JP5268766B2 - 成膜反応装置及び成膜基板製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板を回転させつつ成膜を行って成膜基板を製造する成膜反応装置及び成膜基板製造方法に関する。

従来、基板を回転させつつ成膜を行って成膜基板を製造する成膜反応装置が知られている。このような、成膜反応装置においては、ガスを導入する方向に平行であり、且つ基板を回転させる中心軸（基本的には、基板の中心軸）を通る回転基準線に対して、左右対称にガスを導入する構成を設け、左右対象のガス流となるように制御して基板への成膜を行っている。

例えば、このような成膜成長装置において、反応ガスの流量を均一にするための給気開口部についての形状についての技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、ガスの流量分布が左右対称となることにより、基板上の特定の位置での流量ムラの影響が重なることによる膜厚異常を防止する技術として、ガスの流れを仕切る仕切り板が回転基準線に対して左右で異ならせる技術（特許文献２参照）や、基準平面に対してガス流通孔の形成形態を左右非対称とする技術が知られている（特許文献３参照）。

また、各ガス流路におけるガス流量をそれぞれ独立して制御できる成膜成長装置が知られている（特許文献４参照）。

特開２００７−３５７２０号公報 特許第３５１６６５４号公報 特開２００３−１６８６５０号公報 特開２００７−３２４２８６号公報

上記した特許文献１乃至４に記載された技術は、成膜成長装置において左右対称のガスを流すと、基板上において左右対称にガス流が流れるとの考えのもとでの技術であった。このため、ガス流が左右対称であることを前提に種々の発明が行なわれている。

これに対して、本出願の発明者は、基板を回転させていることによるガス流への影響を観察して以下のような状況を発見した。

図１は、成膜反応装置におけるガス流を説明する図である。

基板２０１をサセプタ２０２に載置して、サセプタ２０２を回転させるとともに、ガス流入口から図中の矢印に示すように右方向にガスを供給すると、基板２０１及びサセプタ２０２等の回転の影響を受けて、ガス流の進路は、図に示すように曲げられてしまう。このため、基板２０２の中心を通り、ガス供給方向に平行な回転基準線よりも回転上流側（ガス流入口から基板２０１を見て右側）と、回転基準軸よりも回転下流側（ガス流入口から基板２０１を見て左側）とで、ガス流が左右対称とはならない。

また、近年では、基板の直径が３００ｍｍ以上のものも登場しており、このように基板が大きくなればなるほど、ガス流の進路に対する基板の回転の影響がより顕著になる。

このように、ガス流の進路が曲げられてしまうと、ガス流が左右対称に流れることを前提にした成膜成長装置においては、基板上の膜厚を均一化するように制御することが困難である。

また、例えば、上記した特許文献２や特許文献３に記載の技術では、回転によるガス流の進路の曲がりの影響は、認識も考慮もされていないが、もし、仮に、これらに記載された炉内部材の構成によって左右非対称でガス流が流れるようにした技術を使うとすると、同一の成膜基板を複数の成膜成長装置により製造する場合においては、左右のガス流量比が装置構成によって固定化されてしまうので、異なる成膜成長装置間によって製造される成膜基板の膜厚にばらつきがでてしまう問題がある。

これに対して、炉内部材を複数用意し、成膜成長装置毎に選択して使用することにより、これに対処することも考えられるが、炉内部材を複数用意する必要があるとともに、交換するために時間を要し、生産性が著しく低下する問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、基板を回転させつつ成膜を行う際における、基板の膜厚制御性能を向上させることのできる技術を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の第１の観点に係る成膜反応装置は、内部に基板が置かれる反応室を構成する反応室構成部と、反応室内の基板の周縁に沿った幅方向へ所定の範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるためのガス流入口を構成するガス流入口部を備えた基板上に成膜するための成膜反応装置において、ガス流入口の上流側に、個別にガス流量を制御可能な複数の部分制御範囲が構成されており、それぞれの部分制御範囲におけるガス流量を制御するガス流量制御部を備え、ガス流量制御部は、基板を回転させつつ行われた回転成膜により基板上に形成された膜厚データに基づいて、基板上の種々の位置における膜成長速度と所定の目標膜成長速度との間の偏差を求める手段と、複数の部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、種々の位置における偏差を減らすように、調整対象の部分制御範囲のそれぞれのガス流量を制御する手段とを有する。係る成膜反応装置によると、複数の部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、種々の位置における偏差を減らすように、調整対象の部分制御範囲のそれぞれのガス流量を制御するので、回転時における成膜の状況を適切に考慮してガス流量を制御でき、これにより、基板上の膜厚の均一化を図ることができる。

上記成膜反応装置において、ガス流入口によるガス流れの方向に平行であり、且つ基板の回転中心軸を通る基準線に対して、回転上流側と、回転下流側とで、異なる部分制御範囲が構成されていてもよい。係る成膜反応装置によると、回転上流側と、回転下流側とで独立してガス流量を制御することができるので、基板の回転によるガス流の曲がりの影響を考慮してガス流量を制御できる。

また、上記成膜反応装置において、基準線に対して回転下流側において、回転上流側と、回転下流側との少なくとも２つの部分制御範囲が構成されていてもよい。係る成膜反応装置によると、基準線に対して回転下流側において、回転上流側と、回転下流側とでガス流量を適切に制御することができる。

また、上記成膜反応装置において、基準線に対して回転上流側に１つの部分制御範囲が構成され、基準線に対して回転下流側において、回転上流側と、回転下流側との２つの部分制御範囲が構成されていてもよい。係る成膜反応装置によると、回転の影響の異なる３つの部分制御範囲におけるガス流を適切に制御することができる。

また、上記成膜反応装置において、複数の部分制御範囲には、基板の中心近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第１の部分制御範囲と、基板の半径の略中間近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第２の部分制御範囲とがあるようにしてもよい。係る成膜反応装置によると、回転成膜時の基板における感度の高い部分が異なる２つの部分制御範囲を独立してガス流を制御することができるので、基板における膜厚の均一化を適切に図ることができる。

また、上記成膜反応装置において、複数の部分制御範囲は、基板の中心近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第１の部分制御範囲と、基板の半径の略中間近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第２の部分制御範囲と、それ以外の部分制御範囲との３つの部分制御範囲であってもよい。係る成膜反応装置によると、３つの部分制御範囲におけるガス流量を制御すれば済むので、制御に係る構成を簡易にすることができる。

また、上記成膜反応装置において、複数の部分制御範囲には、基板の外周近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第３の部分制御範囲があってもよい。係る成膜反応装置によると、外周近傍における膜厚についても適切に制御することができる。

また、上記成膜反応装置において、複数の部分制御範囲は、第１の部分制御範囲と、第２の部分制御範囲と、第３の部分制御部分と、それ以外の部分制御範囲との４つの部分制御範囲であってもよい。係る成膜反応装置によると、４つの部分制御範囲におけるガス流量を制御すれば済むので、制御に係る構成を簡易にすることができる。

また、上記成膜反応装置において、部分制御範囲におけるガス流量を調整するガス調整機構を、部分制御範囲毎に１つずつ備えてもよい。係る成膜反応装置によると、部分制御範囲の数だけガス調整機構を備えるだけで済むようになる。

