JP2023117377A - 成膜装置、成膜方法及びガスノズル - Google Patents

成膜装置、成膜方法及びガスノズル Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、ＡＬＤ、エピタキシャル成長、ＣＶＤによる成膜を行うに際して、均一性に優れ、処理速度が大きく、面積生産性が高い成膜装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】 反応室３内部のドーナツ状の凹空間に、斜面９に基板載置面としての座グリ部１０を設けた複数のサセプタ８が、サセプタホルダ１７上、水平方向に放射状に並べて配置されている。蓋２１には、ガス供給管が、周方向に、パージガス供給管２２、プリカーサを含むガス供給管２３、パージガス供給管２４、酸化剤を含むガス供給管２５の順に設けられている。ガス噴出孔２１から反応室３内に供給されたガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間を通り、反応室３の下方から排気される。サセプタホルダ１７を周方向に回転させることにより、ＡＬＤ成膜を行う。【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造に用いられる成膜装置及び成膜方法、とくに、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やエピタキシャル成長、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜装置、成膜方法及びガスノズルに関するものである。
ＡＬＤ、エピタキシャル成長、ＣＶＤによる成膜技術は、広く半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造に用いられている。ことに近年、非常に高価な極端紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）露光装置を用いることなく、極めて微細なパターン形成を可能とするダブルパターニング技術が開発されており、ＡＬＤはその鍵を握る技術として注目されている。これは、パターニングされた有機レジスト膜上に、これが劣化しないよう２００℃程度以下の温度で、均一かつステップカバレッジの良い成膜方法により、１０～２０ｎｍ程度の厚さのシリコン又は金属の酸化膜を成膜する技術である。その他にも、ＡＬＤ技術は、Ｈｉｇｈ－ｋ／Ｍｅｔａｌゲート形成、ＴｉＮやＲｕ等を用いたＤＲＡＭキャパシタ上下電極形成、ＳｉＮを用いたゲート電極サイドウォール形成、コンタクト及びスルーホールにおけるバリアシード形成、ＮＡＮＤフラッシュメモリのＨｉｇｈ－ｋ絶縁膜やチャージトラップ膜形成等、多くの工程で利用されつつある。また、ＡＬＤ技術は、フラットパネルディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池においても、ＩＴＯ膜形成やパッシベーション膜形成において利用されている。
従来のＡＬＤにおいて、枚葉式、バッチ式（例えば、特許文献１を参照）が広く知られているが、しばしば処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）の低さが問題となり、これまでに様々な工夫がなされてきた（例えば、特許文献２を参照）。工夫の一つとして、回転型セミバッチＡＬＤ装置が開発された。回転型セミバッチＡＬＤ装置において、円筒型真空容器が、二つの反応ガス室と、それらの間に配置された二つのパージガス室からなる合計四つの扇型サブチャンバーに分割され、各サブチャンバー中心部上方に反応ガス供給手段が配置され、ガス排気部は二つのパージガス室の下部に設置されている。ディスク状テーブルを回転することにより、テーブル上の複数の被処理基板が各サブチャンバーを通過し、ＡＬＤ成膜が行われる（例えば、特許文献３を参照）。
改良型の回転型セミバッチＡＬＤ装置として、ガスカーテン式がある。ガスカーテン式回転型セミバッチＡＬＤ装置においては、反応ガス供給手段の間にパージガスをカーテンのように流すことによって、反応ガスの混合が抑制される（例えば、特許文献４を参照）。
一方、基板を上下から吹き付けるガスの流れによって中空に保持しつつ、水平方向に基板を搬送しながら成膜する方式が考案された。この方式において、上部からプリカーサ、パージガス及び酸化剤ガスが、ゾーン毎に基板に向かって上から吹き付けられ、パージガスが基板に向かって下から吹き付けられる。複数のゾーンからなる装置内を基板が水平移動することにより、処理速度に優れたＡＬＤ処理を行う（例えば、特許文献５を参照）。
エピタキシャル成長装置としては、基板を垂直に、全体としてドーナツ状の領域に並べる方式が開発された。この方式では、ウェハキャリアの円形クラスターにテーパ状のキャビティが形成され、各キャビティに２枚のウェハが向き合って配置される。プロセスガスは、キャビティの外側から入り、キャビティの中心に向かって流れる。つまり、ガス流速はキャビティの中心に近いほど速くなるので、下流におけるプロセスガスの枯渇が緩和され、キャビティの外側と内側の成膜速度の差が小さくなる（例えば、特許文献６、Ｆｉｇ．８、及び非特許文献１、５６～５７ページを参照）。
成膜装置としては、鉛直面に対して傾いた複数の基板載置面を並べる方式が開示されている（例えば、特許文献７～９を参照）。また、基板を垂直に保持するＡＬＤ装置が開示されている（例えば、特許文献１０を参照）。
特開２００４－６８０１号公報 特開２０１４－２０１８０４号公報 米国特許公報５２２５３６６号 米国特許公報６５７６０６２号 米国特許公報１０８３７１０７号 特開平０１－１４４６１７号公報 特開昭６２－０２３９８３号公報 特開平０８－１３９０３１号公報 特開昭４８－０５４８６８号公報 特開２００４－２９２８５２号公報
Ｋｒｉｓｈｎａ Ｓｅｓｈａｎ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ， Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｏｎ （Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、２００１年
しかしながら、従来例に示した特許文献１に記載のバッチ式ＡＬＤ技術では、一度に処理できる基板数が多いものの、真空容器全体にプロセスガスを満たす必要があるため、複数のガス種を切り替えるのに時間を要し、処理速度が小さいという問題点があった。また、基板の表面だけでなく裏面にも薄膜が形成されるため、多くのアプリケーションにおいて、裏面をエッチングする工程を追加する必要があるという問題点があった。
また、従来例に示した特許文献２～４に記載のＡＬＤ技術では、一度に処理できる基板数が少なく、処理速度が小さいという問題点があった。
また、特許文献５に記載のＡＬＤ技術は、太陽電池セルのような極めて薄い基板（２００μｍ程度以下）には適用可能だが、半導体集積回路用のウェハのように厚い基板（７００μｍ程度以上）には、基板の重量が大きすぎて安定して基板搬送を行うことができないため、適用が難しい。さらに、処理速度を大きくするためには、装置の全長を著しく長くしなければならず、面積生産性（単位時間・単位面積当たりに処理できる基板数）が低いという問題点があった。
また、特許文献６及び非特許文献１に記載のエピタキシャル成長技術は、一度に処理できる基板数を限られたスペースで最大にするために考案されたものであるが、キャビティの外側と内側の成膜速度の差が小さい一方、シャワーヘッドを用いていないため、上下方向の成膜速度が不均一になるという問題点があった。とくに、ガスが主として上方から供給されることから、基板の上方で成膜速度が高くなる傾向があるという問題点があった。また、特許文献６のＦｉｇ．８において、種類が異なるガスＡ及びガスＢを供給する構成が開示されているものの、向かい合う二枚の基板の間の空間どうしが互いに広い開口を通じて連通している。したがって、ＡＬＤによる成膜を行う場合、ガスＡとガスＢの混合を避けるためには、真空容器全体にガスＡ又はガスＢいずれかのガスを満たす必要があるため、複数のガス種を切り替えるのに時間を要し、処理速度が小さくなるという問題点があった。
また、特許文献７～１０に記載の成膜装置においても、向かい合う二枚の基板の間の空間どうしが互いに広い開口を通じて連通し、二枚の基板ごとに独立したガス流路が設けられていないため、ＡＬＤによる成膜を行う場合、複数のガス種を切り替えるのに時間を要し、処理速度が小さくなるという問題点があった。
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、ＡＬＤ、エピタキシャル成長、ＣＶＤによる成膜を行うに際して、均一性に優れ、処理速度が大きく、面積生産性が高い成膜装置、成膜方法及びガスノズルを提供することを目的としている。
本願の第１発明のガスノズルは、第一筒と、前記第一筒に挿入された、前記第一筒の内壁面と相似形の外壁面を有する挿入部を備えたキャップと、を備えるガスノズルであって、第一ガスが、前記第一筒に設けられた貫通穴である第一導入孔、並びに、前記第一筒の内壁面及び前記挿入部の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、前記挿入部の先端と前記第一筒の先端の間に段差がないか、又は、前記挿入部の先端が前記第一筒の先端から飛び出していることを特徴とするものである。
本願の第１発明のガスノズルにおいて、好適には、前記第一筒を挿入する、前記第一筒の外壁面と相似形の内壁面を有する第二筒をさらに備えるガスノズルであって、第二ガスが、前記第二筒に設けられた貫通穴である第二導入孔、並びに、前記第二筒の内壁面及び前記第一筒の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、前記第一筒の先端と前記第二筒の先端の間に段差がないか、又は、前記第一筒の先端が前記第二筒の先端から飛び出していることが望ましい。
さらに好適には、前記第二筒を挿入する、前記第二筒の外壁面と相似形の内壁面を有する第三筒をさらに備えるガスノズルであって、第三ガスが、前記第三筒に設けられた貫通穴である第三導入孔、並びに、前記第三筒の内壁面及び前記第二筒の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、前記第二筒の先端と前記第三筒の先端の間に段差がないか、又は、前記第二筒の先端が前記第三筒の先端から飛び出していることが望ましい。
さらに好適には、前記キャップに設けられた誘電体窓を介して電磁エネルギーを放射するプラズマ源を備えることが望ましい。
本願の第２発明の成膜装置は、前記反応室内に、鉛直面に対して傾いた基板載置面を持つサセプタを複数備え、前記複数のサセプタは水平方向に並べられており、前記複数のサセプタのうちの二つのサセプタが、上方ほどサセプタ間の距離が広くなるように配置されている成膜装置であって、本願の第１発明のガスノズルを備えることを特徴とするものである。
本願の第２発明の成膜装置において、好適には、複数の前記サセプタが、前記反応室内のドーナツ状空間に放射状に配置され、複数の前記サセプタを、前記ドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転させる回転機構を備えることが望ましい。
本願の第３発明の成膜方法は、反応室内に設けられた、鉛直面に対して傾いた基板載置面を備えた複数のサセプタ上の前記基板載置面に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、前記反応室内にガスを供給しつつ前記反応室からガスを排気するステップと、前記基板載置面から前記基板を前記反応室外に移動させて取り出すステップと、を含み、前記複数のサセプタは水平方向に並べられており、前記複数のサセプタのうちの二つのサセプタが、上方ほどサセプタ間の距離が広くなるように配置されている成膜方法であって、本願の第１発明のガスノズルを用いることを特徴とするものである。
第３発明の成膜方法において、好適には、前記複数の基板載置面が、前記反応室内のドーナツ状空間に放射状に配置され、前記複数の基板載置面を、前記ドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転させることが望ましい。
さらに、本願の第２発明の成膜装置において、好適には、前記複数のサセプタ又は前記基板載置面に載置された基板が、ランプによって加熱されることが望ましい。
また、好適には、前記複数のサセプタの上方に、マイクロ波、高周波、又はパルス電力によってプラズマを発生させるプラズマ源を備えることが望ましい。
また、さらに好適には、前記プラズマ源が、前記キャップに設けられた誘電体窓を介して、電磁エネルギーを前記反応室内に放射する構成であることが望ましい。
このような構成により、均一性に優れ、処理速度が大きく、面積生産性が高い成膜装置、成膜方法及びガスノズルを提供することができる。
本発明によれば、ＡＬＤ、エピタキシャル成長、ＣＶＤによる成膜を行うに際して、均一性に優れ、処理速度が大きく、面積生産性が高い成膜装置、成膜方法及びガスノズルを提供することができる。
本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるサセプタの配置を示す平面図 本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示す断面展開図 本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態３におけるサセプタの配置を示す平面図 本発明の実施の形態４における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態５における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態６における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態７におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態７におけるサセプタホルダの構成を示す平面図 本発明の実施の形態８における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態９における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態９における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１０におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１１におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１１におけるサセプタの配置を示す平面図 本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態１２におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態１３におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１４における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１５における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１５における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１５における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１６における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１６における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１６における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１７におけるガスノズルの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１８における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１８における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１９におけるガスノズルの構成を示す断面図 本発明の実施の形態２０における成膜装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態２０における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２０における成膜方法を示す平面図 本発明の実施の形態２０における成膜方法を示す平面図 本発明の実施の形態２０における成膜方法を示す平面図 本発明の実施の形態２０における成膜方法を示す平面図 本発明の実施の形態２１におけるガスノズルの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２１における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２１におけるガスノズルの構成を示す断面図 本発明の実施の形態２１における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２２における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２３におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２３における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２３におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２３におけるサセプタの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２４における成膜装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態２４における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２４におけるガスノズルの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２５におけるガスノズルの構成を示す断面図 本発明の実施の形態２６における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２７における成膜装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態２７における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２８における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２９における成膜装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２９における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態３０における成膜装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態３１における成膜装置の構成を示す断面図
