JP2010084230A

JP2010084230A - 成膜装置、基板処理装置及び回転テーブル

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Publication number: JP2010084230A
Application number: JP2009181806A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Kato; 寿加藤; Manabu Honma; 学本間; Tomoki Haishi; 朋来羽石
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2010-04-15
Also published as: US20100050944A1; KR20100028499A; TW201026882A

Abstract

【課題】コンタミネーションの発生を防いだ成膜装置を提供する。
【解決手段】互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜装置において、真空容器内に設けられた回転テーブルと、回転テーブルの同一円周上に、基板を載置するため回転テーブルに設けられた複数の基板載置部と、第１の反応ガス供給手段と、第２の反応ガス供給手段と、分離ガス供給手段と、回転テーブルの中心部周辺において上下より挟み込むように圧接させることが可能な上部固定部材及び下部固定部材とを備え、上部固定部材は、石英又はセラミックスにより形成されているものであることを特徴とする成膜装置を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図９

Description

本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを繰返し行うことにより、反応生成物が積層された薄膜を形成する成膜装置、基板処理装置及び回転テーブルに関する。

半導体製造プロセスにおける成膜手法として、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の表面に真空雰囲気下で第１の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第２の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれており、サイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができると共に、膜質の面内均一性も良好であり、半導体デバイスの薄膜化に対応できる有効な手法である。

このような成膜方法が好適である例としては、例えばゲート酸化膜に用いられる高誘電体膜の成膜が挙げられる。一例を挙げると、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を成膜する場合には、第１の反応ガス（原料ガス）として、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（以下「ＢＴＢＡＳ」という）ガス等が用いられ、第２の反応ガス（酸化ガス）としてオゾンガス等が用いられる。

このような成膜方法を実施する装置としては、真空容器の上部中央にガスシャワーへッドを備えた枚葉の成膜装置を用いて、基板の中央部上方側から反応ガスを供給し、未反応の反応ガス及び反応副生成物を処理容器の底部から排気する方法が検討されている。ところで上記の成膜方法は、パージガスによるガス置換に長い時間がかかり、またサイクル数も例えば数百回にもなることから、処理時間が長いという問題があり、高スループットで処理できる装置、手法が要望されている。

このような背景から、複数枚の基板を真空容器内の回転テーブルに回転方向に配置して成膜処理を行う装置が以下のように既に知られている。

特許文献１には、扇平な円筒状の真空容器を左右に分離し、左側領域及び右側領域に半円の輸郭に沿って形成された排気口が上向きに排気するように設けられると共に、左側半円の輪郭と右側半円の輪郭の間、つまり真空容器の直径領域には分離ガスの吐出口が形成されている。右側半円領域及び左側半円領域には互いに異なる原料ガスの供給領域が形成され、真空容器内の回転テーブルが回転することでワークピースが右側半円領域、分離領域Ｄ及び左側半円領域を通過すると共に、両原料ガスは排気口から排気される。

特許文献２には、ウエハ支持部材（回転テーブル）の上に回転方向に沿って４枚のウエハを等距離に配置する一方、ウエハ支持部材と対向するように第１の反応ガス吐出ノズル及び第２の反応ガス吐出ノズルを回転方向に沿って等距離に配置しかつこれらノズルの間にパージノズルを配置し、ウエハ支持部材を水平回転させる構成が記載されている。各ウエハはウエハ支持部材により支持され、ウエハの表面はウエハ支持部材の上面からウエハの厚さだけ上方に位置している。また各ノズルはウエハ支持部材の径方向に伸びるように設けられ、ウエハとノズルとの距離は０．１ｍｍ以上であることが記載されている。真空排気はウエハ支持部材の外縁と処理容器の内壁との間から行われる。このような装置によれば、パージガスノズルの下方がいわばエアーカーテンの役割を果たすことで第１の反応ガスと第２の反応ガスとの混合を防止している。

特許文献３には、真空容器内を隔壁により周方向に複数の処理室に分割すると共に、隔壁の下端に対して細隙を介して回転可能な円形の載置台を設けて、この載置台上にウエハを複数配置する構成が記載されている。

特許文献４には、円形のガス供給板を周方向に８つに区切り、ＡｓＨ_３ガスの供給口、Ｈ_２ガスの供給口、ＴＭＧガスの供給口及びＨ_２ガスの供給口を９０度ずつずらして配置し、さらにこれらガス供給口の間に排気口を設け、このガス供給板と対向させてウエハを支持したサセプタを回転させる手法が記載されている。

また特許文献５には、回転テーブルの上方領域を十字に４つの垂直壁で仕切り、こうして仕切られた４つの載置領域にウエハを載置すると共に、ソースガスインジェクタ、反応ガスインジェクタ、パージガスインジェクタを回転方向に交互に配置して十字のインジェクタユニットを構成し、これらインジェクタを前記４つの載置領域に順番に位置させるようにインジェクタユニットを水平回転させかつ回転テーブルの周辺から真空排気する構成が記載されている。

更にまた特許文献６（特許文献７、８）には、ターゲット（ウエハに相当する）に複数のガスを交互に吸着させる原子層ＣＶＤ方法を実施するにあたり、ウエハを載置するサセプタを回転させ、サセプタの上方からソースガスとパージガスとを供給する装置が記載されている。段落００２３から００２５には、チャンバの中心から放射状に隔壁が延びており、隔壁の下に反応ガスまたはパージガスをサセプタに供給するガス流出孔が設けられていること、隔壁からのガス流出孔から不活性ガスを流出させることでガスカーテンを形成することが記載されている。排気に関しては段落００５８に始めて記載され、この記載によると、ソースガスとパージガスとをそれぞれ排気チャネル３０ａ、３０ｂから別々に排気するようになっている。

米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、（ｂ）特開２００１−２５４１８１号公報：図１及び図２特許３１４４６６４号公報：図１、図２、請求項１特開平４−２８７９１２号公報：米国特許公報６，６３４，３１４号特開２００７−２４７０６６号公報：段落００２３〜００２５、００５８，図１２及び図１８米国特許公開公報２００７−２１８７０１号米国特許公開公報２００７−２１８７０２号

しかしながら、特許文献１に記載されている装置は、分離ガスの吐出口と反応ガスの供給領域との間に上向きの排気口を設け、反応ガスをこの排気口から分離ガスと共に排気する手法を採用しているため、ワークピースに吐出された反応ガスが上向き流となって排気口から吸い込まれるため、パーティクルの巻上げを伴ない、ウエハへのパーティクル汚染を引き起こしやすいという欠点がある。

