特許 5929429 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5929429

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20160526BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-81729(P2012-81729)

(22)【出願日】2012年3月30日

(65)【公開番号】特開2013-209722(P2013-209722A)

(43)【公開日】2013年10月10日

【審査請求日】2015年1月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 哲也

【審査官】 田中 則充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２２４７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２４４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１９４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ１６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空雰囲気である処理室内の基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給し、一の反応ガスの供給と次の反応ガスの供給との間に置換用のガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
前記処理室に設けられ、基板が載置される載置部と、
前記載置部に対向して設けられ、中央から外周に向けて末広がりの形状の傾斜面構造を有する天井部と、
前記処理室内の真空排気を行う排気部と、
前記載置部に載置された基板の中央部上方に配置され、横方向外側に向けてガスを吐出するように周方向に沿って複数のガス吐出口が形成された中央ガス吐出部と、
前記基板の中央部よりも外周側の部位の上方であって、当該基板の周縁上方よりも中央よりの位置にて前記中央ガス吐出部を囲むように配置された周囲ガス供給部と、を備え、
前記周囲ガス供給部は、平面でみたときに基板の外周側及び中央部側に向けて各々横方向にガスを吐出するように周方向に沿って形成された複数のガス吐出口を有することと、
前記中央ガス吐出部のガス吐出口、及び周囲ガス供給部のガス吐出口は、各ガス吐出口からのガスの吐出方向の延長線と、前記載置部に載置された基板とが交差しない方向へ向けて設けられていることと、を特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記周囲ガス供給部は、前記中央ガス吐出部を囲むように環状に形成された環状部を備え、前記ガス吐出口は、当該環状部の内周面側及び外周面側に各々周方向に沿って間隔をおいて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記環状部は、中空状に形成され、この環状部内に周方向に間隔をおいて設けられた複数のガス分散部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記各ガス分散部は、当該ガス分散部の周方向に沿って間隔をおいて設けられ、前記環状部内にガスを流出するための複数のガス吐出口を備えていることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記周囲ガス供給部は、前記中央ガス吐出部を囲むように互いに間隔をおいて配置された複数のガス分散部からなり、前記ガス吐出口は各ガス分散部の周方向に沿って間隔をおいて複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記中央ガス吐出部またはガス分散部は、前記天井部から処理室内へ向けて突出し、周方向に沿って間隔をおいてガス吐出口が複数形成されたヘッド部と、このヘッド部内に、前記ガス吐出口が並ぶ方向に沿って旋回するガスの旋回流を形成する旋回流形成部と、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給して膜を形成する成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板である例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に膜を成膜する手法として、互いに反応する複数種類の反応ガスをウエハに対して順番に供給するいわゆるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＬＤ（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などと呼ばれる方法が知られている。

【0003】

このような成膜方法においてウエハに反応ガスを供給する種々のガス供給機構が提案されている。例えば特許文献１には、中央から外周に向けて末広がりの形状の傾斜面構造を有する分散ガイドの中央部に、円筒型の中間分散体を配置し、この中間分散体の側面及び底面の各々に複数設けられた開孔を介して分散ガイド内にガスを導入する薄膜形成装置が記載されている。

【0004】

また引用文献２には、中央から外周に向けて末広がりの形状の傾斜面構造を有すると共に、この傾斜面の傾きが異なる２つのホーンを入れ子状に配置し、内側のホーン及び内側のホーンと外側のホーンとに囲まれた空間から各々ガスを下方側へ向けて導入する気相成長装置が記載されている。

【0005】

一方で近年は、ナノメートルのオーダーで成膜される膜のウエハ面内における均一性（例えば後述のＭ−ｍ値）を５％程度以内とすることが要求される場合がある。しかしながら、引用文献１、２に記載されているように、分散ガイドやホーンの中央部から集中的に反応ガスを供給する手法では、このような高精度な面内均一性を実現することが難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−１１３２６８号公報：段落００７１、図１Ａ、１Ｂ

【特許文献2】特開平７−２２３２３号公報：段落０００３、００１８、図１、８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、反応ガスの分散性が高く、面内均一性の良好な膜を成膜可能な成膜装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る成膜装置は、真空雰囲気である処理室内の基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給し、一の反応ガスの供給と次の反応ガスの供給との間に置換用のガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
前記処理室に設けられ、基板が載置される載置部と、
前記載置部に対向して設けられ、中央から外周に向けて末広がりの形状の傾斜面構造を有する天井部と、
前記処理室内の真空排気を行う排気部と、
前記載置部に載置された基板の中央部上方に配置され、横方向外側に向けてガスを吐出するように周方向に沿って複数のガス吐出口が形成された中央ガス吐出部と、
前記基板の中央部よりも外周側の部位の上方であって、当該基板の周縁上方よりも中央よりの位置にて前記中央ガス吐出部を囲むように配置された周囲ガス供給部と、を備え、
前記周囲ガス供給部は、平面でみたときに基板の外周側及び中央部側に向けて各々横方向にガスを吐出するように周方向に沿って形成された複数のガス吐出口を有することと、
前記中央ガス吐出部のガス吐出口、及び周囲ガス供給部のガス吐出口は、各ガス吐出口からのガスの吐出方向の延長線と、前記載置部に載置された基板とが交差しない方向へ向けて設けられていることと、を特徴とする。

