專利名稱：氣體供給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向處理容器內(nèi)供給用于在該處理容器內(nèi)對基板進(jìn)行處理的處理氣體
的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造裝置中包括使氣體供給裝置與載置臺在處理容器內(nèi)對置而從氣體 供給裝置向載置于載置臺上的基板即例如半導(dǎo)體晶片(以下簡稱為晶片)供給處理氣體來 處理基板的裝置，例如成膜裝置和蝕刻裝置等。 其中作為成膜裝置有加熱處理氣體而使其反應(yīng)的熱CVD裝置等。并且公知有 ALD(Atomic Layer Deposition :原子層沉禾只)或MLD(molecular Layer Deposition :分子 層沉積)等工藝，即將多種處理氣體的供給分為例如兩個工序(階段)，在第一工序中供 給第一處理氣體，在第二工序中供給第二處理氣體，交替進(jìn)行這些工序從而將各處理氣體
的反應(yīng)生成物順次層疊(例如JP特開2004-91874號公報特別是0002段)。關(guān)于ALD，公 知有從晶片的橫側(cè)流過處理氣體的側(cè)流方式。但是本發(fā)明者認(rèn)為在ALD中也是從與晶片相 對的方向供給氣體的方向比較有利。 在氣體供給裝置中包括被稱為氣體噴頭(gas shower head)等類型的部件。在
具有氣體導(dǎo)入口的氣體噴頭的最下部設(shè)置具有多個氣體供給孔的被稱為噴淋板(shower
plate)等的氣體供給板。并且，氣體噴頭具有用于將氣體導(dǎo)入口和與其對應(yīng)的氣體供給孔
連通的氣體流路，在氣體流路的途中形成用于將氣體橫向擴(kuò)散的擴(kuò)散空間。 這里，當(dāng)在ALD中切換處理氣體的種類時，在開始下一種處理氣體的供給之前供
給吹掃氣體。由此，將處理環(huán)境氣內(nèi)殘留的處理氣體完全排除。該吹掃工序起到防止粉塵發(fā)
生的重要作用。如果吹掃不充分，則例如兩種處理氣體在共同的氣體流路和擴(kuò)散空間內(nèi)流
通時，處理環(huán)境氣或者氣體供給裝置內(nèi)殘留的處理氣體會與新供給的處理氣體發(fā)生反應(yīng)，
它們的反應(yīng)生成物會附著于壁部。這是導(dǎo)致粉塵發(fā)生的要因。此外，即使在各處理氣體通
過氣體噴頭內(nèi)的單獨的不同的流路被供給的情況下，也可能由于向氣體供給孔內(nèi)的逆擴(kuò)散
而使一方的處理氣體進(jìn)入另一方的流路內(nèi)，與未完全吹掃干凈的另一方的處理氣體反應(yīng)而
附著反應(yīng)生成物。另一方面，吹掃工序是不直接參與成膜的輔助性工序。因此，作為氣體供
給裝置的構(gòu)造優(yōu)選能夠盡量縮短吹掃工序時間來提高生產(chǎn)量，并且能夠在該較短的時間內(nèi)
將處理氣體完全吹掃。 在這方面，氣體噴頭，為了向在噴淋板整個面上設(shè)置的多個氣體供給孔分別均勻 地供給處理氣體而需要比較大的擴(kuò)散空間，因此在該擴(kuò)散空間內(nèi)利用吹掃氣體進(jìn)行置換所 需的時間較長。并且，進(jìn)行吹掃工序時容易在這種擴(kuò)散空間的角部滯留氣體。因此這會變 成完全排除處理氣體時的障礙。 另外，從氣體供給裝置的制造角度來看，由于需要在例如多個板上形成多個微細(xì) 的貫通孔，并且將這些板重疊形成氣體流路，因此氣體噴頭要求進(jìn)行精密的加工。因此，制 造不容易，制作費用也比較昂貴。
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本發(fā)明者研究了將具有和JP特開2007-243138號公報(特別是權(quán)利要求1、003 段、圖1)記載的用于蝕刻裝置的氣體供給噴嘴相同的外觀形狀的氣體供給噴嘴用作ALD的 氣體供給裝置的情況。 例如圖22A的成膜裝置100所示，這種氣體供給噴嘴41在處理空間內(nèi)突出地設(shè) 置，在其表面上設(shè)有多個氣體供給孔。這種氣體供給噴嘴41作為非常小型的簡單構(gòu)成，能 夠在短時間內(nèi)對其內(nèi)部進(jìn)行吹掃。并且，與氣體噴頭相比也非常易于制造。
但是，在使這種氣體供給噴嘴41從處理容器2的頂板部突出的情況下，即使將晶 片W盡可能地接近氣體供給噴嘴41 ，也需要使頂板部最低以氣體供給噴嘴41的突出高度遠(yuǎn) 離晶片W。由此，可能導(dǎo)致處理環(huán)境氣10的容積比較大，處理環(huán)境氣10的吹掃耗費較多時 間。并且當(dāng)處理環(huán)境氣10的容積較大時，為了保持在該處理環(huán)境氣10中成膜所需的氣體 濃度，所需要的處理氣體供給量也較多，因此會導(dǎo)致成膜成本的上升。
為此，本發(fā)明者開發(fā)了如圖22B所示的成膜裝置101，將載置臺3下方的空間從處 理環(huán)境氣10中區(qū)分開，通過將處理氣體向側(cè)方排出能夠進(jìn)一步減小吹掃所需的空間。但 是，在這種裝置的情況下，存在如下的問題排出的處理氣體的氣流與處理容器2的側(cè)壁部 沖突而產(chǎn)生渦流，容易形成氣體滯留而妨礙處理氣體的完全排出。 JP特表2005-507030號公報(特別是0020段、0021段、圖3)記載了一種在處理 容器的頂板部設(shè)有錐面的ALD型的成膜裝置。在該裝置中，為了使基板表面的處理氣體的 供給速度均勻而設(shè)有錐面。并且處理氣體經(jīng)由在處理容器的頂部開口的氣體流路向處理容 器內(nèi)供給。但是，該裝置的構(gòu)造基本上不同于使供給噴嘴從處理容器的頂板面突出的上述 構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題提出了有效解決上述問題的方案。本發(fā)明目的在于提供構(gòu) 造簡單易于制造的氣體供給裝置。并且，本發(fā)明的另一目的在于提供一種成膜裝置以及成 膜方法，例如在采用ALD等工藝的情況下能夠發(fā)揮良好的氣體置換性并且有助于提高生產(chǎn) 本發(fā)明的氣體供給裝置，與載置于處理容器內(nèi)的載置臺上的基板對置地配置，供 給對上述基板進(jìn)行處理的處理氣體，其特征在于，包括頂板部件，其在與上述載置臺上的 基板相對的位置，為了構(gòu)成氣體的擴(kuò)散空間而具有形成為朝向上述載置臺逐漸擴(kuò)展的形狀 的凹部；從上述凹部的頂部向該凹部內(nèi)突出，具有多個沿該凹部的周向的氣體供給孔的氣 體供給噴嘴。 根據(jù)本發(fā)明，使用小型而構(gòu)造簡單的氣體供給噴嘴供給處理氣體，與例如層疊多 個板的構(gòu)造的氣體噴頭相比，易于制造而能夠降低制造成本。 并且，氣體供給噴嘴從形成為向頂板部件的下方側(cè)逐漸擴(kuò)展的形狀的凹部的頂部 向該凹部內(nèi)突出，并且該噴嘴的整體或者一部分被容納在該凹部內(nèi)，因此能夠減小在其與 載置臺之間形成的氣體的擴(kuò)散空間。由此，與例如氣體噴頭型的氣體供給裝置相比，能夠抑 制處理氣體的供給量和供給時間。并且，在需要吹掃工序的情況下，也能夠抑制吹掃工序所 需的時間。從而有利于變動成本的降低以及處理的生產(chǎn)量提高。
例如，上述凹部由朝向上述載置臺逐漸擴(kuò)展的錐面形成。
并且優(yōu)選，上述氣體供給噴嘴設(shè)置在貫通上述頂板部件的氣體供給管的頂端部，
