JP2017228726A - ガス処理装置、ガス処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のガスを混合して基板に供給して処理を行うにあたり、この混合を確実性高く行うことができる技術を提供すること。【解決手段】上流側に第１のガスが供給され、下流側が分岐して複数の第１の分岐路５３をなす第１のガス流路５１と、上流側に第２のガスが供給され、下流側が分岐して複数の第２の分岐路５４をなす第２のガス流路５２と、前記複数の第１の分岐路５３の各下流端が周方向の互いに離れた第１の位置に、前記複数の第２の分岐路５４の各下流端が周方向の互いに離れた第２の位置に夫々接続されると共に排出路５６が接続され、前記第１の分岐路５３及び第２の分岐路５４から前記排出路５６へ流れる前記第１のガスと前記第２のガスとを混合して混合ガスを生成するための環状の混合室５５と、を備えるように装置を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のガスを混合して生成した混合ガスを基板に供給して当該基板を処理する技術に関する。
半導体装置の製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して様々なガス処理が行われる。このガス処理は、複数のガスを混合し、混合したガスをウエハに供給することで行われる場合が有る。その場合、上流側から複数のガスが各々供給され、これらの各ガスが流通中に混合されるようにするための各ガスに共通のガス流路が処理装置に設けられる。
ところが、上記の共通のガス流路において十分に各ガスが混合されず、当該共通のガス流路の下流側においても各ガスの濃度分布が偏る場合がある。その結果として、ウエハの各部において各ガスの濃度分布が異なり、ウエハの面内の各部の処理の均一性を十分に高くすることができないおそれが有る。
上記の濃度分布の偏りを抑制することができる特定の各ガスの流量比を検出し、その検出した特定の流量比でウエハに処理を行うことが考えられる。しかし、ウエハの処理の自由度を高くするためには、そのような特定の流量比に限られず、広範囲な流量比の設定を可能にすることが求められる。また、例えば各ガスが旋回流を形成して効率良く混合されるように共通のガス流路に整流部材を設けることが考えられる。しかし、処理装置を設置可能なスペースは限られており、当該共通のガス流路の大きさも限られるため、そのような整流部材の設置を行うことができない場合が有ることが考えられる。
特許文献１には、ウエハに金属酸化物の薄膜を形成する成膜装置において記載されている。この成膜装置において、ガスシャワーヘッドの上方には縦長のガス混合部が設けられており、当該ガス混合部の上部側から各々供給された原料ガスと希釈ガスとが混合部内の空間を下降中に互いに混合され、さらにシャワーヘッド内に供給される酸化ガスとさらに混合される構成となっている。このような構成によれば、混合部の大きさを抑えつつ、各ガスの混合を行うことができるとされているが、より装置の大きさを抑えると共により確実に各ガスの混合を行うことができる技術が求められている。また、特許文献２には、マニホールドによって処理ガスを基板上に分散して供給する装置について記載されているが、上記の問題を解決する技術については開示されていない。
特開２００３−１３３３００号公報 特表２０１３−５４１１８２号公報
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、複数のガスを混合して基板に供給して処理を行うにあたり、この混合を確実性高く行うことができる技術を提供することである。
本発明のガス処理装置は、真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられ、基板が載置される載置部と、
第１のガス供給機構から上流側に第１のガスが供給され、下流側が分岐して複数の第１の分岐路をなす第１のガス流路と、
第２のガス供給機構から上流側に第２のガスが供給され、下流側が分岐して複数の第２の分岐路をなす第２のガス流路と、
前記複数の第１の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第１の位置に、前記複数の第２の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第２の位置に夫々接続されると共に排出路が接続され、前記第１の分岐路及び第２の分岐路から前記排出路へ流れる前記第１のガスと前記第２のガスとを混合して混合ガスを生成するための環状の混合室と、
前記排出路から供給される前記混合ガスを前記基板に吐出して当該基板を処理するためのガス吐出部と、
を備えたことを特徴とする。
本発明のガス処理方法は、真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられる載置部に基板を載置する工程と、
下流側が分岐して複数の第１の分岐路をなす第１のガス流路の上流側から第１のガスを供給する工程と、
下流側が分岐して複数の第２の分岐路をなす第２のガス流路の上流側から第２のガスを供給する工程と、
