、処理ガスの導入および排気といった、プロセス雰囲気の高速な切替が可能となり、処理時間は短縮されスループットの向上が図れる。
【００１４】
上記処理装置は、さらに、前記保持部材の側部を包囲するように設けられ、前記仕切り部材と前記保持部材との間の空間を封止するリング状の封止部材を備えてもよい。
前記封止部材は、金属から構成されることが望ましい。
【００１５】
また、上記構成において、前記保持部材は、その周縁部に、前記封止部材を冷却するための冷却機構を備えることが望ましい。
【００１６】
上記構成において、例えば、前記仕切り部材は、前記搬送領域側の面の前記開口の近傍に形成された溝を備え、
前記保持部材は、例えば、前記開口よりも大径に形成され、前記溝とかみ合わせ可能な溝を有する。
【００１７】
上記構成において、前記搬送領域の圧力は、例えば、前記処理領域における圧力よりも低く設定される。
【００１８】
上記構成において、前記搬送領域の圧力は、前記処理領域における圧力よりも低く設定されることが望ましい。これにより、搬送領域から処理領域への処理ガスの逆流を防止できるとともに、搬送領域内での処理ガス同士の反応を防ぐことができる。
【００１９】
上記構成において、例えば、前記仕切り部材は、
前記開口の内壁に配置された吸気口と、
前記吸気口に接続して前記仕切り部材の内部に配置され、前記吸気口を介して吸気するエジェクター構造と、
を備える。
【００２０】
上記構成によれば、開口の内壁に配置された吸気口と、吸気口に接続されたエジェクター構造と、により、開口の近傍（保持部材と仕切り部材との間の空間）の空気は、吸気口から吸引される。これにより、搬送領域から処理領域側へ、また逆に、処理領域から搬送領域側へ流れる空気は、常に、吸気口から吸引排気されることとなり、２つの領域の雰囲気が混ざり合うことは防がれる。
【００２１】
上記構成において、例えば、前記エジェクター構造は、
ガスが導通可能な、前記仕切り部材の内部に配置され、ターンするガス流路と、
前記仕切り部材の内部に配置され、前記吸気口と前記ガス流路とを接続する排気路と、を備え、
前記排気路は、ターンした前記ガス流路の排気側に接続され、
前記ガス流路にガスを流すことにより、前記吸気口から吸気する。
【００２２】
上記構成において、前記排気路は、前記ガスが前記ガス流路を流れる方向に対して９０°〜１８０°の角度で接続されることが望ましい。
【００２３】
上記エジェクター構造を用いた場合には、前記搬送領域と前記処理領域とは、同じ圧力に設定されることが望ましい。これにより、搬送領域から処理領域へ、および、処理領域から搬送領域への空気の流れは発生せず、従って、処理領域と搬送領域との境界の空気の流れは、吸気口への流れが主となり、より効果的に搬送領域と処理領域とを分離することができる。
【００２４】
上記構成において、前記処理は、例えば、成膜処理である。処理領域と搬送領域とが分離され、処理領域の雰囲気を高速に置換可能な上記処理装置は、複数種のガスを１種類ずつ、個別に用いる成膜処理を行う場合に、特に有効である。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る処理方法は、
上記構成の処理装置を用いる処理方法であって、
前記被処理体を前記処理領域内に移動させる工程と、
前記複数種のガスを１種類ずつ複数回にわたって前記処理領域内に供給する工程と、
前記複数種のガスの供給毎に、真空排気または不活性ガスによる置換を行う工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【００２６】
上記方法では、搬送領域と処理領域とは仕切り部材により分離され、従って、搬送領域の容積を必要最小限にまで縮小可能な処理装置が用いられる。従って、処理ガスの導入および排気といった、プロセス雰囲気の高速な切替が可能である。これにより、複数種のガスを１種類ずつ用い、ガス毎に処理領域内の雰囲気を置換する上記処理方法に要する時間は短縮されスループットの向上が図れる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる処理装置について、以下図面を参照して説明する。本実施の形態では、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）とアンモニア（ＮＨ３）とを用いて半導体ウェハ表面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する成膜装置を例として説明する。
