JPH08291385A - 処理装置のシャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法 - Google Patents
処理装置のシャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内部で成膜が発生することを防止することが
できる処理装置のシャワーヘッド構造を提供する。 【構成】 複数種類の処理ガスにより被処理体Wの表面
に成膜を行なう処理装置に設けられ、前記処理ガスを供
給すべく処理空間Sに臨ませた多数のガス噴射孔78を
形成したシャワーヘッド本体56を有するシャワーヘッ
ド構造において、複数種類の処理ガスの流れるガス流路
53,54をそれぞれ別々に設け、流路途中でこれらの
ガスが混合しないようにする。そして、ガス噴射孔から
処理空間Sに噴射させた時にこれらのガスを初めて混合
させるようにする。
できる処理装置のシャワーヘッド構造を提供する。 【構成】 複数種類の処理ガスにより被処理体Wの表面
に成膜を行なう処理装置に設けられ、前記処理ガスを供
給すべく処理空間Sに臨ませた多数のガス噴射孔78を
形成したシャワーヘッド本体56を有するシャワーヘッ
ド構造において、複数種類の処理ガスの流れるガス流路
53,54をそれぞれ別々に設け、流路途中でこれらの
ガスが混合しないようにする。そして、ガス噴射孔から
処理空間Sに噴射させた時にこれらのガスを初めて混合
させるようにする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸気圧の低い液体材
料、例えばジメチルアミノチタン、ジエチルアミノチタ
ン等の温度管理の難しい処理ガスを使用する処理装置の
シャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法に関する。
料、例えばジメチルアミノチタン、ジエチルアミノチタ
ン等の温度管理の難しい処理ガスを使用する処理装置の
シャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
には、半導体ウエハに対して成膜、エッチング等の各種
の処理が繰り返し施される。成膜の種類としては、絶縁
用の酸化膜や配線用の金属膜などがあり、金属膜を形成
する時に使用する処理ガスとしては例えば有機系の金属
化合物が用いられるが、この有機系の金属化合物は室温
で液体であり、且つ蒸気圧が低いためかなり温度管理が
難しく、例えば常温では液体状態であることから供給系
に特別の対策を施したり、或いは供給時の温度によって
所望の目的とする箇所に成膜が付着せずに、不必要な箇
所に成膜が形成されてしまうというような、取り扱い上
の困難性がある。
には、半導体ウエハに対して成膜、エッチング等の各種
の処理が繰り返し施される。成膜の種類としては、絶縁
用の酸化膜や配線用の金属膜などがあり、金属膜を形成
する時に使用する処理ガスとしては例えば有機系の金属
化合物が用いられるが、この有機系の金属化合物は室温
で液体であり、且つ蒸気圧が低いためかなり温度管理が
難しく、例えば常温では液体状態であることから供給系
に特別の対策を施したり、或いは供給時の温度によって
所望の目的とする箇所に成膜が付着せずに、不必要な箇
所に成膜が形成されてしまうというような、取り扱い上
の困難性がある。
【0003】ここで、金属膜としてTiN(チタンナイ
トライド)を成膜する場合の枚葉式の従来のメタルCV
D装置を例にとって説明する。チタンナイトライドを成
膜する場合には例えば処理ガスとして有機系のジエチル
アミノチタン(TDEAT)と還元剤のアンモニア(N
H3 )を用い、キャリアガスとしてN2 ガス等の不活性
ガスを用いている。図6は上記処理ガスを使用するメタ
ルCVD装置の一例を示す断面図であり、例えばアルミ
ニウム等よりなる筒体状の処理容器2内には、例えばグ
ラファイト等よりなる載置台4を設け、この載置台4上
に被処理体として半導体ウエハWを載置保持するように
なっている。処理容器2の底部に石英ガラス製の透過窓
6を気密に設け、この下方に例えばハロゲンランプ等の
強力な加熱ランプ8を回転可能に設けて載置台4に保持
したウエハWを所定のプロセス温度、例えば400℃に
加熱するようになっている。
トライド)を成膜する場合の枚葉式の従来のメタルCV
D装置を例にとって説明する。チタンナイトライドを成
膜する場合には例えば処理ガスとして有機系のジエチル
アミノチタン(TDEAT)と還元剤のアンモニア(N
H3 )を用い、キャリアガスとしてN2 ガス等の不活性
ガスを用いている。図6は上記処理ガスを使用するメタ
ルCVD装置の一例を示す断面図であり、例えばアルミ
ニウム等よりなる筒体状の処理容器2内には、例えばグ
ラファイト等よりなる載置台4を設け、この載置台4上
に被処理体として半導体ウエハWを載置保持するように
なっている。処理容器2の底部に石英ガラス製の透過窓
6を気密に設け、この下方に例えばハロゲンランプ等の
強力な加熱ランプ8を回転可能に設けて載置台4に保持
したウエハWを所定のプロセス温度、例えば400℃に
加熱するようになっている。
【0004】また、処理容器2の天井部には、容器内に
処理ガスを供給噴射するためのシャワーヘッド10が設
けられる。このシャワーヘッド10は、アルミニウム等
により円筒状に成形されたシャワーヘッド本体12内に
複数、例えば2枚の拡散板14を設け、このシャワーヘ
ッド本体12に処理ガスとして原料ガスであるジエチル
アミノチタンと還元ガスであるアンモニア(NH3 )を
供給する原料ガス管16及び還元ガス管18が接続され
ている。上記各ガスは、例えば窒素ガスよりなるキャリ
アガスによりそれぞれの配管16、18内を搬送されて
シャワーヘッド本体12内に至り、両ガスがこの本体1
2内で混合されて、各拡散板14の拡散孔20を通って
拡散された後、噴射孔22から処理空間内に放出され、
ウエハ表面に所定の金属膜、例えばTiNを形成するよ
うになっている。
処理ガスを供給噴射するためのシャワーヘッド10が設
けられる。このシャワーヘッド10は、アルミニウム等