【0009】

上述の成膜装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記周囲ガス供給部は、前記中央ガス吐出部を囲むように環状に形成された環状部を備え、前記ガス吐出口は、当該環状部の内周面側及び外周面側に各々周方向に沿って間隔をおいて形成されていること。
（ｂ）（ａ）において前記環状部は、中空状に形成され、この環状部内に周方向に間隔をおいて設けられた複数のガス分散部を備えていること。また各ガス分散部は、当該ガス分散部の周方向に沿って間隔をおいて設けられ、前記環状部内にガスを流出するための複数のガス吐出口を備えていること。
（ｃ）前記周囲ガス供給部は、前記中央ガス吐出部を囲むように互いに間隔をおいて配置された複数のガス分散部からなり、前記ガス吐出口は各ガス分散部の周方向に沿って間隔をおいて複数形成されていること。
（ｄ）前記中央ガス吐出部またはガス分散部は、前記天井部から処理室内へ向けて突出し、周方向に沿って間隔をおいてガス吐出口が複数形成されたヘッド部と、このヘッド部内に、前記ガス吐出口が並ぶ方向に沿って旋回するガスの旋回流を形成する旋回流形成部と、を備えること。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、基板の中央部上方に配置された中央ガス吐出部からは横方向外側へ向けて広がるようにガスが吐出され、また前記中央部よりも外周側の上方であって、当該基板の周縁上方よりも中央よりの位置にて前記中央ガス吐出部を囲むように配置された周囲ガス供給部からは、平面でみたときに基板の外周側及び中央部側に向けて各々横方向に広がるようにガスが吐出される。この結果、前記天井部の下方側の空間内に均一に反応ガスが供給されるので、面内均一性の高い膜を基板上に成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係わる成膜装置の縦断面図である。

【図2】前記成膜装置の一部拡大縦断面図である。

【図3】前記成膜装置に設けられている天板部材の斜視図である。

【図4】前記天板部材に設けられているガス分散器の断面図である。

【図5】前記ガス分散器他の例を示す断面図である。

【図6】前記成膜装置の作用を示す第１の説明図である。

【図7】前記成膜装置の作用を示す第２の説明図である。

【図8】前記成膜装置の作用を示す第３の説明図である。

【図9】前記成膜装置の作用を示す第４の説明図である。

【図10】前記天板部材に設けられたガス吐出部からガスが供給される様子を示した説明図である。

【図11】環状部からなる周囲ガス供給部の他の例を示す平面図である。

【図12】他の例に係わる成膜装置の縦断側面図である。

【図13】さらに他の例に係わる成膜装置の縦断側面図である。

【図14】比較例に係わる成膜装置の縦断側面図である。

【図15】実施例及び比較例に係わる成膜結果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施の形態に係わる成膜装置の構成について、図１〜図４、図１０を参照して説明する。本成膜装置は、成膜対象となる円形の基板であり、例えば直径が３００ｍｍのウエハＷの表面に、互いに反応する塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス（原料ガス）とアンモニア（ＮＨ_３）ガス（窒化ガス）とを交互に供給してＡＬＤ（ＭＬＤ）法により窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜する装置として構成されている。

【0013】

図１、図２に示すように成膜装置は、アルミニウム等の金属により構成され、平面形状が概ね円形の真空容器であり、処理室を構成する処理容器１と、この処理容器１内に設けられ、ウエハＷが載置される載置台（載置部）２と、載置台２と対向するように設けられ、載置台２との間に処理空間３１３を形成するための天板部材３１と、を備えている。処理容器１の側面には、載置台２との間でウエハＷの受け渡しを行う際に、外部の真空搬送路に設けられたウエハ搬送機構を処理容器１内に進入させるための搬入出口１１と、この搬入出口１１を開閉するゲートバルブ１２とが設けられている。

【0014】

前記搬入出口１１よりも上部側の位置には、アルミニウム等の金属からなり、縦断面の形状が角型のダクトを円環状に湾曲させて構成した排気ダクト１３が、処理容器１の本体を構成する側壁の上に積み重なるように設けられている。排気ダクト１３の内周面には、周方向に沿って伸びるスリット状の開口部１３１が形成されており、処理空間３１３から流れ出たガスはこの開口部１３１を介して排気ダクト１３内に排気される。排気ダクト１３の外壁面には排気口１３２が形成されており、この排気口１３２には真空ポンプなどからなる排気部６５が接続されている。排気口１３２や排気部６５は、処理空間３１３内の真空排気を行う排気部に相当する。

【0015】

処理容器１内には、前記排気ダクト１３の内側の位置に、載置台２が配置されている。載置台２は、ウエハＷよりも一回り大きい円板からなり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、石英ガラス（ＳｉＯ_２）等のセラミックスやアルミニウム（Ａｌ）、ハステロイ（登録商標）等の金属により構成されている。載置台２の内部には、ウエハＷを例えば３５０℃〜４５０℃の成膜温度に加熱するためのヒーター２１が埋設されている。また必要に応じて、ウエハＷを当該載置台２の上面側の載置領域内に固定するための図示しない静電チャックを設けても良い。なお、図１以外の縦断面図においてはヒーター２１の記載を省略してある。