【００２８】
図１に、本実施の形態にかかる成膜装置１０の構成を示す。
図１に示すように、成膜装置１０は、例えば、アルミニウム等からなる、円筒形状のチャンバ１１を備える。
【００２９】
チャンバ１１の中央部分には、セパレータ１２が配設されている。セパレータ１２は、その中央に開口１２ａを有し、アルミニウム等からなる板状部材から構成されている。また、セパレータ１２の内周縁には、段差１２ｂが形成されている。セパレータ１２は、チャンバ１１に嵌合して固定され、チャンバ１１の内部を、下方の搬送領域１３と、上方のプロセス領域１４と、に分離する。搬送領域１３では、外部とウェハＷの搬送が行われ、プロセス領域１４では、ウェハＷの表面に成膜処理が施される。
【００３０】
チャンバ１１の搬送領域１３の側壁、すなわち、セパレータ１２の下方の側壁には、ウェハ搬送用のゲート１５が設けられている。ゲート１５には、ゲートバルブ１６が設けられている。
【００３１】
チャンバ１１の底部には、第１排気口１７が設けられている。第１排気口１７は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の第１圧力調整装置１８を介して第１排気装置１９に接続されている。第１排気装置１９は、ＴＭＰ（Ｔｕｒｂｏ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｐｕｍｐ）等から構成されている。
【００３２】
チャンバ１１の、セパレータ１２より上の壁面には、第２排気口２０が設けられている。第２排気口２０は、第２圧力調整装置２１を介して第２排気装置２２に接続されている。第２排気装置２２は、ＴＭＰ等から構成されている。
【００３３】
チャンバ１１の、第２排気口２０に対向する位置にはガス導入口２３が設けられている。ガス導入口２３はガス導入管２４に接続されている。ガス導入管２４は、ＴｉＣｌ４ガス供給源２５、ＮＨ３ガス供給源２６およびＡｒガス供給源２７に、それぞれ、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の流量制御装置２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介して接続されている。これにより、ガス導入口２３を介して、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、Ａｒガスが、それぞれ、所定の流量に制御されてチャンバ１１内に供給される。
【００３４】
チャンバ１１の内部には、円盤形状を有するサセプタ２９が配設されている。サセプタ２９は、セパレータ１２の開口１２ａのほぼ直下に配置されている。サセプタ２９には、被処理体である半導体ウェハＷが載置される。サセプタ２９は、断熱材３０を介してサセプタ支持台３１上に保持されている。サセプタ２９および断熱材３０は、サセプタ支持台３１よりも小径とされている。
【００３５】
サセプタ支持台３１は、その周縁に段差３７を備える凸型の円盤形状を有し、凸部領域にサセプタ２９が載置されている。また、段差３７には、Ｏリング３８が設けられている。Ｏリング３８は、粘弾性が高く、活性ガス耐性の高い樹脂材料から構成され、好ましくは、弾性体、特に、バイトン（Ｒ）等のフッ素系エラストマーから構成されている。
【００３６】
サセプタ支持台３１には、その周縁部まで冷媒流路３６が形成されている。冷媒流路３６には、冷媒が循環し、サセプタ支持台３１、特に、段差３７周辺を所定の温度、例えば、２００℃以下の温度に保持する。これにより、Ｏリング３８の過熱は防がれ、劣化は防がれる。
【００３７】
