JP2013225684A - ガス供給装置、処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】縮径端側から拡径端側にガスを通流させるための概ね円錐形状のガス通流空間を形成する本体部と、前記ガス通流空間の縮径端側に設けられ、当該ガス通流空間にガスを導入するためのガス導入ポートと、前記ガス通流空間を、外側に向かうにつれて末広がりの程度が大きくなるように同心円状に区画するための区画部材と、を備えるようにガス供給装置を構成することで従来のガスシャワーヘッドに比べてガス供給装置内部のガス流路におけるコンダクタンスを大きくして、そのガス流路におけるガスの置換性を向上させることができる。
【選択図】図4
Description
縮径端側から拡径端側にガスを通流させるための概ね円錐形状のガス通流空間を形成する本体部と、
前記ガス通流空間の縮径端側に設けられ、当該ガス通流空間にガスを導入するためのガス導入ポートと、
前記ガス通流空間を、外側に向かうにつれて末広がりの程度が大きくなるように同心円状に区画するための区画部材と、を備えたことを特徴とする。
縮径端側から拡径端側にガスを通流させるための概ね円錐形状のガス通流空間を形成する本体部と、
前記ガス通流空間の縮径端側に設けられ、当該ガス通流空間にガスを導入するためのガス導入ポートと、
前記ガス通流空間を、周方向に区画するための複数の区画部材と、を備えたことを特徴とする。
ガスを通流させるためのガス通流空間を形成する本体部と、
前記ガス通流空間の上流端側に設けられ、当該ガス通流空間にガスを導入するためのガス導入ポートと、
前記ガス通流空間の下流端側に設けられ、当該ガス通流空間に供給されたガスを基板に供給するための同心円状に開口した複数のスリットを備えた板状部材と、
を備えたことを特徴とする。前記ガス通流空間の上流側にて当該ガス通流空間の軸方向に伸びるガス導入路を備え、前記ガス導入ポートはこのガス導入路の上流側に設けられている。前記板状部材に設けられたスリットは、当該板状部材の中心部から周縁部に向かうにつれてその開口幅が大きくなるように形成されていてもよい。
前記本体部には例えば温調手段が設けられている。
前記載置台に対向して設けられ、前記処理容器内に基板を処理するための処理ガスを供給する上述のガス供給装置と、
処理容器内を排気する手段と、を備えたことを特徴とする。このガス供給装置においては例えば 前記ガス供給装置のガス導入ポートに接続された、複数種類の処理ガスを夫々供給するための複数のガス流路及びパージ用の不活性ガスを供給するガス流路と、
これらガス流路におけるガスの供給を制御するガス供給機器と、
前記複数種類の処理ガスを順番にかつサイクリックに供給すると共に一の処理ガスの供給ステップと他の処理ガスの供給ステップとの間には不活性ガスの供給ステップを行うように前記ガス供給機器を制御する制御部と、を備え、
前記基板の表面に前記複数種類の処理ガスの反応生成物からなる層が順次積層されて薄膜が成膜される。
前記載置台に対向して設けられた上述のガス供給装置から、前記処理容器内に基板を処理するための処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内を排気する工程と、を備えたことを特徴とする。この処理方法において、前記処理ガスを供給する工程は、複数種類の処理ガスを順番にかつサイクリックに供給すると共に一の処理ガスの供給ステップと他の処理ガスの供給ステップとの間には不活性ガスの供給ステップを行う工程であり、
前記基板の表面に前記複数種類の処理ガスの反応生成物からなる層が順次積層されて薄膜が成膜される。
先ず、本発明の実施の形態である成膜装置2全体の構成について図1を参照しながら説明する。本実施の形態に係る成膜装置2は、例えば第1の処理ガスとしてストロンチウム(Sr)を含む原料ガス(以下、Sr原料ガスという)、第2の処理ガスとしてチタン(Ti)を含む原料ガス(以下、Ti原料ガスという)を用い、これらを第3の処理ガスとして酸化ガスであるオゾン(O3)ガスと反応させて、ALDプロセスにより、基板である半導体ウエハ(以下、ウエハと記載する)W表面に高誘電体材料であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3、以下STOと略記する)の薄膜を成膜する機能を備えている。
続いて上述のように成膜装置2のガス供給部を構成するガス供給装置の第2の実施の形態について図11(a)を参照しながら説明する。図11(a)のガス供給部100はガス供給部3と同様に構成されているが、ガス通流空間32において区画部材41〜46が設けられておらず、それらに代わりガス通流空間32を周方向に区画するように本体部31の内周面33からガス通流空間32の径方向の中心に向かって伸びた板状の区画部材103〜106が設けられている。例えば区画部材103〜106の各一端は前記内周面33に、各他端は前記径方向の中心に設けられた支持部材107に夫々支持されている。図11(c)はこれら区画部材103〜106及び支持部材107の斜視図である。
