JPWO2005024928A1 - ガス処理装置および放熱方法 - Google Patents

Abstract

シャワーベース（４１）、ガス拡散板（４２）、シャワープレート（４３）を積み重ねて構成され、ガス拡散板（４２）の両面に形成された第１ガス拡散部（４２ａ）、第２ガス拡散部（４２ｂ）、およびシャワープレート（４３）に形成され第１ガス拡散空間（４２ｃ）に連通する第１ガス吐出口（４３ａ）、第２ガス拡散空間（４２ｄ）に連通する第２ガス吐出口（４３ｂ）を介して載置台（５）上のウエハＷに原料ガスおよび酸化剤ガスを供給するシャワーヘッド（４０）において、第１ガス拡散部（４２ａ）内にシャワーベース（４１）の下面に密着する複数の伝熱柱（４２ｅ）を設けてその間の部分が第１ガス拡散空間（４２ｃ）となるようにし、この伝熱柱４２ｅにより載置台５から受ける輻射熱をシャワーヘッド（４０）の厚さ方向に伝達する。

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およびそのようなガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法に関する。

半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）上に種々の物質からなる薄膜の形成が行われ、この薄膜に要求される物性の多様化等に呼応して、薄膜形成に使用される物質や組み合わせの多様化、複雑化が進行している。

たとえば、半導体メモリ素子において、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）素子のリフレッシュ動作による性能限界を克服するために、強誘電体薄膜を強誘電体キャパシタに使用することによる大容量メモリ素子の開発が進められてきた。このような強誘電体薄膜を使用する強誘電体メモリ素子（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＦｅＲＡＭ）は、不揮発性メモリ素子の一種で、原理上リフレッシュ動作を必要とせず、電源が切れた状態でも格納された情報を保持できる利点に加えて、動作速度もＤＲＡＭに匹敵するので、次世代記憶素子として注目されている。

このようなＦｅＲＡＭの強誘電体薄膜には、主にＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９（ＳＢＴ）や、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３（ＰＺＴ）のような絶縁物質が用いられている。複数の元素からなる複雑な組成のこれら薄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技術が適している。ＭＯＣＶＤ技術による成膜については、たとえば特開平８−２９１３８５号公報に示されている。

このようなＭＯＣＶＤ技術に限らず、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吹き出し孔を分散して配置する構成がとられている。

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。また、このように扁平なガス拡散空間が存在する場合には、通常行われている上部すなわち大気側から温度の制御をしようとしても、伝熱が不十分であるため、有効な温度制御を行うことは困難である。

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て、原料ガスの濃度低下や、析出物質が異物となって半導体ウエハに付着すること等により、成膜不良の原因となる。また、上述のように成膜温度が経時的に上昇するため、膜質や膜組成のばらつきの原因となる。

本発明の目的は、シャワーヘッド等の処理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および放熱方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、シャワーヘッド等の処理ガス吐出機構へのガス供給経路の短縮および簡素化を実現することができるガス処理装置を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて処理ガスを吐出するための複数のガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられたガス拡散部とを有し、前記ガス拡散部は、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の熱伝達を行う複数の伝熱柱と、前記ガス吐出孔に連通し、前記伝熱柱以外の部分を構成するガス拡散空間とを有するガス処理装置が提供される。

本発明の第２の観点によれば、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、前記載置台上の被処理基板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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスがそれぞれ導入される第１プレートと、前記第１プレートの主面に当接する第２プレートと、前記第２プレートに当接され、前記載置台に載置された被処理基板に対応して複数の第１および第２ガス吐出孔が形成された第３プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられた第１ガス拡散部と、前記第２プレートと前記第３プレートとの間に設けられた第２ガス拡散部とを有し、前記第１ガス拡散部は、前記第１プレートと前記第２プレートとに接続された複数の第１柱体と、前記第１ガス吐出孔に連通し、前記複数の第１柱体以外の部分を構成する第１ガス拡散空間とを有し、前記第２ガス拡散部は、前記第２プレートと前記第３プレートとに接続された複数の第２柱体と、前記第２ガス吐出孔に連通し、前記複数の第２柱体以外の部分を構成する第２ガス拡散空間とを有し、導入された前記第１の処理ガスが前記第１ガス拡散空間を介して前記第１ガス吐出孔から吐出され、導入された前記第２の処理ガスが前記第２ガス拡散空間を介して前記第２ガス吐出孔から吐出されるガス処理装置が提供される。

本発明の第３の観点によれば、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、前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ第１および第２の処理ガスを吐出する処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記第１および第２の処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて第１の処理ガスおよび第２の処理ガスをそれぞれ吐出するための複数の第１および第２ガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に積層して形成され、偏平形状を有する第１および第２ガス拡散部とを有し、前記第１ガス拡散部は、前記ガス吐出部と前記ガス導入部との間の熱伝達を行うための複数の第１柱体と、前記第１ガス吐出孔に連通し、前記複数の第１柱体以外の部分を構成する第１ガス拡散空間とを有し、前記第２ガス拡散部は、前記第１の処理ガスが通流するガス通流孔を有する複数の第２柱体と、前記第２ガス吐出孔に連通し、前記複数の第２柱体以外の部分を構成する第２ガス拡散空間とを有し、導入された前記第１の処理ガスが前記第１ガス拡散空間を介して前記第１ガス吐出孔から吐出され、導入された前記第２の処理ガスが前記第２ガス拡散空間を介して前記第２ガス吐出孔から吐出されるガス処理装置が提供される。

本発明の第４の観点によれば、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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構と、前記処理ガス吐出機構の温度制御機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて処理ガスを吐出するための複数のガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられたガス拡散部とを有し、前記ガス拡散部は、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の熱伝達を行う伝熱柱と、前記ガス吐出孔に連通し、前記伝熱柱以外の部分を構成するガス拡散空間とを有し、前記温度制御機構は、前記処理ガス導入部の下部から前記伝熱柱を介して伝熱された熱を放熱する放熱機構を有するガス処理装置が提供される。

本発明の第５の観点によれば、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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて処理ガスを吐出するための複数のガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられ、処理ガスをその中の処理ガス拡散空間に拡散させて前記ガス吐出孔に導くガス拡散部とを有するガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法であって、前記ガス拡散部に伝熱柱を設けて前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の熱伝達を行い、前記処理ガス吐出機構の放熱を行う放熱方法が提供される。

本発明の第６の観点によれば、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、前記載置台上の被処理基板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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスがそれぞれ導入される第１プレートと、前記第１プレートの主面に当接する第２プレートと、前記第２プレートに当接され、前記載置台に載置された被処理基板に対応して複数の第１および第２ガス吐出孔が形成された第３プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられた第１ガス拡散部と、前記第２プレートと前記第２プレートと前記第３プレートとの間に設けられた第２ガス拡散部とを有するガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法であって、前記第１ガス拡散部に前記第１プレートと前記第２プレートとを接続するように複数の第１柱体を設け、前記第２ガス拡散部に前記第２プレートと前記第３プレートとを接続するように複数の第２柱体を設け、前記第１柱体により前記第１プレートと前記第２プレートとの間の熱伝達を行い、前記第２柱体により前記第２プレートと前記第３プレートとの間の熱伝達を行って、前記処理ガス吐出機構の放熱を行う放熱方法が提供される。

本発明の第７の観点によれば、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、前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ第１および第２の処理ガスを吐出する処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記第１および第２の処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて第１の処理ガスおよび第２の処理ガスをそれぞれ吐出するための複数の第１および第２ガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に積層して形成され、偏平形状を有する第１および第２ガス拡散部とを有するガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法であって、前記第１ガス拡散部に複数の第１柱体を設け、前記第２ガス拡散部に前記第１の処理ガスが通流するガス通流孔を有する複数の第２柱体を設け、前記第１柱体および前記第２柱体により前記ガス吐出部と前記ガス導入部との間の熱伝達を行って、前記処理ガス吐出機構の放熱を行う放熱方法が提供される。

本発明の第１、第２、第３および第５、第６、第７の観点によれば、被処理基板を加熱する載置台からの輻射熱を受ける処理ガス吐出機構において、従来、扁平な広い空間が形成されていたガス拡散部に、熱伝達のための伝熱柱（柱体）を設けたので、処理ガス吐出機構の厚さ方向における熱伝達を十分に行うことができ、放熱効率を向上させることができる。この結果、載置台と対向する処理ガス吐出機構が受ける当該載置台からの輻射熱が、処理ガス吐出機構の厚さ方向に背面側に効率良く放散され、処理ガス吐出機構それに接続されるガス供給配管系等の温度上昇を確実に抑制することができる。

この結果、ガス処理が、処理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って被処理基板に対する成膜処理である場合に、処理ガス吐出機構の温度を、原料ガスの熱分解温度以下に確実に維持することが可能となり、処理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、当該処理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が確実に防止され、たとえば、原料ガスの濃度の低下やばらつき等による薄膜形成速度の低下（所要時間の増大）、膜厚、膜質（組成比）のばらつきの発生、さらには、当該処理ガス吐出機構の内部に付着した熱分解反応の生成物質が異物となっ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確実に抑止することが可能になる。

また、このように伝熱柱（柱体）を設けて、処理ガス吐出機構の厚さ方向における熱伝達を十分に行うことができるので、処理ガス吐出機構の上部に温度制御機構を設けることにより、載置台からの輻射熱を受けて温度が上昇しやすい処理ガス吐出機構の下部の温度制御を有効に行うことができ、上記効果をより有効に発揮することができる。

さらに、ガス拡散部に伝熱柱（柱体）を設けることにより、仕切り壁を設けた場合のようにガス拡散空間が分断されずに連続しているので、ガスがガス拡散空間内で均一に拡散され、均一に下方へ吐出させることができ、かつガス拡散空間にガスを供給するガス流路を、分断領域毎に分岐して接続する等の煩雑なガス配管（流路）の引き回しが不要となり、配管経路の短縮化、簡素化を実現することができる。

