JP2004076023A - ガス処理装置およびガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に対してガスを均一に供給して均一なガス処理を施すことができるガス処理装置およびガス処理方法を提供すること。
【解決手段】ガス処理装置１は、処理ガスを用いてウエハＷに処理を施す処理容器２と、前記処理容器２内に配置され、ウエハＷが載置される載置台５と、前記載置台５上のウエハＷに対応して設けられ、前記処理容器２内へ処理ガスを吐出するシャワーヘッド２２と、前記処理容器２内を排気する排気手段とを具備し、前記シャワーヘッド２２は、前記載置台５に載置されたウエハＷに対応して設けられた第１のガス吐出孔４６と、前記第１のガス吐出孔４６とは別個に、前記第１のガス吐出孔４６の周囲に設けられ、前記載置台５上のウエハＷの周辺部に処理ガスを吐出する第２のガス吐出孔４７とを有する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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）上に形成されるコンタクトホールや配線と配線を接続するための配線間のホールを埋め込むために、Ｗ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属あるいは金属化合物を堆積させて薄膜を形成している。
【０００３】
これらの成膜処理として、従来、物理的蒸着（ＰＶＤ）が用いられていたが、最近のようにデバイスの微細化および高集積化が特に要求され、デザインルールが特に厳しくなって、それにともなって線幅やホールの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト比化されるにつれ、ＰＶＤ膜では十分に対応することができなくなってきた。そこで、近時、このような金属あるいは金属化合物をより良質の膜を形成することが期待できる化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。
【０００４】
例えばＷ膜は、処理ガスとして例えばＷＦ_６（六フッ化タングステン）ガスおよび還元ガスであるＨ_２ガスを用い、ウエハ上でＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦと反応させることにより成膜される。このようなＣＶＤ成膜処理は、ウエハを処理容器内に設けられた載置台上に載置し、処理容器内を排気しつつ、ウエハと対向する位置に設けられたガス吐出機構であるシャワーヘッドからＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを供給することにより、処理容器内を所定の処理ガス雰囲気とすることにより行われる。
【０００５】
しかし、このような処理では、例えばＨ_２のような拡散速度の高い還元ガスは処理容器内で全体に速やかに拡散して排気されるため、ウエハ周辺部で還元ガスの濃度が低くなりやすい。特に、近時、ウエハのサイズが２００ｍｍから３００ｍｍへと大型化しており、それにともなって成膜装置が大型化しているので、このような還元ガスのウエハ周辺部での低下が顕著となり、その部分での成膜レートが低下してしまい、膜厚均一性が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００６】
また、ＳｉＯ_２やＳｉ上にＷ膜を形成する場合には、密着性の向上、Ｓｉとの反応の抑制等の理由から、ＳｉＯ_２やＳｉ上にＴｉ膜、ＴｉＮ膜、あるいは両者の積層膜をバリア層として薄くかつ均一に形成し、その上にＷ膜を堆積させるが、凹部等の埋め込みを行う場合には、埋め込み性を良好にするためにシラン系ガス（Ｓｉ_ｎＨ_２ｍ＋ｎ、ＳｉＨ_ｎＣｌ_４−ｎ）よりも還元性が弱い水素ガスが主として用いられる。この際、未反応のＷＦ_６ガスにより下地のバリア層がアタックされてバリア層とフッ素が反応して体積的に膨張し、上方へ突出するボルケーノと称される欠陥が発生したり、埋め込み穴にボイドが発生したりする場合がある。これを防止するために、最初に水素ガスに代えて、これよりも還元力の強いシラン系ガスを用いて３０〜５０ｎｍ程度の僅かな厚さだけＷの核付け膜（ニュークリエーション膜）を形成し、その後、このニュークリエーション膜を起点としてＨ_２ガスとＷＦ_６ガスを用いて主たるＷ膜を形成することが行われている。しかし、このような方法を採用しても、下地膜であるバリア層の表面のコンタミネーション等によってニュークリエーション膜のステップカバレッジが悪くなり、結果的に主たるＷ膜埋め込み性が悪くなる。そして、このような傾向は半導体デバイスの微細化が進むほど顕著となる。
【０００７】
このような問題点を解決するため、ニュークリエーション膜を形成するに先だって、シラン系ガスのみを単独で所定時間だけ供給してＳｉＨｘ（Ｘ＜４）を下地のバリア層に吸着させるイニシエーション処理を行って、これを起点としてニュークリエーション膜を成長させることも試みられているが、未だ十分とはいえない。
【０００８】
そこで、本出願人は先に、被処理体の表面に初期Ｗ膜を形成するに際して、還元ガスを供給する還元ガス供給工程とＷ含有ガスを供給するＷガス供給工程とを、これらの間に不活性ガスを共有しつつ真空引きするパージ工程を介在させて、交互に繰り返し行う技術を提案した（特願２００１−２４６０８９）。これにより微細なホールでもニュークリエーション膜を高ステップカバレッジで均一に形成することができ上記不都合を解消することができる。
【０００９】
ところが、上記技術を通常のＷ膜成膜用の装置に適用しようとすると、ガス吐出機構であるシャワーヘッド内でＷＦ_６ガスとシランガスとが反応して、シャワー内部にＷ膜が成膜されてしまい、ウエハ面間再現性が低下するという問題が生じる。これを回避するためには、シャワーヘッドのガス吐出部分の温度を３０℃以下に低下させる必要があるが、シャワーヘッドの冷却は、通常、側面から行っており、通常の冷却水ではシャワーヘッドの中央部の温度を３０℃以下にすることは困難である。特に、ウエハサイズの大型化にともないシャワーヘッドも大きくなっている現状では、シャワーヘッド中央の温度を３０℃以下にしようとすると、極低温チラーの導入が必要になり、結露対策等でシステム的に大きなコストアップとなる。
【００１０】
一方、この種のＣＶＤ成膜装置では、ＴｉＮ膜が露出したウエハ上にＷ膜を成膜する場合には、ＷＦ_６中のＦにより、成膜中にシャワーヘッドやチャンバー内壁へフッ化チタン（ＴｉＦ_ｘ）等の反応副生成物が付着し、このような反応副生成物は剥離してパーティクル等の原因となることから、所定の成膜処理が終了した後、シャワーヘッドを介してチャンバー内にクリーニングガスとしてＣｌＦ_３ガスを導入し、クリーニングを行っている。この場合のクリーニング効率は、温度が高いほど大きいので、シャワーヘッドにヒーターを埋設し、所定のタイミングでシャワーヘッドを加熱しながらＣｌＦ_３ガスを導入するフラッシング処理が行われている。
【００１１】
しかしながら、ウエハの大型化によってシャワーヘッドが大型化しており、ただでさえ大きなパワーのヒーターが必要であるのに、シャワーヘッドからリッドを伝熱して散逸する熱も大きくなって、それを補償するパワーもの必要であるため、シャワーヘッドを所望の温度まで昇温することが困難となる。
【００１２】
また、装置の大型化にともない、ヒーターによってシャワーヘッドを加熱すると、その際のシャワーヘッドの熱膨張が１ｍｍ程度にもなり、それにともなう熱歪が問題となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置の大型化にともなうガス吐出機構における不都合を回避することができるガス処理装置およびガス処理方法を提供することにある。
【００１４】
より具体的には、基板に対してガスを均一に供給して均一なガス処理を施すことができるガス処理装置およびガス処理方法を提供することを目的とする。また、ガス吐出機構を加熱する際に、高効率で加熱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。さらに、ガス吐出機構が加熱された際に、その熱膨張の影響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。さらにまた、ガス吐出機構の温度を低く保つ必要がある２つの処理ガスを交互に供給して成膜する装置の場合に、大型のガス吐出機構であっても極低温チラー等の特別な設備を用いずに、ガス吐出機構の全体を所望の温度に冷却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。
【００１５】
また、２つの処理ガスを交互に供給して成膜する場合に、ガス吐出機構内での不所望の成膜を特別な冷却を施すことなく防止して成膜することが可能なガス処理装置およびガス処理方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、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手段と
を具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記載置台に載置された被処理基板に対応して設けられた第１のガス吐出部と、前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部に処理ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００１７】
本発明の第２の観点では、相対的に拡散速度が高い第１の処理ガスおよび相対的に拡散速度が低い第２の処理ガスを含むガスを用いて被処理基板にガス処理を施すガス処理装置であって、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、前記処理容器内へ前記第１および第２の処理ガスを含む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手段と
を具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記載置台に載置された被処理基板に対応して設けられ、前記第１および第２の処理ガスを含むガスを吐出する第１のガス吐出部と、前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部に前記第１の処理ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００１８】
本発明の第３の観点では、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Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む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手段とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、前記載置台に載置された被処理基板に対応して設けられ、Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを吐出する第１のガス吐出部と、　前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部にＨ_２ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００１９】
本発明の第４の観点では、処理容器内の被処理基板に処理ガスを供給してガス処理を施すガス処理方法であって、被処理基板に対向して設けられた第１のガス吐出部から処理ガスを吐出するとともに、その周囲に別個に設けられた第２のガス吐出部から被処理基板の周辺部に処理ガスを吐出してガス処理を行うことを特徴とするガス処理方法を提供する。
【００２０】
本発明の第５の観点では、処理容器内の被処理基板に相対的に拡散速度の高い第１の処理ガスおよび相対的に拡散速度の低い第２の処理ガスを含むガスを供給してガス処理を施すガス処理方法であって、被処理基板に対向して設けられた第１のガス吐出部から前記第１および第２の処理ガスを含むガスを吐出するとともに、その周囲に別個に設けられた第２のガス吐出部から被処理基板の周辺部に前記第１の処理ガスを吐出してガス処理を行うことを特徴とするガス処理方法を提供する。
【００２１】
本発明の第６の観点では、処理容器内の被処理基板にＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを供給して被処理基板上にＷ膜を成膜するガス処理を施すガス処理方法であって、被処理基板に対向して設けられた第１のガス吐出部からＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを吐出するとともに、その周囲に別個に設けられた第２のガス吐出部から被処理基板の周辺部にＨ_２ガスを吐出して被処理基板上にＷ膜を成膜するガス処理を行うことを特徴とするガス処理方法を提供する。
【００２２】
上記本発明の第１および第４の観点によれば、前記第１のガス吐出部から処理ガスを吐出するとともに、前記第１のガス吐出部の周囲に別個に設けられた前記第２のガス吐出部から前記被処理基板の周辺部に処理ガスを吐出することにより、前記被処理基板の周辺部において処理ガスの濃度が低くなることを防止することができ、被処理基板に面内均一なガス処理を施すことができる。
【００２３】
また、上記本発明の第２および第５の観点によれば、前記第１のガス吐出部から前記第１および第２の処理ガスの混合ガスを吐出するとともに、前記第１のガス吐出部の周囲に別個に設けられた前記第２のガス吐出部から前記被処理基板の周辺部に前記第１の処理ガスを吐出することにより、前記被処理基板の周辺部において、相対的に拡散速度が高く拡散しやすい前記第１の処理ガスの濃度が低くなることを防止することができ、被処理基板に面内均一なガス処理を施すことができる。
【００２４】
さらに、上記本発明の第３および第６の観点によれば、前記第１のガス吐出部からＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを吐出するとともに、前記第１のガス吐出部の周囲に別個に設けられた前記第２のガス吐出部から前記被処理基板の周辺部にＨ_２ガスを吐出することにより、前記被処理基板の周辺部において、相対的に拡散速度が高く拡散しやすいＨ_２ガスの濃度が低くなることを防止することができ、被処理基板に面内均一にＷ膜の成膜を行うことができる。
【００２５】
上記いずれのガス処理装置においても、前記ガス吐出機構は、前記第１のガス吐出部と前記第２のガス吐出部とを有するガス吐出プレートを有し、前記第１のガス吐出部および前記第２のガス吐出部は、いずれも前記ガス吐出プレートに形成された複数のガス吐出孔を有する構成とすることができる。この場合に、前記ガス吐出機構は、冷媒流路を有する構成とすることができる。また、冷媒流路は、前記ガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けられていることが好ましい。前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートの前記ガス吐出孔形成領域の前記複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成され、例えば、同心円状に形成される。さらに、前記ガス吐出機構は、ヒーターを有するものとすることができる。
【００２６】
また、前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記載置台上の被処理基板の周縁より外側に設けられていることが好ましい。また、前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記載置台上の被処理基板に対して垂直に設けられていることが好ましい。このようにすることで、前記被処理基板の周辺部で処理ガスの濃度が低くなることをより確実に防止することができる。このような前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記第１のガス吐出部の周囲に一列以上設けてもよいし、前記第１のガス吐出部の周囲に互いに同心円状の第１の列および第２の列をなし、前記第１の列をなすガス吐出孔と前記第２の列をなすガス吐出孔とが互い違いになるように設けてもよい。
【００２７】
