JP5107285B2 - 成膜装置、成膜方法、プログラム、およびコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、成膜中の膜厚モニターを可能とする成膜装置、成膜方法、プログラム、およびコンピュータ可読記憶媒体に関する。

半導体集積回路の製造においては、種々の薄膜を基板上に成膜するため、種々の成膜工程が行われる。高集積化のため回路パターンの微細化や薄膜の薄層化が更に進むにつれて、成膜工程における基板面内の膜厚均一性と膜厚制御性の更なる改善が求められている。このような要求に対応するため、原子層堆積法（分子層堆積法とも言う）が注目されている（例えば、特許文献１）。

原子層堆積法に好適な薄膜成膜装置の一つに、２枚から６枚程度のウエハが平置きされるサセプタを利用するものがある。このような薄膜成膜装置においては、一般に、回転可能なサセプタと、サセプタの上方においてサセプタの半径方向に延在する、一の原料化合物ガス用のガス供給ノズル、パージガス用のガス供給ノズル、他の原料ガス用のガス供給ノズル、およびパージガス用のガス供給ノズルと、が設けられている。これらのガス供給部はこの順に配置されており、これらのガス供給部から対応するガスを供給しつつ、サセプタを回転すると、サセプタ上に載置される基板に対して、一の原料化合物ガスの分子の吸着、一の原料化合物ガスのパージ、他の原料化合物ガスの分子の吸着、および他の原料化合物ガスのパージがこの順に行われる。このようにしてサセプタが１回転すると、基板上に、一の原料化合物ガスの分子と他の原料化合物ガスの分子を一分子層ずつ吸着することができ、両者が反応することにより、一分子層分の反応生成物が基板上に成膜される。

したがって、原理上、成膜しようとする物質の目標膜厚を、その物質の一分子層あたりの厚さで除算すれば、必要なサセプタ回転数を求めることができ、その回転数で目標膜厚を達成することができる。

米国特許公報６，６４６，２３５号明細書（図２，図３） 特開２００３−２２４１０８号公報

ところで、本発明の発明者らが検討した結果、以下の種々の理由により、回転数だけで膜厚が決まらない場合があることが分かった。例えば、成膜しようとする物質の一分子層あたりの厚さは、成膜温度などの成膜条件により異なる場合がある。また、その物質が、多結晶やアモルファス状であると、単結晶とは異なり、一分子層あたりの厚さ（原子間距離）が不明であることも多い。さらに、成膜しようとする物質が化合物の場合は、組成によって一分子層あたりの厚さが変化することもある。

また、使用する原料化合物ガスによっては、その蒸気圧や分子間力などにより、基板に吸着する分子が二分子層以上となってしまう場合がある。さらに、真空容器内のガスの流れのパターン、サセプタの回転速度、原料ガスの供給量、サセプタの（僅かな）温度分布などによっても、基板上に吸着する分子が二分子層以上となってしまう場合もある。

このような事情により、目標膜厚を一分子層あたりの厚さで除算して必要回転数を求めても、その回転数によって目標膜厚を実現できるとは限らない。このため、所定の成膜条件のもとで、いわゆる条件だしランを行って、サセプタの必要回転数を求めることが一般に行われている。条件だしランは、成膜する膜の種類や製造するデバイスの種類に応じて行わなければならないため、製造コストの増加や製造ラン回数の低下といった問題が生じる。

一方、半導体装置の製造に用いられるエッチング装置では、製造ランにおいても処理の終点を検出することができる方法が知られているが（例えば特許文献２）、本発明者らの知るところによれば、本来的に膜厚制御性に優れた原子層堆積法においてまで、そのような検討は十分に行われていない。しかし、将来、膜厚制御性および膜厚均一性のより一層の改善が要求されるため、原子層堆積法においても成膜中に膜厚を測定することが望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑み、膜の成膜中に膜厚をリアルタイムにモニターすることが可能な成膜装置、成膜方法、プログラム、およびコンピュータ可読記憶媒体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜装置を提供する。この成膜装置は、前記容器内に回転可能に設けられ、一の面に画定されて前記基板が載置される載置領域を有するサセプタ；前記容器の前記サセプタに対向する部分に、前記容器に対して気密に設けられる窓部；前記サセプタに載置される前記基板に堆積される膜の膜厚を前記窓部を通して光学的に測定する膜厚測定部；前記一の面に第１の反応ガスを供給するよう構成される第１の反応ガス供給部；前記サセプタの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部から離れた、前記一の面に第２の反応ガスを供給するよう構成される第２の反応ガス供給部；前記回転方向に沿って、前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置し、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する分離領域；前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離するために、前記容器の中央部に位置し、前記一の面に沿って第１の分離ガスを吐出する吐出孔を有する中央領域；および前記容器内を排気するために前記容器に設けられた排気口；を備える。上記の分離領域は、第２の分離ガスを供給する前記サセプタの直径方向に伸びる複数の供給孔を有する分離ガス供給部と、前記分離ガス供給部を収容すると共に、前記第２の分離ガスが前記回転方向に対し前記分離領域から前記処理領域側へ流れることができる狭隘な空間を、前記サセプタの前記一の面に対して形成する天井面とを含んでいる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の成膜装置であって、前記膜厚測定部が、前記基板の複数の点のそれぞれに対して光を照射し、当該照射した光の反射光を受光する複数の投受光部を含む成膜装置を提供する。

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様の成膜装置であって、前記基板に成膜された膜について前記膜厚測定部により測定された膜厚と、当該膜の目標膜厚とが比較され、当該比較の結果、前記測定された膜厚が前記目標膜厚以上と判定された場合、成膜を停止するように構成される成膜装置を提供する。

本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様であって、前記膜厚測定部がエリプソメータを含む成膜装置を提供する。

本発明の第５の態様は、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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜方法を提供する。この成膜方法は、前記容器内に回転可能に設けられたサセプタの載置領域であって、一の面に画定され前記基板が載置される載置領域に、前記基板を載置するステップ；前記基板が載置されたサセプタを回転するステップ；第１の反応ガス供給部から前記サセプタへ第１の反応ガスを供給するステップ；前記サセプタの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部から離れた第２の反応ガス供給部から前記サセプタへ第２の反応ガスを供給するステップ；前記第１の反応ガス供給部から前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガス供給部から前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置する分離領域の天井面に収容された、前記サセプタの直径方向に伸びる複数の供給孔を有する分離ガス供給部から、第１の分離ガスを供給し、前記分離領域の天井面と前記サセプタとの間に形成される狭隘な空間において前記回転方向に対し前記分離領域から前記処理領域側に前記第１の分離ガスを流すステップ；前記容器の中央部に位置する中央部領域に形成される吐出孔から第２の分離ガスを供給するステップ；前記容器を排気するステップ；前記回転するステップにより回転されるサセプタ上の前記基板に光を照射するステップ；前記光を照射するステップにより前記基板に照射された光の反射光を受光するステップ；前記受光するステップにより受光した前記反射光の分光強度を利用して前記基板上に成膜される膜の膜厚を計算するステップ；を含んでいる。

本発明の第６の態様は、第５の態様の成膜方法であって、前記照射するステップにおいて、複数の光ビームが前記基板に対して照射され、当該複数の光ビームに対応する複数の反射ビームがそれぞれ受光され、前記膜の膜厚を計算するステップにおいて、前記複数の反射ビームそれぞれの分光強度が利用されて、前記膜の膜厚が形成される成膜方法を提供する。

本発明の第７の態様は、第５または第６の態様の成膜方法であって、前記膜の膜厚を計算するステップにおいて計算された膜厚と、当該膜の目標膜厚とを比較するステップを更に含む成膜方法を提供する。

本発明の第８の態様は、第５から第７のいずれかの態様の成膜方法であって、前記比較するステップにおける比較の結果、前記計算された膜厚が前記目標膜厚以上と判定された場合に、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスの供給を停止するステップを更に含む成膜方法を提供する。

本発明の第９の態様は、第５から第８のいずれかの態様の成膜方法であって、前記膜の膜厚を計算するステップにおいて、エリプソメトリにより前記膜厚が計算される成膜方法を提供する。

本発明の第１０の態様は、第１から第４のいずれかの態様の成膜装置に、第５から第９のいずれかの態様の成膜方法を実施させるプログラムを提供する。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様のプログラムを格納するコンピュータ可読記憶媒体を提供する。