前記複数の第１の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第１の位置に、前記複数の第２の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第２の位置に夫々接続される環状の混合室に第１のガス及び第２のガスを供給し、第１の位置及び第２の位置から前記混合室に接続される排気路へ当該第１のガス及び第２のガスを流すことで、当該第１のガス及び第２のガスを混合して混合ガスを生成する工程と、
前記排出路から供給される前記混合ガスをガス吐出部から前記基板に吐出して、当該基板を処理する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、基板に対してガス処理を行うガス処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上記のガス処理方法を実施することを特徴とする。
本発明によれば、下流側が分岐して複数の第１の分岐路をなす第１のガス流路と、下流側が分岐して複数の第２の分岐路をなす第２のガス流路と、複数の第１の分岐路が周方向の互いに離れた位置に、複数の第２の分岐路が周方向の互いに離れた位置に夫々接続される環状の混合室とが設けられる。第１のガス流路から混合室の各位置に、第２のガス流路から混合室の各位置に夫々供給された第１のガス、第２のガスは、混合室が環状に形成されているので拡散する方向が限定されて、当該混合室に接続される排出路へと流れる。従って、混合室の各部で第１のガス及び第２のガスを確実性高く混合し、基板に供給して処理を行うことができる。
本発明に係るエッチング装置の縦断側面図である。 前記エッチング装置を構成する処理容器の天井部の斜視図である。 前記エッチング装置に設けられるガス流路の斜視図である。 前記ガス流路の上側の上面図である。 前記ガス流路の一部の上面図である。 処理容器内への各ガスの給断を示すタイムチャートである。 前記ガス流路において各ガスが流れる様子を示す模式図である。 前記ガス流路において各ガスが流れる様子を示す模式図である。 前記ガス流路の他の構成例を示す平面図である。 比較試験で用いたエッチング装置に設けられるガス流路の斜視図である。 比較試験の結果を示すウエハの平面図である。 比較試験の結果を示すウエハの平面図である。 比較試験の結果を示すウエハの平面図である。
本発明のガス処理装置の一実施形態であるエッチング装置１について、図１の縦断側面図を参照して説明する。このエッチング装置１は、ウエハＷを格納して処理を行う真空容器である処理容器１１を備えており、処理ガスとしてＨＦ（フッ化水素）ガス及びＮＨ３（アンモニア）ガスを供給し、当該ウエハＷの表面に形成されたＳｉＯ２膜をエッチングする。このエッチングはＡＬＥ（Atomic Layer Etching）と呼ばれる手法によって行われる。
このＡＬＥは、各処理ガスを交互に繰り返し処理容器１１内に供給し、先に供給されてウエハＷの表面に吸着した処理ガスと、後から供給された処理ガスと、ウエハＷの表面とを化学反応させてエッチングする手法である。また、処理ガスを供給した後、次に処理ガスを供給するまでに処理容器１１内にパージガスを供給して、処理容器１１内に残留する処理ガスを除去（パージ）する。従って、ＨＦガスの供給、ＨＦガスのパージ、ＮＨ３ガスの供給、ＮＨ３ガスのパージをこの順に行うことを１つのサイクルとすると、このサイクルが繰り返し行われてウエハＷが処理される。
上記の処理容器１１は概ね扁平な円形に構成され、当該処理容器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、この排気ダクト１４には、例えば圧力調整用のバルブ及び真空ポンプにより構成される排気部１６が接続されている。処理容器１１内の圧力が所望の真空圧力となるように、排気部１６によって排気が行われる。
処理容器１１内にはウエハＷを水平に載置する円形の載置台２１が設けられている。この載置台２１の内部にはウエハＷを加熱するためのヒーター２２が埋設されている。図中２３は、載置台２１の外周を覆うように起立した状態で当該載置台２１に設けられる円筒型のカバー部材である。このカバー部材２３は、縦断面で見ると上端部が内側に屈曲するように形成されることで、載置台２１の上面の周縁部も被覆しており、このカバー部材２３に囲まれる領域がウエハＷの載置領域となる。
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２４の上端が接続されており、この支持部材２４の下端は昇降機構２５に接続されている。この昇降機構２５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。
図中２６は支持部材２４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２７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２６に夫々接続され、処理容器１１内の気密性を担保する。図中２８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２９は支持ピン２８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１７を介して支持ピン２８が昇降して、載置台２１の上面を突没し、載置台２１と搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
