JP2020158798A - 基板処理装置及び基板処理装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理装置において、処理容器とガス導入機構を加熱したときに真空雰囲気に侵入する大気成分の量を減らす。【解決手段】処理容器及びガス導入機構４の少なくともいずれか一方は、処理時に６０℃以上に加熱され、ガス導入機構は、供給源７２，７３，７４に一端が接続された供給管７１の他端が接続される接続口４ａと、処理容器の蓋に形成され処理容器の外部から内部へ処理ガスを通す導入管路とを接続する接続管路が形成され、互いに異なる機能を有する複数の機能部４１，４２，４３を備え、前記複数の機能部は、それぞれ流路を有し、それぞれが有する流路が互いに連通し接続管路が形成されるように、処理ガスの流れ方向に沿って配列され、処理ガスの流れ方向に隣接する機能部の組の少なくとも一部が一体物であること、及び、前記処理容器の蓋と当該蓋と処理ガスの流れ方向に隣接する機能部とが一体物であること、の少なくともいずれか一方を満たす。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理装置の製造方法に関する。

特許文献１には、その内部で基板に処理が施される真空容器において、大気中の成分ガスが真空容器の内部に混入されることを防ぐ技術が開示されている。特許文献１に開示の真空容器は、二重Ｏリングによりシールされるものであり、二重Ｏリング間に、不活性ガスを供給する導入路と、二重Ｏリング間の不活性ガスを、真空引きすることなく排出する排出路とが設けられている。

特開２００１−１５４４０号公報

本開示にかかる技術は、真空雰囲気下で処理ガスを用いて基板に対して所定の処理を行う基板処理装置において、処理容器とガス導入機構を加熱したときに真空雰囲気に侵入する大気成分の量を、大きなスペースが必要となるシール機構を用いずに、減らす。

本開示の一態様は、真空雰囲気下で基板に対し所定の処理を行う基板処理装置であって、減圧可能に構成され、前記基板を収容する処理容器と、前記所定の処理に用いられる処理ガスの供給源からの前記処理ガスを前記処理容器へ導くガス導入機構と、を備え、前記処理容器及び前記ガス導入機構は、前記所定の処理時に６０℃以上に加熱され、前記ガス導入機構は、前記供給源に一端が接続された供給管の他端が接続される接続口と、前記処理容器の蓋に形成され前記処理容器の外部から内部へ前記処理ガスを通す導入管路とを接続する接続管路が形成され、互いに異なる機能を有する複数の機能部を備え、前記複数の機能部は、それぞれ流路を有し、それぞれが有する前記流路が互いに連通し前記接続管路が形成されるように、前記処理ガスの流れ方向に沿って配列され、前記処理ガスの流れ方向に隣接する前記機能部の組の少なくとも一部が一体物であること、及び、前記処理容器の蓋と当該蓋と前記処理ガスの流れ方向に隣接する前記機能部とが一体物であること、の少なくともいずれか一方を満たす。

本開示によれば、真空雰囲気下で処理ガスを用いて基板に対して所定の処理を行う基板処理装置において、処理容器とガス導入機構を加熱したときに真空雰囲気に侵入する大気成分の量を、大きなスペースが必要となるシール機構を用いずに、減らすことができる。

本実施形態にかかる基板処理装置としての成膜装置の構成の概略を模式的に示す説明図である。 ガス導入機構の一例を模式的に示す斜視図である。 ガス導入機構を簡略化して示す断面図である。 第１機能部の概略を説明するための上面図である。 図４のＸ方向視における、第１機能部の側面図であり、第２流路及び第３流路の図示を省略し第１流路のみ実線で示している。 図４のＸ方向視における、第１機能部の側面図であり、第３流路の図示を省略し第２流路のみ実線で示している。 図４のＸ方向視における、第１機能部の側面図であり、第３流路のみ実線で示している。 第２機能部の概略を説明するための上面図である。 従来のガス導入機構について説明する分解図である。 コの字状の流路を切削により形成する方法を説明する図である。 コの字状の流路を切削により形成する場合の問題を説明するための図である。 積層造形技術で形成する一体物が有する流路の他の例を説明する図である。 成膜装置の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。 積層造形技術で形成する一体物が有する流路の他の例を説明する図である。 積層造形技術で形成する一体物が有する流路の他の例を説明する図である。

半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）に対して、金属膜等の所定の膜を形成する成膜処理等の各種処理が繰り返し行われ、ウェハ上に所望の半導体デバイスが製造される。
成膜処理等の所定の処理をウェハ等の基板に対して行う基板処理装置には、上記所定の処理を真空雰囲気下で行うために、減圧可能に構成された処理容器を有するものがある。上述のように真空雰囲気下で処理を行う基板処理装置において、処理容器は、上部に開口を有する本体部と、上記開口を塞ぐ蓋とを有する。そして、処理容器内に形成される真空雰囲気に、本体部と蓋との間から、大気成分が侵入するのを防ぐため、エラストマー製のＯリング等を使用するシール機構が設けられている。また、基板処理装置は、成膜処理に用いられる処理ガスをガス供給源から処理容器内に導入するため、接続管路が内部に設けられたガス導入機構を有する。上記接続管路は、下流端が処理容器に接続され上流端がガス供給源からのガス供給管に接続されるものである。このガス導入機構は、複数のブロック状の部品を有し、当該複数のブロック状の部品を処理ガスの流れに沿って配列したときに、当該複数のブロック状の部品それぞれが有する流路により、上記接続管路が形成されるように構成されている。そのため、上記接続管路に大気成分が侵入しないよう、ガス導入機構のブロック状の部品間にも上述のシール機構が設けられている。

ところで、近年では、成膜処理として、低蒸気圧材料を用いる処理や、蒸気圧の低い反応副生成物が生じる処理が行われることがある。このような成膜処理を行う基板処理装置では、低蒸気圧材料や蒸気圧が低い反応副生成物の、液化（再液化）や付着等を防止するため、処理容器やガス導入機構を加熱している。しかし、エラストマー製のＯリングを使用するシール機構を用いている装置では、上述のように処理容器やガス導入機構を加熱することで、大気成分、特に酸素が処理容器内やガス導入路の接続管路内に、すなわち、真空雰囲気内に侵入してしまうことがある。このように真空雰囲気内に酸素が侵入すると、成膜処理中のウェハや、成膜処理により形成された膜を、酸化させてしまうことがある。