さらに、上記ガス処理装置において、前記処理ガス吐出機構内に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路の前後に設けられた冷媒通流配管と、前記処理ガス吐出機構の前後で、前記処理ガス吐出機構をバイパスして前記冷媒通流配管に接続されたバイパス配管と、前記冷媒通流配管の前記冷媒流路下流側に設けられた圧力リリーフ弁と、前記冷媒の通流経路を規定する弁群と、前記弁群を制御する制御手段と、前記処理ガス吐出機構を昇温するヒーターとをさらに具備し、前記制御手段は、前記ガス吐出機構を冷却する際には、前記冷媒を前記冷媒流路に通流させるように前記弁群を制御し、前記ガス吐出機構を昇温する際には、前記ヒーターを作動させるとともに、前記冷媒流路への冷媒流入を停止し、冷媒を前記バイパス配管に通流させるように前記弁群を制御し、前記ガス吐出機構を昇温状態から降温する際には、前記冷媒流路および前記バイパス配管の両方へ冷媒を通流させるように前記弁群を制御するようにすることが好ましい。これにより、ガス吐出機構の迅速な昇温および降温を達成することができる。
【００２８】
さらに、上記いずれのガス処理装置においても、前記排気手段は、前記載置台上の被処理基板の周辺側から排気することが好適である。この場合に、前記載置台の外側に設けられ、複数の排気孔を有する環状のバッフル板をさらに具備する構成とし、前記排気手段は前記排気孔を介して前記処理容器内を排気することが好ましい。さらにまた、上記いずれのガス処理方法においても、ガス処理の際に、被処理基板の周辺側から排気することが好適である。
【００２９】
また、本発明の第７の観点では、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手段とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、ガスを吐出する吐出孔を有するガス吐出部と、このガス吐出部を支持するベース部と、前記ガス吐出部に設けられたヒーターと、前記ガス吐出部と前記ベース部との間に設けられた空間層とを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００３０】
このような構成によれば、前記ガス吐出部と前記ベース部との間に空間層を形成するのでこれが断熱層として機能し、ガス吐出部のヒーターからの熱の散逸を抑制することができるため、ガス吐出部を均一にかつ高効率で加熱することが可能である。この場合に、このような空間層を通ってガス吐出機構からガスが漏洩する懸念があるが、これを防止するためには、前記ガス吐出部と前記ベース部との間にシールリング等を介在させればよい。
【００３１】
本発明の第８の観点では、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手段とを具備し、前記処理ガス吐出機構は、ガスを吐出する吐出孔を有するガス吐出部と、このガス吐出部を支持するベース部と、前記ガス吐出部に設けられたヒーターと、前記ガス吐出部と前記ベース部とを、それらの間の相対移動を許容するように締結する締結機構とを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００３２】
このように、前記ガス吐出部と前記ベース部との間の相対移動を許容するようにこれらを締結するので、ヒーターによりガス吐出部が加熱されて熱膨張が生じても、ベース部材との間に相対移動が生じてガス吐出部およびベース部材にほとんど歪が生じず、ガス吐出部の熱膨張の影響を低減することができる。
【００３３】
本発明の第９の観点では、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、前記処理容器内に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給手段と、前記処理容器内に第２の処理ガスを供給する第２の処理ガス供給手段と、前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記第１および第２の処理ガス供給手段からそれぞれ第１の処理ガスおよび第２の処理ガスが供給されて前記処理容器内へ第１の処理ガスと第２の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手段とを具備し、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスを交互に供給して被処理基板上でこれらを反応させてその上に所定の膜を形成するガス処理装置であって、前記ガス吐出機構は、前記第１および第２の処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するガス吐出プレートと、冷媒流路とを有し、前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域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。
【００３４】
このような構成によれば、ガス吐出機構のガス吐出部分の温度を低く保つ必要がある第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給して成膜する装置において、冷媒流路をガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けるようにしたので、被処理基板の大型化にともなってガス吐出機構が大型化しても、極低温チラー等の特別な設備を用いることなく冷却水等の通常の冷媒でガス吐出部分を必要な温度に効率良く冷却することが可能となる。
【００３５】
この場合に、前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートの前記ガス吐出孔形成領域における前記複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成され、例えば、同心円状に、例えば溝として形成される。前記ガス吐出機構は、ヒーターを有するものとすることができる。
【００３６】
上記第９の観点に係るガス処理装置において、前記冷媒流路の前後に設けられた冷媒通流配管と、前記処理ガス吐出機構の前後で、前記処理ガス吐出機構をバイパスして前記冷媒通流配管に接続されたバイパス配管と、前記冷媒通流配管の前記冷媒流路下流側に設けられた圧力リリーフ弁と、前記冷媒の通流経路を規定する弁群と、前記弁群を制御する制御手段とをさらに具備し、前記制御手段は、前記ガス吐出機構を冷却する際には、前記冷媒を前記冷媒流路に通流させるように前記弁群を制御し、前記ガス吐出機構を昇温する際には、前記ヒーターを作動させるとともに、前記冷媒流路への冷媒流入を停止し、冷媒を前記バイパス配管に通流させるように前記弁群を制御し、前記ガス吐出機構を昇温状態から降温する際には、前記冷媒流路および前記バイパス配管の両方へ冷媒を通流させるように前記弁群を制御することが好ましい。
【００３７】
本発明の第１０の観点では、処理容器内の被処理基板にガス吐出部材を介して第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給し、被処理基板上でこれらを反応させてその上に所定の膜を形成するガス処理方法であって、前記第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを前記ガス吐出部材内の互いに隔離されたガス供給経路を経て処理容器内に供給することを特徴とするガス処理方法を提供する。
【００３８】
本発明の第１１の観点では、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、前記処理容器内に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給手段と、前記処理容器内に第２の処理ガスを供給する第２の処理ガス供給手段と、前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記第１および第２の処理ガス供給手段からそれぞれ第１の処理ガスおよび第２の処理ガスが供給されて前記処理容器内へ第１の処理ガスと第２の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手段とを具備し、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスを交互に供給して被処理基板上でこれらを反応させてその上に所定の膜を形成するガス処理装置であって、前記ガス吐出機構は、互いに隔離された第１のガス供給経路と第２のガス供給経路とを有し、前記第１の処理ガスおよび第２の処理ガスはそれぞれ前記第１のガス供給経路および第２のガス供給経路を通って別個に吐出されることを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００３９】
上記第１０および１１の観点によれば、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給して成膜するに際し、ガス吐出部材内の互いに隔離されたガス供給経路を経て処理容器内に供給するので、ガス吐出部材内での第１の処理ガスと第２の処理ガスとが接触せず、したがってガス吐出部材内での不所望の成膜を特別な冷却を施すことなく防止することが可能となる。
【００４０】
上記第１０の観点において、前記第１の処理ガスの供給および第２の処理ガスの供給の間に、前記処理容器内をパージするパージ工程を介在させることが好ましい。
【００４１】
上記第１１の観点において、前記第１の処理ガスの供給および第２の処理ガスの供給の間に前記処理容器をパージするパージ手段をさらに具備することが好ましい。また、前記ガス吐出機構は、前記ガス吐出機構は、ガス吐出プレートを有し、前記第１のガス供給経路に連続する複数の第１のガス吐出孔が前記ガス吐出プレートの中央部に設けられ、前記第２のガス供給経路に連続する複数の第２のガス吐出孔が前記ガス吐出プレートの周縁部に設けられた構成とすることができる。さらに、前記ガス吐出機構は、前記第１のガス供給経路に連続する複数の第１のガス吐出口と、前記第２のガス供給経路に連続する複数の第２のガス吐出口とがその下面に交互的に設けられた構成とすることができる。さらにまた、前記ガス吐出機構は、前記ガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けられた冷媒流路を有していることが好ましく、前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートの前記ガス吐出孔形成領域における前記複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成、例えば、同心円状に形成される。前記ガス吐出機構は、ヒーターを有するものとすることができる。さらにまた、前記冷媒流路の前後に設けられた冷媒通流配管と、前記処理ガス吐出機構の前後で、前記処理ガス吐出機構をバイパスして前記冷媒通流配管に接続されたバイパス配管と、前記冷媒通流配管の前記冷媒流路下流側に設けられた圧力リリーフ弁と、前記冷媒の通流経路を規定する弁群と、前記弁群を制御する制御手段とをさらに具備し、前記制御手段は、前記ガス吐出機構を冷却する際には、前記冷媒を前記冷媒流路に通流させるように前記弁群を制御し、前記ガス吐出機構を昇温する際には、前記ヒーターを作動させるとともに、前記冷媒流路への冷媒流入を停止し、冷媒を前記バイパス配管に通流させるように前記弁群を制御し、前記ガス吐出機構を昇温状態から降温する際には、前記冷媒流路および前記バイパス配管の両方へ冷媒を通流させるように前記弁群を制御することが好ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
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（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るＣＶＤ成膜装置の正面図であり、図１（ｂ）は同側面図である。また、図２はこのＣＶＤ成膜装置の概略断面図、図３は図２のＡ−Ａ線による断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線による断面図である。このＣＶＤ成膜装置は、Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを用いて被処理基板である半導体ウエハＷ（以下、単にウエハＷと記す。）上にタングステン（Ｗ）膜を成膜するものである。
【００４３】
このＣＶＤ成膜装置は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、本体１を有しており、この本体１の下部にはランプユニット８５が設けられている。本体１の上部には後述するシャワーヘッド２２を支持するリッド３が開閉可能に設けられており、さらにその上方には後述する排気流路１２１，１２２と連通する上部排気管１２８ａ，１２８ｂが設けられている。また、本体１の下部には前記上部排気管１２８ａ，１２８ｂが連結された集合部１２９および後述する排気流路１３０を介して接続された下部排気管１３１が設けられている。この下部排気管１３１は、本体１の前部左側のコーナー部であって、ランプユニット８５から待避した位置に設けられている。
【００４４】
図２に示すように、本体１は、例えばアルミニウム等により有底円筒状に形成された処理容器２を有している。処理容器２内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の内周側エッジ部に突出する突起部（図示せず。）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。また、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、後述するシャワーヘッド２２が設けられている。
【００４５】
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には例えば３箇所にスリット部が設けられ（図２にはこのうち１箇所を図示。）、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、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および継ぎ手１４を介して押し上げ棒１５に支持されており、押し上げ棒１５はアクチュエータ１６に連結されている。このリフトピン１２は、熱線を透過する材料、例えば石英で構成されている。また、リフトピン１２と一体的に支持部材１１が設けられており、この支持部材１１はアタッチメント６を貫通してその上方に設けられた円環状のクランプリング１０を支持している。クランプリング１０は、熱線を吸収しやすいアモルファスカーボン、ＳｉＣのようなカーボン系の部材や、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、黒色ＡｌＮのようなセラミックスで構成されている。
【００４６】
このような構成により、アクチュエータ１６が押し上げ棒１５を昇降させることによって、リフトピン１２とクランプリング１０とは一体的に昇降する。リフトピン１２とクランプリング１０とは、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、図２に示すように、リフトピン１２が載置台５に退入されるとともにクランプリング１０がウエハＷに当接して保持する位置まで下降される。
【００４７】
また、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、パージガス供給機構１８からのパージガスが、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内側下部の８箇所に等配された流路１９ａ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、載置台５とアタッチメント６との隙間から径方向外方に沿って流出させることにより、後述するシャワーヘッド２２からの処理ガスが載置台５の裏面側に侵入することを防止している。
【００４８】
さらに、シールドベース８の複数箇所に開口２０が設けられており、この開口２０の内周側にはシールドベース８内外の圧力差が一定以上となった場合に動作して、シールドベース８内外を連通させる圧力調節機構２１が複数設けられている。これにより、シールドベース８内外の圧力差が過大となってクランプリング１０にバタツキが生じたり、いずれかの部材に大きな力が作用して破損したりすることを防止することができる。
【００４９】
載置台５の真下の処理容器２底部には、リフレクター４に周囲を囲まれた開口２ａが設けられており、この開口２ａには石英等の熱線透過材料よりなる透過窓１７が気密に取り付けられている。透過窓１７は図示しないホルダーにより保持されている。透過窓１７の表面にはサファイヤコーティングが形成されている。そして、上記ランプユニット８５は透過窓１７の下方に設けられている。ランプユニット８５は、加熱室９０と、この加熱室９０内に設けられた回転台８７と、この回転台８７に取り付けられたランプ８６と、加熱室９０の底部に設けられ、回転軸８８を介して回転台８７を回転させる回転モータ８９とを有している。また、ランプ８６は、その熱線を反射する反射部を有しており、それぞれのランプ８６から放射される熱線が直接またはリフレクター４の内周に反射して載置台５の下面に均等に到達するように配置されている。このランプユニット８５により、回転モータ８９で回転台８７を回転させながら、ランプ８６から熱線を放射させることによって、ランプ８６から放出された熱線が透過窓１７を介して載置台５の下面に照射され、この熱線により載置台５が均等に加熱されるようになっている。