また、本発明の第４の観点によれば、処理ガス吐出機構の温度を制御する温度制御機構が、前記処理ガス導入部の下部から前記伝熱柱を介して伝熱された熱を放熱する放熱機構を有するので、処理ガス吐出機構の熱を有効に放散させることができ、処理ガス吐出機構の温度を均一に制御することができるとともに、経時的な温度上昇を抑制して高精度で温度制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す断面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の筐体の底部の構造の一例を示す透視平面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の筐体を示す平面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を構成するシャワーヘッドのシャワーベースを示す平面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を構成するシャワーヘッドのシャワーベースを示す底面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を構成するシャワーヘッドのガス拡散板を示す平面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を構成するシャワーヘッドのガス拡散板を示す底面図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を構成するシャワーヘッドのシャワープレートを示す平面図。 図４のシャワーベースをＩＸ−ＩＸ線で切断して示す断面図。 図６の拡散板をＸ−Ｘ線で切断して示す断面図。 図８のシャワープレートをＸＩ−ＸＩ線で切断して示す断面図。 伝熱柱の配置を拡大して示す図。 伝熱柱の他の例を示す図。 伝熱柱のさらに他の例を示す図。 伝熱柱のさらにまた他の例を示す図。 ガス配管の垂直部の高さがガスの拡散均一性に及ぼす影響を確認するためのシミュレーションを説明するための図。 ガス配管の垂直部の高さがガスの拡散均一性に及ぼす影響を確認するためのシミュレーションの結果を示すグラフ。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置におけるガス供給源の構成を示す概念図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の効果の一例を示す線図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の効果の一例を示す線図。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置におけるシャワーヘッドの温度測定箇所を示す説明図。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を示す平面図。 本発明の第２の実施形態の効果を説明するための図。 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドの他の変形例を示す断面図。 図２５の温度制御部分をゾーン制御する際のゾーン分割の例を示す平面図。 本発明の第４の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドを示す平面図。 本発明の第５の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドに用いる温度制御機構の変形例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドに用いる温度制御機構の変形例を示す断面図。 本発明の第６の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図。 本発明の第７の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図。 本発明の第７の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドに用いる温度制御機構の変形例を示す図。

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。
［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る成膜処理装置を示す断面図であり、図２は本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の筐体の内部構造を示す平面図、図３はその上部平面図である。また、図４〜１１はこの成膜装置を構成するシャワーヘッドの構成部品を示す図である。
なお、図１では、シャワーヘッドの断面は、後述する図６の線Ｘ−Ｘの部分での切断面が示されており、中央部を境に左右が非対称となっている。

この成膜装置は、図１に示すように、例えばアルミニウム等により構成される平断面が略矩形の筐体１を有しており、この筐体１の内部は、有底円筒状に形成された処理容器２となっている。処理容器２の底部にはランプユニット１００が接続される開口２ａが設けられ、この開口２ａの外側より、石英からなる透過窓２ｄがＯリングからなる封止部材２ｃにより、処理容器２が気密に封止されている。処理容器２の上部にはリッド３が開閉可能に設けられており、このリッド３に支持されるようにガス吐出機構であるシャワーヘッド４０が設けられている。このシャワーヘッド４０の詳細は後述する。また、図１には図示してはいないが、筐体１の背後にシャワーヘッド４０を介して処理容器内に種々のガスを供給する後述するガス供給源６０（図１８参照）が設けられている。また、ガス供給源６０には原料ガスを供給する原料ガス配管５１および酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス配管５２が接続されている。酸化剤ガス配管５２は酸化剤ガス分岐配管５２ａおよび５２ｂに分岐しており、原料ガス配管５１ならびに酸化剤ガス分岐配管５２ａおよび５２ｂがシャワーヘッド４０に接続されている。

処理容器２の内部には円筒状のシールドベース８が処理容器２の底部から立設されている。シールドベース８上部の開口には、環状のベースリング７が配置されており、ベースリング７の内周側には環状のアタッチメント６が支持され、アタッチメント６の内周側の段差部に支持されてウエハＷを載置する載置台５が設けられている。シールドベース８の外側には、後述するバッフルプレート９が設けられている。

バッフルプレート９には、複数の排気口９ａが形成されている。処理容器２の外周底部において、シールドベース８を取り囲む位置には、底部排気流路７１が設けられており、バッフルプレート９の排気口９ａを介して処理容器２の内部が底部排気流路７１に連通することで、処理容器２の排気が均一に行われる構成となっている。筐体１の下方には処理容器２を排気する排気装置１０１が配置されている。排気装置１０１による排気の詳細については後述する。

前述のリッド３は処理容器２上部の開口部分に設けられており、このリッド３の載置台５上に載置されたウエハＷと対向する位置に、シャワーヘッド４０が設けられている。

載置台５、アタッチメント６、ベースリング７およびシールドベース８で囲繞された空間内には、円筒状のリフレクター４が処理容器２の底部から立設されており、このリフレクター４は、図示しないランプユニットから放射される熱線を反射して、載置台５の下面に導くことで、載置台５が効率良く加熱されるように作用する。また、加熱源としては上述のランプに限らず、載置台５に抵抗加熱体を埋設して当該載置台５を加熱するようにしてもよい。

このリフレクター４には例えば３箇所にスリット部が設けられ、このスリット部と対応した位置にウエハＷを載置台５から持ち上げるためのリフトピン１２がそれぞれ昇降可能に配置されている。リフトピン１２は、ピン部分と指示部分で一体に構成され、リフレクター４の外側に設けられた円環状の保持部材１３に支持されており、図示しないアクチュエータにて保持部材１３を昇降させることで上下動する。このリフトピン１２は、ランプユニットから照射される熱線を透過する材料、例えば石英やセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，ＳｉＣ）で構成されている。

リフトピン１２は、ウエハＷを受け渡しする際にはリフトピン１２が載置台５から所定長さ突出するまで上昇され、リフトピン１２上に支持されたウエハＷを載置台５上に載置する際には、リフトピン１２が載置台５に引き込まれる。

載置台５の真下の処理容器２の底部には、開口２ａを取り囲むようにリフレクター４が設けられており、このリフレクター４の内周には、石英等の熱線透過材料よりなるガスシールド１７がその全周を支持されることによって取り付けられている。ガスシールド１７には、複数の孔１７ａが形成されている。

また、リフレクター４の内周に支持されたガスシールド１７の下側の透過窓２ｄとの間の空間内には、パージガス供給機構からのパージガス（たとえばＮ_２、Ａｒガス等の不活性ガス）が、処理容器２の底部に形成されたパージガス流路１９、および、このパージガス流路１９と連通する、リフレクター４の内側下部の８箇所に等配されたガス吹き出し口１８を介して供給される。

このようにして供給されたパージガスを、ガスシールド１７の複数の孔１７ａを通じて、載置台５の背面側に流入させることにより、後述するシャワーヘッド４０からの処理ガスやクリーニングガスが載置台５の裏面側の空間に侵入して透過窓２ｄに薄膜の堆積やエッチングによる損傷等のダメージを与えることを防止している。

筐体１の側面には、処理容器２に連通するウエハ出入り口１５が設けられ、このウエハ出入り口１５は、ゲートバルブ１６を介して図示しないロードロック室に接続されている。

図２に例示されるように、環状の底部排気流路７１は、筐体１の底部の対角位置に、処理容器２を挟んで対称に配置された排気合流部７２に連通し、この排気合流部７２は、筐体１の角部内に設けられた上昇排気流路７３、筐体１の上部に設けられた横行排気管７４を介して、筐体１の角部を貫通して配置された下降排気流路７５に接続され、筐体１の下方に配置された排気装置１０１（図１参照）に接続されている。このように、筐体１の角部の空き空間を利用して上昇排気流路７３や下降排気流路７５を配置することで、排気流路の引き回しが、筐体１のフットプリント内で完結するので、装置の設置面積が増大せず、薄膜形成装置の設置の省スペース化が可能になる。

なお、載置台５には、複数の熱電対８０が、たとえば一本は中心近辺に、もう一本はエッジ近辺に挿入され、これらの熱電対８０にて載置台５の温度が測定され、この熱電対８０の測定結果に基づいて載置台５の温度が制御されるようになっている。

次に、シャワーヘッド４０について詳細に説明する。
シャワーヘッド４０は、その外縁がリッド３上部と嵌合するように形成された筒状のシャワーベース（第１プレート）４１と、このシャワーベース４１の下面に密着した円盤状のガス拡散板（第２プレート）４２と、このガス拡散板４２の下面に取り付けられたシャワープレート（第３プレート）４３とを有している。シャワーヘッド４０を構成する最上部のシャワーベース４１は、シャワーヘッド４０全体の熱が外部に放散される構成となっている。シャワーヘッド４０は全体的な形状が円柱状をなしているが、四角柱状であってもよい。

シャワーベース４１は、ベース固定ねじ４１ｊを介してリッド３に固定されている。このシャワーベース４１とリッド３の接合部には、リッドＯリング溝３ａおよびリッドＯリング３ｂが設けられ、両者が気密に接合されている。

図４はこのシャワーベース４１の上部平面図であり、図５はその下部平面図、図９は図４における線ＩＸ−ＩＸ部分の断面図である。シャワーベース４１は、中央に設けられ、原料ガス配管５１が接続される第１ガス導入路４１ａと、酸化剤ガス配管５２の酸化剤ガス分岐配管５２ａおよび５２ｂが接続される複数の第２ガス導入路４１ｂを備えている。第１ガス導入路４１ａはシャワーベース４１を貫通するように垂直に延びている。また、第２ガス導入路４１ｂは、導入部からシャワーベース４１の途中までの垂直に延び、そこから水平に延び再び垂直に延びる鈎形を有している。図面では酸化剤ガス分岐配管５２ａおよび５２ｂは、第１ガス導入路４１ａを挟んで対称な位置に配置されているが、ガスを均一に供給することができればどのような位置であってもよい。