本発明の実施形態によれば、膜の成膜中に膜厚をリアルタイムにモニターすることが可能な成膜装置、成膜方法、プログラム、およびコンピュータ可読記憶媒体が提供される。

本発明の実施形態による成膜装置を示す模式図 図１の成膜装置の容器本体の内部を示す斜視図 図１の成膜装置の容器本体の内部を示す上面図 （ａ）は図１の成膜装置で用いられるサセプタの一部と、一のサセプタトレイとを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のI−I線に沿った断面図 図１の成膜装置に設けられる膜厚測定システムを示す模式図 図１の成膜装置の一部断面図 図１の成膜装置の破断斜視図 図１の成膜装置におけるパージガスの流れを示す一部断面図 図１の成膜装置の容器本体内へアクセスする搬送アームを示す斜視図 図１の成膜装置の容器本体内を流れるガスのフローパターンを示す上面図 図１の成膜装置内の突出部の形状を説明する図 図１の成膜装置のガス供給ノズルの変形例を示す図 図１の成膜装置内の凸状部の変形例を示す図 図１の成膜装置内の凸状部とガス供給ノズルの変形例を示す図 図１の成膜装置内の凸状部の他の変形例を示す図 図１の成膜装置におけるガス供給ノズルの配置位置の変形例を示す図 図１の成膜装置内の凸状部のまた別の変形例を示す図 図１の成膜装置内において、反応ガス供給ノズルに対して凸状部を設けた例を示す図 図１の成膜装置内の凸状部の更に別の変形例を示す図 本発明の他の実施形態による成膜装置を示す模式図 図１または図２３の成膜装置を含む基板処理装置を示す模式図 図１または図２３の成膜装置を含む他の基板処理装置を示す模式図 図２２のII−II線に沿った断面図

以下、本発明の実施形態による成膜装置について、添付図面を参照しながら説明する。

本発明の実施形態による成膜装置２００は、図１（図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図）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サセプタ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、例えばＯリングなどの封止部材１３を介して容器本体１２に取り付けられ、これにより真空容器１が気密に密閉される。一方、天板１１を容器本体１２から分離する必要があるときは、図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。

また、天板１１には段部を有する開口が設けられており、この段部を利用して、透過窓２０１がＯリングなどの封止部材（図示せず）を介して取り付けられている。これにより、透過窓２０１は真空容器１に対し気密に取り付けられる。透過窓２０１は、例えば石英ガラスから作製されており、膜厚測定システム１０１によりウエハＷ上に成膜される膜の膜厚を測定するために用いられる。また、透過窓２０１は、後述するサセプタ２に載置されるウエハＷの直径とほぼ等しい幅を有し、真空容器１の直径方向に沿って設けられている。これにより、ウエハＷの直径方向に沿った複数の点での膜厚測定が可能である。膜厚測定システム１０１は、本実施形態ではエリプソメトリに基づく膜厚測定システムである。

サセプタ２は、本実施形態においては約２０ｍｍの厚さを有するカーボン板で作製され、約９６０ｍｍの直径を有する円板形状に形成されている。また、サセプタ２の上面、裏面および側面をＳｉＣでコーティングしても良い。ただし、サセプタ２は、他の実施形態においては、石英などの他の材料で形成しても良い。図１を参照すると、サセプタ２は、中央に円形の開口部を有しており、開口部の周りで円筒形状のコア部２１により上下から挟まれて保持されている。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は容器本体１２の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。この構成により、サセプタ２はその中心を軸に例えば図２に示す回転方向ＲＤに回転することができる。なお、回転軸２２および駆動部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２０ａを介して真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、これにより、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離されている。

図２及び図３に示すように、サセプタ２の上面に、それぞれウエハＷが載置される複数（図示の例では５つ）の円形凹部状の載置部２４が形成されている。ただし、図３ではウエハＷを１枚のみを示している。載置部２４は、サセプタ２に互いに約７２°の角度間隔で配置されている。

ここで、図４（ａ）を参照すると、載置部２４と載置部２４に載置されたウエハＷとの断面が図示されている。この図に示すように、載置部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに大きい、例えば４ｍｍ大きい直径と、ウエハＷの厚さに等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが載置部２４に載置されたとき、ウエハＷの表面は、サセプタ２の載置部２４を除く領域の表面と同じ高さにある。仮に、ウエハＷとその領域との間に比較的大きい段差があると、その段差によりガスの流れに乱流が生じ、ウエハＷ上での膜厚均一性が影響を受ける。このため、２つの表面が同じ高さにある。「同じ高さ」は、ここでは高さの差が約５ｍｍ以下であることを意味するが、その差は、加工精度が許す範囲でできるだけゼロに近くすべきである。

また、載置部２４の底には、３つの貫通孔（図示せず）が形成されており、これらを通して３つの昇降ピン（図９参照）が昇降する。昇降ピンは、ウエハＷの裏面を支え、ウエハＷを昇降させる。

容器本体１２の側壁には、図２、図３及び図９に示すように、搬送口１５が形成されている。ウエハＷは、搬送口１５を通して搬送アーム１０により真空容器１の中へ、又は真空容器１から外へと搬送される。この搬送口１５にはゲートバルブ（図示せず）が設けられ、これにより搬送口１５が開閉される。一の載置部２４が搬送口１５に整列し、ゲートバルブが開くと、ウエハＷは、搬送アーム１０により真空容器１内へ搬送され、搬送アーム１０から載置部２４に置かれる。ウエハＷを搬送アーム１０から載置部２４へ降ろすため、また、載置部２４から持ち上げるために、昇降ピン１６（図９）が設けられており、昇降ピンは昇降機構（図示せず）によって、サセプタ２の載置部２４に形成された貫通孔を通して昇降される。このようにして、ウエハＷが載置部２４に載置される。

再び図１を参照すると、透過窓２０１の上方には、膜厚測定システム１０１が配置されている。膜厚測定システム１０１は、透過窓２０１の上面に配置される３つの光学ユニット１０２ａから１０２ｃと、光学ユニット１０２ａから１０２ｃのそれぞれに光学的に接続される光ファイバ線１０４ａから１０４ｃと、これらの光ファイバ線１０４ａから１０４ｃが光学的に接続される測定ユニット１０６と、測定ユニット１０６を制御するため測定ユニット１０６と電気的に接続される制御ユニット１０８とを有している。制御ユニット１０８は、例えばコンピュータであって良く、成膜装置２００の全体の制御を行う制御部１００と電気的に接続され、両者の間で信号の送受信が行われる。これにより、成膜装置２００と膜厚測定ユニット１０１とが協働する。

図５は、光学ユニット１０２ａと測定ユニット１０６の構成を示す概略図である。図示のとおり、光学ユニット１０２ａは、投光部ＬＥと受光部Ｄとを有している。また、測定ユニット１０６は、キセノンランプなどを含む光源１０６ａと、分光器１０６ｂと、分光器１０６ｂそれぞれからの光を受光する受光器１０６ｃとを有している。さらに、光ファイバ線１０４は、２本の光ファイバＯＦ１，ＯＦ２を有する２芯の光ファイバ線である。

なお、図５においては、光学ユニット１０２ｂおよび１０２ｃを省略するが、これらは光学ユニット１０２ａと同じ構成を有し、また、測定ユニット１０６は光学ユニット１０２ｂおよび１０２ｃに対応して分光器１０６ｂと受光器１０６ｃとを有している。

図示のとおり、光学ユニット１０２ａの投光部ＬＥは、光ファイバ線１０４ａの光ファイバＯＦ１により、測定ユニット１０６の光源１０６ａと光学的に接続されている。これにより、光源１０６ａからの光が、光ファイバＯＦ１を通して投光部ＬＥに導かれ、投光部ＬＥから出射される。また、投光部ＬＥは、光ファイバＯＦ１により導かれた光をビームＢｉとしてウエハＷに向けて出射するため、レンズ（図示せず）などを含む光学系を有している。この光学系には、ウエハＷに向けて出射するビームＢｉを直線偏光に偏光する偏光子Ｐが含まれる。さらに、投光部ＬＥは、ビームＢｉを所定の角度でウエハＷに照射するため、光学系の角度を調整する角度調整部（図示せず）を有している。

一方、光学ユニット１０２ａの受光部Ｄは、光ファイバ線１０４ａの光ファイバＯＦ２により、測定ユニット１０６の光源１０６ａと光学的に接続されている。受光部Ｄは、投光部ＬＥからウエハＷに対して所定の角度で出射されたビームＢｉがウエハＷの表面で反射された反射ビームＢｒを受光するように配置されている。たとえば、投光部ＬＥと受光部Ｄは、ウエハＷの法線に対して等角度で傾斜し、かつ、ビームＢｉ、反射ビームＢｒおよび法線が一の平面を形成するように配置される。また、受光部Ｄは、このように受光した反射ビームＢｒを光ファイバＯＦ２に入射するため、所定の光学系を有している。この光学系には、反射ビームＢｒを円偏光に偏光する光弾性変調器ＰＥＭと、偏光子Ｐとが含まれる。以上のように、光学ユニット１０２ａから１０２ｃは、位相変調型のエリプソメータに必要な光学部品を含んで構成されている。

