6597732 ガス処理装置

(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】6597732

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】ガス処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20191021BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20191021BHJP

   H01L 21/302 20060101ALN20191021BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   !H01L21/31 B

   !H01L21/302 201

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-142838(P2017-142838)

(22)【出願日】2017年7月24日

(65)【公開番号】特開2019-23329(P2019-23329A)

(43)【公開日】2019年2月14日

【審査請求日】2018年4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】110002756

【氏名又は名称】特許業務法人弥生特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】神尾 卓史

(72)【発明者】

【氏名】布重 裕

【審査官】 末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７５０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１１７９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５８４９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２−２１／３２１５

(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処理ガスを供給して処理を行うガス処理装置において、
前記処理室に設けられ、前記基板が載置される載置部と、
前記載置部の上方側に位置して前記処理室の天井部を構成し、前記処理ガスをシャワー状に供給するための複数の第１のガス供給口が形成されるガス供給部と、
前記ガス供給部に上方から対向し、前記処理ガスを横方向に拡散させるための第１の拡散空間を画成する平坦な対向面を備えると共に、前記処理ガスの供給路を形成するガス供給路形成部と、
前記対向面の中央部のまわりに設けられる凹部と、
前記供給路から供給された前記処理ガスを前記第１の拡散空間に横方向に分散させるために周方向に沿って複数のガス吐出口が形成され、前記対向面の中央部のまわりに複数、各々当該対向面から突出せずに前記凹部内に設けられるガス分散部と、
を備えたことを特徴とするガス処理装置。

【請求項2】

前記ガス供給路形成部は、
前記対向面の中央部に下方に向けて開口する第２のガス供給口と、
前記ガス分散部及び前記第２のガス供給口に前記処理ガスを導入するために、当該ガス分散部及び第２のガス供給口に共通して設けられ、上流側から前記処理ガスが供給される共通流路と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。

【請求項3】

前記第２のガス供給口は前記処理ガスを前記第１の拡散空間にシャワー状に供給するために複数設けられ、
前記ガス供給路形成部は、前記処理ガスを横方向に拡散させて前記第２のガス供給口に供給するために、各第２のガス供給口に共通の第２のガス拡散空間を備え、
前記共通流路は、前記ガス分散部及び前記第２のガス拡散空間に前記処理ガスを供給することを特徴とする請求項２記載のガス処理装置。

【請求項4】

前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とは、互いに重ならないことを特徴とする請求項２または３記載のガス処理装置。

【請求項5】

前記ガス処理装置は、前記処理ガスである原料ガス、雰囲気を置換するための置換ガス、及び前記原料ガスと反応して前記基板上に反応生成物を生成するための反応ガスを順番に複数サイクル供給して成膜する成膜装置であり、
前記処理ガスの供給路の上流側には、前記原料ガス用の流路、反応ガス用の流路及び置換ガス用の流路が接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のガス処理装置。

【請求項6】

前記原料ガス用の流路と前記反応ガス用の流路との合流点から前記各ガス分散部に至るまでの流路の長さが互いに同じであることを特徴とする請求項５記載のガス処理装置。

【請求項7】

前記ガス供給路形成部には、前記対向面の中央部に下方に向けて開口する第２のガス供給口と、前記処理ガスを横方向に拡散させて前記第２のガス供給口に供給するために、各第２のガス供給口に共通の第２のガス拡散空間と、前記ガス分散部及び前記第２のガス供給口に前記処理ガスを導入するために、当該ガス分散部及び第２のガス供給口に共通して設けられ、上流側から前記処理ガスが供給される共通流路と、が設けられ、
前記原料ガス用の流路と前記反応ガス用の流路との合流点から前記各ガス分散部に至るまでの流路の長さと、前記合流点から前記第２のガス拡散空間に至るまでの流路の長さと、が互いに同じであることを特徴とする請求項５または６記載のガス処理装置。

【請求項8】

前記処理ガスの供給路は前記ガス分散部毎に設けられ、
前記ガス供給路形成部は、前記各供給路にガスを供給するために、横方向に前記処理ガスを拡散させる第３のガス拡散空間と、
前記原料ガス用の流路と前記反応ガス用の流路との合流点の下流側が分岐することで形成され、前記処理ガス、前記反応ガス、前記置換ガスを各々、前記第３の拡散空間における互いに異なる位置に供給するための分岐路と、
を備えることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一つに記載のガス処理装置。

【請求項9】

前記置換ガス流路に設けられ、前記置換ガスを貯留するガス貯留部と、
前記置換ガス流路において前記ガス貯留部の下流側に設けられ、前記置換ガスが貯留されて前記ガス貯留部内が昇圧した後、当該ガス貯留部から前記置換ガスが前記処理室に供給されるように開閉されるバルブと、
を備えることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか一つに記載のガス処理装置。

【請求項10】

前記凹部は上方へ向かうにつれて開口面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載のガス処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空雰囲気とされた処理容器内にて基板にガス処理を行うためのガス処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にガス処理として例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）による成膜が用いられる場合が有る。このＡＬＤでは真空雰囲気とされた処理容器内に、ウエハの表面に吸着する原料ガスと、当該原料ガスと反応する反応ガスと、を交互に複数回供給して、ウエハの表面に反応生成物の原子層を堆積させて成膜する。原料ガスが供給される時間帯と反応ガスが供給される時間帯との間には、パージガスが供給される。

【0003】

このＡＬＤを行う成膜装置については、ウエハの面内に均一性高い膜厚で成膜するように構成されることが求められている。このような要請に応える装置として、例えば特許文献１には、ウエハの載置台と対向する対向面に複数のガス供給部を備える装置が示されている。各ガス供給部は、周方向に各ガスを吐出する吐出口を備えることで、載置台の上方に区画されて設けられた拡散空間において横方向にガスを拡散させる。このように拡散したガスは、拡散空間の底部を形成するプレートに多数開口した吐出口からシャワー状にウエハに供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−７０２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のウエハの面内における膜厚の均一性についてより高くすることが検討されており、そのために上記のガス供給部及び拡散空間を備える成膜装置については、当該拡散空間に供給されるガスの濃度の均一性をより高くすることが検討されている。また、上記のガス供給部及び拡散空間を備える成膜装置について、比較的短い時間内に比較的大きな流量でパージガスをガス供給部から吐出し、原料ガス及び反応ガスを速やかにパージして、装置のスループットを向上させることが検討されている。そのようにパージを行う場合であっても、拡散空間におけるガスの濃度の均一性を高くし、ウエハに均一性高い膜厚で成膜することができる技術が求められている。