【0016】

この載置台２には、前記載置領域の外周側の領域、及び載置台２の側周面を周方向に亘って覆うように構成されたカバー部材２２が設けられている。カバー部材２２は例えばアルミナなどからなり、上下端が各々開口する概略円筒形状に形成されると共に、その上端部は、周方向に亘って、内側に向かって水平方向に屈曲している。この屈曲部は、載置台２の周縁部にて係止されており、当該屈曲部の厚み寸法は、ウエハＷの厚み寸法（０．８ｍｍ）よりも厚く、例えば１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内の３ｍｍとなっている。

【0017】

載置台２の下面側中央部には、載置台２の底面を貫通し、上下方向に伸びる支持部材２３が接続されている。この支持部材２３の下端部は、処理容器１の下方側に水平に配置された板状の支持板２３２を介して昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４は、搬入出口１１から進入してきたウエハ搬送機構との間でウエハＷを受け渡す受け渡し位置（図１に一点鎖線で記載してある）と、この受け渡し位置の上方側であって、ウエハＷへの成膜が行われる処理位置との間で載置台２を昇降させる。

【0018】

この支持部材２３が貫通する載置台２の底面と、支持板２３２との間には、処理容器１内の雰囲気を外部と区画し、支持板２３２の昇降動作に伴って伸び縮みするベローズ２３１が、前記支持部材２３を周方向の外部側から覆うように設けられている。

【0019】

載置台２の下方側には、外部のウエハ搬送機構とのウエハＷの受け渡し時に、ウエハＷを下面側から支持して持ち上げる例えば３本の支持ピン２５が設けられている。支持ピン２５は、昇降機構２６に接続されて昇降自在となっており、載置台２を上下方向に貫通する貫通孔２０１を介して載置台２の上面から突没することにより、ウエハ搬送機構との間でのウエハＷの受け渡しを行う。

【0020】

排気ダクト１３の上面側には、円形の開口を塞ぐように円板状の支持板３２が設けられており、これら排気ダクト１３と支持板３２との間には処理容器１内を気密に保つためのＯリング１３３が設けられている。支持板３２の下面側には、後述の処理空間３１３に反応ガスや置換ガスを供給するための金属製の天板部材３１が設けられており、天板部材３１はボルト３２３によって支持板３２に支持固定されている。

【0021】

天板部材３１の下面側には凹部が形成されており、この凹部の中央側の領域は平坦になっている。この平坦な領域の外周側には、中央側から外周側へ向けて末広がりの形状の傾斜面が形成されている。この傾斜面のさらに外側には、平坦なリム３１４が設けられている。

【0022】

載置台２を処理位置まで上昇させたとき、天板部材３１は、載置台２に設けられたカバー部材２２の上面と、リム３１４の下面とが隙間を介して互いに対向するように配置される。天板部材３１の凹部と載置台２の上面とによって囲まれた空間は、ウエハＷに対する成膜が行われる処理空間３１３となる。前記凹部が設けられた天板部材３１は、本成膜装置の天井部を構成している。

【0023】

また図２に示すように、天板部材３１のリム３１４の下面と、カバー部材２２の屈曲部の上面との間には高さｈの隙間が形成されるように処理位置の高さ位置が設定されている。前記排気ダクト１３の開口部１３１は、この隙間に向けて開口している。リム３１４とカバー部材２２との隙間の高さｈは、例えば０．２ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲の０．５ｍｍに設定される。

【0024】

天板部材３１を下方側から平面でみたとき、凹部の中央部には処理空間３１３内へガスを吐出する中央ガス吐出部４ｂが設けられており、またこの中央ガス吐出部４ｂの周囲には、例えば８個のガス分散部４ａが間隔をおいて円環状に配置されている。本成膜装置において、これら中央ガス吐出部４ｂ、ガス分散部４ａは共通の構造を有するガス分散器４によって構成されている。以下、図４（ａ）〜（ｃ）の断面図を参照しながらガス分散器４の構造を説明する。ここで、図４（ａ）〜（ｃ）には、後述の周囲ガス供給部５によって覆われたガス分散部４ａの断面図を示しているが、本例の中央ガス吐出部４ｂは周囲ガス供給部５によって覆われていない点以外は、ガス分散部４ａと共通の構成を備えている。

【0025】

図４（ｂ）に示すようにガス分散器４は、内部が中空の円筒形状のヘッド部４１と、ヘッド部４１の上面側に形成された開口を塞ぐようにヘッド部４１上に設けられ、ガスを旋回流にしてヘッド部４１内に導入する旋回流形成部４０と、を備えている。

【0026】

ヘッド部４１は、扁平な円筒形状の金属製の部材であり、天板部材３１の下面から下方側へ向けて突出するように前記凹部内に設けられている。円筒形状のヘッド部４１の側面には、周方向に間隔をおいて設けられた複数のガス吐出口４２が形成されている。ガス吐出口４２は例えば３個以上設けることが好ましく、本例では８個設けられている。また、ヘッド部４１の下面は塞がれていてガス吐出口４２が設けられていない一方、ヘッド部４１の上面側は開口していて、旋回流形成部４０に接続されている。

