(57)【要約】【課題】  原子層１層を積層する１サイクルに要する時間の短縮を図ることができ、かつコンピュータ制御が可能で、装置部品の取り付けや取り外しを含むメインテナンスが容易で、かつ装置の分解洗浄が容易な処理装置を提供すること。【解決手段】  反応ガスを通す通気孔が形成された回転体５ａを備え、その回転体５ａが内壁に沿って回転し得る反応ガス供給室１０２ａと、基板保持具１２および排気口１３を備えた処理室１０１と、反応ガス供給室１０２ａと処理室１０１とを接続する反応ガス流路Ｒraとを有し、回転体５ａの回転制御により、回転体５ａの通気孔と反応ガス流路Ｒraの反応ガス供給室１０２ａへの開口Ａraとが一致したときに反応ガス流路Ｒraを通して処理室１０１内に反応ガスを導入することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを通す通気孔が形成された回転体を備え、該回転体が内壁に沿って回転し得る反応ガス供給室と、
基板を載置する基板保持具を備えた処理室と、
一端が前記反応ガス供給室の内壁に開口し、他端が前記処理室に開口して前記反応ガス供給室と前記処理室とを接続する反応ガス流路とを有し、
前記回転体の回転制御により、前記回転体の通気孔と前記反応ガス流路の反応ガス供給室への開口とが一致したときに前記反応ガス供給室から前記反応ガス流路を通して前記処理室内に前記反応ガスが流入することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記回転体の外面は平面状又はすり鉢状であり、該平面状又はすり鉢状の形状に対応して、前記反応ガス供給室の内壁は平面状又はすり鉢状であり、かつ前記反応ガス供給室には前記平面状又はすり鉢状の内壁と前記回転体の外面の間の隙間にフローティング用ガスを供給するフローティング用ガス導入口が設けられており、
前記フローティング用ガスの導入により、前記回転体は前記反応ガス供給室の内壁に対して所定の間隔を保って浮上することを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記フローティング用ガス導入口は、前記反応ガス供給室の下部に設けられていることを特徴とする請求項２記載の処理装置。
【請求項４】
前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の処理装置。
【請求項５】
前記反応ガス供給室は１つの前記成膜室の周りに複数設けられ、各前記反応ガス供給室は別々の前記反応ガス流路により前記成膜室と接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の処理装置。
【請求項６】
前記複数の反応ガス供給室は、相互に異なる種類の反応ガスを供給することを特徴とする請求項５記載の処理装置。
【請求項７】
前記反応ガス流路に接続するパージ用ガス導入口が設けられ、前記パージ用ガスは前記反応ガス流路を通して前記処理室に導入されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の処理装置。
【請求項８】
反応ガスを通す通気孔が形成された回転体を備え、該回転体が内壁に沿って回転し得るパージ用ガス供給室が、パージ用ガス流路を通して前記成膜室に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の処理装置。
【請求項９】
前記処理室に排気口が設けられており、該排気口から前記処理室及び前記反応ガス供給室を排気するとともに、前記反応ガス、フローティング用ガス又はパージ用ガスを前記排気口より排気することを特徴とする請求項項１乃至８の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記回転体に固定された複数の磁石と、前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石とを備え、
前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石が前記反応ガス供給室の周りを回転することにより前記回転体が回転するようになっていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記回転体に固定された複数の磁石と前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石との間の斥力により、前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石の位置に対して前記回転体の位置が固定されるようになっていることを特徴とする請求項１０記載の処理装置。
【請求項１２】
前記基板保持具は支持軸により支持され、かつ前記基板保持具は該支持軸を軸として回転するようになっていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記基板保持具の基板の載置面は上下の位置を調整可能なようになっていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１４】
前記基板保持具に載置された基板を加熱する手段を有することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１５】
前記反応ガスへのエネルギ供給手段、又は前記反応ガスを活性化する触媒板を有することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１６】
前記処理室の上部に、前記処理室の内部を観察し得るような透明な材料からなる上部隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１７】
前記処理室の上部に、前記上部隔壁を通して前記処理状況を観察する手段が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の処理装置。
【請求項１８】
前記反応ガスの分圧、前記パージ用ガスの分圧、前記フローティング用ガスの分圧、前記処理室内の排気量、前記回転体の回転方向、前記回転体の回転速度、処理の開始から終了までの前記回転体の全回転履歴、前記基板保持具の回転方向、及び前記基板保持具の回転速度のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一に記載の処理装置。
【請求項１９】
基板を収納した処理室の周囲に、反応ガスの供給源を備えた反応ガス供給室を配置し、
一端が前記反応ガス供給室の内壁に開口し、他端が前記処理室に開口する反応ガス流路を通して前記反応ガス供給室と前記処理室とを接続し、
前記反応ガス供給室の内壁に沿って回転可能で、該回転により前記反応ガス流路の反応ガス供給室への開口を開閉する回転体を準備し、
前記回転体の回転制御により、前記反応ガス流路の反応ガス供給室への開口が開いたときに前記反応ガス流路を通して前記反応ガスを前記処理室内に導入し、該導入された反応ガスにより前記基板を処理することを特徴とする処理方法。
【請求項２０】
前記反応ガス供給室の内壁に沿って前記回転体を回転させるとき、前記反応ガス供給室の内壁に対して前記回転体を浮上させることを特徴とする請求項１９記載の処理方法。
【請求項２１】
前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とする請求項１９又は２０の何れか一に記載の処理方法。
【請求項２２】
前記反応ガス供給室は１つの前記処理室の周りに複数設けられ、各前記反応ガス供給室は別々の前記反応ガス流路により前記処理室と接続されていることを特徴とする請求項１９乃至２１の何れか一に記載の処理装置。
【請求項２３】
前記複数の反応ガス供給室は、相互に異なる種類の反応ガスを供給することを特徴とする請求項２２記載の処理装置。
【請求項２４】
前記基板上に１以上の原子層を形成することを特徴とする請求項１９乃至２３の何れか一に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置及び処理方法に関し、より詳しくは、基板上に一原子層ずつ堆積可能な原子層堆積方法(Atomic Layer Deposition(ＡＬＤ)法又はAtomic Layer Epitaxy(ＡＬＥ)法、以下、ＡＬＤ法又はＡＬＥ法と称する。)により成膜等を行う処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＬＤ法による薄膜形成方法は、特許文献１乃至４や非特許文献１、２などに開示されている。ＡＬＤ法による薄膜形成方法は、原料ガス（元素又は化合物）を昇温した基板上に供給して、基板表面上で化学吸着反応を起こさせ、原料と目的生成物との蒸気圧の差を利用することにより、１原子層又は１分子層ずつ多数繰り返して結晶を成長させて、目的の厚さの薄膜を形成させるボトムアップ型のＣＶＤ薄膜生成方法である。原料ガスは１種類でもよいし、２種類以上を用いて原子層等を交互に積層していくことも可能である。非特許文献１によれば、ＡＬＤウインドウと呼ばれる温度範囲に被成膜基板の温度を設定しておくことで堆積の飽和条件を作り出し、被成膜基板上に原料ガスが供給された場合、正確に一層ずつの原子層等の堆積が行われる。
【０００３】
この方法は、原子層を１層毎に丁寧に確実に基板表面上に形成する方法であるから、結晶欠陥の発生を極力抑えることができ、非常に質のよい、また大面積の薄膜形成が可能であるため、次世代の半導体チップや有機ＥＬ、液晶、ナノテクノロジーなどには不可欠の技術で、産業上はもちろん、学術的にも極めて重要な技術である。
【０００４】
しかしながら、ＡＬＤ法は自動車のフロントパネルの表示器などに実用化された程度で、薄膜を使った最大の産業である半導体製造技術としてはまだ普及していない。
【０００５】
それは、ＡＬＤ法は原子層を１層毎に丁寧に積層する方法であるため、所要の膜厚を得るまでに非常に長い時間を要することが最大の原因となっている。例えば、実用的な膜厚を得るまでに１万回から１０万回の積層が必要であるが、現在のＡＬＤ装置では１層の膜形成に最速でも１秒程度の時間を要しているため、所要の膜厚を得るまでに、数時間乃至１日を要する。このため、高い生産スピード、即ち高いスループットが要求される半導体製造技術として本格的な採用が見送られているのが現状である。
【０００６】
成膜に時間を要することに対する解決手段の一つとして、基板を大きくするとともに、非特許文献１にも記載されているように、多数枚を同一チャンバ内に配置し、一度に処理するバッチ式処理が行われている。非特許文献１では、回転軸を中心にして回転し得る基板保持具に複数枚の被成膜基板を横方向或いは縦方向に保持した状態で、回転軸の周りに設けられた複数の原料ガス放出部に順次移動させて被成膜基板上に一原子層ずつ成膜を行うものである。
このバッチ式の処理方法は、例えばパネル表示用の大きなガラス基板などの処理に適している。また、現時点における最大の直径である３００ｍｍφのシリコンウエハでも、２５乃至５０枚を一度に処理するバッチ式処理が中心となる。
バッチ式処理を行うＡＬＤ装置では、チャンバは非常に大きなものになる。このチャンバ内で、反応ガスＸの導入と、基板への吸着と、余剰ガスの排気と、プロセスガスの置換と、排気と、反応ガスＹの導入と、基板への吸着と、余剰ガスの排気とを一サイクルとして複数サイクル繰り返すことになる。この場合、チャンバ内において反応ガス分布の濃淡が生じ、ＡＬＤ条件を満足せず、成膜が不十分となるなどの問題が生じている。
【０００７】
ところで、世の中では、現在、シリコンウエハを一枚ずつ処理する枚葉式の処理装置の採用が進んでいる。これは、ウエハサイズが漸次大型化し、近い将来４００ｍｍが採用されようとしている状況では、プロセスチェンジが容易であり、取り扱い、品質などあらゆる点で枚葉式の方がバッチ式に比べて優位になってきているためである。このような流れは、ＡＬＤ装置でも同様に考えられる。
【０００８】
一方で、シリコンデバイスの集積度が高まり、微細化の要求がサブミクロンからナノレベルに移行しようとしている。それに伴い、ゲート薄膜などは数十乃至数百原子層の適用が検討されるに至り、かつこのような極めて薄い膜を無欠陥で形成する技術が要求されるようになってきている。
【０００９】
また、産官学の半導体デバイス研究、機能材料研究、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーなどでは、薄膜形成装置は研究のために必要不可欠なツールである。そのような薄膜形成装置として、主に真空蒸着装置、スパッタ装置、又は、レーザアブレーションなどの物理的手法で成膜する、或いは最近では分子気体を基板上に導き、熱分解やプラズマ分解などで化学変化を起こさせる方法で発生させた分子原子を堆積させて薄膜を形成するＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法に適用される成膜装置が使われるようになっている。
このような世の中の技術的な要求や流れに対して適用する成膜装置としてＡＬＤ装置は最適と考えられるが、種々の研究機関や研究開発のための薄膜形成ツールとしては普及していない。その最も大きな理由は、ＡＬＤ装置は高価で、かつ大型のバッチ式が主流であり、また、取り扱いも複雑であり、その割には膜形成に非常に長い時間を要するためである。
【特許文献１】特開２００２−４０５４号公報
【特許文献２】米国特許５，８７９，４５９
【特許文献３】米国特許６，１７４，３７７
【特許文献４】米国特許６，３８７，１８５
【非特許文献１】'Handbook of Thin Film Process Technology, B1.5:1- B1.5:17, 1995 IOP Publishing Ltd'
【非特許文献２】電子材料，２００２年７月号，２９頁−３４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、従来のＡＬＤ装置では、原子層１層を形成するまでの１サイクルに要する時間が長いという問題があり、現状では、その欠点を補うために、バッチ式が主流となっており、装置が大型化している。従って、装置の小型化が可能な枚葉式で、十分にスループットを高めることができるＡＬＤ装置が望まれている。
【００１１】