受光部Ｄにより受光された反射ビームＢｒは、光ファイバＯＦ２を通して分光器１０６ｂに導かれ、分光器１０６ｂにおいて反射ビームＢｒ（白色光）が分光され、分光光が受光器１０６ｃへ入射される。受光器１０６ｃは、例えばフォトダイオードや光電子増倍管などを含み、受光器１０６ｃに入射した分光光の強度に応じた出力信号を制御ユニット１０８へ出力する。また、制御ユニット１０８は、分光器１０６ｂへ制御信号を出力し、分光器１０６ｂを駆動する。したがって、制御ユニット１０８は、分光器１０６ｂで分光された光の波長（フォトンエネルギー）とその光強度との関係を取得することができる。制御ユニット１０８は、この関係に基づき所定のアルゴリズムに従って、ウエハＷ上に成膜される膜の膜厚を求めることができる。

また、制御ユニット１０８は、測定ユニット１０６の光源１０６ａへ電力を供給する電源（図示せず）を制御することができ、電源へ制御信号を出力することを通して、光源１０６ａを制御することができる。また、光源１０６ａと光ファイバＯＦ１との間には、光源からの光を光ファイバＯＦ１に入射するための光学系（図示せず）が設けられている。また、光源１０６ａと光ファイバＯＦ１との間には、制御ユニット１０８の制御により開閉するシャッタ（図示せず）が配置されており、これにより、ウエハＷに対して所定のタイミングでビームＢｉが照射され、所定のタイミングでウエハＷ上に成膜される膜の膜厚が測定される。

図２および図３を再び参照すると、サセプタ２の上方に第１の反応ガス供給ノズル３１、第２の反応ガス供給ノズル３２、及び分離ガス供給ノズル４１，４２が設けられ、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、載置部２４は、ノズル３１，３２，４１，及び４２の下を通過することができる。図示の例では、第２の反応ガス供給ノズル３２、分離ガス供給ノズル４１、第１の反応ガス供給ノズル３１、及び分離ガス供給ノズル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、真空容器１の周壁部から真空容器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、真空容器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、真空容器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。

図示していないが、反応ガス供給ノズル３１は、第１の反応ガスであるビスターシャルブチルアモノシラン（ＢＴＢＡＳ）のガス供給源に接続され、反応ガス供給ノズル３２は、第２の反応ガスであるオゾン（Ｏ_３）のガス供給源に接続されている。

反応ガス供給ノズル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。本実施形態においては、吐出孔３３は、約０．５ｍｍの口径を有し、反応ガス供給ノズル３１、３２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。また、反応ガス供給ノズル３１の下方領域はＢＴＢＡＳガスをウエハに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、反応ガス供給ノズル３２の下方領域はＯ_３ガスをウエハに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２である。

一方、分離ガス供給ノズル４１，４２は、チッ素ガス（Ｎ_２）のガス供給源（図示せず）に接続されている。分離ガス供給ノズル４１、４２は、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０を有している。吐出孔４０は、長さ方向に所定の間隔で配置されている。本実施形態においては、吐出孔４０は、約０．５ｍｍの口径を有し、分離ガス供給ノズル４１、４２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。

分離ガス供給ノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するよう構成される分離領域Ｄに設けられている。各分離領域Ｄにおいては、真空容器１の天板１１に、図２、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、凸状部４が設けられている。凸状部４は、扇形の上面形状を有しており、その頂部は真空容器１の中心に位置し、円弧は容器本体１２の内周壁の近傍に沿って位置している。また、凸状部４は、凸状部４が二分割されるように半径方向に延びる溝部４３を有している。溝部４３には分離ガス供給ノズル４１（４２）が収容されている。分離ガス供給ノズル４１（４２）の中心軸と扇形の凸状部４の一方の辺との間の距離は、分離ガス供給ノズル４１（４２）の中心軸と扇形の凸状部４の他方の辺との間の距離とほぼ等しい。なお、溝部４３は、本実施形態では、凸状部４を二等分するように形成されるが、他の実施形態においては、例えば、凸状部４におけるサセプタ２の回転方向上流側が広くなるように、溝部４３を形成しても良い。

上記の構成によれば、図４（ａ）に示すように、分離ガス供給ノズル４１（４２）の両側には平坦な低い天井面４４（第１の天井面）があり、低い天井面４４の両側方には高い天井面４５（第２の天井面）がある。凸状部４（天井面４４）は、第１及び第２の反応ガスが凸状部４とサセプタ２との間に侵入するのを阻止して混合するの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。

図４（ｂ）を参照すると、サセプタ２の回転方向に沿って反応ガス供給ノズル３２から凸状部４に向かって流れるＯ_３ガスが当該空間へ侵入するのが阻止され、またサセプタ２の回転方向と反対方向に沿って反応ガス供給ノズル３１から凸状部４に向かって流れるＢＴＢＡＳガスが当該空間へ侵入するのが阻止される。「ガスが侵入するのが阻止される」とは、分離ガス供給ノズル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とサセプタ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の下方側の空間に吹き出し、これにより第２の天井面４５の下方側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、第２の天井面４５の下方側空間から凸状部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、反応ガスの一部が侵入しても、その反応ガスが分離ガス供給ノズル４１に向かって更に進むことができず、よって、混ざり合うことができないことも意味する。すなわち、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄは、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離することとなる。また、ウエハ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る。したがって、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。

図１、図２、及び図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サセプタ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の下面のサセプタ２からの高さは、凸状部４の下面（天井面４４）と高さと等しい。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及び図３は、凸状部４を真空容器１内に残したまま天板１１を取り外した真空容器１の内部構成を示している。

本実施形態においては、分離領域Ｄは、凸状部４となるべき扇形プレートに溝部４３を形成して、分離ガス供給ノズル４１（４２）を溝部４３に配置することにより形成される。しかし、２つの扇形プレートが分離ガス供給ノズル４１（４２）の両側に配置されるように、これら２つの扇形プレートを天板１１の下面にネジで取り付けるようにしても良い。

本実施形態において、約３００ｍｍの直径を有するウエハＷが真空容器１内で処理されることとなる場合、凸状部４は、サセプタの回転中心から１４０ｍｍ離れた内側の円弧ｌｉ（図３）に沿った例えば１４０ｍｍの周方向長さと、サセプタ２の載置部２４の最外部に対応する外側の円弧ｌｏ（図３）に沿った例えば５０２ｍｍの周方向長さとを有する。また、外側の円弧ｌｏに沿った、凸状部４の一側壁から溝部４３の直近の側壁までの周方向長さは、約２４６ｍｍである。

また、凸状部４の下面、即ち、天井面４４の、サセプタ２の表面から測った高さｈ（図４（ａ））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。また、サセプタ２の回転数は例えは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、処理真空容器１内の圧力やサセプタ２の回転数などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）とサセプタ２の表面との高さｈを例えば実験などを通して設定してよい。なお分離ガスとしては、本実施形態ではＮ_２ガスだが、分離ガスが酸化シリコンの成膜に影響を与えない限りにおいて、ＨｅやＡｒガスなどの不活性ガスや水素ガスなどであってもよい。

図６は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図の半分を示し、ここには凸状部４と、凸状部４と一体に形成された突出部５が図示されている。図６を参照すると、凸状部４は、その外縁においてＬ字状に屈曲する屈曲部４６を有している。凸状部４は天板１１に取り付けられ天板１１とともに容器本体１２から分離され得るため、屈曲部４６とサセプタ２との間及び屈曲部４６と容器本体１２との間に僅かな隙間があるが、屈曲部４６は、サセプタ２と容器本体１２との間の空間を概ね埋めており、反応ガス供給ノズル３１ａからの第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）と反応ガス供給ノズル３２ａからの第２の反応ガス（オゾン）とがこの隙間を通して混合するのを防止する。屈曲部４６と容器本体１２との間の隙間、及び屈曲部４６とサセプタ２との間に僅かな隙間は、上述のサセプタから凸状部４の天井面４４までの高さｈとほぼ同一の寸法とされている。図示の例において、屈曲部４６のサセプタ２の外周面に面する側壁が、分離領域Ｄの内周壁を構成している。

図３に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である図１を再び参照すると、容器本体１２は、サセプタ２の外周面に対向する容器本体１２の内周部に凹み部を有している。これ以降、この凹み部を排気領域６と称する。排気領域６の下方には、排気口６１（他の排気口６２については図３参照）が設けられ、これらには他の排気口６２についても使用され得る排気管６３を介して真空ポンプ６４に接続されている。また、排気管６３には圧力調整器６５が設けられている。複数の圧力調整器６５を、対応する排気口６１，６２に対して設けてもよい。

