(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、
前記処理容器中、前記基板保持台の第１の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第１の処理ガスを、前記第１の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第１の側から前記第１の側に対向する第２の側に向かって流れるように供給する第１の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第２の側に形成された第１の排気口と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第２の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第２の処理ガスを、前記第２の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第２の側から前記第１の側に向かって流れるように供給する第２の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第１の側に形成された第２排気口を備え、
前記処理容器は、外側容器と、前記外側容器内部に設けられた内側容器とよりなり、前記基板保持台は、前記内側容器内に設けられており、
前記内側容器は平坦な石英プレートよりなる底部と、前記底部上に、前記底部を覆うように設けられた石英カバーとよりなり、前記保持台上の被処理基板は前記石英プレート中に形成された開口部において露出され、前記露出された被処理基板表面は、前記石英プレート表面と実質的に一致する平面を形成する基板処理装置。
【請求項２】
前記基板保持台は上下動自在に設けられており、前記内側容器は前記基板保持台に上下動経路に沿って、前記上下動経路を囲むように延在する延在部を含む請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板保持台の最高位置において前記被処理基板の表面が前記内側処理容器の底面と実質的に一致する請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記保持台の周囲には、前記被処理基板の外周縁を囲むようにガードリング部材が設けられ、前記ガードリング部材は前記内側容器延在部の内周に対応した外周を有し、前記内周と前記外周との間に実質的に一定の幅の隙間が形成される請求項２記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記内側容器は石英よりなる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記基板保持台は加熱機構を備えた請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
さらに前記基板保持台を回動させる回動機構を備えた請求項１記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記回動機構は、前記基板保持台を保持するシャフトと、前記シャフトを回動自在に保持する磁気シールとよりなり、前記磁気シールは前記シャフトをベローズにより囲まれた空間内を上下自在に保持し、前記空間は、前記内側容器内部よりも高真空状態に減圧される請求項７記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第１の排気口は、前記第１の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第１のスリットよりなり、前記第２の排気口は、前記第２の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第２のスリットよりなる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記第１の排気口は、前記第１の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第１のスリットよりなり、前記第２の排気口は、前記第２の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在しる第２のスリットよりなり、前記処理容器の排気は、前記第１および第２の処理ガスの流れ方向および前記第１および第２のスリットの延在方向に略直交する方向にな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１１】
前記第１および第２のスリットは、実質的に一定のスリット幅を有する請求項９記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のスリットの各々は、スリット幅が中央部と両端部とで変化する請求項９記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記第１および第２のスリットの各々はカバープレートで覆われ、前記カバープレート中には、前記スリットの延在方向に沿って複数の開口部が形成されている請求項９記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記複数の開口部は、前記スリットの中央部と両端部で大きさが変化する請求項１３記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記カバープレート中において、前記複数の開口部の密度が、前記スリットの中央部と両端部で変化する請求項１３記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記第１の処理ガス供給部は、前記第１の処理ガスを滞留させる第１の滞留部と、前記第１の滞留部上に前記第１の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在するように形成された偏平なスリットよりなる第１の吐出口を有し、前記第２の処理ガス供給部は、前記第２の処理ガスを滞留させる第２の滞留部と、前記第２の滞留部上に前記第２の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在するように形成された偏平なスリットよりなる第２の吐出口を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記第１および第２の吐出口は、中央部と両端部とで異なるスリット幅を有する請求項１６記載の基板処理装置。
【請求項１８】
前記第１および第２の吐出口の各々には複数の開口部を有する拡散板が設けられ、前記複数の開口部は前記拡散板の中央部と両端部とで大きさが異なる請求項１６記載の基板処理装置。
【請求項１９】
前記第１および第２の吐出口の各々には複数の開口部を有する拡散板が設けられ、前記複数の開口部の密度が前記拡散板の中央部と両端部とで異なる請求項１６記載の基板処理装置。
【請求項２０】
前記第１の処理ガス供給部は前記第１の処理ガスを第１の原料容器から第１の原料切替弁を介して供給され、前記第２の処理ガス供給部は前記第２の処理ガスを第２の原料容器から第２の原料切替弁を介して供給され、前記第１の排気口および前記第２の排気口はそれぞれ第１および第２の排気量調整弁機構を介して排気装置に接続される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項２１】
前記第１の排気口は前記第１の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第１のスリットよりなり、前記第２の排気口は前記第２の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第２のスリットよりなり、前記第１の排気量調整弁機構は、前記第１のスリットの両端部に結合され、同時に実質的に同一の開度に駆動される一対の排気量調整弁よりなり、前記第２の排気量調整弁機構は、前記第２のスリットの両端部に結合され、同時に実質的に同一の開度に駆動される一対の排気量調整弁よりなる請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項２２】
前記第１の排気口は前記第１の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第１のスリットよりなり、前記第２の排気口は前記第２の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在する第２のスリットよりなり、前記第１の排気量調整弁機構は、前記第１のスリットの両端部に、ダクトを介して共通接続される請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項２３】
前記第２の排気量調整弁機構は、前記第２のスリットの両端部に、ダクトを介して共通接続される請求項２２記載の基板処理装置。
【請求項２４】
前記保持台は、最上位の処理位置と最下位の基板出入位置との間を上下自在に設けられており、前記被処理基板は、前記第１の排気量調整弁機構を構成する前記一対の排気量調整弁の間の空間を通る基板搬送路を通って、前記処理容器に対して出し入れされる請求項２１記載の基板処理装置。
【請求項２５】
さらに前記基板処理装置は、前記第１，第２の原料切替弁を制御する制御装置を備え、前記制御装置は前記第１，第２の原料切替弁を、前記第１の処理ガス供給部が前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第２の処理ガス供給部による前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、また前記第２の処理ガス供給部が前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の処理ガス供給部による前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように制御する請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項２６】
前記制御装置は、前記第１の処理ガス供給部が前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の排気量調整弁機構の開弁度を前記第２の排気量調整弁機構の開弁度よりも増大させ、前記第２の処理ガス供給部が前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第２の排気量調整弁機構の開弁度を前記第１の排気量調整弁機構の開弁度よりも増大させる請求項２５記載の基板処理装置。
【請求項２７】
前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第２の排気量調整弁機構の開弁度は３％あるいはそれ以下に設定され、前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第１の排気量調整弁機構の開弁度は３％あるいはそれ以下に設定される請求項２６記載の基板処理装置。
【請求項２８】
前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第２の排気量調整弁機構が閉鎖され、前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合、前記第１の排気量調整弁機構が閉鎖される請求項２６記載の基板処理装置。
【請求項２９】
前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断され、かつ前記第２の処理ガスが前記処理容器中に導入される以前であり、しかも前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態において、前記第１の排気量調整弁機構および前記第２の排気量調整弁機構を、それぞれ最大の開度あるいは十分な排気量が得られる開度に設定することを特徴とする請求項２６記載の基板処理装置。
【請求項３０】
前記第１の処理ガス供給部は、前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断された状態で、前記処理容器中に不活性ガスを導入し、前記第２の処理ガス供給部は、前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断された状態で、前記処理容器中に不活性ガスを導入する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３１】
前記第１の原料切替弁は第１の不活性ガスラインと第１の排気ラインに接続されており、前記第２の原料切替弁は第２の不活性ガスラインと第２の排気ラインに接続されており、前記第１の原料切替弁は、前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入している状態で前記第１の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記第１の排気ラインに流し、前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態で、前記第１の処理ガスを前記第１の排気ラインに流し、前記第１の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記処理容器中に導入し、前記第２の原料切替弁は、前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入している状態で前記第２の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記第２の排気ラインに流し、前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態で、前記第２の処理ガスを前記第２の排気ラインに流し、前記第２の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記処理容器中に導入する請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項３２】