【0006】

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板の面内に均一性高いガス処理を行うことができる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のガス処理装置は、真空雰囲気である処理室内の基板に対して処理ガスを供給して処理を行うガス処理装置において、
前記処理室に設けられ、前記基板が載置される載置部と、
前記載置部の上方側に位置して前記処理室の天井部を構成し、前記処理ガスをシャワー状に供給するための複数の第１のガス供給口が形成されるガス供給部と、
前記ガス供給部に上方から対向し、前記処理ガスを横方向に拡散させるための第１の拡散空間を画成する平坦な対向面を備えると共に、前記処理ガスの供給路を形成するガス供給路形成部と、
前記対向面の中央部のまわりに設けられる凹部と、
前記供給路から供給された前記処理ガスを前記第１の拡散空間に横方向に分散させるために周方向に沿って複数のガス吐出口が形成され、前記対向面の中央部のまわりに複数、各々当該対向面から突出せずに前記凹部内に設けられるガス分散部と、
を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板にシャワー状に処理ガスを供給するガス供給部に上方から対向し、当該処理ガスを横方向に拡散させるための拡散空間を形成する平坦な対向面の中央部のまわりに凹部が設けられる。そして、周方向に沿って複数のガス吐出口が形成されるガス分散部が、対向面の中央部のまわりに、各々当該対向面から突出せずに凹部内に複数設けられる。このような構成により、拡散空間において処理ガスの流れが阻害されることが抑制されるため、基板の面内において均一性高いガス処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置を構成する流路形成部の斜視図である。

【図3】前記流路形成部に設けられる対向面の平面図である。

【図4】前記流路形成部の縦断側面図である。

【図5】前記流路形成部に設けられるガス流路の斜視図である。

【図6】前記流路の平面図である。

【図7】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図8】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図9】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図10】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図11】前記成膜装置によって行われる処理のタイミングチャートである。

【図12】前記流路形成部の他の構成例を示す縦断側面図である。

【図13】前記流路形成部に設けられる溝の他の構成例を示す縦断側面図である。

【図14】前記溝と前記流路形成部に設けられるガス分散部との位置関係を示す説明図である。

【図15】前記対向面の他の構成例を示す平面図である。

【図16】評価試験の結果を示すためのウエハの模式図である。

【図17】評価試験の結果を示すためのウエハの模式図である。

【図18】評価試験の結果を示すためのウエハの模式図である。

【図19】評価試験の結果を示すためのウエハの模式図である。

【図20】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明のガス処理装置の一実施形態である成膜装置１について、図１の縦断側面図を参照しながら説明する。この成膜装置１は、扁平な円形の処理容器１１を備えている。当該処理容器１１内には真空雰囲気が形成されると共に、例えば直径が３００ｍｍの円形の基板であるウエハＷが格納される。成膜装置１は、このウエハＷに対して、原料ガスであるＴｉＣｌ_４（四塩化チタン）ガスと反応ガスであるＮＨ_３（アンモニア）ガスとを交互に繰り返し供給してＡＬＤを行い、ＴｉＮ（窒化チタン）膜を成膜する。ＴｉＣｌ_４ガスの供給を行う時間帯とＮＨ_３ガスの供給を行う時間帯との間には不活性ガスであるＮ_２（窒素）ガスがパージガスとして供給され、処理容器１１内の雰囲気がＴｉＣｌ_４ガス雰囲気またはＮＨ_３ガス雰囲気からＮ_２ガス雰囲気に置換される。また、ＡＬＤによる成膜処理中はＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３ガスを処理容器１１内に導入するためのキャリアガスとして、Ｎ_２ガスが連続して処理容器１１内に供給される。

【0011】

上記の処理容器１１の側壁には、ウエハの搬入出口１２と、この搬入出口１２を開閉するゲートバルブ１３とが設けられている。搬入出口１２よりも上部側には、処理容器１１の側壁の一部をなす、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１４が設けられている。排気ダクト１４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１５が形成されており、処理容器１１の排気口をなす。

【0012】

また、上記の排気ダクト１４には、排気管１６の一端が接続されている。排気管１６の他端は真空ポンプにより構成される排気機構１７に接続されている。排気管１６には、例えば圧力調整用のバルブにより構成される圧力調整機構１８が介設されている。後述の制御部１０から出力される制御信号に基づき、当該圧力調整用のバルブの開度が調整され、処理容器１１内の圧力が所望の真空圧力となるように調整される。

【0013】

図中２１は、ウエハＷを載置するために処理容器１１内に設けられた円形で水平な載置台であり、ウエハＷはその中心が当該載置台の中心に揃うように載置される。載置部をなす当該載置台２１には、ヒーター２２が埋設されている。このヒーター２２は、例えば４００℃〜７００℃にウエハＷを加熱する。載置台２１の下面側中央部には処理容器１１の底部を貫通し、上下方向に伸びる支持部材２３の上端が接続されており、この支持部材２３の下端は昇降機構２４に接続されている。この昇降機構２４によって載置台２１は、図１に鎖線で示す下方側の位置と、図１に実線で示す上方側の位置との間を昇降することができる。下方側の位置は、上記の搬入出口１２から処理容器１１内に進入するウエハＷの搬送機構との間で、当該ウエハＷの受け渡しを行うための受け渡し位置である。上方側の位置は、ウエハＷに処理が行われる処理位置である。

【0014】

図中２５は、支持部材２３において処理容器１１の底部の下方に設けられるフランジである。図中２６は伸縮自在なベローズであり、上端が処理容器１１の底部に、下端がフランジ２５に夫々接続され、処理容器１１内の気密性を担保する。図中２７は３本（図では２本のみ表示している）の支持ピンであり、図中２８は支持ピン２７を昇降させる昇降機構である。載置台２１が受け渡し位置に位置したときに、載置台２１に設けられる貫通孔２９を介して支持ピン２７が昇降して、載置台２１の上面において突没し、載置台２１と上記の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

【0015】

上記の排気ダクト１４の上側には、処理容器１１内を上側から塞ぐようにガス供給路形成部３が設けられている。ガス供給路形成部３は、本体部３１とガス導入部３２とを備えている。本体部３１は扁平な円形のブロックとして構成されており、当該本体部３１の周縁部は、上記の排気ダクト１４に沿って設けられると共に、当該排気ダクト１４に支持されている。ガス導入部３２は、本体部３１の上面の径方向に沿った部位が、上方へと引き出されるように盛り上がることで構成されている。

【0016】

上記の本体部３１についてさらに詳しく説明すると、当該本体部３１における中央下部は、処理容器１１内を載置台２１に向かうように突出することで、円形の突出部３Ａを形成しており、この突出部３Ａの下面の中央部は、後述のシャワープレート３６に上方から対向する円形の対向面３４として構成されている。以降、この対向面３４を示す本体部３１の下方側斜視図である図２も参照しながら説明する。突出部３Ａにおいて対向面３４の外周領域は、下方へとさらに突出することで円環状の突起部３５を形成しており、この突起部３５の下端はシャワープレート３６の周縁部に接続されている。