また、特許文献２に記載されている発明は、ウエハ支持部材が回転していることもあって、パージガスノズルからのエアーカーテン作用だけではその両側の反応ガスが通過してしまい、特に回転方向上流側から前記エアーカーテン中を拡散してしまうことは避けられない。更にまた第１の反応ガス吐出ノズルから吐出した第１の反応ガスは回転テーブルに相当するウエハ支持部材の中心部を介して容易に第２の反応ガス吐出ノズルからの第２の反応ガス拡散領域に到達してしまう。このように第１の反応ガスと第２の反応ガスとがウエハ上で混合されてしまうと、ウエハ表面に反応生成物が付着し、良好なＡＬＤ（あるいはＭＬＤ）処理ができなくなる。

また、特許文献３に記載されている装置は、隔壁と載置台あるいはウエハとの間の隙間からプロセスガスが隣の処理室に拡散し、また複数の処理室の間に排気室を設けているので、ウエハがこの排気室を通るときに上流側及び下流側の処理室からのガスが当該排気室にて混合される。このためいわゆるＡＬＤ方式の成膜手法には適用できない。

また、特許文献４に記載されている手法は、２つの反応ガスの分離に対して現実的な手段が何ら開示されておらず、サセプタの中心付近においては勿論のこと、実際には中心付近以外においてもＨ_２ガスの供給口の配列領域を介して２つの反応ガスが混合されてしまう。更にまたウエハの通過領域と対向する面に排気口を設けると、サセプタ表面からのパーティクルの巻上げなどによりウエハのパーティクル汚染が起こりやすいという致命的な問題もある。

また、特許文献５に記載されている構成においては、各載置領域にソースガスあるいは反応ガスを供給した後、パージガスノズルにより当該載置領域の雰囲気をパージガスで置換するために長い時間がかかるし、また一の載置領域から垂直壁を越えて隣接する載置領域にソースガスあるいは反応ガスが拡散して、両ガスが載置領域にて反応するおそれが大きい。

本発明はこのような問題に基づいて行われたものであり、その目的は、基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順次供給して反応生成物からなる層を積層することにより薄膜を形成する場合において、回転テーブル及びその周辺部より生じる金属粉等のコンタミネーションの発生を防ぐことであり、また、回転テーブルの割れや破損を防ぐことが可能な構造の成膜装置、基板処理装置及び回転テーブルを提供することにある。

本発明は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、前記回転テーブルの中心部周辺において上下より挟み込むように圧接させることが可能な上部固定部材及び下部固定部材と、を備え、前記上部固定部材は、石英又はセラミックスにより形成されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、前記回転テーブルの中心部周辺において上下より挟み込むように圧接させることが可能な上部固定部材及び下部固定部材と、を備え、前記上部固定部材と前記回転テーブルとは、互いにセラミックス材料同士の接触であり、また、前記下部固定部材と前記回転テーブルとは、互いにセラミックス材料同士の接触であることを特徴とする。

また、本発明は、成膜装置に設けられた上部固定部材及び下部固定部材により、中心部周辺において上下より挟み込むように圧接され、回転可能な状態で固定される回転テーブルにおいて、前記回転テーブルの表面であって、前記上部固定部材及び前記下部固定部材と接触する領域には、セラミックス膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順次供給して反応生成物からなる層を積層することにより薄膜を形成する場合において、回転テーブル及びその周辺部より生じる金属粉等のコンタミネーションの発生を防ぐことができ、また、回転テーブルの割れや破損を防止することが可能となる。これにより、不良品の発生を防ぐと共に、パーティクル等の発生を防ぎ、長期間、清浄な環境において成膜の行うことが可能となるため、コンタミネーションの混入を極力減らすことができ、不純物が混入しない高品質な薄膜の成膜を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図上記の成膜装置の横断平面図上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図上記の成膜装置の一部を示す縦断面図上記の成膜装置の一部破断斜視図分離ガスあるいはパージガスの流れる様子を示す説明図上記の成膜装置の一部破断斜視図本発明の実施の形態に係る回転テーブルを固定した状態の断面図本発明の実施の形態に係る回転テーブルを固定した状態の断面拡大図本発明の別の実施の形態に係る回転テーブルを固定した状態の断面図本発明の別の実施の形態に係る回転テーブルを固定した状態の断面図第１の反応ガス及び第２の反応ガスが分離ガスにより分離されて排気される様子を示す説明図分離領域に用いられる凸状部の寸法例を説明するための説明図分離領域の他の例を示す縦断面図分離領域に用いられる凸状部の他の例を示す縦断面図反応ガス供給手段のガス吐出孔の他の例を示す底面図本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図本発明の更に他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図本発明の更に他の実施の形態に係る成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す縦平面図本発明の成膜装置を用いた基板処理システムの一例を示す概略平面図である。

本発明の実施の形態である成膜装置は、図１に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は天板１１が容器本体１２から分離できるように構成されている。天板１１は、内部の減圧状態により封止部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板１１を容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。

回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板であるウエハを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを描いてある。ここで図４は、回転テーブル２を同心円に沿って切断しかつ横に展開して示す展開図であり、凹部２４は、図４（ａ）に示すようにその直径がウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きく、またその深さはウエハＷの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハＷを凹部２４に落とし込むと、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うことになる。ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との間の高さの差が大きいとその段差部分で圧力変動が生じることから、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との高さをそろえることが、膜厚の面内均一性をそろえる観点からの好ましい。ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えるとは、同じ高さであるかあるいは両面の差が５ｍｍ以内であることをいうが、加工精度などに応じてできるだけ両面の高さの差をゼロに近づけることが好ましい。凹部２４の底部には、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピン（図８参照）が貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。

凹部２４はウエハＷを位置決めして回転テーブル２の回転に伴なう遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置部に相当する部位であるが、基板載置部（ウエハ載置部）は、凹部に限らず例えば回転テーブル２の表面にウエハの周縁をガイドするガイド部材をウエハＷの周方向に沿って複数並べた構成であってもよく、あるいは回転テーブル２側に静電チャックなどのチャック機構を持たせてウエハＷを吸着する場合には、その吸着によりウエハＷが載置される領域が基板載置部となる。

図２および３を参照すると、回転テーブル２の上方に第１の反応ガスノズル３１、第２の反応ガスノズル３２、および分離ガスノズル４１，４２を含み、これらは、所定の角度間隔で半径方向に延在している。この構成により、凹部２４は、ノズル３１，３２，４１，および４２の下を通過することができる。図示の例では、第２の反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１、および分離ガスノズル４２がこの順に時計回りに配置されている。これらのガスノズル３１，３２，４１，４２は、容器本体１２の周壁部を貫通し、ガス導入ポート３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａである端部を壁の外周壁に取り付けることにより、支持されている。ガスノズル３１，３２，４１，４２は、図示の例では、容器１の周壁部から容器１内へ導入されているが、環状の突出部５（後述）から導入しても良い。この場合、突出部５の外周面と天板１１の外表面とに開口するＬ字型の導管を設け、容器１内でＬ字型の導管の一方の開口にガスノズル３１（３２，４１，４２）を接続し、容器１の外部でＬ字型の導管の他方の開口にガス導入ポート３１ａ（３２ａ、４１ａ、４２ａ）を接続することができる。

