成膜装置、成膜方法、存储介质及气体供给装置.pdf

一种成膜装置，具备处理容器(2)、配置在处理容器(2)内且用于载置基板W的载置台(3)、与载置台(3)相对地配置且供给第一处理气体的第一气体供给孔(51b)、供给第二处理气体的第二气体供给孔(52b)、以及供给第三处理气体的第三气体供给孔(53b)的气体供给面(40a)的气体喷头(4)。气体供给面(40a)被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划(401)，在构成该单元区划(401)的各正三角形的三个顶点分别设有所述第一气体供给孔(51b)、所述第二气体供给孔(52b)和所述第三气体供给孔(53b)。第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体各自互不相同，使这些第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在基板W的表面形成薄膜。

1.  一种成膜装置，其特征在于，具备：
处理容器，
配置在所述处理容器内且用于载置基板的载置台，以及
与所述载置台相对地配置且具有设有供给第一处理气体的第一气体供给孔、供给第二处理气体的第二气体供给孔和供给第三处理气体的第三气体供给孔的气体供给面的气体喷头；
所述气体供给面被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有所述第一气体供给孔、所述第二气体供给孔和所述第三气体供给孔，
所述第一处理气体、所述第二处理气体和所述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在所述基板的表面形成薄膜。

2.  根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
自所述第一气体供给孔供给的第一处理气体含有锶化合物，
自所述第二气体供给孔供给的第二处理气体含有钛化合物，
自所述第三气体供给孔供给的第三处理气体是与锶化合物和钛化合物发生反应的氧化气体，
在所述基板的表面上形成的薄膜是钛酸锶。

3.  根据权利要求2所述的成膜装置，其特征在于，所述氧化气体是臭氧气体或水蒸气。

4.  一种成膜方法，其特征在于，具备：
在处理容器内配置的载置台上载置基板的载置工序，
自气体喷头供给气体的气体供给工序，所述气体喷头与所述载置台相对地配置且被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔；
所述气体供给工序具有供给第一处理气体的第一处理气体供给工序、供给第二处理气体的第二处理气体供给工序、以及供给第三处理气体的第三处理气体供给工序，
所述第一处理气体、所述第二处理气体和所述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在所述基板的表面形成薄膜。

5.  根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于，
在所述第一气体供给工序中供给的第一处理气体含有锶化合物，
在所述第二气体供给工序中供给的第二处理气体含有钛化合物，
在所述第三气体供给工序中供给的第三处理气体是与锶化合物和钛化合物发生反应的氧化气体，
在所述基板的表面上形成由钛酸锶构成的薄膜。

6.  根据权利要求5所述的成膜方法，其特征在于，所述氧化气体是臭氧气体或水蒸气。

7.  一种存储介质，其特征在于，是在成膜装置中收纳用于实行成膜方法的计算机程序的存储介质，
所述成膜方法具有：
在处理容器内配置的载置台上载置基板的载置工序，
自气体喷头供给气体的气体供给工序，所述气体喷头与所述载置台相对地配置且被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔；
所述气体供给工序具有供给第一处理气体的第一处理气体供给工序、供给第二处理气体的第二处理气体供给工序以及供给第三处理气体的第三处理气体供给工序，
所述第一处理气体、所述第二处理气体和所述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在所述基板的表面形成薄膜。

8.  一种气体供给装置，其特征在于，具备：
用于导入第一处理气体的第一导入口，
用于导入第二处理气体的第二导入口，
用于导入第三处理气体的第三导入口，
用于将由所述第一导入口导入的所述第一处理气体供给到基板的第一气体供给孔，
用于将由所述第二导入口导入的所述第二处理气体供给到基板的第二气体供给孔，
用于将由所述第三导入口导入的所述第三处理气体供给到基板的第三气体供给孔，以及
以如下方式构成的气体流路结构部：自所述第一导入口导入的所述第一处理气体、自所述第二导入口导入的所述第二处理气体和自所述第三导入口导入的所述第三处理气体分别从所述第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔独立地喷出；
所述第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔设置在气体供给面上，
所述气体供给面被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有所述第一气体供给孔、所述第二气体供给孔和所述第三气体供给孔，
所述第一处理气体、所述第二处理气体和所述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在所述基板的表面形成薄膜。

成膜装置、成膜方法、存储介质及气体供给装置
技术领域
本申请对于2007年9月28日申请的特愿2007-255780号主张优先权，该特愿2007-255780号的全部内容作为参照并在此援引。
本发明涉及通过对基板供给处理气体，而在基板上形成该处理气体的反应产物的膜的技术。
背景技术
作为半导体制造工艺中的成膜方法，已知如下工艺，即在真空气氛下使作为基板的半导体晶片(以下称为“晶片”)等的表面吸附第一处理气体(原料气体)后，将供给的气体切换成第二处理气体(氧化气体)，利用两气体的反应形成一层或少数几层的原子层、分子层，通过进行数次该循环，将这些层层叠，来进行向基板上的成膜。该工艺例如被称为ALD(Atomic Layer Deposition)、MLD(Molecular Layer Deposition)等，是可以根据循环次数对膜厚进行高精度地控制，而且膜质的面内均一性也良好，可以应对半导体器件的薄膜化的有效方法。