【００５０】
シャワーヘッド２２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３９と、このシャワーベース３９の内周側上部と嵌合し、さらにその上部に後述するガス導入部２３が設けられた円盤状の導入板２９と、シャワーベース３９の下部に取り付けられたシャワープレート３５とを有している。シャワープレート３５の外周にはスペーサーリング４０が配置されている。
【００５１】
導入板２９には、その中央に、メインのガスが流れる第１のガス流路３０が形成され、この第１のガス流路３０を囲むように複数、例えば５本（図１３参照、図２には１本のみ図示。）の周辺Ｈ_２ガスを供給するための第２のガス流路４４が形成されている。ただし、第２のガス流路４４はＨ_２ガスを均一に流すことができれば何本であってもよい。
【００５２】
シャワープレート３５の上部の外縁部分には環状の冷媒流路３６が設けられており、この冷媒流路３６には冷媒供給路３７ａを介して冷媒として冷却水を供給し、冷媒排出路３７ｂを介して冷却水を排出して、冷媒としての冷却水を循環するようになっている。これにより、成膜処理時にシャワープレート３５を所定の温度、例えば３５℃程度に冷却して、ＳｉＨ_４ガスのシャワーヘッド２２表面での反応を抑制することができる。なお、この際に用いる冷却制御系については後述する。また、シャワープレート３５の下部には環状のヒーター３８が埋設されており、このヒーター３８はヒーター電源１３８から給電されるようになっている。クリーニング中にこのヒーター３８によりシャワープレート３５を所定温度、例えば１６０℃以上に加熱することにより、大きなエッチングレートでＣｌＦ_３エッチングを行うことができる。シャワープレート３５の外周にはスペーサーリング４０が配置されており、シャワープレート３５と処理容器２の側壁との間隙を埋めるようになっている。
【００５３】
図５に示すように、シャワープレート３５とシャワーベース３９との間には、断熱層として機能する隙間（空間層）１３５が形成されている。隙間１３５がない場合には、ヒーター３８の熱が直接シャワーベース３９に伝熱し、さらにリッド３を介して散逸しやすく、ヒーター３８に大きな出力が要求される。特に、装置が３００ｍｍウエハ用の場合には、シャワーヘッド２２は極めて大きなものとなり、このような熱の散逸があると、シャワープレート３５を均一に１６０℃以上に加熱することは実質的に不可能となる。これに対し、このように隙間１３５を設けて断熱することにより、このような熱の散逸を大幅に低減することができ、シャワープレート３５の温度を均一に１６０℃以上とすることが可能となる。シャワープレート３５とシャワーベース３９との間の内周側部分には、シールリング１３６が介在しており、シャワーヘッド２２からのガスが隙間１３５を通って漏出することを防止している。
【００５４】
図６はシャワープレート３５の上面を示す図であるが、この図に示すように、シャワープレート３５の周縁の一方の側には、冷却水等の冷媒流路３７、熱電対挿入部１４１、およびヒーター端子部１４２が集中して設けられており、このシャワープレート３５の周縁の一方側は、シャワーベース３９と４本のボルト１４３で固定された固定部１４４となっている。この固定部１４４において、冷媒流路３７、熱電対挿入部１４１、およびヒーター端子部１４２は、冷却水の洩れ等が生じないようシールされている。シャワープレート３５の他方側は、シャワーベース３９との間に相対移動を許容するようにボルト１４５で締結された移動部１４６となっている。この移動部１４６においては、上記図５に示すように、ボルト挿入孔１４７の径がボルト１４５の径よりも２ｍｍ程度大きくなっており、ボルト１４５とシャワープレート３５との間にはテフロン（登録商標）ワッシャー１４８が介在されている。これにより、クリーニング時にシャワープレート３５がヒーター３８により加熱されて熱膨張した場合に、ボルト１４５とテフロン（登録商標）ワッシャー１４８との間を積極的に滑らせることが可能となっている。３００ｍｍウエハ用の成膜装置の場合、シャワーベース３５をヒーター３８により成膜処理中の３５℃から１６０℃程度に加熱した場合には、シャワープレート３５が１ｍｍ程度膨張するため、シャワープレート３５とシャワーベース３９との間が完全に固定されている場合には、シャワープレート３５およびシャワーベース３９に歪が生じ、ガスの漏洩や装置寿命の短縮等の不都合が生じるが、このようにシャワープレート３５の移動に不都合がない部分を移動部１４６としてシャワーベース３９に対して移動可能に設けることにより、シャワープレート３５の熱膨張による悪影響を回避することができる。また、テフロン（登録商標）ワッシャー１４８を介在させたことによりボルト１４５とシャワープレート３５との間を積極的に滑らせるので、シャワープレート３５とシャワーベース３９との擦れが回避され、パーティクルを生じさせないようになっている。
【００５５】
シャワーベース３９、ガス導入板２９およびシャワープレート３５で囲繞されたシャワーヘッド２２内の空間には、ガス導入板２９の直下に水平に配置された略円環状の水平隔壁３１が設けられている。水平隔壁３１の内周部分には上方に筒状に突出する突出部３１ａが形成されており、この突出部３１ａはガス導入板２９に接続されている。
【００５６】
一方、シャワーヘッド２２内の空間にはその面を水平にして整流板３３が配置されている。この整流板３３は複数のガス通過孔３４が形成されており、筒状のスペーサ３３ａによりシャワープレート３５から所定の間隔を置いて配置されている。また、上記水平隔壁３１の外縁部とスペーサ３３ａとの間には筒状の垂直隔壁３２が設けられている。
【００５７】
したがって、シャワーヘッド２２の内部空間は、水平隔壁３１と整流板３３との間の空間部２２ａ、シャワーベース３９と垂直隔壁３２およびスペーサ３３ａとの間の環状の空間部２２ｂ、ガス導入板２９と水平隔壁３１との間の空間部２２ｃ、整流板３３とシャワープレート３５との間の空間部２２ｄを有している。これらのうち空間部２２ｂと空間部２２ｃとは水平隔壁３１とシャワーベース３９との間に形成された隙間４５を介して連通している。また、ガス導入板２９の第１のガス導入孔３０は上記空間部２２ａと連通しており、第２のガス導入孔４４は空間部２２ｃに連通している。ただし、空間部２２ｃと空間部２２ａとの間は水平隔壁３１と突出部３１ａとにより隔離されており、また、空間部２２ｂと空間部２２ａとの間は垂直隔壁３２で隔離されており、さらに、空間部２２ｂと空間部２２ｄとの間はスペーサ３３ａにより隔離されている。なお、整流板３３と垂直隔壁３２とは一体的に形成されてもよい。
【００５８】
シャワープレート３５の中央部、すなわち空間部２２ｄに臨む部分には、複数の第１のガス吐出孔４６が空間部２２ｄから連通して設けられており、シャワープレート３５の外縁部、すなわち環状の空間部２２ｂに臨む部分には、円周状に配置された、周辺Ｈ_２ガスを吐出するための第２のガス吐出部４７が空間部２２ｂから連通して設けられている。なお、第１のガス吐出孔４６は、例えば格子状または放射状に配列されて設けられており、その径は例えば０．１〜５ｍｍ径、好ましくは１〜３ｍｍである。第２のガス吐出孔４７もほぼ同様の径を有している。ただし、第２のガス吐出孔４７の径は、第１のガス吐出孔４６の径よりも大きくても小さくてもよい。
【００５９】
図７は、本実施形態におけるシャワーヘッド２２下部の部分的な拡大図であり、メインのガスを吐出するための第１のガス吐出孔４６および周辺Ｈ_２ガスを吐出するための第２の吐出孔４７から吐出されるガスの流れを矢印で示したものである。図７に示すように、第１のガス流路３０から供給されたメインのガスは、空間部２２ａから整流板３３に設けられたガス通過孔３４を介して空間部２２ｄに至り、空間部２２ｄからシャワープレート３５に設けられた第１のガス吐出孔４６を介してウエハＷに向けて垂直にガスが吐出される。また、第２のガス流路４４から供給されたＨ_２ガスは、空間部２２ｃから隙間４５を介して第２の空間部２２ｂに至り、第２の空間部２２ｂからシャワープレート３５に設けられた第２のガス吐出孔４７を介してウエハＷの外側部分（クランプリング側）に向けて垂直に吐出される。ウエハＷの周縁部に吐出するようにしてもよい。
【００６０】
ただし、第２のガス吐出孔４７は、図７の例に限らず、例えば図８に示すようにウエハＷの外周縁部より外側の２列の同心円上に設ける形態であってもよいし、３列以上であってもよい。さらに、第２のガス吐出孔４７はウエハＷの外縁部上に１列またはそこから外側へ２列以上に配列してもよい。第２のガス吐出孔４７を２列以上設ける場合には、図９の（ａ）に示すように隣接する列４７ａおよび４７ｂの第２のガス吐出孔４７同士が重なるように配置してもよいし、図９の（ｂ）に示すように隣接する列４７ａおよび４７ｂを構成する第２のガス吐出孔４７同士を互い違いに配置してもよい。ただし、互い違いに設けた方がより均一にガスを供給することができる。互い違いに設ける場合には、図９の（ｂ）に示すように、一方の列４７ｂを構成する第２のガス吐出孔４７のうち隣接する２個から等しい距離ｄの位置に他方の列４７ａを構成する第２のガス吐出孔４７を設けるようにすることが好ましい。さらに、図１０に示すようにウエハの外周縁部に対し外側から内側に向けて０〜４５゜の範囲で斜めに設ける形態としてもよい。この場合には、第２のガス吐出孔４７の径を０．１〜３ｍｍ、好ましくは０．１〜１．５ｍｍとする。第２のガス吐出孔４７を斜めに設ける場合には、第２のガス吐出孔４７の吐出位置は、均一な膜形成が可能な範囲の位置であれば、図１０に示すようにウエハＷの外周縁部より外側の場合に限らず、図１１に示すようにウエハＷの外周縁部より内側であってもよい。
【００６１】
なお、上述したように、シャワープレート３５にはヒーター３８が埋設されており、このヒーター３８によりシャワープレート３５が加熱されるが、この際の伝熱による熱の散逸をより一層防止する観点から、図１２に示すように、整流板３３のスペーサー３３ａとシャワープレート３５との間に耐熱性のある樹脂、例えばフッ素系樹脂からなる樹脂製のシールリング４８を介在させて断熱することが好ましい。
【００６２】
次に、前述したガス導入部２３について詳細に説明する。
ガス導入部２３は、導入板２９の上部に嵌め込まれた整流板２８と、下プレート２７と、中プレート２６と、上プレート２５とが積層され、これらがケーシング２４に収容されてなっている。ケーシング２４の上部には、それぞれ、後述するガス供給機構５０と接続された周辺Ｈ_２ガスを導入するガス導入口４２、メインのガスを導入するガス導入口４１，４３を有している。
【００６３】
図１３は、上述したガス導入部２３におけるケーシング２４内部の構造を示す斜視図である。上プレート２５には、ケーシング２４のガス導入口４２と連通するキャビティー１０３と、ケーシング２４のガス導入口４１と連通する流路１０１と、ケーシング２４のガス導入口４３と連通する流路１０２とが設けられており、また、キャビティー１０３の底面には周辺Ｈ_２ガスが通流するガス通流孔１０４が周辺の５箇所に設けられている。ガス導入口４１と連通した流路１０１は、中プレート２６に設けられた溝１０５を介して、中プレート２６および下プレート２７に連続して設けられた縦穴１０６と連通している。また、ガス導入口４３と連通した流路１０２は、中プレート２６に設けられた流路１０８および下プレート２７に設けられた溝１０９を介して、縦穴１０６と連通している。この縦穴１０６は整流板２８の整流孔１１１を介して導入板２９の中央に設けられた第１のガス流路３０に連通している。このような構成により、縦穴１０６においてＨ_２ガス、ＷＦ_６ガス等が混合され、この混合ガスが主ガス流路３０から供給されるようになっている。一方、周辺Ｈ_２ガスが通流するガス通流孔１０４は、中プレート２６に設けられた流路１０７および下プレート２７に設けられた流路１１０を介して、導入板２９に第１のガス流路３０を囲むように５箇所に設けられた第２のガス流路４４にそれぞれ連通している。
【００６４】
上記ガス導入部２３において、ガス導入口４１，４３に供給されたガスは、縦穴１０６において混合されて第１のガス流路３０からシャワーヘッド２２内に供給される。また、ガス導入口４２に供給された周辺Ｈ_２ガスは、キャビティー１０３から５本のガス通流孔１０４に分散され、第２のガス流路４４を介してシャワーヘッド２２内に供給される。そして、第１のガス流路３０に供給されたガスは、シャワーヘッド２２内の空間部２２ａから整流板３３の主ガス通過孔３４を通って空間部２２ｄにおいて拡散されて、主ガス吐出孔４６からウエハＷに向けて均一に吐出される。また、第２のガス流路４４に供給された周辺Ｈ_２ガスは、シャワーヘッド２２内の空間部２２ｃから略円盤状の隔壁３１の周辺に設けられた隙間４５を通って空間部２２ｂに拡散されて、第２のガス吐出孔４７からウエハＷに向けて吐出される。このように、第１のガス吐出孔４６と第２のガス吐出孔４７とは、別々にガス供給されるので互いに組成の異なるガスを吐出することが可能である。
【００６５】
次に、ガス供給機構５０について説明する。
ガス供給機構５０は、クリーニングガスとしてのＣｌＦ_３ガスを供給するＣｌＦ_３ガス供給源５１、Ｗ含有ガスであるＷＦ_６ガスを供給するＷＦ_６ガス供給源５２、Ａｒガス供給源５３、還元ガスであるＨ_２ガスを供給するＨ_２ガス供給源５４、Ｎ_２ガス供給源５５、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給するＳｉＨ_４ガス供給源５６を有している。
【００６６】
ＣｌＦ_３ガス供給源５１にはガスライン６１が接続され、ＷＦ_６ガス供給源５２にはガスライン６２が接続されており、Ａｒガス供給源５３にはガスライン６３が接続されている。これらガスライン６１，６２，６３はガス導入部２３に設けられた上記ガス導入口４３に接続されている。Ｈ_２ガス供給源５４にはガスライン６４および６５が接続され、これらガスライン６４，６５のうちガスライン６４は上記ガス導入口４２に接続され、ガスライン６５はガス導入部２３に設けられた上記ガス導入口４１に接続されている。Ｎ_２ガス供給源５５にはガスライン６６が接続されており、ＳｉＨ_４ガス供給源５６にはガスライン６７が接続されている。これらガスライン６６および６７はガス導入部２３に設けられた上記ガス導入口４１に接続されている。これらガスライン６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７には、それぞれマスフローコントローラ７０とその前後の開閉バルブ７１，７２とが設けられている。なお、ガス供給機構５０のバルブ等によるガス供給の制御は制御装置８０によって行われる。
【００６７】
一方、図３および図４に示すように、シールドベース８と処理容器２内の側壁との間には、前述したように、その全周にわたって排気孔９ａが設けられた円環状のバッフルプレート９が取り付けられており、このバッフルプレート９の下方には環状の排気空間１２７が形成されている。図４に示すように、バッフルプレート９の下方には、処理容器２の対角となる位置に排気空間１２３および１２４が設けられている。この排気空間１２３の排気入口近傍には、円弧状の断面を有する底部隔壁１２５が配置され、底部隔壁１２５の両端と処理容器２の側壁面との間を通って排気されるようになっている。また、排気空間１２４の排気入口近傍には、同様に円弧状の断面を有する底部隔壁１２６が配置され、底部隔壁１２６の両端と処理容器２の側壁面との間を通って排気されるようになっている。
【００６８】
次に、上記の排気空間１２３および１２４から排気を行うための構造について図１４および図１５を参照して説明する。図１４は、図３のＣ−Ｃ断面図であり、図１５は同Ｄ−Ｄ断面図である。図１４に示すように、前述の排気空間１２４には、処理容器２の側壁およびリッド３内に設けられた排気流路１２２の一端が連通しており、この排気流路１２２の他端には上部排気管１２８ｂが接続されている。
【００６９】
この上部排気管１２８ｂは、図１５に示すように、処理容器２の他の角部において集合部１２９に連結されており、この集合部１２９はリッド３および処理容器２の側壁内を貫通して設けられた排気流路１３０の上端と接続され、この排気流路１３０の下端には下部排気管１３１を介して排気機構１３２が接続されている。なお、図１４には排気空間１２４近傍の構造について示したが、排気空間１２３近傍もこれと略同様の構造となっている。つまり、図１（ａ）および（ｂ）にも示したように、処理容器２の対角となる２箇所に接続された２本の上部排気管１２８ａ，１２８ｂは、処理容器２の他の角部において集合部１２９に連結し、この集合部１２９を介して１本の排気流路１３０に合流しており、排気流路１３０は処理容器２の下方に設けられた１本の下部排気管１３１を介して排気機構１３２に接続されている。そして、排気機構１３２を作動させることにより、処理容器２内の雰囲気は、バッフルプレート９の排気孔９ａから下方の環状の排気空間１２７に流出して底部隔壁１２５の両端と処理容器２の側壁面との間および底部隔壁１２６の両端と処理容器２の側壁面との間を通って排気空間１２３，１２４に至り、排気流路１２１，１２２を介して上方に排気され、次いで上部排気管１２８から排気流路１３０を介して下方に排気される。このように処理容器２内の雰囲気を排気することにより、処理容器２内を所定の真空度に減圧することが可能になっている。
