特開 2024-172523 シャワーヘッド、基板処理装置および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172523

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】シャワーヘッド、基板処理装置および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20241205BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241205BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 F

H01L21/302 101H

C23C16/455

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090300

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】長岡 秀樹

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030DA06

4K030EA05

4K030KA02

4K030KA12

4K030KA17

5F004AA15

5F004BA03

5F004BB13

5F004BD04

5F004DA27

5F004DB23

5F045AA06

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB32

5F045AB33

5F045AB39

5F045AC00

5F045AC11

5F045BB14

5F045DP03

5F045DP28

5F045DQ10

5F045EB03

5F045EB06

5F045EE17

5F045EF05

5F045EH05

5F045EH11

5F045EH12

5F045EH13

5F045EK07

5F045EM10

(57)【要約】

【課題】ラジカル化されたガスの失活を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】シャワーヘッドは、構造体と、第１拡散室と、第２拡散室と、複数の筒部と、を備える。またシャワーヘッドは、構造体の吐出面に設けられ、第１拡散室に連通して第１ガスを吐出する複数の第１吐出口と、吐出面において第１吐出口と異なる位置に設けられ、複数の筒部の連通孔部に連通して第２ガスを吐出する複数の第２吐出口と、を備える。さらにシャワーヘッドは、構造体の厚み方向と直交する方向の中央部において、第１拡散室および第２拡散室とは別に設けられ、ラジカル化した第３ガスを流通させる中央供給室と、吐出面の中央部に設けられ、中央供給室に連通して第３ガスを吐出する１以上の第３吐出口と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造体と、
前記構造体の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がり、第１ガスを拡散する第１拡散室と、
前記構造体の内部において前記厚み方向に前記第１拡散室と隣接しかつ当該第１拡散室から独立して設けられ、第２ガスを拡散する第２拡散室と、
前記第１拡散室に配置され、前記第２拡散室に連通する連通孔部を内側に有する複数の筒部と、
前記構造体の吐出面に設けられ、前記第１拡散室に連通して前記第１ガスを吐出する複数の第１吐出口と、
前記吐出面において前記第１吐出口と異なる位置に設けられ、前記複数の筒部の連通孔部に連通して前記第２ガスを吐出する複数の第２吐出口と、
前記構造体の前記厚み方向と直交する方向の中央部において、前記第１拡散室および前記第２拡散室とは別に設けられ、ラジカル化した第３ガスを流通させる中央供給室と、
前記吐出面の中央部に設けられ、前記中央供給室に連通して前記第３ガスを吐出する１以上の第３吐出口と、を含む、
シャワーヘッド。

【請求項2】

前記構造体は、前記第２拡散室に隣接する位置に前記中央供給室を配置しており、当該第２拡散室と当該中央供給室を隔てる隔壁を有する、
請求項１に記載のシャワーヘッド。

【請求項3】

前記隔壁は、前記第２拡散室と前記中央供給室を連通する１以上の横孔部を有する、
請求項２に記載のシャワーヘッド。

【請求項4】

前記中央供給室は、前記第１拡散室に配置される複数の中央筒部の中央孔部に連通し、
前記複数の中央筒部の中央孔部の直径は、前記複数の筒部の連通孔部の直径よりも大きい、
請求項２に記載のシャワーヘッド。

【請求項5】

前記構造体は、前記第１ガス、前記第２ガスおよび前記第３ガスが通過する部材に固定される拡散室用部材と、前記拡散室用部材に固定され、前記吐出面を有する吐出用部材と、を積層して構成される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。

【請求項6】

前記拡散室用部材は、前記第１拡散室を形成する第１拡散室用凹部を一方面に有すると共に、前記第２拡散室を形成する第２拡散室用凹部を他方面に有する、
請求項５に記載のシャワーヘッド。

【請求項7】

前記拡散室用部材は、前記吐出用部材に対向する面に前記第１拡散室用凹部を有し、前記第１ガス、前記第２ガスおよび前記第３ガスが通過する部材に対向する面に前記第２拡散室用凹部を有する、
請求項６に記載のシャワーヘッド。

【請求項8】

前記拡散室用部材は、前記複数の筒部を前記第１拡散室用凹部に有する一方で、前記第１拡散室に連通して前記第１ガスを当該第１拡散室に供給する供給孔部を有する複数の供給用筒部を前記第２拡散室用凹部に有する、
請求項６に記載のシャワーヘッド。

【請求項9】

前記構造体は、前記第１拡散室と当該第２拡散室とを隔てる底部に熱を伝達する複数の伝熱用突起を有する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。

【請求項10】

基板を処理する処理容器と、
前記処理容器に複数種類のガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部に接続され、前記複数種類のガスの各々を前記処理容器の内部に吐出可能なシャワーヘッドと、を含む基板処理装置であって、
前記シャワーヘッドは、
構造体と、
前記構造体の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がり、第１ガスを拡散する第１拡散室と、
前記構造体の内部において前記厚み方向に前記第１拡散室と隣接しかつ当該第１拡散室から独立して設けられ、第２ガスを拡散する第２拡散室と、
前記第１拡散室に配置され、前記第２拡散室に連通する連通孔部を内側に有する複数の筒部と、
前記構造体の吐出面に設けられ、前記第１拡散室に連通して前記第１ガスを吐出する複数の第１吐出口と、
前記吐出面において前記第１吐出口と異なる位置に設けられ、前記複数の筒部の連通孔部に連通して前記第２ガスを吐出する複数の第２吐出口と、
前記構造体の前記厚み方向と直交する方向の中央部において、前記第１拡散室および前記第２拡散室とは別に設けられ、ラジカル化した第３ガスを流通させる中央供給室と、
前記吐出面の中央部に設けられ、前記中央供給室に連通して前記第３ガスを吐出する１以上の第３吐出口と、を含む、
基板処理装置。

【請求項11】

基板を処理する処理容器と、
前記処理容器に複数種類のガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部に接続され、前記複数種類のガスの各々を前記処理容器の内部に吐出可能なシャワーヘッドと、を含む基板処理装置の基板処理方法であって、
前記シャワーヘッドの構造体の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がる第１拡散室において第１ガスを拡散し、前記構造体の吐出面に設けられ前記第１拡散室に連通する複数の第１吐出口から前記第１ガスを吐出する工程と、
前記構造体の内部において前記厚み方向に前記第１拡散室と隣接しかつ当該第１拡散室から独立して設けられた第２拡散室において第２ガスを拡散し、前記第１拡散室に配置された複数の筒部の連通孔部を介して、前記吐出面において前記第１吐出口と異なる位置に設けられ前記連通孔部に連通する複数の第２吐出口から前記第２ガスを吐出する工程と、
前記構造体の前記厚み方向と直交する方向の中央部において、前記第１拡散室および前記第２拡散室とは別に設けられた中央供給室において、ラジカル化した第３ガスを流通させ、前記吐出面の中央部に設けられ前記中央供給室に連通する１以上の第３吐出口から前記第３ガスを吐出する工程と、を有する、
基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、シャワーヘッド、基板処理装置および基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、基板を収容する容器（処理容器）と、処理容器に２種類のガスを供給するガス供給部と、を備える成膜装置（基板処理装置）が開示されている。この基板処理装置のガス供給部は、クリーニングガス供給源を別に備え、リモートプラズマによりラジカル化したクリーニングガスを処理容器に供給して、処理容器内のクリーニングを行うように構成されている。