为了实施该方法，例如在特开2004-6733号公报(参照第0056段和图8)中记载了通过从处理容器(真空容器)的左侧面向右侧面(或从右侧面向左侧面)交替流通两种处理气体，从而在处理容器内载置的基板表面上进行成膜的成膜装置。在采用如此地使处理气体从基板的一侧到另一侧流通的侧流方式时，为了抑制膜厚、膜质在横向上的不均，成膜处理在例如200℃左右比较低温的温度气氛下进行。
另一方面，例如将氧化锆(ZrO₂)等的高电介质材料成膜时，作为第一处理气体(原料气体)，使用例如TEMAZ(四乙基甲基氨基锆)气体等，作为第二处理气体(氧化气体)使用臭氧气体等。这里，TEMAZ气体这样的原料气体的分解温度高，因此在例如280℃左右的高温下进行成膜，但是若基于如此的高温条件下则反应进行快，存在在一次循环中成膜的膜厚增厚的趋势。尤其是在采用侧流方式时，气体在基板表面的移动距离长，因而例如在气体的供给侧膜厚增厚，而在排气侧膜厚变薄等，可能无法得到良好的膜厚的面内均一性。
此外，为了使生产能力提高，例如在缩短作为氧化气体的臭氧气体的供给时间的情况下，随着远离臭氧气体的供给源，臭氧气体的氧化能力变弱(臭氧气体被消耗)，因此有可能会无法充分地将基板上吸附的高电介质材料充分地氧化，此时还存在例如在晶片内制成的半导体器件间的漏电流的值不均的问题。
为了解决采用这种侧流方式的问题，研究出了例如下面的方法，在通常的CVD装置中使用的气体喷头(参照特开2006-299294号公报中的第0021段～第0026段)，从基板的中央部上方侧供给处理气体，将未反应的处理气体和反应副产物从处理容器的底部排气的方法。当使用气体喷头时，由于供给的处理气体从基板的中央向周边流动，因此与侧流方式相比，气体的移动距离短，对于成膜后的膜厚、膜质而言可以期待获得高的面内均一性。
为了进一步提高按照器件的应用部位而需要的薄膜特性，对薄膜自身的材质及原料气体进行了选定、开发。本发明人针对例如作为适用于栅氧化膜的高电介质薄膜的材质，着眼于含有锶(Sr)和钛(Ti)的氧化物，作为其原料气体研究了使用含有Sr化合物的原料气体、含有Ti化合物的原料气体以及氧化气体这三种气体。为了实施上述工艺，如上所述，使用气体喷头采用ALD形成薄膜，在这种情况下，有必要采用在气体供给面上形成的多个气体供给孔中分配各种气体并将上述三种气体独立地喷出的所谓后混合型(post mix type)的气体喷头。
另一方面，随着对半导体器件的薄膜化、高集成化、高性能化的要求，对于膜厚和膜质而言要求高的面内均一性，在使用三种气体时，必须要研究怎样才能确保高的面内均一性。
另外，在特开2005-723号公报(参照第0052段和图4)中记载了将气体喷头的气体供给面分成由大小互为相同的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点设置气体供给孔的气体供给系统，但是对上述问题没有任何记载。
发明内容
本发明基于上述情况而完成，其目的在于，在从与基板相对的气体供给面将三种处理气体供给到基板而进行成膜处理时，提供对于膜厚和膜质而言能够得到高的面内均一性的成膜装置、成膜方法及存储有该方法的存储介质及气体供给装置。
本发明是一种成膜装置，具备：处理容器，配置在上述处理容器内且用于载置基板的载置台，以及与上述载置台相面对地配置且具有设有供给第一处理气体的第一气体供给孔、供给第二处理气体的第二气体供给孔和供给第三处理气体的第三气体供给孔的气体供给面的气体喷头，
上述气体供给面被分割成由互为相同大小的正三角形构成单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有上述第一气体供给孔、上述第二气体供给孔和上述第三气体供给孔，
上述第一处理气体、上述第二处理气体和上述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，从而在上述基板的表面形成薄膜。
本发明的成膜装置，优选，
自上述第一气体供给孔供给的第一处理气体含有锶化合物，
自上述第二气体供给孔供给的第二处理气体含有钛化合物，
自上述第三气体供给孔供给的第三处理气体是与锶化合物和钛化合物发生反应的氧化气体，
在上述基板的表面上形成的薄膜是钛酸锶。
本发明的成膜装置，优选上述氧化气体是臭氧气体或水蒸气。
一种成膜方法，具备：
在处理容器内配置的载置台上载置基板的载置工序，
自气体喷头供给气体的气体供给工序，上述气体喷头与上述载置台相对地配置且被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔，
上述气体供给工序具有供给第一处理气体的第一处理气体供给工序、供给第二处理气体的第二处理气体供给工序、以及供给第三处理气体的第三处理气体供给工序，
上述第一处理气体、上述第二处理气体和上述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在上述基板的表面形成薄膜。
本发明的成膜方法，优选，
在上述第一气体供给工序中供给的第一处理气体含有锶化合物，
在上述第二气体供给工序中供给的第二处理气体含有钛化合物，
在上述第三气体供给工序中供给的第三处理气体是与锶化合物和钛化合物发生反应的氧化气体，
在上述基板的表面上形成由钛酸锶构成的薄膜。
本发明的成膜方法，优选上述氧化气体是臭氧气体或水蒸气。
本发明的存储介质，是在成膜装置中收纳用于实行成膜方法的计算机程序的存储介质，
上述成膜方法具有：
在处理容器内配置的载置台上载置基板的载置工序，
自气体喷头供给气体的气体供给工序，上述气体喷头与上述载置台相对地配置且被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔；
上述气体供给工序具有供给第一处理气体的第一处理气体供给工序、供给第二处理气体的第二处理气体供给工序、以及供给第三处理气体的第三处理气体供给工序，
上述第一处理气体、上述第二处理气体和上述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在上述基板的表面形成薄膜。
本发明的气体供给装置，具备：
用于导入第一处理气体的第一导入口，
用于导入第二处理气体的第二导入口，
用于导入第三处理气体的第三导入口，
用于将由上述第一导入口导入的上述第一处理气体供给到基板的第一气体供给孔，
用于将由上述第二导入口导入的上述第二处理气体供给到基板的第二气体供给孔，
用于将由上述第三导入口导入的上述第三处理气体供给到基板的第三气体供给孔，以及
以如下方式构成的气体流路结构部：自上述第一导入口导入的上述第一处理气体、自上述第二导入口导入的上述第二处理气体和自上述第三导入口导入的上述第三处理气体分别从上述第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔独立地喷出；
上述第一气体供给孔、第二气体供给孔和第三气体供给孔设置在气体供给面上，