以下、本発明の実施の形態における成膜装置及び方法について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１～図８を参照して説明する。
図１は、実施の形態１における成膜装置の構成を示すもので、搬送系も含めた装置全体の平面図である。
なお、以降の説明をわかりやすくするため、各図中にｘ、ｙ、ｚの軸方向を示す図を入れている。図１の場合、ｘ軸は図の左から右に向かう向き、ｙ軸は図の下から上に向かう向き、ｚ軸は紙面の奥から手前に向かう向きである。
図１において、予備室１及び２と、反応室３及び４が、ゲート５を介してロボット室６に接続されている。ロボット室６はロボット７を備えており、予備室１又は２と、反応室３又は４の間で基板の搬送を行う。予備室１及び２をロードロック室とし、反応室３及び４とロボット室６を常時真空状態で運転してもよいし、予備室１及び２とロボット室６を常時大気状態とし、反応室３及び４を大気状態にして基板の出し入れを行い、真空状態にして成膜する構成としてもよい。なお、「真空」とは減圧状態のことであり、大気圧よりも低い圧力を意味する。また、ロボット室６がさらに基板のアライメントをする機能を備えてもよい。
図２は、本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、基板をサセプタに載置していない状態を示す図である。
図２において、サセプタ８は、斜面９に設けられた基板載置面としての座グリ部１０及び水平面の両方に垂直な平面で切った断面が、水平面に平行な辺を底辺とする二等辺三角形に近似する形状である（上辺が下辺より短い台形に近似する形状でもある）。つまり、基板載置面は鉛直面に対して傾いている。傾斜角は、鉛直面に対して３～１０度が好ましく、典型的には５度である。傾斜角が小さすぎると、ロボットアームを二つのサセプタ８間に入れるために、サセプタ８をかなり大きな寸法にして、最上部の二つのサセプタ８間の距離を確保する必要が生じるため好ましくなく、逆に傾斜角が大きすぎると、反応室３内に必要数の基板載置面を設けるためには反応室３をかなり大きな寸法にする必要が生じるため好ましくない。後述するように、反応室３の内壁は該円筒形状であり、その内部のドーナツ状の凹空間に沿うようにサセプタ８を配置するため、ｘ軸方向の端面１１は円筒の一部をなす。図では見えない側の端面も円筒の一部をなす。また、この二等辺三角形の二つの等辺を含む面としての斜面９に座グリ部１０が設けられている。つまり、図で見えない側の斜面にも、同様に座グリ部１０が設けられている。座グリ部１０の周辺に、基板搬送用のロボット７のロボットアームの爪を逃がすための逃し１２が４個設けられている。逃し１２の斜面９に対する深さは、座グリ部１０よりも若干深く、座グリ部１０がなす円の内側に少し入り込んだ形状となっている。ロボットアームとしては種々のものを適宜利用することができるが、ベルヌイチャック方式のものを用いれば、スムーズな基板載置を実現できる。サセプタ８の材質としては、熱伝導率が高く、変形・変質しにくいものが好ましく、アルミニウム、ステンレス鋼、炭化珪素などを用いることができる。
この二等辺三角形の底辺に沿ってサセプタ底部１３が設けられている。また、サセプタ底部１３の中央付近にガス排出口となるスリット１４が設けられている。座グリ部１０と同様、スリット１４も、図で見えない側にも設けられている。後述するように、反応室３の内壁は該円筒形状であり、その内部のドーナツ状の凹空間に沿うようにサセプタ８を配置するため、サセプタ８の上面１５は該扇形状となっている。
図３は、本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、基板をサセプタに載置した状態を示す図である。
図３において、座グリ部１０に基板１６が載置されている。
図４は、本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示す斜視図であり、反応室の構成を示す分解図である。後述するように、サセプタ８は反応室３内部のドーナツ状空間内で、ドーナツ形状の周方向に回転するが、図４においては、その回転の方向をθで示している。
図５は、本発明の実施の形態１におけるサセプタの配置を示す平面図であり、反応室３の上から見た状態を示す。簡単のため、サセプタ８の上面１５のみを図示している。
図６は、本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図である。なお、断面の奥に見えるであろう構造（ゲート開口、サセプタ、座グリ部など）を点線で模式的に示している。
図７は、本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示すもので、並べて配置された複数のサセプタ８上の複数の座グリ部１０の中心を通り、水平面に垂直な円筒面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図を展開したものの一部であり、座グリ部１０上に基板１６を載置した状態を示す。
図３～図７において、反応室３は全体として直方体をなすが、内壁は該円筒形状である。反応室３内部のドーナツ状の凹空間に複数のサセプタ８がサセプタホルダ１７上、水平方向に放射状に並べて配置されている。シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９は、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられ、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となっている。反応室３の上部には、オーリング２０を介して蓋２１が配置され、気密性が確保される。つまり、真空状態で成膜処理を実行できる。蓋２１には、ガス供給管が、周方向に、パージガス供給管２２、プリカーサを含むガス供給管２３、パージガス供給管２４、酸化剤を含むガス供給管２５の順に設けられている。反応室３内に供給されたガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６からスリット１４を通り、排気マニホールドで合流した後、排気口２７及び２８から排気される。
ここで、「座グリ部１０の周辺に向かう部分」とは、図６において矢印Ｈで示すように、ガス噴出孔１９からガス流れが直進した場合に、座グリ部１０の中心近傍を通らずに、座グリ部１０の周辺近傍のみを通過する向きにガスを噴出させる部分のことである。また、「座グリ部１０の中心に向かう部分」とは、図６において矢印Ｇで示すように、ガス噴出孔１９からガス流れが直進した場合に、座グリ部１０の中心近傍を通過する向きにガスを噴出させる部分のことである。なお、座グリ部１０と基板１６が長方形など、円とは異なる場合においても同様に、「座グリ部１０の周辺に向かう部分」とは、ガス噴出孔１９からガス流れが直進した場合に、座グリ部１０の中心近傍を通らずに、座グリ部１０の周辺近傍のみを通過する向きにガスを噴出させる部分のことであり、「座グリ部１０の中心に向かう部分」とは、ガス噴出孔１９からガス流れが直進した場合に、座グリ部１０の中心近傍を通過する向きにガスを噴出させる部分のことである。
また、ここで、「貫通面積が大きい貫通孔となっている」とは、貫通孔又は貫通孔群が占める割合が高い、つまり、単位面積当たりの貫通部分の面積が占める割合が高いことを意味する。貫通部分の面積が占める割合は、貫通孔群の密度、貫通孔の大きさ、貫通孔の幅など、種々の方法で変えられることはいうまでもない。本実施の形態においては、一事例として、同じ大きさの円形貫通孔の密度によって、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となるよう構成している。
反応室３の側面、サセプタ８の側方に、基板１６交換のためのゲート開口２９が設けられている。ロボット室６に設けられたロボット７のロボットアームが、ゲート開口２９を介して基板１６を座グリ部１０に載置、又は座グリ部１０に載置された基板１６をロボット室６に取り出す。サセプタ８は、反応室３内で水平方向に、複数のサセプタ８が配置されている向きに移動する、すなわち、ドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転させる回転機構によって回転するので、ロボットアームはゲート開口２９を介してすべてのサセプタ８にアクセス可能となっている。ここで、「複数のサセプタ８が配置されている向き」とは、水平方向に並べられたサセプタ８の中心を繋ぐことによって表現できる配置の向きのことであり、本実施の形態においては、図４の矢印Ｆの向き（θ方向）のことである。
反応室３の下部に、サセプタホルダ１７の中心に接続された回転軸３０が設けられ、サセプタホルダ１７全体がすべてのサセプタ８とともにドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転する。
蓋２１には、複数のガス噴出孔１９を備えたガスノズルとしてのシャワープレート１８が設けられ、パージガス供給マニホールド３１及び３２からガス噴出孔１９を通って、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に、下方に向けてガスが噴出する。ガス導入口としてのガス噴出孔１９が、座グリ部１０よりも上方で反応室３内にガスを供給する構成である。
また、図７からわかるように、反応室３内に複数のサセプタ８が水平方向に放射状に並べて配置されており、これにより、斜面９に設けられた複数の座グリ部１０のうちの二つの座グリ部１０が、上方ほど座グリ部１０間の距離が広くなるように向かい合い、向かい合う二つの座グリ部１０の間にＶ溝状空間２６を構成する。
図８は、本発明の実施の形態１における成膜装置の構成を示すもので、図６のＥ―Ｅ断面図である。
図８において、蓋２１に設けられた四つの凹部とシャワープレート１８に囲まれた四つの該扇形状の供給マニホールド、すなわち、パージガス供給マニホールド３１及び３２、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４が設けられている。つまり、ガスノズルとしてのシャワープレート１８が、ドーナツ形状の周方向に複数のガスノズル群に分割され、ガスノズル群ごとに異なる種類のガスが噴出可能な構成となっている。つまり、移動機構の移動方向（水平方向）に複数の群に分割されたガスノズル群を備える。なお、必要に応じて、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４には、パージガスのみを供給することもできる。
簡単のため、予備室１及び２をロードロック室とし、反応室３及び４とロボット室６を常時真空状態で運転する場合について、動作を説明する。基板載置面としての座グリ部１０の温度を、予め所定の温度にしておく。用いる反応によって適切な温度は異なるが、レジスト上にＡＬＤ（原子層堆積）反応によって酸化膜を形成する場合は５０～２５０℃、典型的には８０℃である。座グリ部１０の温度を常温より高く一定に保つ方法は、種々の加熱方法から適宜選択できる。例えば、サセプタ８に抵抗加熱ヒーターを埋め込んでもよいし、ランプ加熱、誘導加熱などの方法を用いることも可能である。予備室１又は２とロボット室６の間のゲート５を開けた状態で、予備室１又は２からロボット７で基板１６を取り出し、ロボット室６と反応室３の間のゲート５を開けた状態で、ゲート開口２９を介して基板１６を反応室３内の座グリ部１０に載置する。つまり、反応室３内に設けられた、鉛直面に対して傾いた複数の基板載置面としての座グリ部１０に、反応室３外から基板１６を移動させて載置する。このとき、サセプタホルダ１７の回転は停止しておく。
次に、サセプタホルダ１７を回転させ、隣の座グリ部１０に基板１６を載置する。この操作を繰り返し実行することで、反応室３内のすべての座グリ部１０に基板１６を載置する。ここでは、座グリ部一つにつき一回ずつサセプタホルダ１７を回転する場合を例示したが、装置の構成によっては、複数の座グリ部１０へ基板１６を載置するたびに、サセプタホルダ１７を回転させてもよい。また、すでに成膜処理が完了した基板１６を座グリ部１０から取り出し、未成膜の基板１６を座グリ部１０に載置する基板交換の操作を、座グリ部１０一つごとに連続して行ってもよいし、反応室３内のすべての成膜済み基板１６を座グリ部１０から取り出した後、未成膜の基板１６を座グリ部１０に順次載置してもよい。基板１６の交換又は載置操作を実行中は、すべてのシャワープレートから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室３内に供給し、反応室３がロボット室６に対して陽圧となるようにしておく。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室３内に混入しうる、不要なガスの濃度を最小限にすることができる。
反応室３内のすべての座グリ部１０に基板１６を載置し終えたら、ゲート５を閉じ、数秒の間、すべてのシャワープレートから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室３内に供給しておく。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室３内に混入しうる、不要なガスの濃度を低減させることができる。
次に、回転機構を動作させ、サセプタホルダ１７を回転させながら、蓋２１に設けられた四つの凹部とシャワープレート１８に囲まれた四つの供給マニホールド、すなわち、パージガス供給マニホールド３１及び３２、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４から、それぞれ、パージガス、プリカーサを含むガス、酸化剤を含むガスを反応室３内に供給しつつ、排気口２７及び２８から排気する。ここでは、排気口が二つ設けられているものを例示したが、四つの供給マニホールドに対応する形で、四つの排気口を設けてもよい。あるいは、さらに、排気口ごとに別々のポンプで排気する構成としてもよいし、排気口ごとに別々の調圧バルブを用いて、きめ細かく調圧を行えるようにしてもよい。
このとき用いるパージガスの流量は、１０～１０００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。
プリカーサは、成膜したい膜種に合わせて適宜選択できる。例えば、Ａｌ２Ｏ３を成膜する場合はＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＺｒＯ２を成膜する場合はＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）、ＴｉＯ２を成膜する場合はメチルシクロペンタジエニルトリスジメチルアミノチタン、ＳｉＯ２を成膜する場合は３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）を用いることができる。プリカーサは、バブラー、気化装置、超音波振動、インジェクションなどを用いて供給するが、その供給量は、３～３０ｍｇ／回程度、典型的には１０ｍｇ／回になるよう、回転速度に応じて調整する。プリカーサを単独で反応室３に供給するのは困難なため、通常は希ガスなどの不活性ガスで希釈する。典型的にはＡｒガスで希釈するが、希釈ガスの流量は１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。Ｖ溝状空間２６におけるガス流速は、その下方ほど速くなるので、下流におけるプリカーサの枯渇が緩和され、座グリ部１０の上側と下側の成膜速度の差が小さくなる。また、プリカーサの液化を防止するため、希釈ガスを加熱することが好ましい。希釈ガスの温度は４０～１５０℃程度、典型的には８０℃である。基板１６がプリカーサを含むガス供給マニホールドの下方を通過すると、基板１６の表面にプリカーサ分子が吸着する。その反応は自己制御的であり、基板１６表面に吸着可能なサイトがなくなった時点で吸着反応は終了する。つまり、基板１６表面において、ほぼ均一に原子一層分のプリカーサ分子が吸着した状態が得られる。
座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が、基板１６の表面に吸着するプリカーサ分子の割合が高くなるが、本発明においては、シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９が、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられ、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となっているため、従来技術、例えば非特許文献１に記載の成膜装置を用いる場合に比べて、より均一に、より短時間で吸着ステップを完了させることができる。