により円筒状に成形されたシャワーヘッド本体12内に
複数、例えば2枚の拡散板14を設け、このシャワーヘ
ッド本体12に処理ガスとして原料ガスであるジエチル
アミノチタンと還元ガスであるアンモニア(NH3 )を
供給する原料ガス管16及び還元ガス管18が接続され
ている。上記各ガスは、例えば窒素ガスよりなるキャリ
アガスによりそれぞれの配管16、18内を搬送されて
シャワーヘッド本体12内に至り、両ガスがこの本体1
2内で混合されて、各拡散板14の拡散孔20を通って
拡散された後、噴射孔22から処理空間内に放出され、
ウエハ表面に所定の金属膜、例えばTiNを形成するよ
うになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、原料ガスで
あるジエチルアミノチタンは、室温、例えば略40℃以
下では圧力に関係なく液体状態にあり、アンモニアと混
ざった状態で略100℃以上ではこれらが反応してしま
って金属表面等に成膜が形成されるという性質を有す。
そのため、ガス源からシャワーヘッド10に至る経路
は、経路内部で原料ガスの液化が生じないように経路全
体を加熱するようにしてはいるが、しかしながら、上述
したように従来のシャワーヘッド構造にあっては、シャ
ワーヘッド本体12内に原料ガスが供給されると同時に
アンモニアガスと混合されて直ちに成膜が開始されてし
まい、図示するようにシャワーヘッド本体12内に多量
の成膜物質24が付着してしまって、目的とするウエハ
表面に所定の成膜を十分に施すことができないという問
題点があった。
あるジエチルアミノチタンは、室温、例えば略40℃以
下では圧力に関係なく液体状態にあり、アンモニアと混
ざった状態で略100℃以上ではこれらが反応してしま
って金属表面等に成膜が形成されるという性質を有す。
そのため、ガス源からシャワーヘッド10に至る経路
は、経路内部で原料ガスの液化が生じないように経路全
体を加熱するようにしてはいるが、しかしながら、上述
したように従来のシャワーヘッド構造にあっては、シャ
ワーヘッド本体12内に原料ガスが供給されると同時に
アンモニアガスと混合されて直ちに成膜が開始されてし
まい、図示するようにシャワーヘッド本体12内に多量
の成膜物質24が付着してしまって、目的とするウエハ
表面に所定の成膜を十分に施すことができないという問
題点があった。
【0006】そこで、従来のシャワーヘッド構造に冷却
手段を設けて内部に成膜が付着しないように構成するこ
とも考えられるが、この場合には、原料ガスであるジエ
チルアミノチタンが液化してしまい、気体としてウエハ
に供給することができないという理由から、採用するこ
とができない。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、内部で成膜が発生することを防止するこ
とができる、処理装置のシャワーヘッド構造及び処理ガ
スの供給方法を提供することにある。
手段を設けて内部に成膜が付着しないように構成するこ
とも考えられるが、この場合には、原料ガスであるジエ
チルアミノチタンが液化してしまい、気体としてウエハ
に供給することができないという理由から、採用するこ
とができない。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、内部で成膜が発生することを防止するこ
とができる、処理装置のシャワーヘッド構造及び処理ガ
スの供給方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、複数種類の処理ガスにより被処理体の
表面に成膜を行なう処理装置に設けられ、前記処理ガス
を供給すべく処理空間に臨ませた多数のガス噴射孔を形
成したシャワーヘッド本体を有するシャワーヘッド構造
において、前記シャワーヘッド本体には、前記複数種類
の処理ガスの流れるガス流路を、前記ガス噴射孔に至る
まで別個独立させて形成するように構成したものであ
る。
解決するために、複数種類の処理ガスにより被処理体の
表面に成膜を行なう処理装置に設けられ、前記処理ガス
を供給すべく処理空間に臨ませた多数のガス噴射孔を形
成したシャワーヘッド本体を有するシャワーヘッド構造
において、前記シャワーヘッド本体には、前記複数種類
の処理ガスの流れるガス流路を、前記ガス噴射孔に至る
まで別個独立させて形成するように構成したものであ
る。
【0008】
【作用】本発明は、以上のように構成したので、複数種
類の処理ガスはシャワーヘッド本体内に導入されても混
合されずにこの中に別個独立させて設けたガス流路を流
れ、ガス噴射孔から処理空間に放出された時に初めてこ
れらのガスは混合されることになる。従って、シャワー
ヘッド本体内では処理ガス同士が反応することがないの
でこの内部で成膜が形成されることがなく、目的とする
被処理体の表面に成膜を形成することが可能となる。
類の処理ガスはシャワーヘッド本体内に導入されても混
合されずにこの中に別個独立させて設けたガス流路を流
れ、ガス噴射孔から処理空間に放出された時に初めてこ
れらのガスは混合されることになる。従って、シャワー
ヘッド本体内では処理ガス同士が反応することがないの
でこの内部で成膜が形成されることがなく、目的とする
被処理体の表面に成膜を形成することが可能となる。
【0009】また、シャワーヘッド本体に加熱手段を設
けてこの温度を適切に管理し、ヘッド本体を上記処理ガ
スが液化する温度以上であって熱分解温度よりも小さな
温度範囲内となるように設定することにより、シャワー
ヘッド本体内での液化や成膜を確実に防止することがで
きる。更には、シャワーヘッド本体のガス噴射部に冷却
手段を設けて、被処理体の輻射熱によりガス噴射部が過
度に加熱されることを防止できるので、この部分にて成
膜が付着することを防止することができる。
けてこの温度を適切に管理し、ヘッド本体を上記処理ガ
スが液化する温度以上であって熱分解温度よりも小さな
温度範囲内となるように設定することにより、シャワー
ヘッド本体内での液化や成膜を確実に防止することがで
きる。更には、シャワーヘッド本体のガス噴射部に冷却
手段を設けて、被処理体の輻射熱によりガス噴射部が過