【0027】

旋回流形成部４０は、筒状の外筒部４３の内側に、この外筒部４３よりも直径の小さな内筒部４４を配置した二重円筒形状の金属製の部材であり、外筒部４３の下端部と内筒部４４の下端部とは連結部４５１によって連結されている。また、内筒部４４の上端部は外筒部４３の上端部よりも上方側に伸び出すように突出している。一方、天板部材３１側には内筒部４４の上端部や外筒部４３の外面形状に沿うように形成された挿入孔が設けられている。

【0028】

そして、外筒部４３及び内筒部４４を天板部材３１の挿入孔内に挿入することにより、予め設定された位置に各ガス分散器４が配置される。例えば外筒部４３の外周面と前記挿入孔の内周面には各々、不図示の雄ネジ、雌ネジが切ってあり、これにより挿入孔内に挿入された外筒部４３が天板部材３１に支持、固定される。

【0029】

内筒部４４の上面は、天板部材３１内に形成されたガス供給路３１２に向けて開口しており、この開口部を介して内筒部４４内にガスが流れ込む。一方、内筒部４４の下端部から内筒部４４の長さ方向３分の１程度の上方側の高さ位置には仕切板４４１が設けられており、内筒部４４内に流れ込んだガスが直接、ヘッド部４１へと流れ出ないようになっている。

【0030】

仕切板４４１の上方側の内筒部４４の壁部には、内筒部４４と外筒部４３との間に形成される環状空間４５にガスを導入するための上部側導入路４４２が設けられている。環状空間４５は、内筒部４４の外周面と外筒部４３の内周面と連結部４５１の上面と挿入孔の壁面（天板部材３１）とに囲まれた空間であり、仕切板４４１から上部側導入路４４２を介して環状空間４５内にガスが導入される。

【0031】

前記仕切板４４１の下方側の内筒部４４の壁部には、環状空間４５内のガスを仕切板４４１の下方側に導入するための下部側導入路４６が形成されている。図４（ａ）に、下部側導入路４６が形成されているＡ-Ａ’位置の横断面を示すように、下部側導入路４６は内筒部４４の内壁の接線方向に沿ってガスを導入するように、例えば４本形成されている。下部側導入路４６から内筒部４４内に進入したガスは、内筒部４４の内壁に沿って仕切板４４１の下方側の空間を流れ、これにより旋回流が形成される。ここで、図４（ａ）の横断面図には、上部側導入路４４２が形成される位置を破線で示してある。なお、下部側導入路４６は複数本設けなくてもよく、例えば１本の下部側導入路４６にて、内筒部４４の内壁の接線方向に沿ってガスを導入するだけでも旋回流を形成することはできる。

【0032】

仕切板４４１の下方側の内筒部４４には、下方側へ向けて次第に広がる末広がりの形状の案内壁４７が形成されており、下部側導入路４６から導入されたガスの旋回流は、この案内壁４７に案内されてその径を徐々に広げながらヘッド部４１内に流れ込む。この結果、ヘッド部４１内に流れ込んだガスは、図４（ｃ）に示すようにガス吐出口４２の並ぶ方向に沿ってヘッド部４１の側壁の内側を旋回し、各ガス吐出口４２から横方向へ向けて均一にガスが吐出される。なお、ガス分散器４に旋回流形成部４０を設けることは必須ではなく、例えば図５に示すようにガス供給路３１２の下端の開口部から直接ヘッド部４１内にガスを導入してもよい。

【0033】

上記構成を備えたガス分散器４は、図３、図１０に示すように、中央部に１個設けられた中央ガス吐出部４ｂと、この中央ガス吐出部４ｂを周方向に沿って囲むように互いに間隔をおいて円環状に配置された８個のガス分散部４ａとを各々構成している。そして円環状に配置されたガス分散部４ａは、共通の周囲ガス供給部５によって覆われている。本例では、８個のガス分散部４ａが設けられているが、ガス分散部４ａは、少なくとも３個設けられていればよい。

【0034】

周囲ガス供給部５は、当該周囲ガス供給部５の内周壁５２及び外周壁５３を備える扁平な二重円筒状の部材（環状部）であり、これら内周壁５２と外周壁５３とに挟まれた空間の下面は、底板５４で塞がれている。一方、内周壁５２と外周壁５３とに挟まれた空間の上面は開口しており、内周壁５２の上端及び外周壁５３の上端部は、各々天板部材３１の下面側に形成された溝部内に挿入されている。例えば内周壁５２の上端部の内周面や外周壁５３の上端部の外周面には雄ネジが切ってあり、これら内周壁５２、外周壁５３の上端部が挿入される溝部には雌ネジが切ってあって、これにより溝部内に挿入された内周壁５２や外周壁５３が天板部材３１に支持、固定される。