図３を再び参照すると、排気口６１は、上方から見て、第１の反応ガス供給ノズル３１と、第１の反応ガス供給ノズル３１に対してサセプタ２の時計回転方向の下流に位置する凸状部４との間に配置されている。この構成により、排気口６１は、実質的に、第１の反応ガス供給ノズル３１からのＢＴＢＡＳガスを専ら排気することができる。一方、排気口６２は、上方から見て、第２の反応ガス供給ノズル３２と、第２の反応ガス供給ノズル３２に対してサセプタ２の時計回転方向の下流に位置する凸状部４との間に配置されている。この構成により、排気口６２は、実質的に、第２の反応ガス供給ノズル３２からのＯ_３ガスを専ら排気することができる。したがって、このように構成される排気口６１、６２は、分離領域ＤがＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスとが混合するのを防止するのを補助することができる。

本実施形態では、２つの排気口が容器本体１２に設けられているが、他の実施形態では、３つの排気口が設けられてもよい。例えば、第２の反応ガス供給ノズル３２と、第２の反応ガス供給ノズル３２に対してサセプタ２の時計回転方向の上流に位置する分離領域Ｄとの間に追加の排気口を設けてもよい。また、更に追加の排気口をどこかに設けてもよい。図示の例では、排気口６１、６２はサセプタ２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁とサセプタ２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、容器本体１２の側壁に設けてもよい。また、排気口６１，６２を容器本体１２の側壁に設ける場合、排気口６１，６２はサセプタ２よりも高く位置して良い。この場合、ガスはサセプタ２の表面に沿って流れ、サセプタ２の表面より高く位置する排気口６１，６２へ流れ込む。したがって、真空容器１内のパーティクルが吹き上げられないという点で、排気口が例えば天板１１に設けられた場合に比べて、有利である。

図１、図２及び図７に示すように、サセプタ２と容器本体１２の底部１４との間の空間には、加熱部としての環状のヒータエレメントから構成されるヒータユニット７が設けられ、これにより、サセプタ２上のウエハＷがサセプタ２を介してプロセスレシピで決められた温度に加熱される。また、カバー部材７１が、サセプタ２の下方においてサセプタ２の外周の近くに、ヒータユニット７を取り囲むように設けられ、ヒータユニット７が置かれている空間が、ヒータユニット７の外側の領域から区画されている。カバー部材７１は上端にフランジ部７１ａを有し、フランジ部７１ａは、カバー部材７１内にガスが流入することを防止するため、サセプタ２の下面とフランジ部との間に僅かな間隙が維持されるように配置される。

再び図１を参照すると、底部１４は、環状のヒータユニット７の内側に隆起部を有している。隆起部の上面は、サセプタ２と隆起部との間及び隆起部とコア部２１とに接近しており、隆起部の上面とサセプタ２との間、及び隆起部の上面とコア部２１の裏面との間に僅かな隙間を残している。また、底部１４は、回転軸２２が通り抜ける中心孔を有している。この中心孔の内径は、回転軸２２の直径よりも僅かに大きく、フランジ部２０ａを通してケース体２０と連通する隙間を残している。パージガス供給管７２がフランジ部２０ａの上部に接続されている。また、ヒータユニット７が収容される領域をパージするため、複数のパージガス供給管７３が所定の角度間隔でヒータユニット７の下方の領域に接続されている。

このような構成により、回転軸２２と底部１４の中心孔との間の隙間、コア部２１と底部１４の隆起部との間の隙間、及び底部１４の隆起部とサセプタ２の裏面との間の隙間を通して、パージガス供給管７２からヒータユニット空間へＮ_２パージガスが流れる。また、パージガス供給管７３からヒータユニット７の下の空間へＮ_２ガスが流れる。そして、これらのＮ_２パージガスは、カバー部材７１のフランジ部７１ａとサセプタ２の裏面との間の隙間を通して排気口６１へ流れ込む。Ｎ_２パージガスのこのような流れは、図８に矢印で示してある。Ｎ_２パージガスは、第１（第２）の反応ガスがサセプタ２の下方の空間を回流して第２（第１）の反応ガスと混合するのを防止する分離ガスとして働く。

図８を参照すると、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、これにより、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ガスが供給される。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５とサセプタ２との狭い隙間５０を通して、サセプタ２の表面に沿って流れ、排気領域６に到達する。この空間５３と隙間５０は分離ガスが満たされているので、サセプタ２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳ、Ｏ_３）が混合することがない。即ち、本実施形態の成膜装置２００は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するためにサセプタ２の回転中心部と真空容器１とにより画成され、分離ガスをサセプタ２の上面に向けて吐出する吐出口を有するように構成される中心領域Ｃが設けられている。なお、図示の例では、吐出口は突出部５とサセプタ２との狭い隙間５０に相当する。

また、この実施形態による成膜装置２００には、装置全体の動作のコントロールを行うための制御部１００が設けられている。この制御部１００は、例えばコンピュータで構成されるプロセスコントローラ１００ａと、ユーザインタフェース部１００ｂと、メモリ装置１００ｃとを有する。ユーザインタフェース部１００ｂは、成膜装置２００の動作状況を表示するディスプレイや、成膜装置２００の操作者がプロセスレシピを選択したり、プロセス管理者がプロセスレシピのパラメータを変更したりするためのキーボードやタッチパネル（図示せず）などを有する。

メモリ装置１００ｃは、プロセスコントローラ１００ａに種々のプロセスを実施させる制御プログラム、プロセスレシピ、及び各種プロセスにおけるパラメータなどを記憶している。また、これらのプログラムは、成膜装置２００に例えば後述する動作（成膜方法（膜厚測定を含む））を行わせるためのステップ群を有している。これらの制御プログラムやプロセスレシピは、ユーザインタフェース部１００ｂからの指示に従って、プロセスコントローラ１００ａにより読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体１００ｄに格納され、これらに対応した入出力装置（図示せず）を通してメモリ装置１００ｃにインストールしてよい。コンピュータ可読記憶媒体１００ｄは、ハードディスク、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通してメモリ装置１００ｃへダウンロードしてもよい。

次に、本実施形態の成膜装置２００の動作（成膜方法）について説明する。
（ウエハ搬入工程）
始めに、ウエハＷがサセプタ２上に載置される工程について、主として図１０と図１１を参照しながら説明する。まず、サセプタ２を回転して載置部２４を搬送口１５に整列させ、ゲートバルブ（図示せず）を開く。次に、図９に示すように、ウエハＷが搬送アーム１０によって搬送口１５を通して真空容器１内に搬入され、載置部２４の上方に保持される（図９参照）。次いで、昇降ピン１６が上昇して搬送アーム１０からウエハＷを受け取り、搬送アーム１０が真空容器１から退出し、ゲートバルブ（図示せず）が閉まり、昇降ピン１６が下降してウエハＷをサセプタトレイ２０１の載置部２４に載置する。
この一連の動作が、一ランで処理されるウエハの枚数に等しい回数繰り返されると、ウエハ搬入が終了する。

（成膜工程）
ウエハ搬入後、真空ポンプ６４（図１）により真空容器１内が予め設定した圧力にまで排気される。次に、サセプタ２が上から見て時計回りに回転（公転）を開始する。サセプタ２およびサセプタトレイ２０１は、ヒータユニット７により前もって所定の温度（例えば３００℃）に加熱されており、ウエハＷは、載置部２４に載置されることにより加熱される。ウエハＷが加熱され、所定の温度に維持されたことが温度センサ（図示せず）により確認された後、第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）が第１の反応ガス供給ノズル３１を通して第１の処理領域へ供給され、第２の反応ガス（Ｏ_３）が第２の反応ガス供給ノズル３２を通して第２の処理領域Ｐ２へ供給される。加えて、分離ガス供給ノズル４１、４２から分離ガス（Ｎ_２）が供給される。

ウエハＷが第１の反応ガス供給ノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過するときに、ウエハＷの表面にＢＴＢＡＳ分子が吸着し、第２の反応ガス供給ノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２と通過するときに、ウエハＷの表面にＯ_３分子が吸着され、Ｏ_３によりＢＴＢＡＳ分子が酸化される。したがって、サセプタ２の回転により、ウエハＷが領域Ｐ１、Ｐ２の両方を一回通過すると、ウエハＷの表面に酸化シリコンの一分子層が形成される。

（膜厚測定）
上述のようにして成膜している間に、以下の膜厚測定が行われる。
始めに、サセプタ２の回転速度に応じた測定タイミングが決定される。測定タイミングは、サセプタ２を回転する回転軸２２の外周の所定の位置（例えば、サセプタ２の載置部２４に対応した位置）に、例えば磁石を取り付けて回転軸２２とも回転させ、所定のヘッドで磁気の変化を測定することにより把握することができる。

