(57)【要約】  【課題】基板中央部の特異点を無くし、基板全面で均一かつ均質な薄膜を形成することができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。  【解決手段】ウエハ１２を処理する処理室１４にはサセプタ３４が設けられている。このサセプタ３４は、ウエハ１２を支持した状態で回転する。また、処理室１４内には、シャワー状に原料ガスを供給するシャワーヘッド３６が設けられ、このシャワーヘッド３６に原料ガスを導入するガス導入口３８が接続されている。ウエハ１２に供給される原料ガスの流束の中心はウエハ１２の回転中心から偏心している。【選択図】          図２
2005216910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、この処理室内で基板を支持する支持具と、基板処理時に基板を支持した状態で前記支持具を回転させる回転機構と、前記処理室内の基板に対してシャワー状に原料ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッド内に原料ガスを導入するガス導入口とを有し、基板に供給される原料ガスの流束の中心が基板の回転中心から偏心していることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室に搬入するステップと、回転する基板に対してシャワーヘッドを介してシャワー状に原料ガスを供給するステップと、供給した原料ガスにより基板を処理するステップと、処理後の基板を前記処理室から搬出するステップとを有し、前記原料ガスを供給するステップでは、基板の回転中心とシャワーヘッドから供給される原料ガスの流束の中心とが偏心していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を処理するための基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板処理装置においては、基板に出来るだけ均一な膜厚で膜を形成する必要がある。従来、基板を処理する処理室の上部にシャワーヘッドを設け、このシャワーヘッドからシャワー状に原料ガスを処理室に供給するものは公知である（例えば特許文献１）。シャワーヘッド内には、小さな孔が形成されたガス分散板が設けられ、シャワーヘッド内に導入された原料ガスを十分小さなコンダクタンスに絞って均一に原料ガスを分散させ、さらにシャワープレートに形成された数百〜数万個の孔から処理室に原料ガスを供給し、ほぼ均一な流量、流速で基板上にガスを供給するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３３２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
殆どの膜種においては上記のように均一な膜厚で薄膜を形成出来るとされて来たが、ある特定の膜種においては均一性が得られない場合や、従来であれば問題とされていなかった膜種でも、半導体デバイスの微細化などに伴う高精度化により規格が厳しくなることで、基板中央部の膜厚や膜質がそれ以外の部分と異なっているという特異点の存在が深刻な問題として顕在化してきている。
【０００５】
このような基板中央部に特異点が生じる現象は、特に基板外周部から均等に排気した場合に見られ、基板中心部だけ原料ガスが滞留することにより発生するものと考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、基板中央部の特異点を無くし、基板全面で均一かつ均質な薄膜を形成することができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、この処理室内で基板を支持する支持具と、基板処理時に基板を支持した状態で前記支持具を回転させる回転機構と、前記処理室内の基板に対してシャワー状に原料ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッド内に原料ガスを導入するガス導入口とを有し、基板に供給される原料ガスの流束の中心が基板の回転中心から偏心している基板処理装置にある。
【０００８】
本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理室に搬入するステップと、回転する基板に対してシャワーヘッドを介してシャワー状に原料ガスを供給するステップと、供給した原料ガスにより基板を処理するステップと、処理後の基板を前記処理室から搬出するステップとを有し、前記原料ガスを供給するステップでは、基板の回転中心とシャワーヘッドから供給される原料ガスの流束の中心とが偏心している半導体装置の製造方法にある。
【０００９】
さらに、本発明は、基板を処理する処理室と、この処理室内で基板を支持する支持具と、基板処理時に基板を支持した状態で前記支持具を回転させる回転機構と、前記処理室内の基板に対してシャワー状に原料ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッド内に原料ガスを導入するガス導入口とを有し、このガス導入口は、基板の回転中心から偏心した位置に設けられている基板処理装置に特徴がある。