また、上記目的達成のため、本発明の第２の観点に係る成膜基板製造方法は、基板を回転させつつ成膜させることにより、成膜基板を製造する成膜基板製造方法において、基板への成膜のための反応ガス流を流すステップと、反応ガス流について、複数の部分制御範囲のそれぞれ毎にガス流量を所定の量に調整して前記基板を回転させつつ成膜させることにより成膜基板を製造するステップと、基板を回転させつつ行われた回転成膜により基板上に形成された膜厚データに基づいて、基板上の種々の位置における膜成長速度と所定の目標膜成長速度との間の偏差を求めるステップと、複数の部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、前記基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、種々の位置における偏差を減らすように、調整対象の部分制御範囲のそれぞれの調整するガス流量を決定するステップと、複数の部分制御範囲のそれぞれのガス流量を、決定したガス流量に調整して新たな基板を回転させつつ成膜させることにより前記成膜基板を製造するステップとを有する。係る成膜基板製造方法によると、部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、種々の位置における偏差を減らすように、部分制御範囲のそれぞれのガス流量を制御するので、回転時における成膜の状況を適切に考慮してガス流量を制御でき、これにより、膜厚が均一な成膜基板を製造することができる。

成膜反応装置におけるガス流を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る成膜反応装置の要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガスの供給制御に関わるガス配管システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガス流量調整処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る膜成長速度偏差を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る回転時膜成長感度データの一例を示す図である。 成膜反応装置における成膜特性を試験するためのガス流供給のための一部の構成を示す図である。 成膜反応装置における成膜特性を説明するための図である。 第１の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。 第２の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。 第３の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。 第４の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る成膜反応装置について説明する。

図２は、本発明の一実施形態にかかる成膜反応装置の要部を示す断面図である。この成膜反応装置１は、例えばシリコンウェハのような半導体ウェハの表面に、シリコンのような半導体材料のエピタキシャル膜を形成するために使用することができる。

図２に示すように、成膜反応装置１は、内部に反応室２０Ａをもつ反応器２０を備える。反応室２０Ａの形状は、扁平なほぼ円柱形である。反応室２０Ａの上面の全域は、ほぼ円板形のアッパードーム２１でカバーされる。つまり、アッパードーム２１は、反応室２０Ａの天井壁を構成する。反応器２０の底壁は、ほぼ円環形のロワーライナー２４と、ロワーライナー２４の内側の円形開口内に配置された円板形のサセプタ２６とから構成される。

アッパーライナー２２はその周縁部の全周に、下方に突出した突出環状部２２Ａを有する。アッパーライナー２２の突出環状部２２Ａは、ロワーライナー２４の周縁部２４Ａに結合し、反応室２０Ａの側壁を構成する。サセプタ２６上に、ウェハ（基板）２８が載置されることになる。サセプタ２６は、その下面にてサセプタサポートシャフト３０に結合され、成膜工程中、ウェハ２８の中心を回転中心として回転駆動されるようになっている。ウェハ２８は、例えば、直径が３００ｍｍとなっている。

また、反応室２０の上方と下方には、それぞれ、加熱用の多数のランプ３２，３２，…の円環形の列が配置される。ランプ３２，３２，…からの輻射熱がサセプタ２６およびウェハ２８に良好に伝わるよう、アッパードーム２１、ロワードーム３１の主要部は、石英のような光透過性の耐熱材料製である。

成膜反応装置１の上述した基本的な構造は、公知であるから、それについてのより詳細な説明は、この明細書では省略する。以下では、成膜反応装置１におけるガス流を反応室２０Ａ内に供給するための構造について、詳細に説明する。

図３は、ロワーライナー２４およびサセプタ２６とともに、ロワーライナー２４に接続されたガス流供給のための各種の部品を、図２のＡ-Ａ線で見て示した平面図である。以下、図２と図３を参照して、成膜反応装置１のガス流供給のための構造を説明する。

反応室２０Ａの一側（図中左側）の端部にガス流入口２０Ｂが形成される。また、反応室２０Ａのガス流入口２０Ｂとは反対側（図中右側）の端部にガス排出口２０Ｃが形成される。図２に示すように、ガス流入口２０Ｂもガス排出口２０Ｃも、ウェハ２８の周縁の外側の近傍位置に配置され、ウェハ２８の周縁に沿ってこれとほぼ平行に円弧状に延びている。ガス流入口２０Ｂとガス排出口２０Ｃがウェハ２８の周縁に沿って延びている方向（図３中の縦方向）を、「幅方向」という。ガス流入口２０Ｂとガス排出口２０Ｃの幅方向の寸法、つまり幅は、サセプタ２６上のウェハ２８の直径よりも若干大きい。そして、ガス流入口２０Ｂとガス排出口２０Ｃのそれぞれの幅方向の中心位置は、ウェハ２８の同幅方向での中心位置に一致する。従って、反応室２０Ａ内では、ガス流入口２０Ｂからガス排出口２０Ｃへ向かう方向へ、ウェハ２８の全領域をカバーするための広い幅をもつ帯状の反応ガス流が流れる。ここで、ガス流入口２０Ｂから流される反応ガス流の方向がウェハ２８の回転中心を通る線を回転基準線ということとする。この帯状の反応ガス流が、ウェハ２８の表面の全領域を通過しつつ、ウェハ２８の表面上にエピタキシャル膜を形成する。この反応ガス流の幅方向の流速分布が、ウェハ２８の表面上の形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布を左右することになる。

上述したガス流入口２０Ｂを構成する構造（ガス流入口部）をより詳細に述べると、次の通りである。すなわち、ロワーライナー２４の周縁部２４Ａに段状凹部２４Ｂが形成されており、この段状凹部２４Ｂは、図２に示すようにガス流方向に沿った断面（以下、ガス流方向の断面を「縦断面」という）視で、ロワーライナー２４の他の部分より下方へ一段凹み、図３に示すように、幅方向においてウェハ２８の直径よりも広い距離範囲にわたり円弧状に延びている。また、上記段状凹部２４Ｂに対向するアッパーライナー２２の突出環状部２２Ａの部分には、段状凸部２２Ｂが形成され、この段状凸部２２Ｂは、図２に示すように縦断面視で段状凹部２４Ｂに対応して下方へ一段突出し、また、幅方向において段状凹部２４Ｂと同じ距離範囲にわたり円弧状に延びている。そして、ロワーライナー２４の周縁部２４Ｂの段状凹部２４Ｂが存在する範囲の部分と、アッパーライナー２２の突出環状部２２Ａの段状凸部２２Ｂが存在する範囲の部分との間に、上述したガス流入口２０Ｂが形成される。ガス流入口２０Ｂは、図２に示すように縦断面視で階段状に折れ曲がっており、そこを反応ガス流が、図２に点線矢印で示すような方向に流れる。そのため、反応ガス流は、ガス流入口２０Ｂ内の途中で、段状凹部２４Ｂの前壁２４Ｃに当って上方へ昇ってから、反応室２０Ａ内に流入するようになっている。

ガス排出口２０Ｃの構造も、上述したガス流入口２０Ｂのそれとほぼ同様である。

反応器２０のガス流入口２０Ｂに対応する側の外面には、反応ガスを反応器２０内に導入するためのインレットフランジ３４が取り付けられる。インレットフランジ３４内には、複数（例えば３個）のガス室３４Ａがある。インレットフランジ３４には、複数本（例えば３本）のガス供給管３５が接続され、各ガス供給管３５は各ガス室３４に連通する。