また、飽和条件で成膜を行うことにより成膜条件の簡単な調整で１サイクルで原子層１層を堆積できるというＡＬＤ法の特長を生かして、コンピュータ制御により成膜を行えるようにすることが望まれている。
【００１２】
さらに、非特許文献２に記載されているように、ＡＬＤ材料は大気中の水分などによって分解や変質などが起こり易い不安定化合物である。特に、High-k薄膜用途のＡＬＤ材料は水分の影響により不揮発性で洗浄溶媒に不溶の固形分に変質するため、装置を分解して洗浄する必要がある。装置が複雑なバルブや細い径の配管などを備えている場合、装置の分解洗浄が大変なこととなる。
【００１３】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、原子層１層を積層する１サイクルに要する時間の短縮を図ることができ、かつコンピュータ制御が可能で、装置部品の取り付けや取り外しを含むメインテナンスが容易で、かつ装置の分解洗浄が容易な処理装置及び処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決するため、請求項1記載の発明は、処理装置に係り、反応ガスを通す通気孔が形成された回転体を備え、該回転体が内壁に沿って回転する反応ガス供給室と、基板を載置する基板保持具を備えた処理室と、一端が前記反応ガス供給室の内壁に開口し、他端が前記処理室に開口して前記反応ガス供給室と前記処理室とを接続する反応ガス流路とを有し、前記回転体の回転制御により、前記回転体の通気孔と前記反応ガス流路の反応ガス供給室への開口とが一致したときに前記反応ガス供給室から前記反応ガス流路を通して前記処理室内に前記反応ガスが流入することを特徴とし、
請求項２記載の発明は、請求項１記載の処理装置に係り、前記回転体の外面は平面状又はすり鉢状であり、該平面状又はすり鉢状の形状に対応して、前記反応ガス供給室の内壁は平面状又はすり鉢状であり、かつ前記反応ガス供給室には前記平面状又はすり鉢状の内壁と前記回転体の外面の間の隙間にフローティング用ガスを供給するフローティング用ガス導入口が設けられており、前記フローティング用ガスの導入により、前記回転体は前記反応ガス供給室の内壁に対して所定の間隔を保って浮上することを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項２記載の処理装置に係り、前記フローティング用ガス導入口は、前記反応ガス供給室の下部に設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一に記載の処理装置に係り、前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガス供給室は１つの前記成膜室の周りに複数設けられ、各前記反応ガス供給室は別々の前記反応ガス流路により前記成膜室と接続されていることを特徴とし、
請求項６記載の発明は、請求項５記載の処理装置に係り、前記複数の反応ガス供給室は、相互に異なる種類の反応ガスを供給することを特徴とし、
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガス流路に接続するパージ用ガス導入口が設けられ、前記パージ用ガスは前記反応ガス流路を通して前記処理室に導入されることを特徴とし、
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一に記載の処理装置に係り、反応ガスを通す通気孔が形成された回転体を備え、該回転体が内壁に沿って回転し得るパージ用ガス供給室が、パージ用ガス流路を通して前記成膜室に接続されていることを特徴とし、
請求項９記載の発明は、請求項項１乃至８の何れか一に記載の処理装置に係り、前記処理室に排気口が設けられており、該排気口から前記処理室及び前記反応ガス供給室を排気するとともに、前記反応ガス、フローティング用ガス又はパージ用ガスを該排気口より排気することを特徴とし、
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れか一に記載の処理装置に係り、前記回転体に固定された複数の磁石と、前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石とを備え、前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石が前記反応ガス供給室の周りを回転することにより前記回転体が回転するようになっていることを特徴とし、
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の処理装置に係り、前記回転体に固定された複数の磁石と前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石との間の斥力により、前記反応ガス供給室の外側周囲の複数の磁石の位置に対して前記回転体の位置が固定されるようになっていることを特徴とし、
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具は支持軸により支持され、かつ前記基板保持具は該支持軸を軸として回転するようになっていることを特徴とし、
請求項１３記載の発明は、請求項１乃至１２の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具の基板の載置面は上下の位置を調整可能なようになっていることを特徴とし、
請求項１４記載の発明は、請求項１乃至１３の何れか一に記載の処理装置に係り、前記基板保持具に載置された基板を加熱する手段を有することを特徴とし、
請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスへのエネルギ供給手段、又は前記反応ガスを活性化する触媒板を有することを特徴とし、
請求項１６記載の発明は、請求項１乃至１５の何れか一に記載の処理装置に係り、前記処理室の上部に、前記処理室の内部を観察し得るような透明な材料からなる上部隔壁が設けられていることを特徴とし、
請求項１７記載の発明は、請求項１６記載の処理装置に係り、前記処理室の上部に、前記上部隔壁を通して前記処理状況を観察する手段が設けられていることを特徴とし、
請求項１８記載の発明は、請求項１乃至１７の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガスの分圧、前記パージ用ガスの分圧、前記フローティング用ガスの分圧、前記処理室内の排気量、前記回転体の回転方向、前記回転体の回転速度、処理の開始から終了までの前記回転体の全回転履歴、前記基板保持具の回転方向、及び前記基板保持具の回転速度のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を有することを特徴とし、
請求項１９記載の発明は、処理方法に係り、基板を収納した処理室の周囲に、反応ガスの供給源を備えた反応ガス供給室を配置し、一端が前記反応ガス供給室の内壁に開口し、他端が前記処理室に開口する反応ガス流路を通して前記反応ガス供給室と前記処理室とを接続し、前記反応ガス供給室の内壁に沿って回転可能で、該回転により前記反応ガス流路の反応ガス供給室への開口を開閉する回転体を準備し、前記回転体の回転制御により、前記反応ガス流路の反応ガス供給室への開口が開いたときに前記反応ガス流路を通して前記反応ガスを前記処理室内に導入し、該導入された反応ガスにより前記基板を処理することを特徴とし、
請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の処理方法に係り、前記反応ガス供給室の内壁に沿って前記回転体を回転させるとき、前記反応ガス供給室の内壁に対して前記回転体を浮上させることを特徴とし、
請求項２１記載の発明は、請求項１９又は２０の何れか一に記載の処理方法に係り、前記回転制御は、回転の方向或いは速度、又はそれらの両方を調整することであることを特徴とし、
請求項２２記載の発明は、請求項１９乃至２１の何れか一に記載の処理装置に係り、前記反応ガス供給室は１つの前記処理室の周りに複数設けられ、各前記反応ガス供給室は別々の前記反応ガス流路により前記処理室と接続されていることを特徴とし、
請求項２３記載の発明は、請求項２２記載の処理装置に係り、前記複数の反応ガス供給室は、相互に異なる種類の反応ガスを供給することを特徴とし、
請求項２４記載の発明は、請求項１９乃至２３の何れか一に記載の処理方法に係り、前記基板上に１以上の原子層を形成することを特徴としている。
この発明の処理装置は、反応ガスを通す通気孔が形成された回転体を備え、その回転体が内壁に沿って回転し得る反応ガス供給室と、基板を載置する基板保持具を備えた処理室と、一端が反応ガス供給室の内壁に開口し、他端が処理室に開口して反応ガス供給室と処理室とを接続する反応ガス流路とを有し、回転体の回転制御により、回転体の通気孔と反応ガス流路の反応ガス供給室への開口とが一致したときに反応ガス供給室から反応ガス流路を通して処理室内に反応ガスが流入することを特徴としている。
即ち、回転する回転体が反応ガスの放出をオン／オフする機能を有する。従って、この処理装置を成膜に適用する場合、同じ種類の膜を多層に、或いは異なる種類の膜を多層に、かつ膜厚を制御して成膜することが可能となる。また、エッチング装置に適用した場合、エッチングガスの放出量を制御することができ、これにより、多層を制御性良くエッチングすることができる。
特に、ＡＬＤ装置に適用した場合、回転体の回転により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、成膜室（処理室）の周りに複数の反応ガス供給室を設け、それぞれ異なる種類の反応ガスを供給するようにすることにより、異なる種類の膜の多層形成が可能となる。この場合、回転体の回転制御により、堆積順序などを適宜変えて、膜構成を適宜変えることができる。さらに、回転体の回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。さらに、反応ガスの一つとしてドーパントガスを用いることにより、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することで、ｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。
また、反応ガス供給室の内壁に沿って置かれた回転体はその間の隙間に導入されるフローティングガスにより反応ガス供給室の内壁に沿って浮上し、磁力などを利用して遠隔操作により回転するようになっており、回転体の浮上量によってクリアランスを調整することができる。従って、反応ガス供給室と回転体を最初に整合性良く作成しておくことにより、反応ガス供給室と回転体の間の相互の位置精度出しが容易で、非常に狭くかつ安定したクリアランスを保つことができる。
また、回転体はモータの回転軸などにも固定されず、単に反応ガス供給室の内壁に沿うように置いてあるだけであるため、回転体を簡単に取り外すことができ、これにより、回転体や、反応ガス供給室や回転体を取り外した後のガス配管系を含む装置の分解洗浄が容易になる。
さらに、本発明の処理装置は、反応ガスを供給する反応ガス供給室と基板保持具を備えた処理室とを別々に設けて反応ガス流路により反応ガス供給室と処理室とを接続し、反応ガス供給室から反応ガス流路を通して処理室にガスを送りこむようなガスの流れを作っている。例えば、処理室に排気口を設けてその排気口から排気するとともに、反応ガス流路を通して反応ガス供給室も排気するようにする。
この場合、フローティング用ガスを隙間に供給して回転体を浮上させた状態で、回転体を回転させて反応ガス流路の開口端を閉じたとき、フローティング用ガスは、フローティング用ガスの導入口→隙間→反応ガス供給室という経路で反応ガス供給室に送りこまれるとともに、フローティング用ガスの導入口→隙間→反応ガス流路→処理室という経路で処理室から排気されるようになる。
一方、反応ガス流路の開口端を開けて反応ガスを反応ガス流路に送り込む場合、フローティング用ガスは、フローティング用ガスの導入口→隙間→反応ガス供給室→回転体の通気孔→反応ガス流路→処理室→排気という経路で流れるようになる。なお、フローティング用ガスは隙間で一部が反応ガス流路の方に流れ、また反応ガス供給室で反応ガスを含むことになるが、この主たる流れは変わらない。
この場合、処理室側から排気しているため、反応ガス供給室内の圧力及びフローティング用ガス（隙間）の圧力に対して反応ガス流路の圧力を小さくすることができる。また、反応ガス供給室にはフローティング用ガスが流入するが、同時に反応ガス供給室は反応ガス流路を通して排気されるため、反応ガス供給室内の圧力を隙間に導入されるフローティング用ガスの圧力よりも低くすることができる。即ち、処理室（反応ガス流路）の圧力をＰ１とし、フローティング用ガス（隙間）の圧力をＰ２とし、反応ガス供給室内で反応ガスの供給源側の圧力をＰ３とすると、回転体により反応ガス流路の反応ガス供給室側の開口端を閉じた場合も、反応ガス流路の開口端を開けて反応ガスを反応ガス流路に送り込む場合も、Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２の関係を容易に達成することができる。従って、上記の流れを形成することができるとともに、その流れにおいてフローティング用ガスに含まれる反応ガスのシール性を非常によくすることが可能である。
また、反応ガス供給室と処理室とを別々に設け、反応ガス供給源を回転体の内側に設けて反応ガスを回転体を挟んで反応ガス流路の反対側から反応ガス流路の方に供給している。しかも、反応ガス流路の圧力Ｐ１を周囲の圧力Ｐ２及びＰ３に対して小さく、それも非常に小さくすることができるため、回転体を回転させて反応ガス流路の開口端を繰り返し開閉させるときでも、反応ガス流路のコンダクタンスの大小にかかわらず、反応ガス流路の周囲の隙間の圧力Ｐ２を安定にすることができる。従って、ニューマティックハンマー現象の発生を抑えつつ、反応ガス流路のコンダクタンスを大きくすることができる。
反応ガス流路の開口端を開けて反応ガスを反応ガス流路に送り込む場合、反応ガス流路のコンダクタンスをＣとし、反応ガス中の原料ガスの分圧をＰs、反応ガス供給室から処理室への原料ガス輸送の流量をＱsとすると、
Ｑs＝ＣＰs（１−Ｐ１／Ｐ３）