上述气体供给面被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，在构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别设有上述第一气体供给孔、上述第二气体供给孔和上述第三气体供给孔，
上述第一处理气体、上述第二处理气体和上述第三处理气体各自互不相同，使第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在上述基板的表面形成薄膜。
本发明如下：将气体供给面分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划，自构成该单元区划的各正三角形的三个顶点分别供给第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体。为此，即使取任意的单元区划，由于存在喷出第一～第三处理气体的三个气体供给孔且这3个气体供给孔以相互等间隔排列，所以在将第一～第三处理气体同时喷出而利用CVD成膜时，或者利用这些气体的供给时机不同的所谓ALD成膜时，对于膜厚和膜质而言也能够得到高的面内均一性。
附图说明
图1是实施方式的成膜装置的纵截面图。
图2是在上述成膜装置中设置的气体喷头的分解立体图。
图3是上述气体喷头的纵剖立体图。
图4是上述气体喷头的纵剖面图。
图5是气体喷头内的气体导入路和气体供给路部分的纵剖面图。
图6是上述成膜装置的气体供给路径图。
图7是表示上述气体喷头中设置的气体供给孔的排列的平面图。
图8是气体供给孔的转印现象的说明图。
图9是表示上述成膜装置中的晶片的处理位置的说明图。
图10是表示本实施方式和参考例中的气体供给孔的排列的说明图。
图11是表示上述排列的第二说明图。
图12是上述成膜装置的第一作用图。
图13是利用上述成膜装置进行成膜处理的气体供给顺序图。
图14是上述成膜装置的第二作用图。
图15是上述成膜装置的第三作用图。
图16是上述成膜装置的第四作用图。
图17是上述成膜装置的第五作用图。
具体实施方式
首先边参照图1边对本发明的实施方式的成膜装置1整体的结构进行说明。本实施方式的成膜装置1具备形成真空容器的处理容器2、在该处理容器2内配置且用于载置作为基板的晶片W的载置台3、与载置台3相对的方式在处理容器2的上部设置且具有气体供给面40a的气体喷头4，上述气体供给面40a设置有供给第一处理气体的第一气体供给孔51b、供给第二处理气体的第二气体供给孔52b、和供给第三处理气体的第三气体供给孔53b。
此外，第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体各自互不相同，以使这些第一处理气体、第二处理气体和第三处理气体相互反应，在晶片W的表面形成薄膜的方式构成。例如，作为第一处理气体可以使用含锶(Sr)的原料气体(以下称为Sr原料气体)，作为第二处理气体可以使用含钛(Ti)的原料气体(以下称为Ti原料气体)，作为第三处理气体可以使用作为氧化气体的臭氧气体。然后，使Sr原料气体及Ti原料气体、与臭氧气体反应，采用ALD工艺，可以在晶片W的表面形成作为高电介质材料的钛酸锶(SrTiO₃，以下简称为STO)的薄膜。
载置台3由相当于支撑晶片W的载置台本体的台31、覆盖该台31的台盖32构成，台31例如以氮化铝、石英等作为材料，例如形成扁平的圆板状。在台31内部埋设了用于通过对载置台3的载置面进行加热而将晶片W升温到成膜温度的台加热器33。该台加热器33例如由片状的电阻发热体构成，通过由电源部68供给电力可以将载置台3上载置的晶片W以例如280℃进行加热。另外，在台31内设有未图示的静电卡盘，由此可以静电吸附载置台3上载置的晶片W并进行固定。
另一方面，与台31一起构成载置台3的台盖32，通过覆盖台31的上面及侧面，起到防止反应产物、反应副产物之类的反应物向台31的表面堆积的作用。台盖32例如作为石英制自由装卸的盖部件(被称为堆积防护物(depo shield)等)而构成，在其上面中央区域中形成直径比晶片W略大的圆形凹部，可以对载置在该台盖32上的载置面上的晶片W的位置进行确定。
载置台3通过柱状的支撑部件34来支撑例如台31的下面侧中央部，该支撑部件34利用升降机构69而构成为可升降。并且通过使该支撑部件34升降，使载置台3可以在外部运输机构之间进行晶片W转移的转移位置与进行晶片W的处理的处理位置之间，进行例如最长是80mm左右升降。
如图1所示，支撑部件34贯穿处理容器2的底面部，更详细地说贯穿后述下侧容器22的底面部，与利用已说明的升降机构69而升降的升降板23连接，并且在该升降板23和下侧容器22之间利用波纹管24气密结合。
而且载置台3具有支撑晶片W的内面而使该晶片W从载置台3的载置面升降的例如3根升降栓35。这些升降栓35例如图1所示，在使载置台3移动到晶片W的处理位置的状态下，各升降栓35的扁平的头部在台31的上面被卡止，其下端部自台31的底面突出，且以上下方向贯穿台31的状态来安装。
在贯穿台31的各升降栓35的下方侧设有环状的升降部件36，在使载置台3下降到晶片W的转移位置的状态下使升降部件36升降，通过上推或降低各升降栓35，可以将由这些升降栓35支撑的晶片W从载置台3的载置面升降。
这里，在台盖32的上面侧的上述的升降栓35贯穿的位置，设置有用于收纳升降栓35头部的开口部。为此，如图1所示，在使载置台3移动到晶片W的处理位置为止的状态下，台盖32上面和各升降栓35的头部上面几乎在同一平面，从而在载置台3的上面形成平坦的晶片W载置面。进而，该台盖32的侧壁部延伸到台31的下方侧，形成从侧面包围台31的下方区域的裙形部321，与台31本体构成一体的侧周面。
接着，对处理容器2的构成进行说明。本实施方式的处理容器2的结构为，在扁平的碗型的下侧容器22上堆积有形成为环状的排气管道21。其下侧容器22例如由铝等构成，其底面设有贯穿孔221，使上述的台31的支撑部件34贯通。此外，在该贯穿孔221的周围例如在四处设有净化气体供给路222，可以将由净化气体供给源66供给的氮气等的净化气体送入到下侧容器22内。另外在图1中，虚线所示的运送口28利用外部的运送机构进行晶片W的输入输出，由未图示的闸式阀来开关。
排气管道21例如由使铝制四方状的管道弯曲而形成的环状体构成，该环状体的内径和外径与上述的下侧容器22的侧壁部223的内径和外径大致为同一尺寸。此外，该排气管道21的靠近处理气氛侧的壁面称为内壁面，将远离处理气氛侧的壁面称为外壁面，在内壁面上端部间隔开地沿圆周方向排列多个在横向延伸的狭缝状的真空排气口211。在该排气管道21的外壁面的例如一处与排气管29连接，例如利用与该排气管29连接的真空泵67，可以进行从各真空排气口211的真空排气。此外如图1所示，在排气管道21上以覆盖自其上面侧到外壁面以及下面侧的外周部的方式设有隔热部件212。