【００７０】
この際に、バッフルプレート９の排気孔９ａから下方の環状の排気空間１２７に流出した雰囲気は、底部隔壁１２５および１２６を迂回して図４に矢印で示すように流れるので、排気空間１２３および１２４近傍に位置した排気孔９ａからの雰囲気が直接排気されることが防止され、それぞれの排気孔９ａから略均等に排気することができる。したがって、処理容器２内の雰囲気は載置台５の外周から均一に排気される。また、上記構成によれば、処理容器２の下部においてランプユニット８５を回避した位置に設けられた１本の下部排気管１３１を介して処理容器２内を排気することができるので、処理容器２の下方部分の構成を簡素化することができる。したがって、ＣＶＤ成膜装置の小型化を図ることができるとともに、処理容器２の下方に配置されたランプユニット８５におけるランプ８６交換等のメンテナンスを容易に行うことが可能となる。
【００７１】
次に、このＣＶＤ成膜装置のリッド３を開閉する際の支持機構について図１６を参照して説明する。図１６は、ＣＶＤ成膜装置の背面図である。図１６に示すように、リッド３の中央にはシャワーヘッド２２が取り付けられており、相当の重量があるためリッド３の側方には支持機構１５０が設けられている。この支持機構１５０は、リッド３を図１６に仮想線で示すように回動させる回動軸１５１にリッド３と対向するように取り付けられたアーム１５４と、このアーム１５４に設けられた軸１５２に一端が係止され、図１６に実線および仮想線で示す位置で最大長となりこれより短い範囲で伸縮自在な棒状部材１５３とを有している。棒状部材１５３およびアーム１５４は、リッド３を閉じた状態では図１６に実線で示すようにリッド３の右側に位置しており、この状態からリッド３を図１６に仮想線で示すように回動させると、これと連動して回動軸１５１とアーム１５４とは一体的に時計回りに回転し、棒状部材１５３はアーム１５４に追従して伸縮する。そして図１６に仮想線で示すように、リッド３が１８０°回動すると、アーム１５４はリッド３の左側の棒状部材１５３が最大長となる位置まで回転し、その位置で棒状部材１５３により回動軸１５１およびアーム１５４の回転がロックされ、これによりリッド３が１８０°回動して開いた状態で支持される。このような支持機構１５０をリッド３の側方に設けることによって、重量が大きいシャワーヘッド２２が取り付けられたリッド３を容易に開閉することが可能となり、ＣＶＤ成膜装置のメンテナンス性が向上される。
【００７２】
次に、本実施形態に係るＣＶＤ成膜装置の本体１に用いる冷却制御系について、図１７を参照して説明する。この冷却制御系１６０は、水道水（市水）等の一次冷却水を循環させる一次冷却水配管１６１と、一次冷却水配管１６１との間で熱交換して温度が制御された二次冷却水が循環する第１の二次冷却水配管１６２と、この第１の二次冷却水配管１６２から分岐して同様の二次冷却水が循環する第２の二次冷却水配管１６３とを有している。二次冷却水は二次冷却水タンク１６４に貯留され、この貯留された二次冷却水がこれら第１および第２の二次冷却水配管１６２，１６３を循環する。
【００７３】
第１の二次冷却水配管１６２を循環する二次冷却水は、上流側から順にシャワーヘッド２２、チャンバー２（チャンバー壁）、およびリフレクター４を通流するようになっており、第２の二次冷却水配管１６３は、上流側から順に透過窓１７を保持する透過窓ホルダー１６５（図２では図示せず）、ランプユニット８５、およびチャンバー２をシールするシールリング等のチャンバーシール１６６（図２では図示せず）を通流するようになっている。
【００７４】
一次冷却水配管１６１には、入側および出側にそれぞれボールバルブ１６７，１６８が設けられ、入側のボールバルブ１６７近傍の下流側にはソレノイドバルブ１６９が設けられ、出側のボールバルブ１６８近傍の上流側には、上流側から順にストレイナー１７０、ニードルバルブ１７１、フローメーター１７２が設けられている。また、ソレノイドバルブ１６９の下流側には、一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換を行うための熱交換器１７３が設けられている。
【００７５】
第１の二次冷却水配管１６２の非分岐部における二次冷却水タンク１６４の上流側には、上流側から順にエアオペレーションバルブ１７４、ニードルバルブ１７５および上記熱交換器１７３が設けられており、さらにこれらをバイパスするバイパス配管１７６が設けられている。バイパス配管１７６にはエアオペレーションバルブ１７７が設けられている。また、第１の二次冷却水配管１６２の非分岐部における二次冷却水タンク１６４の下流側には、上流側から順に、ボールバルブ１７８、二次冷却水循環用のポンプ１７９、およびボールバルブ１８０が設けられている。ポンプ１７９の下流側にはポンプ１７９のエアー抜き配管１８１が設けられ、このエアー抜き配管１８２にはボールバルブ１８２が設けられている。
【００７６】
二次冷却水タンク１６４の上方には、ヒーター１８５および一次冷却水が循環するクーリングプレート１８６が設けられている。二次冷却水タンク１６４の上部には、第１の二次冷却水配管１６２が配回された制御部１８７を有している。一方、第１の二次冷却水配管１６２のポンプ１７９の下流側には、二次冷却水の温度を検出する熱電対１８３が設けられており、この熱電対１８３からの検出信号が温度コントローラ１８４に入力されるようになっている。温度コントローラ１８４は、上記ヒーター１８５の出力を制御し、ヒーター１８５による加熱およびクーリングプレート１８６による冷却のバランスにより制御部１８７を通流する二次冷却水の温度を所望の温度に制御するようになっている。なお、二次冷却水タンク１６４の底部にはドレイン配管１８８が設けられており、ドレイン配管１８８にはボールバルブ１８９が設けられている。
【００７７】
第１の二次冷却水配管１６２のリフレクター４の下流側には、上流側から順に、ストレイナー１９０、ニードルバルブ１９１、フローメーター１９２が設けられている。また、第２の二次冷却水配管のチャンバーシール１６６の下流側には、上流側から順に、ストレイナー１９３、ニードルバルブ１９４、フローメーター１９５が設けられている。
【００７８】
シャワーヘッド２２において、第１の二次冷却水配管１６２は上述した冷媒流路３６の入側および出側に接続されている。第１の二次冷却水配管１６２のシャワーヘッド２２の上流側および下流側には、それぞれエアオペレーションバルブ１９６および１９７が設けられている。また、第１の二次冷却水配管１６２のエアオペレーションバルブ１９６とシャワーヘッド２２との間には圧力ゲージ１９８が設けられている。さらに、第１の二次冷却水配管１６２のエアオペレーションバルブ１９６上流側部分およびエアオペレーションバルブ１９７下流側部分に、シャワーヘッド２２をバイパスするバイパス配管１９９が接続されている。バイパス配管１９９の入側部分にはエアオペレーションバルブ２００が設けられている。第１の二次冷却水配管１６２のシャワーヘッド２２とエアオペレーションバルブ１９７との間の部分には、二次冷却水タンク１６４に至る配管２０１が接続されており、配管２０１には圧力リリーフバルブ２０２が設けられている。なお、全てのバルブはバルブコントローラ２０３で制御されるようになっている。
【００７９】
次に、上記のように構成されるＣＶＤ成膜装置により、ウエハＷの表面にＷ膜を成膜する動作について説明する。
まず、処理容器２の側壁に設けられた図示しないゲートバルブを開いて搬送アームにより処理容器２内にウエハＷを搬入し、リフトピン１２を載置台５から所定長さ突出するまで上昇させてウエハＷを受け取った後、搬送アームを処理容器２から退出させ、ゲートバルブを閉じる。次いで、リフトピン１２およびクランプリング１０を下降させ、リフトピン１２を載置台５に没入させてウエハＷを載置台５上に載置するとともに、クランプリング１０をウエハＷと当接して保持する位置まで下降させる。また、排気機構１３２（図１５）を作動させて処理容器２内を減圧し、処理容器２内を高真空状態とするとともに、加熱室９０内のランプ８６を点灯し、回転台８７を回転モータ８９により回転させながら熱線を放射させ、ウエハＷを所定の温度に加熱する。
【００８０】
次に、ウエハＷにイニシエーション処理を実施するため、ガス供給機構５０のＡｒガス供給源５３、Ｎ_２ガス供給源５５、ＳｉＨ_４ガス供給源５６からそれぞれ所定の流量で処理ガスを供給し、また、Ｈ_２ガス供給源５４からはガスライン６４および６５のそれぞれに所定の流量でＨ_２ガスを供給し、シャワーヘッド２２の第１のガス吐出孔４６からＡｒガス、Ｎ_２ガス、ＳｉＨ_４ガスおよびＨ_２ガスの混合ガスをウエハＷに向けて吐出して、ウエハＷにＳｉを吸着させることで、次のステップでニュークリエーション膜が効率良く均一に形成される。第２のガス吐出孔４７からＨ_２ガスをウエハＷの周辺部に向けて吐出してもよい。また、パージガス供給機構１８からパージガスの供給を開始して載置台５の裏面側に処理ガスが回り込むのを防止する。
【００８１】
イニシエーション処理の後、それぞれの処理ガスの流量はそのままで、さらにＷＦ_６ガス供給源５２から後述する本成膜工程よりも少ない所定流量でＷＦ_６ガスの供給を開始して第１のガス吐出孔４６から吐出するガスにＷＦ_６ガスを添加し、この状態で下記式（１）に示すＳｉＨ_４還元反応を所定時間進行させ、ウエハＷ表面にニュークリエーション膜を形成する。
２ＷＦ_６＋３ＳｉＨ_４→２Ｗ＋３ＳｉＦ_４＋６Ｈ_２　………　（１）
【００８２】
その後、ＷＦ_６ガス、ＳｉＨ_４ガス、および、第２のガス吐出孔４７からのＨ_２ガスの供給を停止し、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、および、第１のス吐出孔４６からのＨ_２ガスの供給量を増加させ、ニュークリエーション膜形成のための処理ガスを一掃するとともに、排気機構１３２の排気量を低くして処理容器２内の圧力を本成膜工程のために高めるとともに、ウエハＷの温度を安定させる。
【００８３】
次に、ＷＦ_６ガスおよび第２のガス吐出孔４７からのＨ_２ガスの供給を再開するとともに、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、および、第１のガス吐出孔４６からのＨ_２ガスの供給量を減少させ、この状態で下記式（２）に示すＨ_２還元反応のＷ成膜を所定時間行うことにより、ウエハＷの表面にＷ成膜する本成膜工程を行う。
ＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦ　………　（２）
【００８４】
本成膜を終了後、ＷＦ_６ガスの供給を停止し、Ａｒガス、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガスの供給を維持した状態で、排気機構１３２により処理容器２内を急速に減圧し、本成膜終了後に残留した処理ガスを処理容器２から一掃する。次いで、全てのガスの供給を停止した状態で減圧を続けて処理容器２内を高真空度状態とした後、リフトピン１２およびクランプリング１０を上昇させ、リフトピン１２を載置台５から突出させてウエハＷを搬送アームが受け取り可能な位置まで上昇させ、ゲートバルブを開いて処理容器２内に搬送アームを進入させ、リフトピン１２上のウエハＷを搬送アームで受け取り、搬送アームを処理容器２から退出させることによりウエハＷを取り出して成膜動作を終了する。
【００８５】
このようなプロセスによれば、イニシエーション工程、ニュークリエーション工程、本成膜工程において、ウエハＷ中央側の第１のガス吐出孔４６からはＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを含む混合ガスを吐出しつつ、ウエハＷ周辺側の第２のガス吐出孔４７からＨ_２ガスを吐出することにより、ウエハＷの周辺側においてＨ_２ガス濃度が低くなることを防止することができ、これによりウエハＷに膜厚の均一なＷ膜を成膜することができる。
【００８６】
図１８は、このようなプロセスの本成膜工程において、第２のガス吐出孔４７から吐出するＨ_２ガスの流量を、第１のガス吐出孔４６から吐出するＨ_２ガスの流量に対して０〜１３５％の範囲で変化させ、ウエハＷ上に成膜されたＷ膜の均一性を調査した結果を、横軸に第２のガス吐出孔４７から吐出するＨ_２ガスの流量をとり縦軸にＷ膜の均一性をとって示したグラフである。図１８より、第２のガス吐出孔４７から吐出するＨ_２ガスの流量を、第１のガス吐出孔４６から吐出するＨ_２ガスの流量の５０％以上とした場合にＷ膜の均一性を向上する効果が顕著であることがわかる。より好ましい第２のガス吐出孔４７のＨ_２ガス流量は、第１のガス吐出孔４６から吐出するＨ_２ガスの流量の６０％以上である。
【００８７】
また、図１９は、第２のガス吐出孔４７から吐出するＨ_２ガス流量を第１のガス吐出孔４６から吐出するＨ_２ガスの流量に対して０〜１３４％と種々変化させ、成膜されたウエハＷの直径に沿って設定された測定ポイント１〜１６１のそれぞれにおいてＷ膜の厚さを測定し、横軸に測定ポイントをとり縦軸に各測定ポイントにおけるＷ膜厚をとって膜厚の分布状態を示したグラフである。図１９より、第２のガス吐出孔４７からＨ_２ガスを吐出しなかった場合にはウエハＷ周辺においてＷ膜厚が薄くなっており、膜厚の均一なＷ膜を成膜することができないが、第２のガス吐出孔４７からＨ_２ガスを吐出した場合には、いずれもウエハＷ周辺においてＷ膜厚が薄くなることが防止されることが確認される。また、それぞれの場合に成膜されたＷ膜の膜質を調査したところ、第２のガス吐出孔４７から吐出するＨ_２ガスの流量を、第１のガス吐出孔４６から吐出するＨ_２ガスの流量の１３４％とした場合に最も優れた膜質が得られることが確認された。
【００８８】
また、図７に示すようにウエハＷの外周縁部よりも外側に１列の周辺Ｈ_２ガス吐出孔４７を鉛直に設けた場合（以下、Ｈ１と称する。）と、図８に示すようにウエハＷの外周縁部よりも外側に２列の周辺Ｈ_２ガス吐出孔４７を鉛直に設けた場合（以下、Ｈ２と称する。）と、図１０に示すようにウエハＷの外周縁部よりも外側に周辺Ｈ_２ガス吐出孔４７を斜めに設けた場合（以下、Ｈ４と称する。）とのそれぞれにおいて、第２のガス吐出孔４７からＨ_２ガスを吐出させつつＷ膜の成膜を行った。また、比較のために第２のガス吐出孔４７からＨ_２ガスを吐出させずに、その他は同様のプロセスによりＷ膜の成膜を行った（以下、従来と示す。）。このようにして得られた各Ｗ膜の均一性を比較した結果、Ｈ１が最も優れており、次いでＨ２、Ｈ４、従来の順であった。このことから、第２のガス吐出孔４７は、ウエハＷの外周縁部よりも外側に鉛直に設けることが好ましいことが確認された。
【００８９】
このようにして成膜処理が終了し、ウエハＷを取り出した後には、必要に応じて、例えば少なくとも１枚処理した後に、ＣｌＦ_３ガスを処理容器２内に供給して処理容器２内に付着した不必要な付着物を除去するクリーニングを行う。また、必要に応じて、通常のクリーニングの他に、例えば、少なくとも数ロットの成膜処理した際に、ＣｌＦ_３ガスを処理容器２内に供給しつつ、ヒーター３８により、シャワープレート３５を１６０℃以上の温度に加熱し、シャワーヘッド２２に付着したＴｉＦ_ｘを含む反応副生成物とＣｌＦ_３ガスとの反応性を高め、反応副生成物のエッチングレートを大きくしてＴｉＦ_ｘを含む反応副生成物を除去するフラッシング処理を行う。この場合、通常のクリーニングではシャワーヘッドの温度が、例えば１００℃以下であるため、ＴｉＦ_ｘを含む反応副生成物が除去されず堆積してしまう。
【００９０】
この場合に、シャワープレート３５とシャワーベース３９との間には断熱層として機能する隙間（空間層）１３５が形成されているので、ヒーター３８の熱が直接シャワーベース９におよびリッド３を介して散逸しにくく、ヒーター３８の出力が過大となることなく、シャワープレート３５をクリーニングに適した１６０℃以上の温度に加熱することができる。
【００９１】