が成り立つ。従って、原料ガスの熱分解を避けるため原料ガスの温度をあまり高くできない場合、原料ガスの分圧Ｐsが制限されるが、そのような場合でも、反応ガス流路のコンダクタンスＣを大きくすることにより処理室に十分な量の原料ガスを供給することが可能となる。
さらに、反応ガス流路の拡大によりコンダクタンスの拡大を行なった場合、従来の開閉バルブで反応ガス流路の開閉を行なうと、シール面の拡大による発塵量の増大により、プロセスの清浄性が低下する虞や、開閉バルブの繰り返し開閉によりシール面の信頼性が低下する虞や、開閉バルブの寿命が低下する虞などがあるが、本発明のように機械的な接触を伴わずに反応ガス流路の開閉を行なうことで、これらを避けることができる。
また、本発明の処理装置では、さらに、反応ガスの分圧、パージ用ガスの分圧、フローティング用ガスの分圧、反応ガス供給室内及び処理室内の排気量、回転体の回転方向、回転体の回転速度及び処理の開始から終了までの回転体の全回転数のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を設けることができる。これにより、処理の自動制御を行うことも可能である。
また、この発明の処理方法は、回転体を回転制御することにより反応ガス流路の反応ガス供給室への開口を開閉し、その開口を開くことにより反応ガス流路を通して反応ガス供給室から処理室内に反応ガスを導入させている。従って、回転体の回転速度などを制御することにより、処理室内への反応ガスの放出量を精度良く制御することができるので、精度の良い膜厚制御やエッチング制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の処理装置によれば、反応ガスを通す通気孔が形成された回転体を備え、その回転体が内壁に沿って回転可能な反応ガス供給室と、基板を載置する基板保持具を備えた処理室と、反応ガス供給室と処理室とを接続する反応ガス流路とを有し、回転体の回転制御により、回転体の通気孔と反応ガス流路の反応ガス供給室への開口端とが一致したときに反応ガス流路を通して処理室内に反応ガスを導入させている。
即ち、本発明の処理装置では、回転する回転体が反応ガスの放出をオン／オフする機能を有し、このため、ガスの放出量の制御を精度良く行うことができる。
特に、原子層堆積装置（以下、ＡＬＤ装置又はＡＬＥ装置と称する。）に適用した場合、回転体の回転により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、成膜室（処理室）の周りに複数の反応ガス供給室を設け、それぞれ異なる種類の反応ガスを供給するようにすることにより、異なる種類の膜を多層に形成することが可能となる。さらに、回転体の回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。回転体を回転させることにより、反応ガスによる一原子層の堆積の後、パージ用ガスによる反応ガスのパージを瞬時に行うことができるため、１以上の原子層の堆積を高速に行うことができる。
また、回転体を浮上させて回転させる構成を有しており、浮上量によりクリアランスを調整することができる。従って、反応ガス供給室と回転体を最初に整合性良く作成しておくことにより、反応ガス供給室と回転体の間の相互の位置精度出しが容易で、非常に狭くかつ安定したクリアランスを保つことができる。
また、回転体はモータの回転軸などにも固定されず、単に反応ガス供給室の内壁に沿うように置いてあるだけであるため、回転体を簡単に取り外すことができ、これにより、回転体や反応ガス供給室や回転体を取り外した後のガス配管系を含む装置の分解洗浄が容易になる。
さらに、本発明の処理装置によれば、反応ガス供給室と処理室とを別々に設けて反応ガス流路により相互接続し、反応ガス供給室から処理室に向かうガスの流れを作ることにより、フローティング用ガスを隙間に供給して回転体を浮上させ、回転させる場合、反応ガス流路の開口端を閉じたときも、反応ガス流路の開口端を開けて反応ガスを反応ガス流路に流し込むときも、反応ガス流路の圧力が最も小さく、反応ガス供給室内の圧力、フローティング用ガス(隙間)の圧力の順で大きくなるような関係を容易に達成することができる。従って、反応ガス流路の開口端を閉じたとき、フローティング用ガスの導入口→隙間→反応ガス流路→処理室→排気というフローティングガスの流れを形成することができ、反応ガス流路の開口端を開けて反応ガスを反応ガス流路に流し込むとき、フローティング用ガスの導入口→隙間→反応ガス供給室→回転体の通気孔→反応ガス流路→処理室というフローティングガスの流れを形成することができる。それとともに、その流れにおいて反応ガス供給室で混入する反応ガスのシール性を非常によくすることが可能である。
また、反応ガス供給室内の圧力及び隙間の圧力に対して反応ガス流路の圧力を小さく、それも非常に小さくすることができるため、回転体を回転させて反応ガス流路の開口端を繰り返し開閉させるときでも、反応ガス流路のコンダクタンスの大小にかかわらず、反応ガス流路の周囲の隙間の圧力を安定にすることができる。従って、ニューマティックハンマー現象の発生を抑えつつ、反応ガス流路のコンダクタンスを大きくすることができる。これにより、反応ガス中の原料ガスの分圧をあまり高くできない場合でも、処理室に十分な量の原料ガスを供給することが可能となる。
さらに、反応ガス流路の拡大によりコンダクタンスの拡大を行なった場合でも、本発明のように機械的な接触を伴わずに反応ガス流路の開閉を行なうことで、シール面の拡大による発塵量の増大、及びそれによるプロセスの清浄性の低下、開閉バルブの繰り返し開閉によるシール面の信頼性の低下、開閉バルブの寿命の低下などを回避することができる。
また、本発明の処理装置では、さらに、反応ガスの分圧、パージ用ガスの分圧、フローティング用ガスの分圧、反応ガス供給室内及び処理室内の排気量、回転体の回転方向、回転体の回転速度及び処理の開始から終了までの回転体の全回転数のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を設けることができる。これにより、処理の自動制御を行うことも可能である。
また、この発明の処理方法は、回転体を回転制御することにより反応ガス流路の反応ガス供給室への開口を開閉し、その開口を開くことにより反応ガス流路を通して反応ガス供給室から処理室内に反応ガスを導入させている。従って、回転体の回転速度などを制御することにより、処理室内への反応ガスの放出量を精度良く制御することができるので、精度の良い膜厚制御やエッチング制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
（ｉ）ＡＬＤ装置の構成
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＡＬＤ装置の全体の構成を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は装置内の反応ガス流路Ｒra、Ｒrbと成膜室１０１との接続関係を模式的に示す平面図である。図１（ａ）の全体構成の断面は、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂと成膜室１０１との接続関係が分かりやすいように、実際とは異なり、模式的に描いている。
図２（ａ）は反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内に設置されたロータ（回転体）５ａ、５ｂの上面図であり、図２（ｂ）は反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの側部隔壁２ａ、２ｂの上面図である。図１（ａ）におけるロータ５ａ、５ｂ及び側部隔壁２ａ、２ｂの断面は、図２（ａ）、（ｂ）のII-II線及びIV-IV線に沿う断面に相当している。
図３は、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂのロータ５ａ、５ｂ及び側部隔壁２ａ、２ｂについての図１（ａ）とは別の断面であり、図２（ａ）、（ｂ）のIII-III線及びＶ-Ｖ線に沿う断面に相当している。
本発明の第１の実施の形態に係るＡＬＤ装置の全体の構成は、図１（ａ）に示すように、１つの成膜室１０１と、成膜室１０１の周囲に設けられた２つの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂとから構成されている。成膜室１０１と各々の反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂとはそれぞれ別々の反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して相互に接続されている。そして、反応ガス流路Ｒraの両開口端Ａra、Ａtaは反応ガス供給室１０２ａと成膜室１０１とにそれぞれ開口し、反応ガス流路Ｒrbの両開口端Ａrb、Ａtbはそれぞれ反応ガス供給室１０２ｂと成膜室１０１とに開口している。
上記ＡＬＤ装置の全体の構成のうち、最初に、テトラキスジメチルアミノハフニウム(ＴＤＭＡＨ：Hf(N(CH3)2)4)の供給源（反応ガス供給源）を備えた反応ガス供給室１０２ａの構成を図１（ａ）、（ｂ）及び図３を参照して詳細に説明する。
その反応ガス供給室１０２ａは、図１（ａ）、（ｂ）及び図３に示すように、側部隔壁２ａと上部隔壁１ａと下部隔壁３ａとで外部と隔てられ、室内部が減圧可能となっている。反応ガス供給室１０２ａは、反応ガス供給室１０２ａ内に設置されたＴＤＭＡＨの供給源４ａと、ＴＤＭＡＨの供給源４ａの周りを側部隔壁２ａに沿って左右両方向に回転可能なロータ５ａと、ロータ５ａを回転させる手段６ａとを備えている。ロータ５ａは回転により反応ガス流路Ｒraを開閉して反応ガスの供給をオン／オフするバルブ類似の機能を有する。さらに、反応ガス供給室１０２ａは、下部隔壁３ａにロータ５ａを浮上させるフローティング用ガスを導入するフローティング用ガス導入口７ａを備えている。反応ガス供給室１０２ａの上部隔壁１ａには、ロータ５ａの内側からロータ５ａに大気圧よりも高い圧力を付与するために、不活性ガスをロータ５ａの内側に供給する図示しない不活性ガス供給口が設けられている。その不活性ガスの圧力によりロータ５ａを側部隔壁２ａに押圧して、側部隔壁２ａ内面の反応ガス流路Ｒraなどの開口を塞ぎ、反応ガス供給室１０２ａ内をシールする。
次に、図２（ａ）、（ｂ）及び図４を参照して、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａ、および反応ガス供給室１０２ａ内に設置されたロータ５ａの詳細な構造及び相互の配置について以下に説明する。図４は、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａ、および反応ガス供給室１０２ａ内に設置されたロータ５ａの詳細な構造及び相互の配置について示す斜視図であり、説明のために、中心軸Ｃａを一致させてロータ５ａを側部隔壁２ａから上方に引き出した状態を示している。
図４に示すように、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａは上部の内面が上方に開いたすり鉢状を有し、下部の内面が円筒状を有しており、その内面全体は中心軸Ｃａに対して対称な形状を有している。たとえて言うならば、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの断面はＹ字形状を有している。
ロータ５ａは、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの内面の形状に対応して、上部が上方に開いたすり鉢状を有し、下部が円柱状を有しており、その全体は中心軸Ｃａに対して対称な形状を有している。たとえて言うならば、ロータ５ａの断面はＹ字形状を有している。反応ガス供給室１０２ａの下部隔壁３ａから導入されたフローティング用ガスが反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの内面とロータ５ａの外壁面の間の隙間に送りこまれてロータ５ａが側部隔壁２ａの内面に対して浮上し、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの内面に沿って中心軸Ｃａの周りを左右両方向に回転し得るようになっている。なお、図中、符号１６ａはロータ５ａの円柱状下部に固定して設けられた内部磁石を示している。後に、図５（ａ）、（ｂ）によって説明するように、それらの内部磁石１６ａはロータ５ａの回転に寄与する。
さらに、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａには、図２（ｂ）及び図４に示すように、開口（開口端）Ａra、Ａbyaが４つ、即ち、成膜室１０１へ反応ガスを導く反応ガス流路Ｒraに繋がる開口Ａraが２つと、反応ガスを外部に排出するバイパス流路Ｒbyaに繋がる開口Ａbyaが２つ設けられている。反応ガス流路Ｒraの開口Ａraとバイパス流路Ｒbyaの開口Ａbyaは、中心軸Ｃaの周りの円周に沿って９０度の間隔を置いて交互に配置されている。
また、ロータ５ａには、図２（ａ）及び図４に示すように、この実施形態では、すり鉢状の部分を貫通する２つの通気孔Ｄraが設けられている。２つの通気孔Ｄraは中心軸Ｃaの周りの円周に沿って１８０度の間隔を置いて配置されている。２つの通気孔Ｄraはともに２つの開口Ａraを介して１つの反応ガス流路Ｒraに繋がり、２つの通気孔Ｄraはともに２つの開口Ａbyaを介して１つのバイパス流路Ｒbyaに繋がるようになっている。ロータ５ａが回転し、２つの通気孔Ｄraと２つの開口Ａraとがそれぞれ一致したときに反応ガス流路Ｒraを通して反応ガス供給室１０２ａと成膜室１０１とが通気するようになり、反応ガスが成膜室１０１内に導入されるようになっている。また、２つの通気孔Ｄraとバイパス流路Ｒbyaの開口Ａbyaとが一致したときにバイパス流路Ｒbyaを通して反応ガス供給室１０２ａと外部とが通気するようになり、反応ガスが外部に排出されるようになっている。なお、反応ガス流路Ｒraの開口Ａraとバイパス流路Ｒbyaの開口Ａbyaを１８０度の間隔を置いて２つずつ設け、ロータ５ａにも対応する２つの通気孔Ｄraを設けているのは、反応ガス流路Ｒraの開口Ａraとバイパス流路Ｒbyaの開口Ａbyaを開閉するときに、ロータ５ａがバランスよく圧力を受けるようにするためである。