続いて上述のように成膜装置2のガス供給部を構成するガス供給装置の第3の実施の形態について、その断面斜視図である図12を参照しながらガス供給部3との差異点を中心に説明する。図12のガス供給部110の本体部120は扁平な円形状に構成されており、下側が拡径されたガス通流空間32の代わりに円板状のガス通流空間121を形成している。そしてガス通流空間121においては区画部材41〜46が設けられておらず、その下流端側には板状部材111が設けられている。
上記の第1の実施形態におけるガス供給部3の効果を確認するために、コンピュータによるシミュレーションを行い、ガス供給部3の各ガス導入ポート61a〜63a、61b〜63b及び64からガス通流空間32に供給されたガスの当該通流空間32内及びウエハW表面における濃度分布を、ガス導入からの時間の経過に沿って調べた。このシミュレーションの条件としてガス導入ポート61a,61bからは、SrガスとArガスとの混合ガスの代わりにC7H8ガスとArガスとの混合ガスを供給している。ガス導入ポート61a〜63a及び61b〜63bからのガス供給量は250mL/min(sccm)であり、ガス導入ポート64からの供給量は500mL/min(sccm)である。また、ガス導入ポート61a及び61bに供給されるガスのうち、C7H8ガスの分率、Arガスの分率は夫々27%、72%である。またウエハW及びその周囲の処理空間の温度を230℃とし、ガス供給時にウエハWの外周において当該ウエハW中心から径方向に向かうように排気が行われ、処理空間S内の圧力が45Paとなるように設定した。
さらに1.0秒後のシミュレーション結果も同様の濃度差であった。またSr原料ガスパージ工程においてもガス供給後1.0秒経過後、シャワーヘッド内においてC7H8ガスの濃度が高い箇所が存在した。このシミュレーションの結果から本発明のガス供給部3は、従来のガスシャワーヘッドに比べてウエハWの面内に均一性高くガスを供給でき、また素早くパージを行うことができることが示された。なお、これらの評価試験で%は体積%濃度を示している。
評価試験1と同様にガス供給部3におけるオゾンガス供給工程についてのシミュレーションを行い、オゾンガスの通流空間32内及びウエハWの表面における濃度分布を調べた。その結果、ガスを吐出してから0.05秒後に通流空間32内及びウエハWの表面における濃度分布が略均一になった。この濃度分布が均一になるまでの速度は、ALDプロセスを行うには十分な速度であり、このガス供給部3がALDプロセスにおいて有効であると考えられる。
続いて評価試験1と同様にSr原料ガス供給工程及びSr原料ガスパージ工程に従って各ガス導入ポートからガスを供給し、C7H8ガスの分布を調べるシミュレーションを行った。ただしガス導入ポート64からカウンターガスであるArガスの供給は行われないように設定した。その結果、Sr原料ガス供給工程において、ガス供給から0.1秒経過すると、C7H8ガスは略均一にガス通流空間32内及びウエハWの表面において最も濃度の高いところで11%、最も濃度の低いところで10%であり、10%となっている領域の占める割合は、評価試験1で濃度の低い領域の占める割合よりも大きかった。続くSr原料ガスパージ工程において、ガス供給後から0.15秒後には最も濃度の高い領域で0.01%、最も濃度の低い領域で0.001%であった。評価試験1で示すように、ガス導入ポート64からArガスを供給した場合には0.15秒後には既にパージが完了していたので、この評価試験3と評価試験1の結果からガス導入ポート64からのカウンターガス供給を行うことが、ウエハ面内におけるガス供給の均一化及びパージ工程の高速化を図る上で好ましいことが分かる。
続いてシミュレーションにおいて区画部材41〜46を持たないガス供給部3を設定し、評価試験1と同様にSr原料ガス供給工程及びSr原料ガスパージ工程に従って各ガス導入ポートからガスを供給するシミュレーションを行った。その結果Sr原料ガス供給工程においてC7H8ガスの分布は評価試験1と同様になったが、Sr原料ガスパージ工程においてパージガス供給から0.15秒経過後、ウエハWの周縁部のC7H8ガスの濃度が0.02%、ウエハWの中心部のC7H8ガスの濃度が0.001%とその差が評価試験1の結果に比べて大きかった。従って区画部材41〜46はガスを均一に置換させる役割を有することが示された。