上述氣體供給噴嘴和上述氣體供給管對于多種處理氣體是通用的。 并且優(yōu)選，上述氣體供給管構(gòu)成為相對于上述頂板部件可自由裝卸。 并且優(yōu)選，上述氣體供給孔，相對于上述凹部的中心軸，具有至少10度的傾角地開口。 并且優(yōu)選，上述氣體供給噴嘴，隨著從頂端部側(cè)向基端部側(cè)接近，該氣體供給噴嘴 表面的單位面積上的氣體供給孔的開口數(shù)增加。 另外，本發(fā)明成膜裝置，對處理容器內(nèi)的載置臺上載置的基板供給彼此不同的多 種處理氣體并且使這些處理氣體反應(yīng)而在上述基板的表面形成薄膜，其特征在于，包括具
有載置基板的載置臺的處理容器；具有上述特征之任一的氣體供給裝置。 該成膜裝置，優(yōu)選具有控制部，其交替進(jìn)行作為第一處理氣體供給原料氣體而使
基板吸附的階段，以及作為第二處理氣體供給與上述原料氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體而在基板上
生成反應(yīng)生成物的階段，并且向裝置各部輸出控制信號，以使得在上述的兩個階段之間，進(jìn)
行利用吹掃氣體吹掃處理環(huán)境氣的階段。 并且優(yōu)選，該成膜裝置設(shè)有真空排氣路，其與上述氣體供給裝置的上述擴(kuò)散空間 連通，將該擴(kuò)散空間內(nèi)的環(huán)境氣從側(cè)方排出。 并且優(yōu)選，上述凹部的上述載置臺側(cè)的開口部構(gòu)成為，該開口部的投影面覆蓋上 述載置臺上所載置的基板的面積的30%以上的區(qū)域。 另外，本發(fā)明的成膜方法，對處理容器內(nèi)的載置臺上所載置的基板供給彼此不同 的多種處理氣體并且使這些處理氣體反應(yīng)，在上述基板的表面形成薄膜，其特征在于，包 括將基板載置于處理容器內(nèi)的載置臺上的載置工序；利用具有上述特征之任一的氣體供 給裝置供給處理氣體的處理氣體供給工序。 優(yōu)選上述處理氣體供給工序，交替進(jìn)行作為第一處理氣體供給原料氣體而使基板 吸附的階段，以及作為第二處理氣體供給與上述原料氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體而在基板上生成 反應(yīng)生成物的階段，并且在上述兩個階段之間進(jìn)行利用吹掃氣體吹掃處理環(huán)境氣的階段。
另外，該成膜方法優(yōu)選，還具有將上述氣體供給裝置的上述擴(kuò)散空間內(nèi)的環(huán)境氣 從側(cè)方真空排氣的工序。


圖1為本發(fā)明一實施方式的成膜裝置的縱剖面圖。 圖2為從下面?zhèn)瓤丛O(shè)置于上述成膜裝置的氣體供給裝置的立體圖。 圖3為圖2的氣體供給裝置中的氣體供給噴嘴的放大立體圖。 圖4為圖2的氣體供給裝置的縱剖面圖。 圖5為使圖2的氣體供給噴嘴與晶片對置的狀態(tài)下的放大側(cè)視圖。 圖6為上述成膜裝置的氣體供給路徑圖。 圖7為上述成膜裝置的第一作用圖。 圖8A、圖8B為上述成膜裝置的第二作用圖。 圖9為上述成膜裝置進(jìn)行的成膜處理的氣體供給時序圖。 圖10為上述成膜裝置的第三作用圖。
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圖11A 圖11D為上述氣體供給裝置的變形例。 圖12A 圖12G為上述氣體供給噴嘴的變形例。 圖13為上述氣體供給裝置的第二變形例。 圖14為上述第二變形例的氣體供給裝置中的氣體供給噴嘴的放大立體圖。 圖15為從下面?zhèn)瓤吹诙嵤┓绞降臍怏w供給裝置的立體圖。 圖16為圖15的氣體供給裝置的縱剖立體圖。 圖17為圖15的氣體供給裝置的縱剖面圖。 圖18為在實施例的模擬中使用的模型空間的立體圖。 圖19A、圖19B為表示第一實施例的結(jié)果的說明圖。 圖20A 圖20C為表示第二實施例的結(jié)果的說明圖。 圖21A 圖21C為表示第三實施例的結(jié)果的說明圖。 圖22A、圖22B為表示具有氣體供給噴嘴的成膜裝置的參考例的說明圖。
具體實施例方式
以下參照圖1至圖6對本發(fā)明一實施方式的成膜裝置1的構(gòu)成進(jìn)行說明。成膜裝 置l，作為第一處理氣體使用含有鍶(Sr)的原料氣體(以下稱為Sr原料氣體)，作為第二 處理氣體使用含有鈦(Ti)的原料氣體(以下稱為Ti原料氣體)。使這些處理氣體與第三 處理氣體即作為氧化氣體的臭氧氣反應(yīng)，從而利用ALD工藝在基板、例如是直徑300mm的晶 片表面上形成薄膜，該薄膜由高介電體材料即鈦酸鍶(SrTi03，以下略記為STO)構(gòu)成。
如圖1的縱剖面圖所示，該成膜裝置1具有形成真空容器的處理容器2、在該處理 容器2內(nèi)設(shè)置而用于載置作為基板的晶片W的載置臺3、用于向與該載置臺3對向地設(shè)置于 處理容器2的上部的晶片W表面供給處理氣體的氣體供給裝置4。 載置臺3構(gòu)成為包括支撐晶片W的相當(dāng)于載置臺主體的臺體31和覆蓋該臺體31 的臺罩32。臺體31以例如氮化鋁或石英等為材料形成例如扁平的圓板狀。在臺體31內(nèi)部 埋設(shè)有臺體加熱器33，其對載置臺3的載置面加熱而使晶片W升溫至成膜溫度。該臺體加 熱器33例如由片狀的電阻發(fā)熱體構(gòu)成，從電源部68供電而能夠?qū)⑤d置臺3上載置的晶片 W加熱至例如28(TC。并且，在臺體31內(nèi)設(shè)有未圖示的靜電卡盤，能夠?qū)⑤d置于載置臺3上 的晶片W通過靜電吸附而固定。 另一方面，與臺體31 —起構(gòu)成載置臺3的臺罩32，覆蓋臺體31的上表面和側(cè)面， 起到防止反應(yīng)生成物或反應(yīng)副產(chǎn)物等反應(yīng)物向臺體31表面堆積的效果。臺罩32例如構(gòu)成 為石英制的可裝卸的罩部件(被稱為防附著護(hù)罩(7f) — A卜"))，在其上表面中央?yún)^(qū)域 形成有圓形的凹部，該凹部具有比晶片W略大的直徑。通過這種凹部能夠定位在臺罩32的 載置面上載置的晶片W。 載置臺3通過柱狀的支撐部件34支撐例如臺體31的下表面?zhèn)戎醒氩?。該支撐?件34構(gòu)成為能夠通過升降機(jī)構(gòu)69升降。通過升降支撐部件34，能夠使載置臺3在能夠與 外部的輸送機(jī)構(gòu)交接晶片W的交接位置以及能夠處理晶片W的處理位置之間例如以最長 80mm的程度升降。 如圖1所示，支撐部件34貫通處理容器2的底面部、具體為后述的下側(cè)容器22的 底面部，并且與通過升降機(jī)構(gòu)69升降的升降板23連接。這里，升降板23與下側(cè)容器22之間通過波紋管24氣密地連接。 另外，載置臺3具有用于支撐晶片W的背面而使該晶片W相對于載置臺3的載置 面升降的例如3根升降銷35。這里升降銷35例如圖1所示，在載置臺3移動到晶片W的處 理位置的狀態(tài)下，各升降銷35的扁平頭部在臺體31的上表面被卡定，并且其下端部從臺體 31的底面突出，從而以在上下方向貫通臺體31的狀態(tài)被安裝。 在上下方向貫通臺體31的各升降銷35的下方側(cè)設(shè)有環(huán)狀的升降部件36。在載置 臺3下降到晶片W的交接位置的狀態(tài)下，通過使升降部件36升降而能夠使各升降銷35升 降。由此，由各升降銷35支撐著背面的晶片W，能夠相對于載置臺3的載置面升降。
