JP4749785B2 - ガス処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、処理ガスを用いて被処理基板のガス処理を行うガス処理装置に関する。
近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化されており、それにともなってＣＭＯＳデバイスにおいては、ゲート絶縁膜がＳｉＯ２容量換算膜厚のＥＯＴ（Equivalent Oxide Thickness）で１．５ｎｍ程度以下の値が要求されている。このような薄い絶縁膜を、ゲートリーク電流を増加させずに実現する材料として高誘電率材料、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材料が注目されている。
高誘電率材料をゲート絶縁膜として用いる場合は、シリコン基板との相互拡散がなく、熱力学的に安定である必要があり、その観点からハフニウム、ジルコニウムあるいはランタン系元素の酸化物またはその金属シリケートが有望視されている。
そして、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉＯｘ）など、金属シリケート膜のＣＭＯＳロジックデバイス評価が精力的に進められ、その高いキャリア移動度により、次世代ゲート絶縁膜の候補として大きな期待が寄せられている。
このような高誘電率材料からなる絶縁膜を微細な厚さで精度良く形成する方法として、ガス化させた有機金属化合物の熱分解を利用して薄膜の形成を行うＭＯＣＶＤ技術が知られている。
ＭＯＣＶＤ技術をはじめ、一般的にＣＶＤ技術は、載置台に載置されて加熱された半導体ウエハに、対向するシャワーヘッドから原料ガスを供給し、原料ガスの熱分解や還元反応等によって半導体ウエハ上に薄膜形成を行うものであり、通常、ガスの均一な供給を行うため、シャワーヘッドでは、内部に半導体ウエハ径と同程度の大きさの偏平なガス拡散空間を設け、シャワーヘッドの対向表面には、このガス拡散空間に連通する多数のガス吐出孔を分散して配置する構成がとられている（たとえば特許文献１）。
特開平８−２９１３８５号公報
しかしながら、上記のようにシャワーヘッド内に偏平なガス拡散空間を設ける場合には、その空間が背面側への伝達（放熱）を妨げるため、半導体ウエハを加熱する載置台からの輻射熱にて熱せられ、成膜を繰り返すうちにシャワーヘッドの温度が上昇してしまう。
特に、ＭＯＣＶＤでは、原料ガスの熱分解を利用するため、シャワーヘッドの温度が上昇してその温度が当該原料ガスの熱分解温度を超えると、シャワーヘッド内部やシャワーヘッドの手前の配管内等で望ましくない熱分解反応が発生し、半導体ウエハに供給される原料ガスの濃度が低下したり、原料ガスの分解生成物がシャワーヘッドの表面に付着してシャワーヘッドの反射率が低下することにより半導体ウエハの温度が低下したりする結果、成膜不良の原因となる。
その上、上述のようにシャワーヘッドの温度が経時的に上昇すると、膜質や膜組成の大きなばらつきが生じる原因となり、さらには、上述の分解生成物がシャワーヘッドの表面から剥がれ、異物となって半導体ウエハに飛着することによっても成膜不良の原因となる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、シャワーヘッド等のガス吐出機構の温度上昇を効果的に抑止し、ガス吐出機構の温度上昇に起因する処理の不良や不均一を低減することができるガス処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、前記載置台上と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを吐出するガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備するガス処理装置であって、前記ガス吐出機構は、前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成された中央部と、前記中央部の外周側に位置する、前記ガス吐出孔の存在しない外周部とを有し、前記ガス吐出機構の熱を前記外周部の略全周から大気側に放熱する放熱機構をさらに具備し、前記放熱機構は、前記外周部に略全周にわたって環状に、かつ大気に接するように設けられ、前記ガス吐出機構の熱を伝熱して大気側に放熱する放熱部材と、前記外周部と前記放熱部材との熱伝達を調整する環状の伝熱調整部材とを有し、前記放熱部材は、前記伝熱調整部材を介して前記外周部に略全周にわたって接するように設けられていることを特徴とするガス処理装置を提供する。