インレットフランジ３４とガス流入口２０Ｂとの間に、図３に示されるように２つの平板状のインサータ３６が介装される。２つのインサータ３６の間の境界は、ガス流入口２０Ｂの幅方向における中央（回転基準線上）に位置する。インサータ３６内には、１本以上のガス流路３６Ａ（部分制御範囲）があり、２つのインサータ３６内のガス流路３６Ａの合計本数は例えば３本である。本実施形態では、ウェハ２８に向かって基準線に対して右側（回転上流側）のインサータ３６には、１つのガス流路３６Ａ（Ｒゾーン）が形成され、ウェハ２８に向かって基準線に対して左側（回転下流側）のインサータ３６には、２つのガス流路３６Ａ（ＬＲゾーン、ＬＬゾーン）が形成されている。本実施形態では、ＬＲゾーンと、ＬＬゾーンとの幅は、ほぼ同じである。また、２つのインサータ３６の両者合わせた幅は、ガス流入口２０Ｂの幅とほぼ同じである。２つのインサータ３６と、インレットフランジ３４との間に、幅方向に細長い板状のバッフル３８が介装される。バッフル３８内には複数（例えば２４個）の整流穴３８Ａがある。インレットフランジ３４内の各ガス室３４Ａはバッフル３８内の複数の整流穴３８Ａに連通し、バッフル３８内の各整流穴３８Ａは２つのインサータ３６内のいずれかのガス流路３６Ａに連通し、そして、２つのインサータ３６内の複数本のガス流路３６Ａの全てがガス流入口２０Ｂに連通する。

また、反応器２０のガス排出口２０Ｃに対応する側の外面には、反応ガスを反応器２０外へ排出するためのアウトレットフランジ４２が取り付けられる。アウトレットフランジ４２には、１本または複数本のガス排出管４４が接続される。

図２に点線矢印で示すように、反応ガスは、各ガス供給管３５からインレットフランジ３４内の各ガス室３４Ａに入り、バッフル３８内の各整流穴３８Ａ及び２つのインサータ３６内の各ガス流路３６Ａを通ってガス流入口２０Ｂに入り、そして、ガス流入口２０Ｂを通って帯状のガス流となって反応室２０Ａ内へ流入する。ガス流入口２０Ｂから反応室２０Ａ内に流入した帯状のガス流は、サセプタ２６上のウェハ２８の表面の全ての領域上を通過して、ウェハ２８の表面上にエピタキシャル膜を形成する。その後、反応ガス流は、ガス排出口２０Ｃに入り、アウトレットフランジ４２内を通ってガス排出管４４へ出て行く。ウェハ２８の表面上のエピタキシャル膜の膜厚分布は、反応室２０Ａ内での反応ガス流の幅方向のガス流速分布に左右され、そして、その反応室２０Ａ内でのガス流速分布は、２つインサータ３６内の複数本のガス流路３６Ａのガス流速分布に左右される。

以下では、特にインサータ３６、バッフル３８、インレットフランジ３４及びガス流入口２０Ｂの構造について、より詳細に説明する。

各インサータ３６内には、これをバッフル３８側からガス流入口２０Ｂ側へ向かう方向へ貫通する複数本のガス流路３６Ａが、幅方向に並んで配列されている。隣り合うガス流路３６Ａは、それらのガス流路３６Ａの側壁３６Ｂによって互に隔離される。各ガス流路３６Ａをガス流に直角な方向で切った断面（以下、ガス流に直角な方向の断面を「横断面」という）の形状は、例えば長方形または円形またはそれに近い形状である。この実施形態では、２つのインサータ３６内のガス流路３６Ａの本数は一例として３本である。

バッフル３８内には、これをインレットフランジ３４側からインサータ３６側へ向かう方向に貫通する複数個（例えば２４個）の整流穴３８Ａが、幅方向に一列に配列されている。これらの複数の整流穴３８Ａは、インサータ３６内のガス流路３６Ａに連通する。本実施形態では、複数の整流穴３８Ａが１つのガス流路３６Ａに連通する。各整流穴３６Ａの横断面の形状は、幅方向へ細長いスリット形状である。各整流穴３８Ａは、各ガス流路３６Ａ内のガス流速の分布を平坦にする役目を果たす。

図２および図３に示すように、インレットフランジ３４内には、互に隔離された複数個（例えば３個）のガス室３４Ａが形成されている。インレットフランジ３４内の複数のガス室３４Ａは、バッフル３８内の複数の整流穴３８Ａに連通する。インレットフランジ３４内の複数のガス室３４Ａには、複数本（例えば３本）のガス供給管３５が接続される。

図２および図３に示すように、ガス流入口２０Ｂの上流約半分の領域を占める段状凹部２４Ｂには、ブレードユニット４０がはめ込まれている。

ブレードユニット４０は、段状凹部２４Ｂと同じ円弧状の平面形状をもつ平板状のベースプレート４０Ａと、このベースプレート４０Ａ上に垂直に立設された複数枚（例えば４枚）のブレード４０Ｂとを有する。このブレードユニット４０は、ロワーライナー２４と一体化されていない（つまり、ロワーライナー２４から分離可能な）独立した別部品であり、ロワーライナー２４の段状凹部２４Ｂ上に置かれている。そして、ブレードユニット４０の複数枚のブレード４０Ｂは、それぞれ、インサータ３６内のガス流路３６Ａの側壁３６Ｂの延長線上に位置する。従って、ガス流入口２０Ｂの段状凹部２４Ｂには、複数枚のブレード４０Ｂにより互に隔離された複数個（例えば３個）のガス輸送溝４０Ｃが形成されており、これらの複数のガス輸送溝４０Ｃは、２つのインサータ３６内の複数本のガス流路３６Ａにそれぞれ連通する。

図４は、上述した反応器２０の外部に設けられた、反応ガスを反応器２０に供給するための配管システムの構成を示す配管線図である。

反応ガスは例えばシリコンガスと水素ガスと所定のドーパントガスなどの複数の成分ガスの混合ガスである。そのため、図４に示すように、シリコンガス源、水素ガス源およびドーパントガス源などの複数の成分ガス源があり、これら複数の成分ガス源からそれぞれ来た複数本の成分ガス供給管５０，５１，５２が、１本の反応ガス供給元管５８に合流する。成分ガス供給管５０，５１，５２のそれぞれには、ガス流量調節器５３，５４，５５が設けられている。これらのガス流量調節器５３，５４，５５は、コンピュータなどを用いた制御装置６６より制御され、それにより、反応器２０に供給される反応ガスの全体の流量と、反応ガスに示す各成分ガスの組成比が調節できる。

反応ガス供給元管５８は、複数本（例えば３本）の反応ガス供給枝管６０に分岐し、それらの複数本の反応ガス供給枝管６０は、それぞれ、インレットフランジ３４内の複数個（例えば３個）のガス室３４Ａ，３４Ａ，・・・にそれぞれ接続される。