度に加熱されることを防止できるので、この部分にて成
膜が付着することを防止することができる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明に係る処理装置のシャワーヘ
ッド構造及び処理ガスの供給方法を添付図面に基づいて
詳述する。図1は本発明に係るシャワーヘッド構造を設
けた処理装置を示す断面図、図2は図1に示すシャワー
ヘッド構造のシャワーヘッド本体を示す部分拡大分解
図、図3は図2に示すシャワーヘッド本体の中段ブロッ
ク体の下面斜視図、図4はシャワーヘッド本体の下面を
示す平面図、図5はシャワーヘッド本体の上面を示す平
面図である。本実施例では、本発明に係るシャワーヘッ
ド構造を、処理装置として枚葉式のメタルCVD装置に
適用した場合を例にとって説明する。
ッド構造及び処理ガスの供給方法を添付図面に基づいて
詳述する。図1は本発明に係るシャワーヘッド構造を設
けた処理装置を示す断面図、図2は図1に示すシャワー
ヘッド構造のシャワーヘッド本体を示す部分拡大分解
図、図3は図2に示すシャワーヘッド本体の中段ブロッ
ク体の下面斜視図、図4はシャワーヘッド本体の下面を
示す平面図、図5はシャワーヘッド本体の上面を示す平
面図である。本実施例では、本発明に係るシャワーヘッ
ド構造を、処理装置として枚葉式のメタルCVD装置に
適用した場合を例にとって説明する。
【0011】図示するようにこのメタルCVD装置26
は、例えばアルミニウム等により略円筒体状に成形され
た処理容器28を有しており、この内部には、被処理体
としての例えば半導体ウエハWを載置するための例えば
グラファイト製の載置台30が底部より支柱32を介し
て保持されている。この載置台30の材料としては、ア
ルミニウムの他にアモルファスカーボン、コンポジット
カーボン,AlN等を用いることができる。この載置台
30の下方には、例えば図示しない昇降手段により上下
移動可能になされた石英ガラス製のリフタピン34が設
けられており、載置台30に設けた貫通孔34Aを挿通
してウエハWの搬出入時にこれを突き上げるようになっ
ている。
は、例えばアルミニウム等により略円筒体状に成形され
た処理容器28を有しており、この内部には、被処理体
としての例えば半導体ウエハWを載置するための例えば
グラファイト製の載置台30が底部より支柱32を介し
て保持されている。この載置台30の材料としては、ア
ルミニウムの他にアモルファスカーボン、コンポジット
カーボン,AlN等を用いることができる。この載置台
30の下方には、例えば図示しない昇降手段により上下
移動可能になされた石英ガラス製のリフタピン34が設
けられており、載置台30に設けた貫通孔34Aを挿通
してウエハWの搬出入時にこれを突き上げるようになっ
ている。
【0012】処理容器28の底部には、例えば石英ガラ
ス製の透過窓36がシール部材38を介して気密に設け
らると共に、この下方にはハロゲンランプ等よりなる複
数の強力な加熱ランプ40が回転台42に設けられてお
り、このランプ40からの熱により、上記処理容器28
内の載置台30を加熱し、この熱でウエハWを所定の温
度、例えば400℃程度に間接的に加熱維持するように
なっている。上記回転台42は、モータ等よりなる回転
機構44に連結されて回転可能になされており、ウエハ
Wの面内均一加熱を可能としている。
ス製の透過窓36がシール部材38を介して気密に設け
らると共に、この下方にはハロゲンランプ等よりなる複
数の強力な加熱ランプ40が回転台42に設けられてお
り、このランプ40からの熱により、上記処理容器28
内の載置台30を加熱し、この熱でウエハWを所定の温
度、例えば400℃程度に間接的に加熱維持するように
なっている。上記回転台42は、モータ等よりなる回転
機構44に連結されて回転可能になされており、ウエハ
Wの面内均一加熱を可能としている。
【0013】また、処理容器28の側壁には、容器に対
してウエハWを搬入・搬出する時に開閉されるゲートバ
ルブ46が設けられ、また、容器底部の周縁部には、図
示しない真空ポンプに接続された排気口48が設けられ
て容器内を均等に真空引きできるようになっている。処
理容器28の天井部は、この中に処理ガスを供給するた
めの本発明のシャワーヘッド構造50が設けられてい
る。本実施例においては、TiNの金属成膜を形成する
ことから処理ガスとしては原料ガスに例えばテトラジエ
チルアミノチタン(TDEAT)を用い、還元ガスにア
ンモニア(NH3 )を用い、また、キャリアガスとして
はN2 ガス等の不活性ガスを用いるが、これら2つの原
料ガスと還元ガスとはこのシャワーヘッド構造内では混
入することなく、処理空間に供給するようになってい
る。すなわち、このシャワーヘッド構造50内を流れる
原料ガスのガス流路52と還元ガスのガス流路54はそ
れぞれ別個独立させて設けられている。
してウエハWを搬入・搬出する時に開閉されるゲートバ
ルブ46が設けられ、また、容器底部の周縁部には、図
示しない真空ポンプに接続された排気口48が設けられ
て容器内を均等に真空引きできるようになっている。処
理容器28の天井部は、この中に処理ガスを供給するた
めの本発明のシャワーヘッド構造50が設けられてい
る。本実施例においては、TiNの金属成膜を形成する
ことから処理ガスとしては原料ガスに例えばテトラジエ
チルアミノチタン(TDEAT)を用い、還元ガスにア
ンモニア(NH3 )を用い、また、キャリアガスとして
はN2 ガス等の不活性ガスを用いるが、これら2つの原
料ガスと還元ガスとはこのシャワーヘッド構造内では混
入することなく、処理空間に供給するようになってい
る。すなわち、このシャワーヘッド構造50内を流れる
原料ガスのガス流路52と還元ガスのガス流路54はそ
れぞれ別個独立させて設けられている。
【0014】具体的には、このシャワーヘッド構造50
は、例えばアルミニウム等により円柱状に成形されたシ
ャワーヘッド本体56を有しており、このシャワーヘッ
ド本体56は厚肉円柱状に成形された複数、図示例にお
いては3つのブロック体、すなわち上段ブロック体5