シャワーベース４１の下面（ガス拡散板４２に対する接合面）には、外周Ｏリング溝４１ｃおよび内周Ｏリング溝４１ｄが設けられ、外周Ｏリング４１ｆおよび内周Ｏリング４１ｇがそれぞれ装着されることによって、接合面の気密が維持されている。また、第２ガス導入路４１ｂの開口部にも、ガス通路Ｏリング溝４１ｅおよびガス通路Ｏリング４１ｈが設けられている。これにより、原料ガスと酸化剤ガスが混ざることを確実に防止している。

このシャワーベース４１の下面には、ガス通路を有するガス拡散板４２が配置されている。図６はこのガス拡散板４２の上側平面図であり、図７はその下側平面図、図１０は図６における線Ｘ−Ｘの断面図である。ガス拡散板４２の上面側および下面側には、それぞれ、第１ガス拡散部４２ａおよび第２ガス拡散部４２ｂが設けられている。

上側の第１ガス拡散部４２ａは、第１ガス通路４２ｆの開口位置を避けて、複数の円柱状突起の伝熱柱４２ｅを有しており、伝熱柱４２ｅ以外の空間部が第１ガス拡散空間４２ｃとなっている。この伝熱柱４２ｅの高さは、第１ガス拡散部４２ａの深さにほぼ等しくされており、上側に位置するシャワーベース４１に密着することで、下側のシャワープレート４３からの熱をシャワーベース４１に伝達する機能を有する。

下側の第２ガス拡散部４２ｂは、複数の円柱状突起４２ｈを有しており、円柱状突起４２ｈ以外の空間部が第２ガス拡散空間４２ｄとなっている。第２ガス拡散空間４２ｄは、当該ガス拡散板４２を垂直に貫通して形成された第２ガス通路４２ｇを経由してシャワーベース４１の第２ガス導入路４１ｂに連通している。円柱状突起４２ｈの一部には、被処理体の領域と同領域以上好ましくは１０％以上の領域まで、中心部に第１ガス通路４２ｆが貫通して形成されている。この円柱状突起４２ｈの高さは、第２ガス拡散部４２ｂの深さとほぼ等しくなっており、ガス拡散板４２の下側に密着するシャワープレート４３の上面に密着している。なお、円柱状突起４２ｈのうち第１ガス通路４２ｆが形成されたものは、下側に密着するシャワープレート４３の後述の第１ガス吐出口４３ａと第１ガス通路４２ｆとが連通するように配置されている。また、円柱状突起４２ｈの全てに第１ガス通路４２ｆが形成されていてもよい。

図１２に拡大して示すように、前記伝熱柱４２ｅの直径ｄ０は、たとえば、２〜２０ｍｍであり、好ましくは５〜１２ｍｍである。また隣接する伝熱注４２ｅの間隔ｄ１は、たとえば、２ｍｍ〜２０ｍｍであり、好ましくは２〜１０ｍｍである。また、複数の伝熱柱４２ｅの断面積の合計値Ｓ１の第１ガス拡散部４２ａの断面積Ｓ２に対する比（面積比Ｒ＝（Ｓ１／Ｓ２））が、０．０５〜０．５０となるように伝熱柱４２ｅが配置されることが好ましい。この面積比Ｒが０．０５より小さいとシャワーベース４１に対する熱伝達効率向上効果が小さくなって放熱性が悪くなり、逆に０．５０より大きいと第１ガス拡散空間４２ｃにおけるガスの流路抵抗が大きくなってガス流の不均一が生じ、基板に成膜した際に面内の膜厚のばらつき（不均一性）が大きくなるおそれがある。さらに、本実施形態では、図１２に示すように、隣接する第１ガス通路４２ｆと伝熱柱４２ｅとの間の距離が一定になるようになっている。しかし、このような形態に限らず、伝熱柱４２ｅは第１ガス通路４２ｆの間にあればどのような配置でもよい。

また、伝熱柱４２ｅの断面形状は、図１２に示す円形の他、楕円形等の曲面形状であれば流路抵抗の少ないので望ましいが、図１３に示す三角形、図１４に示す四角形、図１５に示す八角形等の多角形柱であってもよい。

さらに、伝熱柱４２ｅの配列は、格子状または千鳥状に配列されるのが好ましく、第１ガス通路４２ｆは、伝熱柱４２ｅの配列の格子状または千鳥状の中心に形成されるのが好ましい。たとえば、伝熱柱４２ｅが円柱の場合には、直径ｄ０：８ｍｍ、間隔ｄ１：２ｍｍの寸法で伝熱柱４２ｅを格子状配置することにより、面積比Ｒは０．４４となる。このような伝熱柱４２ｅの寸法および配置により、伝熱効率およびガス流の均一性をいずれも高く維持することができる。なお、面積比Ｒは種々のガスに応じて適宜設定してもよい。

また、第１ガス拡散部４２ａの周辺部近傍（内周Ｏリング溝４１ｄの外側近傍）の複数箇所には、当該第１ガス拡散部４２ａ内の伝熱柱４２ｅの上端部を上側のシャワーベース４１の下面に密着させるための複数の拡散板固定ねじ４１ｋが設けられている。この拡散板固定ねじ４１ｋによる締結力により、第１ガス拡散部４２ａ内の複数の伝熱柱４２ｅがシャワーベース４１の下面に確実に密着し伝熱抵抗が減少して伝熱柱４２ｅによる確実な伝熱効果を得ることができる。固定ねじ４１ｋは、第１ガス拡散部４２ａの伝熱柱４２ｅに取り付けられてもよい。

第１ガス拡散部４２ａ内に設けられた複数の伝熱柱４２ｅは、仕切壁のように空間を仕切らないので、第１ガス拡散空間４２ｃは分断されずに連続的に形成されており、第１ガス拡散空間４２ｃに導入されたガスは、その全体に亘って拡散した状態で下方に吐出させることができる。

また、本発明者の検討結果によれば、ガス拡散空間におけるガスの拡散性は、シャワーヘッドへガスを導入するガス配管の垂直部の長さに依存し、垂直部の長さが十分長ければ、ガス導入部にて慣性や進行方向の変化によって偏ることが防止され、ガス拡散空間におけるガスの均一拡散性を良好なものとすることができることが判明した。垂直部の長さが小さいと、ガス拡散空間へガスが斜めに供給さることとなり、ガスの慣性や流れ方向の変化による圧力変動によりガス導入部の内部においてガスの圧力分布が偏ることとなる。特に、原料ガスの場合には、このガスの圧力分布の偏りにより成膜処理の均一性が損なわれる。そして、この偏りは比重の思いガスを用いる場合ほど顕著になる。

次に、ガスを導入する配管の垂直部の長さとガス導入部から導入されるガスの流速分布のシミュレーション結果について説明する。ここでは、計算モデルとしてガス流れの定常計算を用い、図１６に示すように、配管を水平部Ｐ_Ｈおよび９０°屈曲させた垂直部Ｐ_Ｖを有するものとし、条件として、配管径を１１ｍｍφ、ガス・壁面温度を２１０℃とし、流入ガスを不活性ガスであるＡｒガスおよび有機ガスである酢酸ブチルを予め均一混合したものとし、流入端におけるＡｒガス流量を３００ｍＬ／ｍｉｎ（ガス）、酢酸ブチル流量を１．２ｍＬ／ｍｉｎ（液体）の固定値とし、配管の流出側の圧力を３１９．２Ｐａ（２．４Ｔｏｒｒ）の固定値として、垂直部Ｐ_Ｖの長さＨを４６ｍｍ、９２ｍｍ、１３８ｍｍと変化させて計算した。なお、流出側の圧力は圧力損失の式であるハーゲン・ポアゼイユの式からの推定値である。

その結果を図１７に示す。図１７は横軸に配管内の径方向の位置をとり縦軸に流速をとってこれらの関係を示すグラフである。この図に示すように、Ｈが４６ｍｍと小さい場合にはガスの流速分布が偏っているが、Ｈが９２ｍｍ、１３８ｍｍと増加するにしたがって、ガスの流速分布が均一になることがわかる。垂直部Ｐ_Ｖの長さＨを１３８ｍｍの場合に、ガスの流入量を５０〜５００％に変化させてもガス供給量のばらつきは２％より小さく、ガス供給均一性が実現され、成膜された膜の面内均一性も高いものとなった。

また、上述したように第１ガス拡散空間４２ｃが連続的に形成されていることから、第１ガス拡散空間４２ｃには一つの第１ガス導入路４１ａおよび原料ガス配管５１を介して原料ガスを導入することができ、原料ガス配管５１のシャワーヘッド４０に対する接続箇所の削減および引き回し経路の簡素（短縮）化を実現できる。この結果、原料ガス配管５１の経路の短縮により、ガス供給源６０から配管パネル６１を介して供給される原料ガスの供給／供給停止の制御精度が向上するとともに、装置全体の設置スペースの削減を実現することができる。

図１に示すように、原料ガス配管５１は全体としてアーチ上に構成され、原料ガスが垂直に上昇する垂直上昇部分５１ａ、それに連続する斜め上方に上昇する斜め上昇部分５１ｂ、それに連続する下降部分５１ｃを有しており、垂直上昇部分５１ａと斜め上昇部分５１ｂとの接続部分、斜め上昇部分５１ｂと下降部分５１ｃとの接続部分は、緩やかな（曲率半径の大きい）湾曲形状となっている。これによって、原料ガス配管５１の途中で圧力変動を防止することができる。

上述のガス拡散板４２の下面には、ガス拡散板４２の上面から挿入され、その周方向に配列された複数の固定ねじ４２ｊ、４２ｍおよび４２ｎを介してシャワープレート４３が取り付けられている。このようにガス拡散板４２の上面からこれら固定ねじを挿入するのは、シャワープレート４０の表面にねじ山またはねじ溝を形成するとシャワーヘッド４０の表面に成膜された膜が剥がれやすくなるためである。以下、シャワープレート４３について説明する。図８はこのシャワープレート４３の上側の平面図であり、図１１は図８において線ＸＩ−ＸＩで示される部分の断面図である。