また、シャワープレート３５の移動部１４６は、シャワーベース３９との間に相対移動を許容するようにボルト１４５で締結されている。すなわち、ボルト挿入孔１４７の径がボルト１４５の径よりも２ｍｍ程度大きくなっており、ボルト１４５とシャワープレート３５との間にはテフロン（登録商標）ワッシャー１４８が介在されているので、クリーニング時にシャワープレート３５がヒーター３８により加熱されて熱膨張した場合に、ボルト１４５とテフロン（登録商標）ワッシャー１４８との間を積極的に滑らせることができる。したがって、例えば、３００ｍｍウエハ用の成膜装置で、シャワーベース３５がヒーター３８により成膜処理中の３５℃から１６０℃程度に加熱されて１ｍｍ程度膨張しても、シャワープレート３５とシャワーベース３９との間が完全に固定されている場合に生じる、シャワープレート３５およびシャワーベース３９の歪によるガスの漏洩や装置寿命の短縮等の不都合を有効に防止することができる。また、テフロン（登録商標）ワッシャー１４８によりボルト１４５とシャワープレート３５との間を積極的に滑らせるので、両者の擦れを回避し、パーティクルがほとんど生じない。この場合に、ボルト１４５としては、図５に示すようなショルダーボルトを用いることが好ましい。これにより、ボルトの締め付けトルクの管理をしなくとも、隙間１３５の距離ｒが厳密に保証され、シャワープレート３５とシャワーベース３９との間の締め付け圧力もばらつかず均一にすることができる。
【００９２】
一方、成膜処理の際は、上述したように冷却制御系１６０により、ＣＶＤ成膜装置の本体１の各部材を冷却する。その中で、ＳｉＨ_４のシャワーヘッド２２表面での反応を抑制するためシャワーヘッド２２を冷却することでシャワーヘッドに成膜物の付着が防止される。しかし、ＴｉＦ_ｘを含む反応副生成物は付着する。したがって、クリーニング時にはヒーター３８によりシャワーヘッド２２の温度を上昇させ、特にフラッシング時には１６０℃というＴｉＦ_ｘを含む反応副生成物が除去される高温まで昇温させる必要があるため、冷却水流路３６とヒーター３８をシャワーヘッド２２内に共存させている。一般的に、このように冷却水流路とヒーターとが共存する場合には、加熱および冷却とも効率が悪くなる。
【００９３】
これに対し、本実施形態では、図１７に示す冷却制御系１６０のバルブコントローラ２０３によって以下のようにバルブを制御することにより、このような問題を解消することが可能である。
【００９４】
まず、成膜工程中には、エアオペレーションバルブ１９６および１９７を開き、エアオペレーションバルブ２００を閉じた状態として、第２の二次冷却水配管１６２からシャワーヘッド２２の冷媒流路３６に二次冷却水を通流させるようにする。
【００９５】
成膜が終了してフラッシング処理のためにシャワーヘッド２２を昇温する際には、ヒーター３８を作動させるとともに、エアオペレーションバルブ１９６および１９７を閉じてシャワーヘッド２２の冷媒流路３６への二次冷却水の流入を停止させ、エアオペレーションバルブ２００を開いて二次冷却水をバイパス配管１９９に通流させる。この際に、冷媒流路３６に残留している水は、ヒーター３８による加熱により沸騰し、これにより配管２０１に設けられた圧力リリーフバルブがクラッキングされて冷媒流路３６内の水が二次冷却水タンク１６４へ追い出される。これにより、冷媒流路３６内の水を迅速に追い出すことができ、高効率の加熱を行うことが可能となる。
【００９６】
一方、高温に加熱されたシャワーヘッド２２を降温する際には、エアオペレーションバルブ２００を開放したままの状態で、エアオペレーションバルブ１９６および１９７を開く。エアオペレーションバルブ２００を閉じてからエアオペレーションバルブ１９６および１９７を開いた場合には、高温のシャワーヘッド２２により二次冷却水が蒸気となりシャワーヘッド２２の下流側の第１の二次冷却水配管１６２には蒸気しか流れないため、フローメーター１９２が作動せずにエラーとなり、また高温の蒸気が流れるため、通常この種の配管として多用されるテフロン（登録商標）チューブの使用が困難となる。これに対して、このようにエアオペレーションバルブ２００を開放したままの状態としておくことでバイパス配管１９９を流れた冷却水がシャワーヘッド２２を経て流れてきた蒸気と混合し、シャワーヘッド２２の下流側の第１の二次冷却水配管１６２へは６０℃程度の冷却水が流れることとなり、このような不都合は生じない。圧力ゲージ１９８の圧力が安定、つまり沸騰がおさまった後、エアーオペレーションバルブ２００を閉じ、冷却水流路３６のみに二次冷却水を流す。これにより、冷却水により効率良くシャワーヘッド２２を降温することができる。なお、沸騰がおさまるまでの時間は予め把握されており、その情報に基づいてバルブコントローラ２０３によりバルブが制御される。
【００９７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態では、上述した、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給する工程と、成膜ガスであるＷＦ_６ガスを供給する工程とを、これらの間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させて、交互に繰り返し行い、ウエハＷにの表面に初期Ｗ膜を形成する技術（以下、Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｆｌｏｗ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＳＦＤという）を実施する装置について説明する。
【００９８】
上述したように、ＳＦＤは微細なホールでもニュークリエーション膜を高ステップカバレッジで均一に形成することができる技術であるが、本来、膜付けを良好にする技術であることから、シャワーヘッド表面にＷが成膜しやすく、プロセスガスがシャワーヘッド２２で消費されるため特にウエハ面間再現性が悪く、成膜レートも低下する。
【００９９】
ＳＦＤのこのような不都合を回避するための１つの有効な対策として、シャワーヘッド２２の温度を３０℃以下に下げることを挙げることができる。しかし、図２で示した従前の実施形態のシャワープレート３５の側壁に設けられた冷媒流路３６に冷却水を通流させる場合には、シャワープレート３５の中央付近の温度は低下し難く、３００ｍｍウエハ対応の装置の場合、図２０に示すように、シャワープレート３５の中央の温度を３０℃まで低下させようとすると、計算上、冷却水温度を−１５℃にしなければならず、極低温チラーの導入が必要になり、結露対策等でシステム的に大きなコストアップとなる。本実施形態はこのような問題を解決するものである。
【０１００】
図２１は本発明の第２の実施形態に係るＣＶＤ装置の本体のシャワーヘッド部分を示す垂直断面図であり、図２２は図２１のＥ−Ｅ線による水平断面図である。この装置は、基本的には第１の実施形態に係るＣＶＤ装置と同様に構成されており、シャワーヘッドの冷却構造のみが異なっている。したがって、図２と同じものには同じ符号を付して説明を簡略化する。
【０１０１】
これらの図に示すように、本実施形態においては、シャワープレート３５′は、第１および第２のガス吐出孔４６，４７を有している点は前記実施形態のシャワープレート３５と同様であるが、その第１および第２のガス吐出孔４６，４７が形成されたガス吐出孔形成領域、すなわちシャワープレートの下面領域に同心円状の冷媒流路２１０が形成されている点がシャワープレート３５とは異なっている。冷却水は、図示しない配管から垂直に延びる冷媒供給路２１１を通って冷媒流路２１０に供給される。
【０１０２】
第１および第２のガス吐出孔４６，４７は放射状に形成されており、これら吐出孔の間の部分は同心円状となっているので、冷媒流路２１０はその形状に対応して同心円状となっている。この冷媒流路２１０は、シャワープレート３５′の中心から最も内側に設けられた第１円形流路２１０ａと、その外側に設けられた第２円形流路２１０ｂと、第２のガス吐出孔４７の外側に設けられた最外側の第３円形流路２１０ｃとを有している。また、冷媒供給路２１１から第３円形流路２１０ｃに冷却水を導入する冷却水導入路２１２ａおよび第３円形流路２１０ｃから冷却水を図示しない冷媒排出路に導く冷却水排出路２１２ｂが水平に並設されている。一方、シャワープレート３５′のガス吐出孔形成領域の冷却水導入・排出側と反対側の端部から中央に向けて２本の水平流路２１３ａ，２１３ｂが並行して第２円形流路２１０ｂまで形成されている。また、第２円形流路２１０ｂの水平流路２１３ａ，２１３ｂから多少ずれた位置から２本の水平流路２１４ａ，２１４ｂが並行して第１円形流路２１０ａまで形成されている。
【０１０３】
第３円形流路２１０ｃには、冷却水導入路２１２ａと冷却水排出路２１２ｂとの間の部分および水平流路２１３ａ，２１３ｂの間の部分に、それぞれピン２１５および２１６が設けられている。また、第２円形流路２１０ｂには、水平流路２１３ａと水平流路２１４ａとの間の部分および水平流路２１３ｂと水平流路２１４ｂとの間の部分に、それぞれピン２１７，２１８が設けられている。さらに第１円形流路２１ａには、水平流路２１４ａ，２１４ｂの間の部分にピン２１９が設けられている。これらピン２１５〜２１９はいずれも流路を塞ぐように設けられており、これらピンにより冷却水の流れが規定される。すなわち、冷却水導入路２１２ａから第３円形流路に供給された冷却水は、水平流路２１３ａおよび水平流路２１４ｂを通って第１円形流路２１０ａに至り、第１円形流路２１０ａを流れる。第１円形流路２１０ａを流れた冷却水は、水平流路２１４ａを通って第２円形流路２１０ｂに至り、第２円形流路２１０ｂを流れる。第２円形流路２１０ｂを流れた冷却水は、水平流路２１３ｂを通って第３円形流路２１０ｃに至り、第３円形流路２１０ｃを通って冷却水排水路２１２ｂから排出される。
【０１０４】
これら流路はシャワーヘッド２２の大きさおよびガス吐出孔のピッチに応じて適宜設定される。本実施形態のシャワーヘッドにおいては、例えば、第１円形流路２１０ａはその中心径が７２ｍｍであり、第２円形流路２１０ｂはその中心径が２１６ｍｍであり、第３円形流路２１０ｃの中心径は３７５．５ｍｍである。また、第１円形流路２１０ａおよび第２円形流路２１０ｂの断面形状は、幅３．５ｍｍ、高さ６ｍｍであり、第３円形流路２１０ｃの断面形状は幅１１．５ｍｍ、高さ６ｍｍである。さらに、冷却水導入路２１２ａおよび冷却水排出路２１２ｂの断面形状はφ７．５ｍｍであり、水平流路２１３ａ，２１３ｂの断面形状はφ４．５ｍｍであり、水平流路２１４ａ，２１４ｂの断面形状は幅３．５ｍｍ、高さ６ｍｍである。
【０１０５】
第１円形流路２１０ａは、図２３の（ａ）に示すように、シャワープレート３５′に上方から第１円形流路２１０ａに対応する円環状の溝を形成した後、それに対応する蓋２２０を載せて溶接することにより形成される。第２円形流路２１０ｂおよび水平流路２１４ａ，２１４ｂも同様に形成される。また、第３円形流路２１０ｃは、図２３の（ｂ）に示すように、シャワープレート３５′に下方から第３円形流路２１０ｃに対応する円環状の溝を形成した後、それに対応する蓋２２１を設けて溶接することにより形成される。さらに、冷却水導入路２１２ａ、冷却水排出路２１２ｂ、および水平流路２１３ａ，２１３ｂは、シャワープレート３５′の周端部からドリルによって穿孔されて形成される。
【０１０６】
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、第１の実施形態と同様にウエハＷを載置台５上に載置し、クランプリング１０でクランプするとともに、処理容器２内を高真空状態とするとともに、加熱室９０内のランプ８６によりウエハＷを所定の温度に加熱する。
【０１０７】
この状態で、Ｗ膜の成膜を実施するのであるが、その成膜の間、Ａｒガス供給源５３からキャリアガスであるＡｒガスが所定の流量で流し続けられるとともに、排気装置により真空引きが継続される。なお、キャリアガスとしては、Ａｒの代わりに、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス等の他の不活性ガスも用いることができる。
【０１０８】
本実施形態のＷ膜形成は、例えば図２４のような膜構造のウエハに対して行われる。すなわち、Ｓｉ基板２３１上にコンタクトホール２３３が形成された層間絶縁膜２３２が設けられており、この層間絶縁膜２３２の上およびこの層間絶縁膜２３２に形成されたコンタクトホールの内部にＴｉ膜２３４およびＴｉＮ膜２３５からなるバリア層２３６が形成されている。そして、このバリア層２３６上にＷ膜を形成する。
【０１０９】
この際のＷ膜形成処理は、例えば図２５のフローに従って行われる。すなわち、ＳＦＤにより初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１を行った後に、主Ｗ膜形成工程ＳＴ２を行う。初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１においては、還元ガスであるＳｉＨ_４ガス供給工程と原料ガスであるＷＦ_６ガス供給工程とを残留ガスを排気するパージ工程を挟んで交互的に行う。具体的には、最初にＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１を行い、パージ工程Ｓ３を挟んでＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２を行い、これを複数回繰り返す。そして、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１の最後にＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１およびパージ工程Ｓ３を行う。一つの還元ガス供給工程Ｓ１から次の還元ガス供給工程Ｓ１の開始前までを１サイクルとすると、この例では３サイクル行っているが、繰り返し回数は特に限定されない。また、パージ工程はキャリアガスを流さずに排気装置による真空引きのみを行うものであってもよいし、場合によってはパージ工程を省略することもできる。
【０１１０】
初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１において、ＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１は、ＳｉＨ_４ガス供給源５６からガスライン６７を通って、ガス導入口４１から第１のガス流路３０を経て、シャワーヘッド２２の第１の吐出孔４６から吐出される。ＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２は、ＷＦ_６ガス供給源５２からガスライン６２を通って、ガス導入口４３から第１のガス流路３０を経て、シャワーヘッド２２の第１の吐出孔４６から吐出される。これらの工程の間に行われるパージ工程Ｓ３は、ＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスの供給を停止し、排気装置により排気しつつＡｒガス供給源５３からガスライン６３、ガス導入口４３および第１のガス流路３０を介して第１のガス吐出孔４６からＡｒガスを吐出することにより行われる。
【０１１１】
初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１において、各ＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１の時間Ｔ１および各ＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２の時間Ｔ２は、いずれも１〜３０秒間が適当であり、好ましくは３〜３０秒間である。また、パージ工程Ｓ３の時間Ｔ３は、０〜３０秒間が適当であり、好ましくは０〜１０秒間である。また、この初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１においては、ＳｉＨ_４ガスやＷＦ_６ガスの流量は相対的に少量にしてそれらの分圧を低くする。具体的には、各ＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１におけるＳｉＨ_４ガスの流量は０．０１〜１Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．０５〜０．６Ｌ／ｍｉｎが好ましく、Ａｒガスの流量は０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．５〜６Ｌ／ｍｉｎが好ましい。また、各ＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２におけるＷＦ_６ガスの流量は０．００１〜１Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．０１〜０．６Ｌ／ｍｉｎが好ましく、Ａｒガスの流量は０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．５〜６Ｌ／ｍｉｎが好ましい。また、この際のプロセス圧力は１３３〜２６６００Ｐａ程度が好ましく、さらには２６６〜２００００Ｐａが好ましい。好適な例として、ＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１において、流量比ＳｉＨ_４／Ａｒ＝０．０９／３．９（Ｌ／ｍｉｎ）、時間Ｔ１＝５秒間、プロセス圧力＝９９８Ｐａ、ＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２において流量比ＷＦ_６／Ａｒ＝０．０３／３．９（Ｌ／ｍｉｎ）、時間Ｔ２＝５秒間、プロセス圧力＝９９８Ｐａを挙げることができる。この初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１におけるプロセス温度は例えば２００〜５００℃、好ましくは２５０〜４５０℃と低めに設定する。また、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１において、１サイクルの膜厚は０．１〜５ｎｍが好ましく、０．３〜２ｎｍが一層好ましい。