本実施形態では、回転基準線に対して回転上流側（ウェハ２８に向かって右側（図４では、下側））の１つのガス流路３６Ａ（ガス室３４Ａ）に連通する１本の反応ガス供給枝管６０に対して、ガス流量を実質的に無段階（つまり連続的）に調節できるガス流量調節器（ガス調整機構）５６が１つ設けられている。また、回転基準線に対して回転下流側（ウェハ２８に向かって左側（図４では、上側））の２つのガス流路３６Ａ（ガス室３４Ａ）の内の回転上流側のガス流路３６Ａ（ガス室３４Ａ）に連通する１本の反応ガス供給枝管６０に対してガス流量調節器５６が１つ設けられ、回転下流側の１つのガス流路３６Ａ３４Ａ）に連通する１本の反応ガス供給枝管６０に対してガス流量調節器５６が１つ設けられている。上記した３個のガス流量調節器５６は、制御装置６６より制御され、それにより、ガス流入口２０Ｂの回転上流側の領域（Ｒゾーン：部分制御範囲）のガス流路３６Ａと、回転下流側のうちの回転上流側の領域（ＬＲゾーン：部分制御範囲）のガス流路３６Ａと、回転下流側のうちの回転下流側の領域（ＬＬゾーン：部分制御範囲）のガス流路３６Ａとの３つの領域のガス流路３６Ａについて、それぞれを流れるガス流量（単位時間当たりに流れるガス容積）を領域毎に独立して任意の値に調整できるようになっている。このため、例えば、回転上流側と、回転下流側との領域でガス流量を異ならせることができる。

さらに、いずれかのガス流量調節器５６の不具合やその他の何らかの原因で反応ガス供給元管５８のガス圧が異常に高くなった場合に、余剰ガスを反応室２０Ａ内へ放出してガス圧を下げるためのセフティリリーフ弁６２をもつセフティリリーフ管６４が、反応ガス供給元管５８と、３本のガス流路３６Ａのうち一番外側に位置する一本のガス流路３６Ａに繋がる一本の反応ガス供給枝管６０との間に接続されている。

上述した図４に示すガス配管システムでは、Ｒゾーン、ＬＲゾーン、ＬＬゾーンのそれぞれの部分制御範囲に対応させて、それぞれ１つずつガス流量調節器５６を設けて、各部分制御範囲毎にガス流量を互に独立して調整できるようにしている。

以上のように構成された成膜反応装置の作用について、以下に説明する。

ガス流入口２０Ｂから反応室２０Ａに流入する反応ガス流の幅方向の流速分布は、ガス流入口２０Ｂの幅方向の全範囲に配列された３本）のガス流路３６Ａにそれぞれ流れるガス流速によって制御されることになる。

そして、各ガス流路３６Ａの上流に存在するバッフル３８の各整流穴３８が、各ガス流路３６Ａ内での流量分布を均一化するという作用をなす。それにより、上述した流速に関する条件が一層容易かつ良好に満たされるようになる。すなわち、各整流穴３８は、各ガス流路３６Ａの幅方向に細長いスリット状の穴であり、その高さは各ガス流路３６Ａの幅方向にわたり一定である。このような細い各整流穴３８をガス流が通ることで、各整流穴３８を出た直後のガス流の幅方向でのガス流速分布は、各ガス流路３６Ａの幅方向にわたり一定であり、かつ、その流速分布がその後に各ガス流路３６Ａを流れる時のガス流速分布を決定付けることになる。

さらに、図２，３を参照して説明したように、ガス流入口２０Ｂ内の前半部分の段状凹部２４B上に置かれたブレードユニット４０が形成する複数のガス輸送溝４０Ｃにより、インサータ３６内の複数本のガス流路３６Ａにより形成されたガス流速分布が、段状凹部２４Ｂ内でも良好に維持される。そして、ガス流が段状凹部２４Ｂを抜ける際には、段状凹部２４Ｂの前壁２４Ｃに当って上方へ昇ってから反応室２０Ａ内に流入するようになっており、かつ、前壁２４Ｃより下流のガス流入口２０Ｂの部分は分割されずに幅方向に繋がっている。そのため、ブレード４０Ｂによるガス流速分布の変動が、分割されていないガス流入口２０Ｂの後半部分で希釈され、ガス流入口２０Ｂから反応室２０Ａ内に流入するガス流の幅方向の流速分布の滑らかさが向上する。

以上のような各部の作用が総合される結果、反応室２０Ａ内でのガス流の幅方向でのガス流速分布を所望の分布に制御することが可能になる。

次に、図４に示した制御装置６６が行なうガス流量の調整制御について詳細に説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係るガス流量調整処理を示すフローチャートである。図６は、本発明の一実施形態に係る膜成長速度偏差を説明する図である。図７は、本発明の一実施形態に係る回転時膜成長感度データの一例を示す図である。

なお、このガス流量調整処理が行われる前においては、ウェハ２８への試験的成膜処理と、試験的成膜により得られたウェハの測定処理とが行われているものとする。すなわち、製品としてのウェハ２８への成膜と同様に、ウェハ２８を回転させつつウェハ８への成膜を行う（試験的成膜処理）。そして、試験的成膜後に、形成された膜の膜厚が、ウェハ２８の表面の多数の異なる位置にて測定する（測定処理）。この試験的成膜処理では、制御装置６６は、ガス流量分布（つまり、複数のガス流量調節器５６のガス流量）を、予め設定されている初期設定流量に制御する。初期設定流量には、例えば、経験上適切であろうとみなされた適当流量値を採用することができる。

ガス流量調整処理では、制御装置６６が、図６に示すように、試験的成膜により得られたウェハ２８において測定された膜厚データに基づいて、ウェハ２８の中心からの距離ｘの関数としての膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ）を計算する（ステップＳ１）。例えば、膜厚データと膜成長に要した時間とに基づいて、図６に示すような膜成長速度９４〔μｍ／ｍｉｎ〕を、ウェハ中心からの距離ｘの関数として計算する。そして、制御装置６６が膜成長速度９４と、所定の目標膜成長速度（例えば、膜成長速度９４中の最小速度、最大速度もしくは平均速度、または、予め設定された任意の速度値など）９６との差を、膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ）として算出する。本実施形態では、サンプリング点として予め設定された所定の多数の異なる距離ｘ毎に膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ）を計算している。

その後、制御装置６６が、計算された多数のサンプリング点の膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ）に基づいて、流量調節器５６毎の流量調整値を計算する（ステップＳ２）。この計算では、制御装置６６に予め設定されている回転時膜成長感度データが参照される。回転時膜成長感度データは、図７に示すように、流量調節器５６毎（換言すれば、各部分制御範囲毎）に予め設定された回転時膜成長感度関数Ｓ_１（ｘ，ｎ）〜Ｓ_Ｎ（ｘ，ｎ）の集合である。ここで、Ｎは部分制御範囲の数であり、図示の例ではＮ＝３であるが、これは単なる例示にすぎない。また、図７では、ｎ＝１．５となっている。

ここで、或る部分制御範囲Ａに関する回転時膜成長感度関数Ｓ_Ａ（ｘ，ｎ）は、次のように表される。すなわち、Ｓ_Ａ（ｘ，ｎ）＝{ＧＲ_Ａ（ｘ，ｎ）−ＧＲ_Ａ（ｘ，１）}／Ｌと表される。ここで、ｘは、ウェハの中心を通るガス流れの幅方向の直線の位置Ｘのウェハ中心からの距離［ｍｍ］を示し、ＧＲ_Ａ（ｘ，ｎ）は、反応室内に流すガス流量をＬ（ｓｌｍ）とし、部分制御範囲Ａ以外のバルブ開度を一定の値とし、部分制御範囲Ａのバルブ開度を他のｎ倍とした条件において、ウェハを回転させつつ成膜させた場合におけるウェハ上の位置Ｘでの膜成長速度［μｍ／ｍｉｎ］を示している。

