JP7693490B2

JP7693490B2 - 成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP7693490B2
Application number: JP2021157838A
Authority: JP
Inventors: 雄治小畑; 庸之岡部
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2025-06-17
Anticipated expiration: 2041-09-28
Also published as: JP2022089151A

Description

本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。

処理容器内の圧力を測定する圧力センサを有する成膜装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。また、処理容器内で載置台とシャワーヘッドとの間に拡散空間を形成し、ガスの置換性を向上させて処理を行う原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２－２４１９４３号公報特開２０１３－０４０３９８号公報特開２０１５－１７５０６０号公報

本開示は、基板近傍の圧力を高い精度で測定できる技術を提供する。

本開示の一態様による成膜装置は、内部を減圧可能な処理容器と、前記処理容器内にガスを供給するシャワーヘッドであり、複数のガス孔が形成された下部材と、該下部材との間に前記ガスを拡散させる拡散空間を形成する上部材とを含むシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドと対向して配置され、前記シャワーヘッドとの間に処理空間を形成する載置台と、前記載置台を昇降させる昇降機構と、前記シャワーヘッドを貫通して前記処理空間と連通する筒状部と、前記筒状部の内部の前記処理空間側に気密に設けられ、前記処理空間の圧力を測定する圧力センサと、を有する。

本開示によれば、基板近傍の圧力を高い精度で測定できる。

第１の実施形態の成膜装置の一例を示す断面図図１の成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図図１の成膜装置のシャワーヘッドを示す斜視図図１の成膜装置のガス供給部を示す斜視図図１の成膜装置のガス供給部を示す縦断面図図１の成膜装置のシャワーヘッドを下方から見た図第１の実施形態の成膜方法の一例を示す図第２の実施形態の成膜装置のシャワーヘッドを示す断面図第２の実施形態の成膜装置のシャワーヘッドを示す平面図処理容器内の圧力の時間変化を示す図ＴｉＣｌ_４分圧の時間変化を示す図段差被覆性とＴｉＣｌ_４分圧との関係を示す図

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
（成膜装置）
図１～図６を参照し、第１の実施形態の成膜装置の一例について説明する。第１の実施形態の成膜装置は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法による成膜が実施可能な装置として構成されている。

成膜装置１００は、処理容器１、載置台２、シャワーヘッド３、ガス供給部４、ガス導入部５、排気部６、圧力測定部７、制御部９等を備える。

処理容器１は、内部を減圧可能な真空容器である。処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器１は、基板の一例である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を収容する。処理容器１の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１は、ゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天板部材１４が設けられている。排気ダクト１３と天板部材１４との間は、シールリング１５で気密に封止されている。

載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷよりも大きい円板状を有し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で構成されている。載置台２の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することにより、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。

載置台２は、支持部材２３に支持されている。支持部材２３は、載置台２の底面中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。載置台２は、昇降機構２４により、図１で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられている。処理容器１の底面と鍔部２５との間には、ベローズ２６が設けられている。ベローズ２６は、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮する。

処理容器１の底面近傍には、昇降板から上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板を介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送ロボット（図示せず）と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、例えば金属材料により形成され、載置台２に対向して配置されている。シャワーヘッド３は、載置台２とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド３は、上部材３１及び下部材３２を含む。上部材３１は、天板部材１４の下面に固定されている。下部材３２は、上部材３１の下に接続されている。上部材３１と下部材３２との間には、ガスを拡散する拡散空間３３が形成されている。拡散空間３３には、天板部材１４及び上部材３１を貫通するようにガス導入路３６が設けられている。ガス導入路３６には、ガス導入部５から後述するインレットブロック５５を介してガスが導入される。下部材３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部３４が形成されている。下部材３２における環状突起部３４の内側の平坦面には、多数のガス孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に移動した状態では、載置台２と下部材３２との間に狭い処理空間３７が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３８が形成される。

