CN108231626A - 气体处理装置和气体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体处理装置和气体处理方法。气体处理装置包括：将处理气体以喷淋状喷出到基板(W)的气体扩散板(35)；设置在气体扩散板的上方侧，沿着周向分别形成有多个气体排出口(43)的多个气体分散部(41)；和上游侧形成各气体分散部共用的共用流路，下游侧与各气体分散部连接，并且从共用流路至各气体分散部(41)的长度相互一致的处理气体的流路(5)。气体分散部(41)俯视时沿着中心分别绕该扩散空间(36)的中心部设置且沿扩散空间(36)的周向设置的多个第一圆配置，且在每一个第一圆上以与扩散空间的中心部的距离相互不同的方式配置有多个。由此，能够在该基板的面内进行均匀性高的处理。

Description

气体处理装置和气体处理方法
技术领域
本发明涉及对基板供给处理气体来进行处理的技术。
背景技术
在半导体装置的制造工序中，对作为基板的半导体晶片(以下记为晶片)进行基于ALD(Atomic Layer Deposition)、CVD(Chemical Vapor Deposition)等的成膜处理。一般来说，在该成膜处理中，要求在晶片面内以具有均匀性高的膜厚的方式成膜。例如在专利文献1中记载有一种成膜装置，其包括：与基板相对的喷淋头；在该喷淋头的上方隔着成膜气体的扩散空间与喷淋头相对的顶板部件；在该顶板部件沿俯视时的以扩散空间的中心为中心的同心圆设置的多个气体分散部，上述气体分散部为了能够均匀性高地对晶片进行成膜处理，设置有该成膜气体的排出口以使成膜气体在横向上分散。
但是，因半导体装置的配线的精细化的要求，正在研究对该晶片进行均匀性更高的成膜处理。另外，在专利文献2中记载有：在对晶片供给溶剂的蒸汽的处理装置中，使流路形成为决定比赛的组合的图线状，从各气体喷出孔同时排出气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-117933号公报
专利文献2：日本特开2014-57047号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
本发明是基于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种对基板供给处理气体，在该基板的面内进行均匀性高的处理的技术。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的气体处理装置，其对真空气氛的处理室内的基板供给处理气体来进行处理，上述气体处理装置的特征在于，包括：
设置在上述处理室中的用于载置上述基板的载置部；
气体扩散板，其构成位于上述载置部的上方侧的顶部，形成有用于将上述处理气体以喷淋状喷出的多个气体喷出孔；
多个气体分散部，其在上述气体扩散板的上方侧设置在隔着上述处理气体的扩散空间与上述气体扩散板相对的相对部，且为了使上述处理气体在横向上分散于上述扩散空间中而沿周向分别形成有多个气体排出口；和
上述处理气体的流路，其上游侧形成各上述气体分散部共用的共用流路，中途分支成多个流路，下游侧与各该气体分散部连接，并且从上述共用流路至各气体分散部的长度相互一致，
上述气体分散部以如下布局配置：在俯视上述扩散空间时，上述气体分散部沿着多个第一圆配置，且在每一个上述第一圆上以上述气体分散部与上述扩散空间的中心部的距离相互不同的方式配置有多个，其中，上述多个第一圆的中心分别绕该扩散空间的中心部设置，且上述多个第一圆沿着上述扩散空间的周向配置。
本发明的气体处理方法，其对真空气氛的处理室内的基板供给处理气体来进行处理，上述气体处理方法的特征在于，包括：
在设置于上述处理室中的载置部载置上述基板的步骤；
将上述处理气体从形成于气体扩散板的多个气体喷出孔以喷淋状喷出的步骤，其中，上述气体扩散板构成位于上述载置部的上方侧的顶部；
使上述处理气体从多个气体分散部在横向上排出并分散于上述扩散空间中的步骤，其中，上述多个气体分散部在上述气体扩散板的上方侧设置在隔着上述处理气体的扩散空间与上述气体扩散板相对的相对部，沿周向分别形成有多个气体排出口；和
向流路供给上述处理气体的步骤，其中，上述流路，其上游侧形成各上述气体分散部共用的共用流路，中途分支成多个流路，下游侧与各该气体分散部连接，并且从上述共用流路至各气体分散部的长度相互一致，
上述气体分散部以如下布局配置：在俯视上述扩散空间时，上述气体分散部沿着多个圆配置，且在每一个上述圆上以上述气体分散部与上述扩散空间的中心部的距离相互不同的方式配置有多个，其中，上述多个圆的中心分别绕该扩散空间的中心部设置，且上述多个圆沿着上述扩散空间的周向配置。
发明效果