【0003】

また、特許文献２にも、クリーニングガスを処理容器内に供給してクリーニングを行う成膜装置（基板処理装置）が開示されている。クリーニングガスは、シャワーヘッド内において拡散されて複数の吐出孔から処理空間に吐出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２３‐２５５７８号公報

【特許文献2】国際公開第２００８／７６７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、ラジカル化されたガスの失活を抑制できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、構造体と、前記構造体の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がり、第１ガスを拡散する第１拡散室と、前記構造体の内部において前記厚み方向に前記第１拡散室と隣接しかつ当該第１拡散室から独立して設けられ、第２ガスを拡散する第２拡散室と、前記第１拡散室に配置され、前記第２拡散室に連通する連通孔部を内側に有する複数の筒部と、前記構造体の吐出面に設けられ、前記第１拡散室に連通して前記第１ガスを吐出する複数の第１吐出口と、前記吐出面において前記第１吐出口と異なる位置に設けられ、前記複数の筒部の連通孔部に連通して前記第２ガスを吐出する複数の第２吐出口と、前記構造体の前記厚み方向と直交する方向の中央部において、前記第１拡散室および前記第２拡散室とは別に設けられ、ラジカル化した第３ガスを流通させる中央供給室と、前記吐出面の中央部に設けられ、前記中央供給室に連通して前記第３ガスを吐出する１以上の第３吐出口と、を含む、シャワーヘッドが提供される。

【発明の効果】

【0007】

一態様によれば、ラジカル化されたガスの失活を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るシャワーヘッドを有する基板処理装置を模式的に示す断面図である。

【図2】第２拡散室を形成する拡散室用部材の鉛直方向上側を示す斜視図である。

【図3】第１拡散室を形成する拡散室用部材の鉛直方向下側を反転して示す斜視図である。

【図4】蓋体および導入構造体を示す斜視図である。

【図5】基板処理方法の処理フローを示すフローチャートである。

【図6】図６（Ａ）は、原料ガス供給ステップにおけるシャワーヘッドのメイン構造体におけるガスの流れを示す拡大断面図である。図６（Ｂ）は、反応ガス供給ステップにおけるシャワーヘッドのメイン構造体におけるガスの流れを示す拡大断面図である。

【図7】クリーニング処理におけるメイン構造体のガスの流れを示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

図１は、実施形態に係るシャワーヘッド５０を有する基板処理装置１を模式的に示す断面図である。図１に示すように、基板処理装置１は、化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）、若しくは原子層堆積法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）により基板Ｗの表面に膜を成膜する装置に構成されている。基板処理が施される基板Ｗとしては、シリコンウエハまたは化合物半導体ウエハ等の半導体基板があげられる。

【0011】

具体的には、基板処理装置１は、処理容器１０と、基板支持部２０と、ガス供給部３０と、ガス排気部４０と、シャワーヘッド５０と、を備える。さらに、基板処理装置１は、各構成を制御して基板処理を行う制御装置９０を有する。

【0012】

処理容器１０は、基板Ｗを収容および処理する内部空間１０ｓを有する。例えば、処理容器１０は、円筒状の側壁１１ａおよび正円形状の底壁１１ｂが連続するように形成された側面断面視で凹状の容器本体１１と、容器本体１１の上側開放部を覆う蓋体１２と、を含む。側壁１１ａの上端と蓋体１２の下面とは、図示しないシール部材を挟んで気密に固定される。

【0013】

処理容器１０（容器本体１１、蓋体１２）は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料により形成される。なお、処理容器１０は、これに限定されず、ステンレス鋼、低熱膨張金属または低熱膨張合金（インバー、アンバー）、低熱膨張セラミックス（無機材料）等の耐熱性が高い材料を適用してよい。また、処理容器１０は、容器本体１１や蓋体１２の内部または周囲に、処理容器１０を加熱する図示しない加熱体を備えてもよい。

【0014】

さらに、基板処理装置１は、処理容器１０の側壁１１ａの所定位置に、基板Ｗを搬入出するための搬入出口１５と、搬入出口１５を開閉するゲートバルブ１６と、を備える。

【0015】

一方、基板支持部２０は、基板Ｗを直接保持するサセプタ２１と、このサセプタ２１を支持する支柱部材２２と、処理容器１０の外部において支柱部材２２を支持するサセプタ動作機構２３と、を有する。サセプタ２１は、アルミニウム、ニッケル等の金属により構成され、処理容器１０内で支柱部材２２により支持されている。サセプタ２１は、基板Ｗよりも一回り大きな正円形状に形成されており、基板Ｗを水平に支持する載置面２１ｓを上面に有する。また、サセプタ２１は、載置面２１ｓに載置した基板Ｗを温調するための温調部２１ａをサセプタ２１内に有する。温調部２１ａは、温調媒体が流通する流路やヒータ等を組み合わせて構成され、制御装置９０の制御下に基板Ｗの温度を調整する。

【0016】

支柱部材２２は、サセプタ２１の底面中央に連結されている。支柱部材２２は、処理容器１０の底壁１１ｂに形成された孔部を貫通して処理容器１０の下方に延び、その下端がサセプタ動作機構２３に接続されている。

【0017】

サセプタ動作機構２３は、支柱部材２２を介してサセプタ２１を昇降および回転させる機能を有する。具体的には、サセプタ動作機構２３は、基板Ｗの基板処理を行う処理位置と、処理位置の下方において基板Ｗの受け取りおよび受け渡しを行う搬送位置との間でサセプタ２１を変位させる。サセプタ２１が処理位置に上昇した際に、処理容器１０の内部空間１０ｓにおいてシャワーヘッド５０とサセプタ２１との間には、基板処理のための処理空間ＰＳが形成される。また、サセプタ動作機構２３は、基板Ｗの基板処理時にサセプタ２１を回転させる。

【0018】

さらに、基板支持部２０は、図示しない複数の支持ピンを昇降させるピン昇降機構を有する。ピン昇降機構は、サセプタ動作機構２３によりサセプタ２１が搬送位置に配置された状態で、制御装置９０により昇降が制御されることで、搬入出口１５を介して進退する図示しない搬送装置との間で基板Ｗの受け取りおよび受け渡しを行う。

【0019】

ガス供給部３０は、処理容器１０の外部からシャワーヘッド５０を介して処理容器１０の内部空間１０ｓ（処理空間ＰＳ）に複数種類のガスを供給する。ガス供給部３０が供給するガスの種類は、基板Ｗに成膜する膜の種類に応じて適切なものが選択される。実施形態では、基板処理装置１は、基板処理によってポリ尿素膜を基板Ｗの表面に成膜する。この場合、ガス供給部３０は、基板Ｗに吸着させる処理ガスであるイソシアネート基の化合物のガス（第１ガス：以下、原料ガスという）と、この原料ガスに反応する処理ガスであるアミン基の化合物のガス（第２ガス：以下、反応ガスという）と、を供給する。さらに、ガス供給部３０は、処理容器１０の内部をクリーニングするための処理ガスとして酸素（Ｏ_２）やオゾン（Ｏ_３）等のガス（第３ガス：以下、クリーニングガスという）を供給する。なお、基板Ｗに形成する膜は、この他にも金属膜、酸化金属膜、窒化金属膜、シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等であってよい。