また、本発明は、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、前記載置台上と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを吐出するガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構と、を具備するガス処理装置であって、前記ガス吐出機構は、前記処理ガスを導入するためのガス導入孔が形成されたガス導入部と、前記載置台に向けて前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成されたガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられた、前記処理ガスを拡散させるガス拡散部とを有し、前記ガス吐出部は、前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成された中央部と、前記中央部の外周側に位置する、前記ガス吐出孔の存在しない外周部とを有し、前記ガス吐出機構の熱を前記外周部の略全周から大気側に放熱する放熱機構をさらに具備し、前記放熱機構は、前記外周部に略全周にわたって環状に、かつ大気に接するように設けられ、前記ガス吐出機構の熱を伝熱して大気側に放熱する放熱部材と、前記外周部と前記放熱部材との熱伝達を調整する環状の伝熱調整部材とを有し、前記放熱部材は、前記伝熱調整部材を介して前記外周部に略全周にわたって接するように設けられていることを特徴とするガス処理装置を提供する。
また、前記放熱機構は、前記放熱部材に設けられ、前記外周部から前記ガス吐出機構を冷却する冷却機構を有していることが好ましく、前記冷却機構は、冷却媒体が流通する環状の冷媒流路または／および熱電半導体素子を有していることが好ましい。
さらに、この場合に、前記放熱機構は、加熱して前記ガス吐出機構の温度を調整する加熱機構をさらに有することが好ましい。
また、本発明は、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、前記載置台上と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを吐出するガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構と、を具備するガス処理装置であって、前記ガス吐出機構は、前記処理ガスを導入するためのガス導入孔が形成されたガス導入部と、前記載置台に向けて前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成されたガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられた、前記処理ガスを拡散させるガス拡散部とを有し、前記ガス吐出部は、前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成された中央部と、前記中央部の外周側に位置する、前記ガス吐出孔の存在しない外周部とを有し、前記外周部は、環状をなし、その上側に略全周にわたって放熱面が形成されており、前記放熱面に対応するように前記外周部の略全周に沿って環状に、かつ大気に接するように設けられ、前記ガス吐出機構の熱を伝熱して大気側に放熱する放熱部材と、前記放熱面と前記放熱部材との間に、全周にわたってこれらに接触するように設けられ、これらの接触面積を調整することにより、前記外周部からの前記放熱部材への熱伝達を調整する伝熱調整部材と、前記放熱部材に設けられ、この放熱部材を介して前記ガス吐出機構を冷却する冷却機構と、前記放熱部材に設けられ、この放熱部材を加熱して前記ガス吐出機構の温度を調整する加熱機構とを具備することを特徴とするガス処理装置を提供する。この場合に、前記冷却機構は、冷却媒体が流通する環状の冷媒流路または／および熱電半導体素子を有していることが好ましい。
本発明において、前記中央部の前記載置台上と対向する面には、前記ガス吐出孔を有するカバー部材が着脱可能に設けられていることが好ましい。さらに、この場合に、前記カバー部材の表面にはアルマイト加工が施されていることが好ましい。