次に、制御ユニット１０８は、光源１０６ａの電源を制御して光源１０６ａを点灯させるとともに、把握したタイミングに基づいてシャッタ（図示せず）を開け閉めして、光源１０６ａからの光を光ファイバＯＦ１にパルス状に入射させる。これにより、測定対象のウエハＷに光を照射することができる。すなわち、光源１０６ａからの光は、光ファイバＯＦ１を通して投光部ＬＥに至り、投光部ＬＥからビームＢｉとして出射されて、回転しているサセプタ２上の測定対象のウエハＷに選択的に照射される。そして、そのウエハＷで反射した反射ビームＢｒは、受光部Ｄに入射し、光ファイバＯＦ２を通過して、分光器１０６ｂに至る。このとき、分光器１０６ｂは、制御ユニット１０８により制御され、ウエハＷからの反射ビームＢｒが光ファイバＯＦ２から出射している間に、例えば、約２４８ｎｍから約８２７ｎｍまで（フォトンエネルギー換算で約１．５ｅＶから５ｅＶまで）波長スキャン（分光）をする。具体的には、制御ユニット１０８がシャッタの開閉を制御する信号と同期して分光器１０６ｂへ制御信号を送信し、分光器１０６ｂは、この制御信号に基づき、波長スキャンを行うことができる。このようにして、ビームＢｉがパルス状にウエハＷに照射される間に分光測定が行われ、反射ビームＢｒの分光強度の波長（フォトンエネルギー）依存性に関するデータが取得される。

この後、制御ユニット１０８は、上記の分光光強度の波長（フォトンエネルギー）依存性のデータに基づき所定のアルゴリズムにより、ウエハＷ上に成膜される膜の膜厚を算出する。そして、算出した膜厚が、その膜の目標膜厚と比較される。目標膜厚は、例えば制御部１００にダウンロードされたレシピを参照することにより比較のたびに取得しても良いし、予め制御部１００から制御ユニット１０８に通知され記憶されても良い。比較の結果、算出した膜厚が目標膜厚と等しいか、目標膜厚以上であると判定された場合、制御部１００に通知信号を出力することにより、制御部１００に対して成膜を停止すべきことを通知する。制御部１００は、通知信号を受信すると、第１の反応ガス、第２の反応ガス、および分離ガスを停止し、サセプタ２の回転を中止して、次のウエハ搬出工程を開始する。

なお、上記の膜厚測定は、光学ユニット１０２ａから１０２ｃに対応した位置において、同時に測定することもできる。この場合、ウエハＷ上の３点で膜厚が測定されるが、３点すべてにおいて目標膜厚以上となったときに成膜を停止しても良いし、１点または２点が目標膜厚以上となったときに成膜を中止しても良い。また、サセプタ２上の所定の載置部２４に載置される一枚のウエハＷに対してのみ膜厚測定を行っても良いし、サセプタ２上のすべてのウエハＷに対して膜厚測定を行っても良い。

また、パルス状にウエハＷに照射されるビームＢｉの持続時間（duration）は、例えばサセプタ２の回転速度に応じて決定して良い。具体的には、ビームＢｉの持続時間（シャッタが開いている時間）は、１０ミリ秒から１００ミリ秒までの期間であって良い。また、サセプタ２の一回転毎に膜厚を測定する必要はなく、例えば、サセプタ２が５から２０回回転する毎に測定をしても良い。

（ウエハ搬出工程）
成膜工程終了後、真空容器１内をパージする。次いで、ウエハＷが、搬入動作と逆の動作により搬送アーム１０により真空容器１から順次搬出される。すなわち、載置部２４が搬送口１５に整列し、ゲートバルブが開いた後、昇降ピン１６が上昇してウエハＷをサセプタトレイ２０１の上方に保持する。次に、搬送アーム１０がウエハＷの下方にまで進入し、昇降ピン１６が下降して、搬送アーム１０によりウエハＷが受け取られる。この後、搬送アーム１０が真空容器１から退出し、ウエハＷを真空容器１から搬出する。これにより、一のウエハＷの搬出が終了する。続けて、上記の動作が繰り返されて、サセプタ２上のすべてのウエハＷが搬出される。

以下、本発明の実施形態による成膜装置を用いた成膜工程の利点について説明する。
図１０は、ガスノズル３１，３２，４１，４２から真空容器１内へ供給されたガスの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の反応ガス供給ノズル３２から吐出されたＯ_３ガスの一部は、サセプタ２の表面（及びウエハＷの表面）に当たって、その表面に沿ってサセプタ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、サセプタ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、サセプタ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を通して真空容器１から排気される。

第２の反応ガス供給ノズル３２から吐出されたＯ_３ガスの他の部分は、サセプタ２の表面（及びウエハＷの表面）に当たって、その表面に沿ってサセプタ２の回転方向と同じ方向に流れる。この部分のＯ_３ガスは、主に、中心領域Ｃから流れるＮ_２ガスと排気口６２を通した吸引力によって、排気領域６に向かって流れる。一方、この部分のＯ_３ガスの少量部分が、第２の反応ガス供給ノズル３２に対してサセプタ２の回転方向の下流側に位置する分離領域Ｄに向かって流れ、天井面４４とサセプタ２との間の隙間に入る可能性がある。しかし、その隙間の高さｈが意図した成膜条件下で当該隙間への流入を阻止する程度の高さに設定されているため、Ｏ_３ガスはその隙間に入るのが阻止される。喩え、少量のＯ_３ガスがその隙間に流れ込んだとしても、そのＯ_３ガスは、分離領域Ｄの奥まで流れることができない。隙間に流れ込んだ少量のＯ_３ガスは、分離ガス供給ノズル４１から吐出された分離ガスによって押し戻される。したがって、図１０に示すように、サセプタ２の上面を回転方向に沿って流れる実質的にすべてのＯ_３ガスが、排気領域６へ流れ排気口６２によって排気される。

同様に、第１の反応ガス供給ノズル３１から吐出され、サセプタ２の回転方向と反対の方向にサセプタ２の表面に沿って流れる一部のＢＴＢＡＳガスは、第１の反応ガス供給ノズル３１に対して回転方向上流側に位置する凸状部４の天井面４４とサセプタ２との間の隙間に流れ込むことが防止される。喩え少量のＢＴＢＡＳガスが流れ込んだとしても、分離ガス供給ノズル４１から吐出されるＮ_２ガスによって押し戻される。押し戻されたＢＴＢＡＳガスは、分離ガス供給ノズル４１からのＮ_２ガスと中心領域Ｃから吐出されているＮ_２ガスと共に、サセプタ２の外周縁と真空容器１の内周壁とに向かって流れ、排気領域６を介して排気口６１を通して排気される。

第１の反応ガス供給ノズル３１から下方側に吐出され、サセプタ２の回転方向と同じ方向にサセプタ２の表面（及びウエハＷの表面）に沿って流れる他の部分のＢＴＢＡＳガスは、第１の反応ガス供給ノズル３１に対して回転方向下流側に位置する凸状部４の天井面４４とサセプタ２との間に流れ込むことができない。喩え少量のＢＴＢＡＳガスが流れ込んだとしても、分離ガス供給ノズル４２から吐出されるＮ_２ガスによって押し戻される。押し戻されたＢＴＢＡＳガスは、分離領域Ｄの分離ガス供給ノズル４２からのＮ_２ガスと中心領域Ｃから吐出されているＮ_２ガスと共に、排気領域６に向かって流れ、排気口６１により排気される。

上述のように、分離領域Ｄは、ＢＴＢＡＳガスやＯ_３ガスが分離領域Ｄへ流れ込むのを防止するか、分離領域Ｄへ流れ込むＢＴＢＡＳガスやＯ_３ガスの量を十分に低減するか、または、ＢＴＢＡＳガスやＯ_３ガスを押し戻すことができる。ウエハＷに吸着したＢＴＢＡＳ分子とＯ_３分子は、分離領域Ｄを通り抜けるのを許され、膜の成膜に寄与する。

また、図８及び図１０に示すように、中心領域Ｃからは分離ガスがサセプタ２の外周縁に向けて吐出されているので、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、中心領域Ｃへ流入することができない。喩え、第１の処理領域Ｐ１の少量のＢＴＢＡＳ（第２処理領域Ｐ２のＯ_３ガス）が中心領域Ｃへ流入したとしても、そのＢＴＢＡＳガス（Ｏ_３ガス）はＮ_２ガスにより押し戻され、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）が、中心領域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。