【0020】

ガス供給部３０は、制御装置９０の制御下に、３種類のガス（原料ガス、反応ガス、クリーニングガス）を適宜のタイミングで供給する。このため、ガス供給部３０は、シャワーヘッド５０に対して別々に接続される原料ガス供給部３１、反応ガス供給部３２およびクリーニングガス供給部３３を備える。

【0021】

原料ガス供給部３１は、シャワーヘッド５０に接続される原料ガス供給経路３１１を有する。また、原料ガス供給部３１は、原料ガス供給経路３１１の上流端に原料ガス源３１２を備えると共に、原料ガス供給経路３１１の途中位置にバルブ３１３および流量調整器３１４を備える。制御装置９０は、原料ガスの供給において、バルブ３１３を開放して原料ガス源３１２の原料ガスを原料ガス供給経路３１１に流出させ、また流量調整器３１４により原料ガスの流量を調整してシャワーヘッド５０に供給する。

【0022】

反応ガス供給部３２は、シャワーヘッド５０に接続される反応ガス供給経路３２１を有する。また、反応ガス供給部３２は、反応ガス供給経路３２１の上流端に反応ガス源３２２を備えると共に、反応ガス供給経路３２１の途中位置にバルブ３２３および流量調整器３２４を備える。制御装置９０は、反応ガスの供給において、バルブ３２３を開放して反応ガス源３２２の反応ガスを反応ガス供給経路３２１に流出させ、また流量調整器３２４により反応ガスの流量を調整してシャワーヘッド５０に供給する。

【0023】

クリーニングガス供給部３３は、シャワーヘッド５０に接続されるクリーニングガス供給経路３３１を有する。そして、クリーニングガス供給部３３は、クリーニングガス供給経路３３１の上流端にクリーニングガス源３３２を備えると共に、クリーニングガス供給経路３３１の途中位置にバルブ３３３、流量調整器３３４およびリモートプラズマ装置３３５を備える。制御装置９０は、クリーニングガスの供給において、バルブ３３３を開放してクリーニングガス源３３２の反応ガスをクリーニングガス供給経路３３１に流出させ、また流量調整器３３４によりクリーニングガスの流量を調整する。

【0024】

リモートプラズマ装置３３５は、処理容器１０の外部においてクリーニングガスをラジカル化する処理である。例えば、リモートプラズマ装置３３５は、図示しないマイクロ波発生装置で発生したマイクロ波を導波管によりクリーニングガス供給経路３３１に連通するプラズマ生成室（不図示）に導き、そこに供給されたクリーニングガスをマイクロ波によりラジカル化する。さらに、リモートプラズマ装置３３５は、プラズマ生成室でラジカル化されたクリーニングガスを、蓋体１２の中央部に設けられた導入管３３６に流入させて、導入管３３６からシャワーヘッド５０に供給する。

【0025】

なお、ガス供給部３０は、以上の３種類のガスの他に、パージガス等の別種類のガスを供給する構成でもよい。例えば、パージガスの供給経路は、図示しないパージガス源から原料ガス供給経路３１１や反応ガス供給経路３２１、クリーニングガス供給経路３３１に接続される。ガス供給部３０は、制御装置９０の制御下に、これらの供給経路を介してシャワーヘッド５０にパージガスを供給する。

【0026】

ガス排気部４０は、処理容器１０の内部空間１０ｓに供給された未反応のガス、およびガスの反応により生成された反応生成物等を排気ガスとして排気する。特に、実施形態に係るガス排気部４０は、基板Ｗの上方かつ周方向の全周から排気ガスを均等に排気可能な構成としている。

【0027】

具体的には、ガス排気部４０は、処理容器１０（容器本体１１）の側壁１１ａの上側に、排気口４１と、排気口４１に連通する環状の排気溝４２とを有する。また、ガス排気部４０は、排気溝４２の内側を囲うと共に、排気溝４２に連通する複数の孔を有するバッフル構造体４３を備える。排気溝４２は、基板支持部２０により処理位置に配置された基板Ｗよりも高い位置に設けられる。ガス排気部４０は、バッフル構造体４３を通して処理空間ＰＳの排気ガスを上方に誘導する。

【0028】

また、ガス排気部４０は、処理容器１０の外部において、排気口４１に接続される排気経路４５を有すると共に、この排気経路４５に排気ガスを吸引する吸引機構４６を備える。吸引機構４６は、例えば、処理容器１０内の圧力を調整するための圧力制御（ＡＰＣ）バルブ、処理ガスを吸引するターボ分子ポンプ、真空ポンプ等を適宜組み合わせて構成される。吸引機構４６は、制御装置９０の制御下に動作して、処理容器１０内の排気ガスを導くための陰圧を付与する。これにより、基板処理において処理空間ＰＳに存在する排気ガスは、バッフル構造体４３の各孔を通して排気溝４２に流入し、排気溝４２から排気口４１に移動して排気経路４５に流出する。この排気ガスは、排気経路４５から吸引機構４６を通って図示しない廃棄部に排出される。

【0029】

一方、基板処理装置１のシャワーヘッド５０は、蓋体１２に固定され、処理容器１０の処理空間ＰＳ（内部空間１０ｓ）にガス供給部３０から供給されたガスを供給する。シャワーヘッド５０は、蓋体１２の下面に固定されるメイン構造体５１と、蓋体１２の上面に固定される導入構造体５２と、を含む。すなわち、メイン構造体５１は、処理容器１０の内部に配置される構造体であり、導入構造体５２は、処理容器１０の外部に配置される構造体である。

【0030】

メイン構造体５１は、基板処理において、処理容器１０の内部のサセプタ２１に載置された基板Ｗに対して、原料ガスや反応ガスを拡散して供給する。また、メイン構造体５１は、処理容器１０の内部をクリーニングするクリーニング処理において、処理容器１０（蓋体１２）の中央部からラジカル化したクリーニングガスを供給することで、サセプタ２１およびその周辺のクリーニングを行う。

【0031】

具体的には、メイン構造体５１は、円盤状に形成された２つの部材（拡散室用部材６０、吐出用部材７０）を鉛直方向に組み付けた積層構造に構成されている。拡散室用部材６０は、蓋体１２および吐出用部材７０の積層によって、原料ガスの拡散室と反応ガスの拡散室を分離して形成する部材である。吐出用部材７０は、拡散室用部材６０よりもサセプタ２１に近接する位置に配置され、各種のガスを吐出するための部材である。なお、メイン構造体５１は、２つの部材を組み付ける構成に限らず、例えば、図示しない造形装置等を用いて三次元造形（一例として積層造形）を行うことで、１つの部材に一体成形されてもよい。

【0032】

蓋体１２、拡散室用部材６０および吐出用部材７０を組み付けた状態で、メイン構造体５１は、原料ガスを拡散する第１拡散室５３、および反応ガスを拡散する第２拡散室５４を内部に形成する。第１拡散室５３および第２拡散室５４は、鉛直方向に隣接しながら、互いに独立して（非連通に）設けられる。具体的には、第１拡散室５３は、第２拡散室５４よりも鉛直方向下側に配置される。