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支持板３１が設けられている。支持板３１の下面側の中央部には天板部材３２が設けられており、これら支持板３１及び天板部材３２によって、処理容器１１の天井部が形成されている。また、天板部材３２の下面側の中央部には円形の凹部が形成されている。天板部材３２の下方には、当該天板部材３２の下面全体を覆うと共に載置台２１に対向するように、水平な板状のシャワーヘッド３３が設けられており、上記の天板部材３２の凹部は、後述するようにガス吐出部４１から供給されたガスが拡散する扁平な円形の拡散空間３４として構成される。
図２は、シャワーヘッド３３の一部を切り欠くことで上記の拡散空間３４を示す斜視図である。この図２も参照して説明を続ける。シャワーヘッド３３の下面の周縁は下方に突出して環状突起３５を形成し、処理位置における載置台２１のカバー部材２３に近接している。シャワーヘッド３３の下面において、環状突起３５の内側領域には、拡散空間３４に開口する多数のガス吐出口３６が分散して配設されている。なお図２では、一部のガス吐出口３６のみを表示している。このシャワーヘッド３３の下面は平坦面であり、載置台２１の上面に対向している。
天板部材３２の下面には、拡散空間３４に突出するように８個のガス吐出部４１が拡散空間３４の周方向に沿って等間隔に設けられている。このガス吐出部４１は円形に構成されており、ガス吐出部４１の側面には周方向に沿って間隔をおいて多数のガス供給口４２が開口している。このガス供給口４２は水平方向に穿孔されている。このガス吐出部４１の上部には図示しないガス導入口が形成されており、当該ガス導入口から導入された既述の各ガスが、ガス吐出部４１内に形成される流路を介してガス供給口４２から吐出される。このように拡散空間３４に吐出されたガスがシャワーヘッド３３のガス吐出口３６からウエハＷに供給される。シャワーヘッド３３における下面及び環状突起３５と、載置台２１の上面とによって囲まれた空間は、このエッチング処理が行われる処理空間３０をなす。
ところで、上記の支持板３１の中心部の上側にはガス導入ブロック３８が設けられている（図１参照）。ガス導入ブロック３８、支持板３１及び天板部材３２は、上記のガス吐出部４１にガスを導入するためのガス供給路５０を形成する。図３は、このガス供給路５０を示す斜視図であり、図４はこのガス供給路５０の上部側を示す上面図である。ガス供給路５０は、水平ガス流路５１、５２、分岐路５３、５４、第１のガス混合室５５、排出路５６、第２のガス混合室５７及びガス流路５８により構成されている。水平ガス流路５１、５２、分岐路５３、５４及び第１のガス混合室５５はガス導入ブロック３８に設けられ、排出路５６は支持板３１に設けられ、第２のガス混合室５７及びガス流路５８は天板部材３２に設けられている。
水平ガス流路５１、５２は互いに区画された流路であり、横方向に細長で、互いに並行するように形成されている。第１のガス流路をなす水平ガス流路５１の上流側にはガス供給管４３の下流端が接続されている。ガス供給管４３の上流側は分岐して分岐管４３Ａ、４３Ｂを形成し、分岐管４３Ａ、４３Ｂの上流側にはＮＨ３ガス供給源４４、Ｎ２（窒素）ガス供給源４５が夫々接続されている。また、第２のガス流路をなす水平ガス流路５２の上流側にはガス供給管４６の下流端が接続されている。ガス供給管４６の上流側は分岐して分岐管４６Ａ、４６Ｂを形成し、分岐管４６Ａ、４６Ｂの上流側にはＨＦガス供給源４７、Ｎ２ガス供給源４８が夫々接続されている。なお、分岐管４３Ｂ、４６Ｂに対して互いに異なるＮ２ガス供給源が接続されるように示しているが、分岐管４３Ｂ、４６Ｂに対して共通のＮ２ガス供給源が接続されていてもよい。
分岐管４３Ａ、４３Ｂ、４６Ａ、４６Ｂには、流量調整部４９、バルブが例えば上流側に向かってこの順に介設されている。流量調整部４９はマスフローコントローラにより構成され、各分岐管４３Ａ、４３Ｂ、４６Ａ、４６Ｂの下流側に供給されるガスの流量を調整する。また、分岐管４３Ａ、４３Ｂ、４６Ａ、４６Ｂに介設されるバルブを夫々Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４とする。これらのバルブＶ１〜Ｖ４は互いに独立して開閉される。バルブＶ１、Ｖ２の開閉によって水平ガス流路５１へのＮＨ３ガス、Ｎ２ガスの給断が夫々行われ、バルブＶ３、Ｖ４の開閉によって水平ガス流路５２へのＨＦガス、Ｎ２ガスの給断が夫々行われる。ＮＨ３ガス供給源４４及びＮ２ガス供給源４５から供給されるＮＨ３ガス及びＮ２ガスは第１のガスであり、ＮＨ３ガス供給源４４、Ｎ２ガス供給源４５、バルブＶ１、Ｖ２、及び分岐管４３Ａ、４３Ｂの各流量調整部４９により、第１のガス供給機構が構成される。ＨＦガス供給源４７及びＮ２ガス供給源４８から供給されるＨＦガス及びＮ２ガスは第２のガスであり、ＨＦガス供給源４７、Ｎ２ガス供給源４８、バルブＶ３、Ｖ４、及び分岐管４６Ａ、４６Ｂの各流量調整部４９により、第２のガス供給機構が構成される。