このシャワープレート４３には、複数の第１ガス吐出口４３ａおよび複数の第２ガス吐出口４３ｂが交互に隣り合うように配置形成されている。すなわち、複数の第１ガス吐出口４３ａの各々は、上側のガス拡散板４２の複数の第１ガス通路４２ｆに連通するように配置され、複数の第２ガス吐出口４３ｂは、上側のガス拡散板４２の第２ガス拡散部４２ｂにおける第２ガス拡散空間４２ｄに連通するように、つまり複数の円柱状突起４２ｈの間隙に配置されている。

このシャワープレート４３では、酸化剤ガス配管５２に接続される複数の第２ガス吐出口４３ｂが最外周に配置され、その内側に、第１ガス吐出口４３ａおよび第２ガス吐出口４３ｂが交互に均等に配列される。この交互に配列された複数の第１ガス吐出口４３ａおよび第２ガス吐出口４３ｂの配列ピッチｄｐは、一例として７ｍｍ、第１ガス吐出口４３ａは、たとえば４６０個、第２ガス吐出口４３ｂは、たとえば５０９個である。これらの配列ピッチｄｐおよび個数は、被処理体のサイズ、成膜特性に応じて適宜設定される。

シャワーヘッド４０を構成する、シャワープレート４３、ガス拡散板４２、およびシャワーベース４１は、周辺部に配列された積層固定ねじ４３ｄを介して締結されている。

また、積層されたシャワーベース４１、ガス拡散板４２、シャワープレート４３には、熱電対１０を装着するための熱電対挿入孔４１ｉ、熱電対挿入孔４２ｉ、熱電対挿入穴４３ｃが厚さ方向に重なり合う位置に設けられ、シャワープレート４３の下面や、シャワーヘッド４０の内部の温度を測定することが可能になっている。熱電対１０をセンターと外周部に設置して、シャワープレート４３の下面の温度をさらに均一に精度良く制御することもできる。これにより基板を均一に加熱することができるので、面内均一な成膜が可能である。

シャワーヘッド４０の上面には、外側と内側に分割された環状の複数のヒーター９１と、ヒーター９１の間に設けられ、冷却水等の冷媒が流通する冷媒流路９２とからなる温度制御機構９０が配置されている。熱電対１０の検出信号は温度コントローラ１１０に入力され、温度コントローラ１１０はこの検出信号に基づいて、ヒーター電源出力ユニット９３および冷媒源出力ユニット９４に制御信号を出力し、温度制御機構９０にフィードバックして、シャワーヘッド４０の温度を制御することが可能になっている。

次に、図１８を参照して、シャワーヘッド４０を介して処理容器２内に種々のガスを供給するためのガス供給源６０について説明する。

ガス供給源６０は、原料ガスを生成するための気化器６０ｈと、この気化器６０ｈに液体原料（有機金属化合物）を供給する複数の原料タンク６０ａ〜原料タンク６０ｃ、溶媒タンク６０ｄを備えている。そして、ＰＺＴの薄膜を形成する場合には、たとえば、有機溶媒に所定の温度に調整された液体原料として、原料タンク６０ａには、Ｐｂ（ｔｈｄ）_２が貯留され、原料タンク６０ｂには、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）（ｔｈｄ）_３が貯留され、原料タンク６０ｃには、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）_２（ｔｈｄ）_２が貯留されている。
また、溶媒タンク６０ｄには、ＣＨ_３ＣＯＯ（ＣＨ_２）_３ＣＨ_３が貯留されている。

複数の原料タンク６０ａ〜原料タンク６０ｃは、流量計６０ｆ、原料供給制御弁６０ｇを介して気化器６０ｈに接続されている。この気化器６０ｈには、パージガス供給制御弁６０ｊ、流量制御部６０ｎおよび混合制御弁６０ｐを介してキャリア（パージ）ガス源６０ｉが接続され、これにより各々の液体原料ガスが気化器６０ｈに導入される。

溶媒タンク６０ｄは、流体流量計６０ｆ、原料供給制御弁６０ｇを介して気化器６０ｈに接続されている。そして、圧送用ガス源のＨｅガスを複数の原料タンク６０ａ〜６０ｃ、および溶媒タンク６０ｄに導入して、Ｈｅガスの圧力によって各々のタンクから供給される各液体原料および溶媒は、所定の混合比で気化器６０ｈに供給され、気化されて原料ガスとして原料ガス配管５１に送出され、バルブブロック６１に設けられた弁６２ａを介してシャワーヘッド４０へ導入される。

また、ガス供給源６０には、パージガス流路５３、１９等に、パージガス供給制御弁６０ｊ、弁６０ｓ、６０ｘ、流量制御部６０ｋ、６０ｙ、弁６０ｔ、６０ｚを介して、たとえばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性ガスを供給するキャリア（パージ）ガス源６０ｉ、および酸化剤ガス配管５２に、酸化剤ガス供給制御弁６０ｒ、弁６０ｖ、流量制御部６０ｕ、バルブブロック６１に設けられた弁６２ｂを介して、たとえば、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、ＮＯ等の酸化剤（ガス）を供給する酸化剤ガス源６０ｑが設けられている。

また、キャリア（パージ）ガス源６０ｉは、原料供給制御弁６０ｇが閉じた状態で、弁６０ｗ、流量制御部６０ｎおよび混合制御弁６０ｐを通じてキャリアガスを気化器６０ｈ内に供給することにより、必要に応じて、気化器６０ｈ内の不必要な原料ガスをＡｒ等からなるキャリアガスにより原料ガス配管５１の配管内を含めてパージ可能になっている。同様に、キャリア（パージ）ガス源６０ｉは、混合制御弁６０ｍを介して酸化剤ガス配管５２に接続され、必要に応じて、配管内等の酸化剤ガスやキャリアガスをＡｒ等のパージガスでパージ可能な構成となっている。さらに、キャリア（パージ）ガス源６０ｉは、弁６０ｓ、流量制御部６０ｋ、弁６０ｔ、バルブブロック６１に設けられた弁６２ｃを介して、原料ガス配管５１の弁６２ａの下流側に接続され、弁６２を閉じた状態における原料ガス配管５１の下流側をＡｒ等のパージガスでパージ可能な構成となっている。

次に、このように構成される成膜装置の動作について説明する。
まず、処理容器２内は、底部排気流路７１、排気合流部７２、上昇排気流路７３、横行排気管７４および下降排気流路７５を経由した排気経路にて図示しない真空ポンプによって排気されることにより、たとえば、１００〜５５０Ｐａ程度の真空度にされる。

このとき、キャリア（パージ）ガス源６０ｉからパージガス流路１９を経由して複数のガス吹き出し口１８からガスシールド１７の背面（下面）側にはＡｒ等のパージガスが供給され、このパージガスは、ガスシールド１７の孔１７ａを通過して載置台５の背面側に流入し、シールドベース８の隙間を経由して、底部排気流路７１に流れこみ、ガスシールド１７の下方に位置する透過窓２ｄへの薄膜の堆積やエッチング等のダメージを防止するための定常的なパージガス流が形成されている。

この状態の処理容器２において、図示しないロボットハンド機構等により、リフトピン１２を載置台５上に突出するように上昇させて、ゲートバルブ１６、ウエハ出入り口１５を経由してウエハＷを搬入し、図示しないロボットハンド機構等により、リフトピン１２に載置してゲートバルブ１６を閉じる。

次に、リフトピン１２を降下させてウエハＷを載置台５上に載置させるとともに、下方の図示しないランプユニットを点灯させて熱線を透過窓２ｄを介して載置台５の下面（背面）側に照射し、載置台５に載置されたウエハＷを、たとえば、４５０℃〜７００℃の間で、たとえば、５００℃の温度になるように加熱する。

そして、このように加熱されたウエハＷに対して、シャワーヘッド４０の下面のシャワープレート４３の複数の第１ガス吐出口４３ａおよび第２ガス吐出口４３ｂから、たとえば、Ｐｂ（ｔｈｄ）_２、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）（ｔｈｄ）_３、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）_２（ｔｈｄ）_２が所定の比率（たとえばＰＺＴを構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｏ等の元素が所定の化学量論比となるような比率）で混合された原料ガス、およびＮＯ_２等の酸化剤（ガス）を、ガス供給源６０によって吐出供給し、これらの原料ガスや酸化剤ガスの各々の熱分解反応や相互間の化学反応にて、ウエハＷの表面には、ＰＺＴからなる薄膜が形成される。

すなわち、ガス供給源６０の気化器６０ｈから到来する気化された原料ガスは、キャリアガスとともに原料ガス配管５１からガス拡散板４２の第１ガス拡散空間４２ｃ、第１ガス通路４２ｆ、シャワープレート４３の第１ガス吐出口４３ａを経由して、ウエハＷの上部空間に吐出供給される。同様に、酸化剤ガス源６０ｑから供給される酸化剤ガスは、酸化剤ガス配管５２、酸化剤ガス分岐配管５２ａ、シャワーベース４１の第２ガス導入路４１ｂ、ガス拡散板４２の第２ガス通路４２ｇを経由して第２ガス拡散空間４２ｄに至り、シャワープレート４３の第２ガス吐出口４３ｂを経由してウエハＷの上部空間に吐出供給される。原料ガスと酸化性ガスは、それぞれシャワーヘッド４０内で混合しないように処理容器２内に供給される。そして、この原料ガスおよび酸化剤ガスの供給時間の制御により、ウエハＷ上に形成される薄膜の膜厚が制御される。