【0017】

シャワープレート３６は水平に設けられると共に円形に構成されており、当該シャワープレート３６の周縁は上記の突起部３５に沿って形成されている。このシャワープレート３６は載置台２１に対向しており、処理容器１１の天井を構成する。突起部３５、シャワープレート３６及び対向面３４に囲まれることで、扁平で円形であるガスの拡散空間３７が画成されている。当該拡散空間３７の中心は、載置台２１の中心上に位置している。上記のシャワープレート３６には、当該シャワープレート３６の厚さ方向に穿孔された多数のガス供給口３８が分散して配設されており、後述するように第１の拡散空間である拡散空間３７に供給されたガスは、第１のガス供給口をなすガス供給口３８から、載置台２１に載置されるウエハＷにシャワー状に供給される。図中３９は、シャワープレート３６の下面において、当該シャワープレート３６の周縁部に沿って下方に突出するように設けられた環状突起である。図１に示すように、環状突起３９は処理位置における載置台２１の周縁部に近接し、そのように載置台２１に近接したときの当該環状突起３９の内側で、シャワープレート３６と載置台２１とに挟まれる空間は、ウエハＷに処理を行う処理空間３０として構成される。

【0018】

対向面３４の平面図である図３、及びガス供給路形成部３の下部側及びシャワープレート３６の縦断側面図である図４も参照して説明を続ける。なお、図４では上記の拡散空間３７及びその周囲におけるガスの流れを矢印で示している。各図に示すように対向面３４には円環状の溝４１、即ち凹部が形成されている。この溝４１は、対向面３４の中央部を囲むように拡散空間３７の周方向に沿って設けられている。そして、溝４１の中心は対向面３４の中心に一致している。図３に示す溝４１の外径Ｌ１はウエハＷの直径よりも小さく、例えば１００ｍｍ〜１８０ｍｍであり、溝４１の内径Ｌ２は例えば４０ｍｍ〜１００ｍｍである。また、図４に示す溝４１の深さＨ１は、例えば３ｍｍ〜８ｍｍである。

【0019】

溝４１をなす２つの側壁面のうち、対向面３４の中心寄りの側壁面４２は、上側へ向かうほど対向面３４の周縁に向かい、対向面３４の周縁寄りの側壁面４３は、上側へ向かうほど対向面３４の中心へ向かう。従って、溝４１の縦断面で見て側壁面４２、４３は水平面に対して傾斜しており、このように側壁面４２、４３が形成されることで、溝４１は下方へ向かうにつれて拡幅されるように末広がりに構成されている。従って、溝４１は上方へ向かうにつれて開口幅が小さくなるように形成されている。つまり、上方へ向かうにつれて溝４１は、その開口面積が小さくなるように構成されている。なお、溝４１を構成する上面は例えば水平である。

【0020】

溝４１内には、例えば８つのガス分散部４４が当該溝４１の周方向に、互いに等間隔を空けて設けられている。従って、ガス分散部４４は対向面３４に埋設されている。このガス分散部４４は、垂直な円柱状に構成されている。そして、例えばガス分散部４４の径は、溝４１の上面の幅と同じ大きさに構成されており、図１、図４に示すように、ガス分散部４４の上端部は溝４１の上面に埋まるように設けられているため、上記の溝４１の側壁面４２、４３はガス分散部４４の側壁から下るように形成されている。

【0021】

ガス分散部４４には、その上面の中心部から垂直下方に向かうように形成されたガス導入口４５が設けられており、後述するガス供給路５を介して既述の各ガスが当該ガス導入口４５に導入される。そして、ガス分散部４４の側面には溝４１の上面より下方の位置に、ガス導入口４５に接続された多数のガス吐出口４６が当該ガス分散部４４の周方向に、等間隔で開口している。ガス導入口４５から供給されたガスは、各ガス吐出口４６から水平方向に溝４１内へ吐出される。なお、図３では代表して１つのガス分散部４４から吐出されるガスの流れを矢印で示しており、他の７つのガス分散部４４からも同様にガスが吐出される。このようにガス分散部４４から吐出されたガスは、溝４１内から側壁面４２、４３にガイドされて拡散空間３７に供給され、当該拡散空間３７を横方向に広がり、シャワープレート３６のガス供給口３８からウエハＷにシャワー状に吐出される。

【0022】

ところで、上記のガス分散部４４の下面４７は水平であり、対向面３４と同じ高さに位置している。従って、ガス分散部４４は対向面３４から突出しないように設けられている。このようにガス分散部４４が対向面３４から突出しないため、一のガス分散部４４から吐出されて拡散空間３７を横方向に広がるガスが、他のガス分散部４４に衝突し、当該ガスの流れが阻害されて淀みが生じることを防ぐことができる。従って、拡散空間３７に均一性高く、且つ速やかに当該ガスを拡散させることができる。また、ガス分散部４４の下面４７が対向面３４と同じ高さであり、拡散するガスから見て天井面の高さの変化が抑えられているため、拡散空間３７においてガス分散部４４付近の領域と、それ以外の領域とでガスは同様に流れる。従って、拡散空間３７において、より均一性高くガスを拡散させることができる。

【0023】

また、上記のようにガス分散部４４が溝４１内に設けられていることにより、図４にＨ２で示す拡散空間３７の高さは小さく、例えば８ｍｍ以下とされる。このように高さＨ２が設定されることで、拡散空間３７の容積を比較的小さくすることができるため、拡散空間３７に残留する原料ガス及び反応ガスを速やかにパージすることができる。それによって、ＡＬＤを行うにあたり後述の１サイクルに要する時間を抑えることができるため、スループットの向上を図ることができる。ただし、この高さＨ２が小さくなるほど、拡散空間３７を流れるガスは対向面３４における僅かな段差の影響を受けるため、例えば３ｍｍ以上とすることが好ましい。

【0024】

対向面３４において溝４１に囲まれる領域、即ち対向面３４の中央部には、多数のガス供給口４８が分散して下方に開口するように形成されている。そして、第２のガス供給口である各ガス供給口４８の上端は、本体部３１に設けられた扁平な円形の拡散空間４９の底部に接続されている。第２の拡散空間である当該拡散空間４９は、後述する直線導入路６２から供給されたガスを横方向に拡散させるために設けられ、拡散した各ガスはガス供給口４８から拡散空間３７にシャワー状に吐出される。従って、拡散空間４９は各ガス供給口４８に対して共通に設けられた空間であり、拡散空間４９の下方でガス供給口４８が形成される部位はシャワープレート４０として構成されている。

【0025】

以降、説明の混乱を避けるために、シャワープレート４０、拡散空間４９を夫々上側シャワープレート４０、上側拡散空間４９と記載し、既述のシャワープレート３６、拡散空間３７については下側シャワープレート３６、下側拡散空間３７と夫々記載する場合が有る。上側シャワープレート４０から吐出されたガスは、ガス分散部４４から吐出されたガスと同様に、下側シャワープレート３６のガス供給口３８からウエハＷにシャワー状に吐出される。また、上側シャワープレート４０のガス供給口４８と下側シャワープレート３６のガス供給口３８とは、互いに重ならないように各々形成されている。そのようにガス供給口３８、４８を各々形成することで、上側シャワープレート４０から吐出されたガスは、下側シャワープレート３６の上面に衝突して下側拡散空間３７を横方向に拡散した後に下側シャワープレート３６から吐出されるため、当該下側シャワープレート３６の中央部から吐出されるガスの濃度が、下側シャワープレート３６の周縁部から吐出されるガスの濃度に比べて高くなることが抑制される。