【００１０】
さらに、本発明は、基板を処理室に搬入するステップと、回転する基板に対してシャワーヘッドを介してシャワー状に原料ガスを供給するステップと、供給した原料ガスにより基板を処理するステップと、処理後の基板を前記処理室から搬出するステップとを有し、前記原料ガスを供給するステップでは、基板の回転中心から偏心した位置からシャワーヘッド内に原料ガスを導入する半導体装置の製造方法に特徴がある。
【００１１】
上記基板処理装置又は半導体装置の製造方法において、好ましくは、シャワーヘッド内にガス分散板が存在しないようにする。
【００１２】
また、上記基板処理装置又は半導体装置の製造方法において、好ましくは、原料ガスとは成膜ガスとしてのシラン（ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等）とドーパントガスとしてのボラン（Ｂ２Ｈ６等）であり、処理とはボロンドープドシリコン膜の形成である。または、好ましくは、原料ガスとはシランであり、処理とはノンドープシリコン膜の形成である。または、好ましくは、原料ガスとはシランとホスフィン（ＰＨ３等）であり、処理とはリンドープシリコン膜の形成である。
【００１３】
また、ガス導入口の偏心量は、例えば基板を３００ｍｍφとして、好ましくは基板の回転中心から３０ｍｍから１２０ｍｍであり、さらに好ましくは基板の回転中心から５０ｍｍから９０ｍｍである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、基板に供給される原料ガスの流束の中心が基板の回転中心から偏心しているので、基板中心部だけ原料ガスが滞留して生じる特異点を無くし、基板全面で均一かつ均質な薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、処理炉１０の一例が示されている。この処理炉１０は、枚葉式ＣＶＤ炉（枚葉式コールドウォール形ＣＶＤ炉）として構成されており、被処理基板としてのウエハ（半導体ウエハ）１２を処理する処理室１４を形成したチャンバ１６を備えている。チャンバ１６は上側キャップ１８と円筒カップ２０と下側キャップ２２とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉鎖した円筒形状に形成されている。
【００１７】
チャンバ１６の円筒カップ２０の円筒筒の中間部にはゲートバルブ２４によって開閉されるウエハ搬入搬出口２６が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口２６は被処理基板であるウエハ１２を処理室１４に図１に図示しないウエハ移載装置によって搬入搬出し得るように形成されている。すなわち、ウエハ１２はウエハ移載装置によって下から機械的に支持された状態で、ウエハ搬入搬出口２６を搬送されて処理室１４に対して搬入搬出されるようになっている。
【００１８】
円筒カップ２０のウエハ搬入搬出口２６と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続された排気口２８が処理室１４に連通するように開設されており、処理室１４内は排気装置によって排気されるようになっている。
また、円筒カップ２０の上部には排気口２８に連通する排気バッファ空間３０が円環状に形成され、カバープレート３２とともにウエハ１２の前面に対し、均一に排気が行われるように作用している。
なお、カバープレート３２は、ウエハ１２のエッジ部を覆うように一部のサセプタ（支持具）３４上に延在しており、ウエハ１２のエッジ部に成膜されるＣＶＤ膜を制御するために用いられる。
【００１９】
チャンバ１６の上側キャップ１８には処理ガスを供給するシャワーヘッド３６が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ１８の天井壁にはガス導入口３８が設けられており、このガス導入口３８には例えば成膜ガスやドーパントガス等の原料ガスやパージガス等の処理ガスＡ，Ｂを導入するため開閉バルブ４０、流量制御装置（マスフローコントローラ＝ＭＦＣ）４２から成るガス供給装置が接続されている。ガス導入口３８は、ウエハ１２に供給される原料ガスの流束の中心がウエハ１２の回転中心から偏心するよう、ウエハ１２の回転中心から偏心した位置に設けられる。上側キャップ１８の下面には円板形状に形成されたシャワープレート（以下、プレートという。）４４がガス導入口３８から間隔を置いて水平に固定されており、プレート４４には複数個のガス吹出口（以下、吹出口という。）４６が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
上側キャップ１８の内側面とプレート４４の上面とが画成する内側空間によってバッファ室４８が形成されており、バッファ室４８はガス導入口３８に導入された処理ガス５０を全体的に均等に拡散させて各吹出口４６から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。