なお、反応ガス供給室１０２ａには、図１（ａ）に示すように、パージガス流路Ｒpaを通して反応ガス流路Ｒraと繋がるパージ用ガス導入口Ａpaが側部隔壁２ａに形成されており、パージ用ガスＧpaはそのパージ用ガス導入口Ａpaから反応ガス流路Ｒraを通して成膜室１０１に導入される。さらに、パージ用ガス導入口Ａpaに接続される図示しないパージ用ガス配管にはパージ用ガスの流量及び導入時期を制御する、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が設けられている。
また、反応ガス供給室１０２ａの下部隔壁３ａのフローティング用ガス導入口７ａから導入されたフローティング用ガスが反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの内面とロータ５ａの外面の間の隙間に流入することにより、ロータ５ａが側部側壁２ａの内面に対して所定の間隔（クリアランス）を保って浮上する。そのクリアランスは、主にロータ５ａの重量やフローティング用ガスの圧力により調整可能であるが、所謂ニューマティックハンマー現象の発生や、反応ガスの成膜室１０１外へのリーク及びフローティング用ガスの成膜室１０１内へのリークに影響を及ぼすため、十分に調整する必要がある。なお、ニューマティックハンマー現象とは、気体の圧縮性に起因した自励振動のことをいう。
この場合、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの内面とロータ５ａの外面を最初に整合性良く作成しておくことにより、反応ガス供給室１０２ａとロータ５ａの間の相互の位置精度出しが容易で、非常に狭くかつ安定したクリアランスを保つことができる。
次に、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、ロータ５ａを回転させる手段６ａの構成について詳細に説明する。図５（ａ）は側断面図、図５（ｂ）は平断面図である。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の、この実施形態では２つの永久磁石１６ａがともに、Ｓ極を外側に向けるようにしてロータ５ａに固定して設けられている。反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの外側周囲には、一体的に左右両方向に回転可能な複数の永久磁石１７ａがともに、Ｓ極を反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの側に向けるようにして設けられている。
ロータ５ａは、反応ガス供給室１０２ａの周囲に設けられた外部の永久磁石１７ａと内部の永久磁石１６ａとの間で相互に働く斥力により外部の永久磁石１７ａに対する相対位置が固定される。さらに、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの周囲に沿った外部の永久磁石１７ａの一体的な回転により、内部の永久磁石１６ａが設置されたロータ５ａが中心軸Ｃaの周りを左右両方向に回転するようになっている。
次に、図１（ａ）を参照してＨ2Ｏの供給源（反応ガス供給源）４ｂを備えた反応ガス供給室１０２ｂの構成について詳細に説明する。
Ｈ2Ｏの供給源４ｂを備えた反応ガス供給室１０２ｂの構成は、反応ガス供給源４ｂを除き、ＴＤＭＡＨの供給源４ａを備えた反応ガス供給室１０２ａの構成とほぼ同じである。その構成要素は、成膜室１０１に対して、ＴＤＭＡＨの供給源４ａを備えた反応ガス供給室１０２ａの構成要素とほぼ対称的に配置されている。但し、反応ガス供給源はＨ2Ｏの供給源４ｂであり、Ｈ2Ｏ中にキャリアガスを導入し、バブリングによりキャリアガス中にＨ2Ｏを含ませて反応ガス供給室１０２ｂに放出するようにしている。その放出はロータ５ｂのすり鉢状の部分の内側になされる。
以下に、Ｈ2Ｏの供給源４ｂを備えた反応ガス供給室１０２ｂの構成の詳細な説明は省略し、符号の説明を行なうことによりその構成を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）中、符号２ｂは側部隔壁、１ｂは上部隔壁、３ｂは下部隔壁である。５ｂは図２と同様な構造を有するロータ（回転体）、６ｂはロータ５ｂを回転させる手段である。７ｂはフローティング用ガスの導入口である。Ｒrbは反応ガス流路、Ｒbybはバイパス流路、Ｒpbはパージガス流路である。Ａrb、Ａtbは反応ガス流路Ｒrbの両端の開口で、Ａbybはバイパス流路Ｒbybの両端の開口で、Ａpbはパージガス流路Ｒpbに繋がるパージ用ガス導入口である。反応ガス供給室１０２ｂに繋がる不活性ガス供給口は図示していない。
次に、図１（ａ）、（ｂ）を参照して成膜室１０１の構成について以下に詳細に説明する。
成膜室１０１は、図１（ａ）に示すように、上部隔壁９と側部隔壁１０と下部隔壁１１とで外部と隔てられ、室内が減圧可能となっている。成膜室１０１の上部隔壁９は、成膜室１０１の内部を観察し得るような透明な材料で作成され、片側開きによる開閉が可能となっている。
そして、中心軸Ｃtに略垂直な基板載置面を有する基板保持具１２を備え、基板載置面には被成膜基板１５が載置され、静電チャックや真空チャックなどにより基板載置面に固定される。そして、基板保持具１２に図示しないヒータが内蔵され、そのヒータにより被成膜基板１５を加熱し得るようになっている。
また、成膜室１０１の側部隔壁１０に反応ガス流路Ｒra、Ｒrbと繋がる通気孔(開口)Ａta、Ａtbが形成されている。それらの通気孔Ａta、Ａtbは、図１（ｂ）に示すように、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbから複数の通気孔に分岐したような構成を有している。なお、これに限られず、通気孔Ａta、Ａtbは1つ以上の通気孔から構成されていればよい。
さらに、基板保持具１２上方には、図１（ａ）に示すように、反応ガスの流れを被成膜基板１５全体に均一に行き渡るようにするための整流板１４が設けられている。整流板１４は中央部に通気孔が形成されている。整流板１４の周囲から中央部に向かって反応ガス等が放出された場合、整流板１４の通気孔に反応ガスが導入されることにより、最初に被成膜基板１５上中央部に反応ガスが放出され、その後、中央部から放射状に周辺部に向かって反応ガスが拡散するようになっている。
また、成膜室１０１の側部隔壁１０には、図１（ａ）に示すように、排気口１３が形成されている。その排気口１３には図示しない排気配管を通して排気手段が接続される。排気配管には質量分析計（ＱＭＳ）が設置され、成膜室３内に導入されるガスの種類及び化学反応情報を監視できるようになっている。反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの内部も成膜室１０１の側部側壁１０に形成された排気口１３から反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して排気され、減圧される。
また、図１（ａ）には示していないが、基板保持具１２の上方に、成膜状況を観察する手段、成膜を円滑かつ容易ならしめるエネルギ供給源、例えば基板加熱手段としてのランプ加熱手段、ガス活性化のための触媒板、又はプラズマ生成手段等を取り付けることが可能である。
なお、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの上部隔壁１ａ、１ｂ、側部隔壁２ａ、２ｂ、及び下部隔壁３ａ、３ｂの各材料、ロータ（回転体）５ａ、５ｂの材料、成膜室１０１の上部隔壁９、側部隔壁１０、及び下部隔壁１１の各材料、基板保持具１２の材料として、基板加熱時の熱や、洗浄用の薬品に対して耐性のある材料、例えばステンレス、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、又はセラミックスなどを適宜選択して用いることができる。
次に、図１１乃至図１４を参照して、（ｉ）成膜室１０１への被成膜基板１５の装着及び取り出しと、（ii）反応ガスＧraの導入と、（iii）反応ガスＧrbの導入と、（iv）パージの各工程における上記ＡＬＤ装置の動作を説明する。主として、ロータ（回転体）５ａ、５ｂの動作と、ロータ５ａ、５ｂの回転に伴う反応ガスＧra、Ｇrb、パージ用ガスＧpa、Ｇpbの流れや、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbの流れについて説明する。
【００１７】
図１１において、最上図は装置全体の模式図、第２段目の図はロータの上面図、最下図は反応ガス供給室の側部隔壁の上面図である。
【００１８】
図１２、１３、１４において、最上図は装置全体の構成を模式的に示す図、第２段目の図はロータの上面図、第３段目の図は反応ガス供給室の側部隔壁の上面図、最下図は反応ガス流路及び成膜室の構成と、それらの接続関係を模式的に示す平面図である。
なお、図１１、１２、１３、１４の最上図において、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａは、第３段目の図における２つの反応ガス流路Ｒraの開口端Ａraを通る線に沿う模式断面を示し、反応ガス供給室１０２ｂの側部隔壁２ｂは、第３段目の図における２つの反応ガス流路Ｒrbの開口端Ａrbを通る線に沿う模式断面を示す。図１１、１２、１３、１４の最上図の全体構成では、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂと成膜室１０１との接続関係が分かりやすいように、実際とは異なり、模式的に描いている。
また、図１２、１３、１４の最上図において、左側の一番外側の図は、第３段目の図における側部隔壁２ａの２つのバイパス流路Ｒbya及びその開口端Ａbyaを通る線に沿う模式断面を示し、右側の一番外側の図は、第３段目の図における側部隔壁２ｂの２つのバイパス流路Ｒbyb及びその開口端Ａbybを通る線に沿う模式断面を示す。
上記ＡＬＤ装置では、排気口１３から成膜室（処理室）１０１を排気するとともに、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂも排気する。この状態で、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの側部隔壁（室壁）２ａ、２ｂとロータ５ａ、５ｂとの間の隙間にフローティング用ガスＧfa、Ｇfbを送り込んでロータ５ａ、５ｂを浮かせ、ロータ５ａ、５ｂを回転させる手段６ａ、６ｂによりロータ５ａ、５ｂを左右に回転させる。ロータ５ａ、５ｂの回転により、成膜室１０１のパージと成膜室１０１への反応ガスの供給とを繰り返して、一原子層毎に積層していき、複数の原子層を形成する。
（ｉ）成膜室への被成膜基板の装着及び取り出し
以下に、図１１を参照して成膜室への被成膜基板の装着及び取り出しについて説明する。
成膜室１０１への被成膜基板１５の装着及び取り出しを行なう場合、図１１に示すように、ロータ５ａ、５ｂの回転により反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａra、Ａrb及びバイパス流路Ｒbya、Ｒbybの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａbya、Ａbybを閉じる。次いで、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂに不活性ガス導入口より不活性ガスを導入し、室１０２ａ、１０２ｂ内の圧力を大気圧よりも高く、２気圧程度にする。これにより、ロータ５ａ、５ｂが側部隔壁２ａ、２ｂに押圧されて反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrb及びバイパス流路Ｒbya、Ｒbybの開口端Ａbya、Ａbybがさらにしっかりと閉じられ、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内は外部から完全にシールされることとなる。次に、成膜室１０１の排気口１３からの排気を停止して、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbを成膜室１０１に送りこみ、成膜室１０１内を大気圧にする。その後、成膜室１０１の上部隔壁９を開けて、被成膜基板１５の装着及び取り出しを行なう。
（ii）反応ガスＧraの導入
以下に、図１２を参照して成膜室１０１への反応ガスＧraの導入について説明する。
成膜室１０１に被成膜基板１５を装着した後、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂへの不活性ガスの導入を停止し、成膜室１０１の上部隔壁９を閉じる。そして、排気口１３から成膜室１０１を排気するとともに、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂも排気する。この状態で、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの側部隔壁（室壁）２ａ、２ｂとロータ５ａ、５ｂとの間の隙間にフローティング用ガスＧfa、Ｇfbを送り込んでロータ５ａ、５ｂを浮かせる。さらに、ロータ５ａ、５ｂを回転させる手段６ａ、６ｂによりロータ５ａを右に、ロータ５ｂを左に回転させる。
反応ガス流路Ｒa、Ｒbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａra、Ａrbが閉じられている場合、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbは、フローティング用ガスの導入口７ａ、７ｂ→隙間→反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂという経路で反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂに送りこまれるとともに、フローティング用ガスの導入口７ａ、７ｂ→隙間→反応ガス流路Ｒra、Ｒrb→成膜室１０１という経路で成膜室１０１から排気されるようになる。