前記第１の原料切替弁により前記第１の不活性ガスを前記処理容器中に導入しており、かつ前記第２の原料切替弁により前記第２の不活性ガスを前記処理容器中に導入している状態において、前記第１および第２の排気量調整弁機構を最大の開度、もしくは十分に高い排気が達成できるか開度に設定することを特徴とする請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項３３】
前記第１の原料容器は、反応ガスを供給されることにより前記第１の処理ガスを発生させる請求項２５記載の基板処理装置。
【請求項３４】
前記第１の原料容器と前記第１の原料切替弁との間には、前記第１の処理ガスが前記処理容器中に供給されている状態で、前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態よりも前記第１の処理ガスの流量を増大させる流量制御部が設けられた請求項２５記載の基板処理装置。
【請求項３５】
前記第１の原料容器と前記第１の原料切替弁との間には、前記第１の処理ガスを一時的に蓄積する空間が設けられた請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項３６】
前記空間には圧力計が設けられ、前記空間中には前記第１の処理ガスが所定の圧力で蓄積される請求項３５記載の基板処理装置。
【請求項３７】
前記第１の原料容器と前記空間との間には質量流量コントローラが設けられ、前記空間中には前記第１の処理ガスが、前記質量流量コントローラで検出した流量に基づいて、所定の積算流量に対応する量で蓄積される請求項３５記載の基板処理装置。
【請求項３８】
前記処理容器は平坦な形状を有し、前記第１および第２の処理ガス供給部は、それぞれ前記第１および第２の処理ガスを、前記被処理基板の主面に平行なシート状の流れとして供給する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３９】
前記処理容器は平坦な形状を有し、かつ、前記被処理基板の主面に平行なシート状のガスの流れる上面と底面との距離が可変である請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４０】
前記処理容器は平坦な形状を有し、かつ、前記被処理基板の主面に平行なシート状のガスの流れる上面と底面との距離は、前記被処理基板が搬送された後、短く設定される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４１】
前記第１および第２の排気口は、それぞれ前記第１および第２の処理ガスの流れ方向に略直交する方向に延在するスリット状の開口部よりなる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４２】
前記第１および第２の処理ガスは、不活性ガスとの混合ガスである請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４３】
さらに前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第３の処理ガスを、前記第３の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第２の側に向かって流れるように供給する第３の処理ガス供給部を設けた請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４４】
前記第３の処理ガス供給部は前記第３の処理ガスを第３の原料容器から第３の原料切替弁を介して供給され、前記制御装置は、前記第１，第２および第３の原料切替弁を、前記第１の処理ガス供給部が前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第２の処理ガス供給部による前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入および前記第３の処理ガス供給部による前記第３の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、また前記第２の処理ガス供給部が前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の処理ガス供給部による前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入および前記第３の処理ガス供給部による前記第３の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、さらに前記第３の処理ガス供給部が前記第３の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の処理ガス供給部による前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入および前記第２の処理ガス供給部による前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように制御する請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項４５】
前記制御装置は、前記第３の処理ガス供給部が前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の排気量調整弁の開弁度を前記第２の排気量調整弁の開弁度よりも増大させる請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項４６】
前記第３の処理ガス供給部は、前記第３の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断された状態で、前記処理容器中に不活性ガスを導入する請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項４７】
前記第３の処理ガス供給部は、前記第３の処理ガスを、前記第１の側から前記第２の側に、前記被処理基板主面に平行なシート状の流れとして供給する請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項４８】
前記第３の処理ガス供給部は前記第３の処理ガスを第３の原料切替弁を介して供給され、前記第３の原料切替弁は第３の不活性ガスラインと第３の排気ラインに接続されており、前記第３の原料切替弁は、前記第３の処理ガスを前記処理容器中に導入している状態で前記第３の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記第３の排気ラインに流し、前記第３の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されている状態で、前記第３の処理ガスを前記第３の排気ラインに流し、前記第３の不活性ガスライン中の不活性ガスを前記処理容器中に導入する請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項４９】
前記第３の処理ガスは、不活性ガスとの混合ガスである請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項５０】
さらに前記処理容器中、前記基板保持台の第３の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第３の処理ガスを、前記第３の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第３の側から反対側の第４の側に向かって流れるように供給する第３の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第４の側に形成された第４の排気口とを形成した請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５１】
さらに前記処理容器中、前記基板保持台の前記第４の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第４の処理ガスを、前記第４の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第４の側から前記第３の側に向かって流れるように供給する第４の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第３の側に形成された第４の排気口を備えた請求項５０記載の基板処理装置。
【請求項５２】
前記第１の処理ガスは成膜ガスであり、前記第２の処理ガスは酸化処理ガスである請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５３】
前記第１の処理ガスは、ＺｒＣｌ4と、ＺｒＢｒ4と、Ｚｒ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｚｒ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｚｒ（ＡｃＡｃ）4と、Ｚｒ（ＤＰＭ）4と、Ｚｒ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）3と、Ｚｒ（ＨＦＡ）4と、Ｚｒ（ＢＨ4）4と、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ3）2）4と、Ｚｒ（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）4とよりなる群より選ばれるか、もしくは（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＮ3と、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＢｒと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＣｌと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＩと、（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＮＨ2と、（ＣＨ3）2ＡｌＣｌと、（ＣＨ3）2ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＨ：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）Ｃｌ2と、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ2と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）Ａｌと、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ4Ｈ9）3ＡｌＣｌ3と、Ａｌ（ＣＨ3）3と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）3と、Ａｌ（ＡｃＡｃ）3と、Ａｌ（ＤＰＭ）3と、Ａｌ（ＨＦＡ）3と、Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）3と、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3と、Ａｌ（ＯＣＨ3）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ3Ｈ7）3と、Ａｌ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ９）3と、Ａｌ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）3と、ＡｌＢｒ3とよりなる群から選ばれるか、もしくはＹ（ＡｃＡｃ）3と、Ｙ（ＤＰＭ）3と、Ｙ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）2と、Ｙ（ＨＦＡ）3と、Ｃｐ3Ｙとよりなる群から選ばれるか、もしくはＨｆＣｌ4と、ＨｆＢｒ4と、Ｈｆ（ＡｃＡｃ）4と、Ｈｆ（ＤＰＭ）4と、Ｈｆ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）3と、Ｈｆ（ＨＦＡ）4と、Ｈｆ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4と、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ3）2］4とよりなる群から選ばれるか、ＴｉＣｌ4と、ＴｉＢｒ4と、ＴｉＩ4と、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣＨ3）4と、Ｔｉ（ＯＣ2Ｈ5）4と、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｔｉ（ｎ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｔｉ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｔｉ（ＡｃＡｃ）4と、Ｔｉ（ＡｃＡｃ）2Ｃｌ2と、Ｔｉ（ＤＰＭ）4と、Ｔｉ（ＤＰＭ）2Ｃｌ2と、Ｔｉ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）3と、Ｔｉ（ＨＦＡ）2Ｃｌ2とよりなる群から選ばれるか、もしくはＬａＢｒ3と、ＬａＩ3と、Ｌａ（ＯＣＨ3）3と、Ｌａ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ｌａ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）2と、Ｃｐ3Ｌａと、ＭｅＣｐ3Ｌａと、Ｌａ（ＤＭＰ）3と、Ｌａ（ＨＦＡ）3と、Ｌａ（ＡｃＡｃ）3と、Ｃｐ（Ｃ8Ｈ8）Ｔｉと、Ｃｐ2Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］2と、Ｃｐ2ＴｉＣｌ2と、（Ｃ2Ｈ5）Ｔｉ（Ｎ3）2と、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4と、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4とよりなる群から選ばれ、前記第２の処理ガスは、酸素ラジカル原子と、酸素ラジカル分子と、Ｏ3と、Ｎ2Ｏと、Ｈ2Ｏ2と、Ｈ2ＯとＤ2Ｏとよりなる群から選ばれる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５４】