具有以上说明的构成的排气管道21隔着隔热部件212层叠在下侧容器22上，以相互隔热的状态成为一体而构成处理容器2。并且，在排气管道21的内壁面上设置的多个真空排气口211朝着在气体喷头4和载置台3之间形成的含有处理气氛10的空间开口，因此可以利用这些真空排气口211进行处理气氛10的真空排气。
进而在处理容器2的内部，如图1所示设有用于将作为与载置台3协同运动地属于下侧容器22内的空间的下部空间、与载置台3上部的上部空间划分开的内嵌块26。该内嵌块26例如是由铝形成的环状部件，并形成能够装满下侧容器22的侧壁部223内壁面和载置台3的侧周面之间的空间的尺寸。此外内嵌块26的上面外周部，以从该外周部向外侧扩展的设有突起缘部262，内嵌块26以其突起缘262卡止在下侧容器22的侧壁部223和排气管道21的内壁面侧的下端部之间设置的中间环体252的方式被固定在处理容器2内。
进而，如图1所示，从该内嵌块26的上面到内周面的区域被石英制的块体盖261覆盖，从而能够抑制反应物向表面堆积。并且，当载置台3位于处理位置时，该块体盖261例如隔着2mm的间隙包围台盖32的侧面(裙形部321的侧面)，由此达到处理气氛10的气体难以向下部空间扩散的状态。
进而在排气管道21的内壁面上形成的真空排气口211与处理气氛10之间的环状空间中，配设有截面形成为倒L字状的环部件的导流板27，其通过减小该空间的流导而用于实现从该处理气氛10来看处理容器2的圆周方向的排气均一化。
接着，对气体喷头4进行说明。图2是气体喷头4的分解立体图，图3和图4是在图2所示的点虚线的位置将喷头4切开后的纵剖立体图和纵剖面图，图3、图4从中心位置来看左右的切开方向不同。本实施方式的气体喷头4可以进行如下操作，从与载置台3上的晶片W的中央部相对的中央区域将三种处理气体即Sr原料气体、Ti原料气体以及臭氧气体或者净化气体向处理气氛10喷出，另外，自包围该中央区域的环状边缘区域喷出净化气体。而且，在该气体喷头4的中央区域，以Sr原料气体、Ti原料气体以及臭氧气体从各自专用的气体供给孔供给的所谓后混合型的气体喷头来构成。
首先，对所述中央区域的处理气体的供给结构进行说明。如图3、图4所示，在气体喷头4的上面设有用于分别导入Sr原料气体、Ti原料气体以及臭氧气体的第一导入口51a、第二导入口52a和第三导入口53a，也可以在这些导入口51a～53a中供给不同于上述各种处理气体的净化气体。在气体喷头4的内部自上依次相互留有间隔地层叠扁平的第一扩散空间421、第二扩散空间422和第三扩散空间431，这些扩散空间421～431形成为同轴的圆形形状，第三扩散空间431以其直径大于第一扩散空间421和第二扩散空间422的方式构成。
接着，对在气体喷头4上面的各导入口51a～54a的配置进行说明。如图2所示，第一导入口51a设置在气体喷头4的上面中央部的一处，以图2所示的Y方向为前侧时，第二导入口52a在包围所述第一导入口51a的前后左右四处设置。此外，第三导入口53a在这些第二导入口52a外侧的4处设置，作为整体九个导入口51a～53a在气体喷头4上面的中央区域以十字来排列。此外，净化气体用的第四导入口54a设置在该中央区域的外侧，在以上述第一导入口51a为中心的对角线上的两处。
第一导入口51a借助第一气体导入路511与第一扩散空间421连通。气体喷头4如后所述，将板层叠为4段而构成，第一气体导入路511垂直于这些板组的最上段的板41而形成。
此外，第二导入口52a借助第二气体导入路521与第二扩散空间422连通，第三导入口53a借助第三气体导入路531与第三扩散空间431连通。第二气体导入路521自上述最上段的板41开始穿过第一扩散空间421而垂直地延伸，因此就第一扩散空间421而言，其内部空间配置有形成第二气体导入路521的小的筒状部423。第三气体导入路531，其平面方向的位置在比第一扩散空间421、第二扩散空间422更靠外侧的位置，自上述最上段的板41延伸到第三扩散空间431。
此外，在第一扩散空间421的底面和气体喷头4下面的气体供给面40a之间设有多个上下两端分别向所述底面和气体供给面40a开口的垂直的第一气体供给路512。这些第一气体供给路512通过第二扩散空间422和第三扩散空间431，因此在这些扩散空间422、431中的第一气体供给路512的通过部位分别配置有其内部空间形成该第一气体供给路512的小的筒状部425、432。
此外，在第二扩散空间422的底面和气体喷头4下面的气体供给面40a之间设有多个上下两端分别向这些底面和气体供给面40a开口的垂直的第二气体供给路522。这些第二气体供给路522通过第三扩散空间431，因此在该第三扩散空间431中的第二气体供给路522的通过部位配置有其内部空间形成该第二气体供给路522的小的筒状部433。
此外，在第三扩散空间431的底面和气体喷头4下面的气体供给面40a之间设有多个上下两端分别向这些底面和气体供给面40a开口的垂直的第三气体供给路532。另外，对于气体流路的名称，如此规定，将自导入口到扩散空间的气体流路定为“气体导入路”，将从扩散空间到气体喷头4下面的流路定为“气体供给路”。
由于气体喷头4的中央区域以上述方式构成，因此通过将Sr原料气体、Ti原料气体及臭氧气体分别导入第一导入口51a、第二导入口52a和第三导入口53a，由此使这些气体通过相互独立的流路从气体喷头4下面的气体供给面40a向图1所示的处理气氛10的中央区域10a供给。此外，还可以通过将向这些导入口51a～53a供给的气体切换成净化气体，来向该中央区域10a供给净化气体。
接着，对气体喷头4的边缘区域的处理气体的供给结构进行说明。在气体喷头4的上面的远离上述中央区域的区域，如上所述在夹着该气体喷头4的中心而相对的位置设有两个第四导入口54a。此外在所述边缘区域中，在高于所述第一扩散空间421的位置形成了环状的第四扩散空间411，并形成了垂直延伸的第四气体导入路541，以使得自两个第四导入口54a分别向该第四扩散空间411导入气体。进而在第四扩散空间411的下方侧投影区域，比第三扩散空间431低的位置形成有环状的第五扩散空间441，并形成垂直延伸的两条第五气体导入路542，以使气体自第四扩散空间411向第五扩散空间441流动。
并且，上侧的第四气体导入路541和下侧的第五气体导入路542在气体喷头4的圆周方向每90度地错开而交替地配置。并且在第五扩散空间441的底面和气体喷头4下面的气体供给面40b之间设有多个上下两端分别向所述底面和气体供给面40b开口的垂直的第四气体供给路543。
气体喷头4的边缘区域以上述方式构成，因此通过将净化气体导入第四导入口54a，在气体喷头4下面的气体供给面40b，可以自作为上述的处理气体供给部位的中央区域10a外的边缘区域10b供给净化气体。