【0026】

ガス供給路形成部３には、既述した各ガスをガス分散部４４及び上側拡散空間４９に供給するガス供給路５が設けられている。当該ガス供給路５は、導入路５１、５２と、合流路５３と、２つの分岐路５４と、ガス導入用拡散空間５５と、８つの直線導入路６１と、８つの直線導入路６２と、により構成されている。導入路５１、導入路５２、合流路５３及び分岐路５４の上部側は、例えば上記のガス導入部３２に設けられ、分岐路５４の下部側、ガス導入用拡散空間５５及び直線導入路６１、６２は、例えば上記の本体部３１に設けられている。また、このガス供給路５において、第３の拡散空間であるガス導入用拡散空間５５よりも上流側は、上記のガス分散部４４及び上側拡散空間４９に対して共通に設けられている。このガス導入用拡散空間５５の上流側は、導入路５１、５２、合流路５３及び分岐路５４からなる共通流路５Ａとして構成されており、当該共通流路５Ａはガス分散部４４及び上側拡散空間４９にガスを供給する。

【0027】

ガス供給路５について示した図５の斜視図及び図６の平面図を参照しながら説明する。図５に示すように、導入路５１、５２は、各々水平方向に伸びるように設けられており、これらの導入路５１、５２は互いに区画されている。導入路５１の上流側には、原料ガスと、原料ガスのキャリアガスと、パージガスとが供給される。導入路５２の上流側には、反応ガスと、反応ガスのキャリアガスと、パージガスとが供給される。従って導入路５１は、原料ガス用の流路及び置換ガス用の流路をなし、導入路５２は、反応ガス用の流路及び置換ガス用の流路をなす。例えば導入路５１は導入路５２の上方に位置しており、導入路５１の下流側は下方へと屈曲し、導入路５２に接続されることで、これら導入路５１、５２の下流側は互いに合流し、上記の合流路５３として構成されている。

【0028】

合流路５３の下流側は導入路５２の延長方向に沿って水平に伸びた後、当該延長方向に向かって見て左右に分岐することで、上記の２つの分岐路５４を形成する。各分岐路５４の下流側は水平方向に伸びた後、垂直下方へ向かうように屈曲され、扁平なガス導入用拡散空間５５における互いに異なる位置に接続されている。このように合流路５３の下流側を分岐させてガス導入用拡散空間５５に接続することで、ガス導入用拡散空間５５に均一性高くガスを分布させ、ひいては上記の拡散空間３７における各ガスの濃度の均一性が高くなるようにしている。なお、各分岐路５４の長さは互いに等しい。

【0029】

上記のガス導入用拡散空間５５は、平面で見て一の直線導入路と他の直線導入路とが交差してなる十字流路５６と、４つの分岐路５７と、８つの分岐端５８とにより構成される。十字流路５６を構成する一の直線状の流路における一端部上及び他端部上に、上記の分岐路５４の下流端が各々接続されている。十字流路５６の中心部から各分岐路５４の下流端までの長さは各々等しい。この十字流路５６の中心部は、上記の対向面３４の中心部上に位置している。十字流路５６を構成する他の直線状の流路における各端部は、当該他の直線状の流路の伸長方向に見て左右に分岐し、上記の分岐路５７を形成する。

【0030】

分岐路５７の上流側は上記の十字流路５６をなす一の直線導入路に沿って伸びている。そして分岐路５７の下流側は、上流側に対して屈曲されており、十字流路５６の中心部から遠ざかるように伸びている。この分岐路５７の下流端は、当該分岐路５７の下流側における流路の伸長方向に見て左右に分岐し、上記の分岐端５８として構成されている。これらの各分岐端５８は、十字流路５６の中心部の外側へ向かって引き延ばされたように、平面で見て幅広に形成されている。そして、これら８つの分岐端５８の下部には８つの直線導入路６１の上流端が各々接続されている。十字流路５６の中心部から各直線導入路６１までの長さは各々等しい。この８つの直線導入路６１の下流側は斜め下方に向かうと共に平面視放射状に伸びるように形成されており、当該直線導入路６１の下流端は、上記のガス分散部４４のガス導入口４５に接続されている。従って、直線導入路６１は、ガス分散部４４に処理ガスを供給する供給路をなす。各直線導入路６１は互いに同じ長さを有する。そして、各直線導入路６１の長さ方向の中央部から、直線導入路６２が斜め下方に延出されると共に、平面で見て対向面３４の中心部側に向かうように形成されている。そして、各直線導入路６２の下流端は上側拡散空間４９の周縁部に上側から、互いに周方向に等間隔を空けて接続されている。各直線導入路６２も互いに同じ長さを有する。

【0031】

合流路５３の上流端、即ち導入路５１、５２が互いに合流するこれら導入路５１、５２の下流端を図５に点Ｐ１として示している。また、直線導入路６１の下流端、即ちガス分散部４４のガス導入口４５の上流端を図４に点Ｐ２として示している。ガス供給路５を構成する各流路が既述のように構成されることで、点Ｐ１から各点Ｐ２に至るまでの各流路の長さは互いに等しい。従って、各ガス分散部４４から同時ないしは略同時に原料ガス、反応ガス、パージガスが各々吐出されるため、拡散空間３７の各部におけるこれらのガスの濃度に差が生じることが抑制される。それによって、膜厚の面内均一性を向上させ、且つパージに要する時間を抑えることでＡＬＤの１サイクルに要する時間の短縮化を図ることができる。なお、この点Ｐ１から各点Ｐ２に至るまでの各流路に関して、点Ｐ１からの距離が互いに同じ位置における流路幅については互いに同じ幅となるようにしてもよいし、若干異なる幅とすることで拡散空間３７におけるガスの濃度分布を調整してもよい。

【0032】

また、直線導入路６２の下流端、即ちガス導入用拡散空間５５の上端を点Ｐ３として示している。ガス供給路５を構成する各流路が既述のように構成されることで、点Ｐ１から各点Ｐ３に至るまでの流路の長さは各々等しい。さらに、この点Ｐ１から点Ｐ３に至るまでの流路の長さは、点Ｐ１から点Ｐ２に至るまでの流路の長さと同じであり、ガス分散部４４と上側シャワープレート４０とから同時ないしは略同時に原料ガス、反応ガス、パージガスが各々吐出される。それにより、拡散空間３７の各部においてガスの濃度に差が生じることを、より確実に抑えることができる。ところで流路の長さが互いに等しいとは装置の設計上、流路が等しいことが含まれる。つまり、装置を構成する部材の組み立て誤差や部材の加工精度の結果、流路の長さが異なっていても流路の長さが等しくなるように設計されていれば、流路の長さが等しいことに含まれる。