前記第３の処理ガスは成膜ガスである請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項５５】
前記第３の処理ガスは前記第１の処理ガスと異なり、Ｈ2Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］2と、（Ｃ2Ｈ5）2ＳｉＨ2と、（ＣＨ3）2ＳｉＣｌ2と、（ＣＨ3）2Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）2と、（ＣＨ3）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）2と、（ＣＨ3）2ＳｉＨ2と、Ｃ2Ｈ5Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、（ＣＨ3）3ＳｉＳｉ（ＣＨ3）3と、ＨＮ［Ｓｉ（ＣＨ3）3］2と、（ＣＨ3）（Ｃ6Ｈ5）ＳｉＣｌ2と、ＣＨ3ＳｉＨ3と、ＣＨ3ＳｉＣｌ3と、ＣＨ3Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、ＣＨ3Ｓｉ（ＯＣＨ3）3と、Ｃ6Ｈ5Ｓｉ（Ｃｌ）（ＯＣ2Ｈ5）2と、Ｃ6Ｈ5Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、（Ｃ2Ｈ5）4Ｓｉと、Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4と、Ｓｉ（ＣＨ3）4と、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）3Ｈと、（Ｃ2Ｈ5）3ＳｉＮ3と、（ＣＨ3）3ＳｉＣｌと、（ＣＨ3）3ＳｉＯＣ2Ｈ5と、（ＣＨ3）3ＳｉＯＣＨ3と、（ＣＨ3）3ＳｉＨと、（ＣＨ3）3ＳｉＮ3と、（ＣＨ3）3（Ｃ2Ｈ3）Ｓｉと、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ3）2］3と、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ3）2］3と、Ｓｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）4と、Ｓｉ（ＯＣＨ3）4と、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4と、Ｓｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｓｉ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｓｉ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3Ｆと、ＨＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ｓｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3Ｆと、Ｓｉ（ＯＣＨ3）3Ｆと、ＨＳｉ（ＯＣＨ3）3と、Ｈ2ＳｉＣｌ2と、Ｓｉ2Ｃｌ6と、Ｓｉ2Ｆ6と、ＳｉＦ4と、ＳｉＣｌ4と、ＳｉＢｒ4と、ＨＳｉＣｌ3と、ＳｉＣｌ3Ｆと、Ｓｉ3Ｈ8と、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨ2Ｃｌ2と、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）2Ｃｌ2とよりなる群から選ばれるか、もしくは（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＮ3と、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＢｒと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＣｌと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＩと、（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＮＨ2と、（ＣＨ3）2ＡｌＣｌと、（ＣＨ3）2ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＨ：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）Ｃｌ2と、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ2と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）Ａｌと、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ4Ｈ9）3ＡｌＣｌ3と、Ａｌ（ＣＨ3）3と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）3と、Ａｌ（ＡｃＡｃ）3と、Ａｌ（ＤＰＭ）3と、Ａｌ（ＨＦＡ）3と、Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）3と、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）8と、Ａｌ（ＯＣＨ3）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ3Ｈ7）3と、Ａｌ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ9）3と、Ａｌ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）3と、ＡｌＢｒ3とよりなる群から選ばれる請求項４３記載の基板処理装置。
【請求項５６】
少なくとも前記第１の原料切替弁は切替弁容器と、前記切替弁容器中に回動自在に設けられたセラミック弁体と、切替弁容器中において前記セラミック弁体に一体的に結合された磁性体と、前記切替弁容器の外側に設けられ、前記磁性体と磁気的に結合した電磁駆動部とよりなり、前記セラミック弁体中には溝が形成されている請求項２０記載の基板処理装置。
【請求項５７】
処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成された第１の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の第２の、前記第１の側に対向する側に形成された第１の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第２の側に形成された第２の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第１の側に形成された第２排気口を備えた基板処理装置を使った基板処理方法であって、
前記第１の処理ガス供給部から第１の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流し、前記被処理基板表面に第１の処理を行う工程と、
前記第２の処理ガス供給部から第２の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第２の側から前記第１の側に流し、前記被処理基板表面に第２の処理を行う工程をよりなり、
前記第１の処理を行う工程では、前記第２の排気口の排気量を前記第１の排気口の排気量よりも減少させ、
前記第２の処理を行う工程では、前記第１の排気口の排気量を前記第２の排気口の排気量よりも減少させ、
前記第１の処理を行う工程では、前記第２の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給し、前記第２の処理を行う工程では、前記第１の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給する基板処理方法。
【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】
【従来の技術】
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２〜５μｍ程度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】
【発明が解決しようとする課題】
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、下地となるベース絶縁膜の性質により、膜厚が大きく変動することが、先に本発明の発明者により見出された。換言すると、かかる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が不規則になり、かかる表面が不規則なゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した場合、半導体装置の動作特性が劣化してしまう。
【０００８】
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方法および処理装置を提供することを概括的課題とする。
【０００９】
本発明のより具体的な課題は、基板上に欠陥を含まない高誘電体膜を、効率よく形成できる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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第１の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第１の処理ガスを、前記第１の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第１の側から前記第１の側に対向する第２の側に向かって流れるように供給する第１の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第２の側に形成された第１の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第２の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第２の処理ガスを、前記第２の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第２の側から前記第１の側に向かって流れるように供給する第２の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第１の側に形成された第２排気口を備え、前記処理容器は、外側容器と、前記外側容器内部に設けられた内側容器とよりなり、前記基板保持台は、前記内側容器内に設けられており、前記内側容器は平坦な石英プレートよりなる底部と、前記底部上に、前記底部を覆うように設けられた石英カバーとよりなり、前記保持台上の被処理基板は前記石英プレート中に形成された開口部において露出され、前記露出された被処理基板表面は、前記石英プレート表面と実質的に一致する平面を形成する基板処理装置、あるいは
処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成された第１の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の第２の、前記第１の側に対向する側に形成された第１の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第２の側に形成された第２の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第１の側に形成された第２排気口を備えた基板処理装置を使った基板処理方法であって、前記第１の処理ガス供給部から第１の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流し、前記被処理基板表面に第１の処理を行う工程と、前記第２の処理ガス供給部から第２の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第２の側から前記第１の側に流し、前記被処理基板表面に第２の処理を行う工程をよりなり、前記第１の処理を行う工程では、前記第２の排気口の排気量を前記第１の排気口の排気量よりも減少させ、前記第２の処理を行う工程では、前記第１の排気口の排気量を前記第２の排気口の排気量よりも減少させ、前記第１の処理を行う工程では、前記第２の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給し、前記第２の処理を行う工程では、前記第１の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給する基板処理方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、処理容器中に被処理基板を挟んで対向するように第１および第２の処理ガス導入口を設け、さらに前記被処理基板を挟んで前記第１および第２の処理ガス導入口に対向するように、第１および第２の排出口を設け、前記第１の処理ガス導入口より第１の処理ガスを前記処理容器中に導入し、前記被処理基板表面に沿って流した後、前記第１の排出口より排出し、次に前記第２の処理ガス導入口あるいはプラズマ源より第２の処理ガスあるいはラジカルを導入し、前記被処理基板表面に沿って流して先に前記被処理基板表面に吸着されていた前記第１の処理ガス分子と反応させた後、前記第２の排出口より排出する工程により、前記被処理基板上に、高誘電体膜を１分子層ずつ積層しながら形成することが可能になる。
［作用］
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の原理を示す。
【００１２】
図１（Ａ），（Ｂ）を参照するに、被処理基板２を保持する処理容器１には前記被処理基板２に対して第１の側に第１の処理ガス供給口３Ａが設けられており、また前記被処理基板２に対して第２の、前記第１の側に対向する側には第１の排気口４Ａが設けられている。さらに前記処理容器１には、前記第２の側に第２の処理ガス供給口３Ｂが設けられており、また前記第１の側には第２の排気口４Ｂが設けられている。前記第１の処理ガス供給口３Ａには第１の原料切替弁５Ａを介して第１の処理ガスＡが供給され、前記第２の処理ガス供給口３Ｂには第２の原料切替弁５Ｂを介して第２の処理ガスＢが供給される。さらに、前記第１の排気口４Ａは第１の排気量調整弁６Ａを介して排気され、前記第２の排気口４Ｂは第２の排気量調整弁６Ｂを介して排気される。