这里，气体喷头4如图2所示，将板层叠为4段而构成，将最上段作为第一段，第1～3段分别由平面形状为圆形的板41、42和43构成，第4段由位于上述中央区域的圆形板45、包围该板45且位于上述边缘区域的环状板44构成。
第1段的板41在上缘部具有凸缘部41a，该凸缘部41a如图1所示，与环状支撑部件25的阶差部上面密接，所述环状支撑部件25在凸缘部41a与内嵌块26之间设置且具备与该凸缘部41a相合的阶差。此外，该板41的凸缘部41a的下方侧和自第2段以下的板42、43和44的侧周面以与上述支撑部件25和导流板27的内周面密合的状态被固定在处理容器2上。
此外，如图3、图4所示，在第1段的板41的下面形成环状的沟，由该沟和第2段板42的上面所划分出的空间相当于上述环状的第四扩散空间411。进而，上述第一气体导入路511和第四气体导入路541在该第1段板41中形成。
第2段板42的中央区域中的上下两面，如图2～图4所示，分别形成有平面形状为圆形的凹部，由上面侧的凹部和第1段板41划分出的空间相当于上述第一扩散空间421，且下面侧的凹部和第3段板43划分出的空间相当于上述第二扩散空间422。
在第3段板43的中央区域的下面，如图3、图4所示，形成有平面形状为圆形的凹部，由该凹部和第4段的圆形板45的上面划分出的空间相当于上述第三扩散空间431。
在第4段环状板44的上面，如图2～图4所示，沿着该板44的圆周方向以环状形成了凹部，由该凹部和第3段的圆形板43的下面划分出的空间相当于上述第五扩散空间441。另外，在图2中，凹部的符号记为其所对应的扩散空间的符号。
上述的气体导入路521、531、542和气体供给路512、522，如图3、图4所示，分成在第1～第4的板41、42、43、45和44中对应的多个板而形成。此外，如上所述，气体导入路或气体供给路通入扩散空间的部分以筒状部423、425、432、433来构成，因此这些筒状部423、425、432、433，以从形成扩散空间421、422、431的凹部的顶面向下方突出或者从凹部的底面向上方突出而设置。
在扩散空间422、431中，具有多个筒状部425、432、433，因而可以通过该部分进行热的传递，但在扩散空间421中筒状部423很少，因此在上述筒状部423以外的位置，从凹部的底面直到上侧的板设有向上方突出的柱部424，以使在上下的板41、42之间容易传热。
筒状部423、425、432、433和柱部424的上端面或下端面，与凹部以外的板42、43的面处于同一平面(相同高度)，因此筒状部423、425、432、433的上端面或下端面与相对的板41、43、45的面密接，可以抑制在筒状部423、425、432、433内流动的气体向扩散空间421、422、432泄漏。在以上内容中，各板41～45内上述的气体扩散空间421、422、431、411、441、气体导入路511、521、531、541、542、气体供给路512、522、532、543构成了用于将第一～第三处理气体(Sr原料气体、Ti原料气体以及臭氧气体)独立地供给到处理气氛的气体流路结构部。
此外，上述气体导入路511、521、541、542在向气体扩散空间421、422、411、441开口的部分形成有扩大的扩径部。详细而言，图5(a)中例如以第一气体导入路511为代表所示那样，第一气体导入路511及其开口部511a例如形成为圆管状，开口部511a的断路面积A₂(＝πr₂²，r₂是该断路的半径)是第一气体导入路511的断路面积A₁(＝πr₁²，r₁是该断路的半径)的约2倍，而且以如下方式构成，即，将第一气体导入路511的终端部和开口部511a的终端部假想地连接的面(图5(a)中以虚线表示)、与开口部511a的侧周面所成的角度为30°。通过这样设置扩径部，可以利用气体导入路511、521、541、542使气体容易地在气体扩散空间421、422、411、441内扩散。
此外，在第四段的圆形板45中形成的气体供给路512、522、532，如图5(b)所示，向气体供给面40a开口的下侧部分的口径小于其上侧部分。示出尺寸的一例时，上侧部分的口径为“L1＝2mm”，下侧部分的口径为“L2＝1mm”，下侧部分的长“H＝5mm”。如此通过减小气体供给路512、522、532的下侧部分的口径，可以增大这些供给路512、522、532的佩克莱数(Pe)值，可以防止向处理气氛10供给的处理气体等流入扩散空间421、422、431。在本实施方式中，例如以如下方式设定下侧部分的口径，在未进行处理气体供给的期间会自气体供给路512、522、532流出少量的净化气体，而在该净化气体流过时的佩克莱数达到“Pe≥20”。这里，Pe＝Vs·H/D，Vs是流过气体供给路512、522、532的下侧部分的净化气体的流速，D是处理气体相对于净化气体的扩散常数。
以上说明的气体喷头4的各板41～45中，穿设有如图3、图4中代表性地示出几个那样，用于相互缔结的螺栓孔81a～84a、81b～84b。使用这些螺栓孔81a～84a、81b～84b，例如图2所示那样，利用螺栓81将板41和板42缔结，利用螺栓82将板43的中心和板45的中心缔结，利用螺栓83将板43与板42的下面侧缔结，最后利用螺栓84将板44与板43的下面侧缔结，由此构成图3、图4所示的气体喷头4。另外，上述的螺栓81～84，为了便于说明，将缔结了气体喷头4的各部件41～45的螺栓的部分抽出而例示，实际上各部件41～45由更多的螺栓而牢固地缔结。此外，为了便于图示，在图3、图4中，有省略了螺栓孔81a～84a、81b～84b的记载。
如图4所示，用于供给各种气体的气体供给线610～640与最上段的板41上面的各导入口51a～54a连接，第一导入口51a与Sr原料气体供给线610连接，第二导入口52a与Ti原料气体供给线620连接，第三导入口53a与臭氧气体供给线630连接，而第四导入口54a与净化气体供给线640连接。进而，这些各气体供给线610～640，如图6的气体供给路径图所示，在上游侧分别与各种供给源61～64连接。
详细而言，Sr原料气体供给线610与Sr原料气体供给源61连接，该供给源61中贮存有例如Sr(THD)₂(双(四甲基庚二酮酸)锶)、Sr(Me₅Cp)₂(双(五甲基环戊二烯)锶)等的液体Sr原料，该Sr原料被供给线挤出，经气化器611而被气化从而将Sr原料气体供给到Sr原料气体供给线610。
Ti原料气体供给线620与Ti原料供给源62连接，该供给源62中贮存有例如Ti(OiPr)₂(THD)₂(双(异丙氧基)双(四甲基庚二酮酸)钛)、Ti(OiPr)(四异丙氧基钛)等Ti原料，与Sr原料的情况同样地，以经气化器621气化后的Ti原料气体来供给。