続いてシミュレーションにおいて、図16に示す、径方向に4分の1に分割されたガス供給部110の流路のモデルを設定し、評価試験1と同様にSr原料ガス供給工程及びSr原料ガスパージ工程に従って各ガス導入ポートからガスを供給するシミュレーションを行った。ただし、ガス導入ポート61a及び61cからはC7H8ガスとArガスとの混合ガスの代わりにトルエンガスとArガスとの混合ガスを500mL/min(sccm)で供給するように設定した。この混合ガス中のトルエンの流量は0.1g/分であり、またウエハW及びその周囲の処理空間の温度は200℃とした。ガス導入ポート64からのArのガス流量は500mL/min(sccm)に設定し、ガス導入ポート62a、62cからは計500mL/min(sccm)のArガスを供給するように設定した。他のガス導入ポートについては、このシミュレーションでは設定していない。そして、処理空間Sにおけるトルエンガスの分布を調べた。
2 成膜装置
21 処理容器
22 載置台
3 ガス供給部
31 本体部
3A 制御部
3B 記憶部
61a、62a、63a、61b、62b、63b、64 ガス導入ポート
71,72,73,74 ガス供給ライン
75,76 流量制御機器群
Claims (13)
- 処理容器内の基板に対向して配置され、前記基板にガスを供給してガス処理を行うためのガス供給装置において、
縮径端側から拡径端側にガスを通流させるための概ね円錐形状のガス通流空間を形成する本体部と、
前記ガス通流空間の縮径端側に設けられ、当該ガス通流空間にガスを導入するためのガス導入ポートと、
前記ガス通流空間を、外側に向かうにつれて末広がりの程度が大きくなるように同心円状に区画するための区画部材と、を備えたことを特徴とするガス供給装置。 - 前記ガス通流空間の上流側にて当該ガス通流空間の軸方向に伸びるガス導入路を備え、前記ガス導入ポートはこのガス導入路の上流側に設けられていることを特徴とする請求項1記載のガス供給装置。
- 前記区画部材は、本体部の内周面から伸びだす支持部材に支持されていることを特徴とする請求項1または2記載のガス供給装置。
- 前記区画部材により区画された流路は、径方向の中央側の流路のコンダクタンスが外側の流路のコンダクタンスよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一に記載のガス供給装置。
- 前記通流空間の径方向の中心領域にはガスが流れないように構成されていることを特徴とする請求項4記載のガス供給装置。
- 前記ガス導入路内に設けられ、当該ガス導入路を径方向に内側領域と、外側領域とに仕切ると共に、内側領域に供給されたガスを外側領域に拡散させるための複数の開口部が形成された仕切り部材とを備え、
前記ガス導入ポートは前記内側領域にガスを供給するように構成されていることを特徴とする請求項2記載のガス供給装置。 - 前記仕切り部材は、前記区画部材の上流端に連接されていることを特徴とする請求項6記載のガス供給装置。
- 前記区画部材は、前記ガス通流空間における縮径端から拡径端に亘って設けられていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一に記載のガス供給装置。
- 前記本体部には温調手段が設けられていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一に記載のガス供給装置。
- 基板を載置するための載置台が内部に設けられた処理容器と、
前記載置台に対向して設けられ、前記処理容器内に基板を処理するための処理ガスを供給する請求項1ないし9のいずれか一つに記載されたガス供給装置と、
処理容器内を排気する手段と、を備えたことを特徴とする処理装置。 - 前記ガス供給装置のガス導入ポートに接続された、複数種類の処理ガスを夫々供給するための複数のガス流路及びパージ用の不活性ガスを供給するガス流路と、
これらガス流路におけるガスの供給を制御するガス供給機器と、
前記複数種類の処理ガスを順番にかつサイクリックに供給すると共に一の処理ガスの供給ステップと他の処理ガスの供給ステップとの間には不活性ガスの供給ステップを行うように前記ガス供給機器を制御する制御部と、を備え、
前記基板の表面に前記複数種類の処理ガスの反応生成物からなる層が順次積層されて薄膜が成膜されることを特徴とする請求項10記載の処理装置。 - 処理容器の内部の載置台に基板を載置する工程と、
前記載置台に対向して設けられた請求項1ないし9のいずれか一つに記載されたガス供給装置から、前記処理容器内に基板を処理するための処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内を排気する工程と、を備えたことを特徴とする処理方法。 - 前記処理ガスを供給する工程は、複数種類の処理ガスを順番にかつサイクリックに供給すると共に一の処理ガスの供給ステップと他の処理ガスの供給ステップとの間には不活性ガスの供給ステップを行う工程であり、
前記基板の表面に前記複数種類の処理ガスの反応生成物からなる層が順次積層されて薄膜が成膜されることを特徴とする請求項12記載の処理方法。
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