【0033】

図１に戻って説明を続ける。上記のガス供給路形成部３に形成された導入路５１、５２の上流端には、配管７１、８１の下流端が夫々接続されている。配管７１の上流端は、バルブＶ１、ガス貯留タンク７２Ａ、流量調整部７３Ａをこの順に介して、処理ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの供給源７４Ａに接続されている。流量調整部７３Ａはマスフローコントローラにより構成されており、ガス供給源７４Ａから供給されるＴｉＣｌ_４ガスについて下流側へ供給される流量を調整する。なお、後述する他の各流量調整部７３Ｂ〜７３Ｆについても、この流量調整部７３Ａと同様に構成されており、配管の下流側へ供給されるガスの流量を調整する。

【0034】

ガス貯留部をなすガス貯留タンク７２Ａは、ガス供給源７４Ａから供給されたＴｉＣｌ_４ガスを処理容器１１内に供給する前に一旦貯留する。そのようにＴｉＣｌ_４ガスを貯留させ、ガス貯留タンク７２Ａ内が所定の圧力に昇圧した後で、ガス貯留タンク７２Ａからガス供給路形成部３へＴｉＣｌ_４ガスを供給する。このガス貯留タンク７２Ａからガス供給路形成部３へのＴｉＣｌ_４ガスの給断が、上記のバルブＶ１の開閉により行われる。このようにガス貯留タンク７２ＡへＴｉＣｌ_４ガスを一旦貯留することで、比較的高い流量で当該ＴｉＣｌ_４ガスを処理容器１１に供給することができる。なお、後述するガス貯留部をなす各ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｄ、７２Ｅについても、ガス貯留タンク７２Ａと同様に、配管の上流側のガス供給源から供給される各ガスを一旦貯留する。そして、各ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｄ、７２Ｅの下流側に設けられるバルブＶ２、Ｖ４、Ｖ５の開閉によって、各ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｄ、７２Ｅからガス供給路形成部３へのガスの給断が夫々行われる。

【0035】

上記の配管７１においてバルブＶ１の下流側には、配管７５の下流端が接続されている。配管７５の上流端はバルブＶ２、ガス貯留タンク７２Ｂ、流量調整部７３Ｂをこの順に介してＮ_２ガスの供給源７４Ｂに接続されている。さらに、配管７５においてバルブＶ２の下流側には、配管７６の下流端が接続されている。配管７６の上流端は、バルブＶ３、流量調整部７３Ｃをこの順に介して、Ｎ２ガスの供給源７４Ｃに接続されている。

【0036】

続いて、配管８１について説明する。配管８１の上流端は、バルブＶ４、ガス貯留タンク７２Ｄ、流量調整部７３Ｄをこの順に介して、ＮＨ_３ガスの供給源７４Ｄに接続されている。配管８１におけるバルブＶ４の下流側には配管８２の下流端が接続されている。配管８２の上流端はバルブＶ５、ガス貯留タンク７２Ｅ、流量調整部７３Ｅをこの順に介して、Ｎ_２ガスの供給源７４Ｅに接続されている。さらに、配管８２においてバルブＶ５の下流側には、配管８３の下流端が接続されている。配管８３の上流端は、バルブＶ６、流量調整部７３Ｆをこの順に介して、Ｎ_２ガスの供給源７４Ｆに接続されている。

【0037】

上記の配管７６におけるバルブＶ３の下流側にはオリフィス７７が、配管８３におけるバルブＶ６の下流側にはオリフィス７８が夫々形成されている。オリフィス７７が形成されることにより、配管７６におけるバルブＶ３の下流側の径は、配管７６におけるバルブＶ３の上流側及び配管７１、７５の径よりも小さく構成されており、ガス貯留タンク７２Ａ、７２Ｂを介して比較的大きな流量で供給される各ガスが、配管７６を逆流することが抑制される。また、オリフィス７８が形成されることにより、配管８３におけるバルブＶ６の下流側の径は、配管８３におけるバルブＶ３の上流側及び配管８１、８２の径よりも小さく構成されており、ガス貯留タンク７２Ａ、７２Ｂを介して比較的大きな流量で供給される各ガスが、配管８３を逆流することが抑制される。

【0038】

ところで上記のＮ_２ガス供給源７４Ｂ、７４Ｅから供給されるＮ_２ガスは、既述のパージを行うために処理容器１１内に供給される。Ｎ_２ガス供給源７４Ｃ、７４Ｆから各々供給されるＮ_２ガスは、ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスに対するキャリアガスであり、このキャリアガスは、上記のようにウエハＷの処理中は連続して処理容器１１内に供給されるので、パージを行う際にも処理容器１１内に供給される。従って、当該キャリアガスが処理容器１１内に供給される時間帯は、パージを行うためにガス供給源７４Ｂ、７４ＥからのＮ_２ガスが処理容器１１内に供給される時間帯に重なり、キャリアガスはパージにも用いられることになるが、説明の便宜上、Ｎ_２ガス供給源７４Ｂ、７４Ｅから供給されるガスをパージガスとして記載し、Ｎ_２ガス供給源７４Ｃ、７４Ｆから供給されるガスはキャリアガスとして記載する。

【0039】

また、成膜装置１は制御部１０を備えている。この制御部１０はコンピュータにより構成されており、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、成膜装置１における後述の一連の動作を実施することができるようにステップ群が組み込まれており、当該プログラムによって制御部１０は成膜装置１の各部に制御信号を出力し、当該各部の動作が制御される。具体的には、各バルブＶ１〜Ｖ６の開閉、流量調整部７３Ａ〜７３Ｆによるガスの流量の調整、圧力調整機構１８による処理容器１１内の圧力の調整、ヒーター２２によるウエハＷの温度の調整などの各動作が、制御信号によって制御される。上記のプログラムは、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納されて、制御部１０にインストールされる。

【0040】

続いて成膜装置１における成膜処理について、各バルブの開閉状態及び各配管におけるガスの流通状態について示す図７〜図１０を参照しながら説明する。図７〜図１０では、閉じているバルブＶにはハッチングを付すことで、開いているバルブＶと区別して表示している。また、配管７１、７５、７６、８１〜８３について、ガスが下流側へ流通している部位は、流通していない部位に比べて太く示している。なお、図７〜図１０では図の煩雑化を防ぐために、ガス供給路５の上流側を図１に比べて簡略化して示している。また、各ガスを供給する時間帯について示すタイミングチャートである図１１も適宜参照する。

【0041】

先ず、バルブＶ１〜Ｖ６が閉じられた状態で、搬送機構によりウエハＷが処理容器１１内に搬送されて、受け渡し位置における載置台２１に載置される。搬送機構が処理容器１１内から退避した後、ゲートバルブ１３が閉じられる。載置台２１のヒーター２２によりウエハＷが既述の温度に加熱されると共に載置台２１が処理位置へ上昇し、処理空間３０が形成される。排気管１６に介設される圧力調整機構１８により、処理容器１１内が所定の真空圧力になるように調整される。