さらに、本発明のガス処理装置は、ＭＯＣＶＤ装置であることが好ましく、処理ガスはハフニウム系原料を含んで構成されていることが好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、ガス吐出機構のガス吐出孔が存在しない外周部の略全周から放熱機構（または放熱部材）によってガス吐出機構の熱を処理容器外の大気側に放熱するため、ガス吐出機構の熱を極めて効率良く放熱して、ガス吐出機構の温度上昇を有効に抑制することができる。
この結果、ガス処理が、ガス吐出機構から載置台上の被処理基板に供給される処理ガスの熱分解反応により被処理基板に成膜する成膜処理である場合には、ガス吐出機構の温度を原料ガスの熱分解温度以下に維持することが可能となり、ガス吐出機構の過熱によって、原料ガスが被処理基板に至る前に当該ガス吐出機構の内部や接続配管内で熱分解してしまう等の不都合を回避でき、原料ガスの濃度の低下やばらつき、あるいは分解生成物の付着によるガス吐出機構の反射率の変化等による薄膜形成速度の低下（所要時間の増大）、膜厚、膜質のばらつきの発生、さらには、分解生成物がガス吐出機構から剥離して被処理基板に飛着することに起因する成膜欠陥の発生等を抑止することが可能となる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明のガス処理装置の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図であり、図２は成膜装置を構成するチャンバーおよびシャワーヘッドの要部を示す断面図であり、図３はチャンバーおよびシャワーヘッドの要部を示す切欠き斜視図である。
この成膜装置１００は、気密に構成された処理容器としての略円筒状のチャンバー１を有しており、その中には被処理体であるＳｉ基板（ウエハ）Ｗを水平に支持するための載置台２が、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材２０により支持された状態で配置されている。この載置台２はＡｌＮ等のセラミックスからなっている。また、載置台２にはヒーター２１が埋め込まれており、このヒーター２１にはヒーター電源２２が接続されている。一方、載置台２の上面近傍には熱電対２３が設けられており、熱電対２３の信号はコントローラ２４に伝送されるようになっている。そして、コントローラ２４は熱電対２３の信号に応じてヒーター電源２２に指令を送信し、ヒーター２１の加熱を制御してウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。
チャンバー１の内壁、および載置台２および支持部材２０の外周には、付着物が堆積することを防止するための石英ライナー３が設けられている。石英ライナー３とチャンバー１の壁部との間にはパージガス（シールドガス）を流すようになっており、壁部への付着物の堆積、およびこれに起因するコンタミネーションが防止される。
チャンバー１の上面は開口しており、そこからチャンバー１内へ突出するようにシャワーヘッド４が設置されている。シャワーヘッド４は、後述するガス供給機構７から供給された成膜用のガスをチャンバー１内に吐出するためのものであり、上側から順に、ガス導入プレート(ガス導入部)４０と、ガス拡散プレート(ガス拡散部)４３と、ガス吐出プレート（ガス吐出部４１）とを有している。
ガス導入プレート４０には、金属原料ガスであるハフニウムテトラターシャリブトキサイド（ＨＴＢ）およびシリコン原料ガスであるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）が導入される第１の導入孔４２ａと、酸化剤であるＯ２ガスが導入される第２の導入孔４２ｂとが設けられている。ガス拡散プレート４３は、上側および下側にそれぞれ、略水平に拡がるガス拡散空間４４ａ、４４ｂを有して構成されている。上側の第１のガス拡散空間４４ａには第１の導入孔４２ａが繋がっており、下側の第２のガス拡散空間４４ｂには第２の導入孔４２ｂが繋がっている。ガス吐出プレート４１は、第１のガス拡散空間４４ａに繋がる第１のガス吐出孔４５ａ、および第２のガス拡散空間４４ｂに繋がる第２のガス吐出孔４５ｂがそれぞれ、略等間隔に多数形成された中央部４６と、この中央部４６の外周側に設けられ、ガス吐出孔４５ａ、４５ｂの存在しない環状の外周部４７とを有している。そして、外周部４７によりガス拡散プレート４３の側面が覆われている。このような構成により、シャワーヘッド４は、ＨＴＢおよびＴＥＯＳとＯ２ガスとが混じることなくそれぞれ独立して第１のガス吐出孔４５ａおよび第２のガス吐出孔４５ｂから吐出されるポストミックスタイプとなっている。