【００１３】
最初に図１（Ａ）の工程において、前記第１の原料切替弁５Ａを介して前記第１の処理ガスＡを前記第１の処理ガス供給口３Ａに供給し、前記処理容器１中において前記第１の処理ガスＡを前記被処理基板表面に吸着させる。その際、前記第１の処理ガス供給口３Ａに対向する前記第１の排気口４Ａを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第１の処理ガスは、前記第１の処理ガス供給口３Ａから前記第１の排気口４Ａまで第１の方向に流れる。
【００１４】
次に図１（Ｂ）の工程において、前記第２の原料切替弁５Ｂを介して前記第２の処理ガスＢを前記第２の処理ガス供給口３Ｂに供給し、前記処理容器１中において前記第２の処理ガスＢを前記被処理基板２の表面に沿って流す。その結果、前記第２の処理ガスＢは先に前記被処理基板表面に吸着した前記第１の処理ガス分子に作用し、前記被処理基板表面に高誘電体分子層が形成される。その際、前記第２の処理ガス供給口３Ｂに対向する前記第２の排気口４Ｂを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第２の処理ガスは、前記第２の処理ガス供給口３Ｂから前記第２の排気口４Ｂまで第２の方向に流れる。
【００１５】
さらに前記図１（Ａ）および（Ｂ）の工程を繰り返すことにより、前記被処理基板２上に所望の高誘電体膜が形成される。
【００１６】
その際、前記図１（Ａ）の工程では前記第２の原料切替弁５Ｂからの前記第２の処理ガス供給口３Ｂへの前記第２の処理ガスＢの供給は遮断され、また前記図１（Ｂ）の工程では前記第１の原料切替弁５Ａからの前記第１の処理ガス供給口３Ａへの前記第１の処理ガスＡの供給は遮断されるが、図１（Ａ）の工程において前記第１の処理ガス供給口３Ａから導入された前記第１の処理ガスＡが対向する第２の処理ガス供給口３Ｂ中に侵入し、析出物を生じるのを回避するために、図１（Ａ）の工程では前記第２の原料切替弁５Ｂから前記第２の処理ガス供給口３Ｂに不活性ガスを供給するのが好ましい。同様に、図１（Ｂ）の工程においては前記第１の原料切替弁５Ａから前記第１の処理ガス供給口３Ａに不活性ガスを供給するのが好ましい。さらに図１（Ａ）の工程では前記第１の排気量調整弁６Ａは前記被処理基板２の表面を通過した前記第１の処理ガスを排気すべく大きな開弁度に設定されるが、前記第２の排気量調整弁６Ｂは、高温での弁開閉動作に鑑み、完全に遮断するのではなく、例えば３％以下の小さな開弁度に設定しておくのが好ましい。同様に図１（Ｂ）の工程でも、前記第２の排気量調整弁６Ｂは大きな開弁度に設定されるが前記第１の排気量調整弁６Ａも完全に遮断するのではなく、例えば３％以下の小さな開弁度に設定しておくのが望ましい。
【００１７】
前記処理容器は、前記第１および第２の処理ガスが前記被処理基板２の表面をシート状の層流で流れるように平坦な形状に形成するのが好ましく、また前記第１および第２の処理ガス供給口３Ａ，３Ｂも対応した平坦な、スリット状の開口部を有するのが好ましい。さらに、前記第１および第２の排気口４Ａ，４Ｂも、前記第１あるいは第２の処理ガスが流れる方向に対して略直交する方向に延在するスリット状に形成するのが好ましい。また、処理ガスの流れ方向に対して直交するスリットから下方に均等に排気を行うことにより、シート状の処理ガスの流れが乱されることがない。
【００１８】
本発明の基板処理装置において、前記第１の処理ガスとしてＺｒもしくはＡｌもしくはＹもしくはＴｉもしくはＬａを含む原料を使い、前記第２の処理ガスとして酸化性ガスを使うことにより、ＺｒもしくはＡｌもしくはＹもしくはＴｉもしくはＬａの酸化物層を被処理基板上に形成することができる。
【００１９】
さらに本発明の基板処理装置において、前記第３の処理ガスとして前記第１の処理ガスとは異なる成膜ガスを使い、これを前記第２の処理ガスと組み合わせることにより、前記被処理基板上にＺｒＳｉＯx，ＨｆＳｉＯx，ＡｌＳｉＯx，ＹＳｉＯx，ＴｉＳｉＯx，ＬａＳｉＯxあるいはＺｒＡｌＯx，ＨｆＡｌＯx，ＹＡｌＯx，ＴｉＡｌＯx，ＬａＡｌＯx等の三元系酸化物層を形成することができる。
【００２０】
ところで、図１（Ａ），（Ｂ）に示す本発明の基板処理装置では、図１（Ａ）の工程において処理容器１中に処理ガス供給口３Ａから処理ガスＡを導入した後、図１（Ｂ）の工程において処理ガス供給口３Ｂからパージガスあるいは処理ガスＢを導入した場合、処理容器１中に残留している処理ガスＡはパージガスあるいは処理ガスＢの流れに乗って排気口４Ｂより速やかに排出され、前記処理容器１内における処理ガスＡの残留濃度は急激に低下する。同様に、図１（Ｂ）の工程において処理容器１中に処理ガス供給口３Ｂから処理ガスＢを導入した後、図１（Ａ）の工程に戻って処理ガス供給口３Ａからパージガスあるいは処理ガスＡを導入した場合、処理容器１中に残留している処理ガスＢはパージガスあるいは処理ガスＡの流れに乗って排気口４Ａより速やかに排出され、前記処理容器１内における処理ガスＢの残留濃度は急激に低下する。
【００２１】
特に本発明の装置では、処理ガスＢを導入する導入口３Ｂの周辺において処理ガスＢの濃度が数％程度あっても、排気を排気口４Ｂから排気口４Ａに切り替えて行っているので、被処理基板２が配置されている領域では、処理ガスＢの濃度は十分に低くなり、処理ガスＡによる処理が影響されることはない。
【００２２】
これに対し、処理ガス導入口３Ｂおよびこれに対応する排気口４Ｂを省略した構成の基板処理装置では、処理ガス導入口３Ａから導入される処理ガスＡをパージガスあるいは処理ガスＢに切替えても処理ガスＡが前記処理容器１中に残留しやすく、残留処理ガスＡの濃度が処理ガスＢによる処理に十分な程度まで減少するのに長い時間を要する。
【００２３】
本発明では、処理ガスＡの処理工程と処理ガスＢの処理工程との間において、被処理基板の両端側から排気する工程を設けることも可能であり、従来の片側からだけ排気する装置よりも、処理ガスを被処理基板表面から容易に排気することが可能になる。
【００２４】
このように、図１（Ａ），（Ｂ）に示す本発明の基板処理装置は、被処理基板を処理ガスＡおよびＢで交互に処理する場合にサイクル時間を短縮することが可能な利点を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図２は、本発明の第１実施例による基板処理装置１０の構成を示す。
【００２６】
図２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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、図２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。
【００３５】
図３は、図２の処理室１１を含む部分の詳細を示す。
【００３６】
図３を参照するに、前記処理室１１中には石英反応容器１１０が保持され、前記被処理基板１２は前記石英反応容器１１０中に保持される。前記処理室１１中には前記石英反応容器１１０に隣接してヒータ１１１Ａ〜１１１Ｆが設けられ、基板温度を所定の処理温度に保持する。
【００３７】
また前記処理ガス導入口１３Ａ、１３Ｂは前記被処理基板１２の表面に沿って処理ガスを流すように平坦な形状に形成され、またその位置も前記被処理基板１２表面のやや上方に設定される。また、これに伴って前記反応容器１１０も平坦な形状に形成され、その結果平坦な形状の処理ガス導入口１３Ａから導入されたＺｒＣｌ4などの第１の処理ガスは前記石英反応容器１１０中を前記被処理基板１２の表面に沿って層流となって流れ、前記排気口１４Ａより排出される。その際に、前記第1の処理ガスは前記被処理基板表面に吸着され、前記被処理基板表面は１分子層程度の処理ガス分子により覆われる。一方、前記処理ガス導入口１３Ｂから導入されたＨ2Ｏ等の第２の処理ガスは前記石英反応容器１１０中を前記被処理基板１２の表面に沿って層流となって流れ、前記排気口１４Ａより排出されるが、その際に先に前記被処理基板１２の表面を覆っていた第１の処理ガス分子と反応し、その結果前記被処理基板１２の表面には１分子層程度の非常に薄いＺｒＯ2膜が形成される。
【００３８】
そこで、このような吸着工程と反応工程とを、間にパージ工程を挟みながら繰り返すことにより、前記被処理基板１２の表面に非常に薄いＺｒＯ2等の高誘電体膜を形成することが可能になる。また、前記ＺｒＯ2分子層を形成した後、前記処理ガス導入口１３ＣよりＳｉＣｌ4等の第３の処理ガスを導入することにより、前記ＺｒＯ2分子層上にＳｉＯ2分子層を形成することが可能で、このような工程を、間にパージを挟みながら繰り返すことにより、ＺｒＳｉＯ4組成の高誘電体膜を形成することができる。
【００３９】
前記被処理基板１２上のＺｒＳｉＯ4膜を形成する際の一例では、前記被処理基板１２は２００〜４５０°Ｃの温度に保持され、前記ＺｒＣｌ4ガスおよびＳｉＣｌ4ガスは、反応容器１１０内圧を０．１３〜１３．３ｋＰａ（１〜１００Ｔｏｒｒ）に設定した状態で、それぞれ１〜１０００ＳＬＭおよび０．１〜１０００ＳＬＭの流量で、不活性ガスをキャリアガスとして使いながら供給する。不活性キャリアガスの流量を増加させることは、均一な層流を形成するのに有効である。前記不活性ガスの流量は、原料ガスの流量の１倍から１００倍の範囲で選ばれる。
【００４０】
なお、図３の構成には、図示はされていないが、前記処理ガス導入口１３Ａに並んで、前記ＳｉＣｌ4を導入する処理ガス導入口１３Ｃが設けられる。
【００４１】
本実施例において、前記原料容器２０Ａに格納される原料はＺｒＣｌ4に限定されるものではなく、ＨｆＣｌ4あるいはＴａＣｌ5等の原料であってもよい。これらの原料は室温では固体であり、気化させるためには、前記原料容器２０Ａ中においてＡｒ等のキャリアガスを供給しながら２００°Ｃ以上の温度に加熱する。
【００４２】
図４（Ａ），（Ｂ）は、被処理基板を搬送する際に、搬送アームにより被処理基板を処理容器１１内に搬送する場合に、被処理基板の上下搬送に連動させて石英反応容器１１０の上部１１０Ａを上下させることにより、図４（Ｂ）に示すプロセス時において、前記石英反応容器１１０の前記上部１１０Ａと下部１１０Ｂとの距離を、図４（Ａ）に示す搬送時よりも小さくすることを特徴とする本発明第１実施例の一変形例による反応容器１１０の構成を示す。すなわち、本実施例では、前記石英反応容器１１０は上部１１０Ａと下部１１０Ｂとより構成されている。
【００４３】
図４（Ａ），（Ｂ）を参照するに、このようにプロセス時において前記石英反応容器１１０の上部１１０Ａと下部１１０Ｂとの間の距離を短くすることにより、原料ガスを被処理基板表面に沿って均一に流すことが可能になる。なお、図４（Ａ），（Ｂ）の構成では、被処理基板の上下移動に連動して石英反応容器上部１１０Ａの位置を上下させたが、必ずしも連動させなくても、搬送時に搬送スペースが広がるような構成において、プロセス時に被処理基板と前記石英反応容器上部１１０Ａとの間の距離が短縮されるような構成であれば上記所望の効果が得られる。
[第２実施例]
図５は、図２，３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本発明の第２実施例による処理シーケンスを示すフローチャートである。
【００４４】
図５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。その結果前記反応容器１１０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、それぞれ前記排出口１４Ａおよび１４Ｂからトラップ１００に排出される。
【００４５】
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、前記反応容器１１０中には前記ガス導入口１３Ａから排出口１４Ａへのガスの流れが生じる。前記排気口１４Ａ，１４Ｂにおける排気を前記コンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂのコンダクタンスの調整により制御することにより、高温の排気を遮断弁によりオンオフする場合よりも信頼性の高い排気制御を行うことができる。また連続的に排気が切り替えられるため、前記反応容器１１０中における気流が乱れることが少ない。
【００４６】
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から前記反応容器１１０中に導入される。このようにして導入されたＺｒＣｌ4ガス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、前記排出口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から前記反応容器１１０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が回避される。
【００４７】
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１１０中がＡｒガスによりパージされる。
【００４８】
この際、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂを共に最大開度として、被処理基板の両端より排気することも有効である。あるいは、処理時間を短縮する目的から、この工程を設けずに次の工程ヘ進むことも可能である。この場合の処理シーケンスは、図６のフローチャートのようになる。
【００４９】
次に工程５において前記コンダクタンスバルブ１５Ｂの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ１５Ａの開弁度を減少させ、前記反応容器１１０中に前記反応容器１１０中に前記ガス導入口１３Ｂから排出口１４Ｂへのガスの流れを形成する。
【００５０】