この回転時膜成長感度関数Ｓ_Ａ（ｘ，ｎ）は、ウェハを回転させて成膜している際における、対応する部分制御範囲に流れるガス流量［ｓｌｍ］の変化に対するウェハ２８上の膜成長速度［μｍ／ｍｉｎ］の変化の割合[μｍ／ｍｉｎ・ｓｌｍ]を、ウェハ中心からの距離ｘの関数として表している。

例えば、１番目の回転時膜成長感度関数Ｓ_１（ｘ，ｎ）は、最も回転上流側に位置する部分制御範囲（図３に示す下方の流路３６Ａ：Ｒゾーン）に対応するものであり、２番目の回転時膜成長感度関数Ｓ_２（ｘ，ｎ）は、回転上流側から２番目に位置する部分制御範囲（ＬＲゾーン）に対応するものであり、以後、回転時膜成長感度関数Ｓ_ｉ（ｘ，ｎ）のサフィックス番号ｉが多くなるにつれて、順次より回転下流側に位置する部分制御範囲に対応するものとなり、最後のＮ番目（この例では３番目）の回転時膜成長感度関数Ｓ_Ｎ（ｘ，ｎ）（この例ではＳ_３（ｘ，ｎ））は、最も回転下流側に位置する部分制御範囲に対応するものである。

例えば、図７に示す、最も回転上流側に位置する部分制御範囲（Ｒゾーン）に対応する回転時膜成長感度関数Ｓ_１（ｘ，１．５）に着目すると、当該部分制御範囲のガス流量の変化は、ウェハ中心近傍（センタ部）における膜成長速度に対してより大きく影響することが分かる。また、回転下流側における回転上流側に位置する部分制御範囲（ＬＲゾーン）に対応する回転時膜成長感度関数Ｓ_２（ｘ，１．５）に着目してみると、当該部分制御範囲のガス流量の変化は、ウェハの半径の略中間近傍（ミドル部）の膜成長速度に対してより大きく影響することが分かる。また、回転下流側における回転下流側に位置する部分制御範囲（ＬＬゾーン）に対応する回転時膜成長感度関数Ｓ_３（ｘ，１．５）に着目してみると、当該部分制御範囲のガス流量の変化は、ウェハの外周近傍（エッジ部）の膜成長速度に対してより大きく影響することが分かる。

図５の説明に戻り、制御部６６は、図６に示したような膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ）と、図７に示したような流量調節器５６毎（部分制御範囲毎）の回転時膜成長感度関数Ｓ_１（ｘ）〜Ｓ_３（ｘ）とに基づいて、次のような回帰計算を行なって、流量調節器５６毎（部分制御範囲毎）の流量調整値ａ_１〜ａ_Ｎを算出する。

すなわち、サンプリング点ｘ_ｊ毎の膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ_ｊ）について、次の方程式、ΔＧＲ（ｘ_ｊ）＝ａ_１・Ｓ_１（ｘ_ｊ）＋ａ_２・Ｓ_２（ｘ_ｊ）＋…＋ａ_Ｎ・Ｓ_Ｎ（ｘ_ｊ）が立てられる。ここで、サンプリング点ｘ_ｊがＭ個（ここで、Ｍ＞Ｎ）ある場合、ｊ＝１〜ＭのＭ個の上記方程式が成立する。このＭ個の方程式を用いて公知の回帰計算が実行され、その結果、そのＭ個の方程式を同時に最も良く満たすような流量調節器５６毎（部分制御範囲毎）の流量調整値ａ_１〜ａ_Ｎが求められる。ここで、いずれかの部分制御範囲を調整対象とせずにガス流量を一定とする場合には、流量調整値が０であるので、上記方程式から、ガス流量が一定である部分制御範囲に対応する回転時膜成長感度関数の項を取り除くことができる。すなわち、上記方程式においては、流量が一定の部分制御範囲に対応する回転時膜成長感度関数の項については、省略することができる。

このようにして流量調節器５６毎（部分制御範囲毎）の流量調整値ａ_１〜ａ_Ｎが求められると、制御部６６が、流量調節器５６毎（部分制御範囲毎）の現在の設定流量を、上記流量調整値ａ_１〜ａ_Ｎにより調整する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３で調整された設定流量を用いてウェハを回転させて成膜させ、それにより得られたウェハの膜厚を測定し、再度、ステップＳ１からの処理を行って、設定流量を調整するようにしてもよい。

このようにして調整された設定流量を用いて、ウェハを回転させて成膜させることが行われ、製品となるウェハ（成膜基板）が製造されることとなる。このように、調整された設定流量を用いることにより、図６に示したような不均一な膜成長速度９４が改善され、目標膜成長速度９６により近いより均一な膜成長速度が得られるようになる。この結果、ウェハの膜厚の均一性が向上することとなる。

次に、本発明の変形例を説明する前に、成膜反応装置における成膜特性について説明する。

図８は、成膜反応装置における成膜特性を試験するためのガス流供給のための一部の構成を示す図である。なお、図２に示す成膜反応装置と同様な部分には、同一符号を付している。

成膜特定を試験するために、成膜反応装置１において、インサータ３６に代えて、インサータ１４６を備え、インレットフランジ３４に代えて、インレットフランジ１４４を備えた成膜反応装置を用意した。

各インサータ１４６内には、複数（例えば、６本）のガス流路１４６Ａが形成されている。ここで、右側のインサータ１４６のガス流路１４６Ａを基準線に近いほうからＲ１、Ｒ２〜Ｒ６とし、左側のインサータ１４６のガス流路１４６Ａを基準線に近いほうからＬ１、Ｌ２〜Ｌ６とする。ガス流路Ｒ１、Ｌ１は、それぞれウェハの中心線（基準線）からの距離が５．３ｍｍ〜３２．９ｍｍまでを占め、ガス流路Ｒ２、Ｌ２は、それぞれウェハの中心線からの距離が３４．９ｍｍ〜６２．２ｍｍまでを占め、ガス流路Ｒ３、Ｌ３は、それぞれウェハの中心線からの距離が６４．１ｍｍ〜９１．３ｍｍまでを占め、ガス流路Ｒ４、Ｌ４は、それぞれウェハの中心線からの距離が９３．３ｍｍ〜１２０．５ｍｍまでを占め、ガス流路Ｒ５、Ｌ５は、それぞれウェハの中心線からの距離が１２２．５ｍｍ〜１４９．７ｍｍまでを占め、ガス流路Ｒ６、Ｌ６は、それぞれウェハの中心線からの距離が１５１．７ｍｍ〜１７８．９ｍｍまでを占めている。

また、インレットフランジ１４４には、それぞれのガス流路１４６Ａに対応する位置に、バッフル３８の整流穴３８Ａを介して連通するガス室１４４Ａが設けられている。各ガス室１４４Ａには、図示しないガス供給管が接続され、これらガス供給管が反応ガス供給元管５８に合流している。反応ガス供給元管５８と各ガス室１４４Ａとの間には、それぞれに対してガス流量調整器５６が設けられており、各ガス室１４４Ａに対するガス流量を個別に調整できるようになっている。