此外，臭氧气体供给线630与例如由周知的臭氧发生器等构成的臭氧气体供给源63连接，并且净化气体供给线640与由氩气钢瓶等构成的净化气体供给源64连接，可以将臭氧气体和氩气供给到各自的供给线630、640。此外，Sr原料气体供给线610、Ti原料气体供给线620、臭氧气体供给线630在各自路径的中途分支，而与净化气体供给源64连接，可以供给净化气体来代替各个处理气体。在各气体供给线610～640和气体供给源61～64之间，嵌设由阀、流量计等组成的流量控制机器组65，根据来自后述的控制部7的指示，来控制各种气体的供给时机和供给量。另外各气体供给线610～640都与图2所示的11个导入口51a～54a连接，但在图1、图6等中有省略导入口51a～54a的个数的记载。
返回到成膜装置1的装置结构的说明。在气体喷头4的上面、排气管道21的外壁面的下面侧以及上面侧等，如图1所示设有片状的电阻发热体等构成的喷头加热器47、管道加热器213，利用由电源部68供给的电力对气体喷头4、排气管道21整体进行加热，从而可以防止反应物附着在气体喷头4的气体供给面40、排气管道21内面。另外，为了便于图示，除了图1以外省略了对图中加热器47、213的记载。除了上述之外，用于防止反应物附着的加热器例如也埋设在内嵌块26内，但是为了便于说明而省略图示。
以上说明的成膜装置1，具有控制部7，其用于控制自上述的气体供给源61～63的气体供给动作、利用台31的升降动作、真空泵67的处理容器2内的排气动作、利用各加热器47、213的加热动作等。控制部7由例如具有未图示的CPU和程序的计算机构成，该程序由针对利用该成膜装置1对晶片W进行成膜处理所必需的控制的步骤(命令)组组成，例如自气体供给源61～64的各种气体供给的给断时机、供给量调整所涉及的控制、对处理容器2内真空度进行调节的控制、台31的升降动作控制、各加热器47、213的温度控制等。该程序收纳于例如硬盘、光盘、磁盘、存储器等存储介质中，然后将其安装在电脑上。
在具备以上说明的装置构成的成膜装置1中，使用Sr原料气体、Ti原料气体、臭氧气体这三种处理气体来形成STO的薄膜，此时本实施方式的气体喷头4，以使得能够确保该STO膜的膜厚、膜质的面内均一性的方式来决定在气体供给面40a上设置的各处理气体的供给孔的排列。以下，使用图7～图11对该排列的详细情况进行说明。
图7是从下面侧来看图2所示的第4段的圆形板45的平面图，示出了在气体喷头4的中央区域的气体供给面40a配置各处理气体的气体供给孔51b～53b的状态。为了便于说明，图7、图10和图11所示的各气体供给孔51b～53b利用标记号而能够加以识别，Sr原料气体供给用的Sr原料气体供给孔51b标记为“”，Ti原料气体供给用的Ti原料气体供给孔52b标记为“○”，臭氧气体供给用的臭氧气体供给孔53b标记为“●”，标记出气体供给面40a上的配置位置。
在本实施方式中，对于利用在气体供给面40a上设置的多个气体供给孔51b～53b对相对的晶片W供给处理气体而进行成膜的类型的气体喷头4而言，气体供给孔51b～53b彼此的间隔(以下称为间距)、从载置台3上载置的晶片W的表面到气体喷头4的气体供给面40a的距离(以下称为间隙)会影响膜质、膜厚的面内均一性。
即，当将供给某种处理气体的气体供给孔50b彼此的间距设为“a”，将气体供给面40a和晶片W表面之间的间隙设为“h”时，如图8(a)模式地表示那样，如果气体供给孔50b彼此的间距大，则由各气体供给孔50b供给的处理气体充分地扩散，在与相邻的气体供给孔50b供给的处理气体形成均一的处理气体气氛之前就到达晶片W。其结果是，在晶片W面内形成了处理气体的吸附量多的区域和少的区域，与气体供给孔50b的排列图案相匹配，产生在靠近气体供给孔50b的部分薄膜F的膜厚增厚的现象(以下称为气体供给孔50b的转印)。此外，即使减小气体供给孔50b的间距，在气体供给面40a和晶片W的间隙小时，所喷射的气体的流速过快而产生在靠近气体供给孔50b的部分薄膜F的膜厚变薄的现象，如图8(b)所示，产生气体供给孔50b的转印。
这样，就气体供给孔50b的转印而言，间距“a”的值越大(与“a”的值成正比例)，另外，间隙“h”的值不论过大还是过小均容易产生，因此为了获得没有转印的均一膜厚的薄膜F，例如图8(c)所示，优选减小间距“a”，并在间隙“h ”为最适大小的条件的基础上进行成膜。另外，在图8(a)～图8(c)的各图中，为了便于说明，仅示出了依上述论述而着眼的供给特定种类的处理气体的气体供给孔50b，省略了对其他种类的气体供给孔的记载。
对于实际的成膜装置1而言，如图1中说明那样，处理容器2的内部利用真空泵67而时常排气，在气体供给面40a和晶片W之间因排气而形成处理气体的流动，因此自气体供给孔50b供给的处理气体，显示出比图8(a)～图8(c)模式地示出的更为复杂的动作。然而，气体供给孔50b对薄膜F的转印程度，由于上述的机制，而对气体供给孔50b彼此的间距、气体供给面40a与晶片W的间隙有很大影响。
这里，在本实施方式的成膜装置1中，如已经由图1所说明那样，可以自晶片W的转移位置到晶片W的处理位置使载置台3升降，可以将处理位置在上下方向自由地变更，从例如图9(a)所示那样间隙增大到最大“h＝40mm”到如图9(b)所示那样最小减小到“h＝8mm”的情形。该处理位置可根据例如指定了成膜条件的调理法，并通过选择预先存储的最佳处理位置等方法来决定，但从控制各原料气体的使用量的观点出发，强烈要求在间隙尽可能短的位置进行成膜处理。因此，对于气体喷头4而言，有必要将各气体供给孔51b～53b以即使在间隙“h”最小的位置进行处理时转印也受到抑制的间距排列在气体供给面40a上。
从这种观点出发，本实施方式的气体喷头4的气体供给面40a，如图7和图10(a)所示，被分割成由互为相同大小的正三角形构成的单元区划401。而且，构成单元区划401的各正三角形的三个顶点，分别设有第一气体供给孔51b、第二气体供给孔52b和第三气体供给孔53b。
即，图10(a)中的排列法如下，在三角形ABC的顶点A例如分配臭氧气体供给孔53b，在顶点B例如分配Sr原料气体供给孔51b，在顶点C例如分配Ti原料气体供给孔52b。之后，如果画出与三角形ABC的边BC线对称的三角形BCD，则在顶点D分配与其线对称的顶点A的臭氧气体供给孔53b。同样地也对三角形ABC的各边AB、AC进行，在顶点E分配Ti原料气体供给孔52b，在顶点F分配Sr原料气体供给孔51b。以下将其重复，在气体喷头4的气体供给面40a形成各处理气体的气体供给孔。由此，在单元区划401内3种气孔必然各存在一个，换言之，3种气孔的分布密度相等。进而，各个气体种类的相邻气孔的距离也相等(如后述，3种气孔均为31)，所有的气体种类被均一地喷出到处理气氛10中。