8、中段ブロック体60及び下段ブロック体62により
構成される。そして、上段ブロック体58の上面に形成
される原料ガス導入口64には、原料ガス源70に接続
された原料ガス供給管68が連結され、また、還元ガス
導入口72には、還元ガス源74に接続された還元ガス
供給管76が接続されている。
は、例えばアルミニウム等により円柱状に成形されたシ
ャワーヘッド本体56を有しており、このシャワーヘッ
ド本体56は厚肉円柱状に成形された複数、図示例にお
いては3つのブロック体、すなわち上段ブロック体5
8、中段ブロック体60及び下段ブロック体62により
構成される。そして、上段ブロック体58の上面に形成
される原料ガス導入口64には、原料ガス源70に接続
された原料ガス供給管68が連結され、また、還元ガス
導入口72には、還元ガス源74に接続された還元ガス
供給管76が接続されている。
【0015】上段ブロック体58に形成される原料ガス
のガス流路52及び還元ガスのガス流路54は、それぞ
れブロック体58の中心部から分岐されて例えば放射状
に半径方向へ延びるように形成されており、中段ブロッ
ク体60のそれぞれのガス流路52、54は、上段ブロ
ック体58と下段ブロック体62に形成される多数のガ
ス噴射孔78との間の中継をなすものであり、中段ブロ
ック体60の上面側には上段ブロック体58のガス流路
52に連結する複数の原料ガスヘッダ部80が切削して
設けられ、このヘッダ部80から下方に向けて多数の原
料ガスのガス流路52が形成される。また、中段ブロッ
ク体60の下面側には、複数の還元ガスヘッダ部82が
切削して設けられており、各還元ガスヘッダ部82は、
上段ブロック体60に形成した還元ガスのガス流路54
に直接或いは間接的に連通されている。図3においては
中段ブロック体60の下面斜視図が示されている。
のガス流路52及び還元ガスのガス流路54は、それぞ
れブロック体58の中心部から分岐されて例えば放射状
に半径方向へ延びるように形成されており、中段ブロッ
ク体60のそれぞれのガス流路52、54は、上段ブロ
ック体58と下段ブロック体62に形成される多数のガ
ス噴射孔78との間の中継をなすものであり、中段ブロ
ック体60の上面側には上段ブロック体58のガス流路
52に連結する複数の原料ガスヘッダ部80が切削して
設けられ、このヘッダ部80から下方に向けて多数の原
料ガスのガス流路52が形成される。また、中段ブロッ
ク体60の下面側には、複数の還元ガスヘッダ部82が
切削して設けられており、各還元ガスヘッダ部82は、
上段ブロック体60に形成した還元ガスのガス流路54
に直接或いは間接的に連通されている。図3においては
中段ブロック体60の下面斜視図が示されている。
【0016】また、下段ブロック体62には、図4にも
示すように略全面に亘ってガス噴射孔78が、例えば1
0〜20mm程度の所定のピッチで整然と配列されてい
る。これらのガス噴射孔78は、噴射後の原料ガスと還
元ガスの均一混合を促進するために原料ガスを放出する
原料ガス噴射孔78A群と還元ガスを放出する還元ガス
噴射孔78B群とを例えば交互に配置させている。図4
においては、便宜上、原料ガス噴射孔78Aは白丸で示
され、還元ガス噴射孔78Bは黒丸で示されている。各
原料ガス噴射孔78Aの上端は上記上段ブロック体60
に形成した原料ガスのガス流路52に連結されており、
また、各還元ガス噴射孔78Bの上端は、中段ブロック
体60に形成した還元ガスヘッダ部82に連通されてい
る。このガス噴射孔78の孔径は、例えば5〜6mm程
度に設定されるが、噴射孔78の形成密度や、ガス供給
量に対応させて供給ガスが偏在しない範囲で適宜設定す
ればよい。
示すように略全面に亘ってガス噴射孔78が、例えば1
0〜20mm程度の所定のピッチで整然と配列されてい
る。これらのガス噴射孔78は、噴射後の原料ガスと還
元ガスの均一混合を促進するために原料ガスを放出する
原料ガス噴射孔78A群と還元ガスを放出する還元ガス
噴射孔78B群とを例えば交互に配置させている。図4
においては、便宜上、原料ガス噴射孔78Aは白丸で示
され、還元ガス噴射孔78Bは黒丸で示されている。各
原料ガス噴射孔78Aの上端は上記上段ブロック体60
に形成した原料ガスのガス流路52に連結されており、
また、各還元ガス噴射孔78Bの上端は、中段ブロック
体60に形成した還元ガスヘッダ部82に連通されてい
る。このガス噴射孔78の孔径は、例えば5〜6mm程
度に設定されるが、噴射孔78の形成密度や、ガス供給
量に対応させて供給ガスが偏在しない範囲で適宜設定す
ればよい。
【0017】このような、ガス噴射孔78及び上記ガス
流路52、54は、ドリル加工により容易に形成するこ
とが可能である。尚、図1乃至図4においては、構造の
理解を容易化するためにガス流路52、54、ガス噴射
孔78、ガスヘッダ部80、82等は数個しか記載して
いないが、実際には、多数個形成されている。前述のよ
うに複数のブロック体58、60、62を連結してシャ
ワーヘッド本体56を構成する結果、プロセス温度であ
る略400℃のウエハWと直接対向する下段ブロック体
62の下面、すなわちガス噴射部は、ウエハWからの輻
射熱に曝される。従って、この部分は、還元ガスと混合
したTDEATが反応して成膜を形成する温度、すなわ
ち略100℃以上に加熱されることから、TDEATが
噴射された直後にこのガス噴射部に成膜が付着する恐れ
がある。
流路52、54は、ドリル加工により容易に形成するこ
とが可能である。尚、図1乃至図4においては、構造の
理解を容易化するためにガス流路52、54、ガス噴射
孔78、ガスヘッダ部80、82等は数個しか記載して
いないが、実際には、多数個形成されている。前述のよ
うに複数のブロック体58、60、62を連結してシャ
ワーヘッド本体56を構成する結果、プロセス温度であ
る略400℃のウエハWと直接対向する下段ブロック体
62の下面、すなわちガス噴射部は、ウエハWからの輻
射熱に曝される。従って、この部分は、還元ガスと混合
したTDEATが反応して成膜を形成する温度、すなわ
ち略100℃以上に加熱されることから、TDEATが