反応ガス供給室１０２ａのロータ５ａをさらに右に回転させて、図１２に示すように、ロータ５ａの通気孔Ｄraと反応ガス流路Ｒraの反応ガス供給室１０２ａ側の開口端Ａraとを一致させ、反応ガス流路Ｒraの開口端Ａraを開く。これにより、反応ガスＧraがロータ５ａの通気孔Ｄraを通して反応ガス流路Ｒraに送り込まれる。この場合、フローティング用ガスＧfaは、フローティング用ガスの導入口７ａ→隙間→反応ガス供給室１０２ａ→ロータ５ａの通気孔Ｄra→反応ガス流路Ｒra→成膜室１０１という経路で流れるようになる。なお、フローティング用ガスＧfaは隙間で一部が反応ガス流路Ｒraの方に流れ、また、反応ガス供給室１０２ａで反応ガスＧraを含むが、この主たる流れは変わらない。
一方、反応ガス供給室１０２ｂのロータ５ｂをさらに左に回転させて、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbとバイパス流路Ｒbybの反応ガス供給室１０２ｂ側の開口端Ａbybとを一致させ、反応ガス流路Ｒrbの反応ガス供給室１０２ｂ側の開口端Ａrbを閉じるとともに、バイパス流路Ｒbybを開けて反応ガスＧrbを外部に放出する。
（iii）反応ガスＧrbの導入
以下に、図１３を参照して成膜室１０１への反応ガスＧrbの導入について説明する。
反応ガス供給室１０２ｂのロータ５ｂを右に回転させて、図１３に示すように、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbと反応ガス流路Ｒrbの反応ガス供給室１０２ｂ側の開口端Ａrbとを一致させ、反応ガス流路Ｒrbの開口端Ａrbを開く。これにより、反応ガスＧrbはロータ５ｂの通気孔Ｄrbを通して反応ガス流路Ｒrbに送り込まれる。このとき、フローティング用ガスＧfbは、フローティング用ガスの導入口７ｂ→隙間→反応ガス供給室１０２ｂ→ロータ５ｂの通気孔Ｄrb→反応ガス流路Ｒrb→成膜室１０１という経路で流れるようになる。フローティング用ガスＧfbは隙間で一部が反応ガス流路Ｒrbの方に流れ、また、反応ガス供給室１０２ｂで反応ガスＧrbを含むが、この主たる流れは変わらない。
一方、反応ガス供給室１０２ａのロータ５ａを左に回転させて、ロータ５ａの通気孔Ｄraとバイパス流路Ｒbyaの反応ガス供給室１０２ａ側の開口端Ａbyaとを一致させ、反応ガス流路Ｒraの反応ガス供給室１０２ａ側の開口端Ａraを閉じるとともに、バイパス流路Ｒbyaを開けて反応ガスＧraを外部に放出する。
次に、上記（ii）の工程と（iii）の工程において、及びその間のロータ５ａ、５ｂの回転動作において、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内の圧力Ｐa、Ｐbと、フローティング用ガス（隙間）の圧力Ｐfa、Ｐfbとの関係について、以下に更に詳しく説明する。
成膜室１０１側から排気しているため、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内の圧力Ｐa、Ｐb及びフローティング用ガス（隙間）の圧力Ｐfa、Ｐfbに対して反応ガス流路Ｒra、Ｒrb（成膜室）の圧力Ｐra、Ｐrbを小さくすることができる。また、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂには隙間を通してフローティング用ガスＧfa、Ｇfbが流入するが、同時に反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂは反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して排気されるため、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内の圧力Ｐa、Ｐbを隙間に導入されるフローティング用ガスＧfa、Ｇfbの圧力Ｐfa、Ｐfbよりも低くすることができる。即ち、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａra、Ａrbを閉じた場合も、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrbを開けて反応ガスＧra、Ｇrbを反応ガス流路Ｒra、Ｒrbに送り込む場合も、Ｐra＜Ｐa＜Ｐfa、Ｐrb＜Ｐb＜Ｐfbの関係を容易に達成することができる。従って、上記したような反応ガスＧra、Ｇrbの流れを形成することができるとともに、その流れにおいて反応ガスＧra、Ｇrbのシール性を非常によくすることが可能である。
また、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂと成膜室１０１とを別々に設け、反応ガス供給源４ａ、４ｂをロータ５ａ、５ｂの内側に設けて、ロータ５ａ、５ｂを挟んで反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反対側から反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの方に反応ガスを供給している。しかも、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの圧力Ｐra、Ｐrbをその周囲の圧力Ｐa、Ｐb及びＰfa、Ｐfbに対して小さく、それも非常に小さくすることができるため、ロータ５ａ、５ｂを回転させて反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrbを繰り返し開閉させるときでも、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbのコンダクタンスの大小にかかわらず、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの周囲の隙間の圧力Ｐfa、Ｐfbを安定にすることができる。従って、ニューマティックハンマー現象の発生を抑えつつ、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbのコンダクタンスを大きくすることができる。
ところで、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrbを開けて反応ガスＧra、Ｇrbを反応ガス流路Ｒra、Ｒrbに送り込む場合、反応ガス流路Ｒra、ＲrbのコンダクタンスをＣとし、反応ガスＧra、Ｇrb中の原料ガスの分圧をＰsa、Ｐsb、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂから成膜室１０１への原料ガス輸送の流量をＱsa、Ｑsbとすると、
Ｑsa＝ＣＰsa（１−Ｐra／Ｐa）
Ｑsb＝ＣＰsb（１−Ｐrb／Ｐb）
が成り立つ。従って、原料ガスの熱分解を避けるため原料ガスの温度をあまり高くできない場合、原料ガスの分圧Ｐsa、Ｐsbが制限されるが、そのような場合でも、反応ガス流路Ｒra、ＲrbのコンダクタンスＣを大きくすることにより成膜室１０１に十分な量の原料ガスを供給することが可能となる。
なお、反応ガス流路の拡大によりコンダクタンスの拡大を行なった場合、従来の開閉バルブで反応ガス流路の開閉を行なうと、シール面の拡大による発塵量の増大により、プロセスの清浄性が低下する虞や、開閉バルブの繰り返し開閉によるシール面の信頼性が低下する虞や、開閉バルブの寿命が低下する虞などがあるが、本発明のように機械的な接触を伴わずに反応ガス流路の開閉を行なうことで、これらを避けることができる。
（iv）パージ
次に、パージ用ガスの供給方法及びその放出のタイミングについて説明する。パージ用ガスの供給方法及びそのタイミングの組み合わせは、以下のように、４つが考えられる。
第１に、図１４に示すように、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrbが閉じられているときに、パージ用ガス導入口Ａpa、Ａpbからパージ用ガスＧpa、Ｇpbを成膜室１０１にパルス的に流す方法がある。
反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂのロータ５ａ、５ｂを回転させて、ロータ５ａ、５ｂの通気孔Ｄra、Ｄrbとバイパス流路Ｒbya、Ｒbybの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａbya、Ａbybとを一致させ、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａra、Ａrbを閉じるとともに、バイパス流路Ｒbya、Ｒbybを開けて反応ガスＧra、Ｇrbを外部に放出する。フローティング用ガスＧfa、Ｇfbは、フローティング用ガスの導入口７ａ、７ｂ→隙間→反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂという経路で反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂに送りこまれるとともに、フローティング用ガスの導入口７ａ、７ｂ→隙間→反応ガス流路Ｒra、Ｒrb→成膜室１０１という経路で成膜室１０１から排気されるようになる。このとき、パージ用ガスＧpa、Ｇpbをパージ用ガス導入口Ａpa、Ａpbからパージ用ガス流路Ｒpa、Ｒpb及び反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して成膜室１０１に一定時間の間だけ、即ちパルス的に流す。
第２に、常時、パージ用ガス導入口Ａpa、Ａpbからパージ用ガスＧpa、Ｇpbを流入させる方法がある。この場合、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrbが開いているときに、パージ用ガスＧpa、Ｇpbを反応ガス用ガスＧra、Ｇrbのキャリア用ガスとしても機能させることができる。このようにしても、パージ用ガスＧpa、Ｇpbは成膜に寄与しないので、全く問題はない。
第３に、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbをパージ用ガスとして用いる方法がある。反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの開口端Ａra、Ａrbが閉じられているときでも、上記したようにフローティング用ガスＧfa、Ｇfbは反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して成膜室１０１に流れ込むため、パージ用ガスとして用いることができる。この場合、上記の第２の場合と同様に、パージ用ガスは常時成膜室１０１に流れ続けることになる。
第４に、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂと同様の構造を有するパージ用ガス供給室を新たに設けてパージ用ガス流路により成膜室１０１と接続し、パージ用ガス供給室の室壁に沿って回転する通気孔を有するロータを設けて、パージ用ガスを供給する方法がある。この場合、パージ用ガス供給室内のロータを回転させて、ロータの回転によりロータの通気孔とパージ用ガス流路のパージ用ガス供給室側の開口端とが一致したときにパージ用ガスをパルス的に成膜室１０１に供給する。
以上の何れを採用しても、成膜室１０１に残留する反応ガス、例えば蒸気圧の低いＴＤＭＡＨでも、数百ｍｓオーダで瞬時に排出することが可能である。蒸気圧の高い原料ガスの場合だと更に高速に排出することが可能である。また、成膜室１０１への反応ガスの供給も瞬時に行なうことができるため、ロータの回転を速めることで、高速の成膜が可能である。
以上のように、この発明の実施の形態に係るＡＬＤ装置によれば、通気孔Ｄra、Ｄrbが形成されたロータ５ａ、５ｂを備え、ロータ５ａ、５ｂが室壁２ａ、２ｂ内面に沿って回転する反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂと、被成膜基板１５を載置する基板保持具１２及び排気口１３を備えた成膜室１０１と、一端が反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの室壁２ａ、２ｂ内面に開口し、他端が成膜室１０１の室壁１０に開口して反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂと成膜室１０１とを接続する反応ガス流路Ｒra、Ｒrbとを有し、ロータ５ａ、５ｂの回転制御により、ロータ５ａ、５ｂの通気孔Ｄra、Ｄrbと反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａra、Ａrbとが一致したときに反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して成膜室１０１内に反応ガスＧra、Ｇrbを放出するようになっている。
即ち、回転するロータ５ａ、５ｂが反応ガスＧra、Ｇrbの放出をオン／オフする機能を有する。従って、ロータ５ａ、５ｂの回転により、原子層の堆積が一層ごとに可能となる。また、成膜室１０１の周りに複数の反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂを設け、それぞれ異なる反応ガスＧra、Ｇrbを供給するようにすることにより、異なる種類の膜の多層形成が可能となる。この場合、ロータ５ａ、５ｂの回転制御により、堆積順序などを適宜変えて、膜構成を適宜変えることができる。さらに、ロータ５ａ、５ｂの回転速度を調整するだけで、堆積スピードを簡単に調整できる。これにより、高速の成膜が可能となる。
また、ニューマティックハンマー現象の発生を抑えつつ、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbのコンダクタンスを大きくすることができるので、原料ガスの分圧Ｐsa、Ｐsbが制限される場合でも、成膜室１０１に十分な量の原料ガスを供給することが可能となる。
また、ロータ５ａ、５ｂはモータの回転軸などにも固定されず、単に反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの室壁２ａ、２ｂに沿うように置いてあるだけであるため、ロータ５ａ、５ｂを簡単に取り外すことができ、これにより、ロータ５ａ、５ｂや、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂやロータ５ａ、５ｂを取り外した後のガス配管系を含む装置の分解洗浄が容易になる。