サセプタ支持台３１は、中空円筒状の脚部３２によりチャンバ１１の底部中央に配置されている。脚部３２は、図示しないモータ等に接続されており、サセプタ２９とともに昇降可能に構成されている。脚部３２の下部は、ステンレス鋼からなる伸縮可能なベローズ３３により覆われている。ベローズ３３は、チャンバ１１の内側と外側の雰囲気を気密に隔絶している。
【００３８】
サセプタ２９は、例えば、厚さ数ｍｍのカーボン素材、窒化アルミニウム等の熱伝導性のよい材料で構成される。
【００３９】
サセプタ２９の内部には、リフトピン３４が設けられている。リフトピン３４は、図示しないシリンダ等の昇降機構に接続されており、昇降可能となっている。ウェハＷの搬入出時には、リフトピン３４の昇降により、ウェハＷの受け渡しが行われる。また、サセプタ２９の内部には、図示しない静電チャックが設けられている。静電チャックは、サセプタ２９上に載置されたウェハＷをクーロン力により吸着保持する。
【００４０】
サセプタ２９は、その内部に抵抗発熱体等のヒータ３５を備える。サセプタ２９上に載置されたウェハＷは、ヒータ３５により所定の温度、例えば、４００℃〜４５０℃に加熱される。
【００４１】
サセプタ２９は、外部との間のウェハＷの搬送時には、最下降位置（搬送位置）にある。搬送位置では、サセプタ２９は、ウェハＷがチャンバ１１内に搬入またはチャンバ１１から搬出されるゲート１５よりも下に位置する。
【００４２】
一方、サセプタ２９は、脚部３２の駆動により、最上昇位置（プロセス位置）まで上昇する。図２に、サセプタ２９が、プロセス位置にある状態を示す。図２に示すように、プロセス位置では、サセプタ支持台３１は、セパレータ１２とほぼ同じ高さにある。ここで、サセプタ支持台３１の段差３７は、セパレータ１２の段差１２ｂと嵌合する。
【００４３】
サセプタ２９がプロセス位置にあるとき、セパレータ１２の段差１２ｂと、サセプタ支持台３１と、の間は、Ｏリング３８により気密に封止されている。これにより、プロセス領域１４は、搬送領域１３とは隔絶される。プロセス領域１４および搬送領域１３は、それぞれ排気系を備え、従って、互いに独立な雰囲気とすることができる。ここで、サセプタ２９がプロセス位置にあるときのプロセス領域１４の容積は、例えば、４リットル未満である。
【００４４】
搬送領域１３は、プロセス領域１４よりも高真空状態とされる。サセプタ２９がプロセス位置にあるときには、プロセス領域１４は、例えば、３９９Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）付近の圧力とされ、搬送領域１３は、例えば、１．３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）未満の圧力に、それぞれ独立に制御される。このように、搬送領域１３の圧力をプロセス領域１４の圧力（プロセス圧力）よりも低く維持することにより、プロセス領域１４から流出したプロセスガスが搬送領域１３内で反応することを防ぐことができる。また、搬送領域１３からプロセス領域１４への処理ガスの逆流も防がれる。
【００４５】
このように、チャンバ１１内を、互いに独立なプロセス領域１４と、搬送領域１３とに分けることにより、ウェハＷに所定の処理を施すために必要なプロセス空間の容積は実質的に低減される。これはすなわち、処理に必要な処理ガスの量および排気容積が低減することを意味する。従って、処理ガスの導入および排気といった、プロセス雰囲気の高速な切替が可能となり、処理時間は短縮されスループットの向上が図れる。
【００４６】
成膜装置１０は、マイクロコンピュータ等から構成される制御装置１００を備える。制御装置１００は、サセプタ２９の昇降、ガスの供給、排気等、成膜装置１０全体の動作を制御する。
【００４７】
次に、上記のように構成された成膜装置１０を用い、ウェハＷ表面にＴｉＮ膜を成膜する方法について、図３を参照して説明する。図３は、第１の実施の形態におけるＴｉＮ膜の形成方法を示すフローチャートである。なお、図３に示すフローチャートは、処理の一例であり、同様の効果が得られれば、どのようなものであってもよい。
【００４８】