反応ガスノズル３１、３２は、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスのガス供給源及び第２の反応ガスであるＯ_３（オゾン）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されており、分離ガスノズル４１、４２はいずれも分離ガスであるＮ_２ガス（窒素ガス）のガス供給源（図示せず）に接続されている。

反応ガスノズル３１、３２には、下方側に反応ガスを吐出するための吐出孔３３がノズルの長さ方向に間隔を置いて配列されている。また分離ガスノズル４１、４２には、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０が長さ方向に間隔を置いて穿設されている。反応ガスノズル３１、３２は夫々第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段に相当し、その下方領域は夫々ＢＴＢＡＳガスをウエハＷの表面に吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びＯ_３ガスをウエハＷの表面に吸着させるための第２の処理領域Ｐ２となる。

分離ガスノズル４１、４２は、前記第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するための分離領域Ｄを形成するためのものであり、この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には図２〜図４に示すように、回転テーブル２の回転中心を中心としかつ真空容器１の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した天井板となる凸状部４が設けられている。分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収められている。即ち分離ガスノズル４１、（４２）の中心軸から凸状部４である扇型の両縁（回転方向上流側の縁及び下流側の縁）までの距離は同じ長さに設定されている。

従って分離ガスノズル４１、４２における前記周方向両側には、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在することになる。この凸状部４の役割は、回転テーブル２との間に第１の反応ガス及び第２の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。

即ち、分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側からＯ_３ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からＢＴＢＡＳガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ_２ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、隣接空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したＯ_３ガス及びＢＴＢＡＳガスが凸状部４内で交じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄの役割である第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気との分離作用が発揮できる。またウエハＷの表面に吸着したガスについては当然に分離領域Ｄ内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。

図１、２、及び３を参照すると、天板１１の下面には、内周縁がコア部２１の外周面に面するように配置された環状の突出部５が設けられている。突出部５は、コア部２１よりも外側の領域において回転テーブル２と対向している。また、突出部５は、凸状部４と一体に形成され、凸状部４の下面と突出部５の下面とは一の平面を形成している。すなわち、突出部５の下面の回転テーブル２からの高さは、凸状部４の下面（天井面４４）の高さと等しい。この高さは、後に高さｈと言及される。ただし、突出部５と凸状部４は、必ずしも一体でなくても良く、別体であっても良い。なお、図２及び３は、凸状部４を容器１内に残したまま天板１１を取り外した容器１の内部構成を示している。

凸状部４及び分離ガスノズル４１（４２）の組み合わせ構造の作り方については、凸状部４をなす１枚の扇型プレートの中央に溝部４３を形成してこの溝部４３内に分離ガスノズル４１（４２）を配置する構造に限らず、２枚の扇型プレートを用い、分離ガスノズル４１（４２）の両側位置にて天板本体の下面にボルト締めなどにより固定する構成などであってもよい。

この例では分離ガスノズル４１（４２）は、真下に向いた例えば口径が０．５ｍｍの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って１０ｍｍの間隔をおいて配列されている。また反応ガスノズル３１、３２についても、真下に向いた例えば口径が０．５ｍｍの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って例えば１０ｍｍの間隔をおいて配列されている。

この例では直径３００ｍｍのウエハＷを被処理基板としており、この場合凸状部４は、回転中心から１４０ｍｍ離れた突出部５との境界部位においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば１４６ｍｍであり、ウエハの載置領域（凹部２４）の最も外周部においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍである。なお図４（ａ）に示すように、当該外側部位において分離ガスノズル４１（４２）の両脇から夫々左右に位置する凸状部４の周方向の長さＬでみれば、長さＬは２４６ｍｍである。

また、図４（ａ）に示すように凸状部４の下面、即ち天井面４４における回転テーブル２の表面までの高さｈは、例えば約０．５ｍｍから約１０ｍｍであって良く、約４ｍｍであると好適である。この場合、回転テーブル２の回転数は例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍに設定されている。分離領域Ｄの分離機能を確保するためには、回転テーブル２の回転数の使用範囲などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）と回転テーブル２の表面との高さｈを例えば実験などにも基づいて設定することになる。なお分離ガスとしては、Ｎ_２ガスに限られずＨｅやＡｒガスなどの不活性ガスを用いることができるが、不活性ガスに限らず水素ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。

真空容器１の天板１１の下面、つまり回転テーブル２のウエハ載置部（凹部２４）から見た天井面は既述のように第１の天井面４４とこの天井面４４よりも高い第２の天井面４５とが周方向に存在するが、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図５では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は図２及び図５に示されているように回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。扇型の凸状部４は天板１１側に設けられていて、容器本体１２から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。この屈曲部４６も凸状部４と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、回転テーブル２の表面に対する天井面４４の高さｈと同じ高さに設定されている。この例においては、回転テーブル２の表面側領域からは、屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成していると見ることができる。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図５に示すように前記屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分を排気領域６と呼ぶことにすると、この排気領域６の底部には図１及び図３に示すように例えば２つの排気口６１、６２が設けられている。これら排気口６１、６２は各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば共通の真空ポンプ６４に接続されている。なお図１中、６５は圧力調整手段であり、排気口６１、６２ごとに設けてもよいし、共通化されていてもよい。排気口６１、６２は、分離領域Ｄの分離作用が確実に働くように、平面で見たときに前記分離領域Ｄの前記回転方向両側に設けられ、各反応ガス（ＢＴＢＡＳガス及びＯ_３ガス）の排気を専用に行うようにしている。この例では一方の排気口６１は第１の反応ガスノズル３１とこの反応ガスノズル３１に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に設けられ、また他方の排気口６２は、第２の反応ガスノズル３２とこの反応ガスノズル３２に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に設けられている。排気口の設置数は２個に限られるものではなく、例えば分離ガスノズル４２を含む分離領域Ｄと当該分離領域Ｄに対して前記回転方向下流側に隣接する第２の反応ガスノズル３２との間に更に排気口を設置して３個としても良いし、４個以上であってもよい。この例では排気口６１、６２は回転テーブル２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁と回転テーブル２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器１の底面部に設けることに限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。また排気口６１，６２は、真空容器１の側壁に設ける場合には、回転テーブル２よりも高い位置に設けるようにしても良い。このように排気口６１，６２を設けることにより回転テーブル２上のガスは、回転テーブル２の外側に向けて流れるため、回転テーブル２に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻き上げが抑えられるという観点において有利である。

前記回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１、図５及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷをプロセスレシピで決められた温度に加熱するようになっている。前記回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域６に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画するためにヒータユニット７を全周に亘って囲むようにカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は上縁が外側に屈曲されてフランジ形状に形成され、その屈曲面と回転テーブル２の下面との間の隙間を小さくして、カバー部材７１内に外方からガスが侵入することを抑えている。