従来のシャワーヘッドでは、載置台から熱輻射を受けた際に、外周側部分では比較的良好な熱伝達が行われるため温度を抑制することができるものの、その第１のガス拡散部４２ａに相当する部分は略全て空間となっていて空間領域が大きいため、断熱効果により熱伝達が十分に行われず温度が高くなり、シャワーヘッド表面に温度差が形成されるとともに、成膜処理を連続的に行うことにより、シャワーヘッド中央部の温度上昇が著しくなることが問題となっていた。

これに対し、本実施の形態の場合には、載置台５からの輻射熱は、シャワープレート４３に伝達するが、その熱はガス拡散板４２の第２ガス拡散部４２ｂに設けられた複数の円柱状突起４２ｈを伝達してガス拡散板４２に至り、さらに第１ガス拡散部４２ａに設けられた複数の伝熱柱４２ｅを伝達してシャワーベース４１に至る。すなわち、シャワープレート４３からの熱の伝達効率が良好となって放熱効果が向上し、大気側の最上部のシャワーベース４１の中央部に効率よく伝達され、このシャワーベース４１から大気中に放散される。このため、本実施形態の場合には、載置台５を上述のような３００℃〜７００℃の高温に加熱する場合でも、シャワーヘッド４０の表面（下面）の温度を従来に比べて低くすることが可能である。また、伝熱柱が存在しない場合には、シャワーヘッド上面に温度制御機構を設けても、シャワーヘッド４０の内部側に有効に伝熱できないため、均一な温度制御が実質的に困難であったが、本実施形態では伝熱柱４２ｅの存在によりシャワーヘッド４０の上面に設けられた温度制御機構９０によりシャワーヘッド４０の均一な温度制御が可能となる。

図１９に、伝熱柱を有する本実施形態のシャワーヘッドと従来の空洞状態のガス拡散空間をもつシャワーヘッドの温度分布のシミュレーション結果の一例を示す。ここでは基板として２００ｍｍウエハを用いた場合について示し、従来の空洞状態のガス拡散空間をもつシャワーヘッドと、５×５ｍｍで高さ１０ｍｍの四角柱の伝熱柱を設けた場合（本実施形態のシミュレーションモデル１）と、１２×１２ｍｍで高さ１０ｍｍの四角柱の伝熱柱を設けた場合（本実施形態のシミュレーションモデル２）とについてシミュレーションを行った。この図に示すように、従来のシャワーヘッドでは、シャワーヘッド全体の温度が高くなり、しかもウエハの平面方向における温度分布も不均一になる。これに対して、本実施形態のシミュレーションモデル１では、従来技術の場合よりもシャワーヘッドの温度は低くなり、温度分布の均一性も向上した。また、本実施形態のシミュレーションモデル２では、さらにシャワーヘッドの温度が低くなるとともに、温度分布の均一性もより良好となった。この結果から、伝熱柱を有する本実施形態のシャワーヘッドを用いることにより、原料ガスの熱分解反応にてウエハＷ上に形成される薄膜の膜厚や膜質分布のウエハＷにおける面内均一性が向上することがわかる。なお、本シミュレーションでは伝熱柱として四角柱のものを用いたが、ガスの流れのコンダクタンスを考慮すると円柱状が好ましい。

また、載置台５を実際に上述のような３００℃〜７００℃の高温に加熱する場合でも、シャワーヘッド４０の表面（下面）の温度は、従来に比べて、例えば約１０℃低く抑制することが可能であることが確認された。例えば、載置台５の温度を５２４℃、６５３℃に設定し、シャワーヘッド４０の温度を１６０℃に設定した場合、従来の実際のシャワーヘッドでは、載置台からの輻射熱により、その温度がそれぞれ１７４℃程度および１８２℃程度まで上昇したのに対し、本実施の形態の場合には、それぞれ１６４℃程度、１７２℃程度までの上昇に抑制することが可能であった。

図２０は載置台の温度を６５３℃に設定し、シャワーヘッドの温度を１６０℃に設定した場合における、本実施の形態のシャワーヘッド４０と従来のシャワーヘッドの温度を、図２１に示す各測定ポイントごとに比較して示す線図であるが、この図に示すように、本実施の形態では、伝熱柱４２ｅの効果により、シャワーヘッドの下面（シャワープレート４３）の温度が従来シャワーヘッドより低いのみならず、中央部と周辺部との温度分布の均一化も達成できることが確認された。具体的には、伝熱柱形成領域（ウエハ配置領域内）の測定ポイント２〜６で比較すると、載置台からの輻射熱により上昇したシャワーヘッド下面の温度が、従来シャワーヘッドで１８０．１〜１９１．１℃と高く、しかもΔＴが１１℃であったのに対し、本実施の形態のシャワーヘッドでは１７２．２〜１７５．８℃と従来よりも低下し、ΔＴが３．６℃とシャワーヘッド下面の中央部と周辺部との温度分布も５℃以内と従来シャワーヘッドよりも均一に制御されていることが確認された。

ここで、原料ガスを構成するＰｂ（ｔｈｄ）_２、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）（ｔｈｄ）_３、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）_２（ｔｈｄ）_２の分解温度は、それぞれ、２３０℃、２３０℃、２３５℃程度であるが、実際は、シャワーヘッド４０の内部の温度が２２０℃以上の場合、原料ガスのシャワーヘッド４０内の流通経路の高温部で不均一な当該原料ガス（成膜原料）の熱分解が起こり、ウエハＷに形成される薄膜の膜組成の制御性、均一性に悪影響を与えることが懸念される。また、このシャワーヘッド４０内での原料ガスの熱分解によって生成された固形物は、異物となってウエハＷに付着し、成膜欠陥の一因となる。特に、Ｐｂ（ｔｈｄ）_２は、最終的な熱分解温度は、２２０〜２４０℃であるから、シャワーヘッド４０の温度は２２０℃未満にする。また、部分的な熱分解は１５０℃から開始されることが知られているからシャワーヘッド４０の温度は１５０℃以上にする。従って、シャワーヘッド４０の温度は、好ましくは、１６０〜１８０℃、例えば１７０℃にする。上述の図２０から明らかなように、伝熱柱４２ｅを備えた本実施の形態のシャワーヘッド４０においては、上述したようにほぼ全域で従来のシャワーヘッドの場合よりも測定温度が低く、上述の望ましい１７０℃前後に制御されており、伝熱柱４２ｅの放熱効果によるシャワーヘッド４０内における原料ガスの熱分解反応の抑制効果が期待できる。

本実施の形態の場合、上述のようにシャワーヘッド４０の温度は、１７０℃程度以下に維持されるため、シャワーヘッド４０の内部における原料ガスの流通経路で望ましくない熱分解が発生することが確実に回避され、ウエハＷには、目的の組成をもつ、均一な膜厚のＰＺＴ等の薄膜が形成される。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上記第１の実施形態においては、伝熱柱４２ｅを設けたシャワーヘッド４０を採用することにより、伝熱柱４２ｅを介してシャワーヘッド４０の裏面側から放熱可能な構造とし、かつ温度制御機構９０によりシャワーヘッド４０の温度制御を可能にしているが、シャワーヘッド４０の表面に膜形成された場合には、膜形成前には反射していた熱が吸収され、伝熱柱４２ｅおよび温度制御機構９０のみでは、経時的な温度上昇を十分に抑制することができない場合が生じ、膜質や膜組成の面間ばらつきの原因となる。

そこで、本実施形態では、このような不都合を解消することができる構成を採用する。図２２は本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を示す断面図であり、図２３はその平面図である。この成膜装置の基本構成は第１の実施形態の成膜装置と同様であるから基本的に図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。また、Ｏリング、Ｏリング溝、ネジ等については、図１と全く同様であるから、符号も省略している。

本実施形態においては、第１の実施形態におけるヒーター９１および冷媒流路９２の他に、内側のヒーター９１のさらに内側部分に設けられた放熱部材１２１を有するシャワーヘッド４０の温度制御機構１２０を有している。放熱部材１２１は、アルミニウ、銅、アルミニウム合金、銅合金等の熱伝導性の良好な材料で構成されており、シャワーヘッド４０の上面の内側部分（伝熱柱形成領域）に取り付けられ、シャワーヘッド４０に接続された接続部１２２と、接続部１２２の上端に設けられ外側へ広がるような扇形をなすヒートシンクプレート（熱放散部）１２３とを有している。なお、ヒーター９１への通電および冷媒流路９２に通流させる冷媒の温度や流量等は第１の実施形態と同様に制御される。

この放熱部材１２１においては、シャワーヘッド４０の熱が接続部１２２を介してヒートシンクプレート１２３に至り、ヒートシンクプレート１２３の面から放散される。すなわち、放熱部材１２１は、シャワーヘッド４０の中心部の熱を外気に放散させる機能を有している。また、放熱部材１２１のヒートシンクプレート１２３は温度制御機構１２０の冷媒流路９２に接触しており、これによりさらに冷却効率を高めている。

このように、放熱部材１２１を設けることにより、成膜時においてシャワーヘッド４０の表面に膜形成されてシャワーヘッド４０の反射率が低下し、シャワーヘッド４０が載置台５側からの熱を吸収しても、シャワーヘッド４０の中央部の熱が伝熱柱４２ｅおよび放熱部材１２１を介して放散されるので、シャワーヘッド４０の熱を有効に放散させることができ、シャワーヘッド４０の温度を均一に制御することができるとともに、経時的な温度上昇を抑制して高精度で温度制御を行うことができる。

このようにシャワーヘッド４０の内部の熱放散を有効に行うことができるので、成膜の際にシャワーヘッド４０の温度が経時的に上昇することを防止し、かつ、シャワーヘッドの均熱性を向上させることができ、シャワーヘッド４０の温度制御を安定して行うことができる。なお、放熱部材の形状は限定されることなく、要求される放熱能力に応じて適宜設定すればよい。