リアクタントとしての酸化剤は適宜選択できるが、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、オゾンなどが利用可能である。なお、窒化膜を成膜するために、窒化剤、例えばＮＨ３を用いることも可能である。酸化剤が常温で液体の物質であれば、プリカーサと同様、バブラー、気化装置、超音波振動、インジェクションなどを用いて供給する。例えばＨ２Ｏを用いる場合、その供給量は、１～１００ｍｇ／回程度、典型的には１０ｍｇ／回になるよう、回転速度に応じて調整する。この場合、酸化剤を単独で反応室３に供給するのは困難なため、通常は希ガスなどの不活性ガスで希釈する。典型的にはＡｒガスで希釈するが、希釈ガスの流量は１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。また、酸化剤が常温で液体の物質である場合、その液化を防止するため、希釈ガスを加熱することが好ましい。希釈ガスの温度は４０～１５０℃程度、典型的には８０℃である。基板１６が酸化剤を含むガス供給マニホールドの下方を通過すると、基板１６表面に吸着したプリカーサと酸化剤との反応により、およそ原子一層分の薄膜が基板１６表面に成膜される。例えば、プリカーサとしてＴＭＡ、酸化剤としてＨ２Ｏを用いる場合、Ｈ２Ｏがプリカーサのメチル基と反応して副生成物のメタンが生じ、メタンはガス排気口２７及び２８から反応室３外に排出される一方、表面にヒドロキシル化したＡｌ２Ｏ３が残り、薄膜となる。
反応室３内の圧力は、１０～２０００ｍＴｏｒｒ程度、典型的には１００ｍＴｏｒｒである。ただし、大気圧に近い圧力でＡＬＤ成膜を行うことも可能であり、有効な圧力範囲は上記に限定されない。基板１６が１回分成膜される間（およそ原子一層分の薄膜が形成される間）、本実施の形態の場合は、基板１６がドーナツ形状の周方向に一回転する間、各基板１６が各ガスの噴出を受ける時間が０．１～１０ｓ、典型的には５ｓになるように、回転速度を設定する。例えば、本実施の形態では、蓋２１に設けられた４個の凹部とシャワープレート１８に囲まれた４個の供給マニホールド、すなわち、パージガス供給マニホールド３１及び３２、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４が設けられている。つまり、プリカーサを含むガスを噴出させるガスノズル群と、リアクタントを含むガスを噴出させるガスノズル群との間に、パージガスを噴出させるガスノズル群が配置されている。したがって、各基板１６は、ドーナツ形状の周方向に一回転する間に、パージガス、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガスの順に各種ガスに暴露されるプロセスが１回だけ生じる。各種ガスに暴露する時間を５ｓとするには、５×４＝２０ｓで１回転する設定、すなわち、３ｒｐｍで回転させればよい。サセプタホルダ１７のサセプタ８が載っている面よりも上で、各ガスがなるべく混合しないようにするため、各Ｖ溝状空間２６に供給されるガスの量が等しくなるようにし、隣り合うＶ溝形状空間２６の間に差圧が生じにくいようにする。あるいは、パージガスの量を、プリカーサを含むガスや酸化剤を含むガスの量よりも若干多くしておくとよい。このようにすれば、プリカーサと酸化剤が各Ｖ溝状空間２６内で混合することを効果的に回避できる。
このようにして、サセプタホルダ１７を回転させることにより、各基板１６はパージガス、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガスの順に各種ガスに暴露され、およそ原子一層分の酸化物薄膜が基板１６表面に形成される。このようなプロセスは、ドーナツ形状の周方向に、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガス、パージガスの順にガスを噴出させるガスノズル群が配置されることによって実現されている。この一連のステップを繰り返し実施するために、サセプタホルダ１７を反応室３内で何度も回転させることにより、所定の厚さの酸化物薄膜を得ることができる。ここで、およそ原子一層分という表現を用いたが、１サイクルで形成される薄膜の厚さを膜厚に換算するとおよそ１～２オングストロームであるから、例えば厚さ２０ｎｍの薄膜を形成したい場合は、１００～２００サイクルのプロセスが必要となるので、本実施の形態の場合、サセプタホルダ１７を反応室３内で１００～２００回回転させる。
所定の膜厚の成膜を終えた基板１６は、基板載置のステップとは逆に、座グリ部１０からゲート開口２９を介して反応室３外に取り出され、ロボット７を使って予備室１又は２に収納される。なお、本実施の形態においては、二つの反応室３及び４が設けられており、片方の反応室で成膜をしながら、他方の反応室で基板交換を行うこともできる。このように、複数の反応室に対して、ロード及びアンロードと成膜という、ともに時間を要する処理を同時並行で実行することにより、さらに処理速度が大きく、さらに面積生産性が高い成膜装置及び方法が実現できる。
本実施の形態では、従来技術、例えば特許文献１に記載の成膜装置と異なり、基板１６の裏面がサセプタ８によって保護されるため、基板１６の裏面に薄膜が形成されない。したがって、裏面をエッチングする工程を追加する必要がない。また、従来技術、例えば特許文献１～４に記載の成膜装置に比べて、ガスを供給すべきエリア（向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６）の体積が極めて小さく、また、このエリアに直接ガス噴出孔１９から各種ガスを供給するので、吸着反応、酸化反応、パージがすべてごく短時間で完了するため、トータルの成膜時間を短時間化できる。また、一度に処理できる基板数が多く、処理速度が大きい。さらに、狭い面積で多数の基板を処理できるため、従来技術、例えば特許文献５に記載の成膜装置に比べ、面積生産性が高い。また、基板１６をサセプタ８上の座グリ部１０に重力によって保持する構成であるため、半導体集積回路用のウェハのように厚い基板（７００μｍ程度以上）においても、安定して処理することができる。
また、向かい合う二枚の基板の間の空間（向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６）どうしが、互いに極めて狭い開口を通じてのみ連通している。このことは、サセプタ８の上面１５と、反応室３の上部内壁面（本実施の形態においては、シャワープレート１８）との距離が極めて小さいことによる。つまり、一列に並んだ一群のガス噴出孔１９からＶ溝状空間２６に向けて噴出されるガスが、サセプタ８の上面を乗り越えて隣のＶ溝状空間２６に混入する恐れが極めて小さい。さらに、サセプタ８とともに回転する、二つのサセプタ８間の空間を排気する回転排気口としてのスリット１４を備え、プリカーサを含むガスを噴出させるガスノズル群と、リアクタントを含むガスを噴出させるガスノズル群との間に、パージガスを噴出させるガスノズル群が配置されている。したがって、プリカーサを含むガスとリアクタントを含むガスを同時に反応室３内に供給しても、互いが混合する恐れは極めて小さく、複数のガス種を切り替える必要がないため、特許文献６～１０に記載の成膜装置に比べて、成膜時間を短時間化できる。なお、このような効果を得るためには、サセプタ８の最上部（上面１５）と反応室３の上部内壁面との距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすべきである。サセプタ８の上面１５と反応室３の上部内壁面との距離が１ｍｍ未満だと、装置の経年変化等によって回転精度が低下した際に、サセプタ８の上面１５と反応室３の上部内壁面が接触する恐れがある。逆に、サセプタ８の上面１５と反応室３の上部内壁面との距離が１０ｍｍよりも広いと、プリカーサを含むガスとリアクタントを含むガスが混合する恐れが若干高くなる。本実施の形態においては、反応室３の上部内壁面はシャワープレート１８の下面であるが、装置の構成によっては蓋２１の下面が該当する場合もあり得る。
本実施の形態では、サセプタ８を２０～３０個程度設け、反応室３内に基板１６を４０～６０枚程度載置できるものを例示したが、反応室３に設けるサセプタ８の数が多いほど面積生産性が高まる。例えば、サセプタ８を１３個設け、反応室３内に基板１６を２６枚載置できる構成としてもよい。あるいは、サセプタ８を１００個設け、反応室３内に基板１６を２００枚載置できる構成としてもよい。
基板交換を実施した後、サセプタホルダ１７を連続的に回転させる場合を例示したが、各ガス噴出孔１９が各サセプタ８の上面１５の直上に位置するタイミングで、ガス流れが乱れてしまう。そこで、回転と停止を繰り返し、間欠的にプロセスを実施してもよい。この場合、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の置換がより確実に行えるという利点がある。あるいは、間欠的にプロセスを実施する場合、回転中はプリカーサを含むガス供給マニホールド３３及び酸化剤を含むガス供給マニホールド３４からもパージガスを供給するか、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を減少させるか、又は、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を停止する構成としてもよい。この場合、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の混合が効果的に回避でき、また、置換がさらにより確実に行えるという利点がある。あるいは、連続的に回転させるか、間欠的に回転と停止を繰り返すかにかかわらず、各ガス噴出孔１９が各サセプタ８の上面１５の直上に位置するタイミングで、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３及び酸化剤を含むガス供給マニホールド３４からもパージガスを供給するか、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を減少させるか、又は、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を停止する構成としてもよい。この場合、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の混合が効果的に回避でき、また、置換がさらにより確実に行えるという利点がある。
また、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、パージガス供給マニホールド３１及び３２、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４の各供給マニホールドがほぼ同じ大きさである場合を例示したが、プロセスに応じて大きさを変えてもよい。例えば、パージガス供給マニホールド３１及び３２を、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３及び酸化剤を含むガス供給マニホールド３４より大きくすることで、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の置換がより確実に行えるような構成としてもよい。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は、本発明の実施の形態２における成膜装置の構成を示すもので、反応室の構成を示す分解斜視図であり、図４に相当する。
図１０は、本発明の実施の形態２における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６に相当する。
実施の形態１においては、反応室３の側面、サセプタ８の側方に、基板１６交換のためのゲート開口２９が設けられている場合を例示したが、図９及び図１０に示すように、実施の形態２では、サセプタ８よりも上方に、基板１６交換のためのゲート開口２９を備える。ゲート開口２９は、蓋２１の突起部３５の側方に設けられている。突起部３５のゲートに接する面はＤカットされて平面になっており、確実にシールを行えるよう構成されている。突起部３５の直下にはシャワープレート１８に切り欠き３６が設けられている。
このような構成では、反応室３の体積が大きくなってしまうという欠点があるが、基板１６の交換にあたって、ロボットアームが広い開口から座グリ部１０にアクセスできることから、基板１６交換を高速に行えるという利点がある。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図１１を参照して説明する。
図１１は、本発明の実施の形態３におけるサセプタの配置を示すものであり、反応室３の上から見た状態を示す平面図で、図５に相当する 。簡単のため、サセプタ８においてはその上面１５のみを図示している。
実施の形態１においては、反応室３内部のドーナツ状の凹空間に複数のサセプタ８をサセプタホルダ１７上、水平方向に放射状に並べて配置するに際して、隙間なくドーナツ状の凹空間をサセプタ８で埋める場合を例示したが、実施の形態３ではドーナツ状の凹空間を八つの扇形エリアに区切り、それぞれの扇形エリアを隔壁３７で仕切り、一つおきにサセプタ８を複数（図１１においては３個）、放射状に並べる構成としている。サセプタ８を配置しない扇形エリア３８は空間であり、このエリアに噴出されたガスは、速やかに反応室３外に排出される。つまり、座グリ部１０が、ドーナツ形状の周方向に複数の基板載置面群に分割され、ドーナツ状空間内の複数の基板載置面群の間の空間は、全体がガス排出口となっている構成である。
このような構成では、一つの反応室内に載置できる基板数が減少するという欠点があるが、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の置換がより確実に行えるという利点がある。
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図１２を参照して説明する。
図１２は、本発明の実施の形態４における成膜装置の構成を示すもので、図６のＥ―Ｅ断面図であり、図８に相当する。なお、実施の形態２のように、サセプタ８よりも上方に、基板１６交換のためのゲート開口２９を備える場合を示す。
図１２において、蓋２１に設けられた１２個の凹部とシャワープレート１８に囲まれた１２個の該扇形状の供給マニホールド、すなわち、パージガス供給マニホールド３１及び３２、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４が設けられている。つまり、ガスノズルとしてのシャワープレート１８が、ドーナツ形状の周方向に複数のガスノズル群に分割され、ガスノズル群ごとに異なる種類のガスが噴出可能な構成となっている。なお、必要に応じて、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４には、パージガスのみを供給することもできる。また、ゲート開口２９近傍部分の蓋２１は平面になるようＤカットされているので、直線部３９が現れている。
このような構成では、サセプタホルダ１７を回転させることにより、各基板１６は、ドーナツ形状の周方向に一回転する間に、パージガス、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガスの順に各種ガスに暴露されるプロセスが３回繰り返される。つまり、およそ原子三層分の酸化物薄膜が基板１６表面に形成される。したがって、サセプタホルダ１７を反応室３内で回転させる数を１／３にすることができる。
このように、ガス供給に関連する部分の構成によって、ドーナツ形状の周方向に一回転する間にＡＬＤプロセスを何回実施するかが変化する。本実施の形態では、１２個の該扇形状の供給マニホールドを設ける場合を例示したが、６個、７個、８個、１６個など、さまざまな構成が考えられる。どのような構成にすると最も処理速度や面積生産性がよくなるかはプロセスに依存するので、搬送や各ガスに暴露すべき時間などによって適宜決定すればよい。また、各反応及びガス置換を効果的に促進するため、例えば、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガスの各ガスを供給するエリアの面積比を変えてもよい。
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について、図１３を参照して説明する。
図１３は、本発明の実施の形態５における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図である。
図１３において、蓋２１にはプリカーサを含むガス供給管２３、酸化剤を含むガス供給管２５が設けられている。蓋２１には、実施の形態１と同様、四つの供給マニホールドが設けられ、これらに対応する形で、四つの排気口を設けている。図１３においては、プリカーサを含むガス供給管２３の下方に排気口４０、酸化剤を含むガス供給管２５の下方に排気口４１が設けられている。酸化剤を含むガス供給管２５は、扇形の電極４２に接続され、電極４２は、絶縁リング４３及び４４により蓋２１と電気的に絶縁されている。シャワープレート１８も、酸化剤を含むガス供給管２５からのガスを噴出するためのガス噴出孔１９を含む扇形部分のみ、他の部分と分離されている。電極４２は、図示しない高周波電源に接続されており、電極４２に高周波電力を供給することによって、シャワープレート１８とサセプタ８の間の空間にプラズマ４５を発生させることができる。
このような構成では、酸化剤を含むガスを電離することによって、気体状の酸化剤よりも酸化力が強いラジカルやイオン、オゾンなどが発生する。したがって、プロセスをより低温で実施することが可能となる。これは、窒化プロセスにおいても同様であり、ＮＨ３ガスを含むガスをプラズマ化させることで生じるラジカルやイオンを活用することで、プロセスをより低温で実施することが可能となる。プロセスの低温化により、プリカーサの吸着が速やかに行われるため、さらに処理速度を大きく、面積生産性を高くすることができる。また、プラズマを活用することで、より緻密な薄膜が形成されるという利点がある。
（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６について、図１４を参照して説明する。
図１４は、本発明の実施の形態６における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６に相当する。
図１４において、シャワープレート１８は、サセプタ８の上方で、反応室３の外周近傍に設けられている。また、サセプタ底部１３は、サセプタ８がなす扇形の外側に設けられ、ガス排出口となるスリット１４はサセプタ８がなす扇形の内側に設けられている。二つのサセプタ８の距離は、扇形の外側ほど広く、内側ほど狭いので、実施の形態１においては、シャワープレート１８は、サセプタ８の上方全体に渡って設けられ、サセプタ底部１３は、サセプタ８がなす扇形の内側及び外側に設けられ、ガス排出口となるスリット１４はサセプタ８がなす扇形の中央付近に設けられているため、ガスは扇形の外側の方が流れやすくなっており、扇形の内側でプリカーサや酸化剤が不足したり、パージガスによる置換が滞ったりする可能性がある。一方、本実施の形態においては、二つのサセプタ８の距離が最も広い、サセプタ８の上方で、反応室３の外周近傍からＶ溝状空間２６に噴出され、二つのサセプタ８の距離が最も狭い、サセプタ８の下方で、反応室３の内側に近い部分から排出される。したがって、基板１６全体に各種ガスが供給されるという利点がある。