【００２０】
チャンバ１６の下側キャップ２２の中心には挿通孔５２が円形に開設されており、この挿通孔５２の中心線上には円筒形状に形成された支持軸５４が処理室１４に下方から挿通されている。この支持軸５４はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構（昇降手段）５５によって昇降されるようになっている。
【００２１】
支持軸５４の上端には加熱ユニット５６が同心に配されて水平に固定されており、この加熱ユニット５６は支持軸５４によって昇降されるようになっている。すなわち、加熱ユニット５６は円板形状に形成された支持板５８を備えており、この支持板５８は支持軸５４の上端開口に同心円状に固定されている。支持板５８の上面こは支柱を兼ねる複数本の電極６０が垂直に立脚されており、これら電極６０の上端間には円板形状に形成され複数領域に分割制御されるヒータ（加熱手段）６２が架橋されて固定されている。これら電極６０に対する電気配線６４は支持軸５４の中空部内を挿通されている。
また、ヒータ６２の下方には反射板６６が支持板５８に固定されて設けられ、ヒータ６２から発せられた熱をサセプタ３４側に反射させて、効率の良い加熱に作用している
【００２２】
また、温度検出手段である放射温度計６８が、支持軸５４の下端から導入され、放射温度計６８の先端がサセプタ３４の裏面に対し所定の隙間を設けて設置されている。放射温度計６８は、石英から成るロッドと光ファイバとの組み合わせから構成され、サセプタ３４の裏面（例えばヒータ６２の分割領域に対応する裏面）から発せられる放射光を検出し、サセプタ３４の裏面温度を算出するのに用いられ（予め取得したウエハ１２とサセプタ３４の温度の関係によりウエハ１２の温度を算出することも可能）、この算出結果に基づきヒータ６２の加熱具合を制御している。
【００２３】
下側キャップ２２の挿通孔５２の支持軸５４の外側には、支持軸５４よりも大径の円筒形状に形成された回転軸７０が同心円に配置されて処理室１４に下方から挿通されており、回転軸７０はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構５５によって支持軸５４と共に昇降されるようになっている。回転軸７０の上端には回転ドラム７２が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム７２は回転軸７０によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム７２はドーナツ形の平板に形成された回転板７４と、円筒形状に形成された回転筒７６とを備えており、回転板７４の内周縁辺部が円筒形状の回転軸７０の上端開口に固定されて、回転板７４の上面の外周縁辺部に回転筒７６が同心円に固定されている。回転ドラム７２の回転筒７６の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ３４が回転筒７６の上端開口を閉塞するように被せられている。
【００２４】
回転ドラム７２にはウエハ昇降装置７８が設置されている。ウエハ昇降装置７８は円形リング形状に形成された２つの昇降リングのそれぞえに突上ピン（基板突上手段）８０，８２を突設したものから構成されており、下側の昇降リング（以下、回転側リングという。）は回転ドラム７２の回転板７４の上に支持軸５４と同心円状に配置されている。この回転側リングの下部には複教本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、回転側ピンという。）８２が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各回転側ピン８２は回転板７４に回転筒７６と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔８４それぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン８２の長さは回転側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウエハ１２のサセプタ３４上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各回転側ピン８２の下端は処理室１４の底面すなわち下部キャップ２２の上面に離着座自在に対向されている。
【００２５】