上記の不活性ガスであるＮ２ガスについて説明すると、このＮ２ガスはウエハＷの処理中は常時、水平ガス流路５１、５２に夫々並行して連続して供給される。このように供給されるＮ２ガスは、水平ガス流路５１、５２にＮＨ３ガス及びＨＦガスが供給されていないときには、処理空間３０に残留するＮＨ３ガスまたはＨＦガスを除去するパージガスとして作用し、水平ガス流路５１、５２に夫々ＮＨ３ガス、ＨＦガスが供給されるときには、これらＮＨ３ガス、ＨＦガスを処理空間３０に安定して導入するためのキャリアガスとして作用する。このようにＮ２ガスを水平ガス流路５１、５２に連続して供給することで、上記のＡＬＥの１つのサイクルに要する時間が長くなることを防ぐ。
従って、水平ガス流路５１、５２のうちの一方のガス流路に処理ガスであるＨＦガスまたはＮＨ３ガスが供給されているときに、他方のガス流路にはＮ２ガスが供給される。上記の拡散空間３４における処理ガスの濃度を均一にするために、ガス供給路５０における水平ガス流路５１、５２よりも下流のガス流路では、そのように水平ガス流路５１、５２から夫々供給されるガスを十分に混合して、上記の各ガス吐出部４１に導入することができるように構成されている。以下、この水平ガス流路５１、５２よりも下流側の構成を説明する。
水平ガス流路５１の下流端部、水平ガス流路５２の下流端部からは細長の分岐路５３、５４が夫々４つずつ斜め下方に伸び出している。なお、図示を明確にするために、図３、図４では水平ガス流路５１及び分岐路５３を比較的濃度が高いグレースケールで、水平ガス流路５２及び分岐路５４を比較的濃度が低いグレースケールで夫々表示している。
また、上記の第１のガス混合室５５は水平で扁平な円形のリング状に形成されており、分岐路５３、５４から供給されるガスが、当該第１のガス混合室５５において混合される。分岐路５３の下流端、分岐路５４の下流端は、この第１のガス混合室５５の上部に接続されている。この分岐路５３、５４が接続される位置について詳しく述べると、４つの分岐路５３は第１のガス混合室５５の周方向において互いに離れた位置に各々接続されており、４つの分岐路５４は第１のガス混合室５５の周方向において互いに離れた位置に各々接続されている。
そして、第１の分岐路である分岐路５３の下流端及び第２の分岐路である分岐路５４の下流端は、当該第１のガス混合室５５の直上で互いに合流して、第１のガス混合室５５に接続されている。つまり、第１のガス混合室５５において分岐路５３が接続される位置、分岐路５４が接続される位置を夫々第１の位置、第２の位置とすると、第１の位置及び第２の位置が互いに同じ位置となるように構成されており、第１のガス混合室５５の４箇所に分岐路５３、５４からガスが導入される。互いに同じ位置にガスを供給する分岐路５３、５４を分岐路の組として記載する場合が有る。この第１のガス混合室５５においてガスが混合される様子は、後に詳述する。
第１のガス混合室５５の下部の周方向に互いに離れた位置から、８つの細長の排出路５６が垂直下方に各々伸び出している。分岐路５３、５４から供給された各ガスは、第１のガス混合室５５を確実に周方向に流通することで混合されてから排出路５６に流入して排出されるように、図４に示すように第１のガス混合室５５を平面で見て、分岐路５３、５４の下流端の位置と排出路５６の上流端の位置とが、周方向にずれている。
この排出路５６の下流端は、第２のガス混合室５７の上面に接続されている。図５は、この第２のガス混合室５７の上面を示している。第２のガス混合室５７は扁平な空間として形成され、第１のガス混合室５５の中心部に重なる領域から平面視放射状に伸び出した６本の細長のガス流路を備えており、この６本のガス流路のうち４本は、伸び出した方向に見て左右に各々分岐している。この分岐した流路の端部を分岐端部５９とする。つまり、８つの分岐端部５９が形成されている。分岐端部５９を形成しない２本のガス流路は、互いに反対方向に伸びると共に、各々分岐端部５９を形成するガス流路に挟まれている。図５に示すように、各分岐端部５９の上側に、各排出路５６の下流端が接続されている。
また、各分岐端部５９の下部には、排出路５６の下流端に重なるようにガス流路５８の上流端が接続されている。従って、ガス流路５８は８つ設けられている。各ガス流路５８は細長に形成され、下方へ向けて平面視放射状に伸び出している。そして、各ガス流路５８の下流端は、上記の各ガス吐出部４１のガス導入口に接続され、当該ガス吐出部４１にガスを導入する。
ところで、上記のように第２のガス混合室５７は各排出路５６に共通の空間であるため、排出路５６から供給されるガスは第２のガス混合室５７において互いに混合される。しかし、第１のガス混合室５５で水平ガス流路５１、５２から各々供給されるガスは既に混合されているので、第２のガス混合室５７におけるガスの混合具合によっては、ガス流路５８の各部で処理ガスの濃度が偏ることが懸念される。そこで、第２のガス混合室５７では過度にガスが混合されないように、既述のように排出路５６の下流端、ガス流路５８の上流端が互いに重なるように形成されている。この第２のガス混合室５７を設けず、排出路５６を直接ガス吐出部４１に接続してもよい。