なお、上記のＡＬＤ装置では、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbを反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの下部隔壁３ａ、３ｂから導入しているが、この構成に加えて、或いはこの構成に代えて、反応ガス供給室１０２ａの室壁２ａを貫通するフローティング用ガス流路Ｒfaを形成し、図６に示すように、反応ガス供給室１０２ａの室壁２ａ内面に沿ってロータ５ａが回転する、その室壁２ａにフローティング用ガス流路Ｒfa及びその開口端Ａfaを設けて、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbをその開口端Ａfaから放出させるようにしてもよい。これにより、反応ガスの漏れ防止をより確実に行なうことが可能となる。
さらに、図７及び図８に示すように、反応ガス供給室１０２ａの室壁２ａ内面に、ロータ５ａの回転方向に沿う円周の全領域にわたってその開口端Ａfaを含む溝５１ａを設け、或いは、図９に示すように、その円周の一部領域に、その開口端Ａfaを含む溝５２ａを設けると、フローティング用ガス流路Ｒfaの開口端Ａfaから放出されたフローティング用ガスＧfaがその溝５１ａ、５２ａを通して広がり易くなり、さらによい。即ち、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの開口端Ａra、Ａrbを閉じた場合に、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの圧力Ｐra、Ｐrbを反応ガス流路Ｒra、Ｒrb内の圧力Ｐa、Ｐbよりも高くできる範囲がより広く確保できるため、反応ガスの漏れ防止をより確実に行なうことができる。また、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの開口端Ａra、Ａrbを閉じた場合も、それらを開けた場合も、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの圧力Ｐra、Ｐrbを反応ガス流路Ｒra、Ｒrb内の圧力Ｐa、Ｐbよりも高くできる範囲がより広く確保できるため、ロータ５ａを中心軸Ｃａに確実に保持することができる。
また、反応ガス供給室１０２ｂにおいても、図６、又は図７及び図８、又は図９と同様な構成を採ることができる。なお、図６、図７、及び図９において、上の図は上面図で、下の図は上の図のII-II線に沿う断面図であり、図８は斜視図である。
また、上記ＡＬＤ装置では、ドーパントガスを用いていないが、反応ガスＧra、Ｇrbの一つとしてドーパントガスを用いることにより、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することで、ｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。
また、上記実施の形態では、本発明の処理装置をＡＬＤ装置に適用しているが、エッチング装置に適用してもよい。この場合、エッチングガスの放出量を制御することができ、これにより、多層を制御性良くエッチングすることができる。
【００１９】
また、上記実施の形態では、側部隔壁２ａ、２ｂの上部の内面、及びロータ５ａ、５ｂの上部の外面は、上方に開いたすり鉢状を有するが、その傾斜角度を０乃至９０度の範囲で適宜変更することが可能である。特に、ロータ５ａの上部の外面の傾斜角度を９０度とした場合、即ちロータ５ａの上部の外面が平面状を有する場合を、図１０（ｂ）、（ｃ）に示す。ここでは、ロータ５ａの上部の外面とは、反応ガス供給室１０２ａの側部隔壁２ａの表面のフローティング用ガスから浮上力を受ける面をいうものとする。又は、図１０（ａ）に示すように、ロータ５ａの上部の外面が下に開いたすり鉢状とすることも可能である。上記変形例は、反応ガス供給室１０２ｂのロータ５ｂに対しても同様に適用可能である。
【００２０】
また、基板保持具１２は被成膜基板１５を上向きに保持するようになっているが、下向きに保持するようにしてもよい。
【００２１】
また、基板保持具１２は固定されているが、一方向或いは左右両方向に回転するようにしてもよい。この場合、減圧容器のシール方法として磁気シールなど良く知られた方法を用いることができる。
【００２２】
また、回転手段６ａ、６ｂにおいて、図５に示すように、ロータ５ａを回転させるための内部の永久磁石１６ａと外部の永久磁石１７ａとは、Ｓ極同士の斥力を用いるように配置されているが、Ｎ極同士の斥力を用いるように配置されてもよい。また、永久磁石の代わりに電磁石などを用いてもよい。さらに、回転手段６ａ、６ｂとして、他に良く知られた種々の手段を用いることができる。
また、上記ＡＬＤ装置では、反応ガスの分圧、パージ用ガスの分圧、フローティング用ガスの分圧、反応ガス供給室１０２ａ内及び成膜室１０１内の排気量、ロータ５ａの回転方向、ロータ５ａの回転速度及び成膜の開始から終了までのロータ５ａの全回転数のうち少なくとも何れか一を調整する制御手段を設けることができる。これにより、堆積の自動制御を行うことも可能である。
（ii）反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスの種類
以下に、この実施形態に係るＡＬＤ装置及びＡＬＤ法による成膜方法に用いられる反応ガス、パージ用ガス及びフローティング用ガスの種類について説明する。なお、下記する反応ガスは例示であり、これに限定されるものではない。
なお、成膜にあたっては、形成膜の種類にあわせて下記反応ガス等を適当に組み合わせて用いる。この場合も、所謂ＡＬＤウインドウの温度範囲で反応ガスを使用することが好ましい。
【００２３】
（ａ）反応ガス
マグネシウム(Mg)・・Cp2Mg、カルシウム(Ca)・・Ca(thd)2、ストロンチウム(Sr)・・Sr(thd)2、亜鉛(Zn)・・Zn, ZnCl2, (CH3)2Zn, (C2H5)2Zn、カドミウム(Cd)・・Cd, CdCl2、アルミニウム(Al)・・(CH3)3Al, (C2H5)3Al, (i-C4H9)3Al, AlCl3, (C2H5O)3Al、ガリウム(Ga)・・(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga, (C2H5)2GaCl、インジウム(In)・・(CH3)3In, (C2H5)3In, (C2H5)2InCl、炭素(C)・・C2H2、シリコン(Si)・・Si2H6, SiH4, SiH2Cl2, Si2Cl6、ゲルマニウム(Ge)・・GeH4、錫(Sn)・・SnCl4、鉛(Pb)・・Pb[(OBut) 2]m=2,3, Pb4O(OBut)6, Pb(thd) 2, Pb(dedtc) 2、窒素(N)・・NH3、燐(P)・・PH3、砒素(As)・・AsH3、アンチモン(Sb)・・SbCl5、酸素(O)・・O2, O3, H2O, H2O-H2O2, CxHyOH、硫黄(S)・・H2S、セレニウム(Se)・・Se, H2Se、テルル(Te)・・Te、チタン(Ti)・・TiCl4, Ti(OiPr)4、ジルコニウム(Zr)・・ZrI4, ZrCl4, CpZr(CH3)2, Cp2ZrCl2 (Cp=cyclopentadienyl), Zr(thd)4 (thd=3,3,5,5？tetramethylheptane-3,5 -dionate), Zr(OC(CH3)3)4, Zr[OC(CH3)3]2(dmae)2 (dme=dimethylamino -ethoxide )、ニオブ(Nb)・・NbCl5、タンタル(Ta)・・TaCl5、モリブデン(Mo)・・MoCl5、セリウム(Ce)・・Ce(thd)4、ハフニウム(Hf)・・Hf[N(CH3)(C2H5)]4, Hf[N(CH3)2]4, Hf[N(C2H5)2]4, Hf(NO3)4、その他・・(CH3)2CHOH, NO2
なお、上記反応ガスのうちには、半導体膜に導電型を付与するドーパントガスとして用いることができるガスもある。適宜、使い分けることができる。
【００２４】
（ｂ）パージ用ガス
Ｎ2，Ｈｅ，Ｎｅ,Ａｒ，Ｋｒなど
（ｃ）フローティング用ガス
Ｎ2，Ｈｅ，Ｎｅ,Ａｒ，Ｋｒなど
（iii）ＡＬＤ装置を用いた成膜方法
次に、図１５（ａ）、（ｂ）および図１６を参照して、上記ＡＬＤ装置を用いて被成膜基板１５上に一原子層ずつ堆積する成膜方法について説明する。
図１５（ａ）、（ｂ）は、被成膜基板１５上に成膜する様子を示す断面図である。本成膜方法では、上記した反応ガスのうちから２種類の異なる反応ガスを用いるものとする。図１５（ａ）、（ｂ）中、符号Ａは反応ガスＧraのＡ原子を示し、符号Ｂは反応ガスＧrbのＢ原子を示し、符号Ｆは、フローティングガスＧfa、Ｇfbの原子又は分子を示す。この場合、Ｇraとして図１に記載されたＴＤＭＡＨを用い、ＧrbとしてＨ2Ｏを用いるものとする。
図１６は、上記ＡＬＤ装置の動作中において、ロータ５ａ、５ｂによる反応ガスＧra、Ｇrbの流れ制御及びパージ用ガスＧpa、Ｇpbの導入時期を示すタイミングチャートである。図１６中、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbについては特に記載していないが、常時放出されている。パージ用ガスＧpa、Ｇpb及びフローティング用ガスＧfa、Ｇfbとして窒素を用いる。なお、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbは反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して成膜室３内に少なからず流れ込むが、この量は一定であるため、予め、この一定の流量に基づいて反応ガス中の反応物質の濃度を高めておくことで、成膜室１０１内の反応物質量の濃度を適度に確保することが可能である。
図１６に示すように、ロータ５ａの右回転→反応ガスＧraの成膜室への放出→ロータ５ａの左回転→反応ガスＧraの外部への放出→ロータ５ｂの右回転→反応ガスＧrbの成膜室への放出→ロータ５ｂの左回転→反応ガスＧrbの外部への放出という順序を１サイクルとする。この場合、各ロータ５ａ、５ｂの回転は左右に９０度（１／４回転）の範囲でよいことになる。
図１６のタイミングチャートにより、成膜室１０１内への反応ガスＧra、Ｇrbの流入と排出がどのようになるかが分かる。即ち、反応ガスＧra、Ｇrbをそれぞれ約０．２５秒間だけ成膜室３内に放出し、その後パージ用ガスＧpa、Ｇpbの放出を約０．５秒間保持することにより、ＴＤＭＡＨのように蒸気圧が低いガスでも、反応ガスＧra、Ｇrbは成膜室３内からほぼ完全に排出される。実験では、パージ用ガスＧpa、Ｇpbの導入によりガス残留量が３桁乃至４桁程度急激に低下することを確認することができた。
以下に、図１６のタイミングチャートにしたがって、図１５（ａ）、（ｂ）のように、被成膜基板１５上に一原子層ずつ堆積する方法について具体的に説明する。なお、説明においては、図１１乃至図１４も参照し、ＡＬＤ装置全体を示して装置内のガスの流れも説明する。
まず、図１６のタイミングチャートに示す最初の動作に至るまでの工程について説明する。
図１（ａ）のＡＬＤ装置の反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂに不活性ガスを導入して内部の圧力を２気圧程度にする。これにより、ロータ５ａ、５ｂは圧力により室壁２ａ、２ｂ内面に押圧されて反応ガス流路Ｒra、Ｒrbと接続する各開口端Ａra、Ａrbを塞ぐ。続いて、成膜室１０１の上部隔壁９を開ける。このとき、成膜室１０１と繋がる反応ガス流路Ｒra、Ｒrbも１気圧となるが、反応ガス流路Ｒra、Ｒrbの反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ側の開口端Ａra、Ａrbは２気圧の圧力でロータ５ａ、５ｂにより塞がれているため、反応ガス供給室５ａ、５ｂ内の反応ガスは外に洩れない。次いで、基板保持具１２の載置面に被成膜基板１５を載せ、真空チャック又は静電チャックなどにより固定する。この様子を、図１１に示す。
続いて、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂへの不活性ガスの供給を停止し、上部隔壁９を閉めて成膜室１０１内部を密閉する。そして、反応ガスの種類に応じて、基板保持具１２に内蔵されたヒータを２０〜１２００℃の温度範囲で適切な温度に設定し、被成膜基板１５を加熱する。この場合、反応ガスＧra、ＧrbのＡＬＤウインドウの範囲に該当する温度条件に設定する。
次いで、排気装置により成膜室１０１内及び反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内を排気する。所定の圧力に達した後、ガス圧力が数百パスカル乃至数万パスカルの範囲で適切な圧力に調整されたフローティング用ガスＧfa、Ｇfbを反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの下部隔壁３ａ、３ｂのフローティング用ガス導入口７ａ、７ｂに供給して、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの側部隔壁２ａ、２ｂに対してロータ５ａ、５ｂを浮上させる。なお、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbの圧力をあまり高くすると、クリアランスが非常に大きくなり、また、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内のフローティング用ガスＧfa、Ｇfbの分圧Ｐfa、Ｐfbが大きくなりすぎるため、フローティング用ガスＧfa、Ｇfbの圧力Ｐfa、Ｐfbは適度に低くする。
次いで、反応ガスＧraの供給源４ａを加熱し、反応ガス供給室１０２ａ内に反応ガスＧraを生成する。また、反応ガスＧrbの供給源４ｂからキャリアガスにより、反応ガス供給室１０２ｂ内に反応ガスＧrbを供給する。反応ガスＧra、Ｇrbの分圧をそれぞれ１パスカル乃至１０パスカルの範囲で適切な圧力に設定する。なお、反応ガスＧraに関し、必要な場合、キャリアガスを用いる。