次に、実際にこのような温度制御を行った場合の効果について説明する。
図２４は、（ａ）伝熱柱を設けない従来のシャワーヘッド、（ｂ）伝熱柱を設けた第１の実施形態のシャワーヘッド、（ｃ）伝熱柱および放熱部材を設けた第２の実施形態のシャワーヘッドを用いてＰＺＴ膜を連続的に成膜処理した際の処理枚数とシャワーヘッドの温度との関係を示す図である。この図から明らかなように、（ａ）の伝熱柱を設けない従来のシャワーヘッドの場合、成膜処理枚数が増加するにつれてシャワーヘッド温度が急激に上昇しているが、（ｂ）のように伝熱柱を用いることによりシャワーヘッドの温度上昇が大幅に抑制され、（ｃ）のように伝熱柱に加えてさらに放熱部材を用いることにより、シャワーヘッドの温度上昇がほとんど生じず、高精度でシャワーヘッドの温度制御がなされていることが確認された。このように、伝熱柱＋放熱部材とした（ｃ）は、シャワーヘッドの温度が経時的に安定しているため、３００枚成膜後もＰＺＴ膜のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比および膜厚の面間ばらつきがそれぞれ±１．９％および±２．０％であり、（ｂ）の場合がそれぞれ±２．７％および±２．１％であったのに比べてプロセスの均一性が良好であった。これに対し、伝熱柱を設けない（ａ）はシャワーヘッドの温度変化が大きいため、ＰＺＴ膜のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比および膜厚の面間ばらつきがそれぞれ±７．３％および±４．６％と極めて大きかった。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。
図２２、２３の例と同等のシャワーヘッドの高精度の温度制御を実現するためには、加熱および冷却がシャワーヘッド４０の上面の広い範囲で行われるように加熱手段および冷却手段を配置することが好ましい。本実施形態ではそのような観点から、図２５に示すように、シャワーヘッド４０の上面に環状のヒーター１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃと環状の冷媒流路１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃとを交互に設けて温度制御機構１３０を構成し、これによりシャワーヘッド４０の上面の略全面を加熱冷却可能にしている。これらヒーター１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｂへの給電制御および冷媒流路１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃを通流する冷媒の温度や流量の制御は、図示しない熱電対の検出信号に基づいて、第１の実施形態におけるコントローラ１１０による制御と同様のフィードバック制御により行われる。この場合に、ヒーター１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃの通電、冷媒流路１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃに流す冷媒の温度および／または流量を一括して制御するようにしてもよいが、これらを独立に制御してゾーン制御するようにすることにより、より高精度の制御を行うことができる。

また、図２６のように、冷媒流路１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃの代わりに、冷却ガスをシャワーヘッド４０の上面に供給する冷却ガス供給装置１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃを設けた温度制御機構１３０′を設置してもよい。これにより、シャワーヘッド４０上面の適宜の部分に冷却ガスを供給してシャワーヘッド４０を冷却するようにすることができる。この場合には、ガスの供給量を制御することにより、シャワーヘッド４０の冷却を制御することができる。この場合にも、一括制御およびゾーン制御のいずれを採用することもできる。冷却ガス供給装置１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃは、複数の冷却ガス吐出口を円周に沿って配置した構造や、環状の冷却ガス吐出口を有する構造等、種々の構造を有するものを採用することができる。この場合にもヒーター１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｂへの給電制御および冷却ガス供給装置１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃのガス供給量の制御は、図示しない熱電対の検出信号に基づいて、第１の実施形態におけるコントローラ１１０による制御と同様のフィードバック制御により行うことができ、また、上述のようなゾーン制御も可能である。

さらに、図２７に示すように、複数のペルチェ素子等の熱電素子１４１をシャワーヘッド４０の上面の略全面に亘って設けるようにした温度制御機構１４０を設けることによっても高精度の温度制御を実現することができる。熱電素子１４１は、電圧を印加することにより発熱し、その熱によりシャワーヘッド４０を加熱することができ、また、発熱の際の電圧と逆の電圧を印加することにより吸熱し、シャワーヘッド４０を冷却することができる。この際に、熱電素子１４１が吸熱した熱を逃がすための冷却手段、例えば冷媒流路を設けることが好ましい。複数の熱電素子１４１の給電制御も、図示しない熱電対の検出信号に基づいて、第１の実施形態におけるコントローラ１１０による制御と同様のフィードバック制御により行うことができる。また、熱電素子１４１の給電制御は一括して行ってもよいが、複数のゾーンに分けてそれぞれ給電制御するようにしてもよい。例えば、図２８に示すように、シャワーヘッド４０の上面を、その中央部に対応する中央ゾーン１４２、その外側の中間ゾーン１４３、さらに最外側の外側ゾーン１４４の同心円状の３つのゾーンに分け、これら３つのゾーンの熱電素子１４１への給電制御がおのおの独立して行われるようにしてもよい。これにより、より高精度の制御を実施することができる。

なお、第３の実施形態において、上記ヒーターおよび装置構成の都合上、温度制御機構をシャワーヘッド４０の上面の略全面に設けることができない場合には、シャワーヘッド４０の十分に冷却したい部分に対応する表面位置に上記第２の実施形態における放熱部材１２１を設けることが有効である。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。図２９は本発明の第４の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッド部分を示す断面図である。この成膜装置の基本構成は第１の実施形態の成膜装置と同様であるから基本的に図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。また、Ｏリング、Ｏリング溝、ネジ等については、図１と全く同様であるから、符号も省略している。

本実施形態では、シャワーヘッド４０の温度制御機構１５０として、上記の第２の実施形態における温度制御機構１２０の構成要素に、さらにヒートシンクブロック１５１およびモータファン１５２を加えたものが設けられている。なお、図２９において、第２の実施形態の温度制御機構１２０の構成要素に相当するものについては、第２の実施形態と同じ符号を付している。

ヒートシンクブロック１５１は放熱部材１２１のヒートシンクプレート１２３上に設けられ、モータファン１５２はヒートシンクブロック１５１の上に設けられている。そして、シャワーヘッド４０の熱が接続部１２２を介してヒートシンクプレート１２３に至り、ヒートシンクプレート１２３の面からヒートシンクブロック１５１に伝熱され、モータファン１５２により強制的に放熱される。これにより、第２の実施形態における放熱方式よりもさらに良好な放熱性を得ることができ、シャワーヘッド４０の内部の熱放散を一層有効に行うことができるので、成膜の際にシャワーヘッド４０の均熱性をさらに向上させ、かつ経時的に温度が上昇することを防止することができ、シャワーヘッド４０の温度制御をより安定して行うことができる。なお、モータファン１５２は、ヒートシンクブロック１５１の側方に設けてもよい。

［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態について説明する。図３０は本発明の第５の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッド部分を示す断面図、図３１はその平面図である。この成膜装置の基本構成は第１の実施形態の成膜装置と同様であるから基本的に図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。また、Ｏリング、Ｏリング溝、ネジ等については、図１と全く同様であるから、符号も省略している。

本実施形態では、シャワーヘッド４０の温度制御機構１６０として、上記の第２の実施形態における温度制御機構１２０の構成要素に、さらにヒートシンク部材１６１、ヒートシンク部材１６１に熱交換媒体としての乾燥空気を供給する乾燥空気供給機構１６２、およびシャワーヘッド４０の温度に基づいて乾燥空気の温度を制御する温度制御部１６３を加えたものが設けられている。なお、図３０，３１において、第２の実施形態の温度制御機構１２０の構成要素に相当するものについては、第２の実施形態と同じ符号を付している。

ヒートシンク部材１６１は放熱部材１２１のヒートシンクプレート１２３上に設けられており、このヒートシンク部材１６１内には多数のフィン１６４が設けられている。ヒートシンク部材１６１には、乾燥空気を導入する導入部１６５ａおよび乾燥空気を排出する排出部１６５ｂが設けられている。そして、乾燥空気供給機構１６２と導入部１６５ａとは配管１６６で接続されており、排出部１６５ｂには配管１６７が接続されている。これにより、ヒートシンク部材１６１内に乾燥空気が流れるようになっている。

配管１６６には、上流側から順に、手動バルブ１６８と、レギュレータ１６９と、温度制御部１６３の構成要素でもあるマスフローコントローラ１７０とが設けられている。

温度制御部１６３は温度コントローラ１７１を有しており、この温度コントローラ１７１は、シャワーヘッド４０の温度を検出する熱電対１０の検出信号を受け取り、この信号に基づいてマスフローコントローラ１７０に流量制御信号を出力し、乾燥空気供給機構１６２からヒートシンク部材１６１に供給する乾燥空気の流量を制御することによりシャワーヘッド４０の温度を一定に制御することが可能となっている。この温度コントローラ１７１は、上記第１の実施形態の温度コントローラ１１０と同様、ヒーター９１のオン・オフおよび冷媒流路９２を通流する冷媒の温度もしくは流量の制御も行うようになっている。なお、温度コントローラ１７１およびマスフローコントローラ１７０へはＡＣ／ＤＣ電源１７３から給電されるようになっている。また、マスフローコントローラ１７０にはディスプレイ１７２が接続されており、流量情報等が表示されるようになっている。

このような構成によれば、シャワーヘッド４０の熱が接続部１２２を介してヒートシンクプレート１２３に至り、ヒートシンクプレート１２３の面からヒートシンク部材１６１に伝熱され、その内部で乾燥空気供給機構１６２からヒートシンク部材１６１内に供給された乾燥空気により速やかに熱交換が行われ、放熱される。特に、ヒートシンク部材１６１内には多数のフィン１６４が設けられているので、これにより極めて迅速な熱交換が行われる。このため、シャワーヘッド４０の熱放散を極めて有効に行うことができ、しかも、供給する乾燥空気の流量を制御することにより放熱性を高精度で制御することができる。このため、成膜の際におけるシャワーヘッド４０の均熱性をさらに向上させ、かつ経時的に温度が上昇することを一層有効に防止することができ、シャワーヘッド４０の温度制御を第４の実施形態よりも高いレベルで安定して行うことができる。

なお、熱交換媒体としては乾燥空気に限らず他のガスを供給してもよい。また、乾燥空気等の熱交換媒体の流量の制御で十分にシャワーヘッド４０の温度制御ができれば、ヒーター９１および冷媒流路９２は設けなくてもよい。