根据本发明的气体处理装置，包括：将处理气体以喷淋状喷出的气体扩散板；用于使上述处理气体在该气体扩散板的上方的扩散空间中在横向上排出并分散的多个气体分散部；处理气体的流路，其上游侧形成上述各气体分散部共用的共用流路，途中分支成多个流路，下游侧与该各气体分散部连接，并且从上述共用流路至各气体分散部的长度相互一致。而且，上述气体分散部以如下布局配置：在俯视上述扩散空间时，上述气体分散部沿着中心分别绕该扩散空间的中心部设置且沿上述扩散空间的周向形成的多个圆配置，上述气体分散部在每一个上述圆以与上述扩散空间的中心部的距离相互不同的方式配置有多个。通过这样的结构，能够在基板的面内均匀性高地供给处理气体来进行处理。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的成膜装置的纵向截面侧视图。
图2是构成上述成膜装置的处理容器的顶部的立体图。
图3是设置在上述顶部的气体供给部的横向截面俯视图。
图4是形成有上述气体供给部的扩散空间的顶面的俯视图。
图5是设置有上述气体供给部的气体供给单元的纵向截面侧视图。
图6是上述气体供给单元的纵向截面侧视图。
图7是设置在上述气体供给单元的气体流路的俯视图。
图8是上述气体流路的俯视图。
图9是表示在上述处理容器中供给各气体的时刻的流程图。
图10是第一实施方式的变形例中的上述顶面的俯视图。
图11是第二实施方式中的上述顶面的俯视图。
图12是第二实施方式中的上述气体流路的立体图。
图13是第二实施方式的变形例中的上述顶面的俯视图。
图14是设置在上述各气体供给单元的喷淋头的俯视图。
图15是第三实施方式的上述气体供给单元的立体图。
图16是上述气体供给单元的纵向截面侧视图。
图17是上述气体供给单元的纵向截面侧视图。
图18是在比较试验中使用的气体供给单元的俯视图。
附图标记说明
W 晶片
1 成膜装置
11 处理容器
17 排气机构
21 载置台
3 气体供给单元
34 顶面
35 喷淋头
36 扩散空间
39 气体喷出孔
41 气体分散部
43 气体喷出孔
5 气体流路。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
(第一实施方式)
参照图1的纵向截面侧视图说明作为本发明的气体处理装置的一实施方式的成膜装置1。该成膜装置1包括作为容纳基板即晶片W来进行处理的真空容器的处理容器11，处理容器11内作为对晶片W进行处理的处理室而构成。而且，将作为原料气体的含钨气体和作为反应气体的H2(氢)气体交替地反复多次供给到处理容器11内，通过ALD在晶片W形成W(钨)膜。晶片W构成为例如直径300mm的圆形。含钨气体和H2(氢)气体是用于对晶片W进行处理的处理气体，与作为载气的N2(氮)气体一起被供给到晶片W。
上述处理容器11构成为大致扁平的圆形，在其侧壁设置有用于在成膜处理时将该侧壁加热至规定温度的加热器，该加热器省略图示。另外，在该处理容器11的侧壁设置有晶片的搬入搬出口12和打开关闭该搬入搬出口12的闸阀13。在搬入搬出口12的上部侧设置有成为处理容器11的侧壁的一部分的、使纵截面形状为方形的管道弯曲为圆环状而构成的排气管道14。在排气管道14的内周面形成有沿着周向延伸的缝隙状的开口部15，成为处理容器11的排气口。
另外，上述排气管道14与排气管16的一端连接。排气管16的另一端与由真空泵构成的排气机构17连接。在排气管16设置有由压力调整用的阀构成的压力调整机构18。基于从后述的控制部10输出的控制信号，调整构成压力调整机构18的阀的开度，将处理容器11内的压力调整为所期望的真空压力。
在处理容器11内水平地设置有圆形的载置台21，晶片W以其中心与载置台21的中心重叠的方式载置在该载置台21上。在作为载置部的载置台21的内部埋设有用于加热晶片W的加热器22。在载置台21的下表面侧中央部连接有贯通处理容器11的底部且在上下方向延伸的支承部件23的上端，该支承部件23的下端与升降机构24连接。通过该升降机构24，载置台21能够在图1中虚线所示的下方侧的位置和图1中实线所示的上方侧的位置之间升降。下方侧的位置是，用于在与从上述搬入搬出口12进入处理容器11内的晶片W的搬送机构之间进行该晶片W的交接的交接位置。上方侧的位置是对晶片W进行处理的处理位置。
图1中的标记25是支承部件23中的设置在处理容器11的底部的下方的凸缘。图1中的标记26是自由伸缩的波纹管，上端与处理容器11的底部连接，下端与凸缘25连接，保持处理容器11内的气密性。图1中的标记27是3根(在图1中仅表示2根)支承销，图1中的标记28是使支承销27升降的升降机构。在载置台21位于交接位置时，支承销27经由设置在载置台21的贯通孔19进行升降，在载置台21的上表面突出没入，在载置台21与上述搬送机构之间进行晶片W的交接。
在上述排气管道14的上侧以将处理容器11内从上侧封闭的方式设置有气体供给单元3。气体供给单元3包括周缘部沿着排气管道14设置并且由该排气管道14支承的扁平的圆形的主体部30。该主体部30的中央下部朝向载置台21突出到处理容器11内，构成为下侧突出部31，主体部30的中央上部向上方突出，构成为上侧突出部32。