シャワーヘッド４の中央部４６の底面、すなわち載置台２の上面と対向する面には、多数の第１のガス吐出孔４５ａおよび第２のガス吐出孔４５ｂが形成されたカバー部材４８が、図示しないボルト等により着脱可能に設けられている。カバー部材４８は、表面に特殊アルマイト加工が施されており、あらかじめ反射率が低く抑えられている。このため、分解生成物または反応生成物等の付着によるシャワーヘッド４表面の反射率の大幅な低下が防止される。
シャワーヘッド４を構成する外周部４７は、ガス導入プレート４０およびガス拡散プレート４３よりも外側に設けられ、中央部４６からガス拡散プレート４３の側面に密着するように上方に向かって延び、その上端部が外側にフランジ状に突出している。シャワーヘッド４は、外周部４７がチャンバー１の開口端部上に設けられたリッド１０に図示しないボルト等で固定されることにより、チャンバー１内に保持されている。外周部４７の上側または上端には、略全周にわたって放熱面が形成されており、この放熱面と対応するように、シャワーヘッド４の熱を放熱するための環状の放熱部材５０が外周部４７の略全周にわたって設置されている。放熱部材５０は、熱伝導性に優れた材質で形成され、その内部に、冷却水等の冷却媒体が流通する環状冷媒流路５１を有している。環状冷媒流路５１は、冷却媒体を供給する給水管５２、および冷却媒体を排出する排水管５３を介して、図示しない冷媒源に接続されており、これにより、冷却媒体が循環して環状冷媒流路５１内を流通し、放熱部材５０を冷却してシャワーヘッド４の放熱効率がより高められるように構成されている。また、シャワーヘッド４には熱電対５４が設けられ、放熱部材５０には、冷却媒体に冷却された放熱部材５０の温度、すなわちシャワーヘッド４の温度を加熱することにより調整するヒーター５５が設けられている。
このような構成により、熱電対５４の検出信号が温度コントローラ５６に入力され、温度コントローラ５６はこの検出信号に基づいて、冷媒源に設けられた冷媒源出力ユニット５７、およびヒーター５５に接続されたヒーター電源出力ユニット５８に制御信号を出力し、環状冷媒流路５１内を流通する冷媒の温度、およびヒーター５５の加熱温度を調整して、シャワーヘッド４の温度をフィードバック制御することが可能となっている。
外周部４７と放熱部材５０との間には、これらの熱伝達を調整する環状の伝熱調整部材５９が設けられており、放熱部材５０は、伝熱調整部材５９を介して外周部４７の放熱面に略全周にわたって接するように設置されている。伝熱調整部材５９の幅等を適宜設定して、外周部４７と放熱部材５０との接触面積を調整することにより、放熱部材５０によるシャワーヘッド４の放熱効率の調整、すなわちシャワーヘッド４の温度調整を行うことができる。
環状冷媒流路５１、給水管５２、排水管５３、熱電対５４、温度コントローラ５６、冷媒源および冷媒源出力ユニット５８は冷却機構を構成し、熱電対５４、ヒーター５５、温度コントローラ５６およびヒーター電源出力ユニット５８は加熱機構を構成している。また、放熱部材５０、伝熱調整部材５９、冷却機構および加熱機構は放熱機構を構成している。
なお、環状冷媒流路５１による冷却では放熱部材の放熱効果が不十分な場合には、図４に示すように、放熱部材５０に熱電半導体素子６０を設けてもよい。この場合にも、放熱部材５０内に環状冷媒流路５１を設けることができる。
チャンバー１の底壁１２には、下方に向けて突出する排気室１３が設けられている。排気室１３の側面には排気管１４が接続されており、この排気管１４には排気装置１５が接続されている。そして、この排気装置１５を作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。すなわち、排気室１３、排気管１４、および排気装置１５は、チャンバー１内を排気するための排気機構を構成している。
チャンバー１の側壁には、ウエハ搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
ガス供給機構７は、ハフニウム原料である液体のＨＴＢを貯留するＨＴＢタンク７０と、ＨＴＢのキャリアガスであるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源７１と、シリコン原料である液体のＴＥＯＳを貯留するＴＥＯＳタンク８２と、ＴＥＯＳのキャリアガスであるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源８３と、酸化剤であるＯ２ガスを供給するＯ２ガス供給源７２とを有している。