さらに工程６において前記切替バルブ１６Ｂが第２の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン１６ｂ中のＨ2Ｏが前記処理ガス供給口１３Ｂを介して前記前記反応容器１１０中に導入される。このようにして導入されたＨ2Ｏガス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、前記排出口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分子層とＨ2Ｏとが反応し、１分子層程度の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１の処理ガス導入口１３Ａから前記反応容器１１０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が回避される。
【００５１】
前記工程６の後、処理プロセスは前記工程１に戻り、さらに工程１〜工程６を繰り返すことにより、前記ＺｒＯ2分子層上に次のＺｒＯ2分子層を形成する。このように、前記工程１〜工程６を繰り返し実行することにより、前記被処理基板１２上に任意の厚さのＺｒＯ2膜を一分子層ずつ積層することにより形成することができる。
【００５２】
なお、以上の工程１〜工程６において、前記処理ガス導入口１３Ｃは第１のパージ状態に固定されている。
【００５３】
前記原料容器２０Ａ中に格納される原料をＺｒＣｌ4の代わりにＨｆＣｌ4あるいはＴａＣｌ5に置き換えることにより、本実施例によりＨｆＯ2膜あるいはＴａ2Ｏ5膜を、１分子層毎の積層により形成することができる。
【００５４】
なお、前記原料容器２０Ａ中に格納される原料は上記の特定の原料に限定されるものではなく、ＺｒＣｌ4と、ＺｒＢｒ4と、Ｚｒ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｚｒ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｚｒ（ＡｃＡｃ）4と、Ｚｒ（ＤＰＭ）4と、Ｚｒ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）3と、Ｚｒ（ＨＦＡ）4と、Ｚｒ（ＢＨ4）4と、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ3）2）4と、Ｚｒ（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）4とよりなる群より、あるいは（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＮ3と、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＢｒと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＣｌと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＩと、（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＮＨ2と、（ＣＨ3）2ＡｌＣｌと、（ＣＨ3）2ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＨ：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）Ｃｌ2と、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ2と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）Ａｌと、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ4Ｈ9）3と、ＡｌＣｌ3と、Ａｌ（ＣＨ3）3と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）3と、Ａｌ（ＡｃＡｃ）3と、Ａｌ（ＤＰＭ）3と、Ａｌ（ＨＦＡ）3と、Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）3と、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3と、Ａｌ（ＯＣＨ3）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ3Ｈ7）3と、Ａｌ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ９）3と、Ａｌ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）3と、ＡｌＢｒ3とよりなる群より、あるいはＹ（ＡｃＡｃ）3と、Ｙ（ＤＰＭ）3と、Ｙ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）2と、Ｙ（ＨＦＡ）3と、Ｃｐ3Ｙとよりなる群から選ばれるか、もしくはＨｆＣｌ4と、ＨｆＢｒ4と、Ｈｆ（ＡｃＡｃ）4とＨｆ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4とＨｆ［Ｎ（ＣＨ3）2］4と、Ｈｆ（ＤＰＭ）4と、Ｈｆ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）3と、Ｈｆ（ＨＦＡ）4とよりなる群より、あるいはＴｉＣｌ4と、ＴｉＢｒ4と、ＴｉＩ4と、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣＨ3）4と、Ｔｉ（ＯＣ2Ｈ5）4と、Ｔｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｔｉ（ｎ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｔｉ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｔｉ（ＡｃＡｃ）4と、Ｔｉ（ＡｃＡｃ）2Ｃｌ2と、Ｔｉ（ＤＰＭ）4と、Ｔｉ（ＤＰＭ）2Ｃｌ2と、Ｔｉ（Ｏ−ｉＰｒ）（ＤＰＭ）3と、Ｔｉ（ＨＦＡ）2Ｃｌ2とよりなる群より、あるいはＬａＢｒ3と、ＬａＩ3と、Ｌａ（ＯＣＨ3）3と、Ｌａ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ｌａ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）2と、Ｃｐ3Ｌａと、ＭｅＣｐ3Ｌａと、Ｌａ（ＤＭＰ）3と、Ｌａ（ＨＦＡ）3と、Ｌａ（ＡｃＡｃ）3と、Ｃｐ（Ｃ8Ｈ8）Ｔｉと、Ｃｐ2Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］2と、Ｃｐ2ＴｉＣｌ2と、（Ｃ2Ｈ5）Ｔｉ（Ｎ3）2と、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4と、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4とよりなる群より選ぶことが可能である。また、前記ライン１６ｂを介して供給される第２の処理ガスは、酸素ラジカル原子と、酸素ラジカル分子と、Ｏ3とＯ2、Ｎ2ＯとＮＯとＮＯ2、Ｈ2Ｏ2と、Ｈ2ＯとＤ2Ｏとよりなる群から選ぶことができる。特に原料としては、Ａｌ（ＣＨ3）3，ＡｌＣｌ3，Ｚｒ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4，Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ3）2］4，Ｈｆ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4，ＺｒＣｌ4，ＨｆＣｌ4，ＴｉＣｌ4，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4などが原子層成長に有効である。
［第３実施例］
図７〜９は、図２，３の基板処理装置１０においてＺｒＳｉＯ4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本発明の第３実施例による処理シーケンスを示すフローチャートである。
【００５５】
最初に図７を参照するに、工程１１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〜１６Ｃは、いずれも処理ガス供給ライン１６ａ〜１６ｃ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。その結果前記反応容器１１０中には前記パージライン２３ａ〜２３ｃ中のＡｒガスが、それぞれ処理ガス導入口１３Ａ〜１３Ｃ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、それぞれ前記排出口１４Ａおよび１４Ｂからトラップ１００に排出される。
【００５６】
次に工程１２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、前記反応容器１１０中には前記ガス導入口１３Ａおよび１３Ｃから排出口１４Ａへのガスの流れが生じる。
【００５７】
次に工程１３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から前記反応容器１１０中に導入される。このようにして導入されたＺｒＣｌ4ガス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、前記排出口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および第３の切替バルブ１６Ｂ，１６Ｃは前記第１の状態にあり、ライン２３ｂおよび２３ｃ中のＡｒパージガスが処理ガス導入口１３Ｂおよび１３Ｃから前記反応容器１１０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が回避される。
【００５８】
次に工程１４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１１０中がＡｒガスによりパージされる。
【００５９】
次に工程１５において前記コンダクタンスバルブ１５Ｂの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ１５Ａの開弁度を減少させ、前記反応容器１１０中に前記反応容器１１０中に前記ガス導入口１３Ｂから排出口１４Ｂへのガスの流れを形成する。
【００６０】
さらに工程１６において前記切替バルブ１６Ｂが第２の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン１６ｂ中のＨ2Ｏが前記処理ガス供給口１３Ｂを介して前記前記反応容器１１０中に導入される。このようにして導入されたＨ2Ｏガス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、前記排出口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分子層とＨ2Ｏとが反応し、１分子層程度のＺｒＯ2膜が形成される。前記工程１６においては、前記切替バルブ１６Ａ，１６Ｃは前記第１の状態にあり、ライン２３ａおよび２３ｃ中のＡｒパージガスが前記処理ガス導入口１３Ａおよび１３Ｃから前記反応容器１１０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が前記処理ガス導入口１３Ａあるいは１３Ｃに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【００６１】
前記工程１６の後、工程１７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〜１６Ｃは第１の状態に制御される。その結果前記反応容器１１０中には前記パージライン２３ａ〜２３ｃ中のＡｒガスが、それぞれ処理ガス導入口１３Ａ〜１３Ｃ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、それぞれ前記排出口１４Ａおよび１４Ｂからトラップ１００に排出される。
【００６２】
次に工程１８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、前記反応容器１１０中には前記ガス導入口１３Ａおよび１３Ｃから排出口１４Ａへのガスの流れが生じる。
【００６３】
次に工程１９において前記切替バルブ１６Ｃ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１６ｃ中のＳｉＣｌ4ガスが前記第３の処理ガス導入口１３Ｃから前記反応容器１１０中に導入される。このようにして導入されたＳｉＣｌ4ガス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、前記排出口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、先に形成されたＺｒＯ2分子層上に、ＳｉＣｌ4が１分子層程度吸着される。前記工程１９においては、前記第２および第３の切替バルブ１６Ａ，１６Ｂは前記第１の状態にあり、ライン２３ａおよび２３ｂ中のＡｒパージガスが処理ガス導入口１３Ａおよび１３Ｂから前記反応容器１１０中に導入される。その結果、前記第３の処理ガス導入口１３Ｃから導入されたＳｉＣｌ4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が回避される。
【００６４】
次に工程２０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１１０中がＡｒガスによりパージされる。
【００６５】
次に工程２１において前記コンダクタンスバルブ１５Ｂの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ１５Ａの開弁度を減少させ、前記反応容器１１０中に前記反応容器１１０中に前記ガス導入口１３Ｂから排出口１４Ｂへのガスの流れを形成する。
【００６６】
さらに工程２２において前記切替バルブ１６Ｂが第２の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン１６ｂ中のＨ2Ｏが前記処理ガス供給口１３Ｂを介して前記前記反応容器１１０中に導入される。このようにして導入されたＨ2Ｏガス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、前記排出口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ＳｉＣｌ4分子層とＨ2Ｏとが反応し、１分子層程度のＳｉＯ2膜が、その下のＺｒＯ2分子層上に形成される。前記工程２２においては、前記切替バルブ１６Ａ，１６Ｃは前記第1の状態にあり、ライン２３ａおよび２３ｃ中のＡｒパージガスが前記処理ガス導入口１３Ａおよび１３Ｃから前記反応容器１１０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が前記処理ガス導入口１３Ａあるいは１３Ｃに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【００６７】