図１、５及び７に示すように、ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近、コア部２１に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔についてもその内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体２０内に連通している。そして前記ケース体２０にはパージガスであるＮ_２ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向に複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。

このようにパージガス供給管７２、７３を設けることにより図７にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体２０内からヒータユニット７の配置空間に至るまでの空間がＮ_２ガスによりパージされ、このパージガスが回転テーブル２とカバー部材７１との間の隙間から排気領域６を介して排気口６１、６２に排気される。これによって既述の第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との一方から回転テーブル２の下方を介して他方にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ_３ガスが回り込むことが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。

また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ_２ガスを供給するように構成されている（図７参照）。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置部側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部５で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間で回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳガスあるいはＯ_３ガス）が混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との雰囲気を分離するために回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより区画され、分離ガスによりパージされると共に当該回転テーブル２の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。

更に真空容器１の側壁には図２、図３及び図８に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウエハ載置部である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１６の昇降機構（図示せず）が設けられる。

またこの実施の形態の成膜装置は、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられ、この制御部１００のメモリ内は装置を運転するためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の装置の動作を実行する用にステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フロッピーディスクなどの記憶媒体から制御部１００内にインストールされる。

本実施の形態では、コア部２１において、回転テーブル２が固定されているが、コア部２１の構造、回転テーブル２の構造、固定方法について図９及び図１０に基づき詳しく説明する。

本実施の形態では、回転テーブル２を固定するためコア部２１において、上部固定部材である上ハブ１２１と下部固定部材である下ハブ１２２を有している。回転テーブル２は、コア部２１において固定するために中心部分に円形状の開口部を有しており、回転テーブル２は、上ハブ１２１と下ハブ１２２により挟み込むように圧接し固定される。上ハブ１２１は、石英等から構成されており、回転テーブル２を固定するためボルト１２３を通す穴１２７が中心部周辺に設けられている。また、下ハブ１２２は、ステンレスやインコネル等の材料により形成されており、回転軸２２と接続されている。

また、下ハブ１２２には、回転テーブル２を固定するためボルト１２３を留めるためのねじ穴１２８が設けられている。図１０に示すように下ハブ１２２が回転テーブル２と接する領域には、セラミックス膜１２２ａが形成されている。このセラミックス膜１２２ａは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）又は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）との混合材料からなるものであり、セラミック溶射により形成される。尚、後述するよう回転テーブル２は、石英等により形成されているため、下ハブ１２２と回転テーブル２との熱膨張差が大きく、セラミックス膜１２２ａを形成していない場合では、コンタミネーション等が発生する。即ち、回転テーブル２と下ハブ１２２との接触部分において、回転テーブル２により下ハブ１２２の表面が削り取られ金属粉等が発生し、この金属粉等がウエハにおいてコンタミネーションとなる。更に、セラミックス膜１２２ａを形成していない場合では、回転テーブル２と下ハブ１２２との接触部分において金属粉等又は傷等が発生し、回転テーブル２が破損する場合がある。

しかしながら、本実施の形態では、回転テーブル２と上ハブ１２１との接触部分、及び回転テーブル２と下ハブ１２２との接触部分において金属粉等のコンタミネーションが発生することはなく、また、回転テーブル２の破損を防ぐことができる。

本実施の形態では、下ハブ１２２の表面に形成されたセラミックス膜１２２ａについて、回転テーブル２と接する領域においては鏡面加工が施されている。同様に上ハブ１２１は回転テーブル２と接する領域においても鏡面加工が施されている。

また、回転テーブル２は、石英又は図１０に示すようにカーボン等の材料の表面にＳｉＣ膜２ａを成膜したものにより形成されており、回転テーブル２において、上ハブ１２１及び下ハブ１２２と接する領域には鏡面加工が施されている。

上ハブ１２１は石英から構成されており、回転テーブル２は石英又はカーボン等の材料の表面にＳｉＣ膜２ａを成膜したものから構成されているため、双方が接触する領域における材料は、ともにセラミックス材料であり、摩擦等により金属粉が生じることはない。特に、双方の面とも鏡面加工が施されており、コンタミネーションの発生をより一層防ぐことができる。

また、下ハブ１２２は、回転テーブル２と接触する領域において酸化アルミニウム、酸化イットリウム又は、酸化アルミニウムと酸化イットリウムとの混合材料からなるセラミックス膜１２２ａが形成されている。よって、回転テーブル２は石英又はカーボン等の材料の表面にＳｉＣ膜２ａを成膜したものから構成されているため、双方が接触する領域における材料は、ともにセラミックス材料であり、摩擦等により金属粉が生じることはない。特に、双方の面とも鏡面加工が施されており、コンタミネーションの発生をより一層防ぐことができる。

このように、回転テーブル２が固定されるコア部２１においては、金属粉等のコンタミネーションの発生を抑制することができる。

尚、本実施の形態における成膜装置において、下ハブ１２２をセラミックスにより形成してもよい。この場合のセラミックス材料としては、強靱性の観点より窒化珪素（ＳｉＮ）又は酸化ジルコニアを含む材料が挙げられる。また、下ハブ１２２をセラミックスにより形成する場合には、下ハブ１２２における回転テーブル２との接触面には、セラミックス膜１２２ａを設ける必要がない場合がある。

また、回転テーブル２をセラミックスにより形成することにより、ＳｉＣ膜２ａを成膜することなく同様の効果を得ることが可能である。尚、本実施の形態では、上ハブ１２１は、３００〜４００℃の高温に耐え得るよう、または、反応ガスに曝された場合にも耐え得るように、石英が用いられている。これにより、上ハブ１２１と回転テーブル２との接触がセラミックス材料同士の接触となる。また、下ハブ１２２にセラミックス膜１２２ａを形成することにより、下ハブ１２２と回転テーブル２との接触をセラミックス材料同士の接触とすることができる。更に、下ハブ１２２をセラミックス材料により形成した場合も同様である。

また、コア部２１における回転テーブル２の固定方法は、上ハブ１２１に設けられた穴１２７に皿バネ１２４を介し通されたボルト１２３が、下ハブ１２２に設けられたねじ穴１２８にねじ込まれることにより固定される。ボルト１２３で固定する際に、皿バネ１２４を介しているため、回転テーブル２を加熱した際に、上ハブ１２１及び下ハブ１２２にも熱が伝わり、熱膨張により上ハブ１２１及び下ハブ１２２に変形が生じる場合がある。しかしながら、皿バネ１２４により、この変形を緩和することができ上ハブ１２１、下ハブ１２２の変形に起因して生じる応力によって回転テーブル２が破損されることを防ぐことができる。尚、本実施の形態では、回転テーブル２は、６本のボルト１２３により、上ハブ１２１、下ハブ１２２と固定されており、上ハブ１２１には各のボルト１２３に対応した穴１２７が設けられており、下ハブ１２２には各のボルト１２３に対応したねじ穴１２８が設けられている。