这里，如图5(b)所示，例如各气体供给路512、522、532的上侧部分的口径为“L1＝2mm”时，从工作精度、相邻的气体供给路512、522、532间所必需的壁的厚度等观点出发，相邻的各气体供给路512、522、532彼此的距离例如以约7mm为加工限度。此时，如图10(a)所示，单元区划401的一边的长度“l”为7mm，因此例如臭氧气体供给孔53b彼此的间距“a＝((3)1”约为12mm，可以说其他气体供给孔51b、52b也是一样。
对于这种排列法，试着研究例如图10(b)的参考例所示的排列法。在该排列法中，例如将气体供给面40a以格子状分成由互为相同大小的正方形构成的单元区划402，通过各格子点上的行方向(横方向)将气体供给孔51b～53b例如以“51b→52b→53b”的顺序分配由此构成各行，并且在第1行和第2行之间，分别为相同种类的气体供给孔51b～53b的位置各一列而向右侧错开地配置它们的行，后面第n行和第(n+1)行之间也为同样的关系地配置各行。
这里与图10(a)中示出的本实施方式的排列同样地，当将该排列法中的单元区划402的长度设为“l＝7mm”时，例如臭氧气体供给孔53b彼此的间距存在2种，一种间距是“a₁＝(2)1”，约为9.9mm，比图10(a)中示出的本实施方式的排列间距还小，而另一种的间距是“a₂＝(5)1”，约为15.7mm，比实施方式的排列间距还大。
如以上说明的排列法，在使用具有混合存在小的间距“a₁”和大的间距“a₂”的气体供给面40a的气体喷头来进行成膜时，针对气体供给孔51b～53b对所成的膜的转印程度，也混合存在转印程度大的区域和小的区域。但是，通常膜厚的均一性使用膜厚的平均值和实际膜厚的差的最大值来评价。为此，膜整体的膜厚均一性评价在转印程度大的区域中进行，因此与采用图10(a)所示的排列法的情况相比较，膜整体的膜厚均一性变差。
此外，从所谓膜质的观点出发，当将图10(a)、图10(b)的排列法进行比较时，例如STO是锶、钛、氧的各原子以1∶1∶3的比例化合而成的化合物，如此比例的调整例如通过来自各原料供给源61～63的供给气体的浓度等来进行调整。这里为了研究对于气体向图10(a)所示的实施方式中的排列法的晶片W吸附的影响，如图11(a)所示，对包围某Sr原料气体供给孔51b的六个单元区划401尝试着进行研究。此时，从该Sr原料气体供给孔51b正下方的某区域的晶片W来看，由Ti原料气体供给孔52b、臭氧气体供给孔53b供给的处理气体均由仅离开中心的Sr原料气体供给孔51b相等距离“l”的气体供给孔52b、53b供给，因此到达该晶片W区域的时间、进行吸附的时间等相等，认为该晶片W区域的气体吸附浓度也变得均一。
对此，如图11(b)所示，如果对包围某Sr原料气体供给孔51b的四个单元区划402进行同样的研究，则例如在中心的Sr原料气体供给孔51b的左方和下方的两个臭氧气体供给孔53b仅与其离开距离“l”，而该Sr原料气体供给孔51b右上方的臭氧气体供给孔53b的距离仅为“(2)1”，自该Sr原料气体供给孔51b的距离不同。为此在Sr原料气体供给孔51b正下方的晶片W区域中，该区域的右上方和左下方，由这些供给孔53b供给的气体所到达的时间、进行吸附的时间等不同，例如，可能会产生在右上方区域吸附浓度低，在左下方区域吸附浓度增高的所谓气体吸附浓度的偏差。另一方面，对包围中心的Sr原料气体供给孔51b的3个Ti原料气体供给孔52b而言，成为使上述的臭氧气体供给孔53b的排列状态旋转180°的状态，因此例如得到在左下方区域吸附浓度低，在右上方区域吸附浓度增高的所谓气体吸附浓度的偏差。
由于这种排列状态的偏差，在3种气体中的任意气体的吸附量多或少时，锶、钛、氧的各原子就无法以1∶1∶3的比例化合，例如有在STO膜中混合存在氧化锶(SrO)、氧化钛(TiO₂)的可能性，可能无法得到均质的膜质的STO膜。
根据以上说明的图10(a)的气孔的排列法，例如在正四角形的各顶点分配4种不同的气体种类，之后若在四角形的各边线对称画出四角形各气体种类的气孔进行分配，则4种气孔的分布密度相等，可以制成各气体种类的相邻气孔的距离也相等的喷头，进而，可以应用正多角形(正五角形、正六角形等)。此外，认为图10(a)中所示的排列法，与例如图10(b)中作为参考例示出的排列法比较，对于膜厚和膜质而言可以得到高的面内均一性，对于本实施方式中的气体喷头4而言，根据这种思考方法，采用3种气体供给孔51b～53b的配置法。以下，对于采用这种气体喷头4的成膜装置1的作用进行说明。
首先，如图12所示，打开运送口28，使外部的运送机构由运送口28进入，而将晶片W搬入处理容器2内。接着，介由升降栓35，将晶片W载置于位于转移位置的载置台3上，利用未图示的静电卡盘来吸附该晶片W(载置工序)。此时，排气管道21、内嵌块26的表面被各加热器213、47等加热到例如分别为230℃，而气体喷头4的气体供给面40被加热到例如250℃。接着，关闭运送口28，当处理容器2内为气密的状态后，利用真空泵67介由排气管道21而使处理容器2内处于吸净的状态。
此时，如上所述，内嵌块26被固定在比晶片W的转移位置更高的位置，因此如图12所示，在使载置台3下降到晶片W的转移位置的状态下，下侧容器22内的空间处于与处理气氛10连通的状态(未被区分开)。为此，对于上述真空排气而言，包括下侧容器22内的处理容器2整体被真空排气。
处理容器2内被真空排气到规定的压力，然后将处于继续真空排气状态的载置有晶片W的载置台3上升到根据调理法而选择的处理位置，例如“h＝8mm”的位置。在此，如果使载置台3上升到处理位置，则如图9(a)、图9(b)所示，达到自台盖32的侧周面、或者自该侧周面延伸的裙部321被内嵌决26包围的状态，载置台3上方的处理气氛10和下侧容器22内的空间，成为被载置台3和内嵌块26所遮断而被相互划分开的状态。
如此，处理气氛10和下侧容器22内的空间被划分开后，开始由净化气体供给路222向下侧容器22内导入净化气体。而且，利用台加热器33将晶片W的温度加热到例如280℃后，开始STO成膜处理。另外，在图9(a)、图9(b)和图12中，为了便于图示，省略了台加热器33的记载。此外，在以下的作用说明中，以晶片W的处理位置已处于图9(b)所示的位置(h＝8mm)的情况为例进行说明。
利用ALD工艺进行的STO成膜处理(气体供给工序)，根据图13(a)～图13(d)所示的供给顺序来实行。图13(a)～图13(c)的各图所示的空白柱，示出来自各气体供给线610～630的处理气体(Sr原料气体、Ti原料气体、臭氧气体)的供给量，图13(a)～图13(d)全面涂上斜线阴影的柱示出了来自各气体供给线610～640的净化气体的供给量。此外，图14～图17模式地示出了以这些顺序实行过程中的气体喷头4内和处理气氛10的各气体的流动。