【0035】

図３、図１０に示すように、内周壁５２及び外周壁５３は、これらの周壁５２、５３によって挟まれた空間の平面形状が、ガス分散部４ａが円環状に配置された領域に対応した形状となるように形成されている。そして、周囲ガス供給部５を天板部材３１の下面に取り付けることにより、中空状の周囲ガス供給部５の内側（内周壁５２、外周壁５３、底板５４及び天板部材３１で囲まれた空間内）に各ガス分散部４ａが配置される（図２、図４（ｂ））。

【0036】

図３、図４（ｂ）、図１０に示すように、内周壁５２、外周壁５３には、天板部材３１に支持された基端部側（上部側）の位置に、横方向に伸びるスリット状のガス吐出口５１１、５１２が、各周壁５２、５３の周方向に沿って、互いに間隔をおいて複数形成されている。各ガス分散部４ａから周囲ガス供給部５内に流入したガスは、この周囲ガス供給部５内を拡散し、各ガス吐出口５１１、５１２から横方向に吐出されて処理空間３１３に流れ込む。

【0037】

ここで図２に示すように、中央ガス吐出部４ｂの中心から、周囲ガス供給部５の内周壁５２までの水平方向の距離をｘ_１、外周壁５３までの水平方向の距離をｘ_２（ｘ_２＞ｘ_１）、ウエハＷの半径をｒとしたとき、ｘ_１／ｒの値が０．１３〜０．６の範囲、ｘ_２／ｒの値が０．２６〜０．７３の範囲となるように周囲ガス供給部５を構成することが好ましい。中央ガス吐出部４ｂ、周囲ガス供給部５の内周壁５２側、外周壁５３側に各々設けられたガス吐出口４２、５１１、５１２より、ウエハＷの直径方向に離れた位置にガスが吐出されることにより、広い範囲に均一にガスを供給することができる。

【0038】

また、載置台２上のウエハＷの上面から、中央ガス吐出部４ｂのガス吐出口４２までの高さｔ_１、及び周囲ガス供給部５のガス吐出口５１１、５１２までの高さｔ_２は、１０〜５０ｍｍ程度であり、より好ましくは１５〜２０ｍｍ程度に設定される。この高さが５０ｍｍよりも大きくなると、ガスの置換効率が低下する一方、１０ｍｍよりも小さくなると、中央ガス吐出部４ｂや周囲ガス供給部５を設けるスペースがなくなったり、処理空間３１３内をガスが流れにくくなったりする。

【0039】

中央ガス吐出部４ｂ、ガス分散部４ａが設けられた天板部材３１には、図２に示すように、各ガス分散器４（中央ガス吐出部４ｂ、ガス分散部４ａ）へガスを供給するためのガス供給路３１２が形成されている。これらのガス供給路３１２は、天板部材３１の上面と支持板３２の下面との間に形成されたガスの拡散空間３１１に接続されている。

【0040】

図１に示すように支持板３２には、前記拡散空間３１１にアンモニアガス及び置換用の窒素ガスを供給するためのアンモニア供給路３２１、及び同じく拡散空間３１１に塩化チタンガス及び置換用の窒素ガスを供給するための塩化チタン供給路３２２が形成されている。アンモニア供給路３２１及び塩化チタン供給路３２２は、配管を介してアンモニアガス供給部６２、塩化チタンガス供給部６４に接続されており、これらの配管は、各々途中で分岐して窒素ガス供給部６１、６３に接続されている。各配管には、ガスの給断を行う開閉バルブ６０２と、ガス供給量の調整を行う流量調整部６０１とが設けられている。なお図示の便宜上、図１においては窒素ガス供給部６１、６３を別々に示したが、これらは共通の窒素供給源を用いてもよい。

【0041】

以上に説明した構成を備えた成膜装置は、図１に示すように制御部７と接続されている。制御部７は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には成膜装置の作用、即ち載置台２上に載置されたウエハＷを処理位置まで上昇させ、処理空間３１３内に予め決められた順番で反応ガス及び置換用のガスを供給してＴｉＮの成膜を実行し、成膜が行われたウエハＷを搬出するまでの制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

【0042】

続いて、本成膜装置の作用について図６〜図１０を参照しながら説明する。はじめに、予め処理容器１内を真空雰囲気に減圧した後、載置台２を受け渡し位置まで降下させる。そして、ゲートバルブ１２を開放し、ウエハ搬送機構の搬送アームを進入させ、支持ピン２５との間でウエハＷの受け渡しを行う。しかる後、支持ピン２５を降下させ、ヒーター２１によって既述の成膜温度に加熱された載置台２上にウエハＷを載置する。

【0043】

次いで、ゲートバルブ１２を閉じ、載置台２を処理位置まで上昇させると共に、処理容器１内の圧力調整を行った後、塩化チタンガス供給部６４より塩化チタンガスを供給する（図６）。供給された塩化チタンガスは、塩化チタン供給路３２２→拡散空間３１１→ガス供給路３１２を介して、各ガス分散部４ａ、中央ガス吐出部４ｂへ流れ込む。

【0044】

中央ガス吐出部４ｂ内に流れ込んだ塩化チタンガスは、ガス吐出口４２を介して処理空間３１３に供給される。一方、各ガス分散部４ａ内に流れ込んだ塩化チタンガスは、ヘッド部４１を介して周囲ガス供給部５内に流入し、さらに周囲ガス供給部５に形成されたガス吐出口５１１、５１２を介して処理空間３１３内に供給される。