多数のガス孔３５は、複数の傾斜孔３５ａ及び複数の未傾斜孔３５ｂを含む。複数の傾斜孔３５ａは、後述する筒状部７１の周囲に配置され、拡散空間３３の側から処理空間３７の側に向けて筒状部７１の中心方向に傾斜する。複数の傾斜孔３５ａは、筒状部７１の中心に近いほど傾斜角が大きくなるように配置されていることが好ましい。これにより、ガス孔３５が配置されていない筒状部７１の下方にもガスが吐出されるため、面内均一性が向上する。複数の未傾斜孔３５ｂは、複数の傾斜孔３５ａの周囲に配置され、拡散空間３３の側から処理空間３７の側に向けて傾斜を有しない。

ガス供給部４は、拡散空間３３内に、例えば８個設けられている。８個のガス供給部４は、シャワーヘッド３の中心を円環状に等間隔で囲むように配置されている。なお、拡散空間３３内に設けられるガス供給部４の個数は、８個の場合に限られるものではない。例えば少なくとも２個、好ましくは３個以上のガス供給部４がシャワーヘッド３の中心を囲む環上の互いに離れた位置に設けられていれば、短時間でシャワーヘッド３内に均一にガスを供給できる。なお、複数のガス供給部４が設けられる環の形状は円環に限られるものではなく、例えば四角い環上に配置してもよい。

各ガス供給部４は、図４及び図５に示されるように、上部材３１に締結される台座部４３と、台座部４３の下面側に設けられ、内部が中空のヘッド部４１とを備えている。上部材３１の下面には、台座部４３が挿入される凹部が形成され、台座部４３をこの凹部内に嵌合させたとき、ヘッド部４１が、上部材３１の下面から拡散空間３３内に突出した状態となる。

台座部４３には、ねじ穴４３ａが形成され、ねじ穴４３ａ及び上部材３１側の凹部内に形成されたねじ穴にねじ４３ｂを螺合させることにより、上部材３１に対して台座部４３が締結される。

台座部４３と上部材３１との間に処理ガスが侵入して膜が成膜され、台座部４３及び上部材３１が固着すると、ガス供給部４を取り外す際などにパーティクルが発生する原因となる。そこで、本例の台座部４３は、このようなパーティクルの発生を抑制できる構成となっている。

図５に示されるように、台座部４３は上部材３１側の凹部よりも一回り小さく形成されており、台座部４３の外周面と上部材３１側の凹部の内周面との間には例えば、０．１～１ｍｍ程度の隙間３１ａが形成される。また、台座部４３におけるねじ穴４３ａの上端部には、上部側へ向けて突出する扁平なリング状の突部４３ｃが突出している。台座部４３はこの突部４３ｃの上面側の接触面を介して上部材３１と接触し、台座部４３の上面と、上部材３１側の凹部の下面との間にも側面側と同程度の隙間３１ａが形成される。

さらに台座部４３には、台座部４３を上下方向に貫通するように、上部材３１に形成されているガス導入路３６に連通するガス路４３ｄが形成されている。ガス路４３ｄの上端側の開口部の周囲には、ガス導入路３６とガス路４３ｄとを気密に接続するパッキング部材であるＯリング４３ｅが設けられている。

この結果、上部材３１と接触する部分は突部４３ｃの上面側の接触面及びＯリング４３ｅに限定され、その他の部分では台座部４３と上部材３１との間に比較的大きな隙間３１ａが形成されることになる。従って、台座部４３と上部材３１とに処理ガスが進入して膜が形成されても、台座部４３と上部材３１とが固着しにくい。その結果、ガス供給部４の取り外しの際等におけるパーティクルの発生を抑制できる。

また、上部材３１に接触する部分が突部４３ｃの上面側の接触面、及びＯリング４３ｅに限定され、これらの接触部分は反応ガスが進入位置から遠い台座部４３の上面側に設けられている。このため、突部４３ｃの接触面やＯリング４３ｅと、上部材３１との間に反応ガスが進入しにくい。また、進入したとしてもその面積が小さい。その結果、ガス供給部４の取り外し等におけるパーティクルの発生を抑制できる。