【0042】

そしてバルブＶ３、Ｖ６が開かれ、Ｎ_２ガス供給源７４Ｃ、７４Ｆから夫々ガス供給路５にキャリアガス（Ｎ_２ガス）が供給される。その一方で、ガス供給源７４Ａ、ガス供給源７４ＤからＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスが配管７１、８１に供給される。バルブＶ１、Ｖ４が閉じられていることで、これらのＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスは、ガス貯留タンク７２Ａ、７２Ｄに夫々貯留され、当該ガス貯留タンク７２Ａ、７２Ｄ内が昇圧する。然る後、バルブＶ１が開かれ（チャート中、時刻ｔ１）、ガス貯留タンク７２Ａに貯留されたＴｉＣｌ_４ガスが、ガス供給路５に供給され、ガス分散部４４及び上側シャワープレート４０から下側拡散空間３７に吐出される。ガス分散部４４から吐出されたＴｉＣｌ_４ガスについては、既述したようにガス分散部４４にその流れが妨げられることなく下側拡散空間３７を横方向に拡散する。上側シャワープレート４０からはＴｉＣｌ_４ガスが下側拡散空間３７の中央部に供給される。

【0043】

上記のようにガス分散部４４及び上側シャワープレート４０からＴｉＣｌ_４ガスが供給されることで、この供給が開始されてから僅かな時間で、下側拡散空間３７の各部において均一性高い濃度でＴｉＣｌ_４ガスが分布し、当該ＴｉＣｌ_４ガスは下側シャワープレート３６からウエハＷに供給され、ウエハＷの面内には均一性高くＴｉＣｌ_４ガスが吸着する。この処理容器１１内のウエハＷへのＴｉＣｌ_４ガスの供給に並行して、ガス供給源７４Ｂ、７４Ｅから配管７５、８２に夫々パージガス（Ｎ_２ガス）が供給される。バルブＶ２、Ｖ５が閉じられていることで、パージガスはガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅに貯留され、当該ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅ内が昇圧する（図７、ステップＳ１）。

【0044】

その後、バルブＶ１が閉じられると共にバルブＶ２、Ｖ５が開かれ（時刻ｔ２）、処理容器１１内へのＴｉＣｌ_４ガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅに各々貯留されたパージガスがガス供給路５に供給され、ＴｉＣｌ_４ガスと同様に、ガス分散部４４及びシャワープレート４０から下側拡散空間３７に吐出される。従って、ガス分散部４４吐出されたパージガスは、ＴｉＣｌ_４ガスと同様、ガス分散部４４によって流れが妨げられることが無く、下側拡散空間３７を横方向に拡散する。

【0045】

上記のようにガス分散部４４及びシャワープレート４０からガスが吐出されることで、当該パージガスの供給が開始されてから僅かな時間で、下側拡散空間３７の各部において均一性高い濃度でパージガスが分布し、当該パージガスは下側シャワープレート３６からウエハＷに供給される。その結果、ウエハＷに吸着されずに処理空間３０に残留したＴｉＣｌ_４ガスが、ウエハＷの面内の各部の上方から同時ないしは略同時に除去され、当該ＴｉＣｌ_４ガスのウエハＷへの吸着が停止する。このＴｉＣｌ_４ガスは排気ダクト１４へとパージされて、処理容器１１内から除去される。このようにパージが行われる一方で、バルブＶ１が閉じられたことにより、ガス供給源７４Ａから配管７１に供給されたＴｉＣｌ_４ガスが、ガス貯留タンク７２Ａに貯留され、当該ガス貯留タンク７２Ａ内が昇圧する（図８、ステップＳ２）。

【0046】

続いて、バルブＶ２、Ｖ５が閉じられると共にバルブＶ４が開かれる（時刻ｔ３）。それにより、ガス供給路５へのパージガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク７２Ｄに貯留されたＮＨ_３ガスが当該ガス供給路５へ供給され、ガス分散部４４及びシャワープレート４０から下側拡散空間３７に吐出される。このＮＨ_３ガスについてもＴｉＣｌ_４ガス、パージガスと同様に下側拡散空間３７の各部において濃度の均一性が高くなるようにＮＨ_３ガスが分布し、下側シャワープレート３６から処理空間３０に供給されて、ウエハＷの面内の各部には均一性高くＮＨ_３ガスが供給される。結果、ウエハＷの面内において均一性高く吸着されたＴｉＣｌ_４ガスの窒化反応が進行し、反応生成物としてＴｉＮの薄層が形成される。その一方で、バルブＶ２、Ｖ５が閉じられたことにより、ガス供給源７４Ｂ、７４Ｅから配管７５、８２に夫々供給されたパージガスがガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅに貯留され、当該ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅ内が昇圧する（図９、ステップＳ３）。

【0047】

然る後、バルブＶ４が閉じられると共にバルブＶ２、Ｖ５が開かれ（時刻ｔ４）、処理容器１１内へのＮＨ_３ガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅに各々貯留されたパージガスがガス供給路５に供給され、ステップＳ２と同様に、ガス分散部４４及びシャワープレート４０から下側拡散空間３７に吐出されて、下側シャワープレート３６から吐出される。その結果、処理空間３０に残留した未反応のＮＨ_３ガスが、ウエハＷの面内各部の上方から同時ないしは略同時に除去されて窒化反応が停止することで、ウエハＷの面内各部におけるＴｉＮの薄層の厚さは揃えられる。ＮＨ_３ガスは排気ダクト１４へとパージされて、処理容器１１内から除去される。このようにパージが行われる一方で、バルブＶ４が閉じられたことにより、ガス供給源７４Ｄから配管８１に供給されたＮＨ_３ガスが、ガス貯留タンク７２Ｄに貯留され、当該ガス貯留タンク７２Ｄ内が昇圧する（図１０、ステップＳ４）。

【0048】

時刻ｔ４から所定の時間経過後、バルブＶ２、Ｖ５が閉じられると共にバルブＶ１が開かれ（時刻ｔ５）、処理容器１１内へのパージガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク７２Ａに貯留されたＴｉＣｌ_４ガスが、ガス供給路５に供給される。つまり上記のステップＳ１が再度行われる。従って、上記のパージが終了する時刻ｔ５は、上記のＴｉＣｌ_４ガスの供給が開始される時刻ｔ１でもある。このステップＳ１が行われた後は上記のステップＳ２〜Ｓ４が行われ、その後は、さらにステップＳ１〜Ｓ４が行われる。つまり上記のステップＳ１〜Ｓ４を一つのサイクルとすると、このサイクルが繰り返し行われ、ＴｉＮの薄層がウエハＷの表面に堆積し、ＴｉＮ膜が成膜される。そして、所定の回数のサイクルが実行されると、処理容器１１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷが処理容器１１から搬出される。