また、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂの側部隔壁２ａ、２ｂのパージ用ガス流路Ｒpa、Ｒpbとそれぞれ繋がっているガス配管にパージ用ガスＧpa、Ｇpbを供給する。この場合、ガス配管に設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を閉じた状態にしておく。そして、パージ用ガスＧpa、Ｇpb及びフローティング用ガスＧfa、Ｇfbのうち少なくとも何れか一を含む反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂ内の全圧力が１００パスカル乃至１万パスカルの範囲で適切な圧力となるように、パージ用ガスＧpa、Ｇpbのガス分圧や成膜室１０１からの排気量を調節する。
所定の圧力に達した時点で、ロータ５ａ、５ｂを回転させて、バイパス流路Ｒbyaに繋がる開口端Ａbyaに反応ガス供給室１０２ａのロータ５ａの通気孔Ｄraを一致させ、バイパス流路Ｒbybに繋がる開口端Ａbybに反応ガス供給室１０２ｂのロータ５ｂの通気孔Ｄrbを一致させる。
次いで、側部隔壁２ａ、２ｂのパージ用ガス流路Ｒpa、Ｒpbから反応ガス流路Ｒra、Ｒrbにパージ用ガスＧpa、Ｇpbを導入する。パージ用ガスＧpa、Ｇpbは反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して被成膜基板１５の被成膜面に放出される。このとき、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂから反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通してフローティング用ガスＧfa、Ｇfbも成膜室１０１に放出されている。パージ用ガスＧpa、Ｇpb等の圧力により被成膜面上に残留する不要なガスが急激に押し退けられて、成膜室１０１下部の排気口１３に接続された排気装置へのガス流となって成膜室１０１内部から排出される。この様子を、図１４に示す。
なお、パージ用ガスＧpa、Ｇpbを、常時、流しっぱなしにしてもよい。この場合、そのパージ用ガスＧpa、Ｇpbにより、不要なガスをパージするとともに、反応ガスＧra、Ｇrbを運ぶようにする。また、場合により、パージ用ガスＧpa、Ｇpbを用いず、反応ガス供給室１０２ａ、１０２ｂから反応ガス流路Ｒra、Ｒrbを通して流入するフローティング用ガスＧfa、Ｇfbだけをパージ用ガスとして用いてもよい。
以下、図１６のタイミングチャートにしたがって成膜工程を説明する。
ロータ５ａを右方向に回転させて、ロータ５ａの通気孔Ｄraを側部隔壁２ａの開口端Ａraへと移動させる。一方、ロータ５ｂを左方向に回転させて、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbを側部隔壁２ｂの開口端Ａbybへと移動させる。この間には、パージ用ガスＧpa、Ｇpbを停止するとともに、残留するパージ用ガスＧpa、Ｇpbは被成膜基板１５の被成膜面上から排気により排出される。
次いで、ロータ５ａの通気孔Ｄraを側部隔壁２ａの開口端Ａraに一致させ、反応ガス供給室１０２ａと成膜室１０１内部とを反応ガス流路Ｒraを通して繋げると、被成膜基板１５の被成膜面に反応ガスＧraが放出される。このとき、反応ガスＧraの圧力Ｐaはフローティング用ガスＧfaの圧力（隙間）Ｐfaよりも小さくなっている。これにより、側部隔壁２ａとロータ５ａとの間の隙間に反応ガスＧraがリークするのを防止することができる。
被成膜基板１５の被成膜面上は、一原子層を成膜するのに十分な量の反応ガスＧraで満たされて成膜が始まる。そして、所定の時間経過後に、被成膜基板１５上にＡ原子からなる一原子層６１が成膜される。この様子を、図１５（ａ）に示す。反応ガスＧraとしてＴＤＭＡＨを用いた場合、化学反応によりＴＤＭＡＨのハフニウム（Ｈｆ）が水の構成元素である被成膜面の酸素と結びつき、ハフニウム（Ｈｆ）の層が形成されることになる。従って、Ａ原子はハフニウム（Ｈｆ）となる。
一方、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbを側部隔壁２ｂのバイパス流路Ｒbybと繋がる開口端Ａbybに一致させると、反応ガスＧrbが外部に放出される。このとき、反応ガスＧrbの圧力Ｐbはフローティング用ガスＧfbの圧力Ｐfbよりも小さくなっている。これにより、側部隔壁２ｂとロータ（回転体）５ｂとの間の隙間への反応ガスＧrbのリークが抑制される。この様子を、図１２に示す。
次に、ロータ５ａを左側に回転させて、ロータ５ａの通気孔Ｄraを側部隔壁２ａの通気孔Ｄraから側部隔壁２ａのバイパス流路Ｒbyaと繋がる開口端Ａbyaへと移動させる。ロータ５ａの通気孔Ｄraを側部隔壁２ａのバイパス流路Ｒbyaと繋がる開口端Ａbyaに一致させると、反応ガスＧraが外部に放出される。この間に、パージ用ガスＧpa、Ｇpbを導入し、成膜室１０１内より不要なガスをパージする。
一方、ロータ５ｂを右側に回転させて、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbを側部隔壁２ｂの反応ガス流路Ｒrbの開口端Ａrbに移動させる。
次いで、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbを側部隔壁２ｂの反応ガス流路Ｒrbの開口端Ａrbに一致させると、反応ガス供給部１０２ｂと成膜室１０１内部とが繋がり、被成膜基板１５の被成膜膜面に反応ガスＧrbが放出される。このとき、反応ガスＧrbの圧力Ｐbはフローティング用ガスＧfbの圧力Ｐfbよりも小さくなっている。これにより、側部隔壁２ｂとロータ（回転体）５ｂとの間の隙間への反応ガスＧrbのリークが抑制される。一方、被成膜基板１５の被成膜面上には、一原子層を成膜するのに十分な量の反応ガスＧrbで満たされて成膜が始まる。所定時間の経過後に、被成膜基板１５上のＡ原子からなる一原子層１０２の上にＢ原子からなる一原子層６２が成膜される。この様子を、図１５（ｂ）に示す。反応ガスＧrbとしてＨ2Ｏを用いた場合、化学反応によりＨ2Ｏの酸素原子が被成膜面のハフニウム（Ｈｆ）と結びつき、酸素の層が形成されることになる。従って、Ｂ原子は酸素となる。なお、この間に、引き続き、反応ガスＧraが外部に放出されている。この様子を、図１３に示す。
その後、ロータ５ａを右方向に回転させて、ロータ５ａの通気孔Ｄraを側部隔壁２ａの反応ガス流路Ｒraの開口端Ａraに移動させる。一方、ロータ５ｂを左側に回転させて、ロータ５ｂの通気孔Ｄrbを側部隔壁２ｂの通気孔Ｄrbから側部隔壁２ｂのバイパス流路Ｒbybと繋がる開口端Ａbybへと移動させる。この間に、パージ用ガスＧpa、Ｇpbがパージ用ガス流路Ｒpa、Ｒpbを通して放出され、成膜室１０１内部から反応ガスＧrbがほとんど瞬時に排出されることになる。この様子を、図１４に示す。
その後、図１６のタイミングチャートにより最初に説明した工程に戻る。
このようにして、それぞれのロータ５ａ、５ｂを同期させて左右の回転を続けることにより、半サイクル毎に反応ガスＧraと反応ガスＧrbとが交互に成膜室１０１に放出され、Ａ原子層とＢ原子層とが交互に積層されていく。この場合、開始から終了までの各ロータ５ａ、５ｂのサイクル数を予め設定しておくことにより、サイクル数に応じてＡ原子層とＢ原子層とが交互に積層された膜を所定の膜厚で成膜することができる。
以上のように、この発明の第１実施形態の成膜方法によれば、ロータ５ａ、５ｂを左右に回転させることにより、反応ガスＧraとＧrbの放出を交互に行い、その放出の間にパージ用ガスＧpa、Ｇpbの放出を行っている。従って、反応ガスＧra又はＧrbを放出して一原子層を堆積した後、パージ用ガスＧpa、Ｇpbの放出により被成膜基板１５上に残留する反応ガスＧra又はＧrbを瞬時に排出することが可能となる。これにより、一原子層を多層に、かつ高速に堆積することができる。
（第２の実施の形態）
（ｉ）ＡＬＤ装置の構成
装置の図を特に示さないが、第１の実施の形態のＡＬＤ装置と異なり、成膜室１０１の周囲に３種類の反応ガスＧra、Ｇrb、Ｇrcがそれぞれ放出される３つの反応ガス供給室を有している。なお、３つの反応ガス供給室及びその内部構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様な構成を有するものとする。
第２の実施の形態のＡＬＤ装置では、ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の左右の回転制御により、ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の通気孔Ｄra、Ｄrb、Ｄrcと反応ガス流路Ｒra、Ｒrb、Ｒrcの開口端又はバイパス流路Ｒbya、Ｒbyb、Ｒbycの開口端とが一致したときに、対応する反応ガスＧra、Ｇrb、Ｇrcが成膜室１０１内又は外部に放出される。
なお、上記第２の実施の形態のＡＬＤ装置をコンピュータ制御する場合、反応ガスの分圧、パージ用ガスの分圧、フローティング用ガスの分圧、成膜室内の排気量、ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の回転方向、ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の回転速度及び成膜の開始から終了までのロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の全回転履歴のうち少なくとも何れか一を制御することができる。基板保持具を回転させる場合には、その回転方向或いは速度、又はそれらの両方を制御することも可能である。これにより、堆積の自動制御が可能となる。
以上のように、この実施の形態のＡＬＤ装置においては、異なる反応ガスの放出口を３つ有し、かつロータが左右両方向に回転し得るようになっている。従って、下記の成膜方法のように、３層の異なる原子層を、全体の堆積膜中の原子層の構成割合を自在に制御して堆積することができる。しかも、ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３は反応ガスの放出をオン／オフ機能を有するので、ロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の回転方向、周期、及び同期を制御するだけで、任意の構成の膜を高速に成膜することができる。
（ii）ＡＬＤ装置を用いた成膜方法
次に、図１７（ａ）、図１８及び図１９を参照して、第２の実施の形態のＡＬＤ装置を用いた成膜方法について説明する。
図１７（ａ）は被成膜基板１５上に成膜する方法を示す断面図である。第２の実施の形態の成膜方法において、反応ガスＧra、Ｇrb、Ｇrc、パージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpc及びフローティング用ガス用ガスＧfa、Ｇfb、Ｇfcを用いることが第１の実施の形態の成膜方法と異なる。なお、上記する反応ガスのうちから単独で或いは組み合わせて３組の異なる反応ガスを用いるものとするが、説明ではそれらを一般化してＧra、Ｇrb、Ｇrcと表示する。また、パージ用ガスも同様に一般化してＧpa、Ｇpb、Ｇpcと表示し、フローティング用ガスも同様に一般化してＧfa、Ｇfb、Ｇfcと表示する。成膜はＢ原子層→Ａ原子層→Ｂ原子層→Ａ原子層→・・Ｂ原子層→Ａ原子層→Ｃ原子層→Ａ原子層→Ｂ原子層→Ａ原子層→Ｂ原子層→・・という積層順序で行なうものとする。
図１８及び図１９は、図１７（ａ）のような層構成の膜を形成する方法において、ロータによる反応ガスＧra、Ｇrb、Ｇrcの流れ制御及びパージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcの導入時期について示すタイミングチャートである。図１８はＢ原子層→Ａ原子層→Ｂ原子層→Ａ原子層→・・という繰り返し成膜する場合を示し、図１９は、Ｂ原子層→Ａ原子層→Ｃ原子層→・・という順序で成膜する場合を示す。なお、Ｂ原子層→Ａ原子層→Ｃ原子層の成膜工程後、図１６のようなタイミングチャートにしたがってＡ原子層→Ｂ原子層→Ａ原子層→Ｂ原子層→・・という繰り返し成膜を行なう。
まず、成膜室内の基板保持具に被成膜基板１５を載置し、反応ガスＧra、Ｇrb、Ｇrcのすべてに関し、一原子層の堆積が可能な飽和条件を満たす所定の温度に被成膜基板１５を加熱する。必要な場合は、支持軸を回転軸として基板保持具を回転させる。反応ガスＧra、Ｇrb、Ｇrcとパージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcのすべてを所定の圧力でロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の通気孔Ｄra、Ｄrb、Ｄrcから放出可能な状態にしておく。
次いで、成膜室から排気し、成膜室、反応ガス供給室内を所定の圧力とする。続いて、フローティング用ガスＧfa、Ｇfb、Ｇfcを導入して各反応ガス供給室のロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３を浮上させ、それぞれロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３を回転させる。まず、すべてのロータＲ１、Ｒ２、Ｒ３の通気孔Ｄra、Ｄrb、Ｄrcをバイパス流路Ｒbya、Ｒbyb、Ｒbycに一致させた後、パージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcをパージ用ガス流路に流入し、反応ガス流路を通してパージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcを成膜室に導入して、被成膜基板１５表面から不要なガスを除去しておく。
次に、図１８に示すように、反応ガスＧrbを供給する室のロータＲ２を右方向に回転させてロータＲ２の通気孔Ｄrbと反応ガス流路Ｒrbとを一致させる。これにより、反応ガス流路Ｒrbを通して反応ガスＧrbを成膜室に導入し、被成膜基板１５上に一層のＢ原子層を堆積する。