噴射された直後にこのガス噴射部に成膜が付着する恐れ
がある。
【0018】そこで、本発明においては、図4にも示す
ように下段ブロック体62の下部全体に亘って冷却水路
84を形成して冷却手段86を設けてあり、この水路8
4に冷却水を流すことによりこの部分の温度を略40〜
100℃以内に維持するようになっている。そして、中
段及び下段ブロック体60、58を貫通して冷却水入口
84A及び冷却水出口84Bが形成されている。この場
合、冷却水として過度に冷たい冷却水を流すと、この部
分がTDEATの液化温度、すなわち略40℃よりも低
い温度となって液化が生じてしまうので、これを防止す
るために、冷却水としては例えば40℃以上の温水を用
いるようにする。尚、冷却手段86としては、上記した
構成に限定されず、また、冷却水でなく、他の冷媒を用
いるようにしてもよい。
ように下段ブロック体62の下部全体に亘って冷却水路
84を形成して冷却手段86を設けてあり、この水路8
4に冷却水を流すことによりこの部分の温度を略40〜
100℃以内に維持するようになっている。そして、中
段及び下段ブロック体60、58を貫通して冷却水入口
84A及び冷却水出口84Bが形成されている。この場
合、冷却水として過度に冷たい冷却水を流すと、この部
分がTDEATの液化温度、すなわち略40℃よりも低
い温度となって液化が生じてしまうので、これを防止す
るために、冷却水としては例えば40℃以上の温水を用
いるようにする。尚、冷却手段86としては、上記した
構成に限定されず、また、冷却水でなく、他の冷媒を用
いるようにしてもよい。
【0019】下段ブロック体62が上述のように過度に
加熱される恐れがあるのに対し、これに積み重ねられる
中段及び上段ブロック体60、58は、それぞれのブロ
ック体の接合部に比較的大きな熱抵抗が生ずることから
上記したような高い温度にはならず、むしろ、TDEA
Tの液化温度である略40℃よりも小さくなる恐れがあ
る。このように温度が室温程度まで低下する結果、内部
でTDEATが液化して流路が閉塞する恐れがあるの
で、この上段及び中段ブロック体58、60には、その
周縁部に図5にも示すようにリング状に加熱手段88が
埋め込まれており、これら2つのブロック体58、60
の温度を、例えば40〜100℃程度に維持するように
なっている。この加熱手段88としては、例えばシリコ
ンラバーヒータを用いることができる。
加熱される恐れがあるのに対し、これに積み重ねられる
中段及び上段ブロック体60、58は、それぞれのブロ
ック体の接合部に比較的大きな熱抵抗が生ずることから
上記したような高い温度にはならず、むしろ、TDEA
Tの液化温度である略40℃よりも小さくなる恐れがあ
る。このように温度が室温程度まで低下する結果、内部
でTDEATが液化して流路が閉塞する恐れがあるの
で、この上段及び中段ブロック体58、60には、その
周縁部に図5にも示すようにリング状に加熱手段88が
埋め込まれており、これら2つのブロック体58、60
の温度を、例えば40〜100℃程度に維持するように
なっている。この加熱手段88としては、例えばシリコ
ンラバーヒータを用いることができる。
【0020】また、各ブロック体58、60、62の接
合部には、内部のガスが外側へ漏れることを防止するた
めに、その周縁部にて例えばOリング等のシール部材9
0、90がリング状に設けられると共に、このシャワー
ヘッド構造50と処理容器28の天井部の取付部にも、
容器内の気密性を保持するために例えばOリング等のシ
ール部材92がリング状に設けられる。一方、TDEA
Tを流す原料ガス供給管68の先端部は、液状のTDE
AT液94を貯留する原料ガス源70の液中に浸漬され
ている。また、この原料ガス90の液面上の空間部に
は、N2 ガス源96に接続された加圧ガス供給路98の
導入端が位置されており、途中に介設した流量制御弁9
9により供給ガス圧を制御することにより、TDEAT
液94を液体状態で原料ガス供給管68内を圧送するよ
うになっている。
合部には、内部のガスが外側へ漏れることを防止するた
めに、その周縁部にて例えばOリング等のシール部材9
0、90がリング状に設けられると共に、このシャワー
ヘッド構造50と処理容器28の天井部の取付部にも、
容器内の気密性を保持するために例えばOリング等のシ
ール部材92がリング状に設けられる。一方、TDEA
Tを流す原料ガス供給管68の先端部は、液状のTDE
AT液94を貯留する原料ガス源70の液中に浸漬され
ている。また、この原料ガス90の液面上の空間部に
は、N2 ガス源96に接続された加圧ガス供給路98の
導入端が位置されており、途中に介設した流量制御弁9
9により供給ガス圧を制御することにより、TDEAT
液94を液体状態で原料ガス供給管68内を圧送するよ
うになっている。
【0021】この原料ガス供給管68の途中には、その
下流側に向かって開閉弁100、液量コントロール弁1
02及び気化器104が順次介設されており、また、こ
の気化器104には、N2 ガス等の不活性ガスよりなる
キャリアガス源106に接続されたキャリアガス路10
8が接続されている。従って、液量コントロール弁10
2により正確に流量制御されたTDAET液を気化器1
04にて、上記キャリアガスにより気化させてミスト状
態で処理容器28側へ搬送するようになっている。この
時のキャリアガスの流量は、キャリアガス路108に介
設した流量制御弁110により行なう。この場合、前述
のようにTDEATは略40℃以下で液化する特性を有
するのでミスト化されたTDEATが搬送途中にて再液
化することを防止する必要がある。そのために、気化器
104を含めてこの気化器104とシャワーヘッド構造
50との間の原料ガス供給管68には、全体に亘って例
えばテープヒータ等よりなる加熱手段112が設けられ
ており、TDEATを再液化せず且つ熱分解しないよう
な温度、例えば略40〜100℃の範囲内に維持するよ
うになっている。
下流側に向かって開閉弁100、液量コントロール弁1
02及び気化器104が順次介設されており、また、こ
の気化器104には、N2 ガス等の不活性ガスよりなる