【0049】

この成膜装置１によれば、シャワープレート３６に対向する対向面３４の中央部を囲むように環状の溝４１が形成され、平坦な対向面３４から突出しないように溝４１内に８つのガス分散部４４が、対向面３４の周方向に間隔を空けて設けられている。このような構成により、下側拡散空間３７を横方向に広がるガスの流れが、ガス分散部４４に妨げられることが抑制される。従って、下側拡散空間３７にガスが供給されてから僅かな時間内において、当該下側拡散空間３７の各部における当該ガスの濃度の均一性を高くすることができるので、シャワープレート３６を介してウエハＷの面内に均一性高く当該ガスを供給することができる。その結果として、ウエハＷの面内において均一性高い膜厚を有するようにＴｉＮ膜を形成することができる。

【0050】

ところで、４００℃〜７００℃の範囲のうちの比較的高い温度にウエハＷを加熱して処理するにあたり、ウエハＷの膜厚の面内均一性を高く、且つウエハＷの面内各部おけるＴｉＮ膜の被覆性を高くするためには、上記の原料ガスについて処理容器１１内へ供給する流量を比較的大きくすることが好ましい。そのように比較的大きい流量で原料ガスを供給しても、比較的大きな流量のパージガスをガス供給路形成部３に供給することで短い時間内に当該原料ガスのパージが行えるように、既述のガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅが設けられている。

【0051】

後述の評価試験で示すように、そのように比較的大きな流量のパージガスが下側拡散空間３７に供給されたときに、対向面３４からガス分散部４４が突出していると、ウエハＷの面内における膜厚の均一性の低下が起りやすいが、既述のようにガス分散部４４を設けることで、そのような不具合を防ぐことができる。つまり、このようにガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅを介してパージガスを供給する場合において、上記のように対向面３４から突出しないようにガス分散部４４を設けることが特に有効である。ただし、ガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅを介さずにパージガスを供給する場合でも、対向面３４から突出しないようにガス分散部４４を設けることで下側拡散空間３７におけるパージガスの濃度の均一性を高くすることができるため有効である。また、ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスについても、ガス供給路形成部３に比較的大きな流量を供給してスループットの向上を図るために、ガス貯留タンク７２Ａ、７２Ｄを介して供給する例を示したが、このようなガス貯留タンク７２Ａ、７２Ｄを介さずに供給してもよい。

【0052】

ところで図１２には、ガス供給路形成部３の他の構成例を示している。図１、図４などで説明した構成例との差異点を挙げると、この図１２に示すガス供給路形成部３では、上側シャワープレート４０及び上側拡散空間４９が設けられておらず、溝４１の内側に、当該対向面３４の中心を中心とする円環状の溝６３が設けられている。従って、溝４１、６３は同心円状に形成されている。溝６３については、大きさ以外は溝４１と同様に構成されており、溝６３内には周方向に等間隔を空けて複数、例えば４つのガス分散部４４が設けられており、直線導入路６２からガスが供給される。溝６３内のガス分散部４４の下面４７は、溝４１内のガス分散部４４の下面４７と同様に、水平且つ対向面３４と同じ高さに形成されている。つまり図１２に示すガス供給路形成部３では、下側拡散空間３７の中央部には溝４１、６３に設けられた各ガス分散部４４によって、ガスが供給される。

【0053】

このように溝６３内にガス分散部４４を設けた構成としてもよい。ただし、この図１２に示す構成によれば、ガス分散部４４が対向面３４におけるより中心に近い位置に配置されていることで、各ガス分散部４４から吐出されるガスの流量の僅かな差違により、対向面３４の中心部付近での横方向に流れるガスの衝突、干渉具合が変化するため、それに起因して下側拡散空間３７の中央部におけるガスの濃度の均一性が低下するおそれが有る。つまり、上側シャワープレート４０により下方にガスを吐出する構成の方が、このようなガスの衝突及び干渉による不具合を抑制することができるため、下側拡散空間３７におけるガスの濃度をより均一化することができ、より確実に、ウエハＷの面内に均一性高い成膜処理を行うことができるので好ましい。

【0054】

ガス分散部４４が設けられる溝４１についてさらに説明すると、縦断面で溝４１を見たときの側壁面４２、４３の各傾きの大きさは、下側拡散空間３７におけるガスの分布を調整するために適宜設定することができる。従って、これら側壁面４２の傾きの大きさ、側壁面４３の傾きの大きさは互いに同じとすることには限られず、互いに異なっていてもよい。さらに縦断面で見たときの溝４１の側壁面４２、４３は、図１３に示すように、ガス分散部４４から離れた位置に垂直に形成されていてもよい。従って、溝４１については、既述したように下方へ向けて末広がりに、即ち上側に向かうにつれて縮幅されるように形成することには限られない。ただし、そのように上側に向かうにつれて縮幅されるように形成されることで、溝４１内の容積を小さくすることができる。即ちパージガスにより、雰囲気の置換が必要な容積が大きくなることを防ぐことができるので、パージに要する時間が長くなることを抑制して、スループットを向上させることができる。

【0055】

また、対向面３４からガス分散部４４が突出しないとは、ガス分散部４４の下面４７が対向面３４と同じ高さに位置するように構成することには限られず、図１４に示すようにガス分散部４４の下面４７が、対向面３４よりも上方に位置するように構成することも含まれる。ただし、ガス分散部４４の下面４７と対向面３４との高さの差Ｈ３が大きすぎると、この高さの差Ｈ３によって下側拡散空間３７におけるガスの流れが乱れてしまい、ウエハＷの面内各部に供給されるガスの均一性が低下するおそれが有るので、それを防ぐために高さの差Ｈ３は例えば３ｍｍ以下とすることが好ましい。

【0056】

図１５には異なる対向面３４の構成例を示している。この図１５の対向面３４においては溝４１が設けられておらず、当該対向面３４の周方向に沿って８つの円形の凹部６４が、シャワープレート４０を囲むように間隔を空けて設けられており、各凹部６４内にガス分散部４４が対向面３４から突出しないように設けられている。従って、ガス分散部４４が収納される凹部としては、環状の溝とすることには限られない。なお、この凹部６４については、当該凹部６４内の容積を抑えるために、上方に向かうにつれてその径が狭くなることで、開口面積が小さくなるように形成することができる。なお、図１５でも図３と同様に、代表して１つのガス分散部４４から吐出されるガスの流れを矢印で示しており、他の７つのガス分散部４４からも同様にガスが吐出される。

【0057】

ＡＬＤを行う成膜装置を本発明の実施形態として示したが、本発明はＣＶＤを行う成膜装置についても適用することができ、その場合もウエハＷの面内の各部に均一性高く処理ガスを供給して成膜処理を行うことができる。また、使用するガス種についても上記した例には限られない。さらに、本発明は成膜装置に適用されることには限られず、ウエハＷに処理ガスを供給してエッチングを行うエッチング装置にも適用することができる。なお、本発明は既述した例には限られず、既述した実施形態については適宜変更したり、組み合わせたりすることができる。