加熱したときに酸素が真空雰囲気内に侵入することを防ぐシール機構として、メタルガスケットを用いる機構や、Ｏリングを二重で用いる機構方法や、特許文献１のように、Ｏリングを二重で用いると共にＯリング間に不活性ガスを流す機構が考えられる。しかし、いずれの機構も、流路の周囲に大きなスペースが必要となるため、例えば、ガス導入機構のブロック状の部品が小型である場合等に用いることができない。

そこで、本開示にかかる技術は、真空雰囲気下で処理ガスを用いて基板に対して所定の処理を行う基板処理装置において、処理容器とガス導入機構を加熱したときに真空雰囲気に侵入する大気成分の量を、大きなスペースが必要となるシール機構を用いずに減らす。

以下、本実施形態にかかる基板処理装置及び当該基板処理装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本実施形態にかかる基板処理装置としての成膜装置１の構成の概略を模式的に示す説明図であり、成膜装置の一部を断面で示している。
図１に示すように、成膜装置１は、減圧可能に構成され、基板としてのウェハＷを収容する処理容器１０を有する。

処理容器１０は、有底の円筒形状に形成された容器本体１０ａを有する。
容器本体１０ａの側壁には、ウェハＷの搬入出口１１が設けられており、この搬入出口１１には、当該搬入出口を開閉するゲートバルブ１２が設けられている。搬入出口１１よりも上部側には、容器本体１０ａの側壁の一部をなす、後述の排気ダクト５１が設けられている。容器本体１０ａの上部には、すなわち排気ダクト５１には、開口１０ｂが設けられており、この開口１０ｂを塞ぐように蓋１３が取り付けられている。排気ダクト５１と蓋１３との間には、処理容器１０内を気密に保つためのＯリング１４が設けられている。

処理容器１０内には、ウェハＷが水平に載置される載置台２が設けられている。載置台２の内部には、ウェハＷを加熱するためのヒータ２１が設けられている。
この載置台２には、その上面のウェハＷの載置領域よりも外周側の領域及びその側周面を周方向に亘って覆うように、カバー部材２２が設けられている。

載置台２の下面中央部には、処理容器１０の底壁に形成された開口１５を通じて当該底壁を貫通し、上下方向に延在する支持部材２３の上端部が接続されている。支持部材２３の下端部は昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４の駆動によって、載置台２は、二点鎖線で示す搬送位置と、その上方の処理位置との間とを上下に移動することができる。搬送位置とは、処理容器１０の搬入出口１１から処理容器１０内に進入するウェハＷの搬送機構（図示せず）と後述の支持ピン２７ａとの間で、ウェハＷを受け渡している時に、載置台２が待機する位置である。また、処理位置とは、ウェハＷに処理が行われる位置である。

また、支持部材２３における処理容器の外側には、フランジ２５が設けられている。そして、このフランジ２５と、処理容器１０の底壁における支持部材２３の貫通部との間には、支持部材２３の外周部を囲むように、ベローズ２６が設けられている。これによって、処理容器１０の気密が保たれる。

処理容器１０内における載置台２の下方には、複数、例えば３本の支持ピン２７ａを有するウェハ昇降部材２７が配置されている。ウェハ昇降部材２７の下面側には支持柱２８が設けられており、支持柱２８は、処理容器１０の底壁を貫通して、処理容器１０の外側に設けられた昇降機構２９に接続されている。したがって、ウェハ昇降部材２７は、昇降機構２９の駆動によって上下動自在であり、また、上下動することにより、支持ピン２７ａが、載置台２に形成された貫通孔２ａを介して載置台２の上面から突没する。

さらに、処理容器１０内における載置台２と蓋１３との間には、載置台２との間に処理空間Ｓを形成するためのキャップ部材３が、載置台２と対向するように設けられている。キャップ部材３は蓋１３とボルト（図示せず）により固定されている。
キャップ部材３の下部には、逆すり鉢状の凹部３１が形成されている。凹部３１の外側には、平坦なリム３２が形成されている。
そして、前述の処理位置に位置する載置台２の上面とキャップ部材３の凹部３１とにより、処理空間Ｓが形成される。処理空間Ｓが形成されたときの載置台２の高さは、キャップ部材３のリム３２の下面と、カバー部材２２の上面との間に隙間３３が形成されるように設定される。凹部３１は、例えば、処理空間Ｓの容積が極力小さくなると共に、処理ガスをパージガスで置換する際のガス置換性が良好になるように、形成される。

キャップ部材３の中央部には、処理空間Ｓ内へ処理ガスやパージガスを導入するためのガス導入路３４が形成されている。ガス導入路３４は、キャップ部材３の中央部を貫通し、その下端が、載置台２上のウェハＷの中央部と対向するように設けられている。また、キャップ部材３の中央部には流路形成部材３ａが嵌め込まれており、この流路形成部材３ａにより、ガス導入路３４の上側は分岐され、それぞれ蓋１３を貫通する導入管路３５と連通している。
キャップ部材３のガス導入路３４の下端の下方には、ガス導入路３４から吐出されたガスを処理空間Ｓ内に分散させるための分散板３６が設けられている。分散板３６は、支持棒３６ａを介して、キャップ部材３に固定されている。分散板３６を設けることにより、ガス導入路３４から吐出されたガスが当該分散板３６に衝突し、処理ガスの流れ方向が変えられ、当該処理ガスが均一に分散されるため、処理ガスをより均一な濃度でウェハＷの表面に到達させることができる。

導入管路３５には、処理ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスやパージ用のＮ_２ガスを、ガス供給源（図２の符号７２〜７４参照）から処理容器１０へ導くガス導入機構４が設けられている。ガス導入機構４の詳細については後述する。なお、ガス導入機構４と処理容器１０との間、具体的には、ガス導入機構４と蓋１３との間には、処理容器１０内を気密に保つためのＯリング（図示せず）が設けられている。