下侧突出部31俯视时为圆形，该下侧突出部31的中央部比周缘部更向下方突出，在中央部与周缘部之间形成有阶差。该下侧突出部31的中央部的下表面构成与载置台21相对的水平且平坦的相对面，以从该相对面向下方突出的方式设置有例如30个气体分散部41。关于该气体分散部41在后文述说。在下侧突出部31的下方，圆板状的喷淋头35以与该下侧突出部31的中央部的下表面和载置台21各自相对的方式水平设置。该喷淋头35构成处理容器11的顶部。
喷淋头35的周缘部以向上方伸出的方式成为厚壁的结构，与下侧突出部31的周缘部连接。而且，喷淋头35和下侧突出部31的中央部的下表面之间的空间构成为供从气体分散部41排出的气体扩散的扩散空间36。因此，上述下侧突出部31的中央部的下表面成为该扩散空间36的顶面，以下记为顶面34。图2是通过将喷淋头35的一部分切去来表示顶面34和扩散空间36的立体图。该扩散空间36构成为扁平的圆形。
如图1所示，喷淋头35的下表面的周缘部向下方突出，俯视时构成以喷淋头35的中心为中心的同心圆状的环状突起37和环状突起38。但是，在图2中，省略了环状突起37、38的图示。上述环状突起37、38是气流控制用的突起，环状突起38设置在环状突起37的外侧。环状突起37与处理位置中的载置台21的周缘部抵接，在如上所述与载置台21抵接时的该环状突起37的内侧，由喷淋头35和载置台21包围的空间构成为晶片W的处理空间40。
另外，喷淋头35在环状突起37的内侧区域中分散地配置有在喷淋头35的厚度方向上分别被穿孔的多个气体喷出孔39，因此，经由气体喷出孔39，处理空间40和扩散空间36连通。在该喷淋头35中，各气体喷出孔39以相邻的气体喷出孔39间的距离彼此相等的方式被穿孔。此外，为了图示的方便，在各图中，气体喷出孔39的个数表示得比实际的个数少。
图3是上述气体分散部41的横向截面俯视图。气体分散部41构成为扁平的圆形，在其上侧的中心部设置有气体导入口42。而且，在气体分散部41的侧面，多个气体排出口43在周向上等间隔地开口。从气体导入口42供给的气体，从各气体排出口43在水平方向上排出，分散在上述扩散空间36中。
在气体供给单元3形成有用于向上述气体分散部41的气体导入口42导入上述各气体的气体流路5。以下说明该气体流路5的概要，上游侧形成例如30个气体分散部41共用的共用流路，该共用流路的下游侧以决定比赛的组合的图线状分阶段地分支后与上述气体导入口42连接。进一步说明时，上述共用流路的下游侧分支为六个而形成上游侧分支路，各上游侧分支路每5个地分支而形成下游侧分支路，该各下游侧分支路的下游端与气体导入口42连接。而且，为了使供给到各气体导入口42的气体的流量和流速相互一致，构成为从上述共用流路至各气体分散部41的气体导入口42的长度相互一致，并且，各上游侧分支路的宽度、各下游侧分支路的宽度也构成为相互一致。另外，各气体分散部41为了在晶片W的面内各部进行均匀性高的成膜处理，如图2所示在构成扩散空间36的顶面34的周向且径向上，相互离开地配置。
参照作为顶面34的俯视图的图4，进一步详细说明气体分散部41的布局。另外，在说明时，使与相同的上游侧分支路连接的5个气体分散部41为属于相同的组的气体分散部41。图4中的点P1在扩散空间36的顶面34的中心，与载置台21的中心重叠。在以该点P1为中心的假想的圆R0上有6个点P2，以该点P2为中心的各假想的圆表示为R1。各点P2在周向上等间隔地配置，各圆R1的直径相同。属于相同的组的5个气体分散部41的各中心和属于与该组不同的1个气体分散部41的中心位于一个圆R1上。而且，如上述方式，该中心位于相同的圆R1上的6个气体分散部41沿该圆R1的周向等间隔地配置。
另外，属于相同的组的气体分散部41中的最靠近点P1的气体分散部41，其中心位于以点P1为中心的假想的圆R2上。即，6个气体分散部41的中心位于在圆R2上，上述6个气体分散部41沿圆R2的周向等间隔配置。俯视时，位于圆R2上的气体分散部41的中心与点P1的距离例如是43.3mm，俯视时，位于最离开点P1的位置的气体分散部41的中心与点P1的距离例如是129.9mm。因此，各气体分散部41配置在比晶片W的周端位置更靠扩散空间36的中心的位置。此外，扩散空间36的直径例如是310mm。
接着，参照图1和作为气体供给单元3的纵向截面侧视图的图5和图6说明上述气体流路5。图5是图4中的A-A′向视截面图、图6是图4中的B-B′向视截面图。此外，上述A-A′向视截面和B-B′向视截面是通过上述扩散空间36的中心的点P1的截面，方向彼此相差90°的截面。
在上述气体供给单元3的上侧突出部32内的上部侧形成有被从后述各气体供给源供给各气体的水平流路51。该水平流路51构成扁平且水平的流路，位于扩散空间36的中心部的上方。该水平流路51与从该水平流路51的上方侧导入气体的2个端口70连接，各端口70与后述的气体供给管71、72的下游端分别连接。为了使从各端口70至气体流路5的各下游端的流路的长度一致，该各端口70向水平流路51的中心部开口。而且，形成有从该水平流路51的横向上彼此离开的两端部各自垂直向下方延伸的垂直流路52。垂直流路52的下端与扁平且形成为水平的水平流路53的横向上彼此离开的两端部连接。
