WO2018083989A1 - シャワーヘッド及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2018083989A1
WO2018083989A1 PCT/JP2017/037782 JP2017037782W WO2018083989A1 WO 2018083989 A1 WO2018083989 A1 WO 2018083989A1 JP 2017037782 W JP2017037782 W JP 2017037782W WO 2018083989 A1 WO2018083989 A1 WO 2018083989A1
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WO
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layered
layered member
buffer space
temperature
heat insulating
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/037782
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English (en)
French (fr)
Inventor
崇 藤林
直樹 吉井
勝彦 岩渕
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • Various aspects and embodiments of the present invention relate to a shower head and a substrate processing apparatus.
  • Such a substrate processing apparatus includes, for example, a processing container, a mounting table, a shower head, and the like.
  • the mounting table is a mounting table that is provided in the processing container and on which the substrate is mounted.
  • the shower head is disposed so as to face the mounting table. And a shower head injects process gas toward the board
  • a plurality of processing gases having different vaporization temperatures and thermal decomposition temperatures may be simultaneously injected from a shower head.
  • a plurality of gas passages separated from each other are provided in the shower head in order to avoid interference between the plurality of processing gases, and the temperature of the processing gas supplied to each gas passage is individually controlled. It has been.
  • an outer gas passage (first gas passage 66) and an inner gas passage (second gas passage 70) separated by a heat insulating layer are provided in the shower head, and a heat medium passage is formed for each gas passage.
  • the gas injection hole (gas injection hole 82) formed in the lower surface of the shower head is connected to the outer gas passage, and the processing gas supplied to the outer gas passage is injected from the gas injection hole.
  • a nozzle member (nozzle member 84) penetrating the outer gas passage is connected to the inner gas passage, and the processing gas supplied to the inner gas passage is injected from the gas injection hole through the nozzle member.
  • the nozzle member (nozzle member 84) connected to the inner gas passage and penetrating the outer gas passage is not insulated, so the outer gas The temperature of the nozzle member is not maintained at a desired temperature due to heat transfer from the passage. For this reason, when the processing gas supplied to the inner gas passage is ejected from the nozzle member, the temperature of the processing gas deviates from the range above the vaporization temperature and below the thermal decomposition temperature, so that the processing gas is condensed or pyrolyzed. May occur.
  • the disclosed shower head includes a plurality of layered members stacked in multiple stages, each having a buffer space that individually receives a plurality of processing gas supplies, and a buffer space for the layered member for each layered member. Is connected to the lower layer side member when the lower layer side member is another layer member disposed on the lower side of the layered member, and passes through the lower layer layered member and supplied to the buffer space of the layered member A plurality of injection pipes for injecting gas; a heating member which is provided for each of the layered members and controls the temperature of the buffer space of the layered member; and a first heat insulating member disposed between the plurality of layered members And a second heat insulating member that covers the periphery of the injection pipe that penetrates the lower layered layered member among the plurality of injection pipes.
  • the disclosed shower head it is possible to stably inject a plurality of processing gases having different vaporization temperatures and thermal decomposition temperatures.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a substrate processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the shower head according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the substrate processing method according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the shower head according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a substrate processing apparatus 10 according to the first embodiment.
  • a substrate processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a film forming apparatus that forms a film on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a “wafer”) W, which is a substrate to be processed, by a chemical vapor deposition (CVD) method. is there.
  • the substrate processing apparatus 10 mainly includes a processing gas supply system 12, a processing container 14, a mounting table 16, and a shower head 18.
  • the processing gas supply system 12 supplies a plurality of processing gases to the shower head 18.
  • the plurality of processing gases are, for example, a plurality of processing gases having different vaporization temperatures and thermal decomposition temperatures.
  • the processing gas supply system 12 includes a gas supply source 121, a vaporizer 122, and a vaporizer 123.
  • the gas supply source 121 supplies a reactive gas to the shower head 18 as a processing gas.