また、本実施の形態では、回転テーブル２の中心軸が回転テーブル２の回転軸と一致するように、回転テーブル２の中心部分に設けられた円形状の開口部内に、センターリング１２５が設けられている。回転テーブル２とセンターリング１２５の間にはコイルスプリング１２６が設けられており、回転テーブル２を加熱した際に回転テーブル２は熱膨張により変形した場合であっても、コイルスプリング１２６により、回転テーブル２の熱膨張は緩衝されるため、回転テーブル２において破損やワレ等が生じることはない。尚、回転テーブル２が回転する際には、センターリング１２５も同時に回転する。この際回転テーブル２の回転軸とセンターリング１２５の回転軸とは一致している。

本実施の形態では、回転テーブル２を固定するために上ハブ１２１と下ハブ１２２とを通常のボルト１２３により固定する方法について説明したが、図１１に示すように、ボルト１３３を上ハブ１２１の穴１２７に通す際、上ハブ１２１と皿バネ１２４との間にスペーサ１３２を設けた構造や、図１２に示すように、下ハブ１２２のネジ穴１２８にねじ込まれる領域となる先端部分にのみネジが切られたショルダーボルト１３４を用いる構造も考えられる。このような構造にすることにより、ボルトを締めすぎることを防ぐことができ、長期間安定的に装置を使用することができる。

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに図８に示すように凹部２４の底部の貫通孔を介して真空容器の底部側から昇降ピン１６が昇降することにより行われる。

このようなウエハＷの受け渡しは回転テーブル２を間欠的に回転させて行われ、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。続いて真空ポンプ６４により真空容器１内を予め設定した圧力に真空引きすると共に、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを加熱する。詳しくは、回転テーブル２はヒータユニット７により予め例えば３００℃に加熱されており、ウエハＷがこの回転テーブル２に載置されることで加熱される。ウエハＷの温度が図示しない温度センサにより設定温度になったことを確認した後、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から夫々ＢＴＢＡＳガス及びＯ_３ガスを吐出させると共に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ_２ガスを吐出する。

ウエハＷは回転テーブル２の回転により、第１の反応ガスノズル３１が設けられる第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル３２が設けられる第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過するため、ＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いでＯ_３ガスが吸着して、ＢＴＢＡＳ分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成され、こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。

また、図７より、上記の成膜動作中、分離ガス供給管５１からも分離ガスであるＮ_２ガスが供給され、これにより中心領域Ｃから、即ち、突出部５と回転テーブル２との間の隙間５０から回転テーブル２の表面に沿ってＮ_２ガスが吐出される。この実施形態では、第２の天井面４５の下の空間であって反応ガスノズル３１（３２）が配置されている空間は、中心領域Ｃ、および第１の天井面４４と回転テーブル２との間の狭隘な空間よりも低い圧力を有している。これは、天井面４５の下の空間に隣接して排気領域６が設けられ、その空間は排気領域６を通して直接に排気されるからである。また、狭隘な空間が、反応ガスノズル３１（３２）が配置されている空間、または第１（第２）の処理領域Ｐ１（Ｐ２）と狭隘な空間との間の圧力差が高さｈによって維持され得るように形成されているためでもある。

次に、ガスノズル３１，３２，４１，４２から容器１内へ供給されたガスのフローパターンを図１３を参照しながら説明する。図１３は、フローパターンを模式的に示す図である。図示のとおり、第２の反応ガスノズル３２から吐出されたＯ_３ガスの一部は、回転テーブル２の表面（およびウエハＷの表面）に当たって、その表面に沿って回転テーブル２の回転方向と逆の方向に流れる。次いで、このＯ_３ガスは、回転テーブル２の回転方向の上流側から流れてきたＮ_２ガスに押し戻され、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁の方へ向きを変える。最後に、Ｏ_３ガスは、排気領域６に流れ込み、排気口６２を通して容器１から排気される。

また第２の反応ガスノズル３２から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面に当たってその表面に沿って回転方向下流側に向かうＯ_３ガスは、中心部領域Ｃから吐出されるＮ_２ガスの流れと排気口６２の吸引作用により当該排気口６２に向かおうとするが、一部は下流側に隣接する分離領域Ｄに向かい、扇型の凸状部４の下方側に流入しようとする。ところがこの凸状部４の天井面の高さ及び周方向の長さは、各ガスの流量などを含む運転時のプロセスパラメータにおいて凸状部４の天井面の下方側へのガスの侵入を防止できる寸法に設定されているため、図４（ｂ）にも示してあるようにＯ_３ガスは扇型の凸状部４の下方側にほとんど流入できないかあるいは少し流入したとしても分離ガスノズル４１付近までには到達できるものではなく、分離ガスノズル４１から吐出したＮ_２ガスにより回転方向上流側、つまり第２の処理領域Ｐ２側に押し戻されてしまい、中心部領域Ｃから吐出されているＮ_２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して排気口６２に排気される。

また第１の反応ガスノズル３１から下方側に吐出され、回転テーブル２の表面に沿って回転方向上流側及び下流側に夫々向かうＢＴＢＡＳガスは、その回転方向上流側及び下流側に隣接する扇型の凸状部４の下方側に全く侵入できないかあるいは侵入したとしても第１の処理領域Ｐ１側に押し戻され、中心部領域Ｃから吐出されているＮ_２ガスと共に、回転テーブル２の周縁と真空容器１の内周壁との隙間から排気領域６を介して排気口６１に排気される。即ち、各分離領域Ｄにおいては、雰囲気中を流れる反応ガスであるＢＴＢＡＳガスあるいはＯ_３ガスの侵入を阻止するが、ウエハＷの表面に吸着されているガス分子はそのまま分離領域つまり扇型の凸状部４による低い天井面の下方を通過し、成膜に寄与することになる。

更にまた第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ_３ガス）は、中心部領域Ｃ内に侵入しようとするが、図７及び図１３に示すように当該中心部領域Ｃからは分離ガスが回転テーブル２の周縁に向けて吐出されているので、この分離ガスにより侵入が阻止され、あるいは多少侵入したとしても押し戻され、この中心部領域Ｃを通って第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することが阻止される。

そして分離領域Ｄにおいては、扇型の凸状部４の周縁部が下方に屈曲され、屈曲部４６と回転テーブル２の外端面との間の隙間が既述のように狭くなっていてガスの通過を実質阻止しているので、第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガス（第２の処理領域Ｐ２のＯ_３ガス）は、回転テーブル２の外側を介して第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）に流入することも阻止される。従って２つの分離領域Ｄによって第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気とが完全に分離され、ＢＴＢＡＳガスは排気口６１に、またＯ_３ガスは排気口６２に夫々排気される。この結果、両反応ガスこの例ではＢＴＢＡＳガス及びＯ_３ガスが雰囲気中においてもウエハＷ上においても交じり合うことがない。なおこの例では、回転テーブル２の下方側をＮ_２ガスによりパージされるため、排気領域６に流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばＢＴＢＡＳガスがＯ_３ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。こうして成膜処理が終了すると、各ウエハは搬入動作と逆の動作により順次搬送アーム１０により搬出される。

ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、回転テーブル２の回転数は３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合、例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、プロセス圧力は例えば１０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は例えば３５０℃、ＢＴＢＡＳガス及びＯ_３ガスの流量は例えば夫々１００ｓｃｃｍ及び１００００ｓｃｃｍ、分離ガスノズル４１、４２からのＮ_２ガスの流量は例えば２００００ｓｃｃｍ、真空容器１の中心部の分離ガス供給管５１からのＮ_２ガスの流量は例えば５０００ｓｃｃｍである。また１枚のウエハに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハが処理領域Ｐ１、Ｐ２の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、多数回例えば６００回である。

この実施形態による成膜装置によれば、成膜装置が、ＢＴＢＡＳガスが供給される第１の処理領域と、Ｏ_３ガスが供給される第２の処理領域との間に、低い天井面４４を含む分離領域Ｄを有しているため、ＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）が第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）へ流れ込むのが防止され、Ｏ_３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合されるのが防止される。したがって、ウエハＷが載置された回転テーブル２を回転させて、ウエハＷを第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２、および分離領域Ｄを通過させることにより、ＭＬＤ（ＡＬＤ）モードでの酸化シリコン膜の堆積が確実に実施される。また、ＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）が第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）へ流れ込みＯ_３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合するのを更に確実に防止するため、分離領域Ｄは、Ｎ_２ガスを吐出する分離ガスノズル４１，４２を更に含む。さらに、この実施形態による成膜装置の真空容器１は、Ｎ_２ガスが吐出される吐出孔を有する中心領域Ｃを有しているため、中心領域Ｃを通ってＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）が第２の処理領域Ｐ２（第１の処理領域Ｐ１）へ流れ込みＯ_３ガス（ＢＴＢＡＳガス）と混合されるのを防止することができる。さらにまた、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスが混合されないため、回転テーブル２への酸化シリコンの堆積が殆ど生じず、よって、パーティクルの問題を低減することができる。

なお、本実施形態による成膜装置においては、回転テーブル２は５つの凹部２４を有し、対応する５つの凹部２４に載置された５枚のウエハＷを一回のランで処理することができるが、５つの凹部２４のうちの一つに１枚のウエハＷを載置しても良いし、回転テーブル２に凹部２４を一つのみ形成しても良い。

本発明で適用される処理ガスとしては、上述の例の他に、ＤＣＳ［ジクロロシラン］、ＨＣＤ［ヘキサクロロジシラン］、ＴＭＡ［トリメチルアルミニウム］、３ＤＭＡＳ［トリスジメチルアミノシラン］、ＴＥＭＨＦ［テトラキスエチルメチルアミノハフニウム］、Ｓｒ（ＴＨＤ）２［ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト］、Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ）［チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト］、モノアミノシランなどを挙げることができる。

また前記分離領域Ｄの天井面４４において、前記分離ガスノズル４１、４２に対して回転テーブル２の回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましい。その理由は回転テーブル２の回転によって上流側から分離領域Ｄに向かうガスの流れが外縁に寄るほど速いためである。この観点からすれば、上述のように凸状部４を扇型に構成することは得策である。

以下に、凸状部４（又は天井面４４）のサイズを再び例示する。図１４（ａ）、（ｂ）を参照すると、分離ガスノズル４１（４２）の両側に狭隘な空間を形成する天井面４４は、ウエハ中心ＷＯが通る経路に対応する円弧の長さＬとしてウエハＷの直径の約１／１０〜約１／１の長さであって良く、約１／６以上であると好ましい。具体的には、ウエハＷが３００ｍｍの直径を有している場合、この長さＬは、約５０ｍｍ以上が好ましい。この長さＬが短い場合、天井面４４と回転テーブル２との間の狭隘な空間の高さｈは、反応ガスが狭隘な空間へ流れ込むのを効果的に防止するため、低くしなければならない。しかし、長さＬが短くなり過ぎて、高さｈが極端に低くなると、回転テーブル２が天井面４４に衝突し、パーティクルが発生してウエハの汚染が生じたり、ウエハが破損したりする可能性がある。したがって、回転テーブル２の天井面４４に衝突するのを避けるため、回転テーブル２の振動を抑える、又は回転テーブル２を安定して回転させるための方策が必要となる。一方、長さＬを短くしたまま狭隘な空間の高さｈを比較的大きく維持する場合には、天井面４４と回転テーブル２との間の狭隘な空間に反応ガスが流れ込むのを防止するため、回転テーブル２の回転速度を低くしなければならず、製造スループットの点でむしろ不利になる。これらの考察から、ウエハ中心ＷＯの経路に対応する円弧に沿った、天井面４４の長さＬは、約５０ｍｍ以上が好ましい。しかし、凸状部４又は天井面４４のサイズは、上記のサイズに限定されることなく、使用されるプロセスパラメータやウエハサイズに従って調整して良い。また、狭隘な空間が、分離領域Ｄから処理領域Ｐ１（Ｐ２）への分離ガスの流れが形成される程度の高さを有している限りにおいて、上述の説明から明らかなように、狭隘な空間の高さｈもまた、使用されるプロセスパラメータやウエハサイズに加えて、たとえば天井面４４の面積に応じて調整して良い。

また、上記の実施形態においては、凸状部４に設けられた溝部４３に分離ガスノズル４１（４２）が配置され、分離ガスノズル４１（４２）の両側に低い天井面４４が配置されている。しかし、他の実施形態においては、分離ガスノズル４１の代わりに、図１５に示すように凸状部４の内部において回転テーブル２の直径方向に伸びる流路４７を形成し、この流路４７の長さ方向に沿って複数のガス吐出孔４０を形成し、これらのガス吐出孔４０から分離ガス（Ｎ_２ガス）を吐出するようにしてもよい。

分離領域Ｄの天井面４４は平坦面に限られるものではなく、図１６（ａ）に示すように凹面形状に構成してもよいし、図１６（ｂ）に示すように凸面形状にしてもよく、あるいはまた図１６（ｃ）に示すように波型状に構成してもよい。

また、凸状部４は中空であって良く、中空内に分離ガスを導入するように構成しても良い。この場合、複数のガス吐出孔３３を、図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）に示すように配列してもよい。
Ａ．図１７（ａ）に示すように回転テーブル２の直径に対して斜めに向いた横長のスリットからなる多数の吐出孔３３を、互いに隣接するものの一部同士が前記直径方向に重なるようにして、当該直径方向に間隔をおいて配置した構成。
Ｂ．図１７（ｂ）に示すように多数の吐出孔３３を蛇行ライン状に配列した構成。
Ｃ．図１７（ｃ）に示すように回転テーブル２の周縁側に迫る多数の円弧状のスリットからなる吐出孔３３を前記直径方向に間隔をおいて配列した構成。