最初に、外部から搬送アーム等により、ゲート１５を介してチャンバ１１の内部にウェハＷが搬入される（ステップＳ１１）。このとき、サセプタ２９は、搬送位置にあり、サセプタ２９のリフトピン３４は、サセプタ２９の主面から突出している。搬送アームは、ウェハＷをリフトピン３４に支持させた後、チャンバ１１内から退出する。搬送アームの退出後、ゲートバルブ１６は閉鎖される。
【００４９】
ウェハＷを支持したリフトピン３４は下降し、サセプタ２９中に埋没する。これにより、ウェハＷは、サセプタ２９上に載置される。載置されたウェハＷは、サセプタ２９上で静電チャックにより吸着保持される。
【００５０】
続いて、サセプタ２９は、ウェハＷを保持した状態で上昇する（ステップＳ１２）。サセプタ２９は、脚部３２によりプロセス位置まで上昇する。このとき、サセプタ支持台３１は、セパレータ１２と嵌合し、嵌合部分はＯリング３８により気密に封止される。これにより、プロセス領域１４内に、搬送領域１３とは独立な雰囲気が形成される。なお、サセプタ支持台３１に設けられた冷媒流路３６には、常に冷媒が流されており、Ｏリング３８の温度は常に２００℃以下とされている。
【００５１】
続いて、サセプタ２９内部のヒータ３５により、ウェハＷは、所定の温度、例えば、４５０℃に昇温される（ステップＳ１３）。また、プロセス領域１４内には、Ａｒガスが、Ａｒガス供給源２７から供給される。Ａｒガスは、流量制御装置２８ｃにより、例えば、２００ｓｃｃｍの流量に制御されて供給される。このとき、プロセス領域１４内の圧力は、第２圧力調整装置２１により、例えば、３９９Ｐａに保持されている。
【００５２】
一方、搬送領域１３の内部は、第１圧力制御装置１８により、プロセス領域１４よりも低い圧力、例えば、１．３×１０−２Ｐａ未満の圧力とされる。ここで、搬送領域１３をプロセス領域１４よりも低圧とするのは、搬送領域１３内の雰囲気が、プロセス領域１４内に侵入することを防ぐためである。
【００５３】
続いて、Ａｒガスが供給されている状態で、プロセス領域１４内にＴｉＣｌ４ガスが、ＴｉＣｌ４ガス供給源２５から供給される（ステップＳ１４）。ＴｉＣｌ４ガスは、流量制御装置２８ａにより、例えば、３０ｓｃｃｍの流量に制御されて供給される。このとき、ウェハＷの表面にＴｉＣｌ４分子が吸着する。
【００５４】
ＴｉＣｌ４ガスの供給から所定時間後、例えば、０．５秒後、ＴｉＣｌ４ガスの供給は停止される（ステップＳ１５）。この状態で、Ａｒガスは依然として流れており、ウェハＷの表面に吸着していないＴｉＣｌ４ガス（分子）は、Ａｒガスとともにプロセス領域１４から排気される。
【００５５】
ＴｉＣｌ４ガスの供給停止から所定時間後、例えば、０．５秒後、プロセス領域１４内に、ＮＨ３ガスがＮＨ３ガス供給源２６から供給される（ステップＳ１６）。ＮＨ３ガスは、流量制御装置２８ｂにより、例えば、５０ｓｃｃｍに制御されて供給される。
【００５６】
このとき、ＮＨ３分子は、ウェハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ４分子と反応し、ＴｉＮを生成する。これにより、ウェハＷの表面の、ＴｉＣｌ４が吸着したサイトにはＴｉＮが析出し、ＴｉＮのほぼ１原子分の極薄膜が形成される。
【００５７】
ＮＨ３ガスの供給から所定時間後、例えば、０．５秒後、ＮＨ３ガスの供給は停止される（ステップＳ１７）。この状態で、Ａｒガスは依然として流れており、未反応のＮＨ３ガスおよび副生成物は、Ａｒガスとともにプロセス領域１４から排気される。
【００５８】
続いて、所定時間後、例えば、０．５秒後、ステップＳ１４に戻り、プロセス領域１４内にＴｉＣｌ４ガスが供給される。このとき、ＴｉＣｌ４分子は、ＴｉＮ膜、および、ウェハＷの表面に吸着される。その後、ＴｉＣｌ４ガスの供給は停止され、吸着しなかったＴｉＣｌ４ガスはＡｒガスとともに排気される（ステップＳ１５）。
【００５９】
次に、プロセス領域１４内にＮＨ３ガスが供給される（ステップＳ１６）。これにより、ウェハの表面およびＴｉＮ膜上に付着したＴｉＣｌ４分子と、ＮＨ３分子とが反応して、新たなＴｉＮの極薄膜を形成する。その後、ＮＨ３ガスの供給は停止され、未反応のＮＨ３ガスおよび副生物はＡｒガスとともにプロセス領域１４から排気される。