這里，在臺罩32的上表面?zhèn)鹊?、上述升降銷35貫通的位置，設(shè)有開口部(擴(kuò)徑凹 部)，該開口部用于容納升降銷35的頭部。由此，如圖1所示在載置臺3移動到晶片W的處 理位置的狀態(tài)下，臺罩32的上表面與各升降銷35的頭部上表面基本處于同一平面，能夠在 載置臺3的上表面形成平坦的晶片W載置面。并且，臺罩32的側(cè)壁部延伸到臺體31的下 方側(cè)，形成從側(cè)面包圍臺體31的下方區(qū)域的裙部321。 接著對處理容器2的構(gòu)成進(jìn)行說明。處理容器2構(gòu)成為在扁平的碗形的下側(cè)容器 22之上層疊有呈環(huán)狀形成的排氣管21。下側(cè)容器22例如由鋁等構(gòu)成，在其底面上設(shè)有貫 通孔221，被上述臺體31的支撐部件34貫通。 并且，在該貫通孔221周圍的例如四個位置，設(shè)有吹掃氣體供給路222。經(jīng)由該吹 掃氣體供給路222，能夠?qū)拇祾邭怏w供給源66供給的氮氣等吹掃氣體送入下側(cè)容器22 內(nèi)。 并且，圖1中虛線所示輸送口 28是用于通過外部的輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行晶片W的搬入搬 出的開口部。該輸送口 28能夠通過閘門閥開閉，上述閘門閥在處理容器2的側(cè)壁部223上 設(shè)置而沒有圖示。 排氣管21例如是鋁制的，且構(gòu)成為截面為方形的管材彎曲形成的環(huán)狀體。該環(huán) 狀體的內(nèi)徑和外徑構(gòu)成為與下側(cè)容器22的側(cè)壁部223的內(nèi)徑和外徑基本相同的尺寸。這 里，將排氣管21的靠近擴(kuò)散空間40 —側(cè)的壁面稱為內(nèi)壁面，將遠(yuǎn)離擴(kuò)散空間40的一側(cè)壁 面稱為外壁面。在排氣管21的內(nèi)壁面的上端部，在周向上間隔地設(shè)有多個延伸于橫向(周 向)的縫隙狀的真空排氣口 211。并且，在排氣管21的外壁面的例如一個部位連接有排氣 管29。例如，采用與該排氣管29連接的真空泵67，能夠進(jìn)行經(jīng)由各真空排氣口 211的真空 排氣。并且如圖1所示，在排氣管21上以覆蓋從其上表面?zhèn)鹊酵獗诿嬉约跋卤砻鎮(zhèn)鹊耐庵?部的方式設(shè)置隔熱部件212。 這種排氣管21經(jīng)由隔熱部件212在下側(cè)容器22上層疊而以彼此隔熱的狀態(tài)形成 一體而構(gòu)成處理容器2。并且，在排氣管21的內(nèi)壁面上設(shè)置的多個真空排氣口 211，朝向包 括在氣體供給裝置4與載置臺3之間形成的擴(kuò)散空間40的處理環(huán)境氣開口 。因此，能夠經(jīng) 由這些真空排氣口 211對處理環(huán)境氣進(jìn)行真空排氣。將該處理環(huán)境氣向真空泵67引導(dǎo)的 空間，相當(dāng)于成膜裝置1的真空排氣路。 并且，在處理容器2內(nèi)部如圖1所示設(shè)有內(nèi)部模塊26，該內(nèi)部模塊26用于將下側(cè) 容器22內(nèi)的空間即下部空間從包含處理環(huán)境氣的位于載置臺3上部的上部空間區(qū)分開。該 內(nèi)部模塊26例如為鋁制的環(huán)狀部件，形成為能夠裝填下側(cè)容器22的側(cè)壁部223的內(nèi)壁面 與載置臺3的側(cè)周面(裙部321的側(cè)周面)之間的空間的尺寸。
在內(nèi)部模塊26的上表面外周部設(shè)有向更外側(cè)擴(kuò)展的突起緣262。通過在下側(cè)容器 22的側(cè)壁部223和排氣管21的內(nèi)壁面?zhèn)鹊南露瞬恐g插入的中間環(huán)體252上卡定上述突 起緣262，從而內(nèi)部模塊26以從下側(cè)容器22的內(nèi)壁面環(huán)狀突出的方式被固定在處理容器2 內(nèi)。 并且如圖1所示，內(nèi)部模塊26的從上表面朝向內(nèi)周面的區(qū)域，被石英制的塊罩261 覆蓋。由此，能夠抑制反應(yīng)物向其表面堆積。具體而言，當(dāng)載置臺3位于處理位置時，塊罩 261經(jīng)由例如2mm的間隙包圍臺罩32的側(cè)面(裙部321的側(cè)面)。由此，形成處理環(huán)境氣 難以向下部空間擴(kuò)散的狀態(tài)。 并且，在排氣管21的內(nèi)壁面與后述的頂板部件42之間的環(huán)狀空間內(nèi)配設(shè)截面形 成倒L字形的環(huán)部件即擋環(huán)27，其通過減小向該空間內(nèi)的流導(dǎo)(conductance)而使來自該 空間的真空排氣的周向上的均勻性提高。 接著，對氣體供給裝置4的構(gòu)成進(jìn)行說明。如圖1所示，氣體供給裝置4具有頂板 部件42和氣體供給噴嘴41，上述頂板部件42用于在和載置臺3之間形成氣體的擴(kuò)散空間 40，上述氣體供給噴嘴41向該擴(kuò)散空間40供給處理氣體或吹掃氣體。
如圖2所示，頂板部件42例如為鋁制的大致圓板部件，封閉處理容器2的上表面 側(cè)的開口部，構(gòu)成氣密的真空容器。如圖l和圖2所示，在頂板部件42的上緣部設(shè)置有凸 緣部421。該凸緣部421經(jīng)由具有與該凸緣部421嵌合的臺階的環(huán)狀的支撐部件25，載置 固定于排氣管21的上表面?zhèn)?。此時，頂板部件42的側(cè)周面成為與上述支撐部件25以及上 述擋環(huán)27的內(nèi)周面密合的狀態(tài)。并且，凸緣部421通過未圖示的例如螺栓等，相對于支撐 部件25可裝卸地緊固。 如圖1和圖4所示，在頂板部件42的下表面?zhèn)戎醒氩?，設(shè)有凹部422，該凹部422形 成為朝向載置臺3側(cè)逐漸擴(kuò)展的形狀。如圖2所示，凹部422與頂板部件42的底面同心圓 狀開口 ，該開口部，在與載置臺3上的晶片W相對的狀態(tài)下，以其投影面覆蓋晶片W的面積 的30%以上、例如72%的區(qū)域的方式開口。在本實施方式中，開口部的直徑例如為255mm。 并且，在凹部422與載置臺3之間形成的空間，是用于將向處理容器2內(nèi)供給的各種氣體朝 向晶片W表面擴(kuò)散的擴(kuò)散空間40。 半球狀的氣體供給噴嘴41從凹部422的頂部朝向載置臺3突出于凹部422內(nèi)。在 該氣體供給噴嘴41上設(shè)有多個氣體供給孔411。如圖1、圖3、圖4所示，氣體供給噴嘴41 安裝在氣體供給管43的頂端部。氣體供給管43，貫通頂板部件42的大致中央部，從而使氣 體供給噴嘴41向凹部422內(nèi)突出。并且在氣體供給管43下方側(cè)的側(cè)周部設(shè)有凸緣部432。 該凸緣部432在頂板部件42的上表面通過例如螺栓等固定，氣體供給管43相對于頂板部 件42可自由裝卸。 如圖4所示，氣體供給噴嘴41以及氣體供給管43的內(nèi)部為空洞。該空洞部用作 氣體的流通空間430。并且，在氣體供給管43側(cè)面的基端側(cè)固定有總管431。由此，經(jīng)由總 管431 —流通空間430 —氣體供給孔411這樣的路徑向擴(kuò)散空間40內(nèi)供給各種氣體。具 體而言，從總管431供給Sr原料氣體、Ti原料氣體以及臭氧氣這3種處理氣體，并且供給 作為各種處理氣體的載體氣體以及吹掃氣體利用的氣體、例如氬氣(Ar)。