さらにまた、容器本体１０ａの排気ダクト５１には、排気管５２の一端部が接続されている。排気管５２の他端部は、例えば真空ポンプにより構成される排気装置５３が接続されている。また、排気管５２の排気装置５３より上流側には、処理空間Ｓ内の圧力を調整するためのＡＰＣバルブ５４が設けられている。

なお、排気ダクト５１は、縦断面形状が角型のガス通流路５５を環状に形成したものである。排気ダクト５１の内周面には、全周に亘ってスリット５６が形成されている。排気ダクト５１の外壁には、排気口５７が設けられており、当該排気口５７に排気管５２が接続されている。スリット５６は、載置台２が前述の処理位置まで上昇した際に形成される前述の隙間３３に対応する位置に形成されている。したがって、処理空間Ｓ内のガスは、排気装置５３を作動させることにより、隙間３３及びスリット５６を介して、排気ダクト５１のガス通流路５５に至り、排気管５２を経て排出される。

また、成膜装置１には、処理容器１０の内壁に処理ガスの反応副生成物が付着することを防止するため、処理容器１０を６０℃以上に加熱する第１加熱部６１が設けられている。第１加熱部６１は、例えば、処理容器１０内の処理ガスに曝される面が６０℃以上になるように加熱を行う。さらに、成膜装置１には、ガス導入機構４内の流路の内壁に処理ガスの反応副生成物等が付着することを防止するため、ガス導入機構４を６０℃以上に加熱する第２加熱部６２が設けられている。第２加熱部６２は、例えば、ガス導入機構４内の流路の内壁面が６０℃以上になるように加熱を行う。なお、第１加熱部６１及び第２加熱部６２のいずれか一方を省略してもよい。つまり、成膜装置１では、処理容器１０及びガス導入機構４の少なくともいずれか一方が６０℃以上に加熱されるように構成されている。

以上のように構成される成膜装置１には、制御部１００が設けられている。制御部１００は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、成膜装置１における後述のウェハ処理を実現するためのプログラム等が格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部１００にインストールされたものであってもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェア（回路基板）で実現してもよい。

続いて、成膜装置１を用いて行われるウェハ処理について説明する。
まず、ゲートバルブ１２が開かれ、処理容器１０に隣接する真空雰囲気の搬送室（図示せず）から、搬入出口１１を介して、ウェハＷを保持した搬送機構（図示せず）が処理容器１０内に挿入される。そして、ウェハＷが、前述の搬送位置に位置する載置台２の上方に搬送される。次いで上昇した支持ピン２７ａの上にウェハＷが受け渡され、その後、上記搬送機構は処理容器１０から抜き出され、ゲートバルブ１２が閉じられる。それと共に、支持ピン２７ａの下降、載置台２の上昇が行われ、載置台２上にウェハＷが載置される。次いで、処理容器１０内が所定の圧力に調整され、載置台２が処理位置へ移動され、処理空間Ｓが形成される。

この状態で、ガス導入機構４を介して、処理空間Ｓに、パージガスであるＮ_２ガスが供給されると共に原料ガス（例えば、ＴｉＣｌ_４ガス）と、原料ガスを還元する還元ガス（例えば、ＮＨ_３ガス）が交互に且つ間欠的に供給され、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ALD）法によりウェハＷ上に例えば、ＴｉＮ膜が成膜される。

具体的には、パージガスとして、Ｎ_２ガスが所定流量で常時供給されると共に、ＴｉＣｌ_４ガスとＮＨ_３ガスが交互にかつ間欠的に供給されることにより、ＴｉＣｌ_４ガス供給ステップとＮＨ_３ガス供給ステップとが、これらの間にＮ_２ガスのみが供給されるパージステップを挟んで、交互に繰り返される。これにより、最初のＴｉＣｌ_４ガス供給ステップでウェハＷ上にＴｉＣｌ_４ガスが吸着され、次のパージステップで余分なＴｉＣｌ_４ガスがパージされる。そして、次のＮＨ_３ガス供給ステップで供給されたＮＨ_３ガスがＴｉＣｌ_４と反応し、次のパージステップにより余分なＮＨ_３ガスがパージされ、ほぼ単分子層である薄い単位膜が形成される。この一連の操作を複数回行って、所定の膜厚のＴｉＮ膜が形成される。

ＡＬＤ法により成膜する際には、ウェハＷ上に処理ガスが供給され、次いで余分な処理ガスがパージされることによって、表面反応のみを生じさせて自己制御性の膜厚制御を行うＡＬＤモードにより、ほぼ単分子膜の単位膜が形成される。

ＣＶＤモード（すなわち、表面反応のみではなくＣＶＤ成膜が生じるモード）ではなく、ＡＬＤモード（すなわち、ＡＬＤ法による膜厚制御性を維持した成膜モード）で成膜可能とするため、Ｎ_２ガス流量は、以下のような流量とされる。

Ｎ_２ガス流量は、処理空間Ｓの容積により適切な範囲が変わるところ、処理空間Ｓの容積は、例えば５００〜５０００ｍＬとされる。処理空間Ｓの容積が１５００〜５０００ｍＬの場合には、Ｎ_２ガスの流量は、例えば５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上とされる。また、処理空間Ｓの容積を５００〜１５００ｍＬと小さくする場合、Ｎ２ガスの流量は例えば１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上とされる。上記は一例に過ぎず、例えば、処理空間Ｓの容積を５００ｍＬより小さくしてもよく、それに合わせた最適なＮ_２ガスを流せばよい。すなわち、処理空間Ｓの容積の大きさに適合したＮ_２ガスを供給すればよい。

なお、ＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際の他の条件としては、例えば、ウェハＷの温度（具体的には載置台２の温度）が２５０〜７００℃、ＴｉＣｌ_４ガス流量が３０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＮＨ_３ガス流量が１０００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とされる。

上述のようなＡＬＤ法でのＴｉＮ膜の成膜終了後、上記と逆の手順でウェハＷが処理容器１０から搬出される。

次に、ガス導入機構４について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、ガス導入機構４の一例を模式的に示す斜視図である。図３は、図２のガス導入機構４を簡略化して示す断面図である。