【0033】

第１拡散室５３は、拡散室用部材６０の吐出用部材７０と対向する側（鉛直方向下側）の面が当該吐出用部材７０と密接することにより形成される。第１拡散室５３は、メイン構造体５１の内部において当該メイン構造体５１の厚み方向（鉛直方向）と直交する水平方向に広がっている。第１拡散室５３には、拡散室用部材６０に形成された複数の供給用筒部６４の供給孔部６４１を介して原料ガスが供給される。第１拡散室５３は、供給された原料ガスを水平方向に向かって流動させることで、この原料ガスを拡散する。

【0034】

第２拡散室５４は、拡散室用部材６０の蓋体１２と対向する側（鉛直方向上側）の面が当該蓋体１２と密接することにより形成される。第２拡散室５４は、メイン構造体５１の内部において当該メイン構造体５１の厚み方向（鉛直方向）と直交する水平方向に広がっている。第２拡散室５４には、蓋体１２に形成された複数の第２蓋体側流路１２ｂを介して、反応ガスが供給される。第２拡散室５４は、供給された反応ガスを水平方向に向かって流動させることで、この反応ガスを拡散する。

【0035】

ただし、メイン構造体５１（拡散室用部材６０）の水平方向中央部は、第２拡散室５４とは別に、クリーニングガスを供給するための中央供給室５５となっている。中央供給室５５は、蓋体１２の中央部に設けられた導入管３３６の流路に連通し、導入管３３６からクリーニングガスが供給される。

【0036】

以下、上記の第１拡散室５３、第２拡散室５４および中央供給室５５を形成する拡散室用部材６０の具体的な構成について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、第２拡散室５４を形成する拡散室用部材６０の鉛直方向上側を示す斜視図である。図３は、第１拡散室５３を形成する拡散室用部材６０の鉛直方向下側を反転して示す斜視図である。

【0037】

図２に示すように、拡散室用部材６０は、鉛直方向上側の面に第２拡散室用凹部６０ｂを有する。第２拡散室用凹部６０ｂは、拡散室用部材６０が蓋体１２に固定（密閉）されることに伴って、第２拡散室５４を形成する。第２拡散室用凹部６０ｂは、環状に周回する拡散室用部材６０の外縁部６１と、拡散室用部材６０の厚み方向中間を延在する底部６２と、によって形成されている。外縁部６１の上面（突出端面）は、蓋体１２に面接触可能な平坦状に形成されている。なお、図示は省略するが、外縁部６１には、周方向に沿って蓋体１２に対して螺合するための複数のネジ孔が設けられている。また、蓋体１２と外縁部６１との間には、図示しないシール部材が配置され、シール部材を挟み込むことで気密性を高めてもよい。

【0038】

そして、拡散室用部材６０は、第２拡散室用凹部６０ｂ内の底部６２に、無端状に周回する隔壁６３と、複数の供給用筒部６４と、複数の伝熱用突起６５と、複数の固定用筒部６６と、を備える。隔壁６３、各供給用筒部６４、各伝熱用突起６５、各固定用筒部６６の各々は、底部６２から外縁部６１の上面と同じ高さ（相互に同じ高さ）に形成されている。したがって、蓋体１２と外縁部６１とが接触した状態で、隔壁６３、各供給用筒部６４、各伝熱用突起６５、各固定用筒部６６は蓋体１２の下面にそれぞれ接触した状態となる。

【0039】

隔壁６３は、第２拡散室用凹部６０ｂの中央部に設けられ、第２拡散室５４と中央供給室５５とを区画する。隔壁６３の内側には、供給室用凹部６３ａが形成されている。供給室用凹部６３ａは、拡散室用部材６０が蓋体１２に固定されることに伴って、中央供給室５５を形成する。

【0040】

この隔壁６３は、平面視で、曲率半径が大きい丸角を有する略方形状に形成されている。隔壁６３の上面には、周方向に沿って蓋体１２に対して螺合するための複数のネジ孔６３２が設けられている。供給室用凹部６３ａを構成する底部６２には、中央供給室５５のクリーニングガスを鉛直方向下側に流通させる複数の中央孔部６２１が設けられている。各中央孔部６２１は、例えば、マトリックス状に配列されている。

【0041】

さらに、隔壁６３は、第２拡散室用凹部６０ｂと供給室用凹部６３ａとを連通する複数の横孔部６３１を有する。各横孔部６３１は、水平方向に延在し、また各中央孔部６２１の流路断面積よりも小さな流路断面積に設定されている。各横孔部６３１は、第２拡散室用凹部６０ｂから供給室用凹部６３ａに向かって反応ガスが移動することを許容する。

【0042】

各供給用筒部６４は、蓋体１２を通して供給される原料ガスを第１拡散室５３に流通させる。各供給用筒部６４は、その内側に軸方向（鉛直方向）に沿って延在する供給孔部６４１を有している。各供給孔部６４１は、拡散室用部材６０の底部６２を貫通して第１拡散室５３に連通している。各供給孔部６４１は、例えば、上記の各中央孔部６２１よりも大きな直径（または同径）に形成されている。

【0043】

各伝熱用突起６５は、蓋体１２に接触することで、蓋体１２の熱を底部６２および吐出用部材７０に伝達する。すなわち、蓋体１２は、制御装置９０の制御下に温度が調整される図示しない温調部を有しており、処理容器１０に供給される原料ガス、反応ガス等の温度を調整可能に構成されている。各伝熱用突起６５は、熱伝導率が高い材料により形成され、円柱形状を呈している。なお、各伝熱用突起６５は、外縁部６１や底部６２と同じ材料により一体成形されたものでもよい。各伝熱用突起６５は、温調された蓋体１２に接触していることで、蓋体１２の温度をスムーズに伝達できる。

【0044】

各固定用筒部６６は、拡散室用部材６０を蓋体１２にネジ止めするための構造部であり、その内側にネジ穴６６１を有する。各固定用筒部６６は、第２拡散室用凹部６０ｂ内の水平方向に分散して配置される。これにより、拡散室用部材６０は、蓋体１２に対して面方向（水平方向）に略均一な締結力で固定されるようになり、気密性や伝熱性を一層向上させることができる。

【0045】

そして、拡散室用部材６０は、外縁部６１と隔壁６３との間の底部６２に、第２拡散室５４（第２拡散室用凹部６０ｂ）に供給された反応ガスを流出させる複数の連通孔部６２２を有する。各連通孔部６２２は、各供給用筒部６４、各伝熱用突起６５、各固定用筒部６６の間に配置され、各供給用筒部６４、各伝熱用突起６５および各固定用筒部６６の合計数よりも多く設けられている。また、各連通孔部６２２の直径は、中央孔部６２１の直径よりも小さく形成されている。このように、各連通孔部６２２が多数かつ小径に形成されていることで、第２拡散室５４内において反応ガスを充分に拡散しながら各連通孔部６２２から反応ガスを流出できる。

【0046】

図３に示すように、拡散室用部材６０は、鉛直方向下側の面に、第１拡散室用凹部６０ａを有する。第１拡散室用凹部６０ａは、拡散室用部材６０が吐出用部材７０に固定（密閉）されることに伴って、第１拡散室５３を形成する。第１拡散室用凹部６０ａは、環状に周回する拡散室用部材６０の外縁部６７と、上記した底部６２とによって構成される。外縁部６７の下面（突出端面）は、吐出用部材７０に面接触可能な平坦状に形成されている。なお、図示は省略するが、外縁部６７にも、周方向に沿って吐出用部材７０に対して螺合するための複数のネジ孔が設けられている。また、外縁部６７と吐出用部材７０との間には、図示しないシール部材が配置され、シール部材を挟み込むことで気密性を高めてもよい。あるいは、拡散室用部材６０と吐出用部材７０とは、溶着等の連結手段によって一体化されてもよい。