氣體供給噴嘴41上設(shè)置的多個氣體供給孔411，例如在從該半球狀的氣體供給噴 嘴41的中心位置向徑向延伸的直線上，沿著包圍該氣體供給噴嘴41的凹部422的周向排列并開口。 這里，ALD是通過重復(fù)使一層或者少數(shù)層的原子層或分子層在晶片W的表面上吸 附并反應(yīng)而形成薄膜的過程來逐漸層疊該薄膜，以形成均勻的膜的工藝。因此，如果原料氣 體到達(dá)晶片W表面時的氣體走勢過強(qiáng)，則會導(dǎo)致在該區(qū)域上吸附、附著預(yù)定量以上的氣體， 從而該區(qū)域的膜厚變厚的問題。為此，本實施方式的氣體供給噴嘴41，如圖4所示，不是在 噴嘴41的頂端部設(shè)置氣體供給孔411，而使僅在比頂端部靠近外側(cè)的區(qū)域形成氣體供給孔 411。由此，各氣體供給孔411相對于氣體供給噴嘴41的中心軸所成角度"9 "至少為10° 以上、例如25。以上。由此，原料氣體到達(dá)晶片W表面時的走勢減弱(具體的作用效果將在 后面敘述)。 并且如圖3所示，氣體供給噴嘴41將氣體供給孔411配置為單位面積的開口數(shù) 在氣體供給噴嘴41的頂端側(cè)區(qū)域較少，而越接近基端側(cè)越多。其原因在于，如圖5所示在 對將氣體供給噴嘴41頂端側(cè)的圓形區(qū)域"S1"、具有與該區(qū)域相等面積的基端側(cè)的圓形區(qū) 域"S2"投射于晶片W表面所得投影面"P1、P2"的面積進(jìn)行相互比較時，基端側(cè)的圓形區(qū)域 "S2"的投影面"P2"大于頂端側(cè)的圓形區(qū)域"S1"的投影面"P1"的面積。S卩，氣體供給孔 411的開口面積在頂端側(cè)和基端側(cè)相同的情況下，這些投影面內(nèi)的單位面積的氣體供給孔 411的開口數(shù)基本一致，以這種方式來調(diào)節(jié)各區(qū)域"S1、 S2"內(nèi)配置的氣體供給孔數(shù)量?；?者，在頂端側(cè)與基端側(cè)的氣體供給孔411的開口面積不同的情況下，頂端側(cè)的開口面積與 基端側(cè)的開口面積之比為P1 : P2。即，在頂端側(cè)和基端側(cè)具有與投影面積P1 : P2成比例 的氣體供給孔的開口面積，由此，能夠使到達(dá)晶片W表面時的氣體濃度在晶片W面內(nèi)盡可能 均勻。 在總管431上，如圖6所示，連接有用于供給各種氣體的氣體供給管路610、620、 630。這些氣體供給管路610 630在上游側(cè)分別與各種氣體供給源61 64連接。
具體而言，Sr原料氣體供給管路610與Sr原料供給源61連接。在該供給源61中 貯存有例如Sr (THD)2( 7卜口>乎々厶匕^于卜，乂乎>、/夕>-才*卜雙(四甲基 庚二酮根)合鍶)或Sr(Me5Cp)2(匕^《>夕乂乎；卜〉夕口《>夕-工二工少^卜口>， 々A :雙(五甲基環(huán)戊二烯基)合鍶)等液體Sr原料。如果將這些Sr原料向供給管路壓 送，則會通過汽化器611汽化而成為Sr原料氣體，經(jīng)由該氣體的供給管路610向總管431 供給。 并且，Ti原料氣體供給管路620與Ti原料供給源62連接。在該供給源62中貯 存有例如Ti (0iPr) 2 (THD) 2 (乎夕二々厶匕'7 < 乂 / 口水° *寸 < 卜'm亍卜，少乎A 、 / 夕> -才*卜雙(異丙醇)雙(四甲基庚二酮根)合鈦)或Ti (0iPr)(，夕二々A于卜 ，< 乂 :/ 口水*寸 < 卜''四(異丙醇)合鈦)等液體Ti原料。與Sr原料的情況同樣地，通
過汽化器621汽化的Ti原料氣體，經(jīng)由該氣體的供給管路620向總管431供給。 并且，臭氧氣供給管路630與例如通過周知的臭氧發(fā)生器等構(gòu)成的臭氧氣供給源
63連接。 Sr原料氣體供給管路610、Ti原料氣體供給管路620以及臭氧氣供給管路630分 別在路徑途中分支，與由氬氣瓶等構(gòu)成的吹掃氣體供給源64連接。由此，能夠向各供給管 路610 630供給氬氣作為各原料氣體的載體氣體、或者、各處理氣體的吹掃氣體。
在氣體供給管路610 630和氣體供給源61 64之間，介入設(shè)置由閥門以及流量計等構(gòu)成的流量控制設(shè)備組65。由此，能夠基于來自后述的控制部7的指示來控制各種 氣體的供給時機(jī)以及供給量。 回到成膜裝置1的裝置構(gòu)成的說明，在頂板部件42的上表面和排氣管21的外壁 面的下表面?zhèn)纫约吧媳砻鎮(zhèn)鹊龋鐖D1所示那樣地設(shè)置由片狀的電阻發(fā)熱體等構(gòu)成的加熱 器44、213。這些加熱器，通過從電源部68供給的電力對頂板部件42和排氣管21的整體 進(jìn)行加熱，能夠防止反應(yīng)物向氣體供給噴嘴41的下表面或排氣管21的內(nèi)表面附著。另外 為了便于圖示，在圖1以外的圖中省略了加熱器44、213的記載。并且，除了上述的加熱器 44、213以外，用于防止反應(yīng)物附著的加熱器例如也埋設(shè)于內(nèi)部模塊26內(nèi)，但是為了便于說 明而省略了圖示。 成膜裝置1具有控制部7，該控制部7對上述氣體供給源61 64的氣體供給動 作、載置臺3的升降動作、真空泵67的處理容器2內(nèi)的排氣動作、臺體加熱器33以及各加 熱器44、213的加熱動作等進(jìn)行控制。控制部7例如由設(shè)有未圖示的CPU和存儲部的計算 機(jī)構(gòu)成。在該存儲部中存儲有組合了針對如下控制的步驟(命令)群的程序，即通過成膜 裝置1對晶片W進(jìn)行成膜處理所需的控制、例如來自氣體供給源61 64的各種氣體供給 的供給中斷時機(jī)或供給量調(diào)整的控制、調(diào)節(jié)處理容器2內(nèi)的真空度的控制、載置臺3的升降 動作控制、各加熱器33、44、213的溫度控制等。這種程序通常存儲在例如硬盤、光盤、磁光 盤、存儲卡等存儲介質(zhì)中，并且從此開始安裝到存儲部中。
以下對采用上述氣體供給裝置4的成膜裝置1的動作進(jìn)行說明。
首先如圖7所示，輸送口 28敞開，外部的輸送機(jī)構(gòu)從輸送口 28進(jìn)入，將晶片W搬 入處理容器2內(nèi)。接著，經(jīng)由升降銷35將晶片W載置于位于交接位置的載置臺3上。通過 未圖示的靜電卡盤將晶片W吸附固定于載置臺3上。此時，通過加熱器213等將排氣管21 和內(nèi)部模塊26的表面例如分別加熱至230°C。并且，通過加熱器44將處理容器2內(nèi)的頂 板部件42的表面加熱至例如250°C。接著關(guān)閉輸送口 28，在處理容器2內(nèi)成為氣密狀態(tài)之 后，通過真空泵67經(jīng)由排氣管21將處理容器2內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)。 此時如上所述，內(nèi)部模塊26固定在比晶片W的交接位置(設(shè)置輸送口 28的位置) 高的位置。因此如圖7所示，在使載置臺3下降到晶片W的交接位置的狀態(tài)下，下側(cè)容器2 內(nèi)的空間成為與處理空間連通的(未區(qū)分開的)狀態(tài)。因此，在真空排氣工序中，包含下側(cè) 容器2內(nèi)的處理容器2內(nèi)整體被真空排氣。 當(dāng)處理容器2內(nèi)被真空排氣達(dá)到所定壓力時，繼續(xù)保持真空排氣狀態(tài)，使載置有 晶片W的載置臺3，上升到根據(jù)規(guī)定了對晶片W的處理條件的方法選擇的處理位置。在本實 施方式的成膜裝置1中，對于處理位置可以變更從晶片W的表面到頂板部件42的下表面的 距離"h"(以下成為間隙)。具體而言，能夠在從如圖8A所示"h = 40mm"的處理位置到如 圖8B所示"h = 8mm"的處理位置之間在上下方向自由變化。在使載置臺3上升到所定的 處理位置后，例如圖8A或圖8B所示，臺罩32的側(cè)周面或者從該側(cè)周面延伸的裙部321成 為被內(nèi)部模塊26包圍的狀態(tài)，載置臺3上方的上部空間和下側(cè)容器22內(nèi)的空間即下部空 間，成為通過載置臺3和內(nèi)部模塊26彼此區(qū)分開的狀態(tài)。 如上所述那樣，上部空間和下部空間被區(qū)分開之后，通過吹掃氣體供給路222開 始向下側(cè)容器22內(nèi)導(dǎo)入吹掃氣體。并且，通過臺體加熱器33將晶片W的溫度提升至例如 2S(TC。然后，開始STO的成膜處理。另外，在圖7、圖8A、圖8B各圖中，為了便于圖示而省略了臺體加熱器33的記載。并且下面以圖8B所示位置說明晶片W的處理位置。