（実施の形態７）
以下、本発明の実施の形態７について、図１５及び図１６を参照して説明する。
図１５は、本発明の実施の形態７におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、図２に相当する。
図１６は、本発明の実施の形態７におけるサセプタホルダの構成を示す平面図であり、サセプタホルダを上から見たものである。
図１５において、サセプタ８は、斜面９に設けられた基板載置面としての座グリ部１０及び水平面の両方に垂直な平面で切った断面が、水平面に平行な辺を底辺とする二等辺三角形に近似する形状である（上辺が下辺より短い台形に近似する形状でもある）。実施の形態１においては、この二等辺三角形の底辺に沿ってサセプタ底部１３が設けられているが、本実施の形態においては、サセプタ底部は設けられていない。
一方、図１６において、サセプタホルダ１７には、ガス排出口としてのスリット４６が放射状に複数設けられている。つまり、サセプタ８とともに回転する、二つのサセプタ８間の空間を排気する回転排気口としてのスリット４６が設けられている。したがって、サセプタホルダ１７上にサセプタ８を、二つのスリット４６の間に放射状に並べて配置することで、実施の形態１と同様に、反応室３内に供給されたガスを、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６からスリット４６を通り、排気口から排気させる構成を実現できる。なお、サセプタ８をサセプタホルダ１７上に配置した際の位置を示すため、代表例として一つだけ、サセプタ８の上面１５を点線と網掛けにより示している。
（実施の形態８）
以下、本発明の実施の形態８について、図１７を参照して説明する。
図１７は、本発明の実施の形態８における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６に相当する。
実施の形態１においては、サセプタホルダ１７の中心の最上部と、蓋２１の中心部の間の隙間を通じて、種類の異なるガスが互いに混合してしまうおそれがあるが、図１７においては、蓋２１の中心部の貫通穴を、上部回転軸４７が貫通する構成としている。これにより、反応室３の中心付近を介して種類の異なるガスが互いに混合することを効果的に防止できるという利点がある。
（実施の形態９）
以下、本発明の実施の形態９について、図１８及び図１９を参照して説明する。
図１８及び図１９は、本発明の実施の形態９における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６に相当する。
実施の形態１においては、サセプタホルダ１７の中心の最上部と、蓋２１の中心部の間の隙間を通じて、種類の異なるガスが互いに混合してしまうおそれがあるが、図１８においては、中空の円筒４８が蓋２１の中心付近に一体化されて設けられている。これにより、反応室３の中心付近を介して種類の異なるガスが互いに混合することを効果的に防止できるという利点がある。ここでは、反応室３の中心付近のガス経路を長くするために、中空の円筒４８が蓋２１の中心付近に一体化されて設けられている場合を例示したが、サセプタホルダ１７と蓋２１が互いに嵌合する構成であれば、他の構成であっても同様の効果を奏する。
また、反応室３の中心付近を介して種類の異なるガスが互いに混合することをさらに効果的に防止するため、図１９に示すように、蓋２１の中心付近に設けた中心部ガス噴出孔４９から、パージガス又は不活性ガスを噴出させる構成としてもよい。サセプタホルダ１７と蓋２１が互いに嵌合する構成とせず、図６の構成において反応室３の中心付近に中心部ガス噴出孔４９を設け、パージガス又は不活性ガスを噴出させる構成としてもよい。
（実施の形態１０）
以下、本発明の実施の形態１０について、図２０を参照して説明する。
図２０は、本発明の実施の形態１０におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、図１５に相当する。
図２０において、サセプタ８の最上部に、ナイフエッジ状の先端部５０が設けられている。このように、サセプタ８の上部を、先端に向かって徐々に鋭くなる形状とする構成により、サセプタホルダ１７を回転させる際に、各ガス噴出孔１９が各サセプタ８の先端部５０の直上に位置するタイミングで、ガス流れが一瞬乱れてしまうものの、実施の形態１において生じうるガス流れの乱れに比較すると、その乱れはごく短時間なものとなる。したがって、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の混合が効果的に回避でき、また、ガス置換がより確実に行えるという利点がある。
（実施の形態１１）
以下、本発明の実施の形態１１について、図２１及び図２２を参照して説明する。
図２１は、本発明の実施の形態１１におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、図１５に相当する。
図２２は、本発明の実施の形態１１におけるサセプタの配置を示す平面図であり、サセプタ８をドーナツ状空間に配置された状態を示すため、サセプタ８を３個だけ取り出して描いたものである。
図２１及び図２２において、サセプタ８の下部において、サセプタ８がなす扇形の内側の一部がカットされ、サセプタ８をドーナツ状空間に配置されたときに隣のサセプタ８と接触する部分となる、カット部５１が設けられている。
このような構成とすることで、ドーナツ状空間をよりコンパクトに構成することができ、より面積生産性の高い成膜を実現できる。
（実施の形態１２）
以下、本発明の実施の形態１２について、図２３～図２７を参照して説明する。
図２３は、本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示すもので、搬送系も含めた装置全体の平面図であり、図１に相当する。
図２３において、予備室１と、反応室５２～５６が、ゲート５を介してロボット室６に接続されている。ロボット室６はロボット７を備えており、予備室１と、反応室５２～５６のいずれかの間で基板の搬送を行う。予備室１をロードロック室とし、反応室５２～５６とロボット室６を常時真空状態で運転してもよいし、予備室１とロボット室６を常時大気状態とし、反応室５２～５６を大気状態にして基板の出し入れを行い、真空状態にして成膜する構成としてもよい。また、ロボット室６がさらに基板のアライメントをする機能を備えてもよい。
図２４は、本発明の実施の形態１２におけるサセプタの構成を示すもので、基板をサセプタに載置していない状態を示す斜視図であり、図２に相当する。
図２４において、サセプタ８は、斜面９に設けられた基板載置面としての座グリ部１０及び水平面の両方に垂直な平面で切った断面が、水平面に平行な辺を底辺とする直角三角形に近似する形状である（上辺が下辺より短い台形に近似する形状でもある）。つまり、基板載置面は鉛直面に対して傾いている。傾斜角は、鉛直面に対して３～１０度が好ましく、典型的には５度である。傾斜角が小さすぎると、ロボットアームを二つのサセプタ８間に入れるために、サセプタ８をかなり大きな寸法にして、最上部の二つのサセプタ８間の距離を確保する必要が生じるため好ましくなく、逆に傾斜角が大きすぎると、反応室５２～５６内に必要数の基板載置面を設けるためには反応室５２～５６をかなり大きな寸法にする必要が生じるため好ましくない。後述するように、反応室５２～５６の内壁は該直方体形状であり、その内部の直方体状の凹空間に沿うようにサセプタ８を配置するため、ｙ軸方向の端面１１は平面である。図では見えない側の端面も平面である。また、実施の形態１とは異なり、図で見えない側の垂直面には、座グリ部は設けられていない。座グリ部１０の周辺に、基板搬送用のロボット７のロボットアームの爪を逃がすための逃し１２が４個設けられている。逃し１２の斜面９に対する深さは、座グリ部１０よりも若干深く、座グリ部１０がなす円の内側に少し入り込んだ形状となっている。ロボットアームとしては種々のものを適宜利用することができるが、ベルヌイチャック方式のものを用いれば、スムーズな基板載置を実現できる。サセプタ８の材質としては、熱伝導率が高く、変形・変質しにくいものが好ましく、アルミニウム、ステンレス鋼、炭化珪素などを用いることができる。
図２５は、本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示す斜視図であり、反応室の構成を示す分解図である。以下、一例として、反応室５４の構成について詳しく述べるが、他の反応室５２、５３、５５、５６も同様の構成である。
図２６は、本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、水平方向に移動可能なサセプタホルダ１７が、プリカーサ処理位置にある状態を示すものである。
図２７は、本発明の実施の形態１２における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図である。なお、断面の奥に見えるであろう構造（ゲート開口、サセプタ、座グリ部など）を点線で模式的に示している。また、水平方向に移動可能なサセプタホルダ１７が、パージ位置５８にある状態を示すものである。
図２５～図２７において、反応室５４は全体として直方体をなし、内壁は該直方体形状である。反応室５４内部の直方体状の凹空間に２個のサセプタ８がサセプタホルダ１７上、水平方向に直線状に並べて配置されている。シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９は、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられ、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となっている。反応室５４の上部には、オーリング２０を介して蓋２１が配置され、気密性が確保される。つまり、真空状態で成膜処理を実行できる。蓋２１には、ガス供給管が、直線方向に、プリカーサを含むガス供給管２３、パージガス供給管２２、酸化剤を含むガス供給管２５の順に設けられている。反応室５４内に供給されたガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６から、サセプタホルダ１７に設けられたスリット４６を通り、排気口２７、４０及び４１から排気される。
反応室５４の側面、サセプタ８の側方に、基板１６交換のためのゲート開口２９が設けられている。ロボット室６に設けられたロボット７のロボットアームが、ゲート開口２９を介して基板１６を座グリ部１０に載置、又は座グリ部１０に載置された基板１６をロボット室６に取り出す。サセプタ８は、反応室５４内で水平方向に、複数のサセプタ８が配置されている向きに移動する、すなわち、直方体状空間内で直線運動させるスライド機構によって移動するので、ロボットアームはゲート開口２９を介してすべてのサセプタ８にアクセス可能となっている。ここで、「複数のサセプタ８が配置されている向き」とは、水平方向に並べられたサセプタ８の中心を繋ぐことによって表現できる配置の向きのことであり、本実施の形態においては、図２５の矢印Ｆの向き（ｘ方向）のことである。
サセプタホルダ１７には、サセプタホルダ１７をｘ軸方向に貫通する２個の貫通穴５７が設けられ、反応室５４の下部に設けられた２本のシャフト５９が挿入される。サセプタホルダ１７は駆動源に接続され、シャフト５９をガイドとして、複数のサセプタ８が配置されている向きに移動し、サセプタ８を移動させる。
蓋２１には、複数のガス噴出孔１９を備えたガスノズルとしてのシャワープレート１８が設けられ、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３からガス噴出孔１９を通って、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に、下方に向けてガスを噴出する。ガス導入口としてのガス噴出孔１９が、座グリ部１０よりも上方で反応室５４内にガスを供給する構成である。
サセプタホルダ１７がパージ位置５８にあるときは、パージガス供給マニホールド３１からガス噴出孔１９を通って、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に、下方に向けてパージガスを噴出する。同様に、サセプタホルダ１７が酸化処理位置６０にあるときは、酸化ガスを含むガス供給マニホールド３４からガス噴出孔１９を通って、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に、下方に向けて酸化ガスを含むガスを噴出する。つまり、ガスノズルとしてのシャワープレート１８が、直線方向に複数のガスノズル群に分割され、ガスノズル群ごとに異なる種類のガスが噴出可能な構成となっている。つまり、移動機構の移動方向（水平方向）に複数配置されたガスノズル群を備える。なお、必要に応じて、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４には、パージガスのみを供給することもできる。
また、図２６からわかるように、反応室５４内に２個のサセプタ８が水平方向に直線状に並べて配置されており、これにより、斜面９に設けられた複数の座グリ部１０のうちの二つの座グリ部１０が、上方ほど座グリ部１０間の距離が広くなるように向かい合い、向かい合う二つの座グリ部１０の間にＶ溝状空間２６を構成する。
簡単のため、予備室１をロードロック室とし、反応室５２～５６とロボット室６を常時真空状態で運転する場合について、動作を説明する。なお、重複を避けるため、実施の形態１と同様の部分については、記載を省略する。
基板載置面としての座グリ部１０の温度を、予め所定の温度にしておく。次いで、予備室１とロボット室６の間のゲート５を開けた状態で、予備室１からロボット７で基板１６を取り出し、ロボット室６と反応室５４の間のゲート５を開けた状態で、ゲート開口２９を介して基板１６を反応室５４内の座グリ部１０に載置する。つまり、反応室５４内に設けられた、鉛直面に対して傾いた複数の基板載置面としての座グリ部１０に、反応室５４外から基板１６を移動させて載置する。このとき、サセプタホルダ１７はパージ位置５８に配置しておく。
基板１６の交換又は載置操作を実行中は、すべてのシャワープレートから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室５４内に供給し、反応室５４がロボット室６に対して陽圧となるようにしておく。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室５４内に混入しうる、不要なガスの濃度を最小限にすることができる。
反応室５４内の２カ所の座グリ部１０に基板１６を載置し終えたら、ゲート５を閉じ、数秒の間、すべてのシャワープレートから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室５４内に供給しておく。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室５４内に混入しうる、不要なガスの濃度を低減させることができる。
次に、スライド機構を動作させ、サセプタホルダ１７をｘ軸方向に往復運動させながら、蓋２１に設けられた各三つの凹部とシャワープレート１８に囲まれた三つの供給マニホールド、すなわち、パージガス供給マニホールド３１、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４から、それぞれ、パージガス、プリカーサを含むガス、酸化剤を含むガスを反応室５４内に供給しつつ、排気口２７、４０及び４１から排気する。ここでは、排気口が三つ設けられているものを例示したが、排気口は一つであってもよい。あるいは、排気口ごとに別々のポンプで排気する構成としてもよいし、排気口ごとに別々の調圧バルブを用いて、きめ細かく調圧を行えるようにしてもよい。
このとき用いる各種ガスの種類、流量や反応室５４内の圧力などは、実施の形態１と同様である。このようにして、各種ガスを反応室５４内に供給しながら、サセプタホルダ１７をｘ軸方向に、プリカーサ処理位置と酸化処理位置６０の間で往復運動させ、基板載置面を、直方体空間内で直線運動させる。
基板１６がプリカーサ処理位置にあるとき、基板１６の表面にプリカーサ分子が吸着する。その反応は自己制御的であり、基板１６表面に吸着可能なサイトがなくなった時点で吸着反応は終了する。つまり、基板１６表面において、ほぼ均一に原子一層分のプリカーサ分子が吸着した状態が得られる。
座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が、基板１６の表面に吸着するプリカーサ分子の割合が高くなるが、本発明においては、シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９が、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられ、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となっているため、従来技術、例えば非特許文献１に記載の成膜装置を用いる場合に比べて、より均一に、より短時間で吸着ステップを完了させることができる。
基板１６が酸化処理位置６０にあるとき、基板１６表面に吸着したプリカーサと酸化剤との反応により、およそ原子一層分の薄膜が基板１６表面に成膜される。例えば、プリカーサとしてＴＭＡ、酸化剤としてＨ２Ｏを用いる場合、Ｈ２Ｏがプリカーサのメチル基と反応して副生成物のメタンが生じ、メタンはガス排気口２７、４０及び４１から反応室５４外に排出される一方、表面にヒドロキシル化したＡｌ２Ｏ３が残り、薄膜となる。
基板１６が１回分成膜される間（およそ原子一層分の薄膜が形成される間）、本実施の形態の場合は、基板１６が直線方向に一往復する間、各基板１６が各ガスの噴出を受ける時間が０．１～１０ｓ、典型的には５ｓになるように、移動速度を設定する。例えば、本実施の形態では、蓋２１に設けられた３個の凹部とシャワープレート１８に囲まれた３個の供給マニホールド、すなわち、パージガス供給マニホールド３１、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４が設けられている。つまり、プリカーサを含むガスを噴出させるガスノズル群と、リアクタントを含むガスを噴出させるガスノズル群との間に、パージガスを噴出させるガスノズル群が配置されている。したがって、各基板１６は、直線方向に一往復する間に、パージガス、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガスの順に各種ガスに暴露されるプロセスが１回だけ生じる。各種ガスに暴露する時間を５ｓとするには、５×４＝２０ｓで１往復する設定、すなわち、一分間に３往復する速度で移動させればよい。サセプタホルダ１７のサセプタ８が載っている面よりも上で、各ガスがなるべく混合しないようにするため、各Ｖ溝状空間２６に供給されるガスの量が等しくなるようにするか、パージガスの量を、プリカーサを含むガスや酸化剤を含むガスの量よりも若干多くしておくとよい。このようにすれば、プリカーサと酸化剤が各Ｖ溝状空間２６内で混合することを効果的に回避できる。