【０１１２】
このように、ＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスの供給を交互に繰り返し行うことにより、下記（１）式に示すＳｉＨ_４還元反応が生じ、図２６に示すように、下地のバリア層２３６上にニュークリエーション膜として機能する初期Ｗ膜２３７が高ステップカバレッジで均一に形成される。
２ＷＦ_６＋３ＳｉＨ_４→２Ｗ＋３ＳｉＦ_４＋６Ｈ_２　………　（１）
【０１１３】
この場合に、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスおよびＷ含有ガスであるＷＦ_６ガスを交互に供給するため、シャワーヘッド２２でこれらが反応してシャワーヘッド２２に成膜される懸念があるが、上述したように、シャワープレート３５′のガス吐出孔形成領域に同心円状の冷媒流路２１０を設けたので、従前の実施形態よりもシャワーヘッド２２の冷却効率が高まり、極低温チラーを用いることなく通常の市水を冷媒として用いてシャワープレート３５′の温度を中央部でも３０℃以下にすることができるため、このような反応を有効に抑制することができる。例えば、冷媒流路の配置および寸法が上述の具体例の場合には、２５℃の冷却水を用いた計算値が図２７のようになり、シャワープレート３５′のいずれの位置も３０℃以下に冷却可能であることがわかる。
【０１１４】
初期Ｗ成膜工程ＳＴ１において、ＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１およびＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２における排気経路を共通にした場合には、排気管内でＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスが反応して、反応生成物が配管やトラップに大量に付着し、メンテナンス頻度が高くなるという不都合がある。このような場合は、配管系を２つに分け、これら配管にバルブおよび排気装置をそれぞれ設け、バルブ操作によりＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１の際と、ＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２の際とで配管系を分けるようにすればよい。例えば、下部排気管１３１を２つに分岐させ、それぞれにバルブおよび排気装置を設けるようにすればよい。
【０１１５】
主Ｗ膜形成工程ＳＴ２は、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１の後、原料ガスであるＷ含有ガスとしてＷＦ_６ガスを用い、還元ガスとしてＨ_２ガスを用いて行われる。この際に、ＷＦ_６ガスは、ＷＦ_６ガス供給源５２からガスライン６２を通ってガス導入口４３からガス導入部２３に至り、メインのＨ_２ガスは、Ｈ_２ガス供給源５４からガスライン６５を通ってガス導入口４１からガス導入部２３に至る。そして、これらのガスがガス導入部２３で混合され、この混合ガスは第１のガス流路３０からシャワーヘッド２２の空間部２２ａに導入され、さらに整流板３３の通過孔３４を通過し、空間部２２ｄを経て第１のガス吐出孔４６から吐出される。また、周辺Ｈ_２ガスは、Ｈ_２ガス供給源５４からガスライン６４を通ってガス導入口４２からガス導入部２３に至り、第２のガス流路４４からシャワーヘッド３３の空間部２２ｃに導入され、さらに空間部２２ｂを経て第２のガス吐出孔４７から吐出される。この周辺Ｈ_２ガスにより従前の実施形態と同様、ウエハＷの周縁部でＨ_２ガスが不足することがなく均一なガス供給を行うことができる。このようにＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを供給することにより、ウエハＷ上で下記（２）式に示すＨ_２還元反応が生じ、図２８に示すようにニュークリエーション膜として機能する初期Ｗ膜２３７の上に主Ｗ膜２３８が形成される。
ＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦ　………　（２）
【０１１６】
主Ｗ膜形成工程ＳＴ２の時間は、形成しようとするＷ膜の膜厚に依存する。この工程においてはＷＦ_６ガス流量およびＨ_２ガス流量をともに相対的に多くし、かつ処理容器２内の圧力およびプロセス温度も少し上げて成膜レートを大きくする。具体的には、ボルケーノの発生を回避しつつある程度以上のステップカバレッジおよび成膜レートを得るために、ＷＦ_６ガスの流量は０．００１〜１Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．０１〜０．６Ｌ／ｍｉｎが好ましく、Ｈ_２ガスの流量は０．１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．５〜６Ｌ／ｍｉｎが好ましく、Ａｒガスの流量は０．０１〜５Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．１〜２Ｌ／ｍｉｎが好ましく、Ｎ_２ガスの流量は０．０１〜５Ｌ／ｍｉｎ、さらには０．１〜２Ｌ／ｍｉｎが好ましい。また、この際の処理容器内のプロセス圧力は２６６０〜２６６００Ｐａの範囲内であることが好ましい。さらに、プロセス温度は例えば３００〜５００℃、好ましくは３５０〜４５０℃である。また、ＷＦ_６ガスのガス分圧に関しては、ステップカバレッジをある程度高くするために５３Ｐａ以上が好ましい。一方、ボルケーノの発生を回避する観点からは、処理容器内のプロセス圧力が５３００Ｐａ以下のときには２６６Ｐａ以下が好ましい。また、ガス比ＷＦ_６／Ｈ_２は、ステップカバレッジをある程度高くし、ボルケーノを回避する観点から０．０１〜１が好ましく、さらに好ましくは０．１〜０．５である。
【０１１７】
上記初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１の代わりにそれよりもガス分圧と供給時間との積の値が大きいＳｉＨ_４ガス供給工程を行うことにより、ウエハＷの表面に対して上述したイニシエーション処理が行われるのと同等の状態となり、図２９に示すように、ウエハＷのバリア層２３６表面にＳｉＨｘで表される反応中間体２３９が付着することになる。したがって、この上に上記の初期Ｗ膜２３７をさらに膜厚均一性良好に形成することが可能となる。なお、バリア膜２３６は、ＣＶＤまたはＰＶＤで形成される。
【０１１８】
また、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１と主Ｗ膜形成工程ＳＴ２との間に、パッシベーションＷ膜形成工程を介在させることにより、図３０に示すように初期Ｗ膜２３７の上にパッシベーションＷ膜２４０が形成され、この膜のパッシベーション機能によって主Ｗ膜２３８を形成する際のＷＦ_６中へのＦの拡散によるＴｉ膜へのダメージが抑制され、より一層埋め込み特性を改善することが可能となる。パッシベーションＷ膜形成工程は、主Ｗ膜形成工程ＳＴ２と同じガスを用いるが、Ｗ含有ガスであるＷＦ_６ガスの流量比を主Ｗ膜形成工程ＳＴ２よりも小さく設定する。
【０１１９】
主Ｗ膜形成工程ＳＴ２を終了後、ＷＦ_６ガスの供給を停止し、Ａｒガス、Ｈ_２ガスの供給を維持した状態で、排気装置１３２により処理容器２内を急速に減圧し、本成膜終了後に残留した処理ガスを処理容器２から一掃する。次いで、全てのガスの供給を停止した状態で減圧を続けて処理容器２内を高真空度状態とした後、リフトピン１２およびクランプリング１０を上昇させてウエハＷを位置まで上昇させ、リフトピン１２上のウエハＷを搬送アームで受け取り、処理容器２からウエハＷを取り出して成膜動作を終了する。また、ウエハＷを取り出した後には、必要に応じてＣｌＦ_３ガス源５１からＣｌＦ_３ガスを処理容器２内に供給することにより処理容器２内のクリーニングを行う。また、必要に応じて上述したフラッシング処理を行う。
【０１２０】
なお、冷媒流路の円の数は、３つに限らずそれよりも多くても少なくてもよい。また、複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成されるものであり、必ずしも同心円状でなくてもよい。例えば、ガス吐出孔４６が格子状に配列されている場合には、これらの間の部分の形状も格子状であるから、図３１に示すように、直線状の冷媒流路２５０ａ，２５０ｂを形成してもよい。また、冷媒流路は、ジグザグ状、螺旋状等、他の形状であってもよい。なお、符号２５１ａ，２５１ｂは冷媒導入部であり、符号２５２ａ，２５２ｂは冷媒排出部である。また、本実施形態の冷媒流路は、上述のようなＳＦＤの場合に限らず、通常の成膜処理の場合でも適用可能であり、従前の実施形態の装置にも採用することができる。
【０１２１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態も初期Ｗ膜成膜工程においてＳＦＤを行う装置についてのものであるが、本実施形態では初期Ｗ膜形成工程におけるＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスの供給経路を分離することにより、シャワーヘッド内でのこれらの反応を抑えるものである。
【０１２２】
図３２は本実施形態に係るＣＶＤ装置の本体を示す断面図である。この装置は、基本的には図２に示す第１の実施形態に係るＣＶＤ装置と同様に構成されており、ガス供給機構のみが異なっている。したがって、図２と同じものには同じ符号を付して説明を簡略化する。
【０１２３】
ガス供給機構２６０は、クリーニングガスとしてのＣｌＦ_３ガスを供給するＣｌＦ_３ガス供給源２６１、成膜原料としてのＷ含有ガスであるＷＦ_６ガスを供給するＷＦ_６ガス供給源２６２、キャリアガスおよびパージガスとしてのＡｒを供給する第１のＡｒガス供給源２６３、還元ガスとしてのＳｉＨ_４ガスを供給するＳｉＨ_４ガス供給源２６４、第２のＡｒガス供給源２６５、還元ガスとしてのＨ_２ガスを供給するＨ_２ガス供給源２６６、第３のＡｒガス供給源２６７、Ｎ_２ガス供給源２６８を有している。
【０１２４】
ＣｌＦ_３ガス供給源２６１にはガスライン２６９が接続され、ＷＦ_６ガス供給源２６２にはガスライン２７０が接続され、第１のＡｒガス供給源２６３にはガスライン２７１が接続されている。ガスライン２６９，２７０はガス導入部２３に設けられたガス導入口４３に接続されており、第１のＡｒガス供給源２６３からのガスライン２７１はガスライン２７０に接続されている。これらガス供給源２６１，２６２，２６３からのガスは、ガス導入口４３からガス導入部２３内の所定の経路を通って第１のガス流路３０から空間部２２ａへ導入され、さらに整流板３３のガス通過孔３４を通過して空間部２２ｄに至り第１のガス吐出孔４６から吐出される。
【０１２５】
ＳｉＨ_４ガス供給源２６４にはガスライン２７２が接続され、第２のＡｒガス供給源２６５にはガスライン２７３が接続されている。ガスライン２７２はガス導入部２３に設けられたガス導入口４２に接続され、また、ガスライン２７２から分岐した分岐ライン２７２ａはガスライン２７５に接続され、このガスライン２７５を介してガス導入口４１に接続されている。さらに、第２のＡｒガス供給源２６５からのガスライン２７３はガスライン２７２に接続されている。これらガス供給源２６４，２６５からのガスは、ガス導入口４２から第２のガス流路４４を通って空間部２２ｃに導入され、さらに空間部２２ｂを通って第２のガス吐出孔４７から吐出される。
【０１２６】
Ｈ_２ガス供給源２６６にはガスライン２７４および２７５が接続され、第３のＡｒガス供給源２６７にはガスライン２７６が接続されている。また、Ｎ_２ガス供給源２６８にはガスライン２７７が接続されている。ガスライン２７４は上記ガス導入口４２に接続されており、ガスライン２７５はガス導入部２３に設けられたガス導入口４１に接続されており、第３のＡｒガス供給源２６７からのガスライン２７６およびＮ_２ガス供給源２６８からのガスライン２７７はガスライン２７５に接続されている。これらガス供給源２６６，２６７，２６８からガスライン２７５，２７６，２７７に供給されたガスは、ガス導入口４１からガス導入部２３内の所定の経路を通って第１のガス流路３０から空間部２２ａへ導入され、さらに整流板３３のガス通過孔３４を通過して空間部２２ｄに至り第１のガス吐出孔４６から吐出される。一方、ガスライン２７４を介してガス導入口４２に供給されるＨ_２ガスは、シャワープレート３５の外縁部に設けられた第２のガス吐出孔４７から吐出され、主Ｗ膜成膜の際のウエハ周辺のＨ_２ガスを補うことが可能となっている。
【０１２７】
なお、これらガスライン２６９，２７０，２７１，２７２，２７３，２７４，２７５，２７６，２７７には、それぞれマスフローコントローラ２７８とその前後の開閉バルブ２７９，２８０とが設けられている。また、ガス供給機構２６０のバルブ等によるガス供給の制御は制御装置２９０によって行われる。
【０１２８】
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、第２の実施形態と同様にウエハＷを載置台５上に載置し、クランプリング１０でクランプするとともに、処理容器２内を高真空状態とするとともに、加熱室９０内のランプ８６によりウエハＷを所定の温度に加熱する。
【０１２９】
この状態で、Ｗ膜の成膜を実施するのであるが、その成膜の間、第１、第２の実施形態と同様に、Ａｒガス供給源２６３からキャリアガスであるＡｒガスが所定の流量で流し続けられるとともに、排気装置により真空引きが継続される。なお、キャリアガスとしては、Ａｒの代わりに、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス等の他の不活性ガスも用いることができる。
【０１３０】
本実施形態のＷ膜形成は、第２の実施形態と同様、例えば図２４のような膜構造のウエハに対して、例えば図２５のフローに従って行われる。すなわち、ＳＦＤにより初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１を行った後に、主Ｗ膜形成工程ＳＴ２を行う。なお、第２の実施形態と同様、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１の繰り返し回数は特に限定されなず、また、パージ工程はキャリアガスを流さずに排気装置による真空引きのみを行うものであってもよいし、場合によってはパージ工程を省略することもできる。
【０１３１】
初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１において、ＳｉＨ_４ガス供給工程Ｓ１は、図３３の（ａ）に模式的に示すように、第１のＳｉＨ_４ガス供給源２６４からガスライン２７２を通って、第２のガス流路４４からシャワーヘッド２２の空間部２２ｃに導入され、さらに空間部２２ｂを通ってシャワープレート３５の外周部に設けられた第２のガス吐出孔４７から吐出される。なお、ＳｉＨ_４ガスは、第２のＡｒガス供給源２６５からガスライン２７３を通って供給されるＡｒガスによりキャリアされる。一方、ＷＦ_６ガス供給工程Ｓ２は、図３３の（ｂ）に模式的に示すように、ＷＦ_６ガス供給源２６２からガスライン２７０を通って第１のガス流路３０からシャワーヘッド２２の空間部２２ａに導入され、整流板３３のガス通過孔３４および空間部２２ｄを通って第１のガス吐出孔４６から吐出される。なお、ＷＦ_６ガスは、第１のＡｒガス供給源２６３からガスライン２７１を通って供給されるＡｒガスによりキャリアされる。これらの工程の間に行われるパージ工程Ｓ３は、ＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６の供給を停止し、排気装置により排気しつつＡｒガスを供給することにより行われる。なお、図３３の（ａ），（ｂ）は、便宜上、ガス導入部２３を省略している。
【０１３２】
このように本実施形態では初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１におけるＳｉＨ_４ガスの経路が第２の実施形態と異なっているが、ガス流量、ガス供給時間等の他の条件は第２の実施形態と同様にして行われる。
【０１３３】