采用ALD工藝的ST0的成膜處理，基于圖9所示的氣體供給時序來進(jìn)行。圖9的 (a) (d)所示的空白柱形圖表示來自各氣體供給源61 64的各種氣體(Sr原料氣體、 Ti原料氣體、臭氧氣、吹掃氣體)的供給量。 并且，圖10示意性地表示該時序執(zhí)行中的處理容器2內(nèi)的氣體流動。
根據(jù)該氣體供給時序，如圖9的(a)所示，首先進(jìn)行Sr原料氣體的供給(Sr原料 氣體供給工序)。此時，Sr原料氣體通過氣體供給管43內(nèi)的流通空間430而到達(dá)氣體供給 噴嘴41，通過氣體供給孔411供給到擴(kuò)散空間40內(nèi)。氣體供給噴嘴41流出的Sr原料氣體 如圖10所示，在擴(kuò)散空間49內(nèi)放射狀擴(kuò)散而逐漸流向載置臺3上的晶片W。
此時如圖l所示，在處理容器2中，設(shè)置于排氣管21的真空排氣口 211以包圍擴(kuò) 散空間40的方式配置。因此，到達(dá)晶片W的原料氣體，朝向這些真空排氣口 211逐漸向晶 片W的徑向流動。由此，不與凹部422的開口部相對置的晶片W的周緣區(qū)域也能夠在氣體 朝向真空排氣口 211流動時吸附原料氣體。S卩，除了與凹部422相對置的晶片W的區(qū)域之 外，該周緣區(qū)域也可以理解為晶片W的擴(kuò)散空間40(處理環(huán)境氣)。這樣，通過原料氣體在 晶片W的徑向上流動，與側(cè)流方式相比縮短了原料氣體的移動距離。由此，能夠使各原料氣 體的分子在晶片W的徑向上均勻地吸附。 這里，本實施方式的氣體供給裝置4，將氣體供給噴嘴41容納在凹部422內(nèi)。由 此，例如與作為背景技術(shù)說明的圖18B所示成膜裝置101相比，減小了擴(kuò)散空間40(與凹部 422相對置的空間以及晶片W的周緣區(qū)域上方的空間)的容積。其結(jié)果是，能夠以更少的 氣體供給量使原料氣體在晶片W的整個面上均勻地吸附，并且可以縮短原料氣體的供給時 間。 另一方面，例如凹部422的開口部的面積過小時，不與該開口部相對置的晶片W的 周緣區(qū)域的面積增大，即，晶片W和頂板部件42的底面中與水平部分之間的狹窄流路內(nèi)在 晶片W表面上吸附氣體的面積的比例增大。當(dāng)這樣的面積的比例增大時，向晶片W的整個 面供給氣體所需的時間增加，并且在氣體的流動中產(chǎn)生紊流，會導(dǎo)致供給到上述周緣區(qū)域 內(nèi)的氣體濃度變得不均勻。 為了避免這種情況，在本實施方式的處理容器2中，凹部422的開口部構(gòu)成為能夠 覆蓋晶片W的面積的30%以上、例如70%左右的區(qū)域。由此，能夠?qū)琖的大部分區(qū)域 從凹部422直接供給氣體。由此，保證了短時間內(nèi)的均勻的氣體供給。凹部422的開口部 也可以以覆蓋晶片W的整體的方式開口。并且，當(dāng)該開口部的面積增大時，擴(kuò)散空間40的 容積增大，也有缺點。即，會發(fā)生氣體供給量的增大或者和氣體供給時間的增加等情況。為 了兼顧該缺點，應(yīng)當(dāng)適宜地確定開口部422的開口部尺寸和形狀。 并且，如上所述，本實施方式的氣體供給噴嘴41，在除去頂端部的區(qū)域(比頂端部 靠外側(cè)的區(qū)域)設(shè)有氣體供給孔411。并且，氣體供給孔411如圖4所示，相對于氣體供給 噴嘴41的中心軸(凹部422的中心軸)的角度"9 "為10°以上、例如25°以上。采用這 種構(gòu)造，從流通空間430流下來的原料氣體的流動方向受到氣體供給噴嘴41的頂端部阻擋 而變化。此時，壓力損失增大，氣體供給噴嘴41內(nèi)的壓力提高，因此從頂端側(cè)的氣體供給孔 411朝向晶片W的原料氣體的走勢減弱，從基端側(cè)的氣體供給孔411朝向晶片W的原料氣 體的走勢增強(qiáng)。由此，能夠從氣體供給噴嘴411的全部的氣體供給孔411均勻地噴出氣體。并且，由于氣體供給孔411以角度"e "(傾斜)開口，因此從沿著氣體噴出方向的氣體供
給孔411到晶片W表面的距離增大。這一點也能夠減弱到達(dá)晶片W表面時的原料氣體的走
勢。通過上述的作用抑制過量的原料氣體向晶片w表面吸附或者附著，特別是抑制氣體供
給噴嘴41正下方區(qū)域的膜厚增大的缺陷產(chǎn)生。 并且，雖然沒有在氣體供給噴嘴41的頂端部設(shè)置氣體供給孔411，但是在該頂端 部正下方的晶片W的表面上，通過原料氣體的擴(kuò)散(特別是原料氣體到達(dá)晶片W表面時的 流動方向的變化)從周圍供給原料氣體，從而能夠確認(rèn)不會發(fā)生成膜方面的問題。
并且進(jìn)一步采用圖3和圖5進(jìn)行說明，在本實施方式的氣體供給噴嘴41中，供給 孔411的開口數(shù)量越是頂端側(cè)區(qū)域越少而越是基端側(cè)區(qū)域越多。由此，關(guān)于從氣體供給噴 嘴41朝向晶片W上的氣體供給方向的投影面，單位面積上的氣體供給孔411的配置數(shù)量基 本均勻。由此，如圖IO示意性所示，供給到晶片W表面的單位面積的氣體流線的條數(shù)基本 相等。因此，能夠使原料氣體的供給濃度在晶片W面內(nèi)更加均勻。 這樣，經(jīng)過所定時間，在晶片W上形成Sr原料氣體的吸附層后，停止Sr原料氣體 的供給，如圖9(d)所示，從吹掃氣體供給源64供給吹掃氣體。由此，處理環(huán)境氣、氣體供給 噴嘴41和氣體供給管43內(nèi)殘留的Sr原料氣體被吹掃(Sr原料氣體吹掃工序)。導(dǎo)入氣 體供給管43的吹掃氣體，經(jīng)由與上述的Sr原料氣體共同的路徑，逐漸向真空排氣口 211流 動。此時，如上所述，擴(kuò)散空間40的容積比較小，并且與氣體噴頭相比，氣體供給噴嘴41和 氣體供給管43的尺寸也減小，因此被吹掃的Sr原料氣體的殘留量減少，即能夠減少昂貴的 原料氣體的消耗量，并且縮短該吹掃工序所需的時間。 在Sr原料氣體的吹掃結(jié)束后，如圖9(b)所示供給Ti原料氣體(Ti原料氣體供給 工序)。Ti原料氣體通過與Sr原料氣體和吹掃氣體共同的路徑向擴(kuò)散空間40內(nèi)被供給。 并且，在從相對于凹部422的開口部的區(qū)域流向周緣區(qū)域期間，該原料氣體在晶片W表面上 均勻吸附。 經(jīng)過所定時間，形成Ti原料氣體的吸附層后，停止Ti原料氣體的供給，按照與Sr 原料氣體的吹掃相同的順序，進(jìn)行殘留的Ti原料氣體的吹掃(圖9(d) ，Ti原料氣體吹掃工 序)。 接著，臭氧氣通過與各原料氣體和吹掃氣體共同的路徑被供給(圖9(c)，臭氧氣 供給工序)。在該工序中到達(dá)晶片W表面的臭氧，通過來自臺罩32的熱能與已經(jīng)吸附于晶 片W表面的原料氣體反應(yīng)而形成STO的分子層。 這樣，在所定時間供給臭氧氣后，停止臭氧氣的供給，按照與上述各吹掃工序相同 的順序，吹掃臭氧氣(圖9 (d)，臭氧氣吹掃工序)。 雖然為了避免重復(fù)說明而在各工序的說明中沒有提及，但是在Ti原料氣體供給 工序以及臭氧氣供給工序中，也與Sr原料氣體供給工序同樣地，在向晶片W表面供給各處 理氣體時，能夠以較少的供給量在短時間內(nèi)在面內(nèi)均勻地執(zhí)行處理氣體的供給。并且，各吹
掃工序時吹掃的處理氣體的殘留量也較少，能夠在短時間內(nèi)結(jié)束吹掃。