【0045】

処理空間３１３に供給された塩化チタンガスは、天板部材３１の中央部側から外周部側へ向け、処理空間３１３を径方向に放射状に広がっていく。また、処理空間３１３内を流れる塩化チタンガスは、下方側に向けても広がり、載置台２上のウエハＷの表面に接触すると、塩化チタンガスはウエハＷに吸着する。そして、処理空間３１３内を流れ、リム３１４とカバー部材２２との間の隙間に到達した塩化チタンガスは、当該隙間から処理容器１内に流れ出た後、排気ダクト１３を介して外部へ排出される。

【0046】

次に、塩化チタンガスの供給を停止すると共に、窒素ガス供給部６３から置換用のガスである窒素ガスを供給する（図７）。窒素ガスは、塩化チタンガスと同様の経路を通って処理空間３１３内に供給され、当該経路及び処理空間３１３内の塩化チタンガスが窒素ガスと置換される。

【0047】

その後、窒素ガスの供給を停止し、アンモニアガス供給部６２からアンモニアガスを供給する（図８）。供給されたアンモニアガスは、アンモニア供給路３２１→拡散空間３１１→ガス供給路３１２を介して、各ガス分散部４ａ、中央ガス吐出部４ｂへ流れ込む。そして、中央ガス吐出部４ｂからは直接、ガス分散部４ａからは周囲ガス供給部５を介して処理空間３１３内にアンモニアガスが供給される点は、塩化チタンガスの場合と同様である。

【0048】

処理空間３１３内を流れるアンモニアガスがウエハＷの表面に到達すると、先にウエハＷに吸着している塩化チタンガスの成分を窒化して窒化チタンが形成される。しかる後、ガス供給路３１２に供給されるガスを窒素ガス供給部６１からの置換用の窒素ガスに切り替えて、アンモニアガスの供給経路及び処理空間３１３内のアンモニアガスを窒素ガスと置換する（図９）。

【0049】

このようにして、塩化チタンガス→窒素ガス→アンモニアガス→窒素ガスの順番で反応ガス（塩化チタンガス、アンモニアガス）と置換用のガス（窒素ガス）とを繰り返し供給することにより、ウエハＷの表面に窒化チタン（ＴｉＮ）の分子層が積層され、窒化チタンの膜が成膜される。

【0050】

次に、図１０を参照しながら、これら反応ガスや置換用のガスの供給時における中央ガス吐出部４ｂ、ガス分散部４ａ及び周囲ガス供給部５の作用を説明する。まず、ガス供給路３１２から中央ガス吐出部４ｂに供給されたガスは、ヘッド部４１の周方向に沿って間隔をおいて設けられた複数のガス吐出口４２から、横方向外側へ向けて処理空間３１３内に均一に吐出される。

【0051】

一方、ガス供給路３１２から各ガス分散部４ａに供給されたガスは、中央ガス吐出部４ｂの場合と同様にヘッド部４１の周方向に沿って間隔をおいて設けられたガス吐出口４２から、横方向外側へ向けて周囲ガス供給部５内に均一に流出する。

【0052】

周囲ガス供給部５内に流出したガスは、当該周囲ガス供給部５の空間内を広がり、内周壁５２（内周面）の周方向に沿って間隔をおいて設けられたガス吐出口５１１からは、中央ガス吐出部４ｂが配置されている方向へ向けて横方向に均一にガスが吐出される。また外周壁５３（外周面）の周方向に沿って間隔をおいて設けられたガス吐出口５１２からは、ウエハＷの外周側へ向けて横方向に均一にガスが吐出される。

【0053】

図１０には、天板部材３１を下面側からみたとき、中央ガス吐出部４ｂ、ガス分散部４ａ及び周囲ガス供給部５からガスが吐出される様子を破線で示し、またこの天板部材３１の下方側に配置されるウエハＷの外縁を一点鎖線で示してある。ウエハＷとの位置関係に基づいて説明すると、中央ガス吐出部４ｂは、載置台２上のウエハＷの中央部の上方に配置され、この位置から横方向外側へ向けてガスを吐出する。周囲ガス供給部５はウエハＷの中央部よりも外周側の部位の上方であって、当該ウエハＷの周縁上方よりも中央よりの位置にて、内周面（内周壁５２）側のガス吐出口５１１はウエハＷの中央部側に向けて横方向にガスを吐出し、外周面（外周壁５３）側のガス吐出口５１２はウエハＷの外周側に向けて横方向にガスを吐出する。

【0054】

このように処理空間３１３には、ウエハＷの径方向に互いに離れた位置に設けられた中央ガス吐出部４ｂとこの中央ガス吐出部４ｂを囲む周囲ガス供給部５とから分散して均一にガスが供給される。そして、このように多数のガス吐出口４２、５１１、５１２から分散して横方向にガスを供給することにより、反応ガス（塩化チタンガス、アンモニアガス）の場合には、各ガス吐出口４２、５１１、５１２から吐出されるガスの流量が小さくなる。この結果、ウエハＷの表面に到達する際の反応ガスの流速が低くなり、膜厚の面内均一性が向上する。