另外，形成有从水平流路53的中心部垂直向下方延伸的垂直流路54。俯视时的垂直流路54的中心与图4所示的扩散空间36的中心的点P1一致。以上的端口70、水平流路51、垂直流路52、水平流路53和垂直流路54相当于作为上述气体流路5的概要中所记载的为了对各气体分散部41供给气体而共同使用的共用流路。
而且，在垂直流路54的下方侧设置有6个水平流路55。各水平流路55形成为在水平方向上延伸的直线状。6个水平流路55的基端相互一致，上述垂直流路54的下端与该水平流路55的基端连接。而且，6个水平流路55的前端，以向扩散空间36的周缘部去的方式俯视时呈辐射状地延伸。
以从各水平流路55的前端垂直向下方延伸的方式形成有垂直流路56，该垂直流路56的下端与形成为直线状的水平流路57的一端连接。该水平流路57以俯视时从扩散空间36的中心部侧向周缘部侧延伸的方式水平地形成。另外，以从该水平流路57的另一端垂直向下方延伸的方式形成有垂直流路58。图7表示俯视时的垂直流路54、水平流路55、垂直流路56、水平流路57和垂直流路58，垂直流路58的中心与在图4中说明的点P2一致。水平流路55、垂直流路56、水平流路57和垂直流路58构成作为气体流路5的概要中所记载的上游侧分支路。
而且，在垂直流路58的下方侧设置有5个水平流路59。各水平流路59形成为在水平方向上延伸的直线状。5个水平流路59的基端相互一致，5个水平流路55的前端以向扩散空间36的周缘部去的方式俯视时呈辐射状地延伸。上述垂直流路58的下端与水平流路59的基端连接。形成有从各水平流路59的前端垂直向下延伸的垂直流路50，垂直流路50的下端与上述气体分散部41的气体导入口42连接。水平流路59和垂直流路50构成气体流路5的概要中所记载的下游侧分支路。另外，图8表示俯视时的垂直流路58、水平流路59、垂直流路50和气体分散部41。
流路的长度和流路的直径构成为，在2个垂直流路52间、6个水平流路55间、6个垂直流路56间、6个水平流路57间、6本的垂直流路58间、30个水平流路59间、30个垂直流路50间中彼此相同。对流路的长度进一步说明时，从作为共用流路的下游端的垂直流路54的下端至各气体分散部41的气体导入口42的各流路的长度相互一致。另外，如上述方式从作为共用流路54的上游端的端口70至各气体导入口42的流路的长度也相互一致。
但是，当流路的长度一致时，流路的长度在例如±1％的误差范围内。具体来说，从垂直流路54的下端至1个气体分散部41的气体导入口42的流路的长度为Amm(A为实数)时，从该垂直流路54的下端至其他的气体分散部41的流路形成为在A－(A×1/100)mm～A+(A×1/100)mm的范围内的长度的情况下，流路的长度一致。即，各流路的长度不相同，即使在因装置的组装精度的误差或设计精度的误差等而存在偏差的情况下，流路的长度也视为一致。此外，至少如上所述从共用流路的下游端至各气体分散部41的长度一致时，包含于从共用流路至各气体分散部41的长度一致的情况中。
如上述方式构成气体流路5，向各气体分散部41的气体导入口42供给的气体的流量和流速相互一致。当流量相互一致时，在使向1个气体分散部41供给的气体的流量为BmL/分钟(B为实数)时，可以说例如向其他的气体分散部41供给的气体的流量在±3％的误差范围内，即向各气体分散部41供给的气体的流量在B－(B×3/100)mL/分钟～B+(B×3/100)mL/分钟的范围内。流量相互一致是指，使向1个气体分散部41供给的气体的流速为Cm/秒(C为实数)时，可以说例如向其他的气体分散部41供给的气体的流量在±3％的误差范围内。
但是，上述气体供给单元3的主体部30和下侧突出部31通过将多个块上下层叠而构成，在各块设置有在垂直方向上形成的贯通孔和/或槽。该贯通孔构成上述气体流路5中的垂直流路。另外，上述槽形成在块的上部，通过层叠在该块的上侧的块来封闭槽的上方，由此形成上述气体流路5中的水平流路。
使用图5、图6说明各块。图5中的标记61是具有形成垂直流路50的贯通孔的扁平的圆形的块，在其下方设置有上述气体分散部41。图5中的标记62是扁平的块，在其上侧具有形成水平流路59的槽，在该槽的端部形成有与块61的贯通孔一起形成垂直流路50的贯通孔。另外，在块62的下表面在周向形成有5个凹部63，形成在该块62的贯通孔在该凹部63内开口。在设置于1个块62的5个凹部63，分别收纳5个块61中的各块，分别设置在该5个块61的气体分散部41属于相同的组。
图5中的标记64是扁平的圆形的块，在其上侧具有形成水平流路57的槽，在该槽的端部形成有形成垂直流路58的贯通孔。该贯通孔在形成在块64的下表面的凹部65内开口，在凹部65收纳有块62。上述顶面34由上述块61、62、64的下表面构成。图5中的标记66是扁平的圆形的块，在其上侧具有形成水平流路55的槽，在该槽的端部形成有形成垂直流路58的贯通孔。该贯通孔在形成在块66的下表面的凹部67内开口，在凹部67收纳有块64的上部。