并且如圖9所示，將以上說明的六個工序作為一個循環(huán)，按照預(yù)先確定的次數(shù)例 如100次重復(fù)進(jìn)行該循環(huán)，從而使STO的分子層多層化。由此，能夠形成具有所定膜厚的STO 膜。在所需的成膜結(jié)束后，停止各種氣體供給，載置晶片W的載置臺3下降至輸送口 28，處 理容器2內(nèi)的壓力恢復(fù)真空排氣前的狀態(tài)。其后，按照與搬入時相反的路徑利用外部的輸送機(jī)構(gòu)搬出晶片W。由此結(jié)束一系列成膜動作。 根據(jù)本實施方式的氣體供給裝置4，具有以下效果。S卩，該氣體供給裝置4使用小 型而構(gòu)造簡單的氣體供給噴嘴41供給處理氣體，因此與例如層疊多個板的構(gòu)造的氣體噴 頭等相比易于制造，從而有助于氣體供給裝置4以及成膜裝置1的制造成本降低。
并且，該氣體供給噴嘴41從在頂板部件42的下方側(cè)形成逐漸擴(kuò)展的形狀的凹部 422的頂部突出設(shè)置，并且在該凹部422內(nèi)容納例如該噴嘴41的整體，因此能夠減小在與載 置臺3之間形成的擴(kuò)散空間40的容積。由此，例如與氣體噴頭型的氣體供給裝置相比，抑 制了處理氣體的供給量和供給時間。并且，也能夠抑制吹掃工序所需的時間。因此，有助于 減低波動成本以及處理的生產(chǎn)量提高。 這里，設(shè)置于氣體供給裝置4的凹部422的形狀，不限于上述實施方式中例示的錐 面的情況。例如圖11A或圖11B所示，凹部422的截面形狀可以由曲線規(guī)定。并且如圖11C 所示，凹部422的截面形狀可以為臺階狀。 并且，如圖11D所示，也可以不在凹部422內(nèi)容納氣體供給噴嘴41的整體，而是例 如該頂端部從凹部422突出。如果氣體供給噴嘴41的一部分容納在凹部422內(nèi)，則與圖 18B所示情況相比，處理環(huán)境氣的容積減小了，能夠取得降低處理氣體的供給量以及縮短吹 掃時間等效果。 并且，氣體供給噴嘴41和/或氣體供給孔411的形狀，也不限于上述實施方式中 例示的形態(tài)。例如圖12A所示，也可以采用水平方向的截面形狀為多邊形的氣體供給噴嘴 41a。 并且如圖12B所示，可以采用從側(cè)方看的形狀為長方形(例如整體形狀為圓柱或 立方體)的氣體供給噴嘴41b，或者如圖12C、圖12D、圖12E所示，采用從側(cè)方看的形狀為大 致圓錐形狀的氣體供給噴嘴41c、41d、41e。 并且如圖12F所示，也可以設(shè)置縫隙狀穿設(shè)的氣體供給孔411a，或者設(shè)置開口徑 根據(jù)位置變化的氣體供給孔411b。 并且如圖12G所示，可以相對于氣體供給噴嘴41g的壁面的法線方向傾斜地設(shè) 置氣體供給孔411c，使處理氣體形成渦旋進(jìn)行供給。此外，也可以設(shè)置錐狀的氣體供給孔 411d，氣體從各供給孔邊擴(kuò)散邊供給。 以上各種凹部422的形狀以及氣體供給噴嘴41、41a 41g的形態(tài)，例如根據(jù)處理 氣體的種類或工藝條件適當(dāng)選擇而裝入氣體供給裝置4。 采用圖l進(jìn)行說明，頂板部件42構(gòu)成為相對于處理容器2可裝卸。并且如圖4所 示，氣體供給管43也相對于頂板部件42可裝卸。因此，例如在處理氣體的種類或工藝條件 變化而需要將凹部422或氣體供給噴嘴41變更為適于新工藝的情況時，可以僅更換需要變 更的部分。由此，能夠降低氣體供給裝置4的改造成本。 特別如圖4所示，氣體供給噴嘴41比頂板部件42小型，能夠與氣體供給管43 — 起簡單地裝卸。因此，即使在對例如附著于內(nèi)部的粉塵等進(jìn)行定期清掃的情況下，也不必取 下整個頂板部件42開放處理容器2而具有良好的維護(hù)性。并且，通過在氣體供給噴嘴41 和氣體供給管43上形成螺紋而使他們彼此螺合等方法，可將氣體供給噴嘴41從氣體供給 管43自由裝卸地構(gòu)成，從而能夠進(jìn)一步提高維護(hù)性。并且，例如氣體供給裝置4，如圖13、 圖14所示，可以將氣體供給噴嘴41h和氣體供給管43a作為獨立部件制造。此時，例如經(jīng)由在頂板部件42上穿設(shè)的流通空間430a，能夠?qū)怏w供給噴嘴41h和氣體供給管43a連接。此時，氣體供給噴嘴41h，例如經(jīng)由其基端部設(shè)置的凸緣部412，可通過螺栓413等被固定在頂板部件42的底面上。 并且，當(dāng)然也可以根據(jù)需要采用在頂板部件42上固定的類型的氣體供給噴嘴41。
接著參照圖15至圖17對第二實施方式的氣體供給裝置4a進(jìn)行說明。在圖15至圖17的各圖中，對于具有與圖1至圖10等所示第一實施方式的氣體供給裝置4相同的功能的構(gòu)成要素，標(biāo)記與第一實施方式的氣體供給裝置4相同的符號。 第二實施方式的氣體供給裝置4a，如圖15至圖17所示，氣體供給噴嘴41i的噴嘴主體的形狀為扁平的圓板形狀，這與氣體供給噴嘴41為半球形的第一實施方式的氣體供給裝置4不同。 具體而言，在第二實施方式的氣體供給裝置4a中，例如直徑D形成為100mm而高度h'為10mm的圓板形狀的氣體供給噴嘴41i，從在頂板42的下面?zhèn)仍O(shè)置的凹部422的頂部向載置臺3側(cè)突出。并且，在該圓板形狀的氣體供給噴嘴41i的底面以及側(cè)面上，設(shè)有多個氣體供給孔411，來自氣體供給管43的處理氣體，如圖17所示，經(jīng)由這些氣體供給孔411向擴(kuò)散空間40內(nèi)供給。 通過這樣使氣體供給噴嘴41i成為扁平形狀，即使減小例如處理空間40的容積，也易于在凹部422內(nèi)容納氣體供給噴嘴41i的整體，能夠減少處理氣體的供給并且縮短吹掃時間。具體而言，例如圖11D所示的氣體供給裝置4那樣，處理空間40的容積減小的結(jié)果是，與半球形狀的氣體供給噴嘴41從凹部422突出的狀態(tài)的供給裝置4相比，能夠減小如圖17所示從凹部422的頂部到氣體供給噴嘴41i的底面的高度(圖中標(biāo)記為"h'")與從氣體供給噴嘴41i的底面到晶片W的距離(圖中標(biāo)記為"h")的合計"h' +11"，從而進(jìn)一步減小處理空間40的容積。并且如圖11D所示，在氣體供給噴嘴41從凹部422突出的情況下，間隙調(diào)整為，以氣體供給噴嘴41的下端為基準(zhǔn)，到晶片W表面的距離為預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)的值。 并且，通過使氣體供給噴嘴41i為扁平形狀，能夠抑制氣體供給噴嘴41i內(nèi)的空間的容積增大，并且能夠增大該噴嘴41i的外表面積。其結(jié)果是，例如與氣體噴頭相比，氣體供給噴嘴41i和氣體供給管43的尺寸減小，從而內(nèi)部的氣體置換變得容易。另一方面，與半球形狀的氣體供給噴嘴41相比，能夠從更開闊的面朝向晶片W供給處理氣體。特別在本實施方式的氣體供給噴嘴41i中，不僅在底面而且也在側(cè)面上形成氣體供給孔411，因此處理氣體的供給面進(jìn)一步增大，能夠沿著凹部422的逐漸擴(kuò)展的面，使處理氣體在更寬的區(qū)域上擴(kuò)散。換言之，形成為扁平形狀的氣體供給噴嘴41i，兼具內(nèi)部容積較小的噴嘴的優(yōu)點以及處理氣體的供給面較寬的氣體噴頭的優(yōu)點，從而能夠在更短時間內(nèi)執(zhí)行處理氣體的供給乃至吹掃。 并且如圖17所示，該多個氣體供給孔411與第一實施方式的氣體供給噴嘴41同樣地，不是設(shè)置在氣體供給噴嘴41i的底面中心部上，而是僅在外側(cè)的區(qū)域上設(shè)置。由此構(gòu)成為，各氣體供給孔411相對于貫通圓板的底面中心的中心軸所成角度"9 "，至少為10°以上的例如35。以上。采用該構(gòu)成，在氣體供給噴嘴41i的底面中心區(qū)域(位于氣體供給管43的正下方)中，處理氣體的流動被阻擋而使從氣體供給孔411噴出的處理氣體的走勢減弱，另一方面，在氣體供給噴嘴41i的周緣區(qū)域上，作為處理氣體的流動在上述中心區(qū)域