ガス導入機構４は、図２に示すように、供給管７１の一端が接続される接続口４ａを有する。図の例では、接続口４ａの数は３つであるが、２つ以下であっても４以上であってもよい。
接続口４ａに一端が接続される供給管７１の他端には、接続口４ａ毎に異なるガス供給源が接続される。１の接続口４ａに対応する供給管７１の他端には、ＮＨ_３ガス供給源７２が接続され、他の接続口４ａに対応する供給管７１の他端には、ＴｉＣｌ_４ガス供給源７３が接続され、残りの接続口４ａに対応する供給管７１の他端には、Ｎ_２ガス供給源７４が接続されている。

また、ガス導入機構４は、上述の接続口４ａと蓋１３の導入管路３５とを接続する接続管路４ｂを有する。

さらに、ガス導入機構４は、互いに異なる機能を有する複数の機能部として、第１〜第３機能部４１〜４３を備える。本実施形態では、第１〜第３機能部４１〜４３はそれぞれ、ブロック状に形成され、その内部に流路４１ａ、４２ａ、４３ａが設けられている。

第１機能部４１（いわゆるインレットブロックに相当する部分）は、平面視における処理容器１０の外側から処理容器１０の中心に位置する導入管路３５へ処理ガスを送る機能を有する。
第２機能部４２（いわゆるフィッティングブロックに相当する部分）は、第１機能部４１内の流路４１ａと第３機能部４３の流路４３ａとの位置関係を調整して接続する機能を有する。
第３機能部４３は、供給管７１を受容する機能を有し、前述の接続口４ａが形成されている。第３機能部４３には、供給管７１を受容するため、供給管７１を固定するためのネジ穴等が形成されている。なお、第３機能部４３の接続口４ａには、供給管７１が開閉弁（図示せず）を介して接続されてもよい。また、第３機能部４３は、供給管７１と第２機能部４２とを断熱する機能を有する。具体的には、ＴｉＣｌ_４ガスやＮＨ_３ガスが流れる第２機能部４２の流路４２ａを加熱するため、第２機能部４２は加熱されるが、Ｎ_２ガスが流れる供給管７１は加熱されないため、当該供給管７１と第２機能部４２とを断熱する。

そして、第１〜第３機能部４１〜４３は、それぞれが有する流路４１ａ、４２ａ、４３ａが互いに連通し、上述の接続管路４ｂが形成されるように、処理ガスの流れ方向に沿って配列されている。

ここで、第１〜第３機能部４１〜４３が有する流路４１ａ、４２ａ、４３ａについて、図３を参照し、図４〜図８を用いて説明する。図４は、第１機能部４１の概略を説明するための上面図である。図５〜図７は、図４のＸ方向視における、第１機能部４１の側面図であり、図５では、後述の第２流路及び後述の第３流路の図示を省略し後述の第１流路のみ実線で示し、図６では、第３流路の図示を省略し第２流路のみ実線で示し、図７では、第３流路のみ実線で示している。図８は、第２機能部４２の概略を説明するための上面図である。

第１機能部４１は、図４〜図７に示すように、流路４１ａとして、第１〜第３流路４１ａ_１〜４１ａ_３を有する。流路４１ａがＴｉＣｌ_４ガスにより腐食することを防ぐため、第１機能部４１の材料には例えばニッケルが用いられる。

第１流路４１ａ_１は、縦断面視及び図４のＹ方向視において、直線状の流路を接続した略コの字状を有する。また、第１流路４１ａ_１は、下流側において分岐し、分岐した下流端４１ａ_１１はそれぞれ導入管路３５に接続され、一方、上流端４１ａ_１２は、第２機能部４２の後述の第１流路４２ａ_１の下流端に接続されている。
第２流路４１ａ_２は、縦断面視及び図４のＹ方向視において、直線状の流路を接続した略コの字状の流路を有する。また、第２流路４１ａ_２は、下流端４１ａ_２１が第１流路４１ａ_１に合流するように接続され、上流端４１ａ_２２が第２機能部４２の後述の第２流路４２ａ_２の下流端に接続されている。
第３の流路４１ａ_３は、直線状の流路を接続した３次元的なジグザク状の流路である。また、第３流路４１ａ_３は、下流端４１ａ_３１が第２流路４１ａ_２に合流するように接続され、上流端４１ａ_３２が第２機能部４２の後述の第３流路４２ａ_３の下流端に接続されている。

第２機能部４２は、図８に示すように、流路４２ａとして、第１〜第３流路４２ａ_１〜４２ａ_３を有する。第１〜第３流路４２ａ_１〜４２ａ_３はそれぞれ、断面視において、直線状の流路を接続したコの字状の流路である（図３参照）。流路４２ａがＴｉＣｌ_４ガスにより腐食することを防ぐため、第２機能部４２の材料には例えばニッケルが用いられる。
第１流路４２ａ_１は、下流端４２ａ_１１が第１機能部４１の第１流路４１ａ_１に接続され、上流端４２ａ_１２が、ＮＨ_３ガス供給源７２に対応する第３機能部４３の後述の流路４３ａに接続されている。
第２流路４２ａ_２は、下流端４２ａ_２１が第１機能部４１の第２流路４１ａ_２に接続され、上流端４２ａ_２２が、ＴｉＣｌ_４ガス供給源７３に対応する第３機能部４３の後述の流路４３ａに接続されている。
第３流路４２ａ_３は、下流端４２ａ_３１が第１機能部４１の第３流路４１ａ_３に接続され、上流端４３ａ_３２が、Ｎ_２ガス供給源７４に対応する第３機能部４３の後述の流路４３ａに接続されている。