本実施形態においても、ＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスの供給を交互に繰り返し行うことにより、上記（１）式に示すＳｉＨ_４還元反応が生じ、上記図２６に示すように、下地のバリア層２３６上にニュークリエーション膜として機能する初期Ｗ膜２３７が高ステップカバレッジで均一に形成される。例えば、ホールのアスペクト比が５以上、より好ましくは１０以上でも高ステップカバレッジで均一に形成される。
【０１３４】
この場合に、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスおよびＷ含有ガスであるＷＦ_６ガスを交互に供給して初期Ｗ膜を形成するにあたり、上述のようにＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスをシャワーヘッド２２内で互いに隔離されたガス供給経路を経て供給するので、シャワーヘッド２２内でＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスとが接触せず、したがって、シャワーヘッド２２を３０℃以下に冷却することなく通常の冷却で、シャワーヘッド２２内で不所望なＷ膜が形成されることが防止される。
【０１３５】
なお、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１を行った後の主Ｗ膜形成工程ＳＴ２は、原料ガスであるＷ含有ガスとしてＷＦ_６ガスを用い、還元ガスとしてＨ_２ガスを用いて第２の実施形態と同様に行われる。
【０１３６】
次に、初期Ｗ膜形成工程ＳＴ１においてＳｉＨ_４ガスおよびＷＦ_６ガスをシャワーヘッド２２内で互いに隔離されたガス供給経路を経て供給することができるシャワーヘッドの他の例について説明する。図３４は本実施形態のシャワーヘッドの他の例を示す概略断面図であり、図３５は図３４のＦ−Ｆ線による水平断面図である。図３４，３５中、図３２と同じものには同じ符号を付して説明を簡略化する。
【０１３７】
シャワーヘッド３２２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３３９と、このシャワーベース３３９の上端を覆うように設けられ、上部中央にガス導入部２３が設けられた円盤状のガス導入板３２９と、シャワーベース３３９の下部に取り付けられたシャワープレート３３５とを有している。
【０１３８】
上記ガス導入板３２９には、ガス導入部２３を介して所定のガスをシャワーヘッド３２２内へ導くための第１のガス導入孔３３０がその中央に設けられ、この第１のガス流路３３０の周囲に上記第１のガス流路３３０とは別個のガスをガス導入部２３を介してシャワーヘッド１２２内へ導くための複数の第２のガス流路３４４が設けられている。
【０１３９】
シャワーベース３３９、ガス導入板３２９およびシャワープレート３３５で囲繞されたシャワーヘッド３２２内の空間には、ガス導入板３２９の直下に水平に配置された略円環状の水平隔壁３３１が設けられている。水平隔壁３３１の内周部分には上方に筒状に突出する突出部３３１ａが形成されており、この突出部３３１ａはガス導入板３２９に接続されている。
【０１４０】
上記水平隔壁３３１の外縁部とシャワープレート３３５との間には筒状の垂直隔壁３３２が設けられている。また、隔壁３３２の内部空間のシャワープレート３３５の上方位置にはその面を水平にして整流板３３３が配置されている。この整流板３３３には複数のガス通過孔３３４が形成されいる。
【０１４１】
したがって、シャワーヘッド３２２の内部空間は、水平隔壁３３１と整流板３３３との間の空間部３２２ａ、ガス導入板３２９と水平隔壁３３１との間の空間部３２２ｃ、シャワーベース３３９と垂直隔壁３３２との間の環状の空間部３２２ｂ、整流板３３３とシャワープレート３３５との間の空間部３２２ｄに仕切られている。これらのうち空間部３２２ｂと空間部３２２ｃはつながっている。また、ガス導入板３２９の第１のガス導入孔３３０は上記空間部３２２ａと連通しており、第２のガス流路３４４は空間部３２２ｃに連通している。ただし、空間部３２２ｃと空間部３２２ａとの間は水平隔壁３３１と突出部３３１ａとにより隔離されており、また、空間部３２２ｂと空間部３２２ａとの間および空間部３２２ｂと空間部３２２ｄとの間は垂直隔壁３３２で隔離されている。
【０１４２】
上記シャワープレート３３５は、上プレート３３５ａと下プレート３３５ｂの上下２層構造となっている。図３５に示すように、上プレート３３５ａの内部には、複数の円柱部３５３を垂直に残した状態でその全体に亘って空間部３５１が形成されている。垂直隔壁３３２には、複数の連通路３５２が形成されており、これら連通路３５２により空間部３２２ｂと空間部３５１とが連通している。複数の円柱部３５３には、その中心に垂直にガス通流孔３５４が形成されており、このガス通流孔３５４は、空間部３２２ｄに達したガスを下方に導くようになっている。下プレート３３５ｂには、複数の第１のガス吐出孔３４６と複数の第２のガス吐出孔３４７が垂直にかつマトリックス状に形成されている。複数の第１のガス吐出孔３４６は、上プレート３３５ａの複数のガス通流孔３５４にそれぞれ連通しており、複数の第２のガス吐出孔３４７は空間部３５１に対応する位置に設けられている。そして、第１のガス導入孔３３０から導入されたガスは空間部３２２ａ、ガス通過孔３３４、空間部３２２ｄ、ガス通流孔３５４を通って第１のガス吐出孔３４６から吐出され、第２のガス流路３４４から導入されたガスは空間部３２２ｃ，３２２ｂ、および連通路３５２を通って空間部３５１に至り第２のガス吐出孔３４７から吐出される。したがって、シャワーヘッド３２２は、第１のガス流路３３０、空間部３２２ａ、ガス通過孔３３４、空間部３２２ｄからなる第１のガス供給経路と、第２のガス流路３４４、空間部３２２ｃ，３２２ｂ、円環状空間部３５１からなる第２のガス供給経路といった、互いに隔離されたガス供給経路を通ってガスを吐出する第１および第２のガス吐出孔３４６および３４７を有するマトリックスシャワーを構成している。
【０１４３】
このような構造のシャワーヘッドにおいても、Ｗ含有ガスであるＷＦ_６ガスを第１のガス供給経路を通って第１のガス吐出孔３４６から吐出させ、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスを第１のガス供給経路からは全く隔離された第２のガス供給経路を通って第２のガス吐出孔３４７から吐出させるので、シャワーヘッド３２２内でのこれらの反応を防止することができ、シャワーヘッド３２２の内部へ不所望なＷ膜が付着することを防止することができる。また、このようなマトリックスシャワーは、ＳｉＨ_４ガスを、空間３２２ｂ、連通路３５２を通って空間部３５１内へ拡散することで処理容器２内に均一に供給することができる。
【０１４４】
なお、本実施形態においては、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスおよびＷ含有ガスであるＷＦ_６ガスの供給経路を異ならせてこれらを離隔した状態で吐出するようにしたので、シャワープレートの温度は必ずしも３０℃以下にする必要はない。ＴｉＦ_ｘを含む反応副生成物がシャワーヘッドに付着することを防止する観点からは、例えば８０℃以上、好ましくは１００℃以上で行ってもよい。また、ガス吐出孔形成領域に冷媒流路を設けた図２１，２２に示したようなシャワープレートを用いてシャワープレート温度を３０℃以下にすることより、より確実にシャワーヘッドへの成膜を防止することもできる。また、初期Ｗ膜形成の際に還元ガスとしてＳｉＨ_４ガスを用いたが、これに限らず、Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｓｉ_２Ｈ_６ガス、ＳｉＣｌ_４ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス、ＳｉＨＣｌ_３ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＰＨ_４ガスの少なくとも１種を用いることができる。また、Ｗ膜形成用のＷ含有ガスとしてはＷＦ_６に限らず、有機系のＷ含有ガスを用いてもよい。さらに、シャワーヘッドの構造として、中央部と周縁部とでガス流路を分けた構造、およびマトリックス構造を例にとって説明したが、これに限るものではない。
【０１４５】
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、第２のガス吐出孔４７として垂直および内側に向けて傾斜した例を示したが、外側に向けて傾斜して設けてもよい。また、上記実施形態では本発明をＷのＣＶＤ成膜に適用した場合について示したが、これに限らず本発明をＷと同様にＨ_２ガスを用いるＴｉ等のＣＶＤ成膜にも適用することも可能であり、また、Ｈ_２ガスを用いるエッチング処理等に適用することも可能である。さらにまた、本発明は、Ｈ_２ガス等のように拡散速度の高いガスと、ＷＦ_６等のように拡散速度の低いガスとを用いたガス処理に適用する場合に効果が高いが、これに限らず単一のガスで処理を行う場合や、用いるガスの拡散速度に大差がない場合にも本発明を適用することにより、ウエハＷの周辺側におけるガス濃度の低下を防止することができる。さらにまた、被処理基板はウエハに限られるものではなく、他の基板であってもよい。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理ガス吐出機構は、載置台に載置された被処理基板に対応して設けられた第１のガス吐出部と、前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部に処理ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有するので、前記第１のガス吐出部から処理ガスを吐出するとともに、前記第２のガス吐出部から処理ガスを吐出することにより、前記被処理基板の周辺部において処理ガスの濃度が低くなることを防止することができ、被処理基板に面内均一なガス処理を施すことができる。
【０１４７】
また、本発明によれば、ガス吐出部とベース部との間に空間層を形成するのでこれが断熱層として機能し、ガス吐出部のヒーターからの熱の散逸を抑制することができ、ガス吐出機構を加熱する際に、高効率で加熱することができる。
【０１４８】
さらに、本発明によれば、ガス吐出部とベース部との間の相対移動を許容するようにこれらを締結するので、ヒーターによりガス吐出部が加熱されて熱膨張が生じても、ベース部材との間に相対移動が生じてガス吐出部およびベース部材にほとんど歪が生じず、ガス吐出部の熱膨張の影響を低減することができる。
【０１４９】
さらにまた、本発明によれば、ガス吐出機構のガス吐出部分の温度を低く保つ必要がある第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給して成膜する装置において、冷媒流路をガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けるようにしたので、被処理基板の大型化にともなってガス吐出機構が大型化しても、極低温チラー等の特別な設備を用いることなく冷却水等の通常の冷媒でガス吐出部分を必要な温度に冷却することが可能となる。
【０１５０】
また、本発明によれば、第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給して成膜するに際し、ガス吐出部材内の互いに隔離されたガス吐出経路を経て処理容器内に供給するので、ガス吐出部材内での第１の処理ガスと第２の処理ガスとが接触せず、したがってガス吐出部材内での不所望の成膜を特別な冷却を施すことなく防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＶＤ成膜装置の正面図および側面図。
【図２】図１に示したＣＶＤ成膜装置の本体を示す概略断面図。
【図３】図２の装置のＡ−Ａ線による断面図。
【図４】図２の装置のＢ−Ｂ線による断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るＣＶＤ成膜装置におけるシャワープレートとシャワーベースとの接合部分を拡大して示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るＣＶＤ成膜装置におけるシャワープレート３５の上面を示す図。
【図７】図２の装置のシャワーヘッド下部の周辺部分を拡大して示す断面図。
【図８】第２のガス吐出孔を２重に設けた場合におけるシャワーヘッド下部の周辺部分の近傍を拡大して示す断面図。
【図９】第２のガス吐出孔を２重に設けた場合における第２のガス吐出孔の配置を拡大して示す図。
【図１０】第２のガス吐出孔を斜めに設けた場合におけるシャワーヘッド下部の周辺部分の近傍を拡大して示す断面図。
【図１１】ウエハＷの外周縁部よりも内側に第２のガス吐出孔を斜めに設けた場合におけるシャワーヘッド下部の周辺部分の近傍を拡大して示す断面図。
【図１２】シャワーヘッドの他の構造を示す断面図。
【図１３】図２のガス導入部におけるケーシング内部の構造を分解して示す斜視図。
【図１４】図３の装置のＣ−Ｃ線による断面図。
【図１５】図３の装置のＤ−Ｄ線による断面図。
【図１６】図１に示したＣＶＤ成膜装置の蓋体の開閉状態を示す背面図。
【図１７】第１の実施形態に係るＣＶＤ成膜装置に用いられる冷却制御系を説明するための回路図。
【図１８】横軸に周辺Ｈ_２ガス吐出孔から吐出するＨ_２ガスの流量をとり縦軸にＷ膜の均一性をとって示したグラフ。
【図１９】周辺Ｈ_２ガス吐出孔へのＨ_２ガス供給量を種々変化させ、成膜されたウエハＷの直径に沿って設定された測定ポイント１〜１６１のそれぞれにおいてＷ膜の厚さを測定し、横軸に測定ポイントをとり縦軸に各測定ポイントにおけるＷ膜厚をとって膜厚の分布状態を示したグラフ。
【図２０】従来の冷媒流路を用いてシャワーヘッドを冷却した際の、各冷却水温度におけるシャワープレートの径方向の位置と温度との関係を示す図。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係るＣＶＤ装置の本体のシャワーヘッド部分を示す垂直断面図。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係るＣＶＤ装置の本体のシャワーヘッド部分を示す図２１のＥ−Ｅ線による水平断面図。
【図２３】図２１のシャワーヘッドにおける冷却水流路の構造を示す断面図。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係る装置によりＷ膜が成膜される半導体ウエハの構造を示す断面図。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係る装置によるＷ膜形成処理フローの例を説明する図。
【図２６】図２４の半導体ウエハの下地バリア層上に初期Ｗ膜を形成した状態を示す断面図。
【図２７】本発明の第２の実施形態に係る装置におけるシャワープレートの冷却状態の計算例を示す図。
【図２８】図２６の半導体ウエハの下地バリア層上に初期Ｗ膜の上に主Ｗ膜を形成した状態を示す断面図。
【図２９】図２６の半導体ウエハの下地バリア層上にイニシエーション処理を施してＳｉＨｘで表される反応中間体が形成された状態を示す断面図。
【図３０】図２６の初期Ｗ膜の上にパッシベーションＷ膜を形成した状態を示す断面図。
【図３１】本発明の第２の実施形態に適用される冷媒流路の他の例を示す断面図。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係るＣＶＤ装置を示す断面図。
【図３３】本発明の第３の実施形態の装置を用いて初期Ｗ膜を成膜する際のガスのフローを説明するための模式図。
【図３４】本発明の第３の実施形態におけるシャワーヘッドの他の例を示す概略断面図。
【図３５】図３４のＦ−Ｆ線による水平断面図。
【符号の説明】
１；本体
２；処理容器
３；リッド
４；リフレクター
５；載置台
６；アタッチメント
７；ベースリング
８；シールドベース
９；バッフルプレート
９ａ；排気孔
１０；クランプリング
１２；リフトピン
１７；透過窓
２２；シャワーヘッド
２３；ガス導入部
３５；シャワープレート（ガス吐出部）
３６；冷媒流路
３８；ヒーター
３９；シャワーベース（ベース部材）
４６；第１のガス吐出孔
４７；第２のガス吐出孔
５０；ガス供給機構
８５；ランプユニット
１３５；隙間（空間層）
１３６；シールリング
１４４；固定部
１４５；ボルト
１４６；移動部
１４７；ボルト挿入孔
１４８；テフロン（登録商標）ワッシャー
１６０；冷却制御系
２１０；冷媒流路
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (39)

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手段と
   を具備し、
   前記処理ガス吐出機構は、
   前記載置台に載置された被処理基板に対応して設けられた第１のガス吐出部と、