図１に戻って説明すると、エッチング装置１には、例えばコンピュータからなる制御部１０が設けられている。制御部１０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、プログラムには、制御部１０からエッチング装置１の各部に制御信号を送り、後述するエッチング処理を実行することができるように命令（ステップ）が組み込まれている。具体的には、各バルブＶの開閉のタイミング、流量調整部４９による各ガスの流量、排気部１６による処理空間３０の圧力、昇降機構２５による載置台２１の昇降、昇降機構２９による支持ピン２８の昇降、ヒーター２２によるウエハＷの温度などが、上記のプログラムによって制御される。このプログラムは、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）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。
続いて、エッチング装置１の作用について、バルブＶ１〜Ｖ４の開閉状態を示す図６のタイミングチャートを参照しながら説明する。このチャートでは、バルブ毎にレベルが変化する様子を示しているが、レベルが低いときにはバルブが閉鎖され、レベルが高いときにはバルブが開放されているものとする。バルブＶ１〜Ｖ４が開くことで、各ガス供給源４４、４５、４７、４８から、ガス供給路５０を介して処理空間３０へガスが供給されるため、図６は、各ガスがガス供給路５０及び処理空間３０へ供給されるタイミングを示していることになる。
先ず、処理容器１１内が排気されて、所定の圧力の真空雰囲気とされた状態でゲートバルブ１３が開かれ、処理容器１１に隣接する真空雰囲気の搬送室から搬送機構によってウエハＷが受け渡し位置に位置する載置台２１上に搬送される。支持ピン２８の昇降による載置台２１へのウエハＷの受け渡し及び搬送機構の処理容器１１からの退出が行われると、ゲートバルブ１３が閉鎖され、載置台２１が処理位置へと上昇して処理空間３０が形成される。この載置台２１の上昇中に、ヒーター２２によってウエハＷは所定の温度になるように加熱される。
バルブＶ２、Ｖ４が開かれ（チャート中、時刻ｔ１）、ガス供給路５０を介して処理空間３０にＮ２ガスが供給される。続いてバルブＶ１が開かれ（時刻ｔ２）、ガス供給路５０を構成する水平ガス流路５１にＮＨ３ガスが供給される。従って、水平ガス流路５１にはＮＨ３ガス及びＮ２ガスが、水平ガス流路５２にはＮ２ガスが夫々並行して供給された状態となる。
以下、説明の便宜上、水平ガス流路５２に供給される単独のＮ２ガスと区別されるように、水平ガス流路５１に供給されるＮＨ３ガス及びＮ２ガスをＮＨ３含有ガスと記載する。また、これらのＮＨ３含有ガス、Ｎ２ガスの流れを、実線の矢印、点線の矢印で模式的に示す、第１のガス混合室５５の側面図である図７、第１のガス混合室５５の上面図である図８も適宜参照して説明を続ける。
ＮＨ３含有ガスは、水平ガス流路５１から４つの分岐路５３に各々供給されて第１のガス混合室５５の周方向において互いに異なる位置に導入され、Ｎ２ガスは、水平ガス流路５２から４つの分岐路５４に各々供給されて第１のガス混合室５５の周方向において互いに異なる位置に導入される。このように第１のガス混合室５５に各ガスが導入されるにあたり、図７に示すように、互いに組となる分岐路５３、５４から、第１のガス混合室５５の同じ位置にＮＨ３含有ガス、Ｎ２ガスが供給されるので、これらＮＨ３含有ガスとＮ２ガスとが互いに衝突し、混合される。
また、上記のように第１のガス混合室５５に導入されたＮＨ３含有ガス及びＮ２ガスは、第１のガス混合室５５は環状であることにより、仮に第１のガス混合室５５が環ではない円状であるとした場合に比べて、当該第１のガス混合室５５内での拡散が抑制される。つまり、第１のガス混合室５５の中心部側への拡散が規制された状態で、図８に示すようにＮＨ３含有ガス及びＮ２ガスは、第１のガス混合室５５を周方向に流れる。その際に第１のガス混合室５５は円環状であるため、このＮＨ３含有ガス及びＮ２ガスは共に淀み無く当該周方向に流れる。そのように比較的狭い流路を淀み無く流通することで、この流通中にＮＨ３含有ガス及びＮ２ガスは互いに衝突し、混合が進む。また、上記のようにＮＨ３含有ガス及びＮ２ガスは、４つの分岐路５３、５４の組により第１のガス混合室５５の周方向における互いに異なる位置に導入されているため、この混合は第１のガス混合室５５の各所で行われることになるので、効率良く進行する。
このように混合されたガスが排出路５６へと流入し、以降は第２のガス混合室５７、ガス流路５８を流通してガス吐出部４１に供給される。そして、当該混合されたガスは、ガス吐出部４１からシャワーヘッド３３の拡散空間３４に吐出され、さらに当該シャワーヘッド３３から処理空間３０に吐出されてウエハＷに供給される。それによって、ウエハＷにＮＨ３ガスの分子が吸着される。
その後、バルブＶ１が閉鎖され（時刻ｔ３）、処理空間３０には水平ガス流路５１、５２に供給されたＮ２ガスのみが供給される。このＮ２ガスによって、処理空間３０に残留するＮＨ３ガスがパージされる。続いてバルブＶ３が開かれ（時刻ｔ４）、ガス供給路５０を構成する水平ガス流路５２にＨＦガスが供給される。従って、水平ガス流路５１にはＮ２ガスが、水平ガス流路５２にはＮ２ガス及びＨＦガスが夫々並行して供給される状態となる。