３つの第３機能部４３はそれぞれ縦断面視直線状に形成された流路４３ａを有する（図３参照）。
ＮＨ_３ガス供給源７２に対応する第３機能部４３の流路４３ａは、下流端が第２機能部４２の第１流路４２ａ_１に接続され、上流端が前述の接続口４ａとして構成され、ＮＨ_３ガス供給源７２からのＮＨ_３ガスを供給する供給管７１が接続されている。ＮＨ_３ガス供給源７２に対応する第３機能部４３は、例えばアルミを用いて形成される。
ＴｉＣｌ_４ガス供給源７３に対応する第３機能部４３の流路４３ａは、下流端が第２機能部４２の第２流路４２ａ_２に接続され、上流端が前述の接続口４ａとして構成され、ＴｉＣｌ_４ガス供給源７３からのＴｉＣｌ_４ガスを供給する供給管７１が接続されている。ＴｉＣｌ_４ガス供給源７３に対応する第３機能部４３は、流路４３ａがＴｉＣｌ_４ガスにより腐食することを防ぐため、例えばニッケルを用いて形成される。
Ｎ_２ガス供給源７４に対応する第３機能部４３の流路４３ａは、下流端が第２機能部４２の第３流路４２ａ_３に接続され、上流端が前述の接続口４ａとして構成され、Ｎ_２ガス供給源７４からのＮ_２ガスを供給する供給管７１が接続されている。Ｎ_２ガス供給源７４に対応する第３機能部４３は、例えばニッケルやニッケル合金を用いて形成される。

ガス導入機構４の上述の第１〜第３機能部４１〜４３は、機能が互いに異なるため、好適な材料や求められる加工精度等が異なる。したがって、従来、図９に示すように、第１〜第３機能部４１〜４３は一体構造にすることができず、それぞれ１つの部品（第１〜第３部品４０１〜４０３）として形成されていた。例えば、第１〜第３部品４０１〜４０３を溶接で一体構造としようとしても、各ガスの供給経路ごとに溶接することができないため、一のガスの供給経路に他のガスが漏れ出してしまうことがある。また、ＮＨ_３ガス供給源に対応する第３機能部４３に相当する第３部品４０３に用いられるアルミ材と、第２機能部４２に相当する第２部品４０２に用いられるニッケル材では溶接での接合ができない。さらに、第３機能部に相当する第３部品４０３と２機能部４２に相当する第２部品４０２とを溶接により接続するには、溶接するためのスペース確保が必要となり、従前のレイアウト（第３部品４０３に接続されるバルブ間の距離）は用いることができない。
また、例えば、第３機能部４３は、供給管７１の端部に設けられたメタルガスケットを用いるフェースシール継手が取り付けられるが、その場合にはアルミ材ではメタルガスケットのシール構造には強度が不足するため、ニッケル合金やＳＵＳ系の材質しか使用することができない。
さらに、第２部品４０２と第３部品４０３とを切削で一体物とする場合、後述するパーティクル発生等の要因となる隙間Ｇ（図１１参照）が新たに形成されてしまう。

そして、ガス導入機構として用いる際には、第１〜第３機能部４１〜４３に相当する第１〜第３部品４０１〜４０３を、例えば、これらの間にＯリングを挟みながら組み立てていた。それに対し、本実施形態では、第１〜第３機能部４１〜４３は、積層造形技術により、一体物として形成されており、Ｏリングを用いて組み立てる必要がない。

なお、第１〜第３機能部４１〜４３の全てを一体物としなくてもよく一部のみを一体物してもよい。例えば、第１機能部４１と第２機能部４２のみが一体物とされてもよいし、第２機能部４２と第３機能部４３のみが一体物とされてもよい。ただし、第１〜第３機能部４１〜４３の一部のみが一体物とされる場合、残りの機能部と上記一体物との間には、接続管路４ｂ内を気密に保つため、Ｏリング等が設けられる。

また、積層造形技術で形成する一体物に、処理容器１０の蓋１３を含めてもよい。例えば、処理容器１０の蓋１３とガス導入機構４の第１〜第３機能部４１〜４３全てを一体物としてもよいし、処理容器１０の蓋１３とガス導入機構４の第１機能部４１とを一体物としてもよいし、処理容器１０の蓋１３とガス導入機構４の第１及び第２機能部４１、４２とを一体物としてもよい。

つまり、処理ガスの流れ方向に隣接する第１〜第３機能部４１〜４３の組の少なくとも一部が一体物であること、及び、処理容器１０の蓋１３と当該蓋１３と処理ガスの流れ方向に隣接する第１機能部４１とが一体物であること、の少なくともいずれか一方を満たせばよい。

積層造形技術で上記一体物を形成した際には、当該一体物に平滑化処理が行われる。これにより、上記一体物の処理ガスに曝される面（例えば、第１〜第３機能部４１〜４３の流路４１ａ、４２ａ、４３ａの内壁面や蓋１３が有する導入管路３５の内壁面）の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下、０．０３８１μｍ以上とされる。
上述の平滑化処理としては、電解研磨処理や、流体を用いる流体研磨処理等の化学研磨処理が用いられる。

以上のように、本実施形態では、ＴｉＮ膜の成膜処理時に処理容器１０及びガス導入機構４の少なくもいずれか一方が６０℃以上に加熱される成膜装置１において、ガス導入機構４が第１〜第３機能部４１〜４３を有する。そして、処理ガスの流れ方向に隣接する第１〜第３機能部４１〜４３の組の少なくとも一部が一体物であること、及び、処理容器１０の蓋１３と当該蓋１３と処理ガスの流れ方向に隣接する第１機能部４１とが一体物であること、の少なくともいずれか一方を満たす。本実施形態では、このように一体物とすることで、シールが必要な部分を減らしている。そのため、大きなスペースを必要とするシール機構を用いずに、処理容器１０とガス導入機構４を加熱したときに、接続管路４ｂを介して処理容器１０内の真空雰囲気に混入される大気成分（特に酸素）の量を、減らすことができる。したがって、膜中の酸素濃度が低く電気抵抗が低い高品質なＴｉＮ膜を形成することができる。
なお、蓋１３は、積層造形技術により、ガス導入機構４以外の部材（例えばキャップ部材３）と一体物とされてもよい。