图5中的标记68是扁平的块，在其上侧具有形成水平流路53的槽，在该槽的端部开口具有形成垂直流路54的贯通孔。图5中的标记69是扁平的块，具有形成垂直流路52的下部侧的贯通孔，该贯通孔在设置在块69的下侧的凹部60内开口。块68在凹部60中收纳有块69的状态下配置在块66上。如以上所述，由各块构成气体供给单元3的主体部30和下侧突出部31。在块69的上方设置有用于构成上侧突出部32的块，通过该块形成在图1中说明的上述端口70和水平流路51和垂直流路52的上部侧，但是省略了该块的图示。
接着，参照图1说明与上述端口70连接的气体供给管71、72。气体供给管71的上游端经由阀V1与含钨气体的供给源73连接。并且，气体供给管71的阀V1的下游侧与气体供给管74的一端连接，气体供给管74的另一端经由阀V2与N2(氮)气体的供给源75连接。气体供给管72的上游端经由阀V3与H2气体的供给源76连接。并且，气体供给管72的阀V2的下游侧与气体供给管77的一端连接，气体供给管77的另一端经由阀V4与N2(氮)气体的供给源78连接。
上述N2气体在成膜处理中一直被连续供给到各端口70。这样供给的N2气体在不向端口70供给含钨气体和H2气体中的任意者时，作为将残留在处理空间40的含钨气体或H2气体除去的吹扫气体发挥作用。接着，在向端口70供给含钨气体、H2气体时，作为用于将上述含钨气体、H2气体稳定地导入处理容器11内的载气发挥作用。
另外，在成膜装置1设置有由计算机形成的控制部10。控制部10包括由程序、存储器、CPU构成的数据处理部等。在程序中编写有命令(步骤)，使得能够从控制部10向成膜装置1的各部发送控制信号，执行后述的成膜处理。具体来讲，上述程序控制：各阀V的开闭的时刻、压力调整机构18所调整的处理空间40的压力、载置台21的加热器22所加热的晶片W的温度、加热器22和处理容器11的侧壁的加热器所加热的处理空间40的温度等。该程序例如存储在光盘、硬盘、MO(光磁盘)等存储介质中而安装于控制部10。
接着，适当参照图9的时序图说明成膜装置1的成膜处理。该时序图表示向气体流路5供给各气体的时刻和供给停止的时刻。另外，该时序图也表示实施后述的各步骤S1～S4的时刻。
首先，将处理容器11内排气，在成为规定的压力的真空气氛的状态下打开闸阀13，从与处理容器11相邻的真空气氛的搬送室通过搬送机构将晶片W搬送到位于处理容器11内的下方的交接位置的载置台21上。通过支承销27的升降进行晶片W向载置台21的交接和搬送机构从处理容器11的退出时，关闭闸阀13，载置台21向处理位置上升，形成处理空间40。在该载置台21的上升中，通过该载置台21的加热器22进行加热使得晶片W成为规定的温度。
打开阀V2、V4，向处理空间40供给N2气体。接着，打开阀V1，从气体供给源73将含钨气体供给到气体供给单元3的气体流路5(流程图中，时刻t1)。在气体流路5中，如上所述从上游端的端口70至各气体分散部41的各流路的长度一致，含钨气体以流量和流速一致的方式供给到各气体分散部41。而且，气体分散部41以在扩散空间36的周向且径向上相互离开的方式分散地配置，因此，如上所述供给到气体分散部41的含钨气体被均匀性高地供给到扩散空间36的各部，并从喷淋头35向晶片W以喷淋状喷出。由此，在晶片W的面内的各部均匀性高地吸附含钨气体(步骤S1)。
接着，将阀V1关闭(时刻t2)，停止来自气体分散部41的含钨气体的供给，通过从该气体分散部41供给的N2气体，来吹扫没有被晶片W吸附而残留在处理空间40中的含钨气体(步骤S2)。然后，打开阀V3，将H2气体从气体供给源76供给到气体流路5(时刻t3)，与含钨气体同样地以流量和流速一致的方式供给到各气体分散部41后，从喷淋头35向晶片W喷出。由此，向晶片W的面内的各部以均匀性高的流量供给H2气体，该H2气体与被吸附于晶片W的含钨气体反应，钨的薄层作为反应生成物形成(步骤S3)。之后，将阀V3关闭(时刻t4)，停止从气体分散部41供给H2气体，通过从该气体分散部41供给的N2气体，来吹扫没有与含钨气体反应而残留在处理空间40中的H2气体(步骤S4)。
然后，将阀V1开放(时刻t5)，向晶片W再次供给含钨气体。即，进行图4所示的上述步骤S1。然后，进行步骤S2～S4，之后进行步骤S1～S4。如上所述反复进行步骤S1～S4多次，使钨的薄层层叠在晶片W的表面而形成钨膜，其膜厚上升。如上所述向晶片W的表面的各部均匀性高地分别供给含钨气体和H2气体，由此，晶片W的面内的各部中的该钨膜的膜厚的均匀性比较高。当步骤S1～S4反复进行规定的次数时，载置台21下降，以与向处理容器11搬入时相反的顺序，从处理容器11搬出晶片W，成膜处理结束。