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、サセプタ２と容器本体１２の内周壁との間の空間を通して第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。これは、屈曲部４６が凸状部４から下向きに形成され、屈曲部４６とサセプタ２との隙間、及び屈曲部４６と容器本体１２の内周壁との間の隙間が、凸状部４の天井面４４のサセプタ２からの高さｈと同じくらい小さいため、２つの処理領域の間の連通を実質的に回避しているからである。したがって、ＢＴＢＡＳガスは、排気口６１から排気され、Ｏ_３ガスは排気口６２から排気されて、これら２つの反応ガスが混合することはない。また、サセプタ２の下方の空間は、パージガス供給管７２，７３から供給されるＮ_２ガスによりパージされている。したがって、ＢＴＢＡＳガスは、サセプタ２の下方を通してプロセス領域Ｐ２へと流れ込むことはできない。

なお、上記の成膜工程中、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とサセプタ２との間の隙間５０からサセプタ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供給ノズル３１（３２）が配置されている空間は、中心領域Ｃ、及び第１の天井面４４とサセプタ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、反応ガス供給ノズル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。

上述のように、本実施形態による成膜装置２００においては、真空容器１内で２つの原料ガス（ＢＴＢＡＳガス、オゾンガス）が混合してしまうのを極力抑えることができるため、理想的に近い原子層堆積を実現され、優れた膜厚制御性を提供することができる。これに加えて、成膜装置２００には膜厚測定システム１０１が設けられているため、更に優れた膜厚制御性が提供される。すなわち、膜厚測定システム１０１によれば、成膜中にリアルタイムに膜厚をモニターしつつ、目標膜厚に達した時点で成膜を停止することができるため、目標膜厚を確実に達成できる。したがって、本実施形態による成膜装置２００を半導体デバイスの製造に利用すれば、その半導体デバイスの性能が確実に発揮されるとともに、製造歩留まりを向上することができる。

また、通常、製造ランに先立って、目標膜厚を達成するための成膜条件を把握するために条件だしランが行われるが、膜厚測定システム１０１を備える成膜装置２００によれば、条件だしランを行う必要がない。このため、条件だしランに要する費用の分、製造コストを低減することができる。また、条件だしランを行っていた時間に製造ランを行えるため、より多くの製造ロットを処理することが可能となる。さらに、条件だしランの分だけラン数を低減できるため、メンテナンス間隔を長くすることができる。

また、本実施形態における膜厚測定システム１０１は、エリプソメータとして構成されるため、上述のとおり、１０ミリ秒から１００ミリ秒までといった極めて短い期間に膜厚を測定することができる。したがって、ウエハＷが回転していても、ウエハＷ面内における極小な箇所（スポット）での膜厚を測定できる。さらに、一つの光学ユニット１０２ａにより、ウエハＷ面内の数カ所で膜厚を測定することも可能である。３つの光学ユニット１０２ａから１０２ｃでウエハＷ面内の数カ所で膜厚を測定すれば、ウエハＷ面内の膜厚分布を求めることも可能である。

さらに、本実施形態における膜厚測定システム１０１は、エリプソメータとして構成されるため、複数の物質が積層される積層膜について、各層の膜厚を測定することができる。したがって、本実施形態による成膜装置２００により、例えば、酸化膜−窒化膜−酸化膜（ＯＮＯ膜）を連続して成膜する場合であっても、各膜の膜厚を測定することができる。また、例えば、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ）膜を、酸化チタン（ＴｉＯ）膜と酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）膜との積層膜として実現する場合であっても、ＴｉＯ膜とＳｒＯ膜それぞれの膜厚を測定することも可能である。

また、上述のとおり、２つの原料ガスが真空容器１内で混合するのを効果的に防止できるため、成膜はウエハＷ上およびサセプタ２上に限られる。このため、透過窓２０１に膜が成膜されることは殆ど無く、したがって、透過窓２０１のメンテナンスの頻度を極めて低くすることができる。すなわち、膜厚測定システム１０１に起因する成膜装置２００のダウンタイムの増加は殆どない。

次に、本実施形態による成膜装置２００において、ＢＴＢＡＳとＯ_３とを用いてＳｉＯ_２膜を成膜する場合の好適なプロセスパラメータを以下に掲げる。
・サセプタ２の回転速度： １−５００ｒｐｍ（ウエハＷの直径が３００ｍｍの場合）
・真空容器１の圧力： １０６７ Ｐａ（８ Ｔｏｒｒ）
・ウエハ温度： ３５０℃
・ＢＴＢＡＳガスの流量： １００ ｓｃｃｍ
・Ｏ_３ガスの流量： １００００ ｓｃｃｍ
・分離ガス供給ノズル４１，４２からのＮ_２ガスの流量： ２００００ ｓｃｃｍ
・分離ガス供給管５１からのＮ_２ガスの流量： ５０００ ｓｃｃｍ
・サセプタ２の回転数： ６００回転（必要な膜厚による）
この実施形態による成膜装置２００によれば、成膜装置２００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が載置されたサセプタ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、及び分離領域Ｄを通過させることにより、酸化シリコン膜の分子層成膜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供給ノズル４１，４２を更に含む。さらに、この実施形態による成膜装置２００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、サセプタ２への酸化シリコンの成膜が殆ど生じず、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２００においては、サセプタ２は５つの載置部２４を有し、対応する５つの載置部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つの載置部２４のうちの一つに１枚のウエハＷを載置しても良いし、サセプタ２に載置部２４を一つのみ形成しても良い。

さらに、酸化シリコン膜の分子層成膜に限定されず、成膜装置２００によって窒化シリコン膜の分子層成膜を行うこともできる。窒化シリコン膜の分子層成膜のための窒化ガスとしては、アンモニア（ＮＨ_３）やヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_２）などを利用することができる。

また、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の分子層成膜のための原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳに限らず、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などを利用することができる。

さらにまた、本発明の実施形態による成膜装置及び成膜方法においては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に限らず、窒化シリコン（ＮＨ_３）の分子層成膜、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とＯ_３又は酸素プラズマとを用いた酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）とＯ_３又は酸素プラズマとを用いた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨｆ）とＯ_３又は酸素プラズマとを用いた酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）の分子層成膜、ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｓｒ（ＴＨＤ）_２）とＯ_３又は酸素プラズマとを用いた酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の分子層成膜、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（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ））とＯ_３又は酸素プラズマとを用いた酸化チタニウム（ＴｉＯ）の分子層成膜などを行うことができる。

サセプタ２の外周縁に近いほど大きい遠心力が働くため、例えば、ＢＴＢＡＳガスは、サセプタ２の外周縁に近い部分において、大きい速度で分離領域Ｄへ向かう。したがって、サセプタ２の外周縁に近い部分では天井面４４とサセプタ２との間の隙間にＢＴＢＡＳガスが流入する可能性が高い。そこで、凸状部４の幅（回転方向に沿った長さ）を外周縁に向うほど広くすれば、ＢＴＢＡＳガスがその隙間に入りにくくすることができる。この観点からは、本実施形態において上述したように、凸状部４が扇形の上面形状を有すると好ましい。

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１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照すると、分離ガス供給ノズル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とサセプタ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、サセプタ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、サセプタ２の天井面４４に衝突するのを避けるため、サセプタ２の振動を抑える、又はサセプタ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とサセプタ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、サセプタ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に分離ガス供給ノズル４１（４２）が配置され、分離ガス供給ノズル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、分離ガス供給ノズル４１の代わりに、図１２に示すように凸状部４の内部においてサセプタ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１３（ａ）に示すように凹面状に湾曲してよいし、図１３（ｂ）に示すように凸面形状にしてもよく、また図１３（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１４（ａ）から図１４（ｃ）に示すように配列してもよい。

図１４（ａ）を参照すると、複数のガス吐出孔３３は、それぞれ傾斜したスリットの形状を有している。これらの傾斜スリット（複数のガス吐出孔３３）は、サセプタ２の半径方向に沿って隣接するスリットと部分的にオーバーラップしている。図１４（ｂ）では、複数のガス吐出孔３３は、それぞれ円形である。これらの円形の孔（複数のガス吐出孔３３）は、全体としてサセプタ２の半径方向に沿って伸びる曲がりくねった線に沿って配置されている。図１４（ｃ）では、複数のガス吐出孔３３は、それぞれ円弧状のスリットの形状を有している。これらの円弧状スリット（複数のガス吐出孔３３）は、サセプタ２の半径方向に所定の間隔で配置されている。

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１５（ａ）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１５（ｂ）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１５（ｃ）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１５（ｄ）に示すとおり、凸状部４における、サセプタ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における、サセプタ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１５（ａ）から図１５（ｄ）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供給ノズル４１（４２）（図２）は真空容器１の中央部、例えば突出部５（図１）から伸びる。