   前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部に処理ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有することを特徴とするガス処理装置。
2. 相対的に拡散速度が高い第１の処理ガスおよび相対的に拡散速度が低い第２の処理ガスを含むガスを用いて被処理基板にガス処理を施すガス処理装置であって、
   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、前記処理容器内へ前記第１および第２の処理ガスを含む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手段と
   を具備し、
   前記処理ガス吐出機構は、
   前記載置台に載置された被処理基板に対応して設けられ、前記第１および第２の処理ガスを含むガスを吐出する第１のガス吐出部と、
   前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部に前記第１の処理ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有することを特徴とするガス処理装置。
3. 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Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む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手段と
   を具備し、
   前記処理ガス吐出機構は、
   前記載置台に載置された被処理基板に対応して設けられ、Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを吐出する第１のガス吐出部と、
   前記第１のガス吐出部とは別個に、前記第１のガス吐出部の周囲に設けられ、前記載置台上の被処理基板の周辺部にＨ_２ガスを吐出する第２のガス吐出部とを有することを特徴とするガス処理装置。
4. 前記ガス吐出機構は、前記第１のガス吐出部と前記第２のガス吐出部とを有するガス吐出プレートを有し、前記第１のガス吐出部および前記第２のガス吐出部は、いずれも前記ガス吐出プレートに形成された複数のガス吐出孔を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス処理装置。
5. 前記処理ガス吐出機構内に設けられた冷媒流路と、
   前記冷媒流路の前後に設けられた冷媒通流配管と、
   前記処理ガス吐出機構の前後で、前記処理ガス吐出機構をバイパスして前記冷媒通流配管に接続されたバイパス配管と、
   前記冷媒通流配管の前記冷媒流路下流側に設けられた圧力リリーフ弁と、
   前記冷媒の通流経路を規定する弁群と、
   前記弁群を制御する制御手段と、
   前記処理ガス吐出機構を昇温するヒーターとをさらに具備し、
   前記制御手段は、
   前記ガス吐出機構を冷却する際には、前記冷媒を前記冷媒流路に通流させるように前記弁群を制御し、
   前記ガス吐出機構を昇温する際には、前記ヒーターを作動させるとともに、前記冷媒流路への冷媒流入を停止し、冷媒を前記バイパス配管に通流させるように前記弁群を制御し、
   前記ガス吐出機構を昇温状態から降温する際には、前記冷媒流路および前記バイパス配管の両方へ冷媒を通流させるように前記弁群を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
6. 前記ガス吐出機構は、冷媒流路を有していることを特徴とする請求項４に記載のガス処理装置。
7. 前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のガス処理装置。
8. 前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートの前記ガス吐出孔形成領域における前記複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成され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. 前記冷媒流路は、同心円状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のガス処理装置。
10. 前記ガス吐出機構は、ヒーターを有していることを特徴とする請求項４および請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のガス処理装置。
11. 前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記載置台上の被処理基板の周縁より外側に設けられていることを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載のガス処理装置。
12. 前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記載置台上の被処理基板に対して垂直に設けられていることを特徴とする請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載のガス処理装置。
13. 前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記第１のガス吐出部の周囲に一列以上設けられていることを特徴とする請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載のガス処理装置。
14. 前記第２のガス吐出部が有する前記複数のガス吐出孔は、前記第１のガス吐出部の周囲に互いに同心円状の第１の列および第２の列をなし、前記第１の列をなすガス吐出孔と前記第２の列をなすガス吐出孔とが互い違いになるように設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のガス処理装置。
15. 前記排気手段は、前記載置台上の被処理基板の周辺側から排気することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
16. 前記載置台の外側に設けられ、複数の排気孔を有する環状のバッフル板をさらに具備し、前記排気手段は前記排気孔を介して前記処理容器内を排気することを特徴とする請求項１５に記載のガス処理装置。
17. 処理容器内の被処理基板に処理ガスを供給してガス処理を施すガス処理方法であって、
    被処理基板に対向して設けられた第１のガス吐出部から処理ガスを吐出するとともに、その周囲に別個に設けられた第２のガス吐出部から被処理基板の周辺部に処理ガスを吐出してガス処理を行うことを特徴とするガス処理方法。
18. 処理容器内の被処理基板に相対的に拡散速度の高い第１の処理ガスおよび相対的に拡散速度の低い第２の処理ガスを含むガスを供給してガス処理を施すガス処理方法であって、
    被処理基板に対向して設けられた第１のガス吐出部から前記第１および第２の処理ガスを含むガスを吐出するとともに、その周囲に別個に設けられた第２のガス吐出部から被処理基板の周辺部に前記第１の処理ガスを吐出してガス処理を行うことを特徴とするガス処理方法。
19. 処理容器内の被処理基板にＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを供給して被処理基板上にＷ膜を成膜するガス処理を施すガス処理方法であって、
    被処理基板に対向して設けられた第１のガス吐出部からＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを含む処理ガスを吐出するとともに、その周囲に別個に設けられた第２のガス吐出部から被処理基板の周辺部にＨ_２ガスを吐出して被処理基板上にＷ膜を成膜するガス処理を行うことを特徴とするガス処理方法。
20. ガス処理の際に、被処理基板の周辺側から排気することを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載のガス処理方法。
21. 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手段と
    を具備し、
    前記処理ガス吐出機構は、
    ガスを吐出する吐出孔を有するガス吐出部と、
    このガス吐出部を支持するベース部と、
    前記ガス吐出部に設けられたヒーターと、
    前記ガス吐出部と前記ベース部との間に設けられた空間層とを有することを特徴とするガス処理装置。
22. 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手段と
    を具備し、
    前記処理ガス吐出機構は、
    ガスを吐出する吐出孔を有するガス吐出部と、
    このガス吐出部を支持するベース部と、
    前記ガス吐出部に設けられたヒーターと、
    前記ガス吐出部と前記ベース部とを、それらの間の相対移動を許容するように締結する締結機構とを有することを特徴とするガス処理装置。
23. 前記締結機構は、前記ガス吐出部と前記ベース部とを固定する固定部と、この固定部の反対側に設けられたこれらの間の相対移動を許容する移動部とを有することを特徴とする請求項２２に記載のガス処理装置。
24. 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、
    前記処理容器内に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給手段と、
    前記処理容器内に第２の処理ガスを供給する第２の処理ガス供給手段と、
    前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記第１および第２の処理ガス供給手段からそれぞれ第１の処理ガスおよび第２の処理ガスが供給されて前記処理容器内へ第１の処理ガスと第２の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手段と
    を具備し、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスを交互に供給して被処理基板上でこれらを反応させてその上に所定の膜を形成するガス処理装置であって、
    前記ガス吐出機構は、前記第１および第２の処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するガス吐出プレートと、冷媒流路とを有し、
    前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けられていることを特徴とするガス処理装置。
25. 前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートの前記ガス吐出孔形成領域における前記複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のガス処理装置。
26. 前記冷媒流路は、同心円状に形成されていることを特徴とする請求項２５に記載のガス処理装置。
27. 前記ガス吐出機構は、ヒーターを有していることを特徴とする請求項２４から請求項２６のいずれか１項に記載のガス処理装置。
28. 前記冷媒流路の前後に設けられた冷媒通流配管と、
    前記処理ガス吐出機構の前後で、前記処理ガス吐出機構をバイパスして前記冷媒通流配管に接続されたバイパス配管と、
    前記冷媒通流配管の前記冷媒流路下流側に設けられた圧力リリーフ弁と、
    前記冷媒の通流経路を規定する弁群と、
    前記弁群を制御する制御手段とをさらに具備し、
    前記制御手段は、
    前記ガス吐出機構を冷却する際には、前記冷媒を前記冷媒流路に通流させるように前記弁群を制御し、
    前記ガス吐出機構を昇温する際には、前記ヒーターを作動させるとともに、前記冷媒流路への冷媒流入を停止し、冷媒を前記バイパス配管に通流させるように前記弁群を制御し、
    前記ガス吐出機構を昇温状態から降温する際には、前記冷媒流路および前記バイパス配管の両方へ冷媒を通流させるように前記弁群を制御することを特徴とする請求項２７に記載のガス処理装置。
29. 処理容器内の被処理基板にガス吐出部材を介して第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給し、被処理基板上でこれらを反応させてその上に所定の膜を形成するガス処理方法であって、
    前記第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを前記ガス吐出部材内の互いに隔離されたガス供給経路を経て処理容器内に供給することを特徴とするガス処理方法。
30. 前記第１の処理ガスの供給および第２の処理ガスの供給の間に、前記処理容器内をパージするパージ工程を介在させたことを特徴とする請求項２９に記載のガス処理方法。
31. 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、
    前記処理容器内に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給手段と、
    前記処理容器内に第２の処理ガスを供給する第２の処理ガス供給手段と、
    前記載置台上の被処理基板と対向する位置に設けられ、前記第１および第２の処理ガス供給手段からそれぞれ第１の処理ガスおよび第２の処理ガスが供給されて前記処理容器内へ第１の処理ガスと第２の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手段と
    を具備し、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスを交互に供給して被処理基板上でこれらを反応させてその上に所定の膜を形成するガス処理装置であって、
    前記ガス吐出機構は、互いに隔離された第１のガス供給経路と第２のガス供給経路とを有し、前記第１の処理ガスおよび第２の処理ガスはそれぞれ前記第１のガス供給経路および第２のガス供給経路を通って別個に吐出されることを特徴とするガス処理装置。
32. 前記第１の処理ガスの供給および第２の処理ガスの供給の間に前記処理容器内をパージするパージ手段をさらに具備することを特徴とする請求項３１に記載のガス処理装置。
33. 前記ガス吐出機構は、ガス吐出プレートを有し、前記第１のガス供給経路に連続する複数の第１のガス吐出孔が前記ガス吐出プレートの中央部に設けられ、前記第２のガス供給経路に連続する複数の第２のガス吐出孔が前記ガス吐出プレートの周縁部に設けられて構成されていることを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載のガス処理装置。
34. 前記ガス吐出機構は、ガス吐出プレートを有し、前記第１のガス供給経路に連続する複数の第１のガス吐出孔と、前記第２のガス供給経路に連続する複数の第２のガス吐出孔とが前記ガス吐出プレートに交互的に設けられて構成されていることを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載のガス処理装置。
35. 前記ガス吐出機構は、前記ガス吐出プレートのガス吐出孔形成領域に設けられた冷媒流路を有していることを特徴とする請求項３３または請求項３４に記載のガス処理装置。
36. 前記冷媒流路は、前記ガス吐出プレートの前記ガス吐出孔形成領域における前記複数のガス吐出孔の間の部分の形状に対応して形成されていることを特徴とする請求項３５に記載のガス処理装置。
37. 前記冷媒流路は、同心円状に形成されていることを特徴とする請求項３６に記載のガス処理装置。
38. 前記ガス吐出機構は、ヒーターを有していることを特徴とする請求項３３に記載のガス処理装置。
39. 前記冷媒流路の前後に設けられた冷媒通流配管と、
    前記処理ガス吐出機構の前後で、前記処理ガス吐出機構をバイパスして前記冷媒通流配管に接続されたバイパス配管と、
    前記冷媒通流配管の前記冷媒流路下流側に設けられた圧力リリーフ弁と、
    前記冷媒の通流経路を規定する弁群と、
    前記弁群を制御する制御手段とをさらに具備し、
    前記制御手段は、
    前記ガス吐出機構を冷却する際には、前記冷媒を前記冷媒流路に通流させるように前記弁群を制御し、
    前記ガス吐出機構を昇温する際には、前記ヒーターを作動させるとともに、前記冷媒流路への冷媒流入を停止し、冷媒を前記バイパス配管に通流させるように前記弁群を制御し、
    前記ガス吐出機構を昇温状態から降温する際には、前記冷媒流路および前記バイパス配管の両方へ冷媒を通流させるように前記弁群を制御することを特徴とする請求項３８に記載のガス処理装置。

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