さらに、前記工程１１〜２２を繰り返すことにより、前記被処理基板１２上に全体としてＺｒＳｉＯ4で表される組成の高誘電体膜が、ＺｒＯ2分子層とＳｉＯ2分子層の交互の積層により形成される。
【００６８】
また前記ＺｒＯ2分子層とＳｉＯ2分子層の積層の際の比率を変化させることにより、前記高誘電体膜の組成を膜厚方向に変化させることも可能である。例えば前記高誘電体膜の下層部ではＳｉＯ2組成が優勢に、また上層部ではＺｒＯ2組成が優勢になるように組成を制御することが可能である。ただし、工程１４，１７，２０において、コンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂの開度を最大としてもよい。この場合には、処理基板の両端より排気がなされ、より有効に処理ガスをパージすることができる。この場合の処理シーケンスに対応するフローチャートを図１０〜１２に示す。
【００６９】
なお  前記原料容器２０Ｃ中に格納される原料は上記の特定の原料に限定されるものではなく、Ｈ2Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］2と、（Ｃ2Ｈ5）2ＳｉＨ2と、（ＣＨ3）2ＳｉＣｌ2と、（ＣＨ3）2Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）2と、（ＣＨ3）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）2と、（ＣＨ3）2ＳｉＨ2と、Ｃ2Ｈ5Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、（ＣＨ3）3ＳｉＳｉ（ＣＨ3）3と、ＨＮ［Ｓｉ（ＣＨ3）3］2と、（ＣＨ3）（Ｃ6Ｈ5）ＳｉＣｌ2と、ＣＨ3ＳｉＨ3と、ＣＨ3ＳｉＣｌ3と、ＣＨ3Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、ＣＨ3Ｓｉ（ＯＣＨ3）3と、Ｃ6Ｈ5Ｓｉ（Ｃｌ）（ＯＣ2Ｈ5）2と、Ｃ6Ｈ5Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、（Ｃ2Ｈ5）4Ｓｉと、Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4と、Ｓｉ（ＣＨ3）4と、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）3Ｈと、（Ｃ2Ｈ5）3ＳｉＮ3と、（ＣＨ3）3ＳｉＣｌと、（ＣＨ3）3ＳｉＯＣ2Ｈ5と、（ＣＨ3）3ＳｉＯＣＨ3と、（ＣＨ3）3ＳｉＨと、（ＣＨ3）3ＳｉＮ3と、（ＣＨ3）3（Ｃ2Ｈ3）Ｓｉと、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ3）2］3と、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ3）2］3と、Ｓｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）4と、Ｓｉ（ＯＣＨ3）4と、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4と、Ｓｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4と、Ｓｉ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｓｉ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4と、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3Ｆと、ＨＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ｓｉ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）3Ｆと、Ｓｉ（ＯＣＨ3）3Ｆと、ＨＳｉ（ＯＣＨ3）3と、Ｈ2ＳｉＣｌ2と、Ｓｉ2Ｃｌ6と、Ｓｉ2Ｆ6と、ＳｉＦ4と、ＳｉＣｌ4と、ＳｉＢｒ4と、ＨＳｉＣｌ3と、ＳｉＣｌ3Ｆと、Ｓｉ3Ｈ8と、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨ2Ｃｌ2と、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）2Ｃｌ2とよりなる群から選ばれるか、もしくは（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＮ3と、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＢｒと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＣｌと、（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＩと、（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＮＨ2と、（ＣＨ3）2ＡｌＣｌと、（ＣＨ3）2ＡｌＨと、（ＣＨ3）2ＡｌＨ：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）2Ｃ2Ｈ5と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）Ｃｌ2と、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ2と、Ａｌ（Ｃ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）Ａｌと、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ4Ｈ9）3ＡｌＣｌ3と、Ａｌ（ＣＨ3）3と、ＡｌＨ3：Ｎ（ＣＨ3）3と、Ａｌ（ＡｃＡｃ）3と、Ａｌ（ＤＰＭ）3と、Ａｌ（ＨＦＡ）3と、Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3と、Ａｌ（Ｉ−Ｃ4Ｈ9）3と、Ａｌ（Ｉ−ＯＣ3Ｈ7）8と、Ａｌ（ＯＣＨ3）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）3と、Ａｌ（ｎ−ＯＣ3Ｈ7）3と、Ａｌ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ9）3と、Ａｌ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）3と、ＡｌＢｒ3とよりなる群から選ぶことができる。
［第４実施例］
ところで、図２，３の基板処理装置１０では、ＺｒＣｌ４ガスを前記原料容器２０Ａから原料供給ライン１６ａおよび切替バルブ１６Ａを介して供給しているが、ＺｒＣｌ4は常温では固体であり、気化には２００°Ｃ程度の温度が必要である。このことは、前記切替バルブ１６Ａを含む原料供給ライン１６ａの全体を２００°Ｃ以上の温度に保持する必要があり、また前記切替バルブ１６Ａもこのような２００°Ｃ以上、実際上は２５０°Ｃ以上の温度に耐える必要があることを意味している。また先の図５〜９の説明でもわかるように、図２，３の基板処理装置１０では前記切替バルブ１６Ａ〜１６Ｃは一分子層の堆積毎に頻繁に駆動されるため、切替バルブの消耗の問題が顕著に現れる。
【００７０】
これに対し、図１３（Ａ），（Ｂ）は、図２，３の基板処理装置１０において切替バルブ１６Ａとして使われる、本発明の第４実施例による切替バルブ１６０の構成を示す。図１３（Ａ），（Ｂ）の切替バルブは、図２，３の基板処理装置１０において、切替バルブ１６Ｂ，１６Ｃとしても使うことが可能である。
【００７１】
図１３（Ａ）を参照するに、前記切替バルブ１６０は金属製の駆動軸１６１Ａを囲むように形成された円筒形状のセラミック弁体１６１Ｂと、前記セラミック弁体１６１Ｂを回動自在に保持する容器１６２と、前記前記容器１６２と協働して前記駆動軸１６１Ａを密封するキャップ部材１６３とよりなり、前記キャップ部材１６３には冷却水入り口１６３ａと冷却水出口１６３ｂとを備えた水冷ジャケット１６３Ａが設けられている。前記セラミック弁体１６１Ｂは前記駆動軸１６１Ａ上にシールリング１６１ａ，１６１ｂを介して固定されており、前記キャップ部材１６３で覆われた前記駆動軸１６１Ａの先端部には耐熱性のサマリウムコバルト系のマグネット１６１Ｍが設けられている。前記マグネット１６１Ｍは外部の電磁駆動機構に磁気的に結合しており、前記電磁駆動機構により回動操作される。
【００７２】
一方、前記容器１６２には、前記処理ガス供給ライン１６ａに対応した第１のガス入り口１６２Ａと前記パージガスライン２３ａに対応した第２のガス入り口１６２Ｂとが設けられており、さらに前記処理ガス供給口１６Ａに接続された第１のガス出口１６２Ｃ、およびいずれも前記パージライン１００ａに接続された第２および第３のガス出口１６２Ｄ，１６２Ｅを有する。
【００７３】
図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の弁体１６１Ｂを詳細に示す。
【００７４】
図１３（Ｂ）を参照するに、前記弁体１６１Ｂ上にはその外周上に第１および第２の溝１６１Ｂａおよび１６１Ｂｂが形成されており、前記弁体１６１Ｂが回動することにより、前記溝１６１Ｂａ，１６１Ｂｂを介して前記ガス入り口１６２Ａ，１６２Ｂがガス出口１６２Ｃ〜１６２Ｅに選択的に接続される。
【００７５】
例えば前記切替バルブ１６Ａが前記第１の状態にある場合、前記パージライン２３ａに接続されたガス入り口１６２Ｂが前記溝１６１Ｂｂを介して前記ガス出口１６２Ｃに接続され、前記パージライン２３ａ中のＡｒガスが前記処理ガス供給口１３Ａを介して前記反応容器１１０中に供給される。この状態では、同時に前記処理ガス供給ライン１６ａに接続されガス入り口１６２Ａが前記溝１６１Ｂａを介して前記ガス出口１６２Ｄに接続され、前記ライン１６ａ中の処理ガスが前記ガス出口１６２Ｄを介してこれに接続された前記パージライン１００ａに捨てられる。
【００７６】
同様に、前記切替バルブ１６Ｂが前記第２の状態にある場合、前記弁体１６１Ｂは回動され、その結果前記ガス入り口１６２Ｂは前記溝１６１Ｂｂを介して前記ガス出口１６２Ｅに接続され、その閣下前記パージライン２３ａ中のＡｒガスが前記ガス出口１６２Ｅからこれに接続された前記パージライン１００ａに捨てられる。一方、前記ガス入り口１６２Ａは前記溝１６１Ｂａを介して前記ガス出口１６２Ｃに接続され、前記ガス出口１６２Ｃから前記処理ガス供給口１３Ａを通って前記反応容器１１０中に導入される。
【００７７】
このような構成の切替バルブ１６０は、２５０°Ｃの温度で繰り返し行われる切替動作に問題なく耐えることができる。また、前記切替バルブ１６０では、処理ガスの反応容器１１０中への供給が遮断されている場合でも、処理ガスの流れがパージライン１００ａへと切り替えられただけなので、原料容器２０ＡからのＺｒＣｌ4ガス等の原料ガスの圧力や流量が大きく変動することがない。
【００７８】
先にも説明したように、前記切替バルブ１６０は図２の切替バルブ１６Ａのみならず、他の切替バルブ１６Ｂ，１６Ｃにも適用可能である。
［第５実施例］
図１４は本発明の第５実施例による基板処理装置１０1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。また先に図２，３で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【００７９】
図１４を参照するに、本実施例では前記処理ガス供給ライン１６ａ，１６ｃの適当な個所に容積を局所的に増大させた処理ガス蓄積部２６０ａ，２６０ｃをそれぞれ形成し、かかる処理ガス蓄積部にいったん処理ガスを蓄積する。かかる処理ガス蓄積部２６０ａ，２６０ｂを設けることにより、先に図５〜９で説明した頻繁な処理ガスの切替、およびこれに伴う前記処理ガス供給ライン１６ａ，１６ｃ中におけるコンダクタンスの変動が生じても、処理ガスの供給を安定して行うことが可能になる。
【００８０】
特に図１４の構成では、前記処理ガス供給ライン１６ａにおいて、原料供給ライン１６ａに設けられた質量流量コントローラ１８Ａを前記制御装置１０Ａにより、前記切替バルブ１６Ａ〜１６Ｃの切替制御に同期して制御しているが、かかる構成により、前記処理ガス供給ライン１６ａ中の処理ガス流量の変動が補償され、前記ライン１６ａを介した処理ガスの供給を安定化させることが可能である。
【００８１】
さらに図１４の構成では、前記処理ガス供給ライン１６ｃにおいて前記処理ガス蓄積部２６０ｃに圧力計２６１ｃを設け、前記処理ガス蓄積部２６０ｃの圧力を一定に維持している。かかる構成によっても、前記処理ガス供給ライン１６ｃ中において生じたコンダクタンスの変動が効果的に補償される。
【００８２】
図１４の構成において、前記処理ガス供給ライン１６ｃに設けられた質量流量コントローラ１８Ｃの制御を、ライン１６ａの質量流量コントローラ１６ａと同様に、制御装置１０Ａを使って行ってもよい。また、前記処理ガス供給ライン１６ａにおいて、前記処理ガス蓄積部２６０ａに圧力計を設けてもよい。さらに、同様な構成を処理ガス供給ライン１６ｂに設けることもできる。
［第６実施例］
図１５は、本発明の第６実施例による基板処理装置１０2の構成を示す。ただし図１５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。また先に図２，３で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【００８３】
図１５を参照するに、本実施例では前記原料容器２０Ａ，２０Ｃにキャリアガスを供給するラインに質量流量コントローラ２０ａ，２０ｃがそれぞれ設けられ、さらに前記質量流量コントローラ２０ａ，２０ｃが前記制御装置１０Ａにより、切替バルブ１６Ａ〜１６Ｃおよびコンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂの制御に同期して制御される。