水平ガス流路５１に供給される単独のＮ２ガスと区別されるように、水平ガス流路５２に供給されるＨＦガス及びＮ２ガスをＨＦ含有ガスと記載すると、このＨＦ含有ガス及びＮ２ガスについても、ＮＨ３含有ガス及びＮ２ガスを水平ガス流路５１、５２に供給する場合と同様に、第１のガス混合室５５において互いに混合されてガス吐出部４１に供給される。そして、そのように混合されたガスは、ガス吐出部４１からシャワーヘッド３３を介して処理空間３０に吐出されて、ウエハＷの表面に吸着されたＮＨ３ガスと反応し、ウエハＷの表面のＳｉＯ２膜がエッチングされる。
然る後、バルブＶ３が閉鎖され（時刻ｔ５）、処理空間３０には水平ガス流路５１、５２に供給されたＮ２ガスのみが供給される。このＮ２ガスによって、処理空間３０に残留するＮＨ３ガスがパージされる。その後は、時刻ｔ２〜ｔ５と同様のバルブＶ１、Ｖ３の開閉動作が繰り返し行われる。つまり、水平ガス流路５１、５２に夫々連続的にＮ２ガスが供給される間、ＮＨ３ガス、ＨＦガスが夫々断続的に、且つ交互に供給され、ウエハＷに対してＮＨ３ガスの供給、ＮＨ３ガスのパージ、ＨＦガスの供給、ＨＦガスのパージからなるサイクルが繰り返し行われる。このサイクルが所定の回数行われ、所望の厚さのＳｉＯ２膜がエッチングされると、バルブＶ２、Ｖ４が閉じられ、載置台２１が下降し、処理容器１１への搬入時とは逆の手順で、ウエハＷの処理容器１１からの搬出が行われる。
このエッチング装置１によれば、各々ガスが供給される水平ガス流路５１、５２の下流側は分岐して４つの分岐路５３、４つの分岐路５４として夫々構成され、円形リング状の第１のガス混合室５５において、４つの分岐路５３は互いに異なる位置に接続され、４つの分岐路５４は互いに異なる位置に接続されている。そして、このガス混合室５５が、シャワーヘッド３３にガスを吐出するガス吐出部４１に接続されている。このように構成されることで、水平ガス流路５１、５２から供給されたガスを十分に混合して、シャワーヘッド３３からウエハＷに吐出することができる。従って、ウエハＷの面内において、水平ガス流路５１に供給されるＮＨ３ガスの濃度、水平ガス流路５２に供給されるＨＦガスの濃度が夫々ばらつくことを抑えることができる。結果として、ウエハＷの面内を均一性高くエッチング処理することができる。
水平ガス流路５１、５２にはＡＬＥを行うためのガスを供給することに限られず、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を行うためのガスを供給するようにしてもよい。具体的には例えば、図６で説明したようにバルブＶ１〜Ｖ４の開閉を行うものとして、ＨＦガスの代わりにＴｉＣｌ４（四塩化チタン）を水平ガス流路５１に供給する。それによって、ＴｉＣｌ４ガスの供給、ＴｉＣｌ４ガスのパージ、ＮＨ３ガスの供給、ＮＨ３ガスのパージからなるサイクルを繰り返し行い、ウエハＷの表面にＴｉＮ（窒化チタン）膜が成膜されるようにしてもよい。つまり、本発明はエッチング装置に適用されることに限られず、成膜装置にも適用することができる。
また、上記の図３、図４に示した構成例では、分岐路５３、５４が第１のガス混合室５５において互いに同じ位置に接続されるように設けられているが、接続される位置が互いに若干離れていても分岐路５３、５４から吐出されるガスは互いに衝突して混合されるので、そのように分岐路５３、５４が互いに離れて接続された構成としてもよい。ただし、図３、図４に示したように分岐路５３、５４を第１のガス混合室５５において互いに同じ位置に接続することで、ガスの混合をより確実に行うことができるため好ましい。
さらに、分岐路５３、５４については、各々が第１のガス混合室５５の周方向において、互いに異なる位置に接続されていればよく、第１のガス混合室５５の上部側に接続されることに限られない。例えば図９に示すように、第１のガス混合室５５の外側の側部に接続されてもよいし、第１のガス混合室５５の内側の側部に接続されてもよい。さらに分岐路５３、５４の数については夫々４つであることには限られない。また、排出路５６について、第１のガス混合室５５の下部側に接続されることに限られず、内側あるいは外側の側部に接続されていてもよい。また、２つの流路から供給されたガスを互いに混合しているが、２つ以上のガス流路から供給されたガスを混合するようにしてもよい。つまり、水平ガス流路５１、５２の他にガス流路を設け、当該ガス流路の分岐した下流端を第１のガス混合室５５の周方向の互いに異なる位置に各々接続するように構成してもよい。ところで、本発明はこれまでに例示したガスの各供給方法に適用が限られるものでは無い。例えば、ＮＨ３ガス、ＨＦガスは、互いに同時に水平ガス流路５１、水平ガス流路５２に供給されてもよい。そのようにＮＨ３ガス、ＨＦガスを水平ガス流路５１、５２に互いに同時に供給する場合も、これらのＮＨ３ガス及びＨＦガスについては、例えば断続的に供給することができる。なお、既述した各構成例は、適宜変更したり、互いに組み合わせたりすることが可能である。
（評価試験）