また、上記一体物を積層造形技術で形成した場合、形成直後の上記一体物の表面は、処理ガスに曝される面も含め、その算術平均粗さＲａは大きい。上記一体物の処理ガスに曝される面（例えば、第１〜第３機能部４１〜４３の流路４１ａ、４２ａ、４３ａの内壁面や蓋１３が有する導入管路３５の内壁面）が大きいと、処理ガスの表面吸着が生じやすい。それに対し、本実施形態では、上述のように、積層造形技術で形成された一体物に平滑化処理が行われ、当該一体物の処理ガスに曝される面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下、０．０３８１μｍ以上とされる。したがって、本実施形態によれば処理ガスの表面吸着を防ぐことができる。
また、平滑化処理を行うことで、積層造形技術で形成された一体物の表面に付着していた異物を除去することができる。

上述のように、第１機能部４１の流路４１ａや第２機能部４２の流路４２ａは、直線状の流路を接続したコの字状の流路や、直線状の流路を接続したジグザク状の流路を有する。このようなコの字状の流路やジグザグ上の流路を切削により形成する場合、以下のような問題がある。図１０はコの字状の流路Ｒを切削により形成する方法を説明する図である。図１１は、コの字状の流路Ｒを切削により形成する場合の問題を説明するための図である。

コの字状の流路Ｒを切削により形成する場合、まず例えば、図１０（Ａ）に示すように、縦ガス流路Ｒ１、Ｒ２が、母材Ｍの下面から母材Ｍの高さ方向中央付近まで至るように、形成される。
次いで、図１０（Ｂ）に示すように、母材Ｍの側面から、横ガス流路Ｒ３が、縦ガス流路Ｒ１の上端部を通り、縦ガス流路Ｒ２の上端部に至るように形成される。
そして、図１０（Ｃ）に示すように、コの字状の流路Ｒが形成されるように、横ガス流路Ｒ３の外部への開放端Ｒ３ａに封止材Ｐが嵌め込まれ、母材Ｍの外部から溶接される。

封止材Ｐを開放端Ｒ３ａに嵌め込むためには、横ガス流路Ｒ３の内径を封止材の外形より大きくする必要がある。したがって、図１１に示すように、コの字状の流路Ｒの角部において、横ガス流路Ｒ３の内周面と封止材Ｐの外周面との間に隙間Ｇが生じてしまう。
このような隙間Ｇがあると、処理ガスが隙間Ｇに滞留し、パージガスによる処理ガスの置換が不十分となりウェハＷ上に異常成長することがある。また、隙間Ｇに不要な反応生成物が生じ異物の発生の原因となることがあり、このように異物が発生すると、パーティクル等の原因になり、成膜装置のメンテナンスが必要となるため、生産性が低下する。
ジグザグ状の流路を切削により形成する場合も、上述と同様な問題がある。

それに対し、本実施形態では、直線状の流路を接続したコの字状の流路や、直線状の流路を接続したジグザク状の流路を有する、第１機能部４１の流路４１ａや第２機能部４２の流路４２ａを積層造形技術で形成している。したがって、直線状の流路を接続したコの字状の流路の角部の内壁面や、直線状の流路を接続したジグザク状の流路の角部の内壁面を含め、流路（接続管路４ｂ）全体の内壁面は、上述のような隙間Ｇが形成されておらず、平坦である。したがって、上述した、ウェハＷ上への異常成長や、異物発生に起因する生産性の低下を防ぐことができる。

図１２は、積層造形技術で形成する一体物が有する流路の他の例を説明する図である。
以上の例では、積層造形技術で形成する一体物が有する流路は、直線状の流路、または、直線状の流路を接続したものであった。上記一体物が有する流路は、これに限られず、例えば図１２の流路Ｒ１１のような曲線状の流路を含んでいてもよい。積層造形技術であれば、一体物の内部に曲線状の流路Ｒ１１を形成することができる。

また、積層造形技術で形成する一体物が有する流路は、トポロジー最適化された形状を有していてもよい。トポロジー最適化された流路は、複雑な形状であり、切削では一体物の内部に加工することはできないが、積層造形技術であれば加工することができる。

ここで、成膜装置１の製造方法の一例について、図１３を用いて説明する。図１３は、成膜装置１の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。以下では、積層造形技術でガス導入機構４の第１〜第３機能部４１〜４３を一体物とする例、つまり、ガス導入機構４全体を積層造形技術で作製する例で、上記製造方法を説明する。

まず、上記一体物とするガス導入機構４の流路すなわち接続管路４ｂの形状の設計が行われる（ステップＳ１）。例えば、トポロジー最適化により、接続管路４ｂの形状が決定される。

次いで、ステップＳ１で設計された形状の接続管路４ｂを有する一体物すなわちガス導入機構４が、積層造形技術で作製される（ステップＳ２）。積層造形技術としては、粉末金属にレーザや電子ビームを照射して焼結させることにより造形する造形技術、粉末金属やワイヤを供給しつつ、レーザや電子ビームで材料を溶融・堆積させることにより造形する造形技術等を用いることができる。

そして、ステップＳ２で作製されたガス導入機構４の平滑化処理が行われる（ステップＳ３）。平滑化処理としては、前述のように、電解研磨処理や、流体を用いる流体研磨処理等の化学研磨処理が用いられる。この平滑化処理により、ガス導入機構４の内部に形成された接続管路４ｂの内壁面の算術平均粗さＲａを１０μｍ以下、０．０３８１μｍ以上とすることができる。

ステップＳ２及びステップＳ３と平行して、または、ステップＳ２及びステップＳ３の前後に、成膜装置１を構成するガス導入機構４以外の部品の作製が行われる（ステップＳ４）。