加熱ユニット５６の支持板５８には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング（以下、ヒータ側リングという。）が支持軸５４と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、ヒータ側ピンという。）８０が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン８０は支持板５８に支持軸５４と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔８６にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン８０の長さはヒータ側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、その下端が回転側リングの上面に適度なエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン８０は回転ドラム７２の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
【００２６】
また、ヒータ側リングの上面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、突上部という。）８８が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、突上部８８の上端はヒータ６２及びサセプタ３４の挿通孔９０に対向するようになっている。これらの突上部８８の長さはヒータ６２及びサセプタ３４の挿通孔９０を下から挿通してサセプタ３４に載置されたウエハ１２をサセプタ３４から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これら突上部８８の長さはヒータ側リングが支持板５８に着座した状態において、その上端がヒータ６２の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部８８は回転ドラム７２の回転時にサセプタ３４に干渉しないように、かつ、ヒータ６２の加熱を妨げないようになっている。
【００２７】
チャンバ１６は複数本の支柱９２によって水平に支持されている。これらの支柱９２には各昇降ブロック９４がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック９４間にはエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降される昇降台９６が架設されている。昇降台９６の上にはサセプタ回転装置が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ１６との間にはベローズ９８が、回転軸７０の外側を気密封止するように設けられている。
【００２８】
昇降台９６に設置されたサセプタ回転機構（回転手段）１００にはブラシレスＤＣモータが使用されており、出力軸（モータ軸）が中空軸に形成されて回転軸７０として構成されている。また、サセプタ回転機構１００はハウジング１０２を備えており、ハウジング１０２が昇降台９６の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング１０２の内周面には電磁石（コイル）によって構成された国定子（ステータ）１０４が国定されている。固定子１０４はコイル線材（エナメル被覆銅線）１０６が鉄心（コア）１０８に巻装されて構成されている。コイル線材１０６には図示しないリード線がハウジング１０２の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子１０４はブラシレスＤＣモ−タのドライバ（図示せず）から電力をコイル線材１０６にリ−ド線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。
【００２９】
固定子１０４の内側には回転子（ロータ）１１０がエアギャップ（隙間）を設定されて同心円に配置されており、回転子１１０はハウジング１０２に上下のボールベアリング１１４を介して回転自在に支承されている。すなわち、回転子１１０は円筒形状の本体１１６と鉄心１１８と複数個の永久磁石１２０とを備えており、本体１１６には回転軸７０がブラケット１２２によって一体回転するように固定されている。鉄心１１８は本体１１６に嵌合されて固定されており、鉄心１１８の外周には複数個の永久磁石１２０が周方向で等間隔に固定されている。鉄心１１８と複数個の永久磁石１２０とによって環状に配列された複数の磁極が形成されており、固定子１０４の形成する回転磁界が複数個の磁極すなわち永久磁石１２０の磁界を切ることにより、回転子１１０が回転するようになっている。
【００３０】
上下のボールベアリング１１４は回転子１１０の本体１１６の上下端部にそれぞれ設置されており、上下のボールベアリング１１４には本体１１６の熱膨張を吸収するための隙間が適宜設定されている。このボールベアリング１１４の隙間は本体１１６の熱膨張を吸収する一方で、最小のがたつきに抑制するために、５〜５０μｍに設定されている。なお、ボールベアリングの隙間とはボールをアウタレースまたはインナレースのいずれか片側に寄せた場合に反対側に発生する隙間を意味している。
【００３１】