ヘッド部４１は、ガス路４３ｄの下端側の開口部を台座部４３の下面側から覆うように設けられ、例えば直径が８～２０ｍｍの範囲内の例えば２０ｍｍの扁平な円筒形状のカバーである。ヘッド部４１の側面には、周方向に沿って間隔をおいて設けられた複数のガス吐出口４２が形成されている。各ヘッド部４１に対してガス吐出口４２は例えば３個以上設けることが好ましく、本例では１２個設けられている。また、ヘッド部４１の下面は塞がれていてガス吐出口４２が設けられていないので、ヘッド部４１内に流れ込んだガスは、各ガス吐出口４２から横方向へ向けて均一に広がるように吐出される。

上述のようにガス供給部４は、周方向に向けて均一にガスを広げることができるように構成されている。これらガス供給部４のガス吐出口４２から吐出されたガスは、シャワーヘッド３内に十分に広がってからガス孔３５を介して処理空間３７に供給される。これにより、載置台２上のウエハＷの表面に均一にガスが供給される。

ガス導入部５は、各種のガスをシャワーヘッド３に供給する。ガス導入部５は、原料ガス供給部５１、第１のパージガス供給部５２、窒化ガス供給部５３、第２のパージガス供給部５４及びインレットブロック５５を有する。

原料ガス供給部５１は、原料ガスソース５１Ｓ、ガス供給ライン５１Ｌ、流量制御器５１Ｍ、貯留タンク５１Ｔ及びバルブ５１Ｖを含む。原料ガスソース５１Ｓは、処理容器１内に、ガス供給ライン５１Ｌを介して原料ガスの一例である塩化チタンガス（ＴｉＣｌ_４）を供給する。ガス供給ライン５１Ｌは、原料ガスソース５１Ｓから延びるラインである。ガス供給ライン５１Ｌは、インレットブロック５５に接続されている。ガス供給ライン５１Ｌには、原料ガスソース５１Ｓ側から順に、流量制御器５１Ｍ、貯留タンク５１Ｔ及びバルブ５１Ｖが介設されている。流量制御器５１Ｍは、ガス供給ライン５１Ｌを流れるＴｉＣｌ_４の流量を制御する。流量制御器５１Ｍは、例えば質量流量制御器（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）である。貯留タンク５１Ｔは、ＴｉＣｌ_４を一時的に貯留する。貯留タンク５１Ｔが設けられていることにより、処理容器１内に短時間で大流量のＴｉＣｌ_４を供給できる。貯留タンク５１Ｔは、バッファタンク、フィルタンクとも称される。バルブ５１Ｖは、ＡＬＤの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ５１Ｖは、例えば高速で開閉可能なＡＬＤバルブである。ＡＬＤバルブは、０．０１秒～１．０秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。

第１のパージガス供給部５２は、パージガスソース５２Ｓ、ガス供給ライン５２Ｌ、流量制御器５２Ｍ及びバルブ５２Ｖを含む。パージガスソース５２Ｓは、処理容器１内に、ガス供給ライン５２Ｌを介してパージガスの一例である窒素ガス（Ｎ_２）を供給する。ガス供給ライン５２Ｌは、パージガスソース５２Ｓから延びるラインである。ガス供給ライン５２Ｌは、ガス供給ライン５１Ｌに接続されている。ガス供給ライン５２Ｌには、パージガスソース５２Ｓ側から順に、流量制御器５２Ｍ及びバルブ５２Ｖが介設されている。流量制御器５２Ｍは、ガス供給ライン５２Ｌを流れるＮ_２の流量を制御する。流量制御器５２Ｍは、例えば質量流量制御器である。バルブ５２Ｖは、ＡＬＤの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ５２Ｖは、例えば高速で開閉可能なＡＬＤバルブである。ＡＬＤバルブは、０．０１秒～１．０秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。