図９は、成膜反応装置における成膜特性を説明するための図である。図９は、成膜特性の一例として、ＢＭＶ（Bellows Metering Valve：ベローズメータリングバルブ）感度を示しており、図９Ａは、Ｌゾーン（基準線に対して左側：回転下流側）の各流路のＢＭＶ感度を示し、図９Ｂは、Ｒゾーンの各流路のＢＭＶ感度を示している。ここで、ＢＭＶ感度とは、全てのバルブ開度を所定の値（例えば、０．５）にしてウェハに回転成膜させた場合における、ウェハの各位置における膜厚を参照値とし、対象とする１つのバルブ開度のみを大きい値（例えば、０．７５）に変更して回転成膜させた場合における、ウェハの各位置における参照値からの膜厚の変化量を示している。なお、このＢＭＶ感度の各値を、エピタキシャル成長時間と、ガス総流量で徐算すると、回転時膜成長感度となるので、ＢＭＶ感度と、回転時膜成長感度とは同様な傾向を示すようになっている。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ウェハの中心から５０ｍｍの範囲（センタ部）に対しては、流路Ｒ１〜Ｒ４（その中でも特に、流路Ｒ２及びＲ３）のＢＭＶ感度が高く、センタ部の膜厚の制御に強く影響することがわかり、ウェハの中心から５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲（ミドル部：ウェハの半径の略中間近傍）に対しては、流路Ｌ１〜Ｌ４（その中でも特に、流路Ｌ１）のＢＭＶ感度が高く、ミドル部の膜厚の制御に強く影響することがわかり、ウェハの中心から１００〜１５０ｍｍの範囲（エッジ部：外周部）に対しては、流路Ｌ３〜Ｌ６（その中でも特に、流路Ｌ５及びＬ６）のＢＭＶ感度が高く、エッジ部の膜厚の制御に強く影響することがわかる。ここで、流路Ｌ３、Ｌ４については、ミドル部及びエッジ部の両方にある程度の感度を持っているため、両方に対する膜厚の制御に影響することとなっている。

上記した実施形態においては、センタ部における感度が特に強い流路Ｒ２及びＲ３に対応する領域を含むＲゾーンと、ミドル部における感度が強い流路Ｌ１及びＬ２に対応する領域を含むＬＲゾーンと、エッジ部における感度が特に強い流路Ｌ５及びＬ６に対応する領域を含むＬＬゾーンとの三つの範囲に分けてそれぞれのゾーンのガス流量を調整できるようにしているので、ウェハにおけるセンタ部、ミドル部、エッジ部における膜厚の調整を適切に行うことができ、ウェハ全体における膜厚を適切に調整することができる。

ガス流量を調整する範囲の分け方は、上記した実施形態に限られず、種々のやり方がある。以下に、ガス流量を調整する範囲の分け方を変えた変形例について説明する。

図１０は、第１の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。

この成膜反応装置において、インサータ１０６は、図８の流路Ｒ１及びＲ２に相当する範囲の流路Ｒ１１と、ウェハ２８のセンタ部に対して感度の強い流路Ｒ３に相当する範囲の流路Ｒ１２と、流路Ｒ４〜Ｒ６に相当する範囲の流路Ｒ１３と、ウェハ２８のミドル部に対して感度の強い流路Ｌ１に相当する範囲の流路Ｌ１１と、流路Ｌ２〜Ｌ４に相当する範囲の流路Ｌ１２と、ウェハ２８のエッジ部に対して感度の強い流路Ｌ５に相当する範囲の流路Ｌ１３と、流路Ｌ６に相当する範囲の流路Ｌ１４とが形成されている。ここで、流路Ｌ１１、Ｌ１３、Ｒ１２の幅は、１０〜３０ｍｍ程度であればよく、流路Ｒ１２は、基準線より右側の０〜１２０ｍｍの範囲内にあればよく、流路Ｌ１１は、基準線より左側の０〜６０ｍｍの範囲内にあればよく、流路Ｌ１３は、左側の９０〜１８０ｍｍの範囲内にあればよい。なお、流路Ｌ１１、Ｌ１３、Ｒ１２がそれぞれ部分制御範囲に相当し、流路Ｌ１２、Ｌ１４、Ｒ１１、及びＲ１３が１つの部分制御範囲に相当する。

インレットフランジ１０４には、流路Ｌ１１〜Ｌ１４、流路Ｒ１１〜Ｒ１３のそれぞれに対応し、連通するガス室１０４Ａが形成されている。流路Ｌ１１、流路Ｌ１３、及び流路Ｒ１２に連通するそれぞれのガス室１０４Ａは、それぞれ異なるガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。従って、ウェハ２８のミドル部に感度の強い流路Ｌ１１と、ウェハ２８のエッジ部に感度の強い流路Ｌ１３と、ウェハ２８のセンタ部に感度の強い流路Ｒ１２とのそれぞれについて、個別にガス流量を調整することができる。このため、ウェハ２８の各部における膜厚を適切に制御することができる。また、流路Ｒ１１、Ｒ１３、Ｌ１２及びＬ１４に連通するガス室１０４Ａは、１つのガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。

この成膜反応装置では、上記した図５に示すガス流量調整処理と同様な処理により、ウェハ２８のミドル部に感度の強い流路Ｌ１１と、ウェハ２８のエッジ部に感度の強い流路Ｌ１３と、ウェハ２８のセンタ部に感度の強い流路Ｒ１２と、それ以外の流路（Ｒ１１、Ｒ１３、Ｌ１２及びＬ１４）とのそれぞれについて、ガス流量を調整する。これにより、ウェハの膜厚を適切に制御することができる。

図１１は、第２の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。

この成膜反応装置において、インサータ１１６には、図８の流路Ｒ１及びＲ２に相当する範囲の流路Ｒ２１と、ウェハ２８のセンタ部に対して感度の強い流路Ｒ３に相当する範囲の流路Ｒ２２と、流路Ｒ４〜Ｒ６に相当する範囲の流路Ｒ２３と、ウェハ２８のミドル部に対して感度の強い流路Ｌ１に相当する範囲の流路Ｌ２１と、流路Ｌ２〜Ｌ６に相当する範囲の流路Ｌ２２とが形成されている。ここで、流路Ｌ２１、Ｒ２２の幅は、１０〜３０ｍｍ程度であればよく、流路Ｒ２２は、基準線より右側の０〜１２０ｍｍの範囲内にあればよく、流路Ｌ２１は、基準線より左側の０〜６０ｍｍの範囲内にあればよい。

インレットフランジ１１４には、流路Ｌ２１〜２２、流路Ｒ２１〜Ｒ２３のそれぞれに対応し、連通するガス室１１４Ａが形成されている。流路Ｌ２１、流路Ｒ２２に連通するそれぞれのガス室１１４Ａは、それぞれ異なるガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。従って、ウェハ２８のミドル部に感度の強い流路Ｌ２１と、ウェハ２８のセンタ部に感度の強い流路Ｒ２２とのそれぞれについて、個別にガス流量を調整することができる。このため、ウェハ２８のセンタ部及びミドル部における膜厚を適切に制御することができる。また、流路Ｒ２１、Ｒ２３、及びＬ２２に連通するガス室１１４Ａは、１つのガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。

この成膜反応装置では、まず、図５に示すガス流量調整処理を行う前に、以下に示すように、ウェハに対して回転成膜を繰り返して実行することにより、ウェハのエッジ部の膜厚が略所望の膜厚となるように、ガス流量調整器５３によりＳｉガス濃度を調整する。すなわち、ガス流量調整器５６の開度を所定の値にした状態で、ウェハへの回転成膜を行い、ウェハの膜厚を測定し、その結果に基づいてガス流量調整器５３によりＳｉガス濃度を調整する処理を繰り返して行うことにより、ウェハのエッジ部の膜厚が所望の膜厚近傍となるようにガス流量調整器５３の調整を行う。これにより、ウェハのエッジ部については、所望の膜厚を得ることができるように調整できる。