本発明に関して行われた評価試験について説明する。評価試験１として、上記のエッチング装置１を用いて既述の手順に沿って実際にＡＬＥを行った場合におけるウエハＷのエッチング後の状態を調べた。エッチング後の状態とは、ウエハＷの面内各部においてエッチングされた量の平均値（単位：ｎｍ）、及びウエハＷの面内におけるエッチングの均一性である。このエッチングの均一性（単位：％）とは具体的には、エッチングレートの標準偏差（１σ）をエッチングレートの平均値に対する百分率で示した値である。従って、このエッチングの均一性の絶対値が小さいほど、ウエハＷの面内において均一性高くエッチングが行われたことを示す。また、ウエハＷの面内におけるエッチング量の分布がカラーのグラデーションとして表された画像を取得した。つまり、実験による測定結果から、エッチング量に応じて色を付して、ウエハＷの表面を表した。
この評価試験１では、ウエハＷ毎にＮＨ３ガスの流量及びＨＦガスの流量を変更している。ＮＨ３ガスの流量が２７５ｓｃｃｍ、ＨＦガスの流量が１００ｓｃｃｍと設定したものを評価試験１−１、ＮＨ３ガスの流量が２２５ｓｃｃｍ、ＨＦガスの流量が１５０ｓｃｃｍと設定したものを評価試験１−２、ＮＨ３ガスの流量が１５０ｓｃｃｍ、ＨＦガスの流量が２２５ｓｃｃｍと設定したものを評価試験１−３、ＮＨ３ガスの流量が１２５ｓｃｃｍ、ＨＦガスの流量が２５０ｓｃｃｍと設定したものを評価試験１−４、ＮＨ３ガスの流量が１００ｓｃｃｍ、ＨＦガスの流量が２７５ｓｃｃｍと設定したものを評価試験１−５とする。
上記のＮＨ３ガスの流量及びＨＦガスの流量以外の処理条件を列挙する。エッチング処理時の処理空間の圧力は２．０Ｔｏｒｒ（２６６．６Ｐａ）、１サイクルにおけるＮＨ３ガスを供給する時間が１秒、１サイクルにおけるＨＦを供給する時間が１．５秒、ＨＦガスまたはＮＨ３ガスの供給時に処理空間３０に供給されるＮ２ガスの流量が２２５ｓｃｃｍ、パージを行うために処理空間３０に供給されるＮ２ガスの流量が６００ｓｃｃｍ、１回のパージを行う時間が２５秒、サイクルを行う回数は５０回である。
また、比較試験１として、ガス供給路の構成のみエッチング装置１と異なるエッチング装置を用いて、評価試験１と同様の実験を行った。図１０は、比較試験１のガス供給路６０の構成を示す斜視図である。このガス供給路６０について、エッチング装置１のガス供給路５０との差異点を述べると、このガス供給路６０では、分岐路５３、５４が設けられておらず、水平ガス流路５１、５２の下流端部から夫々下方に流路６１、６２が伸長している。この流路６１、６２の下流端は、第２のガス混合室５７の中心部から伸びる６本の細長のガス流路のうち、分岐端部５９を形成していない２本の流路の端部に各々接続されている。
この比較試験１における処理条件は、評価試験１の処理条件と同様である。従って、比較試験１では、評価試験１と同様にウエハＷ毎にＮＨ３ガスの流量及びＨＦガスの流量を変更している。この比較試験１において、評価試験１−１、１−２、１−３、１−４、１−５と同様のＮＨ３ガスの流量及びＨＦガスの流量が設定された試験を、夫々比較試験１−１、１−２、１−３、１−４、１−５とする。
下記の表１は、評価試験１、比較試験１の結果をまとめたものである。エッチングの均一性について見ると、ＮＨ３ガスの流量及びＨＦガスの流量が同じ条件では、評価試験１の方が比較試験１よりもエッチングの均一性が高い。従って、評価試験１では、比較試験１よりも十分に水平ガス流路５１、５２から供給された各ガスが混合されていると考えられる。
Figure 2017228726
また、比較試験１−１〜比較試験１−５で得られたエッチング量の分布を示すウエハＷの各画像を見ると、ウエハＷの面内の各部におけるエッチング量の関係について比較的大きなばらつきが確認された。言い換えると、ウエハＷの面内におけるエッチング量が比較的大きい領域の位置及びエッチング量が比較的小さい領域の位置について、ウエハＷ毎のずれが比較的大きかった。代表して、比較試験１−３、１−４の結果を、図１１、図１２に夫々示しており、これらの図１１、図１２では、ウエハＷの面内において、エッチング量が比較的低い領域、エッチング量が比較的高い領域に斜線、グレースケールを夫々付している。
しかし、評価試験１−１〜１−５で得られたエッチング量の分布を示すウエハＷの各画像を見ると、ウエハＷの面内におけるエッチング量が比較的大きい領域の位置及びエッチング量が比較的小さい領域の位置について、画像毎のずれは比較的小さかった。代表して、評価試験１−３、１−４の結果を図１３に夫々示している。この図１３では、図１１、図１２と同様にウエハＷの面内において、エッチング量が比較的低い領域、エッチング量が比較的高い領域に斜線、グレースケールを夫々付して示している。
水平ガス流路５１、５２に供給されるＮＨ３ガスの流量及びＨＦガスの流量が変化し、ウエハＷの面内に供給されるこれらＮＨ３ガス及びＨＦガスの量が変化した場合において、ウエハＷの特定の領域において供給されるＮＨ３ガス及びＨＦガスの量は変化する。しかし、水平ガス流路５１、５２から各々供給されるガスが十分に混合されてウエハＷに供給されていれば、他の領域に供給されるＮＨ３ガス及びＨＦガスの量に対する、特定の領域に供給されるＮＨ３ガス及びＨＦガスの量の割合は変化しない。つまり水平ガス流路５１、５２から各々供給されるガスが十分に混合されてウエハＷに供給されていれば、ウエハＷの面内において、比較的大きい領域の位置及びエッチング量が比較的小さい領域の位置が、ウエハＷ間で揃うことになる。従って、エッチング量の分布を示す画像からも、評価試験１の方が比較試験１に比べてガスの混合が十分に行われたことが確認された。