このようにして、サセプタホルダ１７を直線方向に往復運動させることにより、各基板１６はパージガス、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガスの順に各種ガスに暴露され、およそ原子一層分の酸化物薄膜が基板１６表面に形成される。このようなプロセスは、直線方向に、プリカーサを含むガスを噴出させるガスノズル群と、リアクタントを含むガスを噴出させるガスノズル群との間に、パージガスを噴出させるガスノズル群が配置されることによって実現されている。この一連のステップを繰り返し実施するために、サセプタホルダ１７を反応室５４内で何度も往復させることにより、所定の厚さの酸化物薄膜を得ることができる。ここで、およそ原子一層分という表現を用いたが、１サイクルで形成される薄膜の厚さを膜厚に換算するとおよそ１～２オングストロームであるから、例えば厚さ２０ｎｍの薄膜を形成したい場合は、１００～２００サイクルのプロセスが必要となるので、本実施の形態の場合、サセプタホルダ１７を反応室５４内で１００～２００回往復させる。
所定の膜厚の成膜を終えた基板１６は、基板載置のステップとは逆に、座グリ部１０からゲート開口２９を介して反応室５４外に取り出され、ロボット７を使って予備室１に収納される。なお、本実施の形態においては、五つの反応室５２～５６が設けられており、四つの反応室で成膜をしながら、一つの反応室で基板交換を行うこともできる。このように、複数の反応室に対して、ロード及びアンロードと成膜という、ともに時間を要する処理を同時並行で実行することにより、さらに処理速度が大きく、さらに面積生産性が高い成膜装置及び方法が実現できる。
本実施の形態における成膜装置は、実施の形態１で説明した成膜装置に比べると処理速度は小さいものの小型・小規模であり、実施の形態１で説明した成膜装置の詳細設計を行うための予備実験を行う装置としても有用である。なお、さらに処理速度を大きく、さらに面積生産性が高い成膜装置及び方法を実現するために、例えば、サセプタホルダ１７をｘ軸又はｙ軸方向に複数水平に並べるなどして、反応室５４内に配置する基板載置面を四つ、六つ、八つなどと増やすことも可能である。
基板交換を実施した後、サセプタホルダ１７を連続的に往復運動させる場合を例示したが、各ガス噴出孔１９が各サセプタ８の上面１５の直上に位置するタイミングで、ガス流れが乱れてしまう。そこで、運動と停止を繰り返し、間欠的にプロセスを実施してもよい。この場合、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の置換がより確実に行えるという利点がある。あるいは、間欠的にプロセスを実施する場合、運動中はプリカーサを含むガス供給マニホールド３３及び酸化剤を含むガス供給マニホールド３４からもパージガスを供給するか、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を減少させるか、又は、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を停止する構成としてもよい。この場合、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の混合が効果的に回避でき、また、置換がさらにより確実に行えるという利点がある。あるいは、連続的に運動させるか、間欠的に運動と停止を繰り返すかにかかわらず、各ガス噴出孔１９が各サセプタ８の上面１５の直上に位置するタイミングで、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３及び酸化剤を含むガス供給マニホールド３４からもパージガスを供給するか、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を減少させるか、又は、各ガス噴出孔１９から供給するガス流量を停止する構成としてもよい。この場合、パージガスによるプリカーサ及び酸化剤の混合が効果的に回避でき、また、置換がさらにより確実に行えるという利点がある。あるいは、サセプタホルダ１７がプリカーサ処理位置にあるときのみ、プリカーサを含むガス供給マニホールド３３からプリカーサを含むガスを供給し、それ以外のときはプリカーサを含むガス供給マニホールド３３からパージガスを供給し、サセプタホルダ１７が酸化処理位置６０にあるときのみ、酸化剤を含むガス供給マニホールド３４から酸化剤を含むガスを供給し、それ以外のときは酸化剤を含むガス供給マニホールド３４からパージガスを供給するようにしてもよい。この場合、プリカーサ及び酸化剤の混合が効果的に回避でき、また、置換がさらにより確実に行えるという利点がある。
（実施の形態１３）
以下、本発明の実施の形態１３について、図２８～図３２を参照して説明する。
図２８は、本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示すもので、搬送系も含めた装置全体の平面図であり、図１に相当する。
図２８において、予備室１及び２と、反応室６１及び６２が、ゲート５を介してロボット室６に接続されている。ロボット室６はロボット７を備えており、予備室１又は２と、反応室６１又は６２の間で基板の搬送を行う。予備室１及び２をロードロック室とし、反応室６１及び６２とロボット室６を常時真空状態で運転してもよいし、予備室１及び２とロボット室６を常時大気状態とし、反応室６１及び６２を大気状態にして基板の出し入れを行い、真空状態にして成膜する構成としてもよい。また、ロボット室６がさらに基板のアライメントをする機能を備えてもよい。
図２９は、本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示すもので、基板をサセプタに載置していない状態を示す斜視図であり、図２に相当する。
図２９において、サセプタ８は、斜面９に設けられた基板載置面としての座グリ部１０及び水平面の両方に垂直な平面で切った断面が、水平面に平行な辺を底辺とする二等辺三角形に近似する形状である（上辺が下辺より短い台形に近似する形状でもある）。つまり、基板載置面は鉛直面に対して傾いている。傾斜角は、鉛直面に対して３～１０度が好ましく、典型的には５度である。傾斜角が小さすぎると、ロボットアームを二つのサセプタ８間に入れるために、サセプタ８をかなり大きな寸法にして、最上部の二つのサセプタ８間の距離を確保する必要が生じるため好ましくなく、逆に傾斜角が大きすぎると、反応室６１内に必要数の基板載置面を設けるためには反応室６１をかなり大きな寸法にする必要が生じるため好ましくない。後述するように、反応室６１及び６２の内壁は該直方体形状であり、その内部の直方体状の凹空間に沿うようにサセプタ８を配置するため、ｘ軸方向の端面１１は平面である。図では見えない側の端面も平面である。また、この二等辺三角形の二つの等辺を含む面としての斜面９に座グリ部１０が設けられている。つまり、図で見えない側の斜面にも、同様に座グリ部１０が設けられている。座グリ部１０の周辺に、基板搬送用のロボット７のロボットアームの爪を逃がすための逃し１２が４個設けられている。逃し１２の斜面９に対する深さは、座グリ部１０よりも若干深く、座グリ部１０がなす円の内側に少し入り込んだ形状となっている。ロボットアームとしては種々のものを適宜利用することができるが、ベルヌイチャック方式のものを用いれば、スムーズな基板載置を実現できる。サセプタ８の材質としては、熱伝導率が高く、変形・変質しにくいものが好ましく、アルミニウム、ステンレス鋼、炭化珪素などを用いることができる。
この二等辺三角形の底辺に沿ってサセプタ底部１３が設けられている。また、サセプタ底部１３の中央付近にガス排出口となるスリット１４が設けられている。座グリ部１０と同様、スリット１４も、図で見えない側にも設けられている。
図３０は、本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示す断面図であり、反応室の中央をｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図である。
図３０において、反応室６１内に複数のサセプタ８が水平方向に直線上に並べて配置されており、これにより、斜面９に設けられた複数の座グリ部１０のうちの二つの座グリ部１０が、上方ほど座グリ部１０間の距離が広くなるように向かい合って配置されている。
複数のサセプタ８のうちの二つのサセプタ８の間に、ガス排出口としてのスリット１４が設けられており、反応室６１内に供給されたガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６からスリット１４を通り、排気マニホールド６３で合流した後、排気口６４から排気される。つまり、複数のサセプタ８のうちの二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６の最下部に、基板載置面としての座グリ部１０よりも下方でガスを排気する排出口としてのスリット１４を備える構成である。
反応室６１の上部には、オーリング２０を介して蓋２１が配置され、気密性が確保される。つまり、真空状態で成膜処理を実行できる。蓋２１にはガス供給管６５、複数のガス噴出孔１９を備えたガスノズルとしてのシャワープレート１８が設けられ、供給マニホールド６６からガス噴出孔１９を通って、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に、下方に向けてガスが噴出する。ガス導入口としてのガス噴出孔１９が、座グリ部１０よりも上方で反応室６１内にガスを供給する構成である。
図３１は、本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示すもので、反応室の構成を示す分解斜視図であり、図４に相当する。
図３１において、反応室６１は全体として直方体をなし、内部の直方体状の凹空間に複数のサセプタ８が水平方向に直線上に並べて配置されている。シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９は、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられ、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となっている。
反応室６１の側面、サセプタ８の側方に、基板１６交換のためのゲート開口２９が設けられている。ロボット室６に設けられたロボット７のロボットアームが、ゲート開口２９を介して基板１６を座グリ部１０に載置、又は座グリ部１０に載置された基板１６をロボット室６に取り出す。
図３２は、本発明の実施の形態１３における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６に相当する。
簡単のため、予備室１及び２をロードロック室とし、反応室６１及び６２とロボット室６を常時真空状態で運転する場合について、動作を説明する。なお、重複を避けるため、実施の形態１と同様の部分については、記載を省略する。基板載置面としての座グリ部１０の温度を、予め所定の温度にしておく。なお、本実施の形態においては、サセプタ８は固定されているので、温度のモニタリングは比較的容易である。次いで、予備室１又は２とロボット室６の間のゲート５を開けた状態で、予備室１又は２からロボット７で基板１６を取り出し、ロボット室６と反応室６１の間のゲート５を開けた状態で、ゲート開口２９を介して基板１６を反応室６１内の座グリ部１０に載置する。つまり、反応室６１内に設けられた、鉛直面に対して傾いた複数の基板載置面としての座グリ部１０に、反応室６１外から基板１６を移動させて載置する。
反応室６１内のすべての座グリ部１０に基板１６を載置し終えたら、ゲート５を閉じ、ガス噴出孔１９からパージガスを噴出させながら、排気口６４から排気する。なお、基板１６の交換又は載置操作を実行中にも、シャワープレート１８から少量のパージガス又は不活性ガスを反応室６１内に供給し、反応室６１がロボット室６に対して陽圧となるようにしておいてもよい。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室６１内に混入しうる、不要なガスの濃度を最小限にすることができる。
次に、ガス噴出孔１９から噴出させるガスを、プリカーサを含むガスに切り替える。プリカーサの供給量は、３～３０ｍｇ／回程度、典型的には１０ｍｇ／回である。プリカーサを含むガスの噴出時間は０．１～２ｓ、典型的には０．２ｓである。ガス噴出孔１９から噴出させるガスをプリカーサを含むガスにするステップにおいて、基板１６の表面にプリカーサ分子が吸着する。その反応は自己制御的であり、基板１６表面に吸着可能なサイトがなくなった時点で吸着反応は終了する。つまり、基板１６表面において、ほぼ均一に原子一層分のプリカーサ分子が吸着した状態が得られる。
座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が、基板１６の表面に吸着するプリカーサ分子の割合が高くなるが、本発明においては、シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９が、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられ、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔となっているため、従来技術、例えば非特許文献１に記載の成膜装置を用いる場合に比べて、より均一に、より短時間で吸着ステップを完了させることができる。
次に、ガス噴出孔１９から噴出させるガスを、再びパージガス（典型的にはＡｒ）に切り替える。このステップにより、反応室６１内、とくに、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に残ったプリカーサの濃度を低減することができる。パージガスの流量は、１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。パージガスの噴出時間は０．１～２ｓ、典型的には０．２ｓである。
次に、ガス噴出孔１９から噴出させるガスを、リアクタントとしての酸化剤を含むガスに切り替える。酸化剤は適宜選択できるが、例えばＨ２Ｏを用いる場合、その供給量は、１～１００ｍｇ／回程度、典型的には１０ｍｇ／回である。この場合、酸化剤を単独で反応室６１に供給するのは困難なため、通常は希ガスなどの不活性ガスで希釈する。典型的にはＡｒガスで希釈するが、希釈ガスの流量は１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。酸化剤を含むガスの噴出時間は０．１～２ｓ、典型的には０．２ｓである。ガス噴出孔１９から噴出させるガスを酸化剤を含むガスにするステップにおいて、基板１６表面に吸着したプリカーサと酸化剤との反応により、およそ原子一層分の薄膜が基板１６表面に成膜される。例えば、プリカーサとしてＴＭＡ、酸化剤としてＨ２Ｏを用いる場合、Ｈ２Ｏがプリカーサのメチル基と反応して副生成物のメタンが生じ、メタンは排気口６４から反応室６１外に排出される一方、表面にヒドロキシル化したＡｌ２Ｏ３が残り、薄膜となる。
次に、ガス噴出孔１９から噴出させるガスを、再びパージガス（典型的にはＡｒ）に切り替える。このステップにより、反応室６１内、とくに、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に残った酸化剤の濃度を低減することができる。パージガスの流量は、１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。パージガスの噴出時間は０．１～２ｓ、典型的には０．２ｓである。
上記のように、ガス噴出孔１９から噴出させるガスを、プリカーサを含むガス、パージガス、酸化剤を含むガス、パージガス、と順次切り替えることで、およそ原子一層分の酸化物薄膜が基板１６表面に形成される。この一連のステップを繰り返し実施することにより、所定の厚さの酸化物薄膜を得ることができる。ここで、およそ原子一層分という表現を用いたが、１サイクルで形成される薄膜の厚さを膜厚に換算するとおよそ１～２オングストロームであるから、例えば厚さ２０ｎｍの薄膜を形成したい場合は、１００～２００サイクルのプロセスが必要となる。
所定の膜厚の成膜を終えた基板１６は、基板載置のステップとは逆に、座グリ部１０から反応室６１外に取り出され、ロボット７を使って予備室１又は２に収納される。なお、本実施の形態においては、二つの反応室６１及６２が設けられており、片方の反応室で成膜をしながら、他方の反応室で基板交換を行うこともできる。このように、複数の反応室に対して、ロード及びアンロードと成膜という、ともに時間を要する処理を同時並行で実行することにより、さらに処理速度が大きく、さらに面積生産性が高い成膜装置及び方法が実現できる。
本実施の形態では、サセプタ８を８個設け、反応室６１内に基板１６を１６枚載置できるものを例示したが、反応室６１に設けるサセプタ８の数が多いほど面積生産性が高まる。例えば、サセプタ８を１３個設け、反応室６１内に基板１６を２６枚載置できる構成としてもよい。
（実施の形態１４）
以下、本発明の実施の形態１４について、図３３を参照して説明する。
図３３は、本発明の実施の形態１４における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３０に相当する。
実施の形態１３においては、すべて同じ形状のサセプタ８を用いる場合を例示したが、図３３においては、両端に配置するサセプタ８のみ、実施の形態１３におけるサセプタ８を、その中心を通るｘｚ面に並行な面で切った形状のものとしている。実施の形態１３では、両端の基板１６の近傍のみガス流路の形状が異なるため、他の基板と異なるガス流れによって反応や膜質に違いが生じる可能性があるが、本実施の形態においては、すべてのガス流路の形状が同一となるので、より均質な成膜が行える。