根据气体供给顺序，如图13(a)所示，首先进行Sr原料气体的供给(Sr原料气体供给工序)。此时，在气体喷头4内Sr原料气体如图14所示，通过第一气体导入路511而扩散到第一扩散空间421内，通过在第一扩散空间421底面设置的多个第一气体供给路512，自气体供给面40a的各Sr原料气体供给孔51b(参考图7)供给到处理气氛10的中央区域10a。
如此，Sr原料气体被从气体喷头4的中央区域侧的气体供给面40a供给到处理气氛10内，到达载置台3上的晶片W的中央部。此时，如图1所示，在处理气氛10的周围以在排气管道21设置的真空排气口211包围该处理气氛10的方式配置，因此到达晶片W中央部的原料气体朝着这些真空排气口211自晶片W的中央部向边缘部流动。这样，通过使原料气体自晶片W的中央部向边缘部流动，可以缩短原料气体的移动距离，能够使各原料气体的分子均一地吸附在晶片W的径向。
此外，这时如图13(b)～(d)和图14所示，为了防止原料气体的逆流，少量的净化气体从第二气体供给路522、第三气体供给路532和第四气体导入路541流出。另一方面，自图1所示的下侧容器22的净化气体供给路222供给的净化气体，通过载置台3和内嵌块26的间隙而进入到处理气氛10内，由此抑制原料气体向下侧容器22内的空间流入，从而防止因反应物附着而形成附着物。净化气体自该载置台3和内嵌块26的间隙的供给是在气体供给顺序的实行中持续地进行。
这样，经过规定时间，在晶片W上形成Sr原料气体的吸附层后，停止各原料气体的供给，如图13(a)～图13(d)所示，自Sr原料气体供给线610和净化气体供给线640供给净化气体，对在处理气氛10和气体喷头4内部残留的Sr原料气体进行净化(Sr原料气体净化工序)。此时，在气体喷头4内，自Sr原料气体供给线610供给的净化气体，如图15所示，经过与上述的Sr原料气体同样的路径被供给到处理气氛10的中央区域10a。另一方面，由净化气体供给线640供给的净化气体，经由第四气体导入路541→第四扩散空间411→第五气体导入路542，到达环状的第五扩散空间441，通过在其底面设置的多个第四气体供给路543而供给到处理气氛10的边缘区域10b。
如此在处理容器2内的处理气氛10中，在中央区域10a和边缘区域10b双方同时供给净化气体，因此例如与向这些区域中的仅任一方供给净化气体的情况相比，净化气体量增多，可以以短时间来结束原料气体的净化。另外，此时，如图13(b)、(c)和图15所示，自第二气体供给路522和第三气体供给路532也流出少量的净化气体。
在结束自处理气氛10对Sr原料气体的净化后，如图13(b)所示，进行Ti原料气体的供给。Ti原料气体，如图16所示，经由第二气体导入路521→第二扩散空间422→第三气体供给路532利用气体供给面40a的各Ti原料气体供给孔52b(参照图7)向处理气氛10的中央区域10a供给(Ti原料气体供给工序)。然后，与Sr原料气体的情况同样地，Ti原料气体自晶片W中央部向周边部流动，Ti原料气体的分子均一地吸附在该晶片W的径向上。此外，如图13(a)、(c)、(d)和图16所示，自第一气体供给路512、第三气体供给路532和第四气体导入路541流出少量的净化气体，防止了原料气体的逆流。
接着，如上述的图15所示，利用净化气体对来自气体喷头4内和处理气氛10的Ti原料气体进行净化(Ti原料气体净化工序)，但如图13(b)、(d)所示，主要进行自Ti原料气体供给线620和净化气体供给线640的净化气体供给，而如图13(a)、(c)所示，自Sr原料气体供给线610、臭氧气体供给线630以防止原料气体分别向各个第一气体供给路512、第三气体供给路532逆流为目的而供给少量的净化气体这点不同于上述的Sr原料气体净化工序。
如此，在结束Sr原料气体、Ti原料气体的供给和各个净化后，如图13(c)所示，进行自臭氧气体供给线630的臭氧气体的供给(臭氧气体供给工序)。此时臭氧气体，如图17所示，通过气体喷头4的第三气体导入路531而扩散到第三扩散空间431内，通过在该第三扩散空间431的底面设置的多个第三气体供给路532而自气体供给面40a的各臭氧气体供给孔53b(参考图7)向处理气氛10的中央区域10a供给。另外，此时如图13(a)、(b)、(d)所示，自Sr原料气体供给线610、Ti原料气体供给线620、净化气体供给线640供给少量的净化，防止了臭氧气体进入气体喷头4内。
其结果，在处理气氛10内到达晶片W表面的臭氧，利用来自台加热器32的热能与已吸附在晶片W表面的原料气体反应，从而形成STO的分子层。这样，在供给规定时间的臭氧气体后，停止臭氧气体的供给，如图13(c)、图13(d)和图15所示，自臭氧气体供给线630、净化气体供给线640供给净化气体，净化在处理气氛10和气体喷头4内部中残留的臭氧气体(臭氧气体净化工序)。此外，此时也如图13(a)、图13(b)所示，自第一气体供给路512、第二气体供给路522流出少量的净化气体。
如图13所示，如果将以上说明的6个工序作为一个循环时，以预先确定的次数、例如100次反复该循环而使STO的分子层多层化，完成具备规定膜厚的STO膜的成膜。如此，在Sr原料气体供给工序～臭氧气体净化工序的各工序中，来自以本来的大流量流动的气体流路以外的气体流路也必定流动着小流量的净化气体。并且在结束成膜后，停止各种的气体供给，使载置晶片W的载置台3下降到运送口28，在处理容器2内的压力返回到真空排气前的状态之后，与搬入时相反路径利用外部的运送机构将晶片W运出，结束了一系列的成膜动作。
本发明将气体供给面40a分割成由互为相同大小的正三角形构成单元区划401，自构成该单元区划401的各正三角形的三个顶点分别供给Sr原料气体(第一处理气体)、Ti原料气体(第二处理气体)和臭氧气体(第三处理气体)。为此，即使取任意的单元区划，都存有喷出第一～第三处理气体的三个气体供给孔51b～53b，并且这三个气体供给孔51b～53b以相互等间隔地排列，因此在利用气体的供给时机不同的所谓ALD进行成膜时，对于膜厚和膜质而言，可以得到高的面内均一性。
此外，如上所述，即使同时喷出第一～第三处理气体的情况，也可以在均一化的状态下使这些气体吸附，因此本实施方式中的气体供给孔51b～53b的排列不限于ALD工艺，还可以应用在同时将第一～第三处理气体喷出、利用CVD成膜的类型的成膜装置的气体喷头。
此外，对于上述的成膜装置1而言以Sr原料气体(第一处理气体)和Ti原料气体(第二处理气体)为原料，使其与作为氧化气体的臭氧气体(第三处理气体)反应从而形成STO薄膜的情况进行说明，但对于利用该成膜装置1可以成膜的薄膜种类没有限定。例如，可以采用水蒸气作为氧化气体来代替实施方式中所示的臭氧气体，也可以适用于如下工艺：利用作为第三处理气体的氧化气体而使含有钡化合物的第一处理气体与含有钛化合物的第二处理气体反应，来进行钛酸钡(BaTiO₃)膜的成膜。