在该成膜装置1中，包含用于导入气体的端口70的共用流路的下游侧分支而形成为与多个气体分散部41连接的气体流路5设置在气体供给单元3。并且，将从共用流路至各气体分散部41的流路的长度设为一致，以使得向各气体分散部41供给的气体的流量和流速一致。而且，气体分散部41设置在以多个点P2为中心的各圆R1上，其中，多个点P2位于以俯视时的扩散空间36的中心的点P1为中心的圆R0上并且相互在周向上离开，气体分散部41在一个圆R1上以与点P1的距离相互不同的方式设置有多个。因此，气体分散部41在扩散空间36中在周向且径向上分散配置。通过这样的结构，能够向扩散空间36的各部均匀性高地分别供给含钨气体和H2气体，能够将如上所述扩散的各气体经由扩散空间36的下方的喷淋头35供给到晶片W，因此能够在晶片W的面内以均匀性高的膜厚进行成膜。
接着，说明第一实施方式的变形例。在该变形例的成膜装置和上述第一实施方式的成膜装置1中，例如设置在处理容器11的顶面34的气体分散部41的数量不同。图10表示该变形例的成膜装置的顶面34，在该变形例的顶面34，没有设置图4的顶面34中所设置的气体分散部41中的一部分，由此设置有共计15个气体分散部41。使如上所述与上游侧分支路连接的气体分散部41为一组时，在该变形例中属于一组的气体分散部41为2个或3个。属于相同组的气体分散部41，等间隔地配置在图4中说明的圆R1上，属于相同组的3个气体分散部41所配置的圆R1、属于相同组的2个气体分散部41所配置的圆R1在周向上交替设置。另外，与第一实施方式同样地，在圆R2上配置6个各组的气体分散部41。
对于该变形例中的气体流路5，例如除了构成下游端的30个垂直流路50中的15个没有与气体分散部41连接而被封闭之外，与第一实施方式的气体流路5同样地构成。因此，在该变形例中，从共用流路至各气体分散部41的各流路的长度相互一致。
(第二实施方式)
接着，对于第二实施方式的成膜装置，以与第一实施方式的成膜装置1的不同点为中心进行说明。图11表示第二实施方式的成膜装置的顶面34。在该第二实施方式中，在顶面34设置有12个气体分散部41，在气体供给单元3中，为了向该12个气体分散部41导入气体，替代气体流路5而设置气体流路8。图12是气体流路8的立体图。
当述说该气体流路8的概要时，上游侧形成12个气体分散部41共用的共用流路，该共用流路的下游侧按确定比赛的组合的线图状分阶段地分支，与气体分散部41连接。详细来说，上述共用流路的下游侧分支为4个而形成上游侧分支路。接着，各上游侧分支路的下游侧分别分支为3个而形成下游侧分支路，与气体分散部41连接。因此，与相同的上游侧分支路连接的气体分散部41是3个，在第二实施方式的说明中，令该3个为属于相同组的气体分散部41。
与第一实施方式同样，以点P2为中心的圆为R1，其中点P2位于以俯视时的扩散空间36的中心的点P1为中心的圆R0上。圆R0在图11中为了避免图的复杂化而省略表示。点P2和圆R1在该第二实施方式中在周向等间隔地设定4个，相互属于相同组的3个气体分散部41的中心位于一个圆R1。而且，属于相同组的气体分散部41中的最靠近点P1的气体分散部41，其中心位于以点P1为中心的圆R2上。即，4个气体分散部41的中心位于圆R2上。另外，中心没有位于圆R2上的气体分散部41，其中心位于以点P1为中心具有比圆R2的直径大的直径的圆R3上。
接着，详细说明气体流路8。该气体流路8具有在垂直方向上延伸的垂直流路81，俯视时该垂直流路81的中心与扩散空间36的中心点P1重叠。该垂直流路81的上端与图1中说明的用于向气体供给单元3供给各气体的气体供给管71、72的下游端分别连接。因此，垂直流路81相当于气体流路8的概要中所记载的共用流路。接着，在垂直流路81的下方侧设置有4个水平流路82。这些水平流路82以俯视时描绘十字的方式各自的前端向彼此不同的方向水平延伸地形成，并且其基端相互一致。上述垂直流路81的下端与该水平流路82的基端连接。
水平流路82的前端与俯视时在该水平流路82的延长方向上呈直线状延伸的倾斜流路83的基端连接。该倾斜流路83以随着向其前端去而下降的方式倾斜。该水平流路82和倾斜流路83相当于上述气体流路8的概要中记载的上游侧分支路。倾斜流路83的前端连接在扁平的圆形空间84的中心部上。该圆形空间84的中心位于上述点P2上。3个水平流路85从各圆形空间84的侧方以俯视时辐射状地呈直线状伸出，该水平流路85的前端与在垂直方向上延伸的垂直流路86的上端连接。垂直流路86的下端与气体分散部41连接。圆形空间84、水平流路85和垂直流路86构成为上述下游侧分支路。
关于流路的长度和流路的直径，在4个水平流路82间、4个倾斜流路83间、12个水平流路85间、12个垂直流路86间彼此相同，4个圆形空间84间中的大小也彼此相同。通过如上述方式构成，从垂直流路81至各气体分散部41的流路的长度相互一致，各气体分散部41向气体导入口42供给的气体的流量和流速也相互一致。因此，第二实施方式的成膜装置也与第一实施方式的成膜装置1同样，能够在晶片W的面内的各部以膜厚的均匀性变高的方式进行成膜。