【0047】

そして、拡散室用部材６０は、第１拡散室用凹部６０ａ内の底部６２に、複数の通過用筒部６８を備える。各通過用筒部６８は、底部６２から外縁部６７の下面と同じ高さで（相互に同じ高さで）起立している。したがって、吐出用部材７０と外縁部６７とが接触した状態で、各通過用筒部６８は、吐出用部材７０の上面にそれぞれ接触した状態となる。

【0048】

各通過用筒部６８は、第１拡散室５３に対して隔離されており、第２拡散室５４の反応ガスを吐出用部材７０に導く構造部である。各通過用筒部６８は、第１拡散室用凹部６０ａ内において、相互に一定の間隔を開けて配置されている。第１拡散室用凹部６０ａに流入した原料ガスは、各通過用筒部６８の周囲に広がるように拡散する。各通過用筒部６８は、例えば、第１方向に複数並ぶと共に、この第１方向と直交する第２方向に複数並ぶマトリックス状に配列されている。なお、各通過用筒部６８の配置は、図示例に限定されず、任意に設計してよい。

【0049】

各通過用筒部６８は、その内側に上記した中央孔部６２１を有する筒部（以下、中央筒部６８１という）と、その内側に上記した連通孔部６２２を有する筒部（以下、流出用筒部６８２）とがある。

【0050】

中央筒部６８１は、第１拡散室用凹部６０ａの中央部に複数設けられており、ちょうど反対面側（鉛直方向上側）の供給室用凹部６３ａに重なる位置に配置されている。各中央筒部６８１の中央孔部６２１は、鉛直方向に貫通していることで、反対面側の供給室用凹部６３ａ（中央供給室５５）に連通している。また上記したように、各中央筒部６８１の中央孔部６２１の直径は、連通孔部６２２の直径よりも大きく形成されていることで、クリーニングガスをスムーズに流通可能としている。

【0051】

流出用筒部６８２は、各中央筒部６８１の周囲に複数設けられており、ちょうど反対面側の第２拡散室用凹部６０ｂに重なる位置に配置されている。各流出用筒部６８２の連通孔部６２２は、鉛直方向に貫通していることで、反対面側の第２拡散室用凹部６０ｂ（第２拡散室５４）に連通している。

【0052】

第１拡散室用凹部６０ａの底部には、第２拡散室用凹部６０ｂの各供給用筒部６４の供給孔部６４１が連通している。各供給孔部６４１は、各供給用筒部６４の配置に応じて、各中央筒部６８１の近くにそれぞれ設けられている。第１拡散室用凹部６０ａは、各供給孔部６４１から流入した原料ガスを水平方向に拡散することで、吐出用部材７０を介して原料ガスを均等に流出させることができる。

【0053】

図１に戻り、シャワーヘッド５０の吐出用部材７０は、拡散室用部材６０よりも薄い円盤状に形成されている。吐出用部材７０は、拡散室用部材６０に密接する接合面を上面に備えると共に、処理容器１０内でサセプタ２１の載置面２１ｓに対向する下面を備える。この下面は、ガスを吐出する吐出面７０ｓとなっている。

【0054】

吐出用部材７０の吐出面７０ｓは、原料ガスを吐出する複数の第１吐出口７１と、反応ガスを吐出する複数の第２吐出口７３と、クリーニングガスを吐出する複数の第３吐出口７５と、を備える。

【0055】

各第１吐出口７１は、吐出用部材７０の内部を厚み方向に延在する各第１路７２にそれぞれ連通している。各第１路７２は、吐出用部材７０の上面において、拡散室用部材６０と吐出用部材７０との間に形成された第１拡散室５３に連通している。各第１路７２は、第１拡散室５３の各通過用筒部６８同士の間（例えば、マトリックス状に配列され相互に隣接し合う各通過用筒部６８の中間位置）に配置される。これにより、各第１路７２もマトリックス状に配列される。各第１路７２は、第１拡散室５３に供給された原料ガスを通過させることで、各第１吐出口７１から原料ガスを吐出する。

【0056】

各第２吐出口７３は、吐出用部材７０の内部を厚み方向に延在する各第２路７４にそれぞれ連通している。各第２路７４は、吐出用部材７０の上面において、複数の流出用筒部６８２（通過用筒部６８の一部）の連通孔部６２２に連通している。各第２路７４は、各流出用筒部６８２の配列に応じてマトリックス状に配列される。各第２路７４の直径は、各連通孔部６２２の直径よりも小さく設定されている。これにより、拡散室用部材６０と吐出用部材７０と組み付けにおいて、各連通孔部６２２と各第２路７４とを安定して連通させることができる。連通孔部６２２および各第２路７４は、第２拡散室５４に供給された反応ガスを通過させることで、各第２吐出口７３から反応ガスを吐出する。

【0057】

各第３吐出口７５は、吐出用部材７０の内部を厚み方向に延在する各第３路７６にそれぞれ連通している。各第３路７６は、吐出用部材７０の上面において、複数の中央筒部６８１（通過用筒部６８の一部）の中央孔部６２１に連通している。各第３路７６は、各中央筒部６８１の配列に応じてマトリックス状に配列される。各第３路７６の直径は、各中央孔部６２１直径以下に設定されている。これにより、拡散室用部材６０と吐出用部材７０と組み付けにおいて、各中央孔部６２１と各第３路７６とを安定して連通させることができる。ただし、第３路７６の直径は、第１路７２の直径や第２路７４の直径よりも大きくてよい。これにより、中央孔部６２１および各第３路７６は、中央供給室５５のラジカル化したクリーニングガスを失活させずに通過させることができる。

【0058】

また、シャワーヘッド５０の導入構造体５２は、蓋体１２の上面において原料ガスおよび反応ガスを複数箇所に分配する機能を有している。蓋体１２は、メイン構造体５１の各供給用筒部６４の供給孔部６４１に連通する複数の第１蓋体側流路１２ａ、および第２拡散室５４に連通する複数の第２蓋体側流路１２ｂを備えている。各第１蓋体側流路１２ａは、蓋体１２の中央部の導入管３３６の近傍位置に設けられ、各第２蓋体側流路１２ｂは、各第１蓋体側流路１２ａよりも径方向外側の位置に設けられる。

【0059】

導入構造体５２は、各第１蓋体側流路１２ａに原料ガスを供給し、各第２蓋体側流路１２ｂに反応ガスを供給する。次に、導入構造体５２の構成について図４を参照しながら説明する。図４は、蓋体１２および導入構造体５２を示す斜視図である。

【0060】

導入構造体５２は、蓋体１２の中央部に設けられたクリーニングガスの導入管３３６の周囲を囲うように固定される。導入構造体５２は、蓋体１２上において平面視で略方形状に形成された中央部位８０と、この中央部位８０に連なり径方向外側に向かって延在する接続部位８１とを有している。