窒化ガス供給部５３は、窒化ガスソース５３Ｓ、ガス供給ライン５３Ｌ、流量制御器５３Ｍ、貯留タンク５３Ｔ及びバルブ５３Ｖを含む。窒化ガスソース５３Ｓは、処理容器１内に、ガス供給ライン５３Ｌを介して窒化ガスの一例であるアンモニアガス（ＮＨ_３）を供給する。ガス供給ライン５３Ｌは、窒化ガスソース５３Ｓから延びるラインである。ガス供給ライン５３Ｌは、インレットブロック５５に接続されている。ガス供給ライン５３Ｌには、窒化ガスソース５３Ｓ側から順に、流量制御器５３Ｍ、貯留タンク５３Ｔ及びバルブ５３Ｖが介設されている。流量制御器５３Ｍは、ガス供給ライン５３Ｌを流れるＮＨ_３の流量を制御する。流量制御器５３Ｍは、例えば質量流量制御器である。貯留タンク５３Ｔは、ＮＨ_３を一時的に貯留する。貯留タンク５３Ｔが設けられていることにより、処理容器１内に短時間で大流量のＮＨ_３を供給できる。貯留タンク５３Ｔは、バッファタンク、フィルタンクとも称される。バルブ５３Ｖは、ＡＬＤの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ５３Ｖは、例えば高速で開閉可能なＡＬＤバルブである。ＡＬＤバルブは、０．０１秒～１．０秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。

第２のパージガス供給部５４は、パージガスソース５４Ｓ、ガス供給ライン５４Ｌ、流量制御器５４Ｍ及びバルブ５４Ｖを含む。パージガスソース５４Ｓは、処理容器１内に、ガス供給ライン５４Ｌを介してパージガスの一例である窒素ガス（Ｎ_２）を供給する。ガス供給ライン５４Ｌは、パージガスソース５４Ｓから延びるラインである。ガス供給ライン５４Ｌは、ガス供給ライン５３Ｌに接続されている。ガス供給ライン５４Ｌには、パージガスソース５４Ｓ側から順に、流量制御器５４Ｍ及びバルブ５４Ｖが介設されている。流量制御器５４Ｍは、ガス供給ライン５４Ｌを流れるＮ_２の流量を制御する。流量制御器５４Ｍは、例えば質量流量制御器である。バルブ５４Ｖは、ＡＬＤの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ５４Ｖは、例えば高速で開閉可能なＡＬＤバルブである。ＡＬＤバルブは、０．０１秒～１．０秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。

インレットブロック５５は、内部が中空な円筒形状を有し、天板部材１４上に設けられている。インレットブロック５５は、天板部材１４の中心に配置されている。インレットブロック５５の内部には、ガス流路５５ａが形成されている。ガス流路５５ａは、ガス供給ライン５１Ｌ，５３Ｌ及びガス導入路３６と連通しており、ガス供給ライン５１Ｌ，５３Ｌから供給されるガスをガス導入路３６へ供給する。

排気部６は、処理容器１の内部を排気することにより、該処理容器１内を減圧する。排気部６は、排気配管６１、圧力制御器６２及び真空ポンプ６３を含む。排気配管６１は、排気口１３ｂに接続されている。圧力制御器６２は、排気配管６１に介設されている。圧力制御器６２は、例えば開度を調整することで排気配管６１内のコンダクタンスを制御するバルブであってよい。真空ポンプ６３は、排気配管６１に介設されている。

圧力測定部７は、筒状部７１及び圧力センサ７２を含む。筒状部７１は、内部が中空な円筒形状を有する。筒状部７１は、天板部材１４及びシャワーヘッド３を厚さ方向に貫通して処理空間３７と連通する。筒状部７１は、天板部材１４の中心に設けられている。これにより、平面視において、筒状部７１の中空部とインレットブロック５５の中空部とが連通する。圧力センサ７２は、筒状部７１の内部に気密に設けられ、処理空間３７の圧力を測定する。圧力センサ７２は、測定値を制御部９に送信する。

制御部９は、成膜装置１００の各部の動作の制御することにより、後述する成膜方法を実施する。制御部９は、例えばコンピュータ等であってよい。成膜装置１００の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。

ところで、従来、減圧ＣＶＤ装置、減圧ＡＬＤ装置においては、処理容器内の圧力を測定するために、キャパシタンスマノメータ等の圧力センサを処理容器の側壁に設置し、圧力測定が行われている。しかし、前述の成膜装置１００のように処理容器１内で載置台２とシャワーヘッド３との間に狭い処理空間３７を形成し、ガスの置換性を向上させて処理を行うＡＬＤ装置においては、処理空間３７の正確な圧力が測定できない。そのため、プロセス性能を確保するためには条件を変えて何度もプロセスを試行しなくてはならないことから、プロセス性能の確保が困難である。