图13表示关于第二实施方式的变形例的在顶面34上的气体分散部41的配置。在该变形例中，与第二实施方式的不同之处在于，水平流路85从构成气体流路8的圆形空间84伸出的方向不同。由此，一组内的最接近扩散空间36的中心的点P1的位置的气体分散部41与该点P1的距离，在每个组中不同。如该变形例所示那样，不限于在组间使点P1与气体分散部41的距离相同。
此外，在第一实施方式和第二实施方式中共用流路在上游侧分支路分支，进行在下游侧分支路分支。即，按2级分支，分支的级数不限于2级，可以为1级，也可以为3级以上。另外，之外配置在以P2为中心的1个圆R1上的气体分散部41的数量不限于上述例子，可以为4个或5个以上。
另外，作为喷淋头不限于上述喷淋头35。图14表示喷淋头91的下表面。以下，关于该喷淋头91，以与喷淋头35的不同点为中心进行说明。在喷淋头91中也与喷淋头35同样，在环状突起37的内侧形成有多个气体喷出孔39。由图14中的虚线包围的区域92与载置台21的中心部相对，在该区域92中相互相邻的气体喷出孔39的距离是L1。区域92的外侧的区域93与载置台21的周缘部相对，在该区域93中相互相邻的气体喷出孔39的距离是比距离L1小的L2。该喷淋头91如上述方式设定距离L1、L2，由此，与喷淋头35相比，能够使(向晶片W的周缘部供给的气体的量/向晶片W的中心部供给的气体的量)增大。而且，通过如上述方式调整气体的量，能够进行晶片W的面内中的膜厚分布的调整。该喷淋头91能够应用于在本说明书中所述的各实施方式和各实施方式的变形例。
(第三实施方式)
接着，对于设置在第三实施方式的成膜装置的气体供给单元101，以与第一实施方式的设置在成膜装置1的气体供给单元3的不同点为中心进行说明。作为该气体供给单元101，气体分散部41在气体供给单元3的配置和设置的个数不同。图15表示气体供给单元101的下表面侧立体图。其中，在该图15中，如气体分散部41所示的那样，省略了喷淋头35的表示。另外，图16、图17与上述图5、图6同样，表示方向彼此相差90°的气体供给单元101的纵截面，各纵截面通过扩散空间36的中心的点P1。此外，在图16、图17中，省略了除显示了截面的气体分散部41以外的气体分散部41的表示。
关于气体供给单元101，在顶面34的中心的点P1上配置有一个气体分散部41，并且，沿着以该点P1为中心的同心圆，气体分散部41配置成2列。沿着同心圆设置的气体分散部41在周向上相互等间隔地配置。沿着同心圆中的内侧的圆配置有8个气体分散部41，令该8个气体分散部41为内侧组。并且，沿同心圆中的外侧的圆配置有16个气体分散部41，令该16个气体分散部41为外侧组。
对该气体供给单元101的气体流路进行说明时，在第一实施方式所述的垂直流路52的下方设置有扁平空间102，该扁平空间102俯视时具有比较大的面积并且位于顶面34的中心部上。流路103从该扁平空间102向下方垂直地伸出，与位于点P1上的气体分散部41连接。
另外，流路104从扁平空间102的下方的8个部位向斜下方伸出，这8个流路104俯视时形成为辐射状。并且，8个流路104的下游侧朝向垂直方向弯曲，与内侧组的气体分散部41分别连接。并且，流路105从扁平空间102的下方的16部位向斜下方伸出，上述16个流路105俯视时形成为辐射状。并且，16个流路105的下游侧向垂直方向弯曲，与外侧组的气体分散部41分别连接。俯视时，各流路104的上端和各流路105的上端配置在围绕点P1的同心圆上。流路103、104、105的长度相互不同。此外，流路103～105、扁平空间102与第一实施方式的气体流路5同样地将形成有凹部、槽、贯通孔的块层叠而形成。
关于该第三实施方式，在扩散空间36的中心部设置有气体分散部41，并且在离开扩散空间36的中心的位置，沿以该扩散空间36的中心为中心的同心圆配置气体分散部41，因此，能够向扩散空间36的各部均匀性高地供给气体，能够在晶片W的面内的各部以均匀性高的膜厚进行成膜。此外，关于第三实施方式，将如上述方式配置了的气体分散部41中的一部分取出，将用于向如上述方式取下了的该气体分散部41供给气体的流路封闭，由此能够适当调整扩散空间36中的处理气体的分布。
作为实施方式表示了进行ALD的成膜装置，但是，本发明也能够应用于进行CVD的成膜装置，在该情况下，也能够对晶片W的面内的各部均匀性高地供给处理气体进行成膜处理。另外，本发明不限于应用于成膜装置，也能够应用于对晶片W供给处理气体进行蚀刻的蚀刻装置。此外，本发明不限于已述的例子，能够适当变更、组合或改变气体种类。在改变气体种类的情况下，例如能够使用TiCl4气体、NH3气体进行TiN膜的形成等。
以下，说明与本发明相关进行的评价试验。作为评价试验1，通过模拟，设定具有第二实施方式所说明的气体流路8的成膜装置，对于在将处理气体供给到晶片W时的该晶片W的面内中的处理气体的摩尔分率，计算出标准偏差1σ。在该模拟中，将从喷淋头35至晶片W的表面的高度设定为2mm。处理气体的供给时间为0.1秒。