ＨＴＢタンク７０にはＨｅガス等の圧送ガスが導入され、ＨＴＢタンク７０内の液体状のＨＴＢは、配管７３および液体マスフローコントローラ８１を介して気化ユニット７４に導かれる。気化ユニット７４で気化されたＨＴＢは、Ｎ２ガス供給源７１から配管７５およびマスフローコントローラ７８を介して気化ユニット７４に導入されたＮ２ガスによって配管７６を搬送され、シャワーヘッド４の第１の導入孔４２ａに導かれる。なお、配管７６およびシャワーヘッド４には、気化した後のＨＴＢが凝縮しない程度の温度に加熱する図示しない加熱ヒーターが設けられている。
ＴＥＯＳタンク８２は、内部の液体状のＴＥＯＳが、一部蒸発する程度に加熱されており、ＴＥＯＳタンク８２内で蒸発して形成されたＴＥＯＳ蒸気は、Ｎ２ガス供給源８３から配管８５を介して配管８４に導入されたＮ２ガスによって、高温マスフローコントローラ８６を介して配管８７を搬送され、配管７６に合流してシャワーヘッド４の第１の導入孔４２ａに導かれる。ＴＥＯＳは、活性度が比較的低いため、配管７６でＨＴＢと合流しても反応が起こらず、むしろＨＴＢの分解を抑制する。なお、配管８７には、気化したＴＥＯＳが液状化しない程度の温度に加熱する図示しない加熱ヒーターが設けられている。
Ｏ２ガス供給源７２からのＯ２ガスは、配管７７を搬送されてシャワーヘッド４の第２の導入孔４２ｂに導かれる。
なお、気体を搬送する配管７５、７７にはそれぞれ、マスフローコントローラ７８を挟んで２つのバルブ７９が設けられている。また、配管８３、８４にもそれぞれバルブ７９が設けられ、さらに、配管７６、７７、８７のシャワーヘッド４近傍にもそれぞれ、バルブ７９が設けられている。
成膜装置１００の各構成部は、プロセスコントローラ９０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ９０には、工程管理者が成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９１が接続されている。
また、プロセスコントローラ９０には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９２が接続されている。レシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部９２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９１からの指示等にて任意のレシピを記憶部９２から呼び出してプロセスコントローラ９０に実行させることで、プロセスコントローラ９０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
このように構成された成膜装置１００においては、まず、チャンバー１内を排気して圧力を４００Ｐａ程度とし、ヒーター２１によりウエハＷを所定の温度に加熱する。この状態で、ＨＴＢタンク７０からＨＴＢを気化ユニット７４で気化させてＨＴＢを第１の導入孔４２ａへ供給するとともに、ＴＥＯＳタンク８２から気化したＴＥＯＳを第１の導入孔４２ａへ供給し、Ｏ２ガス供給源７２からのＯ２ガスを第２の導入孔４２ｂへ供給して、ＨＴＢおよびＴＥＯＳとＯ２ガスとをそれぞれ、第１のガス吐出孔４５ａと第２のガス吐出孔４５ｂとから吐出し、成膜を開始する。この際に、ＨＴＢは、配管７６およびシャワーヘッド４内で図示しないヒーターにより加熱されて凝縮が防止され、ＴＥＯＳは、配管８７およびシャワーヘッド４内で図示しないヒーターにより加熱されて液状化が防止される。
そして、成膜温度に加熱されたウエハＷ上でＨＴＢ、ＴＥＯＳおよびＯ２ガスの反応が生じ、ウエハＷ上にハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）膜が成膜される。
このようにして所定の膜厚のハフニウムシリケート膜を成膜後、チャンバー１内の圧力を調整し、ゲートバルブ１７を開放して搬入出口１６からウエハＷを搬出し、１枚のウエハの熱処理が終了する。
シャワーヘッド４を構成する外周部４７は、ガス吐出孔４５ａ、４５ｂ等の空隙が存在せず、放熱部材５０を介して大気側に連なるため、成膜中には、シャワーヘッド４、特にガス吐出プレート４１の熱が、外周部４７の放熱面から放熱部材５０を介してチャンバー１外の大気側に効率よく放熱される。したがって、シャワーヘッド４の温度上昇が抑止され、ＨＴＢの自己分解温度未満に維持することができる。また、冷却媒体が環状冷媒流路５１内を流通して放熱部材５０が冷却されるため、放熱部材５０によるシャワーヘッド４の放熱効率がさらに高められる。