上記説明では、ヒートシンク部材１６１をヒートシンクプレート１２３の上に設けたが、図３２Ａ，３２Ｂに示すように、ヒートシンクプレート１２３を設けずに接続部１２２の上に直接にヒートシンクプレート１２３と同様の扇形を有するヒートシンク部材１６１′を設けることもできる。ヒートシンク部材１６１′は内部に多数のフィン１６４′が設けられ、かつ乾燥空気を導入する導入部１６５ａ′および乾燥空気を排出する排出部１６５ｂ′が設けられ、内部に乾燥空気を通流させることにより、ヒートシンク部材１６１と全く同様に熱交換を行うことができる。なお、ヒートシンク部材１６１′の形状は扇形に限るものではない。

［第６の実施形態］
次に、第６の実施形態について説明する。図３３は本発明の第６の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッド部分を示す断面図である。この成膜装置の基本構成は第１の実施形態の成膜装置と同様であるから基本的に図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。また、Ｏリング、Ｏリング溝、ネジ等については、図１と全く同様であるから、符号も省略している。

本実施形態では、シャワーヘッド４０の温度制御機構１８０として、第１の実施形態におけるヒーター９１および冷媒流路９２の他に、シャワーヘッド４０の上面すなわちリッド３の上面の中央部を覆う密閉されたカバー１８１を有するものが設けられており、カバー１８１は熱交換媒体である乾燥空気を導入する導入口１８２ａ、乾燥空気を排出する排出口１８２ｂを有している。カバー１８１内には図示しない乾燥空気供給機構から導入口１８２ａを介して乾燥空気が導入され、排出口１８２ｂから排出されて乾燥空気の流れが形成される。すなわち、カバー１８１は熱交換部材として機能する。なお、ヒーター９１への通電および冷媒流路９２に通流させる冷媒の温度や流量等は第１の実施形態と同様に制御される。

このように、密閉されたカバー１８１内に乾燥空気の流れを形成することによりシャワーヘッド４０のリッド３上面と乾燥空気との間で熱交換が生じ、シャワーヘッド４０の熱を有効に放散させることができ、シャワーヘッド４０の温度を均一に制御することができるとともに、経時的な温度上昇を抑制して高精度で温度制御を行うことができる。この際に、第５の実施形態と同様に乾燥空気の流量を制御することにより、シャワーヘッド４０の温度を極めて精度良く制御することができる。なお、このような乾燥空気による熱交換による十分な温度制御が行われる場合には、ヒーター９１および冷媒流路９２は必ずしも必要はない。

［第７の実施形態］
次に、第７の実施形態について説明する。図３４は本発明の第７の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッド部分を示す断面図である。この成膜装置の基本構成は第１の実施形態の成膜装置と同様であるから基本的に図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。また、Ｏリング、Ｏリング溝、ネジ等については、図１と全く同様であるから、符号も省略している。

本実施形態では、シャワーヘッド４０の温度制御機構１９０として、第１の実施形態におけるヒーター９１および冷媒流路９２の他に、放熱部材として複数のヒートシンクフィン１９１を有するものが設けられている。ヒートシンクフィン１９１は、内側のヒーター９１のさらに内側部分にリッド３と一体にかつリッド３の上面から突出するように設けられている。なお、ヒーター９１への通電および冷媒流路９２に通流させる冷媒の温度や流量等は第１の実施形態と同様に制御される。

このヒートシンクフィン１９１は、フィン形状であるため放熱面積が大きく、シャワーヘッド４０の熱は、このヒートフィン１９１の面から有効に放散される。このようにヒートシンクフィン１９１を設けることにより、シャワーヘッド４０が載置台５側からの熱を吸収しても、シャワーヘッド４０の中央部の熱が伝熱柱４２ｅおよびヒートシンクフィン１９１を介して放散されるので、シャワーヘッド４０の熱を有効に放散させることができ、シャワーヘッド４０の温度を均一に制御することができるとともに、経時的な温度上昇を抑制して高精度で温度制御を行うことができる。

このようにシャワーヘッド４０の内部の熱放散を有効に行うことができるので、成膜の際にシャワーヘッド４０の温度が経時的に上昇することを防止し、かつ、シャワーヘッドの均熱性を向上させることができ、シャワーヘッド４０の温度制御を安定して行うことができる。

このヒートシンクフィン１９１は最も中央側のものの高さが最も高く、周辺側に向かうに従って高さが低くなっている。これにより、最も放熱が必要な中央部において最も放熱性を高くすることができる。このヒートシンクフィン１９１は要求される放熱性に応じて適宜その高さ、形状、厚さ、数等が設定される。

さらに放熱性および温度制御性を良好にする観点からは、図３５に示すように、シャワーヘッド４０におけるリッド３表面のヒートシンクフィン１９１が設けられている部分をカバー１９２で覆い、カバー１９２に設けられた導入口１９３ａから熱交換媒体として例えば乾燥空気を導入し、排出口１９３ｂから排出するようにして、乾燥空気の流れを形成することにより熱交換を促進することが好ましい。これにより、シャワーヘッド４０の温度制御を一層高精度で行うことができる。この際に、第５の実施形態と同様に乾燥空気の流量を制御することにより、シャワーヘッド４０の温度を極めて精度良く制御することができる。なお、このようにカバー１９２を設けて、その中に熱交換媒体の流れを形成する場合には、ヒーター９１および冷媒流路９２は必ずしも必要はない。

なお、本発明は上記実施の形態に限らず本発明の思想の範囲内で種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ＰＺＴ薄膜の成膜処理を例にとって説明したが、これに限らず、Ｗ膜やＴｉ膜等の他の膜を成膜する場合にも適用することができる。また、本発明は成膜装置に限らず、熱処理装置、プラズマ処理装置等の他のガス処理装置に適用可能である。さらに、シャワーヘッドの構造も上記実施の形態に限るものではない。さらに、シャワーヘッドの温度制御機構をシャワーヘッドの上面に設けた例を示したが、シャワーヘッドの内部に設けてもよい。さらにまた、被処理基板として半導体ウエハ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（ＬＣＤ）用ガラス基板に代表されるフラットディスプレーパネル（ＦＰＤ）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原料ガスを供給して所望のガス処理を行うガス処理装置に広く適用することができる。

Claims (49)