【００８４】
より具体的には、前記質量流量コントローラ２０ａは、前記切替バルブ１６
Ａが前記ライン１６ａ中の処理ガスを前記処理ガス供給口１３Ａに供給する場合のみ流量を増加させるように制御される。同様に前記質量流量コントローラ２０ｃも前記切替バルブ１６Ｃが前記ライン１６ｃ中の処理ガスを前記処理ガス供給口１３Ｃに供給する場合のみ流量を増加させるように制御される。かかる切替バルブ１６Ａ，１６Ｃの制御と同期した質量流量コントローラ２０ａ，２０ｃの制御により、前記反応容器１１０中に供給されない場合に無駄になる処理ガスを節約することが可能になる。これに伴い、トラップ１００に接続される徐害装置の負荷が軽減される。
【００８５】
この際、図１４に示す質量流量コントローラ１８Ｃ，１８Ａの代わりに図１５に示す音波センサ１８Ｃ’，１８Ａ’を設置することにより、Ａｒキャリア中の原料濃度を測定し、質量流量コントローラ２０ａ，２０ｃにフィードバック制御することが有効である。
［第７実施例］
図１６は、本発明の第７実施例による基板処理装置１０2の構成を示す。ただし図１６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。また先に図２，３で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【００８６】
図１６を参照するに、本実施例では、先の実施例と異なり前記原料容器２０Ａ中にＺｒＣｌ2の代わりに図１６に示すように金属Ｚｒを格納し、これにＣｌ2ガスをキャリアガスとして供給することによりＺｒＣｌ2ガスを発生させる。その際、前記Ｃｌ2キャリアガスの流量を、先の実施例と同様に前記制御装置１０Ａにより、前記処理ガス供給ライン１６ａ中のＺｒＣｌ2ガスが前記処理容器１１中に導入される場合にのみ増加するように制御する。
【００８７】
本実施例によっても、前記処理容器１１中の反応容器１１０中に、前記処理ガス導入口１３Ａを介してＺｒＣｌ2等の塩化物処理ガスを供給することが可能である。
［第８実施例］
図１７は、本発明の第８実施例による処理容器１１Ａ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。
【００８８】
図１７を参照するに、本実施例では図３の実施例の処理容器１１において、前記被処理基板１２に対向する位置のヒータ１１１Ｂを撤去し、その代わりに石英窓１１Ｗを設ける。さらに前記石英窓１１Ｗに沿って移動可能に紫外光源ＵＶを設ける。
【００８９】
かかる構成では、前記石英窓１１Ｗを介して前記紫外光源ＵＶから紫外線を前記被処理基板１２の表面に照射することにより、前記被処理基板１２表面での成膜を促進することができる。その際、前記紫外光源ＵＶを前記石英窓１１Ｗに沿って移動させることにより、前記被処理基板１２表面における露光量を一様に制御することができる。また、この光源として紫外光源の他に赤外線ランプを設けることにより、処理基板を均一に加熱することが可能になる。かかる構成は、特に形成した膜を６００〜１０００℃の温度で短時間アニールする場合や、紫外光照射を行いながら膜形成後の熱処理を行う場合に有効である。このような工程は、被処理基板表面からハイドロカーボンやハロゲン等の不純物を除去するのに有効である。
［第９実施例］
図１８（Ａ）〜（Ｄ）は、図２の基板処理装置１０で使われる処理容器１１の様々な変形例を示す平面図である。
【００９０】
このうち図１８（Ａ）は先に図１（Ａ），（１）で説明した構成に対応し、処理容器１１中において平坦な処理ガス供給口１３Ａ，１３Ｂが被処理基板１２を挟んで対向するように設けられている。また、前記処理ガス供給口１３Ａの近傍に、前記処理ガス供給口１３Ｂに対応する排気口１４Ｂが、スリット状に、前記排気口１４Ｂの長手方向が前記処理ガス供給口１３Ｂから前記排気口１４Ｂへの処理ガスの流れる方向に略直角になるように形成されている。同様に、前記処理ガス供給口１３Ａに対応する排気口１４Ａが、スリット状に、前記排気口１４Ａの長手方向が前記処理ガス供給口１３Ａから前記排気口１４Ａへの処理ガスの流れる方向に略直角になるように形成されている。
【００９１】
図１８（Ｂ）の構成は先の図２，３の構成に対応し、図１８（Ａ）の構成に、第３の処理ガス供給口１３Ｃを、前記第１の処理ガス供給口１３Ａに重ねて形成している。
【００９２】
図１８（Ｃ）は、他の基板処理装置と共にクラスタ型処理システムを構成するための基板処理室であり、互いに対向する処理ガス供給口１３Ａ，１３Ｂおよび排気口１４Ａ，１４Ｂに直交するように、互いに対向する処理ガス供給口１３Ｃ，１３Ｄおよび対応する排気口１４Ｃ，１４Ｄが形成されており、さらに前記基板処理室の一部には被処理基板を出し入れするためのロードロック室１１Ｌ／Ｄが形成されている。
【００９３】
図１８（Ｃ）の基板処理装置では、処理ガスを４種類使って、多成分系の高誘電体膜を、１分子層ずつの積層により形成することが可能である。
【００９４】
図１８（Ｄ）は、図１８（Ａ）の構成の処理室１１において、互いに対向する処理ガス供給口１３Ａ，１３Ｂおよび対応する排気口１４Ａ，１４Ｂに直交するように、別の処理ガス供給口１３Ｃおよびこれに対向する排気口１４Ｃを設けた構成を示す。
【００９５】
かかる構成によっても、前記被処理基板１２上にＺｒＳｉＯ4等の高誘電体膜を、１分子層ずつ積層することにより、形成することが可能である。
［第１０実施例］
図１９は、本発明の第１０実施例による基板処理装置２００の構成を示す。
【００９６】
図１９を参照するに、前記基板処理装置２００はＡｌよりなる外側処理容器２０１と石英ガラスよりなる内側処理容器２０２とを有し、前記内側処理容器２０２は、前記外側処理容器２０１中に画成され、前記外側処理容器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。
【００９７】
前記内側容器２０２は、前記凹部内において前記外側処理容器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、さらに前記外側処理容器の底部には、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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と前記外側処理容器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処理容器２０２との間に差圧が確実に形成される。
【０１０２】
前記外側処理容器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。
【０１０３】
前記外側処理容器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２０７Ａ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２０７Ｂを介して排気される。図１９の状態では、前記コンダクタンスバルブ２０７Ａが開状態に、また前記コンダクタンスバルブ２０７Ｂが略閉状態に設定されている。先の実施例と同様に、前記コンダクタンスバルブ２０７Ａ，２０７Ｂ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のが好ましい。
【０１０４】
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１9の実施例では、かかるスリット状の開口部２０９Ａ，２０９Ｂに、後で説明する整流板２０９が、前記内側処理容器２０２内部の排気を促進する目的で形成されている。
【０１０５】
さらに前記内側処理容器２０２内には、後で詳細に説明する石英ガスノズル２１０Ａおよび２１０Ｂが、それぞれ前記排気溝部２０１ａおよび２０１ｂに、前記開口部２０１Ａ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２１０Ａから導入された第１の処理ガスは、前記内側処理容器２０２内を前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、対向する排気溝部２０１ａから前記コンダクタンスバルブ２０７Ａを介して排気される。同様に前記ガスノズル２１０Ｂから導入された第２の処理ガスは、前記内側処理容器２０２内を前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、対抗する排気溝部２１０ｂから前記コンダクタンスバルブ２０７Ｂ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２１０Ａから排気溝部２０１ａへと、あるいは前記ガスノズル２１０Ｂから排気溝部２０１ｂへと流すことにより、先に説明した原子層を基本単位とする膜形成が可能になる。
【０１０６】
図２０は、前記内側処理容器２０２を構成する石英底板２０２Ａの構成を詳細に示す。
【０１０７】
図２０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２０の例では、前記開口部２０９Ａ，２０９Ｂに対応して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２１０Ａに対応して開口部２１０ａが、また前記ガスノズル２１０Ｂ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２１０Ａあるいは２１０Ｂを複数個設けることが可能になる。
【０１０８】
図２１（Ａ）〜（Ｄ）は、前記整流板２０９の様々な例２０９1〜２０９4を示す。
【０１０９】
図２１（Ａ）を参照するに、整流板２０９1には幅が一様なスリットが形成されており、前記コンダクタンスバルブ２０７Ａに接続された導管２０７ａが前記排気溝部２０１ａあるいは２０１ｂにおいて前記スリットの両端部に接続されている。
【０１１０】
図２１（Ｂ）の整流板２０９2では、図２１（Ａ）の整流板２０９1においてスリットの中央部の幅が増大するように変形されており、スリットの全長にわたり一様な排気が実現される。
【０１１１】
これに対し、図２１（Ｃ）の整流板２０９3では図２１Ａあるいは１７Ｂのスリットの代わりに整流板２０９に開口部列が形成されており、前記開口部列の全長にわたり一様な排気が実現するように、開口部列中央部の開口部において径が増大されている。また図２１（Ｄ）の整流板２０９4では整流板中に同一径の開口部よりなる開口部列が形成されており、開口部列中央部において開口部の数が増大されている。かかる構成によっても、前記開口部列の全長にわたり、一様な排気が実現する。
【０１１２】
図２２は、図１９の基板処理装置２００におけるガスノズル２１０Ｂおよび対応する排気溝部２０１ｂの構成、および前記前記ガスノズル２１０Ｂから前記排気溝部２０１ｂへと流れる処理ガスＡの流れを示す。同様な構成および状況は、ガスノズル２１０Ａおよびこれに対応する排気溝部２１０ａとの間にも成立する。
【０１１３】
図２２を参照するに、前記ガスノズル２１０Ｂは図２０の開口部２１０ｂに挿入される石英管２１０Ｂ1と、前記石英管２１０Ｂ１の先端に形成された石英管リング２１０Ｂ2とよりなり、前記石英管リング２１０Ｂ2の前記排気溝部２０１ｂに面する側には多数のノズル開口部が形成されている。
【０１１４】
そこで、前記開口部２１０ｂから前記石英管２１０Ｂ1に導入された処理ガスは前記石英管リング２１０Ｂ2中を流れ、前記ノズル開口部からシート状のガス流Ｂとなって吐出される。
【０１１５】
図１９のコンダクタンスバルブ２０７Ｂが開かれている場合、ガス流Ａは前記石英底板２０２Ａとほぼ同一面を形成する被処理基板Ｗの表面を流れ、前記整流板２０９および排気溝部２０１ｂ、さらに導管２０７ｂを介して排気される。
【０１１６】
図２３（Ａ）〜（Ｃ）は、前記石英管リング２１０Ｂ2に設けられ前記シート状のガス流Ｂを形成するノズル開口部の例を示す。
【０１１７】
図２３（Ａ）を参照するに前記ノズル開口部は径が同一の複数の開口部よりなる開口部列よりなり、前記開口部列の中央部と両端部とで開口部のピッチを変化させることにより、所望のシート状のガス流を形成している。これに対し、図２３（Ｂ）の構成では前記ノズル開口部を構成する開口部列中の開口部の径を開口部列中央部と両端部とで変化させている。また図２３（Ｃ）の構成では、前記ノズル開口部をスリット状の開口部により構成し、スリット幅を中央部と周辺部とで変化させている。
【０１１８】
また、前記ガスノズル２１０Ｂとしては図２４に示すように、石英管２１０Ｂ1の先端部に両端が閉じた別の石英管２１０Ｂ3を設け、前記別の石英管２１０Ｂ3の内部を拡散板２１０Ｂ4により、ガス導入室２１０Ｂ5とガス吐出室２１０Ｂ６とに仕切り、ガス吐出室２１０Ｂ6にノズル開口部２１０ｂ６を設けた構成を使うことも可能である。
【０１１９】
図１９の基板処理装置２００では、前記基板保持台２０３が上下に移動可能であるため前記内側処理容器２０２中において前記被処理基板Ｗ表面の位置を最適化することにより、前記内側処理容器２０２中に前記石英底板２０２Ａに沿った処理ガスのラミナフローを形成することが可能である。
【０１２０】
図２５（Ａ），２５（Ｂ）および図２６は、基板処理装置２００の排気系の構成例を示す。
【０１２１】
図２５（Ａ）の例では、前記排気溝部２０１ａの両端部に結合された導管２０７ａの各々にコンダクタンスバルブ２０７Ａが設けられ、同様に排気溝部２０１ｂの両端部に結合された導管２０７ｂの各々にはコンダクタンスバルブ２０７Ｂが設けられている。前記一対のコンダクタンスバルブ２０７Ａは同時に同一の弁開度で駆動され、同様に前記一対のコンダクタンスバルブ２０７Ｂも同時に同一の弁開度で駆動される。
【０１２２】
図２５（Ａ）の構成では、コンダクタンスバルブ２０７Ａおよび２０７Ｂを排気溝部２０１ａあるいは２０１ｂの直近に設けることが可能であり、基板処理装置２００におけるガス切替動作の際の応答性が向上する。
【０１２３】
これに対し、図２５（Ｂ）の構成では、前記排気溝部２０１ａの両端部に結合される導管２０７ａを単一のコンダクタンスバルブ２０７Ａに共通接続している。同様に、図２５（Ｂ）の構成では排気溝部２０１ｂにおいても排気溝部２０１ａの両端部に結合される一対の導管２０７ｂを単一のコンダクタンスバルブ２０７Ｂに共通接続している。かかる構成では、コンダクタンスバルブと排気溝部との距離が長くなるため、ガス切替動作の際の応答性はやや低下するが、コンダクタンスバルブの数を減らすことが可能で、基板処理装置２００の構成が簡素化される。
【０１２４】