【0061】

導入構造体５２は、接続部位８１の延在端部に原料ガスの導入ポート８２および反応ガスの導入ポート８３を備えている。原料ガスの導入ポート８２には、ガス供給部３０の原料ガス供給経路３１１（図１参照）の配管が接続される。反応ガスの導入ポート８３には、ガス供給部３０の反応ガス供給経路３２１（図１参照）の配管が接続される。導入構造体５２の中央部位８０および接続部位８１の内部には、導入ポート８２に連通して原料ガスが流通する第１流路８４と、導入ポート８３に連通して反応ガスが流通する第２流路８５とが設けられている。

【0062】

第１流路８４は、接続部位８１内を延在する第１統合流路８４１を有する。また、第１流路８４は、中央部位８０において第１統合流路８４１から２つに分岐する第１分岐流路８４２を有する。第１流路８４は、各第１分岐流路８４２が導入管３３６を回り込むように延在させており、導入管３３６の近くにおいてさらに２つに分岐する第１詳細分岐流路８４３を有する。２つの第１分岐流路８４２は、互いに同じ流路形状（長さおよび流路断面積を含む）に形成され、また４つの第１詳細分岐流路８４３も、互いに同じ流路形状（長さおよび流路断面積を含む）に形成される。これにより、第１流路８４は、導入管３３６の周囲において４つの導入ラインに均等に原料ガスを分散して、蓋体１２内の４つの第１蓋体側流路１２ａに原料ガスを均等に導入できる。

【0063】

同様に、第２流路８５は、接続部位８１内を延在する第２統合流路８５１を有する。また、第２流路８５は、中央部位８０において第２統合流路８５１から２つに分岐する第２分岐流路８５２を有する。第２流路８５は、各第２分岐流路８５２が導入管３３６を回り込むように延在させており、導入管３３６の近くかつ第１詳細分岐流路８４３よりも径方向外側において、さらに２つに分岐する第２詳細分岐流路８５３を有する。２つの第２分岐流路８５２は、互いに同じ流路形状（長さおよび流路断面積を含む）に形成され、また４つの第２詳細分岐流路８５３も、互いに同じ流路形状（長さおよび流路断面積を含む）に形成される。これにより、第２流路８５も、導入管３３６の周囲において４つの導入ラインに均等に原料ガスを分散して、蓋体１２内の４つの第２蓋体側流路１２ｂに原料ガスを均等に導入できる。

【0064】

本実施形態に係る基板処理装置１は、基本的には以上のように構成され、以下その動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、基板処理方法の処理フローを示すフローチャートである。

【0065】

基板処理装置１は、制御装置９０の制御下に、処理容器１０において搬送位置に配置したサセプタ２１に基板Ｗを搬送する。その後、制御装置９０は、サセプタ２１を上昇させて処理位置に配置した後に、基板Ｗを成膜する成膜方法（基板処理方法）を実施する。

【0066】

基板処理方法において、制御装置９０は、図５に示すステップＳ１～Ｓ５を実行する。まず、制御装置９０は、ガス供給部３０を制御して処理容器１０内に原料ガスを供給する原料ガス供給ステップ（ステップＳ１）を行う。なお原料ガス供給ステップにおいて、制御装置９０は、ガス排気部４０により処理容器１０内の排気ガスを排出することで、処理容器１０内の圧力を調整する。また原料ガス供給ステップにおいて、制御装置９０は、基板支持部２０によりサセプタ２１を回転させる、処理容器１０の温度やサセプタ２１の温度を目標温度に調整する等の処理を合わせて行う。これら排気制御や回転制御、温調制御は、ステップＳ２以降でも同様に行われる。

【0067】

制御装置９０は、原料ガス供給部３１のバルブ３１３を開放して原料ガス源３１２の原料ガスを原料ガス供給経路３１１に流出させ、流量調整器３１４で流量を調整しながらシャワーヘッド５０の導入構造体５２に原料ガスを流入させる。導入構造体５２において、原料ガスは、第１流路８４内を分岐しながら通過して、蓋体１２の内部（各第１蓋体側流路１２ａ）に流入する。

【0068】

図６（Ａ）は、原料ガス供給ステップにおけるシャワーヘッド５０のメイン構造体５１におけるガスの流れを示す拡大断面図である。図６（Ａ）に示すように、原料ガスは、蓋体１２の各第１蓋体側流路１２ａからメイン構造体５１の各供給用筒部６４の供給孔部６４１に流入する。各供給用筒部６４は、蓋体１２に対して気密に接触していることで、第２拡散室５４と隔離されており、原料ガスが第２拡散室５４に漏出することを防止できる。そして、原料ガスは、各供給孔部６４１を通して、拡散室用部材６０と吐出用部材７０との間に形成されている第１拡散室５３に流入する。

【0069】

第１拡散室５３において、原料ガスは、複数の通過用筒部６８の間を流れて水平方向に拡散する。原料ガスは、第１拡散室５３に連通している吐出用部材７０の各第１路７２に流入すると、各第１路７２を通して吐出面７０ｓの各第１吐出口７１から処理空間ＰＳ内に吐出される。シャワーヘッド５０は、上記のように原料ガスを流通させることによって、吐出面７０ｓの各第１吐出口７１から均等に原料ガスを吐出できる。その結果、処理空間ＰＳに吐出された原料ガスは、シャワーヘッド５０の鉛直方向下側に配置されている基板Ｗの全面に対して均一に供給され、基板Ｗの表面に吸着されるようになる。制御装置９０は、予め設定された期間にわたって原料ガス供給ステップを行うと、この原料ガス供給ステップを終了する。

【0070】

図５に戻り、制御装置９０は、次にガス供給部３０を制御して処理容器１０内に反応ガスを供給する反応ガス供給ステップ（ステップＳ２）を行う。制御装置９０は、反応ガス供給部３２のバルブ３２３を開放して反応ガス源３２２の反応ガスを反応ガス供給経路３２１に流出させ、流量調整器３２４で流量を調整しながらシャワーヘッド５０の導入構造体５２に反応ガスを流入させる。導入構造体５２において、反応ガスは、第２流路８５内を分岐しながら通過して蓋体１２の内部（各第２蓋体側流路１２ｂ）に流入する。

【0071】

図６（Ｂ）は、反応ガス供給ステップにおけるシャワーヘッド５０のメイン構造体５１におけるガスの流れを示す拡大断面図である。図６（Ｂ）に示すように、反応ガスは、蓋体１２の各第２蓋体側流路１２ｂから蓋体１２と拡散室用部材６０との間の第２拡散室５４に流入する。第２拡散室５４において、反応ガスは、各供給用筒部６４、各伝熱用突起６５、各固定用筒部６６の間を流れて水平方向に拡散する。そして、反応ガスは、第２拡散室５４に連通している各連通孔部６２２に流入する。

【0072】

各連通孔部６２２に流入した反応ガスは、第２拡散室５４側において各通過用筒部６８（各流出用筒部６８２）内を通過する。各流出用筒部６８２は、吐出用部材７０に対して気密に接触していることで、第１拡散室５３と隔離されており、反応ガスが第１拡散室５３に漏出することを防止できる。反応ガスは、各第２路７４を通して吐出面７０ｓの各第２吐出口７３から処理空間ＰＳ内に吐出される。