固定子１０４と回転子１１０との対向面には二重筒壁を構成する外側と内側の囲い部材であるカバー１２４とが互いに対向されて、ハウジング１０２の内周面と本体１１６の外周面とにそれぞれ固定されており、それぞれのカバー１２４との間には所定のエアギャップ（隙間）設定されている。カバー１２４は非磁性体であるステンレス鋼が使用されて、筒壁の厚さが極薄い円筒形状に形成されており、円筒の上下開口端においてハウジング１０２及び本体１１６に電子ビーム溶接等によって全周にわたって確実かつ均一に固着されている。カバー１２４は非磁性体であるステンレス鋼で極薄く形成されているため、磁束の拡散を防止してモータ効率の低下を防止するばかりでなく、固定子１０４のコイル線材１０６及び回転子１１０の永久磁石１２０の腐食を防止することができ、かつまた、コイル線材１０６等による処理室１４の内部の汚染を確実に防止することができる。カバー１２４は固定子１０４を気密シール状態に囲うことにより、固定子１０８を真空雰囲気となる処理室１４の内部から完全に隔絶している。
【００３２】
前述したサセプタ回転装置には磁気式ロータリーエンコーダ１２６が設置されている。すなわち、磁気式ロータリーエンコーダ１２６は磁性体からなる被検出体としての被検出リング１２８を備えており、被検出リング１２８は鉄等の磁性体が使用されて円形リング形状に形成されている。被検出リング１２８の外周には被検出部としての歯が多数個環状に配列されている。
【００３３】
ハウジング１０２の被検出リング１２８の対向位置には、被検出リング１２８の被検出部である各歯を検出する磁気センサ１３０が設置されている。この磁気センサ１３０の先端面と被検出リング１２８の外周面との隙間（センサギャップ）は、０．０６〜０．１７ｍｍに設定されている。磁気センサ１３０は被検出リング１２８の回転に伴うこれらの対向位置における磁束変化を磁気抵抗素子によってそれぞれ検出するように構成されている。磁気センサ１３０の検出結果はブラシレスＤＣモータすなわちサセプタ回転機構１００の駆動制御部に送信されて、サセプタ３４の位置認識に使用されるとともに、サセプタ３４の回転量の制御に使用される。なお、本処理炉１０は、ガス制御部、騒動制御部、加熱制御部、温度検出部等から構成される主制御部を有する。ガス制御部はＭＦＣ４２及び開閉バルブ４０に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部はサセプタ回転機構１００、昇降ブロック９４に接続され、これらの駆動を制御する。加熱制御部は配線６４を介しヒータ６２に接続され、ヒータ６２の加熱具合を制御する。温度検出部は放射温度計６８に接続され、サセプタ３４の温度を検出し、加熱部と連携してヒータ６２の加熱制御に用いられる。
【００３４】
次に、以上の構成に係る処理炉の作用を説明することにより、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。
【００３５】
ウエハ１２の搬出搬入に際しては、回転ドラム７２及び加熱ユニット５６が回転軸７０及び支持軸５４によって下限位置に下降される。すると、ウエハ昇降装置７８の回転側ピン８２の下端が処理室１４の底面すなわち下部キャップ２２の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム７２及び加熱ユニット５６に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン８０を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部８８がヒータ６２及びサセプタ３４の挿通孔９０を挿通して、サセプタ３４の上面に載置されたウエハ１２を下方から支持してサセプタ３４から浮き上がらせる。
【００３６】
ウエハ昇降装置７８がウエハ１２をサセプタ３４の上面から浮き上がらせた状態になると、ウエハ１２の下方空間すなわちウエハ１２の下面とサセプタ３４の上面との間に挿入スペースが形成された状態になるため、図１には図示しないウエハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウエハ搬入搬出口２６からウエハ１２の挿入スペースに挿入される。ウエハ１２の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウエハ１２を移載して受け取る。ウエハ１２を受け取ったツイーザはウエハ搬入搬出口２６を後退してウエハ１２を処理室１４から搬出する。そして、ツィーザによってウエハ１２を搬出したウエハ移載機は、処理室１４の外部の空基板カセット等の所定の収納場所にウエハ１２を移載する。
【００３７】
次いで、ウエハ移載機は実基板カセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウエハ１２をツィーザによって受け取って、ウエハ搬入搬出口２６から処理室１４に搬入する。ツィーザはウエハ１２をサセプタ３４の上方においてウエハ１２の中心がサセプタ３４の中心と一致する位置に搬送する。ウエハ１２を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウエハ１２をサセプタ３４に移載する。ウエハ１２をウエハ昇降装置７８に受け渡したツィーザは、ウエハ搬入搬出口２６から処理室１４の外へ退出する。ツィーザが処理室１４から退出すると、ウエハ搬入搬出口２６はゲートバルブ２４によって閉じられる。