ウエハを加熱するためのヒータユニット７は、抵抗発熱体の代わりに、加熱ランプを有して構成されてもよい。また、ヒータユニット７は、サセプタ２の下方側に設ける代わりにサセプタ２の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。

処理領域Ｐ１，Ｐ２及び分離領域Ｄは、他の実施形態においては図１６に示すように配置されても良い。図１６を参照すると、第２の反応ガス（例えば、Ｏ_３ガス）を供給する第２の反応ガス供給ノズル３２が、搬送口１５よりもサセプタ２の回転方向上流側であって、搬送口１５と分離ガス供給ノズル４２との間に設置されている。このような配置であっても、各ノズル及び中心領域Ｃから吐出されるガスは、概ね、同図において矢印で示すように流れて、両反応ガスの混合が防止される。したがって、このような配置であっても、適切な分子層成膜を実現することができる。

また、既に述べたように、２枚の扇形プレートが分離ガス供給ノズル４１（４２）の両側に位置されるように、天板１１の下面にネジで取り付けることにより、分離領域Ｄを構成してよい。図１７は、このような構成示す平面図である。この場合、凸状部４と分離ガス供給ノズル４１（４２）との間の距離や、凸状部４のサイズは、分離領域Ｄの分離作用を効率よく発揮するため、分離ガスや反応ガスの吐出レートを考慮して決定して良い。

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）の両側でサセプタ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。当該天井面とサセプタ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１８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、反応ガス供給ノズル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１４（ａ）から図１４（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、分離ガス供給ノズル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、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、反応ガス供給ノズル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。図１９を参照すると、凸状部４００は、ほぼ円盤状の形状を有し、サセプタ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４００ａを有し、かつ、凸状部４００の下に、サセプタ２にする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、反応ガス供給ノズル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）反応ガス供給ノズル３１（３２）の両側に拡散し、分離ガス供給ノズル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）分離ガス供給ノズル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、反応ガス供給ノズル３１から吐出された反応ガスは、反応ガス供給ノズル３２から吐出された反応ガスと混合することはなく、適切な分子層成膜を実現できる。

なお、凸状部４００を、図１４（ａ）から図１４（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及びスリット４００ａを用いずに、反応ガス及び分離ガスを、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。

上記の実施形態では、サセプタ２を回転する回転軸２２は、真空容器１の中央部に位置している。また、コア部２１と天板１１との間の空間５２は、反応ガスが中央部を通して混合するのを防止するため、分離ガスでパージされている。しかし、真空容器１は、他の実施形態において図２０のように構成されても良い。図２０を参照すると、容器本体１２の底部１４は、中央開口を有し、ここには収容ケース８０が気密に取り付けられている。また、天板１１は、中央凹部８０ａを有している。支柱８１が収容ケース８０の底面に載置され、支柱８１の状端部は中央凹部８０ａの底面にまで到達している。支柱８１は、第１の反応ガス供給ノズル３１から吐出される第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）と第２の反応ガス供給ノズル３２から吐出される第２の反応ガス（Ｏ_３）とが真空容器１の中央部を通して互いに混合するのを防止する。

また、天板１１の開口には、例えば石英ガラス製の透過窓２０１がＯリングなどの封止部材（図示せず）を介して気密に取り付けられている。また、透過窓２０１は、サセプタ２に載置されるウエハＷの直径とほぼ等しい幅を有し、天板１１の直径方向に沿って設けられている。これにより、ウエハＷの直径方向に沿った複数の点での膜厚測定が可能である。

図２０に示す成膜装置２００においても、透過窓２０１を通してウエハＷ上に成膜される膜の膜厚を測定する上述の膜厚測定システム１０１が設けられている。したがって、この成膜装置２００を用いれば、成膜中に膜厚を測定することができ、目標膜厚に達した時点で成膜を停止することが可能となる。このため、この成膜装置２００においても上述の効果が奏される。

また、回転スリーブ８２が、支柱８１を同軸状に囲むように設けられている。回転スリーブ８２は、支柱８１の外面に取り付けられた軸受け８６，８８と、収容ケース８０の内側面に取り付けられた軸受け８７とにより支持されている。さらに、回転スリーブ８２は、その外面にギヤ部８５が取り付けられている。また、環状のサセプタ２の内周面が回転スリーブ８２の外面に取り付けられている。駆動部８３が収容ケース８０に収容されており、駆動部８３から延びるシャフトにギヤ８４が取り付けられている。ギヤ８４はギヤ部８５と噛み合う。このような構成により、回転スリーブ８２ひいてはサセプタ２が駆動部８３により回転される。

パージガス供給管７４が収容ケース８０の底に接続され、収容ケース８０へパージガスが供給される。これにより、反応ガスが収容ケース８０内へ流れ込むのを防止するために、収容ケース８０の内部空間を真空容器１の内部空間よりも高い圧力に維持することができる。したがって、収容ケース８０内での成膜が起こらず、メンテナンスの頻度を低減できる。また、パージガス供給管７５が、真空容器１の上外面から凹部８０ａの内壁まで至る導管７５ａにそれぞれ接続され、回転スリーブ８２の上端部に向けてパージガスが供給される。このパージガスのため、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスは、凹部８０ａの内壁と回転スリーブ８２の外面との間の空間を通して混合することができない。図２０には、２つのパージガス供給管７５と導管７５ａが図示されているが、供給管７５と導管７５ａの数は、ＢＴＢＡＳガスとＯ_３ガスとの混合が凹部８０ａの内壁と回転スリーブ８２の外面との間の空間近傍において確実に防止されるように決定されて良い。

図２０の実施の形態では、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、分離ガスを吐出する吐出孔に相当し、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領域が構成される。

本発明の実施形態による成膜装置２００（図１等、図２０）においては、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番に基板上に供給しても良い。その場合には、例えば第１の反応ガス供給ノズル、分離ガス供給ノズル、第２の反応ガス供給ノズル、分離ガス供給ノズル、第３の反応ガス供給ノズル及び分離ガス供給ノズルの順番で真空容器１の周方向に各ガスノズルを配置し、各分離ガス供給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。

本発明の実施形態による成膜装置２００（図１等、図２０）は、基板処理装置に組み込むことができ、その一例が図２１に模式的に示されている。基板処理装置は、搬送アーム１０３が設けられた大気搬送室１０２と、雰囲気を真空と大気圧との間で切り替え可能なロードロック室（準備室）１０５と、２つの搬送アーム１０７ａ、１０７ｂが設けられた搬送室１０６と、本発明の実施形態にかかる、膜厚測定ユニット１０１と同じ膜厚測定ユニット（図示せず）が設けられた成膜装置１０９，１１０とを含む。また、この処理装置は、たとえばＦＯＵＰなどのウエハカセットＦが載置されるカセットステージ（図示せず）を含んでいる。ウエハカセットＦは、カセットステージの一つに運ばれ、カセットステージと大気搬送室１０２との間の搬入出ポートに接続される。次いで、開閉機構（図示せず）によりウエハカセットＦ（ＦＯＵＰ）の蓋が開けられて、搬送アーム１０３からウエハカセットＦからウエハが取り出される。次に、ウエハはロードロック室１０４（１０５）へ搬送される。ロードロック室１０４（１０５）が排気された後、ロードロック室１０４（１０５）内のウエハは、搬送アーム１０７ａ（１０７ｂ）により、真空搬送室１０６を通して成膜装置１０９，１１０へ搬送される。成膜装置１０９，１１０では、上述の方法でウエハ上に膜が成膜される。この基板処理装置は、上述の成膜装置２００と同じ成膜装置１０９，１１０を有しているため、成膜装置２００が奏する効果と同じ効果が奏される。また、同時に５枚のウエハを主要可能な２つの成膜装置１０９，１１０を有しているため、高いスループットで分子層成膜を行うことができる。

また、本発明の実施形態による成膜装置２００（図１等、図２０）は、他の基板処理装置に組み込むことができ、その一例が図２２に模式的に示されている。
図２２は、本発明の他の実施形態による基板処理装置７００の概略上面図である。図示のとおり、基板処理装置７００は、２つの真空容器１１１と、それぞれの真空装置１１１の側壁の搬送口に取り付けられた搬送路２７０ａと、搬送路２７０ａに取り付けられたゲートバルブ２７０Ｇと、ゲートバルブ２７０Ｇにより連通可能に設けられる搬送モジュール２７０と、搬送モジュール２７０にそれぞれゲートバルブ２７２Ｇを介して接続されるロードロック室２７２ａ、２７２ｂとを有している。