15被阻擋的結(jié)果，該噴嘴41i內(nèi)部的壓力提高，因此從氣體供給孔411噴出的處理氣體的走勢增強(qiáng)。其結(jié)果是，能夠從全部的氣體供給孔411均勻地使處理氣體噴出。
并且，這些氣體供給孔411與第一實施方式的氣體供給噴嘴41同樣地配置為，越是氣體供給噴嘴41i的頂端側(cè)(在本例中為噴嘴41i的底面的中央?yún)^(qū)域側(cè))，單位面積的開口數(shù)越少，越朝向基端側(cè)(在本例中為從噴嘴41i的底面的周緣朝向側(cè)面的區(qū)域側(cè))越增加。由此，如采用圖5進(jìn)行說明的那樣，能夠使處理氣體到達(dá)晶片W表面時的處理氣體的濃度，在晶片W的面內(nèi)盡量均勻。這里，在各氣體供給孔411的開口面積可以不同的情況下，可以在頂端側(cè)和基端側(cè)使該開口面積的比與圖5所示投影面積的比P1/P2—致。這也與第一實施方式的供給噴嘴41相同。 并且，形成為扁平形狀的氣體供給噴嘴41i，不限于圖15所示從底面?zhèn)瓤吹钠矫嫘螤顬閳A形的圓板形狀。例如氣體供給噴嘴41i的平面形狀可以為多邊形或橢圓形等。
此外，氣體供給孔411不限于在扁平的氣體供給噴嘴41i的底面以及側(cè)面雙方上設(shè)置的情況，例如僅在噴嘴主體底面設(shè)置氣體供給孔411的情況也包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍。此時，通過使底面上設(shè)置的氣體供給孔411的頂端部從噴嘴主體的底面略微突出，使氣體朝向逐漸擴(kuò)展形狀的凹部422的底部噴出等，也能夠與在噴嘴主體的側(cè)面設(shè)置氣體供給孔411的情況大致同樣地供給氣體。 在上述的成膜裝置1中，對將Sr原料和Ti原料以及臭氧氣作為處理氣體形成ST0的薄膜的情況進(jìn)行了說明，但是可以通過該成膜裝置1成膜的薄膜種類不限于此。例如，可以將TEMAZ和臭氧氣或者水蒸氣作為處理氣體，適用于形成氧化鋯薄膜的工藝等。并且，可適用于該成膜裝置1的工藝種類也不限于ALD或MLD，而可以是連續(xù)供給原料氣體和反應(yīng)氣體的通常類型的CVD工藝。 并且，雖然在上述實施方式中，作為被處理體以半導(dǎo)體晶片為例進(jìn)行了說明，但是不限于此，也可以將本發(fā)明適用于玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等。
〈實施例>
(模擬l) 生成第一實施方式的氣體供給裝置4的模型，模擬了處理氣體供給時和吹掃氣體供給時的處理環(huán)境氣內(nèi)的處理氣體濃度分布。
A.模擬條件 以將上述Sr原料、Ti原料的溶媒即甲苯在載體氣體即氬氣中揮發(fā)而形成的氣體為處理氣體的模型氣體。使處理環(huán)境氣內(nèi)的溫度為23(TC，處理環(huán)境氣出口的壓力為45Pa。
(實施例l-l) 如圖18所示，在上述實施方式的成膜裝置1中，將氣體流通的空間(流通空間430、氣體供給噴嘴41內(nèi)部以及擴(kuò)散空間40(處理環(huán)境氣))，以該空間的中央位置為基準(zhǔn)生成在周向上分成四份的模型空間。并且，進(jìn)行供給處理氣體而使該模型空間內(nèi)的處理氣體的濃度從Ovol^上升至4. Ovol^的模擬。 此時，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過0.01秒后的時刻的處理氣體濃度分布。在供給處理氣體時，為了防止該氣體的逆擴(kuò)散，與處理氣體同時供給反向氣體。在圖18中，從實線箭頭所示位置供給處理氣體，從虛線箭頭所示位置供給反向填充氣體。
處理氣體供給量
16
甲苯0.1g/min
氬氣500mL/min (sccm)
反向填充氣體供給量
氬氣1000mL/min(sccm)
(實施例l-2) 以與(實施例1-1)相同的條件，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過O. 1秒后的時
刻的處理氣體的濃度分布。(實施例2-l) 進(jìn)行在以(實施例1-1)和(實施例1-2)的條件供給處理氣體后的模型空間內(nèi)，供給吹掃氣體，使處理氣體的濃度從4. Ovol %降低至Ovol %的模擬。 求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過0. 01秒后的時刻的處理氣體濃度分布。圖18的實線(以下稱為處理氣體管路)、虛線(以下稱為反向填充氣體管路)均供給作為吹掃氣體的氬氣。 處理氣體管路供給量
氬氣500mL/min (sccm)
反向填充氣體管路供給量
氬氣1500mL/min(sccm)
(實施例2-2) 以與(實施例2-1)相同的條件，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過O. 1秒后的時
刻的處理氣體的濃度分布。(實施例2-3) 以與(實施例2-l)相同的條件，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過0.5秒后的時
刻的處理氣體的濃度分布。 B.模擬結(jié)果 圖19A和圖19B表示(實施例1-1) (實施例1-2)的模擬結(jié)果，圖20A至圖20C表示(實施例2-1) (實施例2-3)的模擬結(jié)果。 在這些圖中，對于圖18所示模型空間的底面(相當(dāng)于晶片W的表面)，用等濃度線區(qū)分表示處理氣體的面內(nèi)濃度分布。各圖所示數(shù)值表示該區(qū)分開的區(qū)域內(nèi)的氣體濃度[vol% ]的范圍。 實際的模擬結(jié)果，通過計算機(jī)制圖在分級表示濃度分布的彩色畫面上輸出，但是為了便于圖示而在上述各圖中表示概略的濃度分布。即，這些圖中存在鄰接的區(qū)劃區(qū)域之間的濃度范圍不連續(xù)的部位，表明實際濃度分布存在跳變，并且這些區(qū)域之間存在陡峭的濃度梯度。 如圖19A和圖19B所示，根據(jù)(實施例1-1) (實施例1-2)的結(jié)果，在處理氣體導(dǎo)入開始后0. 01秒，晶片W表面的大致一半的區(qū)域上升至3. 5vol% 4. Ovol%。并且，在處理氣體導(dǎo)入開始后0. 1秒，晶片W表面的大部分區(qū)域上升至4. Ovol %的目標(biāo)濃度。即，確認(rèn)了能夠在短時間內(nèi)供給均勻的處理氣體，并且具有充分的實用性。 并且如圖20A、圖20B、圖20C所示，根據(jù)(實施例2_1) (實施例2_3)的結(jié)果，在吹掃氣體供給開始后O. 1秒的時刻，晶片W表面的氣體濃度降低為大致接近0X
17(4. 0X10—5vol% 8. 0X10—5vol% )(圖20B、實施例2_2)，確認(rèn)了能夠在短時間基本完全吹掃干凈。 根據(jù)以上結(jié)果，可以認(rèn)為上述實施方式的處理容器2能夠在短時間內(nèi)均勻地供
給、吹掃處理氣體。(模擬2) 生成第二實施方式的氣體供給裝置4a的模型，模擬了處理氣體供給時的處理環(huán)境氣內(nèi)的處理氣體濃度分布，并與第一實施方式的氣體供給裝置4模型的模擬結(jié)果進(jìn)行了比較。 A.模擬條件 模型氣體、處理環(huán)境氣的溫度和壓力與(模擬1)相同。