長期の連続使用等によりシャワーヘッド４に設けたカバー部材４８に酸化物等の反応生成物が堆積した際には、カバー部材４８を取り外し、クリーニングを行ってから再び取り付け、あるいは新たなカバー部材を取り付けばよい。成膜装置では通常、シャワーヘッドへの反応生成物の付着を完全に防止することが難しく、特に、本実施形態のように成膜ガスにＨＴＢ等のハフニウム系原料を用いた場合には、チャンバー内の有効なクリーニング手段がなかったが、中央部４６の載置台２上と対向する面にカバー部材４８を着脱可能に設けることにより、このカバー部材４８の取り外しての清掃または交換が可能となることから、中央部４６に付着した酸化物等の反応生成物を容易に除去することができ、装置のメンテナンス性を向上させることができる。
図５は、成膜装置１００を用いてウエハＷを多数枚連続的に成膜した場合（載置台２の加熱温度５００℃、チャンバー１内の圧力３０Ｐａ程度、ハフニウムシリケート膜の基準膜厚２ｍｍ）におけるシャワーヘッド４の温度およびハフニウムシリケート膜の膜厚を示す図である。
図５に示すように、ウエハＷを約６００枚連続的に成膜しても、成膜装置１００ではシャワーヘッド４の温度およびウエハＷに施したハフニウムシリケート膜の膜厚は、ほとんど変動せずに安定していることが確認された。放熱機構または放熱部材５０によりシャワーヘッド４が放熱され、シャワーヘッド４から吐出される以前での成膜ガスの熱分解反応が抑止されるためと考えられる。さらには、カバー部材４８によりシャワーヘッド４への酸化物等の付着が抑止されることにも起因すると考えられる。
図６は、成膜装置１００を用い、チャンバー１内に膜厚１．５μｍ（ウエハ７５０枚相当）分の成膜ガスを供給した場合と膜厚６μｍ（ウエハ３０００枚相当）分の成膜ガスを供給した場合（チャンバー１内の圧力３０Ｐａ程度、実際にウエハＷに成膜は行わず）とにおけるウエハＷの温度と載置台２の温度との相関関係を示す図であり、図７は、図６と同様の場合におけるシャワーヘッド４の温度と載置台２の温度との相関関係を示す図である。
図６に示すように、膜厚１．５μｍ分の成膜ガスを供給した場合と膜厚６μｍ分の成膜ガスを供給した場合とで、ウエハＷと載置台２との温度上昇の挙動がほぼ等しく、かつ、ウエハＷの温度と載置台２の温度がほぼ等しいことが確認できる。また、図７に示すように、膜厚１．５μｍ分の成膜ガスを供給した場合と膜厚６μｍ分の成膜ガスを供給した場合とで、シャワーヘッド４と載置台２との温度上昇の挙動はほぼ等しいが、シャワーヘッド４の温度上昇が抑制されることが確認できる。すなわち、本発明の成膜装置１００を用いることにより、少なくともウエハ３０００枚程度の成膜であれば、シャワーヘッド４の温度上昇を低く抑えるとともに、ウエハＷの温度低下を防止し、シャワーヘッド４とウエハＷとの温度変化の違いによる膜質等のばらつきを抑制することができると考えられる。
以上から、本実施形態においては、ウエハＷのみを成膜温度に加熱することが可能であるため、シャワーヘッド４の温度を低く、ウエハＷの温度を高く設定してウエハＷ上のみで所定の反応を生じさせることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、成膜原料としてＨＴＢを用いたが、これに限らず他のハフニウムアルコキシド原料、例えば、ハフニウムテトライソプロポキサイド、ハフニウムテトラノルマルブトキサイドを用いてもよい。また、上記実施形態ではハフニウムシリケート膜を形成する場合について示したが、他の金属のシリケートを形成する場合にも適用することができ、その場合にはその金属を含むアルコキシド原料を用いればよい。例えばジルコニウムシリケートを成膜する場合にも適用することができ、その場合にはジルコニウムテトラターシャリブトキサイド（ＺＴＢ）を用いることができる。さらに、ランタン系元素の金属シリケートを成膜する場合にも適用可能である。また、上記実施形態では、シリコン原料としてＴＥＯＳを用いたが、ジシランやモノシラン等のシリコン水素化物であってもよい。また、上記実施形態では、半導体ウエハの処理を例にとって説明したが、これに限るものではなく、液晶表示装置用ガラス基板等、他の基板に対する処理にも適用することができる。
本発明によれば、シャワーヘッドの温度上昇が抑止されるため、原料ガスの分解に起因する濃度低下や分解生成物の付着によるシャワーヘッドの反射率低下などを有効に防止することが可能となり、これにより、ウエハの加熱温度低下を防止して成膜の均一性や再現性を向上させることが可能となるから、本発明は、処理容器内において、載置台に載置されて加熱された基板に対向して設けられたシャワーヘッドから処理ガスを供給して所望の成膜処理を行う成膜装置に広く適用することができる。