【００３８】
ゲートバルブ２４が閉じられると、処理室１４に対して回転ドラム７２及び加熱ユニット５６が回転軸７０および支持軸５４を介して昇降台９６によって上昇される。回転ドラム７２及び加熱ユニット５６の上昇により、突上ピン８０，８２が回転ドラム７２及び加熱ユニット５６に対し相対的に下降し、図１に示されているように、ウエハ１２はサセプタ３４の上に完全に移載された状態になる。回転軸７０及び支持軸５４は突上部８８の上端がヒータ６２の下面に近接する高さになる位置にて停止される。
【００３９】
一方、処理室１４が排気口２８に接続された排気装置（図示せず）によって排気される。この際、処理室１４の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ９８によって隔絶されている。
【００４０】
続いて、回転ドラム７２が回転軸７０を介してサセプタ回転機構１００によって回転される。すなわち、サセプタ回転機構１００が運転されると、固定子１０４の回転磁界が回転子１１０の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子１１０が回転するため、回転子１１０に固定された回転軸７０によって回転ドラム７２が回転する。この際、サセプタ回転機構１００に設置された磁気式ロータリーエンコーダ１２６によって回転子１１０の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部に送信され、この信号に基づいて回転速度等が制御される。
【００４１】
回転ドラム７２の回転中には、回転側ピン８２は処理室１４の底面から離座し、ヒータ側ピン８０は回転側リングから離座しているため、回転ドラム７２の回転がウエハ昇降装置７８に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット５６は停止状態を維持することができる。すなわち、ウエハ昇降装置７８においては、回転側リングと回転側ピン８２が回転ドラム７２と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン８０が加熱ユニット５６と共に停止した状態になっている。
【００４２】
ウエハ１２の温度が処理温度まで上昇し、排気口２８の排気量および回転ドラム７２の回転作動が安定した時点で、成膜ガスやドーバントガスや希釈ガス等の処理ガスがガス導入口３８に導入される。なお、成膜ガスやドーバントガスや希釈ガスは、予めガス導入口３８よりも上流側の配管内で混合してガス導入口３８から導入される。ガス導入口３８に導入された処理ガスは、ガス分散空間として機能するバッファ室４８に流入するとともに、拡散されてシャワープレート４４の各ガス吹出口４６からそれぞれか略均等な流れになって、ウエハ１２に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口４６群からシャワー状に吹き出した処理ガスはカバープレート３２の上方空間を通って、排気バッファ空間３０を経由して排気口２８に吸い込まれて排気されて行く。
【００４３】
この際、回転ドラム７２に支持されたサセプタ３４の上のウエハ１２は回転しているため、吹出口４６群からシャワー状に吹き出した処理ガスはウエハ１２の前面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガスがウエハ１２の全面にわたって均等に接触するため、ウエハ１２に処理ガスによって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハの全面にわたって均一になる。
【００４４】
また、加熱ユニット５６は支持軸５４に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム７２によって回転されながら加熱ユニット５６によって加熱されるウエハ１２の温度分布は全画にわたって均一に制御される。このようにウエハ１２の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウエハ１２に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ１２の全面にわたって均一に制御される。
【００４５】
予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構１００の運転が停止される。この際、サセプタ３４すなわち回転子１１０の回転位置はサセプタ回転機構１００に設置された磁気式ロータリーエンコーダ１２６によって時々刻々と監視されているため、サセプタ３４は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部８８とヒータ６２及びサセプタ３４の挿通孔９０は正確且つ再現性よく合致される。
【００４６】