【0073】

また、第２拡散室５４において拡散した反応ガスの一部は、隔壁６３の各横孔部６３１を通過して中央供給室５５にも移動する。中央供給室５５に移動した反応ガスは、さらに各中央孔部６２１に流入し、第２拡散室５４側において各通過用筒部６８（各中央筒部６８１）内を通過する。各中央筒部６８１も、吐出用部材７０に対して気密に接触していることで、第１拡散室５３と隔離されており、反応ガスが第１拡散室５３に漏出することを防止できる。そして、反応ガスは、各第３路７６を通して吐出面７０ｓの各第３吐出口７５から処理空間ＰＳ内に吐出される。

【0074】

このようにシャワーヘッド５０は、吐出面７０ｓの各第２吐出口７３および各第３吐出口７５から反応ガスを吐出することで、鉛直方向下側に配置されている基板Ｗの全面に対して反応ガスを均一に供給できる。この反応ガスは、基板Ｗに吸着している原料ガスと反応することで、原料ガスを適切に改質することが可能となる。制御装置９０は、予め設定された期間にわたって反応ガス供給ステップを行うと、この反応ガス供給ステップを終了する。

【0075】

図５に戻り、制御装置９０は、反応ガス供給ステップの後、基板処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ３）を行う。例えば、制御装置９０は、基板処理（原料ガス供給ステップおよび反応ガス供給ステップ）の回数をカウントし、レシピに応じた回数だけ基板処理を実施したか否かを判定する。そして、基板処理を継続する場合（ステップＳ３：ＮＯ）には、ステップＳ１に戻り以下同様の処理を繰り返す。一方、基板処理を終了する場合（ステップＳ３：ＮＯ）には、ステップＳ４に進む。

【0076】

ステップＳ４において、制御装置９０は、処理容器１０内のクリーニング処理を実施するか否かを判定する。例えば、制御装置９０は、クリーニング処理を行うための基板処理の期間閾値を予め保有しており、基板処理のトータルの実施期間が期間閾値に達した場合にクリーニング処理の実施を判定する。制御装置９０は、クリーニング処理を実施する場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）には、ステップＳ５に進む一方で、クリーニング処理を実施しない場合（ステップＳ４：ＮＯ）には、ステップＳ５を飛ばして処理を終了する。

【0077】

ステップＳ５のクリーニング処理において、制御装置９０は、クリーニングガス供給部３３のバルブ３３３を開放してクリーニングガス源３３２のクリーニングガスをクリーニングガス供給経路３３１に流出させ、流量調整器３３４で流量を調整しながらリモートプラズマ装置３３５に流入させる。リモートプラズマ装置３３５は、制御装置９０の制御下にプラズマを発生させて、クリーニングガスをラジカル化させる。ラジカル化したクリーニングガスは、リモートプラズマ装置３３５の下流の導入管３３６を介して蓋体１２内に流通し、シャワーヘッド５０の中央供給室５５に流入する。

【0078】

図７は、クリーニング処理におけるメイン構造体５１のガスの流れを示す拡大断面図である。図７に示すように、中央供給室５５に流入したクリーニングガスは、中央供給室５５を鉛直方向下側に移動して各中央孔部６２１に流入し、各通過用筒部６８（各中央筒部６８１）内を通過する。そして、クリーニングガスは、各第３路７６を通して吐出面７０ｓの各第３吐出口７５から処理空間ＰＳ内に吐出される。

【0079】

ラジカル化したクリーニングガスは、シャワーヘッド５０を直線状に流通して、吐出面７０ｓの中央部から吐出される。この際、中央供給室５５、中央孔部６２１および第３路７６は、クリーニングガスのラジカルの失活を大幅に抑制して、ラジカル化したクリーニングガスを処理空間ＰＳに導く。ラジカル化したクリーニングガスは、処理空間ＰＳの中央部から径方向に拡散する。処理容器１０では原料ガスや反応ガスの残渣が中央部に多く存在しており、ラジカル化したクリーニングガスを中央部に供給することで、この部分を効果的にクリーニングできる。特に、各中央孔部６２１は、各連通孔部６２２よりも大きな直径に形成されており、クリーニングガスがシャワーヘッド５０に接触してラジカルが失活する機会を少なくすることができる。

【0080】

また、クリーニングガスが中央供給室５５に供給される際に、反応ガス供給経路３２１のバルブ３２３の閉塞に伴い、第２拡散室５４に反応ガスが停滞していることで、各横孔部６３１からのクリーニングガスの流入が抑制される。仮に、クリーニングガスが第２拡散室５４に流入したとしても、その量は僅かになり、またラジカルは失活することになる。なお、クリーニング処理において、制御装置９０は、第２拡散室５４にパージガス等を供給することで、第２拡散室５４の内圧を中央供給室５５の内圧以上に調整してもよい。これにより、第２拡散室５４に対するクリーニングガスの流入を阻止できる。

【0081】

以上のように、基板処理装置１は、原料ガスおよび反応ガスを均等に供給することにより、基板Ｗに成膜する膜の膜厚分布を改善することができる。また、基板処理装置１は、第１拡散室５３および第２拡散室５４を分離していることで、第１拡散室５３からの原料ガスの吐出や第２拡散室５４からの反応ガスの吐出に勢いをつけることができ、逆拡散を防いで、原料ガスや反応ガスの残渣をなくすことが可能となる。さらに、基板処理装置１は、ラジカル化したクリーニングガスを殆ど失活せずに処理空間ＰＳに供給できるので、クリーニング時間を短くすることが可能となる。

【0082】

なお、基板処理装置１、シャワーヘッド５０および基板処理方法は、以上の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、上記の実施形態では第１拡散室５３に原料ガスを供給する一方で、第２拡散室５４に反応ガスを供給する構成としたが、シャワーヘッド５０は、ガスの供給先は逆であってもよい。つまり、基板処理装置１は、第１拡散室５３に反応ガスを供給する一方、第２拡散室５４に原料ガスを供給してもよい。

【0083】

また例えば、シャワーヘッド５０は、吐出面７０ｓの中央部に１つの大きな開口（第３吐出口７５）を備え、中央供給室５５からこの開口に直接（複数の孔部を介さずに）クリーニングガスを供給してもよい。

【0084】

以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。

【0085】

本開示の第１の態様に係るシャワーヘッド５０は、構造体（メイン構造体５１）と、構造体の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がり、第１ガス（原料ガス）を拡散する第１拡散室５３と、構造体の内部において厚み方向に第１拡散室５３と隣接しかつ当該第１拡散室５３から独立して設けられ、第２ガス（反応ガス）を拡散する第２拡散室５４と、第１拡散室５３に配置され、第２拡散室５４に連通する連通孔部６２２を内側に有する複数の筒部（流出用筒部６８２）と、構造体の吐出面７０ｓに設けられ、第１拡散室５３に連通して第１ガスを吐出する複数の第１吐出口７１と、吐出面７０ｓにおいて第１吐出口７１と異なる位置に設けられ、複数の筒部の連通孔部６２２に連通して第２ガスを吐出する複数の第２吐出口７３と、構造体の厚み方向と直交する方向の中央部において、第１拡散室５３および第２拡散室５４とは別に設けられ、ラジカル化した第３ガス（クリーニングガス）を流通させる中央供給室５５と、吐出面７０ｓの中央部に設けられ、中央供給室５５に連通して第３ガスを吐出する１以上の第３吐出口７５と、を含む。