そして、ガス導入機構４とステップＳ４で作製された部品の組み立てが行われる（ステップＳ５）。これにより、成膜装置１が完成する。

図１４は、積層造形技術で形成する一体物が有する流路の他の例を説明する図である。
図１４の一体物Ｔ１の流路Ｒ２１では、当該流路Ｒ２１の外側に、流路Ｒ２１を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成された均熱層Ｒ２２が設けられている。均熱層Ｒ２２は、流路Ｒ２１の外周面Ｒ２１ａに沿って、当該外周面Ｒ２１ａに接触するように形成されている。
例えば、流路Ｒ２１がＴｉＣｌ_４ガスに対する耐腐食性を有するニッケルで形成されている場合、ニッケルより熱伝導率の高いアルミニウムで均熱層Ｒ２２は形成される。
このように均熱層Ｒ２２を形成することにより、上記一体物Ｔ１の外側にヒータを取り付ける場合において、一体物Ｔ１にヒータが全体的に密着していなくても、流路Ｒ２１を所定の温度に均一に加熱することができる。その結果、処理ガスの再液化や反応副生成物の付着等をより確実に着することができ、もって、再液化物や付着物によるガス流量不安定に起因した成膜品質の面間均一性の悪化を防ぐことができる。また、異物の発生も抑制することができる。さらに、部品の形状に合わせた、多様な形状のヒータが不要となる。

積層造形技術を用いれば、上述のような効果を奏する流路Ｒ２１を有する一体物Ｔ１も作製することができる。
なお、均熱層Ｒ２２を接着剤により貼り付けたり、メッキ処理により形成したりすることが考えられる。しかし、前者の場合、接着剤の熱伝導率の影響で均一加熱が不十分となり、また、後者の場合、均熱層Ｒ２２を薄くしか形成できないため、均一加熱が不十分となる。積層造形技術であれば、流路Ｒ２１に対して直接接触するように厚い均熱層Ｒ２２を形成することができるため、均一に流路Ｒ２１を加熱することできる。なお、積層造形技術であれば、厚さが例えば０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの均熱層Ｒ２２を形成することができる。

図１５は、積層造形技術で形成する一体物が有する流路の他の例を説明する図である。
図１５の一体物Ｔ２の流路Ｒ３１は、ニッケル等の導電性材料で形成され、当該流路Ｒ３１の外側に、アルミナや酸化イットリウム等の絶縁材料で形成された絶縁層Ｒ３２が設けられている。また、絶縁層Ｒ３２の外側に、アルミニウム等の導電性材料で形成された導電層Ｒ３３が設けられている。絶縁層Ｒ３２は、流路Ｒ３１の外周面Ｒ３１ａに沿って、当該外周面Ｒ３１ａに接触するように形成されている。また、導電層Ｒ３３は、絶縁層Ｒ３２の外周面Ｒ３２ａに沿って、当該外周面Ｒ３２ａに接触するように形成されている。
このように積層造形技術で形成する一体物Ｔ２を構成することで、当該一体物Ｔ２を用いて、プラズマ生成用の高周波電力を処理容器１０内に供給することができる。このように高周波電力を供給する場合、流路Ｒ３１を接地電位とし導電層Ｒ３３を高電位としてもよいし、流路Ｒ３１を高電位とし導電層Ｒ３３を接地電位としてもよい。なお、このような構成の一体物Ｔ２を用いることで、流路Ｒ３１内のガスを断熱することができる。

なお、以上の例では、ＴｉＮ膜を成膜していたが、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜等、他の膜の成膜にも、本実施形態にかかる成膜装置を適用することができる。成膜方法もＡＬＤ法に限られない。
また、以上では、成膜装置を例に説明したが、エッチング処理等、真空雰囲気下でウェハに対し半導体デバイス製造に関する他の処理を行う装置にも本実施形態にかかる基板処理装置を適用することができる。成膜装置以外の基板処理装置に適用した場合、基板の酸化を防ぐことができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）真空雰囲気下で基板に対し所定の処理を行う基板処理装置であって、
減圧可能に構成され、前記基板を収容する処理容器と、
前記所定の処理に用いられる処理ガスの供給源からの前記処理ガスを前記処理容器へ導くガス導入機構と、を備え、
前記処理容器及び前記ガス導入機構の少なくともいずれか一方は、前記所定の処理時に６０℃以上に加熱され、
前記ガス導入機構は、
前記供給源に一端が接続された供給管の他端が接続される接続口と、前記処理容器の蓋に形成され前記処理容器の外部から内部へ前記処理ガスを通す導入管路とを接続する接続管路が形成され、
互いに異なる機能を有する複数の機能部を備え、
前記複数の機能部は、
それぞれ流路を有し、
それぞれが有する前記流路が互いに連通し前記接続管路が形成されるように、前記処理ガスの流れ方向に沿って配列され、
前記処理ガスの流れ方向に隣接する前記機能部の組の少なくとも一部が一体物であること、及び、前記処理容器の蓋と当該蓋と前記処理ガスの流れ方向に隣接する前記機能部とが一体物であること、の少なくともいずれか一方を満たす、基板処理装置。
前記（１）によれば、大きなスペースを必要とするシール機構を用いずに、処理容器とガス導入機構を加熱したときに、接続管路を介して処理容器内の真空雰囲気に混入される大気成分（特に酸素）の量を、減らすことができる。

（２）前記一体物は、積層造形技術で形成される、前記(１)に記載の基板処理装置。

（３）前記一体物における、前記処理ガスに晒される面は、算術平均粗さＲａが１０μｍ以下、０．０３８１μｍ以上である、前記(１)または（２）に記載の基板処理装置。

（４）前記一体物が有する流路の外周面に沿って、当該外周面に接触するように、当該流路を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成された均熱層を有する、前記(１)〜(３)のいずれか１に記載の基板処理装置

（５）前記一体物が有する流路が導電性材料で形成され、
当該流路の外周面に沿って、当該外周面に接触するように、絶縁材料で形成された絶縁層と、
前記絶縁層の外周面に沿って、当該外周面に接触するように、導電材料で形成された導電層と、を有する、前記(１)〜(３)のいずれか１に記載の基板処理装置。

（６）前記一体物が有する流路は、
直線状の流路を接続したコの字状の流路、及び、直線状の流路を接続したジグザグ状の流路の少なくともいずれか一方を含み、
前記コの字状の流路及び前記ジグザグ状の流路の角部を構成する内壁面が平坦である、前記(１)〜(５)のいずれか１に記載の基板処理装置。