また、本実施形態では凸状部４はほぼ扇形の上面形状を有するが、他の実施形態では、図１７（ｄ）に示す長方形、又は正方形の上面形状を有して良い。また、凸状部４は、図１７（ｅ）に示すように、上面は全体として扇形であり、凹状に湾曲した側面４Ｓｃを有していても良い。加えて、凸状部４は、図１７（ｆ）に示すように、上面は全体として扇形であり、凸状に湾曲した側面４Ｓｖを有していても良い。さらにまた、図１７（ｇ）に示すとおり、凸状部４の回転テーブル２（図１）の回転方向の上流側の部分が凹状の側面４Ｓｃを有し、凸状部４の回転テーブル２（図１）の回転方向の下流側の部分が平面状の側面４Ｓｆを有していても構わない。なお、図１７（ｄ）から図１７（ｇ）において、点線は凸状部４に形成された溝部４３（図４（ａ），図４（ｂ））を示している。これらの場合、溝部４３に収容される分離ガスノズル４１（４２）（図２）は容器１の中央部、例えば突出部５（図２）から伸びる。

ウエハＷを加熱するための加熱手段としては抵抗発熱体を用いたヒータに限られずランプ加熱装置であってもよく、回転テーブル２の下方側に設ける代わりに回転テーブル２の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。

ここで処理領域Ｐ１，Ｐ２及び分離領域Ｄの各レイアウトについて上記の実施の形態以外の他の例を挙げておく。図１８は第２の反応ガスノズル３２を搬送口１５よりも回転テーブル２の回転方向上流側に位置させた例であり、このようなレイアウトであっても同様の効果が得られる。

また分離領域Ｄは、扇型の凸状部４を周方向に２つに分割し、その間に分離ガスノズル４１（４２）を設ける構成であってもよいことを既に述べたが、図１９は、このような構成の一例を示す平面図である。この場合、扇型の凸状部４と分離ガスノズル４１（４２）との距離や扇型の凸状部４の大きさなどは、分離ガスの吐出流量や反応ガスの吐出流量などを考慮して分離領域Ｄが有効な分離作用が発揮できるように設定される。

上述の実施の形態では、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２は、分離領域Ｄの天井面４４よりも高い天井面４５を有する領域に相当している。しかし、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２の少なくとも一方は、反応ガス供給ノズル３１（３２）の両側で回転テーブル２に対向し、天井面４５よりも低い他の天井面を有してもよい。当該天井面と回転テーブル２との間の隙間にガスが流れ込むのを防止するためである。この天井面は、天井面４５よりも低く、分離領域Ｄの天井面４４と同じくらい低くてもよい。図２０は、そのような構成の一例を示している。図示のとおり、扇状の凸状部３０は、Ｏ_３ガスが供給される第２の処理領域Ｐ２に配置され、反応ガスノズル３２が凸状部３０に形成された溝部（図示せず）に配置されている。言い換えると、この第２の処理領域Ｐ２は、ガスノズルが反応ガスを供給するために使用されるが、分離領域Ｄと同様に構成されている。なお、凸状部３０は、図１７（ａ）から図１７（ｃ）に一例を示す中空の凸状部と同様に構成されても良い。

また、分離ガスノズル４１（４２）の両側に狭隘な空間を形成するために低い天井面（第１の天井面）４４が設けられる限りにおいて、他の実施形態では、図２１に示すように、上述の天井面、つまり、天井面４５より低く、分離領域Ｄの天井面４４と同じくらい低い天井面が、反応ガスノズル３１，３２の両方に設けられ、天井面４４に到達するまで延びていても良い。換言すると、凸状部４の代わりに、他の凸状部４００が天板１１の下面に取り付けられていて良い。凸状部４００は、ほぼ円盤状の形状を有し、回転テーブル２の上面のほぼ全体と対向し、ガスノズル３１，３２，４１，４２がそれぞれ収容され半径方向に延びる４つのスロットを有し、かつ、凸状部４００の下に、回転テーブル２に狭隘な空間を残している。その狭隘な空間の高さは、上述の高さｈと同程度であって良い。凸状部４００を使用すると、反応ガスノズル３１（３２）から吐出された反応ガスは、凸状部４００の下で（又は狭隘な空間において）反応ガスノズル３１（３２）の両側に拡散し、分離ガスノズル４１（４２）から吐出された分離ガスは、凸状部４００の下で（又は狭隘な空間において）分離ガスノズル４１（４２）の両側に拡散する。この反応ガスと分離ガスは狭隘な空間において合流し、排気口６１（６２）を通して排気される。この場合であっても、反応ガスノズル３１から吐出された反応ガスは、反応ガスノズル３２から吐出された反応ガスと混合することはなく、適切なＡＬＤ（又はＭＬＤ）モードの堆積を実現できる。

なお、凸状部４００を、図１７（ａ）から図１７（ｃ）のいずれかに示す中空の凸状部４を組み合わせることにより構成し、ガスノズル３１，３２，３３，３４およびスリットを用いずに、反応ガスおよび分離ガスを、対応する中空凸状部４の吐出孔３３からそれぞれガスを吐出するようにしても良い。

以上の実施の形態では、回転テーブル２の回転軸２２が真空容器１の中心部に位置し、回転テーブル２の中心部と真空容器１の上面部との間の空間に分離ガスをパージしているが、本発明は図２２に示すように構成しても良い。図２２の成膜装置のおいては、真空容器１の中央領域の底面部１４が下方側に突出していて駆動部の収容空間８０を形成しているとともに、真空容器１の中央領域の上面に凹部８０ａが形成され、真空容器１の中心部において収容空間８０の底部と真空容器１の前記凹部８０ａの上面との間に支柱８１を介在させて、第１の反応ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスと第２の反応ガスノズル３２からのＯ_３ガスとが前記中心部を介して混ざり合うことを防止している。

回転テーブル２を回転させる機構については、支柱８１を囲むように回転スリーブ８２を設けてこの回転スリーブ８２に沿ってリング状の回転テーブル２を設けている。そして前記収容空間８０にモータ８３により駆動される駆動ギヤ部８４を設け、この駆動機構８４により、回転スリーブ８２の下部の外周に形成されたギヤ部８５を介して当該回転スリーブ８２を回転させるようにしている。８６、８７及び８８は軸受け部である。また前記収容空間８０の底部にパージガス供給管７４を接続するとともに、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するためのパージガス供給管７５を真空容器１の上部に接続している。図２２では、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するための開口部は左右２箇所に記載してあるが、回転スリーブ８２の近傍領域を介してＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスとが混じり合わないようにするために、開口部（パージガス供給口）の配列数を設計することが望ましい。