（実施の形態１５）
以下、本発明の実施の形態１５について、図３４～図３６を参照して説明する。
図３４は、本発明の実施の形態１５における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３０に相当する。
図３５は、本発明の実施の形態１５における成膜装置の構成を示すもので、反応室の構成を示す分解斜視図であり、図３１に相当する。
図３６は、本発明の実施の形態１５における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３２に相当する。
実施の形態１３においては、反応室６１の側面、サセプタ８の側方に、基板１６交換のためのゲート開口２９が設けられている場合を例示したが、図３４～図３６に示すように、実施の形態１５では、サセプタ８よりも上方に、基板１６交換のためのゲート開口２９を備える。
このような構成では、反応室６１の体積が大きくなってしまうという欠点があるが、基板１６の交換にあたって、ロボットアームが広い開口から座グリ部１０にアクセスできることから、基板１６交換を高速に行えるという利点がある。
（実施の形態１６）
以下、本発明の実施の形態１６について、図３７～図３９を参照して説明する。
図３７は、本発明の実施の形態１６における成膜装置の構成を示すもので、反応室の構成を示す分解斜視図であり、図３１に相当する。
図３８及び図３９は、本発明の実施の形態１６における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３２に相当する。
実施の形態１３とは異なり、実施の形態１５と同様、図３７～図３９に示すように、実施の形態１６では、サセプタ８よりも上方に、基板１６交換のためのゲート開口２９を備える。また、複数のガス噴出孔１９を備えたガスノズルとしてのシャワープレート１８は、ガス供給ユニット６７に取り付けられ、ガス供給ユニット６７はベローズ６８によって反応室６１の天井部に接続されている。つまり、シャワープレート１８が、反応室６１内で昇降可能な構成となっている。ガスは、ガス供給管６５からベローズ６８内を通り、供給マニホールド６６に導入される。
基板１６交換を行う際は、図３８に示すようにベローズ６８を収縮させ、ゲート開口２９の側方、サセプタ８の上方の空間を開放する。成膜プロセスを行う際は、図３９に示すようにベローズ６８を伸長させ、シャワープレート１８を下降させサセプタ８にその直上で近接させる。つまり、座グリ部１０に、反応室６１外から基板１６を移動させて載置するステップと、座グリ部１０よりも上方より反応室６１内にガスを供給しながら、座グリ部１０よりも下方でガスを排気するステップとの間に、シャワープレート１８を反応室６１内で降下させて、シャワープレート１８をサセプタ８に近接させるステップを含み、座グリ部１０よりも上方より反応室６１内にガスを供給しながら、座グリ部１０よりも下方でガスを排気するステップと、座グリ部１０から基板１６を反応室６１外に移動させて取り出すステップとの間に、シャワープレート１８を反応室６１内で上昇させて、シャワープレート１８をサセプタ８から遠ざけるステップを含む構成である。このようにして、各種ガスの流路を短く保つことで成膜プロセスの高速性を確保しつつ、基板１６交換の高速化を図ることができる。
（実施の形態１７）
以下、本発明の実施の形態１７について、図４０を参照して説明する。
図４０は、本発明の実施の形態１７におけるガスノズルの構成を示す斜視図であり、図３１のシャワープレート１８に相当する。なお、ガス噴出孔１９の形状をわかりやすくするため、最左のガス噴出孔１９以外は、シャワープレート１８の上面側の開口形状のみを図示している。
実施の形態１～１６においては、シャワープレート１８に設けられたガス噴出孔１９は円形であり、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が高い密度で設けられていたが、本実施の形態においては、ガス噴出孔１９を矩形とし、そのｙ軸方向の幅を、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が広くなるよう構成することで、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔としている。その他にも様々な変形が考えられることは言うまでもない。
（実施の形態１８）
以下、本発明の実施の形態１８について、図４１及び図４２を参照して説明する。
図４１及び図４２は、本発明の実施の形態１８における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３２に相当する。
実施の形態１３とは異なり、実施の形態１５と同様、図４１及び図４２に示すように、実施の形態１８では、サセプタ８よりも上方に、基板１６交換のためのゲート開口２９を備える。また、サセプタ８はサセプタホルダ１７に搭載されている。サセプタホルダ１７は、ベローズ６８によって反応室６１の底部に接続されている。つまり、サセプタ８が、反応室６１内で昇降可能な構成となっている。
基板１６交換を行う際は、図４１に示すようにベローズ６８を収縮させ、ゲート開口２９の側方、サセプタ８の上方の空間を開放する。成膜プロセスを行う際は、図４２に示すようにベローズ６８を伸長させ、サセプタホルダ１７を上昇させサセプタ８をシャワープレート１８にその直下で近接させる。つまり、座グリ部１０に、反応室６１外から基板１６を移動させて載置するステップと、座グリ部１０よりも上方より反応室６１内にガスを供給しながら、座グリ部１０よりも下方でガスを排気するステップとの間に、サセプタ８を反応室６１内で上昇させて、８サセプタをシャワープレート１８に近接させるステップを含み、座グリ部１０よりも上方より反応室６１内にガスを供給しながら、座グリ部１０よりも下方でガスを排気するステップと、座グリ部１０から基板１６を反応室６１外に移動させて取り出すステップとの間に、サセプタ８を反応室６１内で下降させて、サセプタ８をシャワープレート１８から遠ざけるステップを含む構成である。このようにして、各種ガスの流路を短く保つことで成膜プロセスの高速性を確保しつつ、基板１６の交換の高速化を図ることができる。
（実施の形態１９）
以下、本発明の実施の形態１９について、図４３を参照して説明する。
図４３は、本発明の実施の形態１９におけるガスノズルの構成を示す断面図であり、図３２の蓋２１、ガス供給管６５、ガス噴出孔１９、シャワープレート１８、供給マニホールド６６に相当する。
図４３において、ガス種ごとに別々の供給マニホールドが設けられている。つまり、パージガス供給マニホールド６９、プリカーサ供給マニホールド７０、酸化剤供給マニホールド７１が別個に設けられており、パージガス、プリカーサを含むガス、酸化剤を含むガスが互いに混合しない構成となっている。
実施の形態１３において、供給マニホールド６６は各ガス種について共通である。このため、供給マニホールド６６内や、ガス噴出孔１９の内壁、シャワープレート１８の下面などにも薄膜が付着してしまう。
一方、本実施の形態においては、成膜する際、パージガスを常時供給し、プリカーサを含むガスを噴出させるステップ以外ではプリカーサ供給マニホールドからもプリカーサを希釈するための希釈ガスを供給し、酸化剤を含むガスを噴出させるステップ以外では酸化剤供給マニホールドからも酸化剤を希釈するための希釈ガスを供給するようにする。このようにして、シャワープレート１８よりも上流側でプリカーサが酸化剤と互いに混合しない成膜プロセスを実現できる。つまり、供給マニホールド６９、７０、７１内や、ガス噴出孔１９の内壁、シャワープレート１８の下面などに薄膜が極めて付着しにくくなり、パーティクルが発生しにくいクリーンな成膜を実現できる。
（実施の形態２０）
以下、本発明の実施の形態２０について、図４４～図４９を参照して説明する。
図４４は、実施の形態２０における成膜装置の構成を示すもので、搬送系も含めた装置全体の平面図であり、図２８に相当する。
図４５は、本発明の実施の形態２０における成膜装置の構成を示すもので、反応室とロボット室の間にあるゲートの中央を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３２に相当する。
図４４及び図４５において、複数のサセプタ８からなる第１サセプタ群と、複数のサセプタ８からなる第２サセプタ群が、それぞれサセプタホルダ１７に搭載されている。反応室７２及び７３は、第１サセプタ群又は第２サセプタ群に対して基板１６をロード及びアンロードするためのロードアンロード位置Ａと、第１サセプタ群又は第２サセプタ群に対して基板１６に成膜を行う成膜位置Ｂと、第１バッファ位置Ｃと、第２バッファ位置Ｄを備える。第１サセプタ群及び第２サセプタ群は、反応室７２及び７３内でロードアンロード位置Ａ、成膜位置Ｂ、第１バッファ位置Ｃ、第２バッファ位置Ｄに水平移動可能な構成となっている。反応室７２及び７３内でＡ～Ｄの各位置は、仕切り板７４によって隔離され、各位置間でガスが互いに混合しにくいよう構成されている。蓋２１において、ロードアンロード位置Ａの上部に、ロードアンロード位置にガスを供給するロードアンロード位置ガス導入口としてのパージガス供給管７５が設けられ、下方に向けてパージガスが噴出する。また、成膜位置Ｂの上部に、成膜位置にガスを供給する成膜位置ガス導入口としてのプロセスガス供給管７６が設けられ、下方に向けてパージガスが噴出する。
図４６～図４９は、本発明の実施の形態２０における成膜方法を示すもので、反応室７２の平面図である。実線は、当該位置に第１又は第２サセプタ群が存在している状態、点線は、当該位置にいずれのサセプタ群も存在しない状態を示す。
図４６において、例えば、成膜位置Ｂで第１サセプタ群に対して成膜処理を行うのと同時に、ロードアンロード位置Ａで第２サセプタ群に対して基板１６のアンロード及びロードを行う。
図４７において、成膜位置Ｂにおける第１サセプタ群に対する成膜処理が完了した後、第１サセプタ群を第１バッファ位置Ｃに移動させる。なお、第１バッファ位置Ｃにも、ロードアンロード位置Ａと同様、蓋２１の上部に、バッファ位置にガスを供給するバッファ位置ガス導入口としてのパージガス供給管が設けられ、下方に向けてパージガスが噴出する。
次に、図４８において、ロードアンロード位置Ａにおける第２サセプタ群に対する基板１６のロードが完了した後、第２サセプタ群を成膜位置Ｂに移動させ、成膜処理を実行する。また、第１バッファ位置にある第１サセプタ群を第２バッファ位置Ｄに移動させる。なお、第２バッファ位置Ｄにも、ロードアンロード位置Ａと同様、蓋２１の上部に、バッファ位置にガスを供給するバッファ位置ガス導入口としてのパージガス供給管が設けられ、下方に向けてパージガスが噴出する。
次に、図４９において、成膜位置Ｂにおける第２サセプタ群に対する成膜処理を実行しながら、第２バッファ位置Ｄにある第１サセプタ群をロードアンロード位置Ａに移動させる。そして、成膜位置Ｂにおける第２サセプタ群に対する成膜処理を実行しながら、ロードアンロード位置Ａで第１サセプタ群に対して基板１６のアンロード及びロードを行う。
このように、複数のサセプタ群に対して、ロード及びアンロードと成膜という、ともに時間を要する処理を同時並行で実行することにより、さらに処理速度が大きく、さらに面積生産性が高い成膜装置及び方法が実現できる。
（実施の形態２１）
以下、本発明の実施の形態２１について、図５０～図５３を参照して説明する。
図５０は、本発明の実施の形態２１におけるガスノズルの構成を示す分解斜視図である。
図５１は、本発明の実施の形態２１における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３３に相当する。
図５２は、本発明の実施の形態２１におけるガスノズルの構成を示す断面図であり、図５１の一部を拡大したものである。
図５３は、本発明の実施の形態２１における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図３２に相当する。
図５０～図５３において、第一リング７７は、全体としてｘ方向に長尺の環状をなす第一帯状部７８、及び、全体としてｘ方向に長尺の環状をなし、第一帯状部７８と一体であり、第一帯状部７８の内壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の内壁面を備えた第一ツバ部７９を備える。
キャップ８０は、第一リング７７の第一帯状部７８に挿入された、第一帯状部７８の内壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の外壁面を備えた板部８１、及び、板部８１と一体であり、第一リング７７の第一ツバ部７９に重なって配置された板部一体ツバ部８２を備える。キャップ８０の板部８１は、第一リング７７の第一帯状部７８及び第一ツバ部７９の内部からなる長尺穴８３に挿入され、貫通し、その先端部は反応室６１内に露出している。板部８１のｚ方向の長さは、第一帯状部７８のｚ方向の長さ及び第一ツバ部７９のｚ方向の長さを足したものよりもわずかに長いため、反応室６１内において板部８１の先端部は、第一帯状部７８の先端部よりもわずかに下方に飛び出している。
マスフローコントローラやバルブなどにより構成される、第一ガス供給部８４から供給される第一ガスは、第一ツバ部７９の外壁面から第一ツバ部７９の内壁面に貫通する第一導入孔８５（ｙ方向に２つ、向かい合って設けられている）、並びに、第一帯状部７８の内壁面及び板部８１の外壁面の間の隙間を通り、第一ツバ部７９とは反対側から流れ出るよう構成されている。
第二リング８６は、全体としてｘ方向に長尺の環状をなし、第一帯状部７８を挿入する、第一帯状部７８の外壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の内壁面を備えた第二帯状部８７、及び、全体としてｘ方向に長尺の環状をなし、第二帯状部８７と一体であり、第二帯状部８７の内壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の内壁面を備えた第二ツバ部８８を備える。第一リング７７の第一帯状部７８は、第二リング８６の第二帯状部８７及び第二ツバ部８８の内部からなる長尺穴８９に挿入され、貫通し、その先端部は反応室６１内に露出している。第一帯状部７８のｚ方向の長さは、第二帯状部８７のｚ方向の長さ及び第二ツバ部８８のｚ方向の長さを足したものよりもわずかに長いため、反応室６１内において第一帯状部７８の先端部は、第二帯状部８７の先端部よりもわずかに下方に飛び出している。
マスフローコントローラやバルブなどにより構成される、第二ガス供給部９０から供給される第二ガスは、第二ツバ部８８の外壁面から第二ツバ部８８の内壁面に貫通する第二導入孔９１（ｙ方向に２つ、向かい合って設けられている）、並びに、第二帯状部８７の内壁面及び第一帯状部７８の外壁面の間の隙間を通り、第二ツバ部８８とは反対側から流れ出るよう構成されている。
第三リング９２は、全体としてｘ方向に長尺の環状をなし、第二帯状部８７を挿入する、第二帯状部８７の外壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の内壁面を備えた第三帯状部９３、及び、全体としてｘ方向に長尺の環状をなし、第三帯状部９３と一体であり、第三帯状部９３の内壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の内壁面を備えた第三ツバ部９４を備える。第二リング８６の第二帯状部８７は、第三リング９２の第三帯状部９３及び第三ツバ部９４の内部からなる長尺穴９５に挿入され、貫通し、その先端部は反応室６１内に露出している。第二帯状部８７のｚ方向の長さは、第三帯状部９３のｚ方向の長さ及び第三ツバ部９４のｚ方向の長さを足したものよりもわずかに長いため、反応室６１内において第二帯状部８７の先端部は、第三帯状部９３の先端部よりもわずかに下方に飛び出している。
マスフローコントローラやバルブなどにより構成される、第三ガス供給部９６から供給される第三ガスは、第三ツバ部９４の外壁面から第三ツバ部９４の内壁面に貫通する第三導入孔９７（ｙ方向に２つ、向かい合って設けられている）、並びに、第三帯状部９３の内壁面及び第二帯状部８７の外壁面の間の隙間を通り、第三ツバ部９４とは反対側から流れ出るよう構成されている。
つまり、ガスノズルは、キャップ８０、第一リング７７、第二リング８６、第三リング９２からなり、キャップ８０が第一リング７７に、第一リング７７が第二リング８６に、第二リング８６が第三リング９２に、それぞれ挿入され、全体としてガスノズルを構成する。また、キャップ８０、第一リング７７、第二リング８６、第三リング９２は、それぞれを水平面に平行な平面で切った断面が、レーストラック形である。
別の表現を使えば、ガスノズルは、第一筒としての第一リング７７と、第一リング７７に挿入された、第一リング７７の内壁面と相似形の外壁面を有する挿入部としての板部８１を備えたキャップ８０とを備えており、第一ガスが、第一リング７７に設けられた貫通穴である第一導入孔８５、並びに、第一リング７７の内壁面及び板部８１の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、板部８１の先端が第一リング７７の先端から飛び出している。また、第一リング７７を挿入する、第一リング７７の外壁面と相似形の内壁面を有する第二筒としての第二リング８６をさらに備えており、第二ガスが、第二リング８６に設けられた貫通穴である第二導入孔９１、並びに、第二リング８６の内壁面及び第一リング７７の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、
第一リング７７の先端が第二リング８６の先端から飛び出している。また、第二リング８６を挿入する、第二リング８６の外壁面と相似形の内壁面を有する第三リング９２をさらに備えており、第三ガスが、第三リング９２に設けられた貫通穴である第三導入孔９７、並びに、第三リング９２の内壁面及び第二リング８６の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、第二リング８６の先端が第三リング９２の先端から飛び出している。
また、図５０、５１、５３では省略しているが、図５２からわかるように、板部一体ツバ部８２、第一ツバ部７９、第二ツバ部８８、第三ツバ部９４が重なり合っている面の間には、オーリング２０が設けられている。
ＡＬＤによる成膜を行う際は、第一ガスとしてプリカーサを含むガス、第二ガスとしてパージガス、第三ガスとして酸化剤を含むガスを用いる。ただし、第一ガスとしてプリカーサを含むガスを供給している間は、第三ガスとしてもパージガス（又は希釈ガス）を供給し、第三ガスとして酸化剤を含むガスを供給している間は、第一ガスとしてもパージガス（又は希釈ガス）を供給するようにする。このようにして、プリカーサと酸化剤の混合が効果的に回避できる。