另外，作为比较试验1，通过模拟设定替代气体流路8而具有气体流路111的成膜装置。图18是表示该气体流路111的概略的俯视图。该气体流路111包括：向垂直下方供给气体的垂直流路112；与垂直流路112的下端连接，在顶面34的中心部上用于使气体水平且俯视时呈辐射状地扩散的8个水平流路113；和从水平流路113的前端分支形成为2个，且向斜下方延伸并且其前端与气体分散部41连接的倾斜流路114。与该倾斜流路114连接的气体分散部41沿以顶面34的中心的点P为中心的假想的圆R4配置。
并且，流路(省略图示)从上述垂直流路112向下方延伸，该流路与设置在顶面34的中心部的气体分散部41连接。因此，在沿着圆R4配置的气体分散部41和设置在顶面34的中心部的气体分散部41中，至上述气体分散部41共用的垂直流路112为止的流路的长度不同。在比较试验1中，除了如上述所述气体流路的结构不同之外，在与评价试验1相同的条件下进行模拟，对于晶片W的面内中的成膜气体的摩尔分率，计算出标准偏差1σ。
在评价试验1中计算出的1σ是3.85×10％，在比较试验1中计算出的1σ是3.65×104％。由此可知，与比较试验1相比，评价试验1中的1σ较小。因此，评价试验1中，能够向晶片W的面内均匀性更高地供给成膜气体，根据该评价试验1显示出了本发明的效果。
作为评价试验2，使用在图10所说明的作为第一实施方式的变形例的成膜装置，对晶片W进行了成膜处理。并且，对于形成在晶片W的表面的膜，测定了面内的各部中的薄层电阻(ohm/sq)。该薄层电阻的平均值是4.19ohm/sq，1σ/平均值×100(单位：％)13.89％。该值跟使用具有比较试验1所说明的气体流路111的成膜装置来进行与评价试验2同样的评价试验而得到的1σ/平均值×10没有较大的差。但是，认为在该评价试验2中，通过调整气体分散部41的配置、气体分散部41的气体排出口43的孔径，能够进一步改善1σ/平均值×100即晶片W的面内中的膜厚的均匀性。

Claims (6)

1.一种气体处理装置，其对真空气氛的处理室内的基板供给处理气体来进行处理，所述气体处理装置的特征在于，包括：
设置在所述处理室中的用于载置所述基板的载置部；
气体扩散板，其构成位于所述载置部的上方侧的顶部，形成有用于将所述处理气体以喷淋状喷出的多个气体喷出孔；
多个气体分散部，其在所述气体扩散板的上方侧设置在隔着所述处理气体的扩散空间与所述气体扩散板相对的相对部，且为了使所述处理气体在横向上分散于所述扩散空间中而沿周向分别形成有多个气体排出口；和
所述处理气体的流路，其上游侧形成各所述气体分散部共用的共用流路，中途分支成多个流路，下游侧与各该气体分散部连接，并且从所述共用流路至各气体分散部的长度相互一致，
所述气体分散部以如下布局配置：在俯视所述扩散空间时，所述气体分散部沿着多个第一圆配置，且在每一个所述第一圆上以所述气体分散部与所述扩散空间的中心部的距离相互不同的方式配置有多个，其中，所述多个第一圆的中心分别绕该扩散空间的中心部设置，且所述多个第一圆沿着所述扩散空间的周向配置。
2.如权利要求1所述的气体处理装置，其特征在于，还包括：
所述流路形成为从所述共用流路至所述气体分散部以决定比赛的组合的图线状分阶段地分支。
3.如权利要求1或2所述的气体处理装置，其特征在于：
沿一个所述第一圆配置3个以上的所述气体分散部。
4.如权利要求1至3任一项所述的气体处理装置，其特征在于：
沿各第一圆配置的多个所述气体分散部沿着中心位于所述扩散空间的中心部的第二圆配置。
5.如权利要求1至4任一项所述的气体处理装置，其特征在于：
所述气体扩散板包括与所述载置台的中心部相对的第一相对区域和与所述载置台的周缘部相对的第二相对区域，
所述第一相对区域中的相邻的所述气体喷出孔彼此的间隔大于所述第二相对区域中的相邻的所述气体喷出孔彼此的间隔。
6.一种气体处理方法，其对真空气氛的处理室内的基板供给处理气体来进行处理，所述气体处理方法的特征在于，包括：
在设置于所述处理室中的载置部载置所述基板的步骤；
将所述处理气体从形成于气体扩散板的多个气体喷出孔以喷淋状喷出的步骤，其中，所述气体扩散板构成位于所述载置部的上方侧的顶部；
使所述处理气体从多个气体分散部在横向上排出并分散于所述扩散空间中的步骤，其中，所述多个气体分散部在所述气体扩散板的上方侧设置在隔着所述处理气体的扩散空间与所述气体扩散板相对的相对部，沿周向分别形成有多个气体排出口；和
向流路供给所述处理气体的步骤，其中，所述流路，其上游侧形成各所述气体分散部共用的共用流路，中途分支成多个流路，下游侧与各该气体分散部连接，并且从所述共用流路至各气体分散部的长度相互一致，
所述气体分散部以如下布局配置：在俯视所述扩散空间时，所述气体分散部沿着多个圆配置，且在每一个所述圆上以所述气体分散部与所述扩散空间的中心部的距离相互不同的方式配置有多个，其中，所述多个圆的中心分别绕该扩散空间的中心部设置，且所述多个圆沿着所述扩散空间的周向配置。
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