その後、図５に示すガス流量調整処理を行うことにより、ガス流量調整器５６の調整を行う。これによって、ウェハのミドル部、センタ部についても、所望の膜厚を得ることができるようになる。これにより、ウェハの膜厚を適切に制御することができる。

図１２は、第３の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。

この成膜反応装置において、インサータ１２６には、図８の流路Ｒ１及びＲ２に相当する範囲の流路Ｒ３１と、流路Ｒ３及びＲ４に相当する範囲の流路Ｒ３２と、流路Ｒ５及びＲ６に相当する範囲の流路Ｒ３３と、流路Ｌ１及びＬ２に相当する範囲の流路Ｌ３１と、流路Ｌ３及びＬ４に相当する範囲の流路Ｌ３２と、流路Ｌ５及びＬ６に相当する範囲の流路Ｌ３３とが形成されている。

インレットフランジ１２４には、流路Ｌ３１〜３３、流路Ｒ３１〜Ｒ３３のそれぞれに対応し、連通するガス室１２４Ａが形成されている。各流路Ｌ３１〜Ｌ３３、Ｒ３１〜Ｒ３３に連通するそれぞれのガス室１２４Ａは、それぞれ異なるガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。従って、各流路Ｌ３１〜Ｌ３３、Ｒ３１〜Ｒ３３のそれぞれについて、個別にガス流量を調整することができる。このため、ウェハの各部における膜厚を適切に制御することができる。この構成によると、比較的少ないガス流量調整器５６により、ウェハの膜厚を適切に制御することができる。

図１３は、第４の変形例に係る成膜反応装置におけるガス流供給のための一部の構成を示す図である。図１３Ａは、インレットフランジ１３４の断面図を示し、図１３Ｂは、一部の構成の上面図を示している。

この成膜反応装置において、インサータ１３６には、図８の流路Ｒ１及びＲ２に相当する範囲の流路Ｒ４１と、流路Ｒ３に相当する範囲の流路Ｒ４２と、流路Ｒ４〜Ｒ６に相当する範囲の流路Ｒ４３と、流路Ｌ１に相当する範囲の流路Ｌ４１と、流路Ｌ２及びＬ３に相当する範囲の流路Ｌ４２と、流路Ｌ４に相当する範囲の流路Ｌ４３と、流路Ｌ５に相当する範囲の流路Ｌ４４と、流路Ｌ６に相当する範囲の流路Ｌ４５とが形成されている。ここで、流路Ｌ４１、Ｌ４４、Ｒ４２の幅は、１０〜３０ｍｍ程度であればよく、流路Ｒ４２は、基準線より右側の０〜１２０ｍｍの範囲内にあればよく、流路Ｌ４１は、基準線より左側の０〜６０ｍｍの範囲内にあればよく、流路Ｌ４４は、基準線より左側の９０〜１８０ｍｍの範囲内にあればよい。流路Ｒ４２、Ｌ４１、Ｌ４４においては、流路の上側（紙面垂直上側）と下側（紙面垂直下側）とにおいて異なる流量のガスを流すことが可能となっている。

図１３Ａに示すように、バッフル１３８の下側（図１３Ａ左側）には、各流路に対応するように、幅方向へ細長いスリット形状となっている複数の整流穴１３８Ａが形成されている。また、バッフル１３８の上側には、流路Ｌ４１，４４、Ｒ４２に対応する位置に整流穴１３８Ａが形成されている。

インレットフランジ１３４には、上下方向に２段のガス室１３４Ａが形成されており、下段には、流路Ｌ４１、Ｌ４２、Ｒ４１及びＲ４２の下側に、整流穴１３８Ａを介して連通するガス室１３４ＡＢと、流路Ｌ４３、Ｌ４４、及びＬ４５の下側に整流穴１３８Ａを介して連通するガス室１３４ＡＢと、流路Ｒ４３の下側に整流穴１３８Ａを介して連通するガス室１３４ＡＢとが設けられ、上段には、流路Ｌ４４の上側に整流穴１３８Ａを介して連通するガス室１３４ＡＡと、流路Ｌ４１の上側に整流穴１３８Ａを介して連通するガス室１３４ＡＡと、流路Ｒ４２の上側に整流穴１３８Ａを介して連通するガス室１３４ＡＡとが設けられている。

ガス流入口のほぼ中央に位置する流路Ｌ４１、Ｌ４２、Ｒ４１及びＲ４２に連通するガス室１３４ＡＢは、１つのガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。また、ガス流入口の外側に位置する流路Ｌ４３〜Ｌ４５に連通するガス室１３４ＡＢと、流路Ｒ４３に連通するガス室１３４ＡＢとは、同じガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。これら２つのガス流量調整器５６を調整することにより、幅方向の全体に対してガスを流すことができるようになっている。また、流路Ｌ４１、Ｌ４４、Ｒ４２のそれぞれに連通するガス室１３４ＡＡは、それぞれ異なるガス流量調整器５６を介して反応ガス供給元管５８に接続されている。従って、流路Ｌ４１，Ｌ４４、Ｒ４２については、２つのガス供給系路が存在している。

この成膜反応装置では、まず、図５に示すガス流量調整処理を行う前に、流路Ｒ４３及び流路Ｌ４３，Ｌ４４，Ｌ４５に下側で連通するガス室１３４ＡＢのガス流量をガス流量調整器５６により調整するとともに、流路Ｒ４１，Ｒ４２、Ｌ４１、及びＬ４２に下側で連通するガス室１３４ＡＢのガス流量をガス流量調整器５６により調整することにより、ウェハに対して回転成膜を繰り返して実行し、ウェハの膜厚が或る程度所望の膜厚に近づくようにする。

その後、図５に示すガス流量調整処理により、流路Ｌ４１、Ｌ４４及びＲ４２の上側の領域を調整対象として、ガス流量の制御を行う。すなわち、ガス流量調整処理により、流路Ｌ４１の上側で連通するガス室１３４ＡＡ、流路Ｌ４４の上側で連通するガス室１３４ＡＡ、流路Ｒ４２の上側で連通するガス室１３４ＡＡのそれぞれに接続されたガス流量調整器５６の開度の調整を行う。これによって、ウェハ２８のミドル部、センタ部、エッジ部について適切な膜厚を得ることができるようになる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限られず、他の様々な態様に適用可能である。

例えば、上記実施形態では、全てのゾーン（部分制御範囲）をガス流量の調整を行う対象としていたが、例えば、少なくとも１つのゾーンを調整対象から外し、すなわち、予めガス流量を固定し、又は、他のゾーンに従属してガス流量が調整されるようにしておき、残りのゾーンのガス流量を調整するようにしてもよい。この場合においては、上記した膜成長速度偏差ΔＧＲ（ｘ_ｊ）についての方程式における、ガス流量が固定されているゾーンに関する項については省略でき、また、ガス流量が他のゾーンに従属して調整されるゾーンに関する項は、当該ゾーンに影響を及ぼす他のゾーンの流量調整値によって表すようにすればよい。例えば、上記実施形態において、ＬＬゾーンのガス流量を個別で調整できるガス流量調整器５６を備えずともよい。この場合には、ＬＬゾーンのガス流量が、Ｒゾーンと、ＬＲゾーンとのガス流量調整器５６の開度に応じて決定されるので、上記方程式におけるＬＬゾーンに関する項の流量調整値については、ＬＬゾーンとＬＲゾーンとの流量調整値により表すようにすればよい。なお、ＬＬゾーンのガス流量を個別で調整できない場合には、ウェハのエッジ部の膜厚が所望の厚さになるように予めＳｉガス濃度を調整しておき、その後、図５に示すようなガス流量調整処理を行うようにすればよい。