また、ガス流路となっている、第一帯状部７８の内壁面及び板部８１の外壁面の間の隙間、第二帯状部８７の内壁面及び第一帯状部７８の外壁面の間の隙間、第三帯状部９３の内壁面及び第二帯状部８７の外壁面の間の隙間は、いずれも極めて狭く、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下、典型的には０．５ｍｍである。このことも、プリカーサと酸化剤の混合を回避するのに効果的である。さらに、反応室６１内に均一な層流を容易に実現できる。
また、板部８１の先端部が、第一帯状部７８の先端部よりもわずかに下方に飛び出し、第一帯状部７８の先端部が、第二帯状部８７の先端部よりもわずかに下方に飛び出し、第二帯状部８７の先端部が、第三帯状部９３の先端部よりもわずかに下方に飛び出しているため、ガスノズルからは、ガスノズルの真下（－ｚ方向）よりもｙ方向に斜めに、基板１６に向かってガスが噴出する。したがって、効率よく基板１６の表面で反応を引き起こすことができる。あるいは、これらの飛び出しの程度（寸法）を変えることにより、ガスノズル近傍における各種ガスの混合の程度を制御することもできる。あるいは、飛び出し、つまり段差がない構成としてもよい。
なお、ガス流路となっている、第一帯状部７８の内壁面及び板部８１の外壁面の間の隙間、第二帯状部８７の内壁面及び第一帯状部７８の外壁面の間の隙間、第三帯状部９３の内壁面及び第二帯状部８７の外壁面の間の隙間は、ｘ方向に緩やかに変化するよう構成することも容易である。例えば、各隙間を、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が広くなるように構成することにより、座グリ部１０の周辺に向かう部分よりも中心に向かう部分の方が貫通面積が大きい貫通孔とすることができる。ガスノズルを構成する各部品が曲面になっているｘ方向の両端部において隙間を設けないようにすることにより、座グリ部１０の周辺に向かう部分に対してガスが過剰に供給されるのを避けることもできる。あるいは、第一帯状部７８の内壁面及び板部８１の外壁面の間の隙間、第二帯状部８７の内壁面及び第一帯状部７８の外壁面の間の隙間、第三帯状部９３の内壁面及び第二帯状部８７の外壁面の間の隙間を異なる寸法とすることも容易である。なお、これらの寸法は、第一リング７７の第一帯状部７８が第一ツバ部７９に接続されている根元部のＲの大きさ、キャップ８０の板部８１が板部一体ツバ部８２に接続されている根元部のＲの大きさ、第二リング８６の第二帯状部８７が第二ツバ部８８に接続されている根元部のＲの大きさを変えることで、容易に変化させることができる。
また、シャワープレート方式では、ガス噴出孔の内面をクリーニングするのは容易でないが、本実施の形態においては、キャップ８０、第一リング７７、第二リング８６、第三リング９２を蓋２１から取り外して分解することで、ガスに接触する面を容易にクリーニングすることができる。さらに、シャワープレート方式では、直径１ｍｍ以下の多数のガス噴出孔を加工するには多大の労力を要するが、本実施の形態においては、キャップ８０、第一リング７７、第二リング８６、第三リング９２の各部品の加工は比較的容易であるという利点もある。
また、シャワープレート方式と異なり、本実施の形態におけるガスノズルは、一部が大気圧空間に露出しているため、ヒーターを埋め込む、又は流体配管を設けるなどの手段により温度制御することが容易であるという利点がある。ガスノズルの温度を低温に保つことができれば、ガスノズルにおける膜堆積を効果的に抑制できる。
（実施の形態２２）
以下、本発明の実施の形態２２について、図５４を参照して説明する。
図５４は、本発明の実施の形態２２における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図５１に相当する。
図５４において、キャップ８０の板部８１の先端部を、先端に向かって徐々に鋭くなる形状とする構成としている。このような構成により、板部８１の先端部近傍で発生する恐れのある渦を効果的に回避することができる。
（実施の形態２３）
以下、本発明の実施の形態２３について、図５５～図５８を参照して説明する。
図５５は、本発明の実施の形態２３におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、図２９に相当する。
図５６は、本発明の実施の形態２３における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中央をｙｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図５１に相当するものの一部を拡大したものである。
図５７及び図５８は、本発明の実施の形態２３におけるサセプタの構成を示す斜視図であり、図５５に相当する。
図５５～図５６において、サセプタ８は、斜面９に設けられた基板載置面としての座グリ部１０及び水平面の両方に垂直な平面で切った断面が、水平面に平行な辺を底辺とする二等辺三角形に近似する形状であるが、上部はなめらかな曲面である。蓋２１には、実施の形態２１で説明した長尺形のガスノズルが設けられている。反応室６１の底面上に複数のサセプタ８が設けられ、複数のサセプタ８は水平方向に並べられて、複数のサセプタ８のうちの二つのサセプタ８が、上方ほどサセプタ８間の距離が広くなるように向かい合って配置されている。また、各サセプタ８の基板載置面は、薄板により構成され、内部は空洞であり、その最下部の開口部を介して、サセプタ８よりも下方に配置されたランプ９８によってその裏面が加熱される。薄板の厚さは３ｍｍで、炭化珪素からなる。また、複数のサセプタ８は、各々、上方ほど距離が狭くなるように向かい合っている２枚の平板からなる。
ランプ９８は、ｘ方向に長い直管であり、ランプ９８の下方に反射板９９が設けられている。ランプ９８から出た赤外光を含む光は、反射板９９で反射された光とともに、石英ガラス窓１００を通して反応室６１内に導入され、サセプタ８の裏面を照射する。
このような構成においては、サセプタ８の熱容量が極めて小さく、また、炭化珪素は極めて高い放射率を持つため、サセプタ８は短時間で高温に達する（例えば、数秒で５０℃から６００℃以上に昇温）。また、冷却も極めて短時間で行うことができる（例えば、数十秒で１００℃以下）。また、サセプタ８は底面全体が開口部となっており、サセプタホルダ１７との接触面積が極めて小さいため、サセプタ８とサセプタホルダ１７との熱伝導が起きにくく、サセプタ８の温度を独立に制御でき、サセプタ８の温度が高くなっても、反応室６１の他の部分の温度に与える影響は非常に少ない。つまり、基板１６の温度、各種ガスの供給温度(ガスの温度やガスノズルの温度)、反応室６１の温度、蓋２１の温度などを、異なる温度に設定することが容易である。
サセプタ８は、上方ほど距離が狭くなるように向かい合っている２枚の平板からなる。サセプタ８の上方はランプ９８及び反射板９９から遠いため、直接ランプ９８及び反射板９９から照射される光の強度は、下方に比べて弱くなる。一方、下方ではサセプタ８から放射される光の半分以上が反応室６１や石英ガラス窓１００に向かうのに対し、上方ではサセプタ８（２枚の平板のうちの１枚）から放射される光の大部分が再びサセプタ８（２枚の平板のうちのもう一方の１枚）に向かう。このことは、サセプタ８の上方における直接光の強度不足を効果的に補い、サセプタ８の温度の均一性向上に寄与する。加熱方式としては、ランプ方式の他、抵抗加熱、誘導加熱を利用することも可能だが、上記のようにランプを用いると、高速性・均熱性において格別の効果を奏する。その他、サセプタ８の温度の均一性を高めるには、上方と下方で薄板の厚さを変えたり、サセプタ８の内壁面の材質又は表面仕上げを変えることで放射率を変えたり、反射板９９の形状を工夫したり等、さまざまな方法を組み合わせることもできる。
以上、サセプタ８を構成する薄板の厚さが３ｍｍである場合を例示したが、薄板の厚さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。１ｍｍ未満である場合、破損や変形の恐れが高くなってしまう。逆に、５ｍｍよりも厚い場合、短時間での昇温・降温ができなくなってしまう。
また、サセプタ８の基板載置面を構成する薄板が炭化珪素からなる場合を例示したが、薄板は、シリコン、炭化珪素又は炭素のいずれかからなることが好ましい。シリコン、炭化珪素、炭素は、いずれも高純度品が容易に入手可能であるため、基板１６を汚染する恐れが低く、また、放射率が極めて高いため、短時間での昇温・降温の実現に有利である。
サセプタ８の温度制御を精密に行うには、サセプタ８又はその近傍の温度をモニタリングすることが有効である。図５７に示すように、サセプタ８の端面１１に設けた穴１０１を介して、２枚の平板のうちの１枚の基板載置面１０の裏面の温度を、放射温度計１０２によりモニタリングすることにより、複数のサセプタ８の温度制御を行うことができる。モニタリングする位置は、サセプタ８を構成する４枚の薄板（２枚の平板に、図５７の手前の端面１１及び奥側の端面を加えた４枚）の任意の位置から選ぶことができる。あるいは、図５８に示すように、２枚の平板の間に、サセプタ８の端面１１に設けた穴１０１に熱電対１０３を挿入して、２枚の平板の間の空間の温度をモニタリングすることにより、複数のサセプタ８の温度制御を行うことができる。なお、図５８は、熱電対１０３を穴１０１に挿入する前の構成を示している。この場合、熱電対１０３の温度検知部（先端近傍）の放射率や、ランプ９８から見た単位照射面積当たりの熱容量を、サセプタ８の材質に近いもの（例えば、±１０％以内）にしておくことで、より精密な温度制御ができる。
（実施の形態２４）
以下、本発明の実施の形態２４について、図５９～図６１を参照して説明する。
図５９は、本発明の実施の形態２４における成膜装置の構成を示す平面図であり、後に説明する天板１０４よりも下方を上から見た図である。
図６０は、本発明の実施の形態２４における成膜装置の構成を示すもので、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図である。
図６１は、本発明の実施の形態２４におけるガスノズルの構成を示す分解斜視図である。
なお、本実施の形態の基本的な動作は、実施の形態１と同様である。また、実施の形態２３で示したものと同様の、薄板からなるサセプタ８を用いている。
図５９～図６１において、反応室３は全体として八角柱をなすが、内壁は該円筒形状である。反応室３内部のドーナツ状の凹空間に複数のサセプタ８がサセプタホルダ１７上、水平方向に放射状に並べて配置されている。各ガス供給ノズルは、周方向に、パージガス供給ノズル１０５、プリカーサを含むガス供給ノズル１０６、パージガス供給ノズル１０５、酸化剤を含むガス供給ノズル１０７、パージガス供給ノズル１０５の順に、反応室３の側面に設けられ、それぞれ、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６にガスを噴出する。反応室３の上部には、オーリング２０を介して蓋２１が配置され、気密性が確保される。つまり、真空状態で成膜処理を実行できる。反応室３内に供給されたガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６からスリット４６（サセプタ８とともに回転する、二つのサセプタ８間の空間を排気する回転排気口）を通り、図示しない排気口から排気される。
反応室３の側面、サセプタ８の側方に、基板１６交換のためのゲート開口２９が設けられている。また、反応室３の下部に、サセプタホルダ１７の中心に接続された回転軸３０が設けられ、サセプタホルダ１７全体がすべてのサセプタ８とともにドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転する。
各ガス供給ノズルは同様の構造であり、実施の形態２１におけるガスノズルのキャップ８０及び第一リング７７と類似の構成による、キャップ１０８及びリング１０９からなる、一種類のガスを噴出するノズルである。すなわち、リング１０９は、全体としてｚ方向（鉛直方向）に長尺の環状をなす帯状部１１０、及び、全体としてｚ方向に長尺の環状をなし、帯状部１１０と一体であり、帯状部１１０の内壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の内壁面を備えたツバ部１１１を備える。
また、キャップ１０８は、リング１０９の帯状部１１０に挿入された、帯状部１１０の内壁面と相似形（本実施の形態においては、同一形状）の外壁面を備えた板部１１２、及び、板部１１２と一体であり、リング１０９のツバ部１１１に重なって配置された板部一体ツバ部１１３を備える。キャップ１０８の板部１１２は、リング１０８の帯状部１１０及びツバ部１１１の内部からなる長尺穴１１３に挿入され、貫通し、その先端部は反応室３内に露出している。板部１１２のｘ方向の長さは、帯状部１１０のｘ方向の長さ及びツバ部１１１のｘ方向の長さを足したものよりもわずかに長いため、反応室３内において板部１１２の先端部は、帯状部１１０の先端部よりもわずかに中心方向に飛び出している。
マスフローコントローラやバルブなどにより構成される、第一ガス供給部８４から供給される第一ガスは、ツバ部１１１の外壁面からツバ部１１１の内壁面に貫通する導入孔１１４、並びに、帯状部１１０の内壁面及び板部１１２の外壁面の間の隙間を通り、ツバ部１１１とは反対側から流れ出るよう構成されている。つまり、向かい合う二つの座グリ部１０の間のＶ溝状空間２６に、反応室３の中心方向に向けてガスが噴出する。
本実施の形態においては、キャップ１０８及びリング１０９を構成する各部位が、上方ほどｙ方向の幅が広くなるように構成されている。これは、上方ほど基板載置面間の距離が広くなっていることに対応している。半径方向については、基板載置面間の距離は、反応室３の中心から遠いほど広くなっている。つまり、ガスは、基板載置面間の距離が広い方から狭い方に向かって流れる構成である。
プリカーサを含むガス供給ノズル１０６の対面に、プラズマ発生装置としての誘導結合プラズマユニット１１６が設けられている。誘導結合プラズマユニット１１６は、石英ガラス窓１１７、コイル１１８からなり、コイル１１８に高周波電力を供給することにより、開口部１１９にプラズマを発生させる。なお、コイル１１８は、シールド１２０によって囲われ、電磁ノイズの発生が抑制される。開口部１１９にも、酸化剤を含むガスを供給する構成としてもよい。
また、各サセプタ８の基板載置面は、薄板により構成され、サセプタ８よりも下方に配置されたランプ９８によってその裏面が加熱される。ランプ９８は、反応室３の半径方向に長く放射状に配置された直管であり、ランプ９８の下方に反射板９９が設けられている。ランプ９８から出た赤外光を含む光は、反射板９９で反射された光とともに、石英ガラス窓１００を通して反応室３内に導入され、サセプタホルダ１７に設けられた開口部１１５を介してサセプタ８の裏面を照射する。
蓋２１の直下、サセプタ８の上方には、サセプタホルダ１７と一体の天板１０４が設けられている。天板１０４は、サセプタ８及びサセプタホルダ１７とともに回転する。したがって、サセプタ８の最上部と天板１０４の下面の距離を極めて小さくした場合であっても、経年変化等によって回転精度が低下した際に、サセプタ８の最上部と天板１０４が接触する恐れは極めて少ない。あるいは、サセプタ８の最上部と天板１０４の下面が常時接触する設計とすることもできる。これにより、反応室３の中心付近を介して種類の異なるガスが互いに混合することを効果的に防止できる。
（実施の形態２５）
以下、本発明の実施の形態２５について、図６２を参照して説明する。
図６２は、本発明の実施の形態２５におけるガスノズルの構成を示す断面図であり、図６０におけるプリカーサを含むガス供給ノズル１０６を代替するものである。
図６２において、プリカーサを含むガス供給ノズル１０６は、キャップ１０８及びリング１０９からなる、一種類のガスを噴出するノズルである。キャップ１０８の板部１１２の、板部一体ツバ部１１３に最も近い付け根部分に、マニホールド１２１が設けられている。マニホールド１２１は、板部１１２の全周に渡って設けられ、導入孔１１４から導入したガスが滞留する。マニホールド１２１内は圧力がほぼ等しくなるため、帯状部１１０の内壁面及び板部１１２の外壁面の間の隙間を通るガスが全周に渡って均一化する。同様の構成を、実施の形態２１における板部８１、第一帯状部７８、第二帯状部８７に設けることも可能である。
（実施の形態２６）
以下、本発明の実施の形態２６について、図６３を参照して説明する。
図６３は、本発明の実施の形態２６における成膜装置の構成を示すもので、並べて配置された複数のサセプタ８上の複数の座グリ部１０の中心を通り、水平面に垂直な円筒面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図を展開したものの一部であり、図７に相当する。ただし、実施の形態２４と同様に、薄板からなるサセプタ８をランプ９８によって加熱する方式である。
図６３において、サセプタ８は、斜面９に設けられた基板載置面としての座グリ部１０及び水平面の両方に垂直な平面で切った断面が、水平面に平行な辺を底辺とする直角三角形に近似する形状である。つまり、サセプタ８は、上方ほど距離が狭くなるように向かい合っている２枚の平板からなるが、基板載置面を設けていない方の平板は鉛直面であり、一つのサセプタ８に基板１６を１枚だけ載置する構成である。
このような構成では、実施の形態２４に対して、一つの反応室３内で同時に処理する基板数を同じにするためには、サセプタ８の数を２倍にする必要があるものの、基板１６を載置したり基板１６を取り出したりするためのロボットアームの動きがシンプルになるため、搬送系を含めた装置全体の構成が簡単化するという利点がある。さらに、隣り合うサセプタ８の距離を狭くすることが可能となるため、設計の工夫によっては、反応室３の直径を、実施の形態２４における反応室３の直径よりも小さくすることも可能であり、高い面積生産性を実現できる可能性がある。
（実施の形態２７）
以下、本発明の実施の形態２７について、図６４及び図６５を参照して説明する。
図６４は、本発明の実施の形態２７における成膜装置の構成を示す平面図で、天板１０４よりも下方を上から見た図であり、図５９に相当する。
図６５は、本発明の実施の形態２７における成膜装置の構成を示すもので、反応室を、図６４の点線を含む鉛直面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６０に相当する。
なお、本実施の形態の基本的な動作は、実施の形態２４と同様である。また、実施の形態２６で示したものと同様の、薄板からなる各サセプタ８に基板１６を１枚だけ載置する構成である。