(實施例3-l) 基于與圖18相同的考慮，生成圖15至圖17所示第二實施方式的氣體供給裝置4a的模型空間，進(jìn)行使處理氣體的濃度從0. Ovol^上升至4. Ovol^的模擬。此時，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過0. 007秒后的時刻的處理氣體的濃度分布。處理氣體的供給量、反向填充氣體的供給量等條件與(實施例1-1)相同。
(實施例3-2) 以與(實施例3-1)相同的條件，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過0. 01秒后的
時刻的處理氣體的濃度分布。(實施例3-3) 以與(實施例3-1)相同的條件，求出在從處理氣體的供給開始經(jīng)過0. 02秒后的
時刻的處理氣體的濃度分布。 B.模擬結(jié)果 圖21A至圖21C表示(實施例3-1) (實施例3_3)的模擬結(jié)果。在這些圖中，與上述的圖19A 圖20C同樣地，用等濃度線區(qū)劃表示模型空間的底面(晶片W的表面)上的處理氣體的面內(nèi)濃度分布。為了避免圖面顯示變得繁雜，在圖21A和圖21B中省略了部分濃度范圍的顯示。 如圖21A至圖21C所示，根據(jù)(實施例3-l) (實施例3_3)的結(jié)果，在處理氣體的導(dǎo)入開始后僅0. 007秒，出現(xiàn)1. 5vol% 2. Ovol^的區(qū)域，在處理氣體的導(dǎo)入開始后0. 01秒，該區(qū)域的濃度上升至2. 5vol% 3. Ovol%。并且，在處理氣體的導(dǎo)入開始后0. 02秒，全體的大致1/3的區(qū)域的濃度上升至作為目標(biāo)的4. Ovol % ，在該階段幾乎沒有1. Ovol %以下的濃度區(qū)域。并且確認(rèn)了在處理氣體導(dǎo)入開始后0. 1秒，晶片W表面的大部分區(qū)域上升至4. Ovol^的目標(biāo)濃度(未圖示)。根據(jù)這些結(jié)果，第二實施方式的氣體供給裝置4a，與第一實施方式的情況同樣地，具有充分的實用性。
權(quán)利要求
一種氣體供給裝置，與載置于處理容器內(nèi)的載置臺上的基板對置地配置，供給對上述基板進(jìn)行處理的處理氣體，其特征在于，包括頂板部件，其在與上述載置臺上的基板相對的位置，為了構(gòu)成氣體的擴(kuò)散空間而具有形成為朝向上述載置臺逐漸擴(kuò)展的形狀的凹部；氣體供給噴嘴，其從上述凹部的頂部向該凹部內(nèi)突出，具有多個沿該凹部的周向的氣體供給孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣體供給裝置，其特征在于， 上述凹部由朝向上述載置臺逐漸擴(kuò)展的錐面形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體供給裝置，其特征在于， 上述氣體供給噴嘴設(shè)置在貫通上述頂板部件的氣體供給管的頂端部， 上述氣體供給噴嘴和上述氣體供給管對于多種處理氣體是通用的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的氣體供給裝置，其特征在于， 上述氣體供給管構(gòu)成為相對于上述頂板部件可自由裝卸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的氣體供給裝置，其特征在于，上述氣體供給噴嘴具有扁平形狀的噴嘴主體和在該噴嘴主體的至少底面上設(shè)置的氣 體供給孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的氣體供給裝置，其特征在于， 上述氣體供給孔，相對于上述凹部的中心軸，具有至少10度的傾角地開口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的氣體供給裝置，其特征在于，上述氣體供給噴嘴，隨著從頂端部側(cè)向基端部側(cè)接近，該氣體供給噴嘴表面的單位面 積上的氣體供給孔的開口數(shù)增加。
8. —種成膜裝置，對處理容器內(nèi)的載置臺上載置的基板供給彼此不同的多種處理氣體 并且使這些處理氣體反應(yīng)而在上述基板的表面形成薄膜，其特征在于，包括具有載置基板的載置臺的處理容器； 權(quán)利要求1至7任一所述的氣體供給裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的成膜裝置，其特征在于，具有控制部，其交替進(jìn)行作為第一處理氣體供給原料氣體而使基板吸附的階段，以及 作為第二處理氣體供給與上述原料氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體而在基板上生成反應(yīng)生成物的階 段，并且，向裝置各部輸出控制信號，以使得在上述的兩個階段之間，進(jìn)行利用吹掃氣體吹掃處 理環(huán)境氣的階段。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的成膜裝置，其特征在于，設(shè)有真空排氣路，其與上述氣體供給裝置的上述擴(kuò)散空間連通，將該擴(kuò)散空間內(nèi)的環(huán) 境氣從側(cè)方排出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10任一所述的成膜裝置，其特征在于，上述凹部的上述載置臺側(cè)的開口部構(gòu)成為，該開口部的投影面覆蓋上述載置臺上所載 置的基板的面積的30%以上的區(qū)域。
12. —種成膜方法，對處理容器內(nèi)的載置臺上所載置的基板供給彼此不同的多種處理 氣體并且使這些處理氣體反應(yīng)，在上述基板的表面形成薄膜，其特征在于，包括以下工序，將基板載置于處理容器內(nèi)的載置臺上的載置工序；利用權(quán)利要求1至7任一所述的氣體供給裝置供給處理氣體的處理氣體供給工序。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的成膜方法，其特征在于， 上述處理氣體供給工序，交替進(jìn)行作為第一處理氣體供給原料氣體而使基板吸附的階段，以及作為第二處理氣 體供給與上述原料氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體而在基板上生成反應(yīng)生成物的階段， 并且在上述兩個階段之間進(jìn)行利用吹掃氣體吹掃處理環(huán)境氣的階段。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的成膜方法，其特征在于，還具有將上述氣體供給裝置的上述擴(kuò)散空間內(nèi)的環(huán)境氣從側(cè)方真空排氣的工序。
全文摘要
本發(fā)明是一種氣體供給裝置，其與在處理容器內(nèi)的載置臺上載置的基板對置地配置，供給對上述基板進(jìn)行處理的處理氣體。包括在與上述載置臺上的基板對置的位置，為了構(gòu)成氣體擴(kuò)散空間而具有形成朝向上述載置臺逐漸擴(kuò)展的形狀的凹部的頂板部件；從上述凹部的頂部向該凹部內(nèi)突出，并具有多個沿著該凹部的周向的氣體供給孔的氣體供給噴嘴。
文檔編號C23C16/455GK101772833SQ20098010005
公開日2010年7月7日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者津田榮之輔 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社