これに対し、実施形態の成膜装置１００によれば、シャワーヘッド３を貫通して処理空間３７と連通する筒状部７１と、該筒状部７１の内部に気密に設けられ、処理空間３７の圧力を測定する圧力センサ７２と、を有する。これにより、処理空間３７の圧力、すなわち、ウエハＷ近傍の圧力を高い精度で測定できる。

（成膜方法）
図７を参照し、実施形態の成膜方法の一例について説明する。実施形態の成膜方法は、搬入工程、成膜工程及び搬出工程を有する。

搬入工程では、処理容器１内にウエハＷを搬入する。搬入工程では、載置台２を搬送位置に下降させた状態でゲートバルブ１２を開き、搬送ロボット（図示せず）によりウエハＷを、搬入出口１１を介して処理容器１内に搬入し、ヒータ２１により所定温度に加熱された載置台２上に載置する。続いて、載置台２を処理位置まで上昇させ、処理容器１内を所定圧力まで減圧する。

成膜工程は、搬入工程の後に行われる。成膜工程では、ＴｉＣｌ_４供給ステップ、ＴｉＣｌ_４パージステップ、ＮＨ_３供給ステップ及びＮＨ_３パージステップを含む一連の動作を１サイクルとし、サイクル数を制御することで所望の膜厚の窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜する。

ＴｉＣｌ_４供給ステップは、ＴｉＣｌ_４を処理空間３７に供給するステップである。ＴｉＣｌ_４供給ステップでは、まず、バルブ５２Ｖ，５４Ｖを開き、パージガスソース５２Ｓ，５４Ｓから、ガス供給ライン５２Ｌ，５４Ｌを経てＮ_２ガスを供給し続ける。また、バルブ５１Ｖを開くことにより、原料ガス供給部５１からガス供給ライン５１Ｌを経てＴｉＣｌ_４を処理空間３７に供給する。このとき、ＴｉＣｌ_４は、貯留タンク５１Ｔに一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。また、ＴｉＣｌ_４供給ステップでは、制御部９は、圧力センサ７２の測定値に基づき圧力制御器６２を制御することにより、処理空間３７内を所望の圧力に制御する。

ＴｉＣｌ_４パージステップは、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ_４等をパージするステップである。ＴｉＣｌ_４パージステップでは、ガス供給ライン５２Ｌ，５４Ｌを介してのＮ_２ガスの供給を継続した状態で、バルブ５１Ｖを閉じてガス供給ライン５１ＬからのＴｉＣｌ_４の供給を停止する。

ＮＨ_３供給ステップは、ＮＨ_３ガスを処理空間３７に供給するステップである。ＮＨ_３供給ステップでは、ガス供給ライン５２Ｌ，５４Ｌを介してのＮ_２ガスの供給を継続した状態で、バルブ５３Ｖを開く。これにより、窒化ガスソース５３Ｓからガス供給ライン５３Ｌを経てＮＨ_３ガスを処理空間３７に供給する。このとき、ＮＨ_３は、貯留タンク５３Ｔに一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。ＮＨ_３供給ステップにより、ウエハＷ上に吸着したＴｉＣｌ_４が還元される。このときのＮＨ_３の流量は、十分に還元反応が生じる量とすることができる。また、ＮＨ_３供給ステップでは、制御部９は、圧力センサ７２の測定値に基づき圧力制御器６２を制御することにより、処理空間３７内を所望の圧力に制御する。

ＮＨ_３パージステップは、処理空間３７の余剰のＮＨ_３をパージするステップである。ＮＨ_３パージステップでは、ガス供給ライン５２Ｌ，５４Ｌを介してのＮ_２ガスの供給を継続した状態で、バルブ５３Ｖを閉じてガス供給ライン５３ＬからのＮＨ_３の供給を停止する。