本発明のガス処理装置の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。 成膜装置を構成するチャンバーおよびシャワーヘッドの要部を示す断面図である。 チャンバーおよびシャワーヘッドの要部を示す切欠き斜視図である。 成膜装置を構成する放熱部材の変更例を示す図である。 成膜装置を用いてウエハを多数枚連続的に成膜した場合におけるシャワーヘッドの温度およびハフニウムシリケート膜の膜厚を示す図である。 成膜装置を用い、チャンバー内に膜厚１．５μｍ分の成膜ガスを供給した場合と膜厚６μｍ分の成膜ガスを供給した場合とにおけるウエハの温度と載置台の温度との相関関係を示す図である。 成膜装置を用い、チャンバー内に膜厚１．５μｍ分の成膜ガスを供給した場合と膜厚６μｍ分の成膜ガスを供給した場合とにおけるシャワーヘッドの温度と載置台の温度との相関関係を示す図である。
符号の説明
１…チャンバー（処理容器）
２…載置台
４…シャワーヘッド（ガス吐出機構）
４０…ガス導入プレート（ガス導入部）
４１…ガス吐出プレート（ガス吐出部）
４２ａ…第１のガス導入孔
４２ｂ…第２のガス導入孔
４３…ガス拡散プレート（ガス拡散部）
４４ａ…第１のガス拡散空間
４４ｂ…第２のガス拡散空間
４５ａ…第１のガス吐出孔
４５ｂ…第２のガス吐出孔
４６…中央部
４７…外周部
４８…カバー部材
５０…放熱部材
５１…環状冷媒流路
５２…給水管
５３…排水管
５４…熱電対
５５…ヒーター
５６…温度コントローラ
５７…冷媒源出力ユニット
５８…ヒーター電源出力ユニット
５９…伝熱調整部材
６０…熱電半導体素子
Ｗ…ウエハ（被処理基板）

Claims (13)

  1. 被処理基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、
    前記載置台上と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを吐出するガス吐出機構と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と
    を具備するガス処理装置であって、
    前記ガス吐出機構は、
    前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成された中央部と、
    前記中央部の外周側に位置する、前記ガス吐出孔の存在しない外周部と
    を有し、
    前記ガス吐出機構の熱を前記外周部の略全周から大気側に放熱する放熱機構をさらに具備し、
    前記放熱機構は、前記外周部に略全周にわたって環状に、かつ大気に接するように設けられ、前記ガス吐出機構の熱を伝熱して大気側に放熱する放熱部材と、
    前記外周部と前記放熱部材との熱伝達を調整する環状の伝熱調整部材とを有し、
    前記放熱部材は、前記伝熱調整部材を介して前記外周部に略全周にわたって接するように設けられていることを特徴とするガス処理装置。
  2. 被処理基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、
    前記載置台上と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを吐出するガス吐出機構と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と、
    を具備するガス処理装置であって、
    前記ガス吐出機構は、
    前記処理ガスを導入するためのガス導入孔が形成されたガス導入部と、
    前記載置台に向けて前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成されたガス吐出部と、
    前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられた、前記処理ガスを拡散させるガス拡散部と
    を有し、
    前記ガス吐出部は、
    前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成された中央部と、
    前記中央部の外周側に位置する、前記ガス吐出孔の存在しない外周部と
    を有し、