図２６の構成では、前記排気溝部２０１ｂの排気構成は図２５（Ｂ）と同様であるが、排気溝部２０１ａが中央部において単一の導管２０７ａおよび単一のコンダクタンスバルブ２０７Ａを介して排気されている。かかる構成によれば、二つのコンダクタンスバルブを使って内側処理容器２０２内部のガス切替を迅速に行うことが可能である。
【０１２５】
図２７は、前記基板処理装置２００の基板搬送部２０４の構成を示す。
【０１２６】
図２７を参照するに、前記外側容器２０１の底部から前記基板搬送部２０４へと延在する石英スリーブ２０１ｄの一部には、基板搬送路を囲んで基板搬入出開口部２０４Ａへと延在する延在部２０１ｅが形成されており、前記被処理基板Ｗは前記延在部２０１ｅ中を通って搬入され、また搬出される。さらにこのために前記延在部２０１ｅ中には先に図１９で説明した搬送アーム２０４Ｂが挿入される。前記アーム２０４Ｂにより搬入された被処理基板Ｗは保持台２０３ごと上方に持ち上げられ、前記被処理基板Ｗは先に説明した、石英底板２０２Ａの表面と被処理基板Ｗの表面が略一致する処理位置に移動される。この処理位置は、必要に応じて上下に変化させることが可能である。
【０１２７】
図１９の基板処理装置２００では、前記延在部２０１ｅは図２７に示すように一対の導管２０７ｂの間に形成されている。
【０１２８】
図１９の基板処理装置２００では、基板処理工程の間、前記被処理基板Wは前記保持台２０３と共に回転される。かかる回転機構を設けることにより、前記被処理基板表面に、非常に均一な膜厚あるいは組成の膜を形成することが可能になる。
【０１２９】
図２８は前記基板処理装置２００を使ってＳｉ基板上にＨｆＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の高誘電体膜を形成した場合の、膜中のＨｆおよびＡｌ濃度分布を示す。ただし図２８の実験では、図２の基板処理装置１０と同様にガスノズル２１０Ｂに隣接して別のガスノズル２１０Ｃを設け、図２の場合と同様なガス供給系を使い、図７〜９のフローチャートに従ってＨｆＣｌ4ガス、Ｈ2Ｏガス、Ａｌ（ＣＨ3）3ガスとＨ2Ｏガスとを繰り返し供給している。
【０１３０】
図２８を参照するに、図１９の基板処理装置２００において被処理基板Ｗを回転させなかった場合には基板中央に向ってＨｆ濃度が増大するのに対し、被処理基板Ｗを回転させた場合にはかかる組成の不均一が効果的に平均化され、ほぼ均一な組成プロファイルが得られることがわかる。同様な効果は、図２の基板処理装置１０においても得られる。
【０１３１】
図１９の基板処理装置２００では、図２に示したのと同様なガス供給系が使われるが、特に図１５のバルブ１６Ａあるいは１６Ｃに対応して供給されるガスの音速を測定する音波センサ１８Ｃ’，１８Ａ’を設けることにより、供給される処理ガスの実際の分圧を検出することが可能である。このような実際のガス濃度を積分することにより、処理容器中に供給された処理ガスのモル数を算出することが可能で、このため図５あるいは図７〜９の処理シーケンスを、処理ガスの供給時間ではなくて供給モル数に応じて正確に、時間の無駄なく制御することが可能になる。
【０１３２】
先にも説明したように、基板処理装置１０あるいは基板処理装置２００を含む、図１（Ａ），（Ｂ）に基本原理を示す本発明の基板処理装置では、図１（Ａ）の工程において処理容器１中に処理ガス供給口３Ａから処理ガスＡを導入した後、図１（Ｂ）の工程において処理ガス供給口３Ｂからパージガスあるいは処理ガスＢを導入した場合、処理容器１中に残留している処理ガスＡはパージガスあるいは処理ガスＢの流れに乗って排気口４Ｂより速やかに排出され、前記処理容器１内における処理ガスＡの残留濃度は急激に低下する。同様に、図１（Ｂ）の工程において処理容器１中に処理ガス供給口３Ｂから処理ガスＢを導入した後、図１（Ａ）の工程に戻って処理ガス供給口３Ａからパージガスあるいは処理ガスＡを導入した場合、処理容器１中に残留している処理ガスＢはパージガスあるいは処理ガスＡの流れに乗って排気口４Ａより速やかに排出され、前記処理容器１内における処理ガスＢの残留濃度は急激に低下する。
【０１３３】
これに対し、処理ガス導入口３Ｂおよびこれに対応する排気口４Ｂを省略した構成の基板処理装置では、処理ガス導入口３Ａから導入される処理ガスＡをパージガスあるいは処理ガスＢに切替えても処理ガスＡが前記処理容器１中に残留しやすく、残留処理ガスＡの濃度が処理ガスＢによる処理に十分な程度まで減少するのに長い時間を要する。
【０１３４】
図２９は、図１９の基板処理装置２００において、ガスノズル２１０Ａおよび２１０Ｂから間のパージ工程を挟みながら交互にＴＭＡガスとＨ2Ｏガスとを供給することによりＡｌ2Ｏ3膜の原子層成長を行った場合に得られる１サイクル当りの膜厚とパージ時間との関係を示す。図２９中には、同時に図１９の基板ン処理装置２００においてガスノズル２１０Ａおよび対応する排気溝部２０１ａのみを使って同様なＡｌ2Ｏ3膜の原子層成長を行った場合の１サイクル当りの膜厚とパージ時間との関係を示す。
【０１３５】
図２９よりわかるように、ガスノズル２１０Ａおよび２１０Ｂを交互に使ってＡｌ2Ｏ3膜を成長させた場合には、パージ時間を０．１秒程度まで減少させても１サイクル当り形成される膜厚はほとんど変化しておらず、先のサイクルで使われた処理ガスが次のサイクルまでに処理容器２０２内から実質的に完全にパージされていることを示している。
【０１３６】
これに対し、ガスノズル２１０Ａと排気溝部２１０ａとのみを使った場合には、パージ時間を０．１秒程度まで短縮すると１サイクル当り形成される膜厚は２倍に増大しており、処理容器２０２内に先の工程の処理ガスが残留していることを示している。
【０１３７】
図２９の結果は、場合によっては、図５あるいは図７〜図９の制御シーケンスにおいてパージ工程を省略することも可能であることを示唆している。
【０１３８】
このように、本発明の基板処理装置は、被処理基板を処理ガスＡおよびＢで交互に処理する場合にサイクル時間を短縮することが可能な利点を有する。
［第１１実施例］
図３０は、本発明の第１１実施例による基板処理装置３００の構成を示す。ただし図３０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。
【０１３９】
図３０を参照するに、基板処理装置３００は先の基板処理装置２００と同様な構成を有するが、ガスノズル２１０Ｂが撤去され、代わりにリモートプラズマ源３１０が前記外側処理容器２０１の側壁面上に、前記排気溝部２０１ｂに前記被処理基板Ｗを隔てて対向するように設けられている。
【０１４０】
前記リモートプラズマ源３１０はライン３１２ＡからＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの不活性ガスが供給され、電極３１１に供給されたマイクロ波により前記不活性ガス中にプラズマを形成する。さらに前記リモートプラズマ源３１０にはＯ2やＮ2などの処理ガスが供給され、供給された処理ガスをプラズマ活性化することによりラジカルを形成する。このようにして形成されたラジカルは、不活性ガスのガス流に乗って前記被処理基板Ｗの表面を前記排気溝部２０１ｂへと流れ、前記被処理基板Ｗの表面に吸着していた処理ガス分子を窒化あるいは酸化、あるいは酸窒化処理する。
【０１４１】
このように、本実施例の基板処理装置によれば、酸化膜のみならず、窒化膜あるいは酸窒化膜を原子層成長により形成することが可能になる。
【０１４２】
本実施例において、プラズマ源はリモートプラズマ発生装置に限定されるものではなく、ＩＣＰプラズマ源あるいはＥＣＲプラズマ源など、他の公知のプラズマ源を使うことも可能である。
【０１４３】
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。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器中に被処理基板を挟んで対向するように第１および第２の処理ガス導入口を設け、さらに前記被処理基板を挟んで前記第１および第２の処理ガス導入口に対向するように、第１および第２の排出口を設け、前記第１の処理ガス導入口より第１の処理ガスを前記処理容器中に導入し、前記被処理基板表面に沿って流した後、前記第１の排出口より排出し、次に前記第２の処理ガス導入口あるいはプラズマ源より第２の処理ガスあるいはラジカルを導入し、前記被処理基板表面に沿って流して先に前記被処理基板表面に吸着されていた前記第１の処理ガス分子と反応させた後、前記第２の排出口より排出する工程により、前記被処理基板上に、高誘電体膜を１分子層ずつ積層しながら形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２の基板処理装置の一部を詳細に示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図３の基板処理装置の一変形例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２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。
【図６】本発明の第２実施例の一変形例による基板処理方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施例による基板処理方法を示すフローチャート（その１）である。
【図８】本発明の第３実施例による基板処理方法を示すフローチャート（その２）である。
【図９】本発明の第３実施例による基板処理方法を示すフローチャート（その３）である。
【図１０】本発明の第３実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート（その１）である。
【図１１】本発明の第３実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート（その２）である。
【図１２】本発明の第３実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート（その３）である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４実施例による切替バルブの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第６実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第７実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第８実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第９実施例による様々な基板処理装置の構成を示す図である。
【図１９】本発明の第１０実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図２０】図１９の基板処理装置の一部を詳細に示す図である
【図２１】図２０の一部を詳細に示す図である。
【図２２】図１９の基板処理装置の一部を詳細に示す図である。
【図２３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図２２の一部を詳細に示す図である。
【図２４】図２２の一部を詳細に示す図；である。
【図２５】（Ａ），（Ｂ）は、図１９の基板処理装置の排気系の構成例を示す図である。
【図２６】図１９の基板処理装置の排気系の別の構成例を示す図である。
【図２７】図１９の基板処理装置の基板搬入出部の構成を示す図である。
【図２８】図１９の基板処理装置において被処理基板を回転させた場合の効果を示す図である。
【図２９】図１９の基板処理装置において、処理ガスを交互に供給した場合のパージ時間短縮効果を示す図である。
【図３０】本発明の第１１実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１０，１０1，１０2，２００，３００  基板処理装置
２，１２  被処理基板
３Ａ，３Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ  処理ガス導入口
４Ａ，４Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ  排気口
５Ａ，５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  切替バルブ
６Ａ，６Ｂ，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
１８Ａ‘，１８Ｃ’  音波センサ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，１００ａ，１００ｂ  パージライン
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  原料容器
１００  トラップ
１１０  石英処理容器
１１０Ａ  石英処理容器上部
１１０Ｂ  石英処理容器下部
１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ，１１１Ｅ，１１１Ｆ  ヒータ
１６０  切替バルブ
１６１Ａ  金属棒
１６１ａ  シールリング
１６１Ｂ  セラミック弁体
１６１Ｂａ，１６１Ｂｂ  溝
１６１Ｍ  マグネット
１６２  容器
１６２Ａ  第１のガス入り口
１６２Ｂ  第２のガス入り口
１６２Ｃ  第１のガス出口
１６２Ｄ，１６２Ｅ  第２のガス出口
１６３  キャップ
１６３Ａ  水冷ジャケット
１６３ａ  冷却水入り口
１６３ｂ  冷却水出口
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  内側容器
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
２０９1〜２０９4  整流板
２０９Ａ、２０９Ｂ  開口部
２６０ａ，２６０ｃ  処理ガス蓄積室
２６１ｃ  圧力計
３１０  リモートプラズマ源
３１１  電極
３１２Ａ、３１２Ｂ  ガス供給ライン
【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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【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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