キャリアガス源106に接続されたキャリアガス路10
8が接続されている。従って、液量コントロール弁10
2により正確に流量制御されたTDAET液を気化器1
04にて、上記キャリアガスにより気化させてミスト状
態で処理容器28側へ搬送するようになっている。この
時のキャリアガスの流量は、キャリアガス路108に介
設した流量制御弁110により行なう。この場合、前述
のようにTDEATは略40℃以下で液化する特性を有
するのでミスト化されたTDEATが搬送途中にて再液
化することを防止する必要がある。そのために、気化器
104を含めてこの気化器104とシャワーヘッド構造
50との間の原料ガス供給管68には、全体に亘って例
えばテープヒータ等よりなる加熱手段112が設けられ
ており、TDEATを再液化せず且つ熱分解しないよう
な温度、例えば略40〜100℃の範囲内に維持するよ
うになっている。
【0022】一方、NH3 ガスを貯留する還元ガス源7
4に接続された還元ガス供給管76の途中には、開閉弁
114及び流量制御弁116が介設されており、流量制
御された還元ガスを供給するようになっている。尚、処
理容器28の側壁にも、図示しないヒータ手段を設け
て、供給された原料ガスの再液化を防止している。
4に接続された還元ガス供給管76の途中には、開閉弁
114及び流量制御弁116が介設されており、流量制
御された還元ガスを供給するようになっている。尚、処
理容器28の側壁にも、図示しないヒータ手段を設け
て、供給された原料ガスの再液化を防止している。
【0023】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ゲートバルブ46を開い
て図示しない搬送アームによりウエハWを載置台30上
に載置保持し、処理容器28内を所定の処理圧力に真空
引きしてプロセス圧を維持すると共に、加熱ランプ40
を駆動してウエハWをプロセス温度、例えば400℃程
度に加熱維持する。これと同時に、原料ガス源70及び
還元ガス源74から処理ガスとして原料ガス及び還元ガ
スをシャワーヘッド構造に供給し、このシャワーヘッド
本体56に別個に設けたガス流路を介してガス噴射孔7
8より処理空間Sに向けてそれぞれのガスを噴射させて
ここで混合し、ウエハWの表面上に所定の成膜、すなわ
ちTiN膜を形成する。
動作について説明する。まず、ゲートバルブ46を開い
て図示しない搬送アームによりウエハWを載置台30上
に載置保持し、処理容器28内を所定の処理圧力に真空
引きしてプロセス圧を維持すると共に、加熱ランプ40
を駆動してウエハWをプロセス温度、例えば400℃程
度に加熱維持する。これと同時に、原料ガス源70及び
還元ガス源74から処理ガスとして原料ガス及び還元ガ
スをシャワーヘッド構造に供給し、このシャワーヘッド
本体56に別個に設けたガス流路を介してガス噴射孔7
8より処理空間Sに向けてそれぞれのガスを噴射させて
ここで混合し、ウエハWの表面上に所定の成膜、すなわ
ちTiN膜を形成する。
【0024】原料ガスとしてのTDEATを供給するに
は、N2 ガス源96からの加圧ガスにより原料ガス源7
0内のTDEAT液を液体状態で加圧圧送し、この液体
を流量コントロール弁102で流量制御しつつ気化器1
04へ流入させる。この気化器104では、N2 ガス等
のキャリアガスが加圧供給されており、キャブレターの
原理で液状のTDEATを気化してミスト化している。
ミスト化されたTDEATは、原料ガス供給管68内を
移送されてシャワーヘッド構造50に至ることになる。
この際、気化器104よりも下流側の原料ガス供給管6
8は加熱手段112により所定の温度範囲内に常時加熱
維持されているので、移送途中にてミスト状のTDEA
Tが再液化したり、或いは加熱し過ぎて熱分解すること
がなく、ミスト状或いは気体状態を維持したままシャワ
ーヘッド本体56内へ導入されることになる。この場
合、ガス供給管68内の圧力はシャワーヘッド本体58
側の流路内圧よりも高いので、その分、液化し易いこと
から例えば95℃以上の温度で加熱させる。
は、N2 ガス源96からの加圧ガスにより原料ガス源7
0内のTDEAT液を液体状態で加圧圧送し、この液体
を流量コントロール弁102で流量制御しつつ気化器1
04へ流入させる。この気化器104では、N2 ガス等
のキャリアガスが加圧供給されており、キャブレターの
原理で液状のTDEATを気化してミスト化している。
ミスト化されたTDEATは、原料ガス供給管68内を
移送されてシャワーヘッド構造50に至ることになる。
この際、気化器104よりも下流側の原料ガス供給管6
8は加熱手段112により所定の温度範囲内に常時加熱
維持されているので、移送途中にてミスト状のTDEA
Tが再液化したり、或いは加熱し過ぎて熱分解すること
がなく、ミスト状或いは気体状態を維持したままシャワ
ーヘッド本体56内へ導入されることになる。この場
合、ガス供給管68内の圧力はシャワーヘッド本体58
側の流路内圧よりも高いので、その分、液化し易いこと
から例えば95℃以上の温度で加熱させる。
【0025】気体状態のTDEATは、シャワーヘッド
本体56に設けた原料ガスの供給路52や原料ガスヘッ
ダ部80を介して原料ガス噴射孔78Aから処理空間S
に噴出される。一方、還元ガス源74から供給されたN
H3 ガスは、シャワーヘッド本体56の還元ガスのガス
流路54や還元ガスヘッダ部82を介して還元ガス噴射
孔78Bから処理空間Sに噴射される。そして、前述の
ように原料ガスと還元ガスは処理空間Sに噴出された時
点で初めて混合されることになり、ここで反応してウエ
ハ表面上にTiN膜の成膜が形成されることになる。
本体56に設けた原料ガスの供給路52や原料ガスヘッ
ダ部80を介して原料ガス噴射孔78Aから処理空間S
に噴出される。一方、還元ガス源74から供給されたN
H3 ガスは、シャワーヘッド本体56の還元ガスのガス
流路54や還元ガスヘッダ部82を介して還元ガス噴射
孔78Bから処理空間Sに噴射される。そして、前述の
ように原料ガスと還元ガスは処理空間Sに噴出された時
点で初めて混合されることになり、ここで反応してウエ