【００６０】
以降、上記のように、ステップＳ１４〜ステップＳ１７の工程が繰り返し行われ、ＴｉＮの極薄膜が積層して形成される。このように、極薄膜が順次積層されて、微細なコンタクトホール等の形成されたウェハＷの表面に、均一なＴｉＮ膜が形成される。
【００６１】
上記極薄膜の形成工程は、所定厚さのＴｉＮ膜が形成されるまで所定サイクル数繰り返される。成膜装置１０の制御装置１００は、予め、所定厚さの膜を形成するために必要なサイクル数を記憶している。制御装置１００の記憶している値は、同一の条件で１サイクルあたりで成膜される平均的な厚さを実験により算出し、所定厚さの成膜を行うのに必要なサイクル数を算出することにより求められる。
【００６２】
ステップＳ１８にて、制御装置１００は、ステップＳ１４〜Ｓ１７までの工程を、所定サイクル数繰り返したか判別する。所定サイクル数に達していなければ、ステップＳ１４に戻り、極薄膜の形成工程を繰り返す。所定サイクル数に達していれば、Ａｒガスの供給を停止する（ステップＳ１９）。
【００６３】
このとき、搬送領域１３およびプロセス領域１４の雰囲気は、それぞれ、第１圧力制御装置１８および第２圧力制御装置２１により、ほぼ同圧、例えば、１．３３×１０−２〜１．３３×１０−３Ｐａ（１０−４〜１０−５Ｔｏｒｒ）とされる。ここで、プロセス領域１４内の圧力は、搬送領域１３内の圧力よりも、少し高いことが望ましい。これは、後述するようにサセプタ２９が下降し、搬送領域１３とプロセス領域１４との間の気密性が失われたときに、搬送領域１３内のガス、不純物等がプロセス領域１４内に流れ込むことを防ぐためである。
【００６４】
その後、サセプタ２９は搬送位置まで下降する（ステップＳ２０）。続いて、静電チャックが解除され、リフトピン３４が上昇してウェハＷを持ち上げる。その後、ゲートバルブ１６が開放され、搬送アームがゲート１５から進入する。搬送アームは、リフトピン３４からウェハＷを受け取り、ゲート１５から外部に退出する。以上のようにして、成膜処理は終了する。
【００６５】
上記実施の形態によれば、チャンバ１１を、互いに独立な雰囲気にそれぞれ制御可能な搬送領域１３と、プロセス領域１４と、に分けている。これにより、成膜処理に必要なプロセス空間の実質的な容積を最小限とすることができ、必要な処理ガスの量、排気容積は低減される。従って、処理ガスの導入および排気といった、プロセス雰囲気の高速な切替が可能となり、処理時間は短縮されスループットの向上が図れる。
【００６６】
ここで、搬送領域１３とプロセス領域１４とは、セパレータ１２とサセプタ支持台３１とが嵌合し、嵌合部分に設けられたＯリング３８により封止されることにより、気密に隔絶される。成膜処理中、サセプタ支持台３１中の冷媒流路３６には冷媒が流れており、Ｏリング３８およびその近傍は、２００℃以下とされている。これにより、サセプタ２９の加熱によるＯリング３８の熱損傷は防がれる。
【００６７】
上記実施の形態では、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとの供給の間に、Ａｒガスを流して処理領域内の雰囲気を置換するものとした。しかし、Ａｒガスの供給を停止して、真空状態に排気することにより、雰囲気の置換を行うようにしてもよい。
【００６８】
上記実施の形態では、Ｏリング３８を用いて搬送領域１３とプロセス領域１４とを気密に隔てるものとした。しかし、図４に示すような、断面がＣ字状のＣリング３９を用いてもよい。Ｃリング３９は、高弾性金属、例えば、リン青銅、アルミニウムから構成することができる。このように金属からなるＣリング３９を用いる場合、熱による劣化等が少ないので、サセプタ２９の周縁部に冷媒流路３６等の冷却機構を設けなくてもよい。さらに、断面はＣ字状に限らず、複数回湾曲した構造等、いかなるものであってもよい。
【００６９】
また、セパレータ１２の段差１２ｂおよびサセプタ支持台３１の段差３７の断面の形状を変化させた構成も可能である。例えば、図５に示すように、互いの段差部分をテーパ状に形成しても良い。