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処理ガス吐出機構と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と
   を具備し、
   前記処理ガス吐出機構は、
   前記処理ガスが導入されるガス導入部と、
   前記載置台に向けて処理ガスを吐出するための複数のガス吐出孔を有するガス吐出部と、
   前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられたガス拡散部と
   を有し、
   前記ガス拡散部は、
   前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の熱伝達を行う複数の伝熱柱と、
   前記ガス吐出孔に連通し、前記伝熱柱以外の部分を構成するガス拡散空間と
   を有するガス処理装置。
2. 複数の前記伝熱柱は、円柱形状を呈する請求項１に記載のガス処理装置。
3. 前記伝熱柱の断面積の合計値Ｓ１の前記ガス拡散部の断面積Ｓ２に対する比Ｓ１／Ｓ２は、０．０５〜０．５０である請求項１または請求項２のガス処理装置。
4. 前記伝熱柱の径は、２〜１２ｍｍである請求項１に記載のガス処理装置。
5. 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、
   前記載置台上の被処理基板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処理ガス吐出機構と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と
   を具備し、
   前記処理ガス吐出機構は、
   第１の処理ガスおよび第２の処理ガスがそれぞれ導入される第１プレートと、
   前記第１プレートの主面に当接する第２プレートと、
   前記第２プレートに当接され、前記載置台に載置された被処理基板に対応して複数の第１および第２ガス吐出孔が形成された第３プレートと、
   前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられた第１ガス拡散部と、
   前記第２プレートと前記第３プレートとの間に設けられた第２ガス拡散部と
   を有し、
   前記第１ガス拡散部は、
   前記第１プレートと前記第２プレートとに接続された複数の第１柱体と、
   前記第１ガス吐出孔に連通し、前記複数の第１柱体以外の部分を構成する第１ガス拡散空間とを有し、
   前記第２ガス拡散部は、
   前記第２プレートと前記第３プレートとに接続された複数の第２柱体と、
   前記第２ガス吐出孔に連通し、前記複数の第２柱体以外の部分を構成する第２ガス拡散空間とを有し、
   導入された前記第１の処理ガスが前記第１ガス拡散空間を介して前記第１ガス吐出孔から吐出され、導入された前記第２の処理ガスが前記第２ガス拡散空間を介して前記第２ガス吐出孔から吐出されるガス処理装置。
6. 複数の前記第２柱体は、前記第１ガス拡散空間と前記第１ガス吐出孔とを連通させるガス通路が軸方向に形成されている請求項５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、
   前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ第１および第２の処理ガスを吐出する処理ガス吐出機構と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と
   を具備し、
   前記処理ガス吐出機構は、
   前記第１および第２の処理ガスが導入されるガス導入部と、
   前記載置台に向けて第１の処理ガスおよび第２の処理ガスをそれぞれ吐出するための複数の第１および第２ガス吐出孔を有するガス吐出部と、
   前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に積層して形成され、偏平形状を有する第１および第２ガス拡散部とを有し、
   前記第１ガス拡散部は、
   前記ガス吐出部と前記ガス導入部との間の熱伝達を行うための複数の第１柱体と、
   前記第１ガス吐出孔に連通し、前記複数の第１柱体以外の部分を構成する第１ガス拡散空間とを有し、
   前記第２ガス拡散部は、
   前記第１の処理ガスが通流するガス通流孔を有する複数の第２柱体と、
   前記第２ガス吐出孔に連通し、前記複数の第２柱体以外の部分を構成する第２ガス拡散空間とを有し、
   導入された前記第１の処理ガスが前記第１ガス拡散空間を介して前記第１ガス吐出孔から吐出され、導入された前記第２の処理ガスが前記第２ガス拡散空間を介して前記第２ガス吐出孔から吐出されるガス処理装置。
8. 複数の前記第１柱体は、円柱形状を呈する請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のガス処理装置。
9. 前記第１柱体の断面積の合計値Ｓ１の前記第２ガス拡散部の断面積Ｓ２に対する比Ｓ１／Ｓ２は、０．０５〜０．５０である請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のガス処理装置。
10. 前記第１柱体の径は、２〜１２ｍｍである請求項５から請求項９のいずれか１項に記載のガス処理装置。
11. 前記処理容器は、多角形の筐体内に円柱状の処理空間を配置した形状を呈し、前記排気機構は、前記筐体の底部に、前記処理空間に連通し当該処理空間を取り囲むように形成された第１排気流路と、前記筐体の相対する複数の角部の各々に高さ方向に配置され、前記第１排気流路に連通する第２排気流路と、を備えた請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載のガス処理装置。
12. 前記処理ガス吐出機構の上部に設けられ、前記処理ガス吐出機構の温度を制御する温度制御機構をさらに具備する請求項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. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構を加熱するヒーターおよび前記処理ガス吐出機構を冷却する冷媒を通流させる冷媒流路を有する請求項１２に記載のガス処理装置。
14. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構を加熱するヒーターおよび前記処理ガス吐出機構の上面の所定位置に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置を有する請求項１２に記載のガス処理装置。
15. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構の上面に設けられた複数の熱電素子を有する請求項１２に記載のガス処理装置。
16. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構の略全面の温度制御を行う請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のガス処理装置。
17. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構の熱を雰囲気中に放散する放熱部材をさらに有する請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載のガス処理装置。
18. 前記放熱部材は、前記ガス吐出機構の上面に接続された接続部と、接続部に取り付けられた大面積の熱拡散部とを有する請求項１７に記載のガス処理装置
19. 前記温度制御機構は、前記放熱部材からの放熱を促進するファンを有する請求項１７または請求項１８に記載のガス処理装置。
20. 前記放熱部材は、前記処理ガス吐出機構と一体にかつ前記処理ガス吐出機構の上面から突出するように設けられたフィンを有している請求項１７に記載のガス処理装置。
21. 前記温度制御機構は、前記ガス吐出機構との間で熱交換を行う熱交換部材と、前記熱交換部材に熱交換媒体を供給してその中に熱交換媒体の流れを形成する熱交換媒体供給機構とを有する請求項１２に記載のガス処理装置。
22. 前記熱交換部材は、その内部に多数のフィンを有する請求項２１に記載のガス処理装置。
23. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構の熱を雰囲気中に放散する放熱部材をさらに有する請求項２１に記載のガス処理装置。
24. 前記放熱部材は、前記ガス吐出機構の上面に接続された接続部と、接続部に取り付けられた大面積の熱拡散部とを有し、前記熱交換部材は前記熱拡散部に接触して設けられる請求項２３に記載のガス処理装置。
25. 前記熱交換部材は、その内部に多数のフィンを有する請求項２４に記載のガス処理装置。
26. 前記放熱部材は、前記処理ガス吐出機構と一体にかつ前記処理ガス吐出機構の上面から突出するように設けられたフィンを有し、前記熱交換部材は前記フィンを覆うように設けられている請求項２３に記載のガス処理装置。
27. 前記温度制御機構は、前記処理ガス吐出機構の温度に応じて前記熱交換部材に導入される熱交換媒体の流量を制御して前記処理ガス吐出機構の温度を制御する温度制御部を有している請求項２１から請求項２６のいずれか１項に記載のガス処理装置。
28. 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処理ガス吐出機構と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と、
    前記処理ガス吐出機構の温度制御機構と
    を具備し、
    前記処理ガス吐出機構は、
    前記処理ガスが導入されるガス導入部と、
    前記載置台に向けて処理ガスを吐出するための複数のガス吐出孔を有するガス吐出部と、
    前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられたガス拡散部と
    を有し、
    前記ガス拡散部は、
    前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の熱伝達を行う伝熱柱と、
    前記ガス吐出孔に連通し、前記伝熱柱以外の部分を構成するガス拡散空間と
    を有し、
    前記温度制御機構は、前記処理ガス導入部の下部から前記伝熱柱を介して伝熱された熱を放熱する放熱機構を有するガス処理装置。
29. 前記放熱機構は、前記処理ガス吐出機構の熱を雰囲気中に放散する放熱部材を有する請求項２８に記載のガス処理装置。
30. 前記放熱部材は、前記ガス吐出機構の上面に接続された接続部と、接続部に取り付けられた大面積の熱拡散部とを有する請求項２９に記載のガス処理装置
31. 前記放熱機構は、前記放熱部材からの放熱を促進するファンを有する請求項２９または請求項３０に記載のガス処理装置。
32. 前記放熱部材は、前記処理ガス吐出機構と一体にかつ前記処理ガス吐出機構の上面から突出するように設けられたフィンを有している請求項２９に記載のガス処理装置。
33. 前記放熱機構は、前記ガス吐出機構との間で熱交換を行う熱交換部材と、前記熱交換部材に熱交換媒体を供給してその中に熱交換媒体の流れを形成する熱交換媒体供給機構とを有する請求項２８に記載のガス処理装置。
34. 前記熱交換部材は、その内部に多数のフィンを有する請求項３３に記載のガス処理装置。
35. 前記放熱機構は、前記処理ガス吐出機構の熱を雰囲気中に放散する放熱部材をさらに有する請求項３３に記載のガス処理装置。
36. 前記放熱部材は、前記ガス吐出機構の上面に接続された接続部と、接続部に取り付けられた大面積の熱拡散部とを有し、前記熱交換部材は前記熱拡散部に接触して設けられる請求項３５に記載のガス処理装置。
37. 前記熱交換部材は、その内部に多数のフィンを有する請求項３６に記載のガス処理装置。
38. 前記放熱部材は、前記処理ガス吐出機構と一体にかつ前記処理ガス吐出機構の上面から突出するように設けられたフィンを有し、前記熱交換部材は前記フィンを覆うように設けられている請求項３５に記載のガス処理装置。
39. 前記放熱機構は、前記処理ガス吐出機構の温度に応じて前記熱交換部材に導入される熱交換媒体の流量を制御して前記処理ガス吐出機構の温度を制御する温度制御部を有している請求項３３から請求項３８のいずれか１項に記載のガス処理装置。
40. 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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて処理ガスを吐出するための複数のガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に設けられ、処理ガスをその中の処理ガス拡散空間に拡散させて前記ガス吐出孔に導くガス拡散部とを有するガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法であって、
    前記ガス拡散部に伝熱柱を設けて前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の熱伝達を行い、前記処理ガス吐出機構の放熱を行う放熱方法。
41. 前記伝熱柱は、円柱形状を呈する請求項４０に記載の放熱方法。
42. 前記伝熱柱の断面積の合計値Ｓ１の前記ガス拡散部の断面積Ｓ２に対する比Ｓ１／Ｓ２は、０．０５〜０．５０である請求項４０または請求項４１に記載の放熱方法。
43. 前記処理ガス吐出機構の上部に温度制御機構を設け、前記伝熱柱を介して熱伝達を行って前記処理ガス吐出機構の下部の温度を制御する請求項４０から請求項４２のいずれか１項に記載の放熱方法。
44. 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、前記載置台上の被処理基板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処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスがそれぞれ導入される第１プレートと、前記第１プレートの主面に当接する第２プレートと、前記第２プレートに当接され、前記載置台に載置された被処理基板に対応して複数の第１および第２ガス吐出孔が形成された第３プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられた第１ガス拡散部と、前記第２プレートと前記第３プレートとの間に設けられた第２ガス拡散部とを有するガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法であって、
    前記第１ガス拡散部に前記第１プレートと前記第２プレートとを接続するように複数の第１柱体を設け、前記第２ガス拡散部に前記第２プレートと前記第３プレートとを接続するように複数の第２柱体を設け、
    前記第１柱体により前記第１プレートと前記第２プレートとの間の熱伝達を行い、前記第２柱体により前記第２プレートと前記第３プレートとの間の熱伝達を行って、前記処理ガス吐出機構の放熱を行う放熱方法。
45. 複数の前記第１柱体は、前記第２ガス拡散空間と前記第２ガス吐出孔とを連通させるガス通路が軸方向に形成されている請求項４４に記載の放熱方法。
46. 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、前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記処理容器内へ第１および第２の処理ガスを吐出する処理ガス吐出機構と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記第１および第２の処理ガスが導入されるガス導入部と、前記載置台に向けて第１の処理ガスおよび第２の処理ガスをそれぞれ吐出するための複数の第１および第２ガス吐出孔を有するガス吐出部と、前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間に積層して形成され、偏平形状を有する第１および第２ガス拡散部とを有するガス処理装置における処理ガス吐出機構の放熱方法であって、
    前記第１ガス拡散部に複数の第１柱体を設け、前記第２ガス拡散部に前記第１の処理ガスが通流するガス通流孔を有する複数の第２柱体を設け、
    前記第１柱体および前記第２柱体により前記ガス吐出部と前記ガス導入部との間の熱伝達を行って、前記処理ガス吐出機構の放熱を行う放熱方法。
47. 複数の前記第１柱体は、円柱形状を呈する特徴とする請求項４４から請求項４６のいずれか１項に記載の放熱方法。
48. 前記第１柱体の断面積の合計値Ｓ１の前記第２ガス拡散部の断面積Ｓ２に対する比Ｓ１／Ｓ２は、０．０５〜０．５０である請求項４４から請求項４７のいずれか１項に記載の放熱方法。
49. 前記処理ガス吐出機構の上部に温度制御機構を設け、前記第１柱体および前記第１柱体を介して熱伝達を行って前記処理ガス吐出機構の下部の温度を制御する請求項４４から請求項４８のいずれか１項に記載の放熱方法。

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