ハ表面上にTiN膜の成膜が形成されることになる。
【0026】ここで、ウエハWに対向して配置される下
段ブロック体62の下部であるガス噴射部は、ウエハW
からの輻射熱により過度に加熱される結果、原料ガスと
還元ガスが混合されたと同時に反応してここに成膜が付
着することが考えられるが、これを防止するために、こ
のガス噴射部の部分には、各ガス噴射孔78間を縫うよ
うにして冷却水路84(図4参照)が設けられており、
ここに冷却水を流してこの部分を、成膜ができない温
度、例えば100℃以下、具体的には40〜50℃程度
になるように冷却している。ただし、この部分の過冷却
のために原料ガスが再液化することを防止するために、
この冷却水路84に流す冷却水として、例えば40℃以
上の温水を用いるようにする。
段ブロック体62の下部であるガス噴射部は、ウエハW
からの輻射熱により過度に加熱される結果、原料ガスと
還元ガスが混合されたと同時に反応してここに成膜が付
着することが考えられるが、これを防止するために、こ
のガス噴射部の部分には、各ガス噴射孔78間を縫うよ
うにして冷却水路84(図4参照)が設けられており、
ここに冷却水を流してこの部分を、成膜ができない温
度、例えば100℃以下、具体的には40〜50℃程度
になるように冷却している。ただし、この部分の過冷却
のために原料ガスが再液化することを防止するために、
この冷却水路84に流す冷却水として、例えば40℃以
上の温水を用いるようにする。
【0027】これに対して、ウエハWからの輻射熱を直
接受けることのない中段ブロック体60及び上段ブロッ
ク体58は、TDEATの液化温度、例えば40℃より
も低くなる恐れがあるが、この場合には、これらのブロ
ック体58、60は周縁部に設けた加熱手段88により
加熱されて、TDEATが再液化せず、しかも熱分解し
ない温度範囲、例えば40〜100℃の範囲内に維持さ
れているので、流路内部で再液化も熱分解するこなく、
安定した気体状態でガス噴射孔78まで移送することが
できる。このように、本発明においては、処理空間Sま
では2種類の処理ガスを別々の経路で供給し、処理空間
Sに供給すると同時にここで混合して反応させるように
したので、供給途中にて不必要な部分に成膜が形成され
ることなく、ウエハ表面上に確実に成膜を施すことがで
きる。
接受けることのない中段ブロック体60及び上段ブロッ
ク体58は、TDEATの液化温度、例えば40℃より
も低くなる恐れがあるが、この場合には、これらのブロ
ック体58、60は周縁部に設けた加熱手段88により
加熱されて、TDEATが再液化せず、しかも熱分解し
ない温度範囲、例えば40〜100℃の範囲内に維持さ
れているので、流路内部で再液化も熱分解するこなく、
安定した気体状態でガス噴射孔78まで移送することが
できる。このように、本発明においては、処理空間Sま
では2種類の処理ガスを別々の経路で供給し、処理空間
Sに供給すると同時にここで混合して反応させるように
したので、供給途中にて不必要な部分に成膜が形成され
ることなく、ウエハ表面上に確実に成膜を施すことがで
きる。
【0028】また、ガス噴射部には、冷却手段86を設
けてウエハWからの輻射熱により、この部分が過度に加
熱されることを防止しているので、不要な部分に成膜が
付着することを阻止することができる。更には、シャワ
ーヘッド本体の中段から上段の部分には加熱手段を設け
てこの部分を加熱することにより、ここに設けた流路内
でガス状の原料ガスが再液化することを防止することが
でき、原料ガスをガス状態のままで安定してガス噴射孔
78まで供給することが可能となる。また、原料ガスを
供給するに際しては、流量制御精度の劣るバブリングと
は異なり、液体状態で流量制御を行なった後、気化させ
て供給するようにしたので、精度の高い流量制御が可能
となる。
けてウエハWからの輻射熱により、この部分が過度に加
熱されることを防止しているので、不要な部分に成膜が
付着することを阻止することができる。更には、シャワ
ーヘッド本体の中段から上段の部分には加熱手段を設け
てこの部分を加熱することにより、ここに設けた流路内
でガス状の原料ガスが再液化することを防止することが
でき、原料ガスをガス状態のままで安定してガス噴射孔
78まで供給することが可能となる。また、原料ガスを
供給するに際しては、流量制御精度の劣るバブリングと
は異なり、液体状態で流量制御を行なった後、気化させ
て供給するようにしたので、精度の高い流量制御が可能
となる。
【0029】尚、シャワーヘッド本体56に形成するガ
ス流路52、54等は、本実施例のものに限定されず、
原料ガスと還元ガスの流路が交わることなく形成でき、
且つガス噴射面の略全面に向けて均等にガスを供給し得
るものであれば、どのような流路構造としてもよい。ま
た、シャワーヘッド本体56を、ガス経路52、54、
ヘッダ部80、82、ガス噴射孔78等の成形加工の利
便性を考慮して、3つのブロック体に3分割するように
したが、この分割数に限定されるものではない。
ス流路52、54等は、本実施例のものに限定されず、
原料ガスと還元ガスの流路が交わることなく形成でき、
且つガス噴射面の略全面に向けて均等にガスを供給し得
るものであれば、どのような流路構造としてもよい。ま
た、シャワーヘッド本体56を、ガス経路52、54、
ヘッダ部80、82、ガス噴射孔78等の成形加工の利
便性を考慮して、3つのブロック体に3分割するように
したが、この分割数に限定されるものではない。
【0030】また更には、処理ガスとしてTDEATと
NH3 ガスを用いて、TiNを成膜する場合を例にとっ
て説明したが、これに限定されず、例えばTDMAT
(テトラジメチルアミノチタン)やそれ以外の材料も適
用することができ、その場合には、使用ガスの温度特性
に対応した温度管理を行なうのは勿論である。更には、
Ti膜のみならず、Al(アルミ)膜、W(タングステ
ン)膜等を成膜する場合にも適用することができる。ま
た、キャリアガスや加圧ガスとしてN2 ガスを使用した
が、これに限定されず、他の不活性ガス、例えばArガ
スやHeガス等を用いてもよい。更には、被処理体とし