【0058】

・評価試験
以下、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
評価試験１
評価試験１−１として図１などで説明した成膜装置１を用いて、図７〜図１０で説明したステップＳ１〜Ｓ４に従って成膜処理を行ったときのウエハＷの面内における膜厚の分布を調べた。従って、この評価試験１−１で用いた成膜装置１において、ガス分散部４４は溝４１内に設けられており、対向面３４から突出していない。ただし、パージガスは既述のガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅを介さず、単位時間あたり比較的少ない流量でガス分散部４４に供給されるようにした。また、１サイクルに要する時間は０．３８秒に設定した。さらに、評価試験１−２として、パージガスは既述のガス貯留タンク７２Ｂ、７２Ｅを介して供給され、単位時間あたりにガス供給路形成部３に供給される当該パージガスの流量が、評価試験１−１よりも大きいことを除いては、評価試験１−１と同じ条件で成膜処理を行い、ウエハＷの面内における膜厚の分布を調べた。

【0059】

比較試験１−１、比較試験１−２として、評価試験１−１、評価試験１−２と夫々略同様の試験を行った。比較試験１−１、１−２と評価試験１−１、１−２との差異点としては、比較試験１−１、１−２で用いた成膜装置では、対向面３４に溝４１が形成されておらず、複数のガス分散部４４が対向面３４の中心を中心とする同心円に沿って当該対向面３４から突出するように設けられていることが挙げられる。

【0060】

図１６、図１７は評価試験１−１、１−２の結果を夫々示すウエハＷの平面図であり、図１８、図１９は比較試験１−１、１−２の結果を夫々示すウエハＷの平面図である。これらの図１６〜図１９では、ウエハＷの面内において、所定の膜厚となった点を、実線、点線、鎖線で夫々結んで示している。実線は比較的高い膜厚となった点を結び、鎖線は実線を付した点よりも低い膜厚となった点を結び、点線は鎖線を付した点よりも低い膜厚となった点を結んでいる。従って、これらの実線、鎖線、点線は同程度の膜厚となった領域を囲んで区画して膜厚分布を示すための等高線である。また、各試験について、膜厚の平均値、膜厚のレンジ（膜厚の最大値−膜厚の最小値）を測定している。

【0061】

図１６、図１８を参照して評価試験１−１、比較試験１−１を比較すると、比較試験１−１では実線、鎖線、点線で囲まれる領域が夫々現れているが、評価試験１−１では実線、鎖線で囲まれる領域のみが現れている。膜厚の平均値について、評価試験１−１が１０４．７Å、比較試験１−１が１０３．８Åであった。膜厚のレンジについて、評価試験１−１が２．０Å、比較試験１−１が３．５Åであった。このように評価試験１−１と比較試験１−１との間で膜厚の平均値に大きな差は無く、評価試験１−１では比較試験１−１に比べて、ウエハＷの面内の膜厚について、均一性が高いことが確認された。従って、本発明の効果が確認された。

【0062】

また図１７、図１９を参照して評価試験１−２、比較試験１−２を比較すると、比較試験１−２ではウエハＷの周方向に点線で囲まれる膜厚が低い領域が分散して現れている。この点線で囲まれる領域の位置は、ガス分散部４４が設けられる位置に対応していた。つまり、ガス分散部４４によってガスの流れが阻害されたことで膜厚の均一性が低下したことが推定される。この比較試験１−２に対して、評価試験１−２ではウエハＷの周方向に見て、膜厚の高低の変化が抑えられていることが分かる。膜厚の平均値について、評価試験１−２が１０１．２Å、比較試験１−２が１００．８Å、膜厚のレンジについて評価試験１−２が３．６Å、比較試験１−２が４．７Åであった。このように評価試験１−２と比較試験１−２との間で膜厚の平均値に大きな差は無く、評価試験１−２では比較試験１−２に比べて、ウエハＷの面内の膜厚について、均一性が高いことが確認された。

【0063】

評価試験２
評価試験２として、上記の評価試験１−２と同様にパージガスを比較的大きな流量で供給することでＴｉＮ膜の成膜処理を行い、ウエハＷの面内の各部における膜厚を測定した。従って、評価試験２では図１などで説明した、ガス分散部４４が対向面３４から突出しない成膜装置１を用いている。また、比較試験２として、上記の比較試験１−２と同様にパージガスを比較的大きな流量で供給することでＴｉＮ膜の成膜処理を行い、ウエハＷの面内の各部における膜厚を測定した。従って、比較試験２ではガス分散部４４が対向面３４から突出した成膜装置を用いている。また、この比較試験２で用いた成膜装置では、評価試験２で用いた成膜装置１とは図５で説明したガス供給路５の構成が若干異なっており、合流路５３の下流側が分岐せずにガス導入用拡散空間５５に接続されている。評価試験２、比較試験２共に、１サイクルに要する時間は０．３８秒に設定した。

【0064】

また、上記の評価試験２、比較試験２における膜厚の測定点は、ウエハＷの中心点、及びこの中心点を中心とする３つの同心円上における点である。３つの同心円について、内側から外側に向けて第１の円、第２の円、第３の円とすると、第２の円の半径は第１の円の半径の概ね２倍の大きさであり、第３の円の半径は第１の円の半径の概ね３倍の大きさである。また、第３の円はウエハＷの周縁部上に位置している。第１の円、第２の円、第３の円において測定点を夫々８個、１６個、２４個設定しており、同じ円にお位置する測定点は、周方向に等間隔を空けて設定されている。各測定点を区別するために番号を付す。ウエハＷの中心の測定点を１、第１の円の測定点を２〜９、第２の円の測定点を１０〜２５、第３の円の測定点を２６〜４９とする。

【0065】

図２０のグラフは上記の試験結果を示している。横軸は既述の測定点の番号を示しており、縦軸は膜厚（単位：Å）を示している。また、評価試験２の結果はグラフ中に丸のプロットを付し、各プロットを実線で結んで示している。比較試験２の結果はグラフ中に三角のプロットを付し、各プロットを点線で結んで示している。グラフから明かなように、比較試験２に比べて評価試験２の方が各測定点間における膜厚の変動が抑制されている。従って、この評価試験２からもガス分散部４４を対向面４４から突出させないようにすることで、ウエハＷの面内の膜厚分布を高くすることができることが示された。また、ガス供給路５について、合流路５３の下流側を分岐させてガス導入用拡散空間５５に接続することも、膜厚の均一性の上昇に寄与していると考えられる。

【符号の説明】

【0066】

１ 成膜装置
１０ 制御部
１１ 処理容器
１７ 排気機構
２１ 載置台
３ ガス供給路形成部
３４ 対向面
３６ 下側シャワープレート
３８ ガス供給口
３７ 下側拡散空間
４１ 溝
４４ ガス分散部
４６ ガス吐出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】