【0055】

一方、置換用のガス（窒素ガス）の場合には、処理空間３１３内の容量に対して十分な流量を供給することで、広い領域に予め分散させた状態でガスが供給されるので、処理空間３１３内の反応ガスを速やかに排除し、置換用のガスと置換することができる。

【0056】

こうして塩化チタンガスの供給とアンモニアガスの供給とを例えば数十回〜数百回繰り返し、所望の膜厚の窒化チタンの膜を成膜したら、置換用の窒素ガスを供給して最後のアンモニアガスを排出した後、載置台２を受け渡し位置まで降下させる。そしてゲートバルブ１２を開いて搬送アームを進入させ、搬入時とは逆の手順で支持ピン２５から搬送アームにウエハＷを受け渡し、成膜後のウエハＷを搬出させた後、次のウエハＷの搬入を待つ。

【0057】

本実施の形態に係わる成膜装置によれば以下の効果がある。ウエハＷの中央部上方に配置された中央ガス吐出部４ｂからは横方向外側へ向けてガスを吐出し、また前記中央部よりも外周側の上方であって、ウエハＷの周縁上方よりも中央よりの位置にて、中央ガス吐出部４ｂを囲むように配置された周囲ガス供給部５からは、平面でみたときにウエハＷの外周側及び中央部側に向けて各々横方向にガスを吐出する。この結果、天板部材３１の下方側の処理空間３１３内に均一に低速の反応ガスが供給されるので、面内均一性の高い膜をウエハＷ上に成膜することができる。

【0058】

ここで図１１に示した例のように、周囲ガス供給部５ａは周方向に分割された平面形状が扇型の分割ユニット５０を周方向に環状に並べた構成としてもよい。また、図１０や図１１には、これら周囲ガス供給部５、５ａを１つの仮想円の周上に設けた例を示したが、これら周囲ガス供給部５、５ａを同心円状に複数個配置し、各周囲ガス供給部５、５ａ内に複数のガス分散部４ａを円環状に配置してもよい。

【0059】

また周囲ガス供給部５、５ａとして、扁平な二重円筒状の部材（環状部）を設けることは、必須の要件ではなく、図１２の成膜装置に示すように、中央ガス吐出部４ｂを周方向に囲むように互いに間隔をおいて円環状に配置されたガス分散部４ａを処理空間３１３内に剥き出しの状態で設けてもよい。この場合には、これらガス分散部４ａが周囲ガス供給部５に相当する。また、これとは反対に、周囲ガス供給部５の内側にガス分散部４ａ設けずに、ガス供給路３１２の下端の開口部から直接、周囲ガス供給部５の内部の空間に向けてガスを供給してもよい（図１３）。

【0060】

この他、ガス分散器４のヘッド部４１に設けられた吐出口４２の構成は、図４に例示したものに限られない。例えばヘッド部４１の側面の周方向に伸びる１本のスリットを形成し、このヘッド部４１の側面を網目状の部材で覆い、各網目をガス吐出口として構成してもよい。さらに、中央ガス吐出部４ｂを複数個のガス分散器４にて構成してもよく、ウエハＷの中央部上方であって周囲ガス供給部５の内側の集中した領域に、複数個のガス分散器４を配置することにより中央ガス吐出部４ｂを構成してもよい。

【0061】

また、ガス分散器４にヘッド部４１を設けることも必須の要件ではなく、図４（ａ）、（ｂ）に示した旋回流形成部４０だけを用いてガス分散器を構成してもよい。このように旋回流形成部４０のみからなるガス分散器を中央ガス吐出部として用いる場合には、下部側導入路４６の出口（ガス）から吐出されたガスは、旋回流を形成しながら横方向外側に向けて広がる。またこのガス分散器（旋回流形成部４０）を、環状部の設けられていない周囲ガス供給部のガス分散部として用いる場合には、中央ガス吐出部を囲むように互いに間隔をおいて配置された複数のガス分散器の各々から旋回流を形成しながらガスが吐出される。そして、各旋回流のガスが横方向に広がって合流し、平面でみたときにウエハＷの外周側および中央部側に向けてガスが広がることになる。これらの場合には、旋回流形成部４０の下端の開口がガス吐出口となる。

【0062】

この他、天板部材３１の形状についても図１、図２等に示した例に限定されず、例えば凹部の中央に平坦な領域を設けず、凹部の中心から周縁へ向け広がる傾斜面に周囲ガス供給部５を設けてもよい。また、リム３１４が形成されていない天板部材３１を用いてもよいことは勿論である。

【0063】

さらに本発明の成膜装置では、既述のＴｉＮ膜の成膜の他に、金属元素、例えば周期表の第３周期の元素であるＡｌ、Ｓｉ等、周期表の第４周期の元素であるＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ等、周期表の第５周期の元素であるＺｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ等、周期表の第６周期の元素であるＢａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、ｌｒ、Ｐｔ等の元素を含む膜を成膜してもよい。ウエハＷ表面に吸着させる金属原料としては、これらの金属元素の有機金属化合物や無機金属化合物などを反応ガス（原料ガス）として用いる場合が挙げられる。金属原料の具体例としては、上述のＴｉＣｌ_４の他に、ＢＴＢＡＳ（（ビスターシャルブチルアミノ）シラン）、ＤＣＳ（ジクロロシラン）、ＨＣＤ（ヘキサジクロロシラン）、ＴＭＡ(トリメチルアルミニウム)、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）などが挙げられる。