て半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定さ
れず、例えばLCD基板等にも適用することができる。
NH3 ガスを用いて、TiNを成膜する場合を例にとっ
て説明したが、これに限定されず、例えばTDMAT
(テトラジメチルアミノチタン)やそれ以外の材料も適
用することができ、その場合には、使用ガスの温度特性
に対応した温度管理を行なうのは勿論である。更には、
Ti膜のみならず、Al(アルミ)膜、W(タングステ
ン)膜等を成膜する場合にも適用することができる。ま
た、キャリアガスや加圧ガスとしてN2 ガスを使用した
が、これに限定されず、他の不活性ガス、例えばArガ
スやHeガス等を用いてもよい。更には、被処理体とし
て半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定さ
れず、例えばLCD基板等にも適用することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る処理
装置のシャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法によ
れば、次のように優れた作用効果を発揮することができ
る。複数種類の処理ガスを使用する場合において、処理
空間までは別々のガス流路を用いてこれらが途中で混合
することがないようにし、処理空間で初めて混合させる
ようにしたので、ガス流路途中にて成膜が堆積すること
を防止することができ、目的とする被処理体の表面に成
膜を施すことがでいる。また、被処理体の輻射熱により
加熱され易いガス噴射部に冷却手段を設けてこの部分を
成膜温度以下に冷却するようにしたので、この部分に成
膜が付着堆積することを防止することができる。更に
は、シャワーヘッド本体には加熱手段を設けてこれを処
理ガスの液化温度以上に加熱するようにしたので、ガス
流路途中にて処理ガスが再液化することを防止でき、こ
れをガス或いはミスト状態のままで安定して供給するこ
とができる。
装置のシャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法によ
れば、次のように優れた作用効果を発揮することができ
る。複数種類の処理ガスを使用する場合において、処理
空間までは別々のガス流路を用いてこれらが途中で混合
することがないようにし、処理空間で初めて混合させる
ようにしたので、ガス流路途中にて成膜が堆積すること
を防止することができ、目的とする被処理体の表面に成
膜を施すことがでいる。また、被処理体の輻射熱により
加熱され易いガス噴射部に冷却手段を設けてこの部分を
成膜温度以下に冷却するようにしたので、この部分に成
膜が付着堆積することを防止することができる。更に
は、シャワーヘッド本体には加熱手段を設けてこれを処
理ガスの液化温度以上に加熱するようにしたので、ガス
流路途中にて処理ガスが再液化することを防止でき、こ
れをガス或いはミスト状態のままで安定して供給するこ
とができる。
【図1】本発明に係るシャワーヘッド構造を設けた処理
装置を示す断面図である。
装置を示す断面図である。
【図2】図1に示すシャワーヘッド構造のシャワーヘッ
ド本体を示す部分拡大分解図である。
ド本体を示す部分拡大分解図である。
【図3】図2に示すシャワーヘッド本体の中段ブロック
体の下面斜視図である。
体の下面斜視図である。
【図4】シャワーヘッド本体の下面を示す平面図であ
る。
る。
【図5】シャワーヘッド本体の上面を示す平面図であ
る。
る。
【図6】従来のシャワーヘッド構造を有する処理装置を
示す断面図である。
示す断面図である。
26 メタルCVD装置(処理装置) 28 処理容器 30 載置台 36 透過窓 40 加熱ランプ 50 シャワーヘッド構造 52 原料ガスのガス流路 54 還元ガスのガス流路 56 シャワーヘッド本体 58 上段ブロック体 60 中段ブロック体 62 下段ブロック体 68 原料ガス供給管 70 原料ガス源 74 還元ガス源 76 還元ガス供給管 78 ガス噴射孔 84 冷却水路 86 冷却手段 88 加熱手段 94 TDEAT液 96 N2 ガス源 102 液量コントロール弁 104 気化器 112 加熱手段 W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (5)
- 【請求項1】 複数種類の処理ガスにより被処理体の表
面に成膜を行なう処理装置に設けられ、前記処理ガスを
供給すべく処理空間に臨ませた多数のガス噴射孔を形成
したシャワーヘッド本体を有するシャワーヘッド構造に
おいて、前記シャワーヘッド本体には、前記複数種類の
処理ガスの流れるガス流路を、前記ガス噴射孔に至るま
で別個独立させて形成してあることを特徴とする処理装
置のシャワーヘッド構造。 - 【請求項2】 前記シャワーヘッド本体は、分割可能な
複数のブロック体よりなり、各ブロック体に前記ガス流
路を連結可能に形成してあることを特徴とする請求項1
記載の処理装置のシャワーヘッド構造。 - 【請求項3】 前記ガス流路を形成したシャワーヘッド
本体は、前記処理ガスが液化せず且つ熱分解しないよう
な所定の温度範囲内に加熱維持するための加熱手段を有
することを特徴とする請求項1又は2記載の処理装置の
シャワーヘッド構造。 - 【請求項4】 前記多数のガス噴射孔が形成されたガス
噴射部は、前記被処理体側からの輻射熱により過度に加
熱されることを防止するための冷却手段を有することを
特徴とする請求項1乃至3記載の処理装置のシャワーヘ
ッド構造。 - 【請求項5】 複数種類の処理ガスにより被処理体の表
面に成膜を行なう処理装置の処理空間に、シャワーヘッ
ド構造を用いて前記処理ガスを供給する方法において、
前記複数の処理ガスを、前記シャワーヘッド構造内では
混ぜることなく別個独立させて供給し、前記処理空間に
噴射した時に前記複数の処理ガスを混合させるようにし
たことを特徴とする処理ガスの供給方法。
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