以上に説明したＴｉＣｌ_４供給ステップ、ＴｉＣｌ_４パージステップ、ＮＨ_３供給ステップ及びＮＨ_３パージステップを含む一連の動作を１サイクルとし、サイクル数を制御することで、所望の膜厚のＴｉＮ膜を成膜できる。

搬出工程は、成膜工程が終了した後に実行される。搬出工程では、載置台２を搬送位置まで下降させた状態でゲートバルブ１２を開き、搬送ロボット（図示せず）によりウエハＷを、搬入出口１１を介して処理容器１外に搬出する。

また、次に処理するウエハＷがある場合には、搬出工程の後、再び搬入工程に戻り、成膜工程及び搬出工程を実行する。これにより、次のウエハＷに対して所望の膜厚のＴｉＮ膜を成膜できる。

以上に説明した実施形態の成膜方法によれば、シャワーヘッド３を貫通して処理空間３７と連通する筒状部７１の内部に気密に設けられる圧力センサ７２の測定値に基づき圧力制御器６２を制御することにより、処理空間３７内を所望の圧力に制御する。これにより、ウエハＷ近傍の圧力を高い精度で制御できるので、所望のプロセス性能を容易に実現できる。

なお、図２に示す例では圧力センサ７２とシャワーヘッド３のウエハＷと対向する面との間にデッドスペース７３が存在しているが、ガスの滞留・残留を抑制する観点から、圧力センサ７２とシャワーヘッド３のウエハＷと対向する面は同一面になるように圧力センサ７２を配置することが好ましい。

〔第２の実施形態〕
図８及び図９を参照し、第２の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図８は、第２の実施形態の成膜装置のシャワーヘッドの一例を示す概略断面図である。図９は、第２の実施形態の成膜装置のシャワーヘッドの一例を示す概略平面図である。なお、図８は、図９における一点鎖線VIII－VIIIにおいて切断した断面を示す。

図８及び図９に示されるように、第２の実施形態の成膜装置１００Ａは、インレットブロック５５上にバルブ５１Ｖ～５４Ｖが設けられている点で、第１の実施形態の成膜装置１００と異なる。なお、その他の構成については、第１の実施形態の成膜装置１００と同じ構成であってよい。

第２の実施形態の成膜装置１００Ａによれば、処理空間３７の近傍にバルブ５１Ｖ～５４Ｖが設けられているので、バルブ５１Ｖ～５４Ｖを開いた後に処理ガスが処理空間３７に供給されるまでのタイムラグ（時間の遅れ）を短くできる。更にはバルブ５１Ｖ～５４Ｖから処理空間３７までの距離を短くできることから、バルブ５１Ｖ～５４Ｖを閉じた後のバルブ５１Ｖ～５４Ｖの二次側のガス流路内に残留するガスの量を減らすことができる。その結果、ＡＬＤプロセスにおけるガスの切り替えを短時間でスムースに行うことができる。

〔実施例〕
実施例では、前述した実施形態の成膜方法によりＴｉＮ膜を成膜する際のＴｉＣｌ_４の供給タイミングを変更したときのＴｉＣｌ_４分圧を比較した。

ＡＬＤプロセスでは、高速でガスや処理容器１内の圧力を切り替えながら成膜しており、処理容器１内の圧力が変動（脈動）する中でガスを供給する必要から、反応領域（処理空間３７）へ供給される原料ガス（ＴｉＣｌ_４）の圧力も非定常となり易い。

図１０は、処理容器１内の圧力の時間変化を示す図である。図１０中、横軸は時間［秒］を示し、縦軸は処理容器１内の圧力［Ｔｏｒｒ］を示す。図１１は、ＴｉＣｌ_４分圧の時間変化を示す図である。図１１中、横軸は時間［秒］を示し、縦軸はＴｉＣｌ_４分圧［Ｔｏｒｒ］を示す。図１０及び図１１において、実線、破線及び一点鎖線は、処理容器１内の圧力が夫々１．５Ｔｏｒｒ（２００Ｐａ）、３．０Ｔｏｒｒ（４００Ｐａ）及び５．０Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）となった時点で処理容器１内にＴｉＣｌ_４を供給したときの結果を示す。