【００７０】
上記実施の形態では、プロセス領域１４と搬送領域１３とは、Ｏリング３８、Ｃリング３９等のリング状部材によって隔絶するものとした。しかし、２つの領域を隔てる方法はこれに限られず、例えば、以下の（１）および（２）に示すようなシール構造であってもよい。
【００７１】
（１）　図６に、ラビリンスシールを用いて搬送領域１３とプロセス領域１４との間のコンダクタンスを低下させることにより、プロセス領域１４と搬送領域１３とにおける雰囲気を隔絶するシール構造を示す。
【００７２】
図６に示すように、サセプタ支持台３１は、サセプタ２９および断熱材３０よりも大径に形成され、これらを載せた状態で、その周縁部が余る構造となっている。このサセプタ支持台３１の周縁部には、プロセス領域１４側の面に複数の溝４０ａが形成され、これらがラビリンスシール部４０を構成している。
【００７３】
ラビリンスシール部材４０の溝４０ａは、同心円上に、複数等ピッチで形成されている。一方、セパレータ１２には、内端の下面（搬送領域１３側の面）に段部４１が形成されている。段部４１の底面（搬送領域１３側の主面）には、複数の溝４１ａが形成されている。溝４１ａは、サセプタ２９がプロセス位置にあるときに、ラビリンスシール部材４０の溝４０ａとかみ合うように構成されている。これにより、ラビリンスシール部材４０と、セパレータ１２の段差４１ｂと、により、いわゆるラビリンスシールが形成される。
【００７４】
セパレータ１２とラビリンスシール部材４０とが、上記のように互いに嵌合することにより、プロセス領域１４と搬送領域１３とのコンダクタンスは、小さいものとなり、実質的に気密に封止される。
【００７５】
なお、ラビリンスシール部材４０は、サセプタ支持台３１の一部であり、熱損傷等のおそれは低く、サセプタ支持台３１に冷媒流路３６等の冷却機構を設けなくてもよい。
【００７６】
また、ラビリンスシール部材４０の備える溝４０ａは、上記構造に限らず、異なるピッチ数、らせん形状など、プロセス領域１４と搬送領域１３とのコンダクタンスを効果的に減少させる構造であればどのような構造であってもよい。また、ラビリンスシール部材４０は、サセプタ支持台３１と別体として設けられていてもよい。
【００７７】
（２）　図７に、プロセス領域１４と搬送領域１３とにおける雰囲気を隔絶する、エジェクター効果を利用したシール構造を示す。
図７に示すように、セパレータ１２の内部には、ガス流路４６が形成されている。ガス流路４６は、一端が第３排気装置４３に接続され、他端が不活性ガス源４７に接続され、セパレータ１２の内部でターンする構造を有する。不活性ガス源４７からは、窒素ガス、Ａｒガス等が流され、成膜装置１０の動作時にはガス流路４６には不活性ガスが所定の流量で常に流されている。
【００７８】
セパレータ１２の開口１２ａの側壁には、吸気口４５が設けられている。吸気口４５は、排気路４４を介して、ガス流路４６と接続している。図８に拡大図を示す。図８に示すように、排気路４４は、ガス流路４６のターン構造の排気側に接続されている。また、排気路４４は、不活性ガスがガス流路４６を流れる方向に対して所定の角度θ、例えば、０°〜９０°、望ましくは、２０°〜４０°の角度で接続されている。
【００７９】
不活性ガス源４７と、第３排気装置４３とに接続されたガス流路４６は、いわゆるエジェクター構造を形成し、吸気口４５の近傍には、チャンバ１１内の雰囲気を吸引する圧力（負圧）が発生する。これにより、サセプタ２９とセパレータ１２との間隙の雰囲気は、常に吸引排気されている状態となる。従って、プロセス領域１４の雰囲気および搬送領域１３の雰囲気が、互いに混ざり合うことは防止され、プロセス領域１４と搬送領域１３とは互いに独立な雰囲気に制御可能となる。
【００８０】
ガス流路４６は、排気路４４に平行に形成され、ターンする構造を有するとした。しかし、これに限らず、不活性ガスが吸気口４５とは反対側の方向に向かって流れるように、ガス流路４６が排気路４４に対して接続する構成であればいかなる構造も可能である。また、排気路４４は、吸気口４５から遠ざかるに従ってコンダクタンスが増大するよう、図９に示すように、吸気口４５からの距離が増大するのに従ってその径が増大するように形成してもよい。