（７）前記一体物が有する流路は、曲線状の流路を含む、前記(１)〜(６)のいずれか１に記載の基板処理装置。

（８）前記一体物が有する流路は、トポロジー最適化された形状を有する、前記(１)〜(７)のいずれか１に記載の基板処理装置。

（９）真空雰囲気下で基板に対し所定の処理を行う基板処理装置の製造方法であって、
前記基板処理装置は、
減圧可能に構成され、前記基板を収容する処理容器と、
前記所定の処理に用いられる処理ガスの供給源からの前記処理ガスを前記処理容器へ導くガス導入機構と、を備え、
前記処理容器及び前記ガス導入機構の少なくともいずれか一方は、前記所定の処理時に６０℃以上に加熱され、
前記ガス導入機構は、
前記供給源に一端が接続された供給管の他端が接続される接続口と、前記処理容器の蓋に形成され前記処理容器の外部から内部へ前記処理ガスを通す導入管路とを接続する接続管路が形成され、
互いに異なる機能を有する複数の機能部を備え、
前記複数の機能部は、
それぞれ流路を有し、
それぞれが有する前記流路が互いに連通し前記接続管路が形成されるように、前記処理ガスの流れ方向に沿って配列され、
当該製造方法は、
前記処理容器の前記蓋及び前記複数の機能部における、前記処理ガスの流れ方向に隣接する組み合わせの少なくとも一部を、積層造形技術で一体物として成形する一体物作製工程と、
前記一体物を含む前記基板処理装置の部品から当該基板処理装置を組み立てる組み立て工程と、を有する、基板処理装置の製造方法。

（１０）前記一体物における、前記処理ガスに晒される面を平滑化する平滑化工程を有する、前記(９)に記載の基板処理装置の製造方法。

（１１）前記一体物が有する流路の形状を、トポロジー最適化により決定する工程を有する、前記(９)または（１０）に記載の基板処理装置の製造方法。

１ 成膜装置
４ ガス導入機構
４ａ 接続口
４ｂ 接続管路
１０ 処理容器
１３ 蓋
３５ 導入管路
４１ 第１機能部
４１ａ、４２ａ、４３ａ 流路
４２ 第２機能部
４３ 第３機能部
７２ ガス供給源
７３ ガス供給源
７４ ガス供給源
Ｗ ウェハ

Claims (11)

1. 真空雰囲気下で基板に対し所定の処理を行う基板処理装置であって、
   減圧可能に構成され、前記基板を収容する処理容器と、
   前記所定の処理に用いられる処理ガスの供給源からの前記処理ガスを前記処理容器へ導くガス導入機構と、を備え、
   前記処理容器及び前記ガス導入機構の少なくともいずれか一方は、前記所定の処理時に６０℃以上に加熱され、
   前記ガス導入機構は、
   前記供給源に一端が接続された供給管の他端が接続される接続口と、前記処理容器の蓋に形成され前記処理容器の外部から内部へ前記処理ガスを通す導入管路とを接続する接続管路が形成され、
   互いに異なる機能を有する複数の機能部を備え、
   前記複数の機能部は、
   それぞれ流路を有し、
   それぞれが有する前記流路が互いに連通し前記接続管路が形成されるように、前記処理ガスの流れ方向に沿って配列され、
   前記処理ガスの流れ方向に隣接する前記機能部の組の少なくとも一部が一体物であること、及び、前記処理容器の蓋と当該蓋と前記処理ガスの流れ方向に隣接する前記機能部とが一体物であること、の少なくともいずれか一方を満たす、基板処理装置。
2. 前記一体物は、積層造形技術で形成される、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記一体物における、前記処理ガスに晒される面は、算術平均粗さＲａが１０μｍ以下、０．０３８１μｍ以上である、請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記一体物が有する流路の外周面に沿って、当該外周面に接触するように、当該流路を形成する材料より熱伝導率の高い材料で形成された均熱層を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記一体物が有する流路が導電性材料で形成され、
   当該流路の外周面に沿って、当該外周面に接触するように、絶縁材料で形成された絶縁層と、
   前記絶縁層の外周面に沿って、当該外周面に接触するように、導電材料で形成された導電層と、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. 前記一体物が有する流路は、
   直線状の流路を接続したコの字状の流路、及び、直線状の流路を接続したジグザグ状の流路の少なくともいずれか一方を含み、
   前記コの字状の流路及び前記ジグザグ状の流路の角部を構成する内壁面が平坦である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
7. 前記一体物が有する流路は、曲線状の流路を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
8. 前記一体物が有する流路は、トポロジー最適化された形状を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
9. 真空雰囲気下で基板に対し所定の処理を行う基板処理装置の製造方法であって、
   前記基板処理装置は、
   減圧可能に構成され、前記基板を収容する処理容器と、
   前記所定の処理に用いられる処理ガスの供給源からの前記処理ガスを前記処理容器へ導くガス導入機構と、を備え、
   前記処理容器及び前記ガス導入機構の少なくともいずれか一方は、前記所定の処理時に６０℃以上に加熱され、
   前記ガス導入機構は、
   前記供給源に一端が接続された供給管の他端が接続される接続口と、前記処理容器の蓋に形成され前記処理容器の外部から内部へ前記処理ガスを通す導入管路とを接続する接続管路が形成され、
   互いに異なる機能を有する複数の機能部を備え、
   前記複数の機能部は、
   それぞれ流路を有し、
   それぞれが有する前記流路が互いに連通し前記接続管路が形成されるように、前記処理ガスの流れ方向に沿って配列され、
   当該製造方法は、
   前記処理容器の前記蓋及び前記複数の機能部における、前記処理ガスの流れ方向に隣接する組み合わせの少なくとも一部を、積層造形技術で一体物として成形する一体物作製工程と、
   前記一体物を含む前記基板処理装置の部品から当該基板処理装置を組み立てる組み立て工程と、を有する、基板処理装置の製造方法。
10. 前記一体物における、前記処理ガスに晒される面を平滑化する平滑化工程を有する、請求項９に記載の基板処理装置の製造方法。
11. 前記一体物が有する流路の形状を、トポロジー最適化により決定する工程を有する、請求項９または１０に記載の基板処理装置の製造方法。
    
    

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