【0064】

また、ウエハＷの表面に吸着した原料ガスを反応させて、所望の膜を得る反応には、例えばＯ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ等を利用した酸化反応、Ｈ_２、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ等の有機酸、ＣＨ_３ＯＨ、Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ等のアルコール類等を利用した還元反応、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_２等を利用した炭化反応、ＮＨ_３、ＮＨ_２ＮＨ_２、Ｎ_２等を利用した窒化反応等の各種反応を利用してもよい。

【0065】

更に、反応ガスとして、３種類の反応ガスや４種類の反応ガスを用いてもよい。例えば３種類の反応ガスを用いる場合の例としては、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）を成膜する場合があり、例えばＳｒ原料であるＳｒ（ＴＨＤ）_２（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）と、Ｔｉ原料であるＴｉ（ＯｉＰｒ）_２（ＴＨＤ）_２（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）と、これらの酸化ガスであるオゾンガスが用いられる。この場合には、Ｓｒ原料ガス→置換用のガス→酸化ガス→置換用のガス→Ｔｉ原料ガス→置換用のガス→酸化ガス→置換用のガスの順でガスが切り替えられる。また、成膜処理を行う基板として円形のウエハＷについて説明したが、例えば矩形のガラス基板（ＬＣＤ用基板）に対して本発明を適用してもよい。

【実施例】

【0066】

（実験）
異なるタイプの天板部材３１を備えた成膜装置を用い、処理空間３１３内に塩化チタンガスとアンモニアガスを供給して窒化チタンの膜を成膜し、その面内均一性を測定した。
Ａ．実験条件
（実施例１） 図２、図１０に示したように、中央ガス吐出部４ｂ、ガス分散部４ａ、及び環状部からなる周囲ガス供給部５を備えた天板部材３１を用いて窒化チタンの膜を成膜した。成膜された膜の膜厚を分光エリプソメトリー式の膜厚計により測定し、下記（１）式により面内均一性（Ｍ−ｍ値）を計算した。
（Ｍ−ｍ値）＝｛（最大膜厚（Ｍ値）−最小膜厚（ｍ値））
／（２×平均膜厚）｝×１００（％）…（１）
（実施例２） 図１２に示すように、周囲ガス供給部５として環状部を設けずに、中央ガス吐出部４ｂと、ガス分散部４ａからなる周囲ガス供給部５とが配置された天板部材３１を用いて窒化チタンの膜を成膜し、実施例１と同様の手法により面内均一性を計算した。天板部材３１を平面でみたときのガス分散部４ａの配置は、図１０に示したガス分散部４ａと同様である。
（比較例１） 図１４に示すように、下面側の中央部に向けて開口する１本のガス供給路３１２を備えた天板部材３１を用いて成膜し、実施例１と同様の手法により面内均一性を計算した。

【0067】

Ｂ．実験結果
実施例１、２及び比較例１にて成膜された膜の膜厚の変位を図１５（ａ）〜（ｃ）に各々示す。各図の横軸は、ウエハＷの直径方向の位置であり、縦軸は、Ｍ−ｍ値に対する膜厚の相対的な変化を示している。

【0068】

図１５（ａ）、（ｂ）に示した結果によれば、環状部からなる周囲ガス供給部５内にガス分散部４ａを配置した実施例１ではＭ−ｍ値が２．２％となる一方、ガス分散部４ａを円環状に配置して周囲ガス供給部５を構成した実施例２ではＭ−ｍ値が４．１％となり、いずれも５％以内の高い面内均一性が達成された。また、実施例１と実施例２とを比較すると、周囲ガス供給部５の内側にガス分散部４ａを配置した実施例１の面内均一性が高くなっている。

【0069】

一方、天板部材３１の中央部に設けられた開口からガスを供給した比較例１では、ガスが供給される開口部の下方位置の膜厚が最も厚く、ウエハＷの外周側へ向かうに従って、膜厚が急激に薄くなる山状の膜厚分布が確認された。そして、比較例１のＭ−ｍ値は、１１％となり、要求値（５％）の２倍以上になった。これは、反応ガスが高速でウエハＷに到達する領域と、その外側の領域との間で原料ガスの吸着量が変化してしまったためであると考えられる。

【符号の説明】

【0070】

Ｗ ウエハ
１ 処理容器
３１ 天板部材
３１１ 拡散空間
４ ガス分散器
４ａ 中央ガス吐出部
４ｂ ガス分散部
４０ 旋回流形成部
４１ ヘッド部
４２ ガス吐出口
５、５ａ 周囲ガス供給部
５１１、５１２
ガス吐出口
５２ 内周壁
５３ 外周壁
６５ 排気部
７ 制御部

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図1】

【図10】