また、上記実施形態では、ＬＲゾーンを基準線から左側のほぼ９０ｍｍまでとしていたが、本発明はこれに限られず、ＬＲゾーンの幅は１０ｍｍ以上であればよく、基準線の左側の９０ｍｍ以内の範囲に位置すればよい。

１ 成膜反応装置、２０ 反応器、２０Ａ 反応室、２０Ｂ ガス流入口、２０Ｃ ガス排出口、２４ ロワーライナー、２４Ａ 段状凹部、２６ サセプタ、２８ ウェハ、３４ インレットフランジ、３４Ａ ガス室、３６ インサータ、３６Ａ ガス流路、３８ バッフル、３８Ａ 整流穴、４０ ブレードユニット、４０Ｂ ブレード、４０Ｃ ガス輸送管、５６ ガス流量調整器、５８ 反応ガス供給元管、６０ 反応ガス供給枝管、６２ セフティリリーフバルブ、６４ セフティリリーフ管、６６ 制御装置。

Claims (10)

1. 内部に基板が置かれる反応室を構成する反応室構成部と、
   前記反応室内の前記基板の周縁に沿った幅方向へ所定の範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるためのガス流入口を構成するガス流入口部と
   を備え、
   前記基板への成膜のための反応ガス流を流すステップと、
   前記反応ガス流について、複数の部分制御範囲のそれぞれ毎にガス流量を所定の量に調整して前記基板を回転させつつ成膜させることにより前記成膜基板を製造するステップと、
   前記基板を回転させつつ行われた回転成膜により前記基板上に形成された膜厚データに基づいて、前記基板上の種々の位置における膜成長速度と所定の目標膜成長速度との間の偏差を求めるステップと、
   複数の前記部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、前記基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、前記種々の位置における偏差を減らすように、調整対象の前記部分制御範囲のそれぞれの調整するガス流量を決定するステップと、
   複数の前記部分制御範囲のそれぞれのガス流量を、前記決定したガス流量に調整して新たな基板を回転させつつ成膜させることにより前記成膜基板を製造するステップと
   を有する成膜基板製造方法を用いて基板上に成膜するための成膜反応装置であって、
   前記ガス流入口の上流側に、ガス流量を制御可能な複数の部分制御範囲が構成されており、
   複数の前記部分制御範囲におけるガス流量を制御するガス流量制御部を備え、
   前記ガス流量制御部は、
   前記基板を回転させつつ行われた回転成膜により前記基板上に形成された膜厚データに基づいて、前記基板上の種々の位置における膜成長速度と所定の目標膜成長速度との間の偏差を求める手段と、
   複数の前記部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、前記基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、前記種々の位置における偏差を減らすように、調整対象の前記部分制御範囲のそれぞれのガス流量を制御する手段とを有し、
   前記ガス流入口からのガスの流れ方向に平行であり、かつ前記基板の回転中心を通る基準線が定義されており、かつ、前記基板の回転中心を通り前記基準線に直交する線よりも、前記ガスの流れの上流側の領域でみた場合に、前記基準線に対して、前記基盤の回転方向の上流側が回転上流側と、前記基準線に対して、前記基盤の回転方向の下流側が回転下流側と、それぞれ定義されていて、
   前記複数の部分制御範囲は、前記基準線の前記回転上流側と前記回転下流側とで、異なる部分制御範囲として構成されている
   成膜反応装置。
2. 前記基準線の回転下流側において、前記ガスの流れ方向に交わる方向に、少なくとも２つの部分制御範囲が並列に構成されている
   請求項１に記載の成膜反応装置。
3. 前記基準線の回転上流側において、１つの部分制御範囲が構成され、前記基準線の回転下流側において、前記ガスの流れ方向に交わる方向に、２つの部分制御範囲が並列に構成されている
   請求項２に記載の成膜反応装置。
4. 複数の前記部分制御範囲は、前記ガスの流れ方向に対する幅が異なる
   請求項２又は請求項３に記載の成膜反応装置。
5. 複数の前記部分制御範囲には、前記基板の中心近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第１の部分制御範囲と、前記基板の半径の略中間近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第２の部分制御範囲とがある
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の成膜反応装置。
6. 複数の前記部分制御範囲は、前記基板の中心近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第１の部分制御範囲と、前記基板の半径の略中間近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第２の部分制御範囲と、それ以外の部分制御範囲との３つの部分制御範囲である
   請求項５に記載の成膜反応装置。
7. 複数の前記部分制御範囲には、前記基板の外周近傍における膜形成に寄与する傾向が高い第３の部分制御範囲がある
   請求項５に記載の成膜反応装置。
8. 複数の前記部分制御範囲は、前記第１の部分制御範囲と、前記第２の部分制御範囲と、前記第３の部分制御部分と、それ以外の部分制御範囲との４つの部分制御範囲である
   請求項７に記載の成膜反応装置。
9. 前記部分制御範囲におけるガス流量を調整するガス調整機構を、前記部分制御範囲毎に１つずつ備えている
   請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の成膜反応装置。
10. 内部に基板が置かれる反応室を構成する反応室構成部と、
    前記反応室内の前記基板の周縁に沿った幅方向へ所定の範囲で延び、反応ガス流を前記反応室内に流入させるためのガス流入口を構成するガス流入口部と、
    前記ガス流入口の上流側に位置する、ガス流量を制御可能な複数の部分制御範囲と、
    複数の前記部分制御範囲におけるガス流量を制御するガス流量制御部と
    を備え、
    前記ガス流入口からのガスの流れ方向に平行であり、かつ前記基板の回転中心を通る基準線が定義されており、かつ前記基板の回転中心を通り前記基準線に直交する線よりも、前記ガスの流れの上流側の領域でみた場合に、前記基準線に対して、前記基盤の回転方向上流側が回転上流側と、前記基準線に対して、前記基盤の回転方向下流側が回転下流側と、それぞれ定義されていて、
    前記基準線の前記回転上流側と前記回転下流側とで、異なる部分制御範囲が構成された、成膜反応装置によって行われる成膜基板製造方法であって、
    前記基板への成膜のための反応ガス流を流すステップと、
    前記反応ガス流について、複数の部分制御範囲のそれぞれ毎にガス流量を所定の量に調整して前記基板を回転させつつ成膜させることにより前記成膜基板を製造するステップと、
    前記基板を回転させつつ行われた回転成膜により前記基板上に形成された膜厚データに基づいて、前記基板上の種々の位置における膜成長速度と所定の目標膜成長速度との間の偏差を求めるステップと、
    複数の前記部分制御範囲のそれぞれのガス流量の変化が、前記基板への回転成膜時において膜成長速度分布の変化に及ぼす感度を定義した回転時膜成長感度データを用いて、前記種々の位置における偏差を減らすように、調整対象の前記部分制御範囲のそれぞれの調整するガス流量を決定するステップと、
    複数の前記部分制御範囲のそれぞれのガス流量を、前記決定したガス流量に調整して新たな基板を回転させつつ成膜させることにより前記成膜基板を製造するステップと
    を有する成膜基板製造方法。
    
    

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