サセプタ回転機構１００の運転が停止されると、前述に示されているように、回転ドラム７２及び加熱ユニット５６は回転軸７０及び支持軸５４を介して昇降台９６によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウエハ昇降装置７８の作用によりウエハ１２をサセプタ３４上から浮き上げる。この際、突上部８８とヒータ６２及びサセプタ３４の挿通孔９０とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部８８がサセプタ３４及びヒータ６２を突き上げる突き上げミスが発生することはない。
【００４７】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウエハ１２にＣＶＤ膜が成膜処理されて行く。
【００４８】
次に本発明の実施形態に係るシャワーヘッド３６の構造を比較例と比較して説明する。
図２は、本発明の実施形態に係るシャワーヘッド３６を有する処理炉の一部を示す。図３は、比較例に係るシャワーヘッド２３６を有する処理炉の一部を示す。
【００４９】
図２において、ガス導入口３８は、ウエハ１２の中心から偏心した位置に設けられており、この実施形態においては、ウエハ１２が３００ｍｍφとすると、ガス導入口３８の中心がウエハ１２の中心から６０ｍｍ偏心した位置に設定されている。このガス導入口３８の口径は、例えば１インチ（２５．４ｍｍ）である。バッファ室４８は、例えば直径２８０ｍｍ〜４００ｍｍ（好ましくは３００ｍｍ〜３６０ｍｍ）、高さが１０ｍｍ〜８０ｍｍ（好ましくは２０ｍｍ〜５０ｍｍ）であり、容量が０．６リットル〜１０リットル（好ましくは２リットル〜５リットル）に形成されている。このバッファ室４８には、分散板が存在しない。したがって、ガス導入口３８からバッファ室４８に入った処理ガスは、ウエハ１２の中心からずれた位置でその流量・流速が最大となるように導入され、ガス導入口３８のバッファ室４８において拡散して流速を落とし、プレート４４の吹出口４６を介してウエハ１２の表面に供給される。ここで、サセプタ３４の回転によりウエハ１２は回転しているので、ガス導入口３８直下に処理ガスが滞留することがなく、新たな特異点の発生を防止することができる。
【００５０】
一方、図３において、ガス導入口２３８は、ウエハ１２の中心と一致した位置に設けられている。このガス導入口２３８の口径は、例えば３／８インチ（約９．５ｍｍ）である。バッファ室４８の直径及び高さは同様であるが、このバッファ室４８には、例えば２枚の分散板１３２，１３４が設けられている。上方に位置する第１の分散板１３２には、φ１〜１．５ｍｍの孔１３６が１０〜８０個ほぼ等間隔に形成されている。また、第１の分散板１３２の下方に位置する第２の分散板１３４には、φ１０〜３０ｍｍの孔１３８が１０〜５０個ほぼ等間隔でかつ第１の分散板１３２の孔１３６とは重ならない位置に形成されている。したがって、ガス導入口２３８からバッファ室４８に導入された処理ガスは、十分小さなコンダクタンスを有する第１の分散板１３２の孔１３４により絞られ、この孔１３４から均等にその下にある第２の分散板１３４に向かって噴出される。第２の分散板１３４に向かって噴出した処理ガスは、第１の分散板１３２の孔１３６と異なる位置にあって十分大きなコンダクタンスを有する第２の分散板１３４の孔１３８を通過し、プレート４４の上部へ供給される。このプレート４４の上部に供給された処理ガスは、極めて小さなコンダクタンスに絞られた吹出口４６が数百〜数万個有するプレート４４から、ほぼ均一な流速・流量でウエハ１２の上へシャワー状に供給される。
しかしながら、吹出口４６群からシャワー状に吹き出した処理ガスは、ウエハ１２の外周部にある排気バッファ空間３０を経由して排気口２８に吸い込まれて排気されて行くので、ほぼ均一な流速・流量でウエハ１２の上に供給されても、ウエハ１２の中心部分に処理ガスが停留する箇所（特異点）が発生する。この特異点がウエハ１２の中心に位置することになるので、ウエハ１２を回転してもこの特異点を解消することができず、ウエハ１２の中心部分と周辺部分との膜厚や膜質に差が生じるおそれがある。
【００５１】
次に本発明者が行った実験結果について説明する。
実施例１
図２に示した処理炉を用い、成膜ガスとしてのジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とドーパントガスとしてのジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理ガスとして、また窒素（Ｎ２）を希釈ガスとしてボロンドープアモルファスシリコン膜を形成した。成膜条件は、成膜温度が４８０°Ｃ、圧力が２４０００Ｐａ、流量がＳｉ２Ｈ６：１００ｓｃｃｍ、Ｂ２Ｈ６：７５ｓｃｃｍ、希釈Ｎ２：１９８２５ｓｃｃｍである。
その結果、図４に示すように、膜厚が３０３．６ｍｍ、成膜速度が１２９．２ｎｍ／ｍｉｎ、膜厚の標準偏差σが１．３３％、膜厚の最大／最小率（±ＭａｘＭｉｎ％）が３．１３％、膜厚の最大／最小が２９７．４／３１６．４ｎｍであった。
比較例１