【００８１】
上記実施の形態では、搬送領域１３の圧力は、プロセス領域１４の圧力よりも低く維持されるものとした。しかし、搬送領域１３とプロセス領域１４とにおける圧力を同一として、プロセス領域１４から搬送領域１３へのガスの流入を防止するようにしてもよい。この場合、特に、上記（３）に示すエジェクター効果を利用したシール部材が好適に用いられる。
【００８２】
上記実施の形態では、サセプタ２９の内部に設けられたヒータ３５によりウェハＷを加熱するものとした。しかし、ウェハＷを所定の温度に加熱可能な構成であれば、どのようなものであってもよい。例えば、チャンバ１１の天部に窓を設け、窓を介してランプ等によりウェハＷを加熱する構成も可能である。
【００８３】
上記実施の形態では、サセプタ２９とサセプタ支持台３１との間に断熱材３０を配置する構成とした。しかし、これに限らず、断熱材３０を配置しない構成、または、不活性ガスの流路を形成する構成等も可能である。
【００８４】
上記実施に形態では、プロセス領域１４に設けられたガス導入口２３および第２排気口２０は、それぞれ、チャンバ１１の対向する位置に１つづつ設けるものとした。しかし、ガス導入口２３および第２排気口２０の位置はこれに限られない。また、その個数も、１つに限らず、ガス導入口２３および第２排気口２０を複数設けた構成としてもよい。
【００８５】
上記実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とを用いて、半導体ウェハＷの表面にＴｉＮ膜を形成するものとした。しかし、用いる物質、および、成膜する膜の種類は、これに限られない。例えば、ＴｉＣｌ４とＨ２とからＴｉ膜を、ＷＦ６とＨ２とからＷ膜を、ＷＦ６とＮＨ３とからＷＮ膜を、ＴａＦ５（又はＴａＣｌ５）とＨ２とからＴａ膜を、ＴａＦ５（またはＴａＣｌ５）とＮＨ３とからＴａＮを、それぞれ成膜する場合にも本発明を適用することができる。
【００８６】
本発明の成膜装置は、アニール等の他の処理を行う処理装置と、インラインで接続され、または、クラスタリングされてもよい。
【００８７】
また、本発明は、成膜処理に限らず、エッチング処理等、複数種のガスを用い、プロセス雰囲気を高速に切り替える必要のあるすべての処理に適用することができる。また、本発明は、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置用の基板にも適用することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スループットの高い処理装置および処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる成膜装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる成膜装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる成膜処理のフローを示す図である。
【図４】Ｃリングシールを示す図である。
【図５】本実施の形態の変形例を示す図である。
【図６】ラビリンスシールを示す図である。
【図７】エジェクター構造を示す図である。
【図８】エジェクター構造を示す図である。
【図９】エジェクター構造の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０　成膜装置
１１　チャンバ
１２　セパレータ
１３　プロセス領域
１４　搬送領域
２９　サセプタ
３０　断熱材
３１　サセプタ支持台
３５　ヒータ
３６　冷媒流路
３７　段差
３８　Ｏリング
１００　制御装置
【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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