【0086】

上記によれば、シャワーヘッド５０は、ラジカル化した第３ガス（クリーニングガス）を中央部からスムーズに吐出することができ、ラジカルの失活を抑制できる。これにより、シャワーヘッド５０は、ラジカル化した第３ガスを対象に安定して供給できる。例えば、ラジカル化した第３ガスを用いて処理容器１０内のクリーニング処理を行う場合に、ラジカル化した第３ガスが処理容器１０内の残渣を良好に除去し、当該クリーニング処理を効率的に実施できる。

【0087】

また、構造体（メイン構造体５１）は、第２拡散室５４に隣接する位置に中央供給室５５を配置しており、当該第２拡散室５４と当該中央供給室５５を隔てる隔壁６３を有する。これにより、シャワーヘッド５０は、第１拡散室５３、第２拡散室５４および中央供給室５５を適切に区分けした構造となり、第２ガスおよび第３ガスを安定して供給できる。

【0088】

また、隔壁６３は、第２拡散室５４と中央供給室５５を連通する１以上の横孔部６３１を有する。これにより、シャワーヘッド５０は、第２拡散室５４と中央供給室を連通することができ、第２拡散室５４の第２ガスを中央供給室に流通させて、第３吐出口７５から第２ガスを吐出できる。その結果、基板処理の面内均一性を高めることができる。

【0089】

また、中央供給室５５は、第１拡散室５３に配置される複数の中央筒部６８１の中央孔部６２１に連通し、複数の中央筒部６８１の中央孔部６２１の直径は、複数の筒部（流出用筒部６８２）の連通孔部６２２の直径よりも大きい。これにより、シャワーヘッド５０は、ラジカル化した第３ガスが中央孔部６２１において失活することを抑制して、第３吐出口７５から吐出することが可能となる。

【0090】

また、構造体（メイン構造体５１）は、第１ガス、第２ガスおよび第３ガスが通過する部材（蓋体１２）に固定される拡散室用部材６０と、拡散室用部材６０に固定され、吐出面７０ｓを有する吐出用部材７０と、を積層して構成される。これにより、シャワーヘッド５０は、構造体の内部に、第１拡散室５３、第２拡散室５４および中央供給室５５を簡単に形成できるようになる。

【0091】

また、拡散室用部材６０は、第１拡散室５３を形成する第１拡散室用凹部６０ａを一方面に有すると共に、第２拡散室５４を形成する第２拡散室用凹部６０ｂを他方面に有する。これにより、シャワーヘッド５０は、蓋体１２、拡散室用部材６０および吐出用部材７０を積層することで、各拡散室を簡単に形成できる。

【0092】

また、拡散室用部材６０は、吐出用部材７０に対向する面に第１拡散室用凹部６０ａを有し、第１ガス、第２ガスおよび第３ガスが通過する部材（蓋体１２）に対向する面に第２拡散室用凹部６０ｂを有する。これにより、シャワーヘッド５０は、拡散室用部材６０と吐出用部材７０の組み付けに伴い、吐出用部材７０寄りに第１拡散室５３を有し離れた位置に第２拡散室５４を有する構成を形成できる。

【0093】

また、拡散室用部材６０は、複数の筒部（流出用筒部６８２）を第１拡散室用凹部６０ａに有する一方で、第１拡散室５３に連通して第１ガスを当該第１拡散室５３に供給する供給孔部６４１を有する複数の供給用筒部６４を第２拡散室用凹部６０ｂに有する。これにより、シャワーヘッド５０は、第１拡散室５３に第１ガスを円滑に供給できると共に、第２拡散室５４に第２ガスを円滑に供給できる。

【0094】

また、構造体（メイン構造体５１）は、第１拡散室５３と当該第２拡散室５４とを隔てる底部６２に熱を伝達する複数の伝熱用突起６５を有する。これにより、シャワーヘッド５０は、吐出面７０ｓ側の温度を効果的に調整可能となり、例えば、基板処理やクリーニング処理における面内均一性を高めることができる。

【0095】

また、本開示の第２の態様は、基板Ｗを処理する処理容器１０と、処理容器１０に複数種類のガスを供給するガス供給部３０と、ガス供給部３０に接続され、複数種類のガスの各々を処理容器１０の内部に吐出可能なシャワーヘッド５０と、を含む基板処理装置１であって、シャワーヘッド５０は、構造体（メイン構造体５１）と、構造体の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がり、第１ガス（原料ガス）を拡散する第１拡散室５３と、構造体の内部において厚み方向に第１拡散室５３と隣接しかつ当該第１拡散室５３から独立して設けられ、第２ガス（反応ガス）を拡散する第２拡散室５４と、第１拡散室５３に配置され、第２拡散室５４に連通する連通孔部６２２を内側に有する複数の筒部（流出用筒部６８２）と、構造体の吐出面７０ｓに設けられ、第１拡散室５３に連通して第１ガスを吐出する複数の第１吐出口７１と、吐出面７０ｓにおいて第１吐出口７１と異なる位置に設けられ、複数の筒部の連通孔部６２２に連通して第２ガスを吐出する複数の第２吐出口７３と、構造体の厚み方向と直交する方向の中央部において、第１拡散室５３および第２拡散室５４とは別に設けられ、ラジカル化した第３ガス（クリーニングガス）を流通させる中央供給室５５と、吐出面７０ｓの中央部に設けられ、中央供給室５５に連通して第３ガスを吐出する１以上の第３吐出口７５と、を含む。

【0096】

また、本開示の第３の態様は、基板Ｗを処理する処理容器１０と、処理容器１０に複数種類のガスを供給するガス供給部３０と、ガス供給部３０に接続され、複数種類のガスの各々を処理容器１０の内部に吐出可能なシャワーヘッド５０と、を含む基板処理装置１の基板処理方法であって、シャワーヘッド５０の構造体（メイン）の内部において当該構造体の厚み方向と直交する方向に広がる第１拡散室５３において第１ガスを拡散し、構造体の吐出面７０ｓに設けられ第１拡散室５３に連通する複数の第１吐出口７１から第１ガスを吐出する工程と、構造体の内部において厚み方向に第１拡散室５３と隣接しかつ当該第１拡散室５３から独立して設けられた第２拡散室５４において第２ガスを拡散し、第１拡散室５３に配置された複数の筒部（流出用筒部６８２）の連通孔部６２２を介して、吐出面７０ｓにおいて第１吐出口７１と異なる位置に設けられ連通孔部６２２に連通する複数の第２吐出口７３から第２ガスを吐出する工程と、構造体の厚み方向と直交する方向の中央部において、第１拡散室５３および第２拡散室５４とは別に設けられた中央供給室５５において、ラジカル化した第３ガスを流通させ、吐出面７０ｓの中央部に設けられ中央供給室５５に連通する１以上の第３吐出口７５から第３ガスを吐出する工程と、を有する。これら第２の態様および第３の態様でも、ラジカル化した第３ガスの失活を抑制することができる。

【0097】

今回開示された実施形態に係るシャワーヘッド５０、基板処理装置１および基板処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0098】

本開示の基板処理装置１は、Chemical Vapor Deposition（CVD）装置、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【符号の説明】

【0099】

１ 基板処理装置
１０ 処理容器
３０ ガス供給部
５０ シャワーヘッド
５１ メイン構造体
５３ 第１拡散室
５４ 第２拡散室
５５ 中央供給室
６２２ 連通孔部
６８２ 流出用筒部
７０ｓ 吐出面
７１ 第１吐出口
７３ 第２吐出口
７５ 第３吐出口
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】