図３に示した処理炉を用い、実施例１と同じ成膜条件でボロンドープアモルファスシリコン膜を形成した。
その結果、図５に示すように、膜厚が３０６．７５ｍｍ、成膜速度が１２２．７ｎｍ／ｍｉｎ、膜厚の標準偏差σが６．４２％、膜厚の最大／最小率（±ＭａｘＭｉｎ％）が１７．９０％、膜厚の最大／最小が２９１．７／４０１．５ｎｍであった。
比較例１においては、ウエハ中央部が周辺部よりも２０％近くも厚くなるという現象が発生したが、実施例１においては、ほぼ完全にウエハ中央部の膜厚増加現象は解消し、ウエハ全面の膜厚もＭａｘ−Ｍｉｎで±３．１３％と良好な結果を得られた。
【００５２】
実施例２
図２に示した処理炉を用い、成膜ガスとしてのジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を処理ガスとして、また窒素（Ｎ２）を希釈ガスとしてノンドープアモルファスシリコン膜を形成した。成膜条件は、成膜温度が５８０°Ｃ、圧力が２４０００Ｐａ、流量がＳｉ２Ｈ６：７５ｓｃｃｍ、希釈Ｎ２：１９８２５ｓｃｃｍである。
その結果、図６に示すように、平均膜厚が５９．９４ｎｍ、最小膜厚が５８．６０ｎｍ、最大膜厚が６１．７０ｎｍであって、膜厚の標準偏差σが１．４３％、膜厚の最大／最小率（±ＭａｘＭｉｎ％）が±２．５９％であった。
比較例２
図３に示した処理炉を用い、実施例２と同じ成膜条件でノンドープアモルファスシリコン膜を形成した。
その結果、図７に示すように、平均膜厚が５８．７２ｎｍ、最小膜厚が５６．８０ｎｍ、最大膜厚が６７．２０ｎｍであって、膜厚の標準偏差σが３．０３％、膜厚の最大／最小率（±ＭａｘＭｉｎ％）が８．８６％であった。
この場合も同様に、実施例２では、ほぼ完全にウエハ中央部の膜厚増加現象は解消し、ウエハ全面の膜厚もＭａｘ−Ｍｉｎで±２．５９％、標準偏差σで１．４３％と良好な結果を得られた。
【００５３】
実施例３及び比較例３
実施例３は、図２にした処理炉を用い、ＳｉＨ４とＰＨ３とを処理ガスとしてリンドープシリコン膜を形成した。比較例３は、図３に示した処理炉を用い、実施例３と同じ成膜条件でリンドープシリコン膜を形成した。それぞれの膜厚分布を測定したところ、膜厚均一性については殆ど差はなく、どれもほぼ同等の結果が得られた。しかしながら、実際に半導体デバイスを製作したところ、比較例３はウエハ中央部のみ所定の特性が得られず、実施例３は全体について所定の特性が得られた。
そこで、膜厚は同等であっても実施例３と比較例３の膜質が異なっている可能性が考えられたため、（１）ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察による結晶粒径比較（図８に示す）、（２）アニール後のシート抵抗測定（４探針シート抵抗測定器による）を行った。
その結果は次の通りである。
（１）比較例３では、ウエハ中央部のみ粒径が大きくなっている（Ｒｍａｘで評価：２７ｎｍ→４０ｎｍ）のに対し、実施例３では、ウエハ中央部も周辺部も同等（２７ｎｍ→２４ｎｍ）との結果が得られた。
（２）比較例３では、ウエハ中央部のみシート抵抗の値が約１１％上昇したが、実施例３ではウエハ中央部も周辺部と同等との結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上述べたように、本発明は、高精度な薄膜形成が要求される基板処理装置及び半導体装置の製造方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態に係る処理炉を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシャワーヘッドを有する処理炉の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】比較例に係るシャワーヘッドを有する処理炉の一部を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は第１の分散板の平面図、（ｃ）は第２の分散板の平面図である。
【図４】本発明に係る実施例１の結果を示す図表である。
【図５】比較例１の結果を示す図表である。
【図６】本発明に係る実施例２の結果を示す図表である。
【図７】比較例２の結果を示す図表である。
【図８】本発明に係る実施例３と比較例３とのＡＦＭ観察による結晶粒径比較結果を示す図表である。
【図９】本発明に係る実施例３と比較例３とのシート抵抗測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    熱処理装置
１２    ウエハ
１４    処理室
２８    排気口
３０    排気バッファ空間
３４    サセプタ
３６    シャワーヘッド
３８    ガス導入口
１００  サセプタ回転機構
１３２  第１の分散板
１３４  第２の分散板
【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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