図１０及び図１１に示されるように、処理容器１内の圧力が変動する中で原料ガス（ＴｉＣｌ_４）を供給する場合、原料ガス（ＴｉＣｌ_４）分圧は処理容器１内の圧力を監視するだけでは一意に求めることが難しいことが分かる。そのため、シャワーヘッドに圧力センサを設置し、基板近傍の圧力を測定することは、ＴｉＣｌ_４分圧を知るうえで重要であると考えられる。

図１２は、段差被覆性とＴｉＣｌ_４分圧との関係を示す図である。図１２中、横軸は凹部を含むパターンが形成されたパターン基板にＴｉＮ膜を成膜したときの段差被覆性［％］を示し、縦軸はＴｉＣｌ_４分圧［Ｔｏｒｒ］を示す。

図１２に示されるように、段差被覆性とＴｉＣｌ_４分圧との間には正の相関があることが分かる。この結果から、ＴｉＣｌ_４分圧を高くすることにより、段差被覆性を高めることができると言える。

以上の結果から、シャワーヘッドに圧力センサを設置し、基板近傍の圧力を測定することは、プロセス性能（例えば段差被覆性）を把握する上で重要であると言える。

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趣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。

上記の実施形態では、筒状部及び圧力センサがシャワーヘッドの中心に設けられている場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、筒状部及び圧力センサは、シャワーヘッドの中心以外に設けられていてもよい。また例えば、筒状部及び圧力センサは、シャワーヘッドの面内における複数の位置に設けられていてもよい。これにより、基板面内における圧力分布を測定できる。

上記の実施形態では、ＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３ガスを交互に間欠的に供給してＴｉＮ膜を成膜するＡＬＤ装置を説明したが、本開示はこれに限定されず、他のガスを利用して他の膜を成膜するＡＬＤ装置にも本開示を適用できる。

１処理容器
２載置台
２４昇降機構
３シャワーヘッド
３１上部材
３２下部材
３３拡散空間
３５ガス孔
３７処理空間
７１筒状部
７２圧力センサ
１００，１００Ａ成膜装置

Claims

内部を減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するシャワーヘッドであり、複数のガス孔が形成された下部材と、該下部材との間に前記ガスを拡散させる拡散空間を形成する上部材とを含むシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと対向して配置され、前記シャワーヘッドとの間に処理空間を形成する載置台と、
前記載置台を昇降させる昇降機構と、
前記シャワーヘッドを貫通して前記処理空間と連通する筒状部と、
前記筒状部の内部の前記処理空間側に気密に設けられ、前記処理空間の圧力を測定する圧力センサと、
を有する、成膜装置。
前記筒状部の内部が前記処理空間と連通する位置は、前記シャワーヘッドの中心である、
請求項１に記載の成膜装置。
前記複数のガス孔は、前記拡散空間の側から前記処理空間の側に向けて前記筒状部の中心方向に傾斜する複数の傾斜孔を含む、
請求項１又は２に記載の成膜装置。
前記複数の傾斜孔は、前記筒状部の中心に近いほど傾斜角が大きい、
請求項３に記載の成膜装置。
前記複数のガス孔は、前記拡散空間の側から前記処理空間の側に向けて傾斜を有しない複数の未傾斜孔を含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御器と、
前記圧力センサの測定値に基づいて前記圧力制御器を制御する制御部と、
を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記上部材の上に前記筒状部を囲むように設けられ、前記拡散空間に前記ガスを導入する円筒形状のインレットブロックを有する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
内部を減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するシャワーヘッドであり、複数のガス孔が形成された下部材と、該下部材との間に前記ガスを拡散させる拡散空間を形成する上部材とを含むシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと対向して配置され、前記シャワーヘッドとの間に処理空間を形成する載置台と、
前記載置台を昇降させる昇降機構と、
前記シャワーヘッドを貫通して前記処理空間と連通する筒状部と、
前記筒状部の内部の前記処理空間側に気密に設けられ、前記処理空間の圧力を測定する圧力センサと、
を有する成膜装置における成膜方法であって、
前記圧力センサの測定値に基づいて前記処理容器内の圧力を制御する、
成膜方法。