図６４及び図６５において、反応室３は全体として十角柱をなすが、内壁は該円筒形状である。反応室３内部のドーナツ状の凹空間に複数のサセプタ８がサセプタホルダ１７上、水平方向に放射状に並べて配置されている。各ガス供給ノズルは、周方向に、プリカーサを含むガス供給ノズル１０６、パージガス供給ノズル１０５、パージガス供給ノズル１０５、酸化剤を含むガス供給ノズル１０７、酸化剤を含むガス供給ノズル１０７、酸化剤を含むガス供給ノズル１０７、酸化剤を含むガス供給ノズル１０７、酸化剤を含むガス供給ノズル１０７、パージガス供給ノズル１０５の順に、反応室３の側面に設けられ、それぞれ、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６にガスを噴出する。反応室３の上部には、オーリング２０を介して蓋２１が配置され、気密性が確保される。つまり、真空状態で成膜処理を実行できる。
サセプタホルダ１７の中心の円筒部から外側に向けて、サセプタホルダ１７の中心の円筒部と各サセプタ８の間に、サセプタホルダ１７と一体の壁１２２が放射状に多数設けられている。サセプタホルダ１７において、各壁１２２の根元部近傍に排気穴１２３（サセプタ８とともに回転する、二つのサセプタ８間の空間を排気する回転排気口）が多数設けられている。したがって、反応室３内に供給されたガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６から、二つの壁１２２の間の空間を通り、さらに排気穴１２３を通って排気口２７から排気される。
サセプタホルダ１７の直径は、反応室３の内壁面の直径よりも大きく、その最外部１２４が、反応室３の内壁面に全周に渡って設けられた溝１２５に嵌合している。このような構造とすることで、ガスがサセプタホルダ１７の外周部と反応室３の内壁面との隙間から排気される割合を極めて小さくすることができる。つまり、大部分のガスは、二つのサセプタ８の間のＶ溝状空間２６から、二つの壁１２２の間の空間を通り、さらに排気穴１２３を通って排気口２７から排気される。
（実施の形態２８）
以下、本発明の実施の形態２８について、図６６を参照して説明する。
図６６は、本発明の実施の形態２８における成膜装置の構成を示すもので、反応室を、図６４の点線を含む鉛直面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図であり、図６５に相当する。
図６６において、天板１０４の直径は、反応室３の内壁面の直径よりも大きく、その最外部１２６が、反応室３の内壁面に全周に渡って設けられた溝１２７に嵌合している。また、天板１０４と反応室の天井面（蓋２１の下面）との間にパージガス又は不活性ガスを供給するためのガス導入孔１２８が設けられている。このような構造とすることで、ガスがサセプタホルダ１７の外周部と反応室３の内壁面との隙間から回り込み、複数のＶ溝状空間２６でガスが混合する割合を極めて小さくすることができる。つまり、反応室３の上部を介して種類の異なるガスが互いに混合することをさらに効果的に防止できる。
（実施の形態２９）
以下、本発明の実施の形態２９について、図６７及び図６８を参照して説明する。
図６７は、本発明の実施の形態２９における成膜装置の構成を示す斜視図であり、反応室の構成を示す分解図である。また、図６８は、反応室の中心を含むｘｚ平面に平行な面で切断したときの、反応室の構成を示す断面図である。
成膜装置全体の構成は図２３に示すものと同様であり、ここでは一つの反応室について説明する。以下、一例として、図２３の反応室５４に相当する位置に配置した反応室１２９の構成について詳しく述べるが、他の反応室も同様の構成である。
図６７及び図６８において、反応室１２９の向かい合った側面に二つの円形開口部１３０、上面にレーストラック形開口部１３１が設けられている。円形開口部１３０は、反応室１２９の側面に設けられた二つの斜面１３２に設けられている。円形開口部１３０は、傾斜した円形の石英ガラス窓１３３によって塞がれ、反応室１２９の気密が確保される。石英ガラス窓１３３の背後に傾斜したランプ１３４が設けられている。円形開口部１３０の内壁面に沿って一端が石英ガラス窓１３３で閉じられた円筒１３５が配置され、円筒１３５の他端はサセプタ１３６によって閉じられている。
第一リング１３７、第二リング１３８、及びキャップ１３９は、全体としてｙ方向に長尺をなすガスノズルであり、それぞれ、実施の形態２１における第一リング７７、第二リング８６、及びキャップ８０に相当する。第一ガスが、第一導入孔１４２（ｘ方向に２つ、向かい合って設けられている）から反応室１２９内に供給され、第二ガスが、第二導入孔１４３（ｘ方向に２つ、向かい合って設けられている）から反応室１２９内に供給される。キャップ１３９の中央に、円形のドーム用開口部１４０が設けられ、ドーム用開口部１４０に石英ドーム１４１が設けられている。
ＡＬＤによる成膜を行う際は、第一ガスとしてプリカーサを含むガス、第二ガスとして酸化剤を含むガスを用いる。ただし、第一ガスとしてプリカーサを含むガスを供給している間は、第二ガスとしてパージガス（又は希釈ガス）を供給し、第二ガスとして酸化剤を含むガスを供給している間は、第一ガスとしてパージガス（又は希釈ガス）を供給するようにする。このようにして、プリカーサと酸化剤の混合が効果的に回避できる。
反応室１２９の上面には、二つの温度センサ用穴１４４が設けられ、それぞれに温度センサ１４５が挿入されている。温度センサ１４５としては種々のものが利用できるが、典型的には熱電対である。一般的なシース熱電対を用いてもよいが、ここでは、サセプタ１３６と同じ材質の筒の内面に熱電対を接触させたものを用いている。このような構成により、サセプタ１３６と石英ガラス窓１３３の間の空間の温度をモニタリングすることにより、サセプタ１３６の温度制御を行うことができる。
ランプ１３４の背面には反射板１４６が設けられており、ランプ１３４から出た赤外光を含む光は、反射板１４６で反射された光とともに、石英ガラス窓１３３を通して反応室１２９内に導入され、サセプタ１３６の裏面を照射する。また、石英ドーム１４１の上方はシールド１４７によって囲われ、電磁ノイズの発生が抑制される。導波管１４８から導入されるマイクロ波は、石英ドーム１４１の上方から放射され、反応室１２９内にプラズマを発生させる。反応室１２９内に供給されたガスは、反応室１２９の下方に設けられた排気口１４９から排気される。
反応室１２９の側面、サセプタ１３６の側方に、基板交換のためのゲート開口２９が設けられている。基板は、サセプタ１３６に設けられた座グリ部に載置されるが、サセプタ１３６をリング状とし、基板の外周部のみを保持する構成とすることにより、基板の裏面に直接ランプ１３４からの光を照射してもよい。あるいは、基板をトレー上に載置したものを、サセプタ１３６に載置する構成としてもよい。この場合も、サセプタ１３６をリング状とし、トレーの外周部のみを保持する構成とすることにより、トレーの裏面に直接ランプ１３４からの光を照射してもよい。勿論、トレーもリング状とし、基板の裏面に直接ランプ１３４からの光を照射する構成としてもよい。トレーを用いる方式は、基板搬送の安定性が増すことから、安全かつ高速に基板交換を行えるという利点がある。
サセプタ１３６をランプ１３４により加熱する構成を例示したが、サセプタに抵抗加熱ヒーターを埋め込む構成としてもよい。
反応室１２９の上方、サセプタ１３６の上方に設けられた石英ドームは、マイクロ波プラズマ源を構成するが、マイクロ波以外の電磁エネルギーを用いてもよい。例えば、高周波を用いた誘導結合プラズマ源、パルス電力を用いたプラズマ源などを利用してもよい。このように、キャップ１３９に設けられた誘電体窓としての石英ドーム１４１を介して、図示しないマイクロ波源、高周波電源、又はパルス電源から供給される電磁エネルギーを反応室１２９内に放射することにより、反応室１２９内にプラズマを発生させることができる。
本実施の形態における成膜装置は、実施の形態２１で説明した成膜装置に比べると処理速度は小さいものの小型・小規模であり、実施の形態２１又はその他の実施の形態で説明した成膜装置の詳細設計を行うための予備実験を行う装置としても有用である。
（実施の形態３０）
以下、本発明の実施の形態３０について、図６９を参照して説明する。
図６９は、本発明の実施の形態３０における成膜装置の構成を示す断面図であり、図６８に相当する。
図６９において、キャップ１３９上に、キャップ１３９の内壁面に連続する内壁面を持つ第三リング１４９が設けられている。キャップ１３９には第三導入孔１５０（ｘ方向に２つ、向かい合って設けられている）が設けられている。キャップ１３９及び第三ガスリング１４９上に、第四リング１５１が設けられている。第三ガスが、第三ガス導入孔１５０、キャップ１３９と第三リング１４９の外壁面との間の隙間、第三リング１４９の上面と第四リング１５１の下面との隙間を通り、図中の矢印で示すように、反応室１２９内に斜め上向きに供給される。
この構成では、第一ガスリアクタントを含むガス第一ガスとしてプリカーサを含むガス、第二ガスとしてパージガス（又は希釈ガス）、第三ガスとして酸化剤を含むガスを用いる。このような構成によれば、酸化剤を含むガスがプラズマ密度が最も高くなる石英ドーム１４１の内側に向かって供給されるため、酸化剤のプラズマ化がより効果的に行われ、イオンやラジカルなどの活性粒子をより効率よく利用することができる。
（実施の形態３１）
以下、本発明の実施の形態３１について、図７０を参照して説明する。
図７０は、本発明の実施の形態３１における成膜装置の構成を示す断面図であり、図６８に相当する。
図７０において、キャップ１３９上に、石英ベルジャー１５２が設けられている。石英ベルジャー１５２の上部にはガス供給管１５３が接続され、石英ベルジャー１５２の周囲にコイル１５４が巻き付けられている。第三ガスが、ガス供給管１５３から、図中の矢印で示すように、反応室１２９内に下向きに供給される。コイル１５４に高周波電力を供給することにより、プラズマを発生させることができる。
この構成では、第一ガスリアクタントを含むガス第一ガスとしてプリカーサを含むガス、第二ガスとしてパージガス（又は希釈ガス）、第三ガスとして酸化剤を含むガスを用いる。このような構成によれば、酸化剤を含むガスがプラズマ密度が最も高くなる石英ベルジャー１５２の内側に向かって供給されるため、酸化剤のプラズマ化がより効果的に行われ、イオンやラジカルなどの活性粒子をより効率よく利用することができる。
以上述べた成膜装置及び方法は、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎず、本発明は上述した以外にも様々な範囲に対し適用が可能である。
例えば、ＡＬＤによる成膜方法を実施する場合を例示したが、ＣＶＤやエピタキシャル成長による成膜を実施してもよい。Ｖ溝状空間２６におけるガス流速は、その下方ほど速くなるので、下流におけるプロセスガスの枯渇が緩和され、座グリ部１０の上側と下側の成膜速度の差が小さくなる。この効果は、とくにエピタキシャル成長において顕著である。
また、基板載置面を、サセプタ８に形成した座グリ部１０とする場合について例示したが、基板載置面の周辺の数箇所にピンを立てて基板が落下しないようにしたものによって、基板載置面を規定してもよい。
また、サセプタ８をドーナツ形状の周方向に回転させる構成において、酸化剤を含むガス供給管２５からのガスが噴出される扇形部分にプラズマを発生させるプラズマ発生装置を備える場合、及び、反応室の側面に設けた開口部にプラズマを発生させるプラズマ発生装置を備える場合を例示したが、他の実施の形態において、反応室内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置を備えてもよい。この場合においても、酸化剤を含むガスをプラズマ化することで、プロセスの低温化や膜の緻密化を図ることができる。
また、プラズマ発生装置として、電極４２に高周波電力を供給することによって、シャワープレート１８とサセプタ８の間の空間にプラズマ４５を発生させる場合、コイル１１８に高周波電力を供給することによって誘導結合プラズマを発生させる場合、石英ドーム１４１にマイクロ波を供給することによってプラズマを発生させる場合を例示したが、プラズマの発生方法として、パルス電力を用いる方法など、種々の方法を適用してもよい。また、プラズマ発生装置は、基板載置面よりもガス流れにおける上流に設けることが望ましい。これにより、イオンやラジカルなどの活性粒子を効率よく利用することができる。
本発明の種々の構成によって、様々な成膜処理が可能となる。例えば、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造への適用が効果的である。とくに半導体集積回路製造におけるダブルパターニング工程や、Ｈｉｇｈ－ｋ／Ｍｅｔａｌゲート形成、ＴｉＮやＲｕ等を用いたＤＲＡＭキャパシタ上下電極形成、ＳｉＮを用いたゲート電極サイドウォール形成、コンタクト及びスルーホールにおけるバリアシード形成、ＮＡＮＤフラッシュメモリのＨｉｇｈ－ｋ絶縁膜やチャージトラップ膜形成等、多くの工程で利用可能である。また、フラットパネルディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池においても、ＩＴＯ膜形成やパッシベーション膜形成において利用できる。
以上のように本発明は、さまざまな電子デバイスの製造に利用可能で、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造への適用が効果的である。とくに半導体集積回路製造におけるダブルパターニング工程や、Ｈｉｇｈ－ｋ／Ｍｅｔａｌゲート形成、ＴｉＮやＲｕ等を用いたＤＲＡＭキャパシタ上下電極形成、ＳｉＮを用いたゲート電極サイドウォール形成、コンタクト及びスルーホールにおけるバリアシード形成、ＮＡＮＤフラッシュメモリのＨｉｇｈ－ｋ絶縁膜やチャージトラップ膜形成等、多くの工程で利用可能である。また、フラットパネルディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池においても、ＩＴＯ膜形成やパッシベーション膜形成において有用な発明である。
３ 反応室
８ サセプタ
９ 斜面
１０ 座グリ部
１１ 端面
１５ サセプタの上面
１７ サセプタホルダ
１８ シャワープレート
１９ ガス噴出孔
２０ オーリング
２１ 蓋
２２ パージガス供給管
２３ プリカーサを含むガス供給管
２４ パージガス供給管
２５ 酸化剤を含むガス供給管
２９ ゲート開口

Claims (11)

  1. 第一筒と、
    前記第一筒に挿入された、前記第一筒の内壁面と相似形の外壁面を有する挿入部を備えたキャップと、
    を備えるガスノズルであって、
    第一ガスが、前記第一筒に設けられた貫通穴である第一導入孔、並びに、前記第一筒の内壁面及び前記挿入部の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、
    前記挿入部の先端と前記第一筒の先端の間に段差がないか、又は、前記挿入部の先端が前記第一筒の先端から飛び出していること
    を特徴とするガスノズル。
  2. 前記第一筒を挿入する、前記第一筒の外壁面と相似形の内壁面を有する第二筒をさらに備えるガスノズルであって、
    第二ガスが、前記第二筒に設けられた貫通穴である第二導入孔、並びに、前記第二筒の内壁面及び前記第一筒の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、
    前記第一筒の先端と前記第二筒の先端の間に段差がないか、又は、前記第一筒の先端が前記第二筒の先端から飛び出している、
    請求項１記載のガスノズル。
  3. 前記第二筒を挿入する、前記第二筒の外壁面と相似形の内壁面を有する第三筒をさらに備えるガスノズルであって、
    第三ガスが、前記第三筒に設けられた貫通穴である第三導入孔、並びに、前記第三筒の内壁面及び前記第二筒の外壁面との間の隙間を通って流れ出るよう構成されており、
    前記第二筒の先端と前記第三筒の先端の間に段差がないか、又は、前記第二筒の先端が前記第三筒の先端から飛び出している、
    請求項２記載のガスノズル。
  4. 前記キャップに設けられた誘電体窓を介して電磁エネルギーを放射するプラズマ源を備える、
    請求項１記載のガスノズル。
  5. 前記反応室内に、鉛直面に対して傾いた基板載置面を持つサセプタを複数備え、
    前記複数のサセプタは水平方向に並べられており、
    前記複数のサセプタのうちの二つのサセプタが、上方ほどサセプタ間の距離が広くなるように配置されている成膜装置であって、
    請求項１記載のガスノズルを備えること
    を特徴とする成膜装置。
  6. 複数の前記サセプタが、前記反応室内のドーナツ状空間に放射状に配置され、
    複数の前記サセプタを、前記ドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転させる回転機構を備える、
    請求項５記載の成膜装置。
  7. 反応室内に設けられた、鉛直面に対して傾いた基板載置面を備えた複数のサセプタ上の前記基板載置面に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
    前記反応室内にガスを供給しつつ前記反応室からガスを排気するステップと、
    前記基板載置面から前記基板を前記反応室外に移動させて取り出すステップと、
    を含み、
    前記複数のサセプタは水平方向に並べられており、
    前記複数のサセプタのうちの二つのサセプタが、上方ほどサセプタ間の距離が広くなるように配置されている成膜装置を用いた成膜方法であって、
    請求項１記載のガスノズルを用いること
    を特徴とする成膜方法。
  8. 前記複数の基板載置面が、前記反応室内のドーナツ状空間に放射状に配置され、
    前記複数の基板載置面を、前記ドーナツ状空間内でドーナツ形状の周方向に回転させる、
    請求項７記載の成膜方法。
  9. 前記複数のサセプタ又は前記基板載置面に載置された基板が、ランプによって加熱される、
    請求項５記載の成膜装置。
  10. 前記複数のサセプタの上方に、マイクロ波、高周波、又はパルス電力によってプラズマを発生させるプラズマ源を備える、
    請求項５記載の成膜装置。
  11. 前記プラズマ源が、前記キャップに設けられた誘電体窓を介して、電磁エネルギーを前記反応室内に放射する構成である、
    請求項１０記載の成膜装置。

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