２つの真空容器１１１は、ともに真空容器１と同一の構成を有し、天板には透過窓２０１が設けられ、透過窓２０１上には光学ユニット１０２ａから１０２ｃが配置されている。光学ユニット１０２ａから１０２ｃには、対応する光ファイバ線１０４ａから１０４ｃが接続され、光ファイバ線１０４ａから１０４ｃは測定ユニット１０６に接続され、測定ユニット１０６は制御ユニット１０８に接続されている。また、制御ユニット１０８は、図示しない制御部（制御部１００）に接続されている。このような構成により、上述の膜厚測定を行うことができ、上述の効果が奏される。

搬送モジュール２７０は、内部に２つの搬送アーム１０ａ、１０ｂを有している。これらの搬送アーム１０ａ、１０ｂは、伸縮自在であり、基部を中心に回動可能であり、２つの真空容器１１１およびロードロック質２７２ａ、２７２ｂにアクセスすることができる。これにより、図２２に示す搬送アーム１０ａのように、ゲートバルブ２７０Ｇが開いたときに、ウエハＷを真空容器１１１内へ搬入し、真空容器１１１から搬出することができる。また、ゲートバルブ２７２Ｇが開いたときに、ウエハＷをロードロック室２７２ａ、２７２ｂに対し搬入出することができる。

ロードロック室２７２ｂ（２７２ａ）は、図２２のII−II線に沿った断面図である図２３に示すように、図示しない駆動部により昇降可能な例えば５段のウエハ載置部２７２ｃを有しており、各ウエハ載置部２７２ｃにウエハＷが載置される。また、ロードロック室２７２ａ、２７２ｂの一方は、ウエハＷを一時的に格納するバッファ室として機能して良く、他方は、外部（成膜工程に先んじた工程）からウエハＷを成膜装置７００へ搬入するためのインターフェイス室として機能して良い。

なお、搬送モジュール２７０、およびロードロック室２７２ａ、２７２ｂには、それぞれ図示しない真空系が接続されている。これらの真空系は、例えばロータリーポンプと必要に応じてターボ分子ポンプとを含んで良い。

以上の構成によれば、上述の成膜装置２００と同じ効果が発揮されるとともに、高いスループットで分子層成膜を行うことができる。

なお、上記の実施形態による成膜装置２００（基板処理装置に含まれるものを含む）において、反応ガス供給ノズル３１（３２）を、ウエハＷの直径方向に長さの異なる３本の有孔パイプを有するように構成すれば、例えば、光学ユニット１０２ａから１０２ｃのそれぞれで測定した結果に基づいて、各有孔パイプ（の孔）から供給される原料ガスの流量を調整することにより、膜厚均一性を向上することも可能となる。

また、上の説明においては、膜厚測定システム１０１により測定された膜厚と目標膜厚とが、膜厚測定システム１０１の制御ユニット１０８において比較されたが、測定した膜厚を示す情報を制御ユニット１０８から制御部１００へ送信し、制御部１００において比較および判定を行っても良い。

また、上記の実施形態においては、膜厚測定システム１０１として、位相変調型のエリプソメータを例示したが、これに限らず、消光型、回転偏光子型、回転検光子型、回転補償子型のいずれであっても良い。また、光源１０６ａとしては、キセノンランプに限らず、ハロゲンランプや重水素ランプなどを使用することができる。

さらに、天板１１に追加の開口を形成して、この追加の開口に他の透過窓を気密に取り付けても良い。この場合、光学ユニット１０２ａから１０２ｃ（のケース）を用いずに、投光部ＬＥからのビームＢｉ（図５）の反射ビームＢｒが受光部Ｄに入射するように、一の透過窓２０１に投光部ＬＥを設け、他の透過窓に受光部Ｄを設けても良い。これによれば、投光部ＬＥからのビームＢｉのウエハＷ表面に対する入射角をブリュースター角に近い角度に合わせることが容易となり、測定精度を向上することができる。

また、光学ユニット１０２ａ等の数は３つに限らず、４つ以上であっても良い。光学ユニットの数はウエハＷのサイズなどに応じて適宜決定して良い。

さらに、膜厚測定システム１０１は、エリプソメトリに基づいて膜厚測定を行うのではなく、ウエハＷ上に成膜される膜の表面と、この膜および下地膜またはウエハＷの間の界面との間で生じる多重反射を利用して膜厚を測定することができるよう構成されても良い。

２００・・・成膜装置、２・・・サセプタ、２４・・・載置部、２０３・・・駆動装置、２０４・・・昇降ロッド、２４・・・載置部、１０ａ，１０ｂ・・・搬送アーム、４・・・凸状部、５・・・突出部、３１，３２・・・反応ガス供給ノズル、４１，４２・・・分離ガス供給ノズル、１０１・・・膜厚測定システム、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・光学ユニット、１０６ａ・・・光源、１０６ｂ・・・分光器、１０６ｃ・・・受光器、Ｗ・・・ウエハ。

Claims (11)

1. 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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜装置であって、
   前記容器内に回転可能に設けられ、一の面に画定されて前記基板が載置される載置領域を有するサセプタ；
   前記容器の前記サセプタに対向する部分に、前記容器に対して気密に設けられる窓部；
   前記サセプタに載置される前記基板に堆積される膜の膜厚を前記窓部を通して光学的に測定する膜厚測定部；
   前記一の面に第１の反応ガスを供給するよう構成される第１の反応ガス供給部；
   前記サセプタの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部から離れた、前記一の面に第２の反応ガスを供給するよう構成される第２の反応ガス供給部；
   前記回転方向に沿って、前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置し、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する分離領域；
   前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離するために、前記容器の中央部に位置し、前記一の面に沿って第１の分離ガスを吐出する吐出孔を有する中央領域；および
   前記容器内を排気するために前記容器に設けられた排気口；
   を備え、
   前記分離領域が、第２の分離ガスを供給する前記サセプタの直径方向に伸びる複数の供給孔を有する分離ガス供給部と、前記分離ガス供給部を収容すると共に、前記第２の分離ガスが前記回転方向に対し前記分離領域から前記処理領域側へ流れることができる狭隘な空間を、前記サセプタの前記一の面に対して形成する天井面と、を含む成膜装置。
2. 前記膜厚測定部が、前記基板の複数の点のそれぞれに対して光を照射し、当該照射した光の反射光を受光する複数の投受光部を含む、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記基板に成膜された膜について前記膜厚測定部により測定された膜厚と、当該膜の目標膜厚とが比較され、当該比較の結果、前記測定された膜厚が前記目標膜厚以上と判定された場合、成膜を停止するように構成される、請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記膜厚測定部がエリプソメータを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 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に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜方法であって、
   前記容器内に回転可能に設けられたサセプタの載置領域であって、一の面に画定され前記基板が載置される載置領域に、前記基板を載置するステップ；
   前記基板が載置されたサセプタを回転するステップ；
   第１の反応ガス供給部から前記サセプタへ第１の反応ガスを供給するステップ；
   前記サセプタの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部から離れた第２の反応ガス供給部から前記サセプタへ第２の反応ガスを供給するステップ；
   前記第１の反応ガス供給部から前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と前記第２の反応ガス供給部から前記第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との間に位置する分離領域の天井面に収容された、前記サセプタの直径方向に伸びる複数の供給孔を有する分離ガス供給部から、第１の分離ガスを供給し、前記分離領域の天井面と前記サセプタとの間に形成される狭隘な空間において前記回転方向に対し前記分離領域から前記処理領域側に前記第１の分離ガスを流すステップ；
   前記容器の中央部に位置する中央部領域に形成される吐出孔から第２の分離ガスを供給するステップ；
   前記容器を排気するステップ；
   前記回転するステップにより回転されるサセプタ上の前記基板に光を照射するステップ；
   前記光を照射するステップにより前記基板に照射された光の反射光を受光するステップ；
   前記受光するステップにより受光した前記反射光の分光強度を利用して前記基板上に成膜される膜の膜厚を計算するステップ；
   を含む、成膜方法。
6. 前記照射するステップにおいて、複数の光ビームが前記基板に対して照射され、当該複数の光ビームに対応する複数の反射ビームがそれぞれ受光され、
   前記膜の膜厚を計算するステップにおいて、前記複数の反射ビームそれぞれの分光強度が利用されて、前記膜の膜厚が形成される、請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記膜の膜厚を計算するステップにおいて計算された膜厚と、当該膜の目標膜厚とを比較するステップを更に含む、請求項５または６に記載の成膜方法。
8. 前記比較するステップにおける比較の結果、前記計算された膜厚が前記目標膜厚以上と判定された場合に、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスの供給を停止するステップを更に含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の成膜方法。
9. 前記膜の膜厚を計算するステップにおいて、エリプソメトリにより前記膜厚が計算される、請求項５から８のいずれか一項に記載の成膜方法。
10. 請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置に、請求項５から９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施させるプログラム。
11. 請求項１０に記載のプログラムを格納するコンピュータ可読記憶媒体。
    

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