図２２の実施の形態では、回転テーブル２側から見ると、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間は分離ガス吐出孔に相当し、そしてこの分離ガス吐出孔、回転スリーブ８２及び支柱８１により、真空容器１の中心部に位置する中心部領域が構成される。

本発明は、２種類の反応ガスを用いることに限られず、３種類以上の反応ガスを順次基板上に供給する場合にも適用することができる。その場合には、例えば第１の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第２の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第３の反応ガスノズル及び分離ガスノズルの順で真空容器１の周方向に各ガスノズルを配置し、各分離ガスノズルを含む分離領域を既述の実施の形態のように構成すればよい。

以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図２３に示しておく。図２３中、１０１は例えば２５枚のウエハを収納するフープと呼ばれる密閉型の搬送容器、１０２は搬送アーム１０３が配置された大気搬送室、１０４、１０５は大気雰囲気と真空雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能なロードロック室（予備真空室）、１０６は、２基の搬送アーム１０７ａ、１０７ｂが配置された真空搬送室、１０８、１０９は本発明の成膜装置である。搬送容器１０１は図示しない載置台を備えた搬入搬出ポートに外部から搬送され、大気搬送室１０２に接続された後、図示しない開閉機構により蓋が開けられて搬送アーム１０３により当該搬送容器１０１内からウエハが取り出される。次いでロードロック室１０４（１０５）内に搬入され当該室内を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替え、その後搬送アーム１０７ａ又は１０７ｂによりウエハが取り出されて成膜装置１０８、１０９の一方に搬入され、既述の成膜処理がされる。このように例えば５枚処理用の本発明の成膜装置を複数個例えば２個備えることにより、いわゆるＡＬＤ（ＭＬＤ）を高いスループットで実施することができる。

１真空容器
１０搬送アーム
１１天板
１２容器本体
１５搬送口回転テーブル
１６昇降ピン
２回転テーブル
２１コア部
２４凹部（基板載置部）
３１第１の反応ガスノズル
３２第２の反応ガスノズル
Ｐ１第１の処理領域
Ｐ２第２の処理領域
Ｄ分離領域
Ｃ中心部領域
４凸状部
４１、４２分離ガスノズル
４４第１天井面
４５第２の天井面
５突出部
５１分離ガス供給管
６排気領域
６１、６２排気口
７ヒータユニット
７２、７３パージガス供給管
１２１上ハブ
１２２下ハブ
１２３ボルト
１２４皿バネ
１２５センターリング
１２６コイルスプリング
１２７穴
１２８ねじ穴
Ｗウエハ

Claims

真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、
前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、
前記回転テーブルの中心部周辺において上下より挟み込むように圧接させることが可能な上部固定部材及び下部固定部材と、
を備え、
前記上部固定部材は、石英又はセラミックスにより形成されているものであることを特徴とする成膜装置。
前記下部固定部材は、セラミックスにより形成されているものであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記下部固定部材における少なくとも前記回転テーブルと接する領域の表面には、セラミックス膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記下部固定部材と前記回転テーブルとが接触する領域における下部固定部材表面に形成されたセラミックス膜は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
前記回転テーブルの表面であって、前記上部固定部材及び前記下部固定部材と接触する領域には、セラミックス膜が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成膜装置。
前記回転テーブルのセラミックス膜が形成されている領域において、前記上部固定部材及び前記下部固定部材と接触する領域のセラミックス膜は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
前記セラミックス膜を構成する材料は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、又は、酸化アルミニウムと酸化イットリウムとの混合材料であることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の成膜装置。
前記セラミックス膜は、セラミックスの溶射により形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の成膜装置。
前記回転テーブルは、石英、カーボン又はセラミックスにより形成されているものであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の成膜装置。
真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、
前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、
前記回転テーブルの中心部周辺において上下より挟み込むように圧接させることが可能な上部固定部材及び下部固定部材と、
を備え、
前記上部固定部材と前記回転テーブルとは、互いにセラミックス材料同士の接触であり、また、前記下部固定部材と前記回転テーブルとは、互いにセラミックス材料同士の接触であることを特徴とする成膜装置。
前記分離ガス供給手段により第１の分離ガスが供給される分離領域において、前記回転テーブルの基板載置部の形成されている面に対向して設けられた天井板と、
前記回転テーブルの中心領域より、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを分離するための第２の分離ガスを供給するための第２の分離ガス供給手段と、
前記第１の反応ガス、前記第２の反応ガス、前記第１の分離ガス及び前記第２の分離ガスを前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して排気するために回転テーブルよりも低い位置に設けられた排気口と、
を備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の成膜装置。
前記回転テーブルには中心に開口部が設けられており、
前記開口部を覆うように設けられた上部固定部材及び下部固定部材と、
前記回転テーブルを固定するため、前記上部固定部材には穴が、前記下部固定部材にはねじ穴が設けられており、
上部固定部材に設けられた穴に皿バネを介し通されたボルトが、前記開口部に挿入されて、前記下部固定部材に設けられたねじ穴にねじ込むことにより、前記回転テーブルが密接されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の成膜装置。
前記ボルトは、ショルダーボルトであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の成膜装置。
前記回転テーブルは円状の開口部を有し、前記開口部には回転テーブルの回転軸と重なる回転軸を有するセンターリングが設けられており、前記センターリングと、前記回転テーブルの円状の開口部側面との間には、コイルスプリングが設けられていることを特徴とする請求項１から１３に記載の成膜装置。
前記基板載置部は、前記基板回転テーブルの表面に凹状に形成されており、
前記回転テーブルの表面と前記基板載置部に載置された前記基板の表面は、同じ高さであるか、回転テーブルの表面より基板の表面が低い位置であることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の成膜装置。
前記真空容器の外部より真空容器の内部に前記基板を搬送するため前記真空容器の側壁にゲートバルブにより開閉する搬送口が設けられていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載に成膜装置。
前記回転テーブルを加熱するための加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１から１６に記載の成膜装置。
前記加熱手段は、前記回転テーブルの下方に設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の成膜装置。
前記加熱手段は、前記回転テーブルの上方に設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の成膜装置。
内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、
前記真空搬送室に気密に接続された請求項１から１９のいずれかに記載の成膜装置と、
前記真空搬送室に気密に接続され、真空雰囲気と大気雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能な予備真空室と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
成膜装置に設けられた上部固定部材及び下部固定部材により、中心部周辺において上下より挟み込むように圧接され、回転可能な状態で固定される回転テーブルにおいて、
前記回転テーブルの表面であって、前記上部固定部材及び前記下部固定部材と接触する領域には、セラミックス膜が形成されていることを特徴とする回転テーブル。
前記セラミックス膜は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項２１に記載の回転テーブル。
前記セラミックス膜を構成する材料は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、又は、酸化アルミニウムと酸化イットリウムとの混合材料であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の回転テーブル。
前記セラミックス膜は、セラミックスの溶射により形成されることを特徴とする請求項２１から２３のいずれかに記載の回転テーブル。