次いで、反応ガスＧrbを供給する室のロータＲ２を左方向に回転させて、ロータＲ２の通気孔Ｄrbをバイパス流路Ｒbybの開口端の方に移動させて、ロータＲ２の通気孔Ｄrbをバイパス流路Ｒbybの開口端に一致させる。これにより、反応ガスＧrbが外部に放出される。一方、反応ガスＧraを供給する室のロータＲ１を右方向に回転させてロータＲ１の通気孔Ｄraを反応ガス流路Ｒraの開口端の方に移動させる。この間にパージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcを成膜室に導入し、不要なガスを排出する。
次に、反応ガスＧraを供給する室のロータＲ１の通気孔Ｄraと反応ガス流路Ｒraとを一致させる。これにより、反応ガス流路Ｒraを通して反応ガスＧraを成膜室に導入し、Ｂ原子層上に一層のＡ原子層を堆積する。
次に、反応ガスＧraを供給する室のロータＲ１を左方向に回転させて、ロータＲ１の通気孔Ｄraをバイパス流路Ｒbyaの開口端の方に移動させ、ロータＲ１の通気孔Ｄraをバイパス流路Ｒbyaの開口端に一致させる。これにより、反応ガスＧraが外部に放出される。一方、反応ガスＧrbを供給する室のロータＲ２を右方向に回転させてロータＲ２の通気孔Ｄrbを反応ガス流路Ｒrbの開口端の方に移動させる。この間にパージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcを成膜室に導入し、不要なガスを排出する。
以上を３回繰り返し、図１７（ａ）に示すように、Ｂ原子層とＡ原子層を交互に３層ずつ堆積する。
次いで、図１９のタイミングチャートに従って、次の堆積を説明する。この場合、図１７（ａ）に基づく３層目のＢ原子層とＡ原子層の堆積は、図１９のタイミングチャートの１サイクル内の経過時間で示す１．２５秒までの堆積と同じであるので、説明を省略する。
３層目のＡ原子層の堆積後、反応ガスＧraを供給する室のロータＲ１を左方向に回転させて、ロータＲ１の通気孔Ｄraをバイパス流路Ｒbyaの開口端の方に移動させて、ロータＲ１の通気孔Ｄraをバイパス流路Ｒbyaの開口端に一致させる。これにより、反応ガスＧraが外部に放出される。一方、反応ガスＧrcを供給する室のロータＲ３を右方向に回転させてロータＲ３の通気孔Ｄrcを反応ガス流路Ｒrcの開口端の方に移動させる。この間に、反応ガスＧrbを供給する室のロータＲ２の通気孔Ｄrbはバイパス流路Ｒbybの開口端に一致させたままにし、これにより、反応ガスＧrbを外部に放出し続ける。さらに、この間に、パージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcを成膜室に導入し、不要なガスを排出する。
次に、反応ガスＧrcを供給する室のロータＲ３の通気孔Ｄrcをさらに反応ガス流路Ｒrcの開口端の方に移動させて、ロータＲ３の通気孔Ｄrcと反応ガス流路Ｒrcとを一致させる。これにより、反応ガス流路Ｒrcを通して反応ガスＧrcを成膜室に導入し、Ａ原子層上に一層のＣ原子層を堆積する。この間に、反応ガスＧra、Ｇrbを供給する室のロータＲ１、Ｒ２の通気孔Ｄra、Ｄrbはバイパス流路Ｒbya、Ｒbybの開口端に一致させたままにし、これにより、反応ガスＧra、Ｇrbを外部に放出し続ける。
次に、反応ガスＧrcを供給する室のロータＲ３を左方向に回転させてロータＲ３の通気孔Ｄrcをバイパス流路Ｒbycの開口端の方に移動させる。一方、反応ガスＧrbを供給する室のロータＲ２を右方向に回転させてロータＲ２の通気孔Ｄrbを反応ガス流路Ｒrbの開口端の方に移動させる。この間に、パージ用ガスＧpa、Ｇpb、Ｇpcを成膜室に放出し、不要なガスを排出する。さらに、この間に、反応ガスＧraを供給する室のロータＲ１の通気孔Ｄraはバイパス流路Ｒbyaの開口端に一致させたままとし、これにより、反応ガスＧraを外部に放出し続ける。
次いで、図１６のようなタイミングチャートにしたがってＡ原子層→Ｂ原子層→Ａ原子層→Ｂ原子層→・・という繰り返し成膜を行なう。この間、バイパス流路Ｒbycを通して反応ガスＧrcを外部に放出し続けるか、又は反応ガスＧrcの供給そのものを停止してもよい。
以上のようにして、図１７（ａ）に示すように、被成膜基板１０１上にＡ原子層とＢ原子層の間にＣ原子層を含む多原子層からなる膜を成膜することができる。この場合、Ｃ原子層を堆積するための反応ガスＧrcとしてドーパントガスを用いると、例えば半導体層の堆積層の間にドーパント原子層を挟むように堆積することが可能であり、全体でｎ型又はｐ型の導電型が付与された半導体膜を形成することができる。
なお、Ｃ原子層とＣ原子層の間で、図１７（ａ）よりもＢ原子層とＡ原子層の堆積を一層ずつ多く堆積することにより、図１７（ｂ）に示す多層の膜を成膜することができる。
以上のように、この実施の形態のＡＬＤ法によれば、反応ガス供給室を３つ設け、ロータＲ１乃至Ｒ３の回転を制御するだけで、３層の異なる原子層を、全体の堆積膜中の原子層の構成割合を自在に制御して堆積できる。しかも、反応ガスの放出とパージとを交互に行っているため、欠陥や不純物の混入が抑制された膜を高速に成膜することができる。
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００２５】
例えば、上記実施の形態では、本発明の処理装置を成膜装置として用いているが、これに限られない。ＡＬＤ装置のほかに、他の種類の成膜装置に適用できるし、或いはエッチング装置などの用途にも適用することができる。この場合、減圧中で成膜等を行なう用途の他に、大気圧中で成膜等を行なう用途にも適用することができる。
【００２６】
また、１つの成膜室と接続する反応ガス供給室を３つまで設けているが、更にそれ以上の反応ガス供給室を設けてもよい。
【００２７】
また、バイパス流路の開口端の大きさを反応ガス流路の開口端の大きさよりも小さくしているが、適宜変更することができる。
【００２８】
また、ロータ（回転体）の通気孔Ｄra、Ｄrbを２つ設けているが、場合により、１つでもよいし、３つ以上設けてもよい。また、図４に示すロータ５ａの通気孔Ｄraとして円形の貫通孔を用いているが、ガスが流通するような形状で、ロータ５ａの回転によりガス流通をオン／オフできるものであればよい。他のロータ５ｂ、Ｒ１乃至Ｒ３に関しても同様である。
【００２９】
また、第１、第２の実施形態では、各反応ガス供給室からそれぞれ異なる反応ガスを放出して、第１の実施形態では、Ａ原子とＢ原子という異なる原子からなる原子層６１、６２を交互に積層し、第２の実施形態では、Ａ原子とＢ原子とＣ原子層という異なる原子からなる原子層を適当な繰り返しで積層しているが、同じ反応ガスを放出して同じ原子層を多層積層し、所望の膜厚で形成することもできる。
【００３０】
また、反応ガス供給室の側部隔壁に反応ガス流路Ｒra、Ｒrb、Ｒrcの開口端とバイパス流路Ｒbya、Ｒbyb、Ｒbycの開口端を２つずつ交互に設けているが、ロータの通気孔の数に対応させて設けることができるし、また、必ずしもそれらを交互に設ける必要はない。
【００３１】
また、反応ガス供給室の側部隔壁にはバイパス流路Ｒbya、Ｒbyb、Ｒbycの開口端を設けずに反応ガス流路Ｒra、Ｒrb、Ｒrcの開口端のみを設けてもよい。この場合、パージ用ガスの放出と同期させてロータが円周の周りを同じ方向に１周する間に、複数の層を形成することができるようにしてもよい。
【００３２】
また、堆積を２層ごとに繰り返す場合、１．５秒／１サイクルでロータの回転を制御し、或いは３層ごとに繰り返す場合、２．２５秒／１サイクルでロータの回転を制御しているが、ソースの種類や成膜温度などに依存して、或いは堆積スピードを調整するため、1サイクルに要する時間、或いは1サイクル内の各工程に要する時間を適宜変更することができる。
【００３３】
さらに、この発明の成膜装置は基板保持具の上に空間を確保できるため、成膜状況を逐次観察可能な測定観測手段、堆積を円滑容易ならしめる反応ガスへのエネルギ供給源、被成膜基板の加熱手段としての赤外線やランプ加熱手段、ガス活性化のための触媒板、又はプラズマ生成手段などをその空間に設けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上記本発明の構成の処理装置は、反応ガスの高速な切り換えが可能であるため、ＡＬＤ装置のほかに、反応ガスの高速な切り換えを必要とする他の成膜装置やエッチング装置などの用途にも適用することができる。
【００３５】
また、反応ガスの切換え機構が非常に簡略化されているため、反応ガスの高速な切り換えが特に必要でなくても、装置のクリーニングを頻繁に行なう必要がある用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置の全体の構成について示す模式図であり、（ｂ）は反応ガス流路及び成膜室の構成と、それらの接続関係を示す概略の平面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置の反応ガス供給室に設置されたロータの上面図であり、（ｂ）は同じく反応ガス供給室の側部隔壁を示す上面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置の反応ガス供給室を示す図２のIII-III線及びＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガス供給室の側部隔壁（室壁）とロータ（回転体）の構成及びそれら相互の配置について示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、ロータの回転手段の構成について示す図であり、（ａ）は側断面図で、（ｂ）は上断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガス供給室の側部隔壁（室壁）にフローティング用ガスの流路の開口端を設けた他の構成について示す図であり、上の図が上面図で、下の図が上の図のII-II線に沿う断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガス供給室の側部隔壁（室壁）にフローティング用ガスの流路の開口端を設けた別の構成について示す断面図であり、上の図が上面図で、下の図が上の図のII-II線に沿う断面図である。
【図８】図７の構成を立体的に描いた斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、反応ガス供給室の側部隔壁（室壁）にフローティング用ガスの流路の開口端を設けたさらに別の構成について示す断面図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置において、ロータ（回転体）の変形例の構成について示す断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いて、成膜方法を説明する図（その１）であり、最上図は全体の模式図、第２段目の図はロータの上面図、最下図は反応ガス供給室の側部隔壁の上面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いて、成膜方法を説明する図（その２）であり、最上図は全体の模式図、第２段目の図はロータの上面図、第３段目の図は反応ガス供給室の側部隔壁の上面図、最下図は反応ガス流路及び成膜室の構成と、それらの接続関係を示す概略の平面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いて、成膜方法を説明する図（その３）であり、最上図は全体の模式図、第２段目の図はロータの上面図、第３段目の図は反応ガス供給室の側部隔壁の上面図、最下図は反応ガス流路及び成膜室の構成と、それらの接続関係を示す概略の平面図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いて、成膜方法を説明する図（その４）であり、全体の模式図、第２段目の図はロータの上面図、第３段目の図は反応ガス供給室の側部隔壁の上面図、最下図は反応ガス流路及び成膜室の構成と、それらの接続関係を示す概略の平面図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す断面図である。
【図１６】図１５の成膜方法において、ロータによる反応ガスの流れ制御及びパージ用ガスの導入時期について示すタイミングチャートである。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態であるＡＬＤ装置を用いた成膜方法について示す断面図である。
【図１８】図１７の成膜方法において、ロータによる反応ガスの流れ制御及びパージ用ガスの導入時期について示すタイミングチャート（その１）である。
【図１９】図１７の成膜方法において、ロータによる反応ガスの流れ制御及びパージ用ガスの導入時期について示すタイミングチャート（その２）である。
【符号の説明】
【００３７】
１ａ、１ｂ、９  上部隔壁（室壁）
２ａ、２ｂ、１０  側部隔壁（室壁）
３ａ、３ｂ、１１  下部隔壁（室壁）
４ａ、４ｂ  反応ガス供給源
５ａ、５ｂ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  ロータ（回転体）
６ａ、６ｂ  ロータを回転させる手段
７ａ、７ｂ  フローティング用ガス導入口
１２  基板保持具
１３  排気口
１４  整流板
１５  被成膜基板
１６ａ、１７ａ  永久磁石
５１ａ、５２ａ  溝
６１  Ａ原子の一原子層
６２  Ｂ原子の一原子層
１０１  成膜室
１０２ａ、１０２ｂ  反応ガス供給室
Ａbya、Ａbyb  バイパス流路の開口端
Ａfa、Ａfb  フローティング用ガス流路の開口端
Ａpa、Ａpb  パージ用ガス流路の開口端
Ａra、Ａrb  反応ガス流路の反応ガス供給室側の開口端
Ａta、Ａtb  反応ガス流路の成膜室側の開口端
Ｄra、Ｄrb、Ｄrc  ロータ（回転体）の通気孔
Ｇfa、Ｇfb、Ｇfc  フローティング用ガス
Ｇpa、Ｇpb、Ｇpc  パージ用ガス
Ｇra、Ｇrb、Ｇrc  反応ガス
Ｒbya、Ｒbyb、Ｒbyc  バイパス流路
Ｒfa、Ｒfb  フローティング用ガス流路
Ｒpa、Ｒpb  パージ用ガス流路
Ｒra、Ｒrb、Ｒrc  反応ガス流路
【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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