１ エッチング装置
１０ 制御部
１１ 処理容器
２１ 載置台
４１ ガス吐出部
５０ ガス供給路
５１、５２ 水平ガス流路
５３、５４ 分岐路
５５ 第１のガス混合室
５６ 排出路

Claims (8)

  1. 真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられ、基板が載置される載置部と、
    第１のガス供給機構から上流側に第１のガスが供給され、下流側が分岐して複数の第１の分岐路をなす第１のガス流路と、
    第２のガス供給機構から上流側に第２のガスが供給され、下流側が分岐して複数の第２の分岐路をなす第２のガス流路と、
    前記複数の第１の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第１の位置に、前記複数の第２の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第２の位置に夫々接続されると共に排出路が接続され、前記第１の分岐路及び第２の分岐路から前記排出路へ流れる前記第１のガスと前記第２のガスとを混合して混合ガスを生成するための環状の混合室と、
    前記排出路から供給される前記混合ガスを前記基板に吐出して当該基板を処理するためのガス吐出部と、
    を備えたことを特徴とするガス処理装置。
  2. 前記第１の位置及び前記第２の位置は、同じ位置であることを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。
  3. 前記排出路は、前記第１の位置及び前記第２の位置から前記混合室の周方向に離れた位置に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のガス処理装置。
  4. 前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路は前記混合室の上部側に接続され、
    前記排出路は当該混合室の下部側に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のガス処理装置。
  5. 前記ガス吐出部及び前記排出路は複数設けられ、
    前記処理容器の天井部の下部側に、前記載置部に対向する平坦面と、当該平坦面に形成された複数のガス吐出口と、を備えたガスシャワーヘッドが設けられ、
    前記各ガス吐出部は、前記処理容器の天井部と前記ガスシャワーヘッドとの間に形成されるガス拡散空間に、各々横方向にガスを吐出するように設けられ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。
  6. 前記第１のガス供給機構は、前記第１のガスを構成する第１の不活性ガスと第１の処理ガスとを夫々独立して当該第１のガス流路に供給するように構成され、
    前記第２のガス供給機構は、前記第２のガスを構成する第２の不活性ガスと第２の処理ガスとを夫々独立して当該第２のガス流路に供給するように構成され、
    前記第１の不活性ガス、前記第２の不活性ガスが夫々前記第１のガス流路、前記第２のガス流路に互いに並行して連続して供給される間、前記第１の処理ガス、前記第２の処理ガスが夫々前記第１のガス流路、前記第２のガス流路に断続的に供給されるように制御信号を出力する制御部が設けられ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ガス処理装置。
  7. 真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられる載置部に基板を載置する工程と、
    下流側が分岐して複数の第１の分岐路をなす第１のガス流路の上流側から第１のガスを供給する工程と、
    下流側が分岐して複数の第２の分岐路をなす第２のガス流路の上流側から第２のガスを供給する工程と、
    前記複数の第１の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第１の位置に、前記複数の第２の分岐路の各下流端が周方向の互いに離れた第２の位置に夫々接続される環状の混合室に第１のガス及び第２のガスを供給し、第１の位置及び第２の位置から前記混合室に接続される排気路へ当該第１のガス及び第２のガスを流すことで、当該第１のガス及び第２のガスを混合して混合ガスを生成する工程と、
    前記排出路から供給される前記混合ガスをガス吐出部から前記基板に吐出して、当該基板を処理する工程と、
    を備えたことを特徴とするガス処理方法。
  8. 基板に対してガス処理を行うガス処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項７に記載のガス処理方法を実施することを特徴とする記憶媒体。
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