    前記ガス吐出機構の熱を前記外周部の略全周から大気側に放熱する放熱機構をさらに具備し、
    前記放熱機構は、前記外周部に略全周にわたって環状に、かつ大気に接するように設けられ、前記ガス吐出機構の熱を伝熱して大気側に放熱する放熱部材と、
    前記外周部と前記放熱部材との熱伝達を調整する環状の伝熱調整部材とを有し、
    前記放熱部材は、前記伝熱調整部材を介して前記外周部に略全周にわたって接するように設けられていることを特徴とするガス処理装置。
  3. 前記放熱機構は、前記放熱部材に設けられ、前記外周部から前記ガス吐出機構を冷却する冷却機構を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理装置。
  4. 前記冷却機構は、冷却媒体が流通する環状の冷媒流路を有していることを特徴とする請求項３に記載のガス処理装置。
  5. 前記冷却機構は熱電半導体素子を有していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のガス処理装置。
  6. 前記放熱機構は、加熱して前記ガス吐出機構の温度を調整する加熱機構をさらに有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のガス処理装置。
  7. 被処理基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、
    前記載置台上と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを吐出するガス吐出機構と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と、
    を具備するガス処理装置であって、
    前記ガス吐出機構は、
    前記処理ガスを導入するためのガス導入孔が形成されたガス導入部と、
    前記載置台に向けて前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成されたガス吐出部と、
    前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられた、前記処理ガスを拡散させるガス拡散部と
    を有し、
    前記ガス吐出部は、
    前記処理ガスを吐出するための多数のガス吐出孔が形成された中央部と、
    前記中央部の外周側に位置する、前記ガス吐出孔の存在しない外周部と
    を有し、
    前記外周部は、環状をなし、その上側に略全周にわたって放熱面が形成されており、
    前記放熱面に対応するように前記外周部の略全周に沿って環状に、かつ大気に接するように設けられ、前記ガス吐出機構の熱を伝熱して大気側に放熱する放熱部材と、
    前記放熱面と前記放熱部材との間に、全周にわたってこれらに接触するように設けられ、これらの接触面積を調整することにより、前記外周部からの前記放熱部材への熱伝達を調整する伝熱調整部材と、
    前記放熱部材に設けられ、この放熱部材を介して前記ガス吐出機構を冷却する冷却機構と、
    前記放熱部材に設けられ、この放熱部材を加熱して前記ガス吐出機構の温度を調整する加熱機構と
    を具備することを特徴とするガス処理装置。
  8. 前記冷却機構は、冷却媒体が流通する環状の冷媒流路を有していることを特徴とする請求項７に記載のガス処理装置。
  9. 前記冷却機構は、熱電半導体素子を有していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のガス処理装置。
  10. 前記中央部の前記載置台上と対向する面には、前記ガス吐出孔を有するカバー部材が着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のガス処理装置。
  11. 前記カバー部材の表面にはアルマイト加工が施されていることを特徴とする請求項１０に記載のガス処理装置。
  12. ＭＯＣＶＤ装置であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のガス処理装置。
  13. 前記処理ガスはハフニウム系原料を含んで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のガス処理装置。
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