  • a reactive gas for example, a mixed gas of oxygen-containing gas and nitrogen-containing gas is used.
  • the oxygen-containing gas is, for example, O 2 , H 2 O, or N 2 O
  • the nitrogen-containing gas is, for example, NH 3 .
  • the vaporizer 122 vaporizes a solution containing a metal raw material to generate a first raw material gas, and supplies the generated first raw material gas to the shower head 18 as a processing gas.
  • a lithium-containing gas is used as the first source gas.
  • the lithium-containing gas may be, for example, lithium tertiary butoxide (Li (t-OBu)), lithium 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate (Li (TMHD)), or hexamethyldioxide. Silazane lithium (Li (HMDS)).
  • the vaporizer 123 vaporizes a solution containing a metal raw material to generate a second raw material gas, and supplies the generated second raw material gas to the shower head 18 as a processing gas.
  • a phosphorus-containing gas is used as the second source gas.
  • the phosphorus-containing gas is, for example, trimethyl phosphate (TMP), trimethyl phosphate (TMOP), triethyl phosphate (TEOP), triethyl phosphate (TEP), tris (dimethylamino) phosphine (TDMAP), or tris (dimethylamino) phosphine Oxide (TDMAPO).
  • the process gas supply system 12 is not illustrated, other carrier gas may be supplied.
  • the carrier gas for example, argon is used.
  • the processing container 14 is a container formed in a cylindrical shape with a metal such as aluminum or stainless steel.
  • the processing container 14 includes a bottom portion 141, a side wall 142, and a top wall 143, and forms a processing chamber C in an internal space surrounded by the bottom portion 141, the side wall 142, and the top wall 143.
  • the mounting table 16 is provided inside the processing chamber C formed by the processing container 14, and the wafer W is mounted thereon.
  • the mounting table 16 is supported by a cylindrical support member 17.
  • a heater 16a is embedded in the mounting table 16, and the temperature of the wafer W mounted on the mounting table 16 is adjusted by electric power supplied from the power source 16b to the heater 16a.
  • the exhaust port 141a is formed in the bottom part 141 of the processing container 14, and the exhaust system 141b is connected to the exhaust port 141a. Then, the processing chamber C of the processing container 14 is depressurized to a predetermined degree of vacuum by the exhaust system 141b.
  • the shower head 18 is attached to the top wall 143 of the processing container 14 so as to face the mounting table 16, and a plurality of processing gases supplied from the processing gas supply system 12 are applied to the wafer W mounted on the mounting table 16. Inject separately.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the shower head 18 according to the first embodiment.
  • the shower head 18 includes layered members 181-1 to 181-3, injection pipes 182-1 to 182-3, a heater 183, a first heat insulating member 184, and a second heat insulating member 185-1. , 185-2, a third heat insulating member 186, and a fourth heat insulating member 187.
  • the layered members 181-1 to 181-3 are stacked in multiple stages.
  • the layered member 181-1 is disposed at the lowest level
  • the layered member 181-2 is stacked on the layered member 181-1
  • the layered member 181-3 is stacked on the layered member 181-2.
  • the Each of the layered members 181-1 to 181-3 has a buffer space that individually receives supply of a plurality of processing gases. That is, the layered member 181-1 has a buffer space 181-1a that is connected to the gas supply source 121 via a pipe (not shown) and receives the supply of reactive gas from the gas supply source 121.
  • the layered member 181-2 is connected to the vaporizer 122 via a pipe (not shown), and has a buffer space 181-2a that receives the supply of the first source gas from the vaporizer 122.
  • the layered member 181-3 is connected to the vaporizer 123 via a pipe (not shown), and has a buffer space 181-3 a that receives the supply of the second source gas from the vaporizer 123.
  • the layer members 181-1 to 181-3 will be referred to as “layer members 181” unless the layer members 181-1 to 181-3 are particularly distinguished.
  • the injection pipes 182-1 to 182-3 are connected to the buffer space of the layered member 181 for each layered member 181 and are other layered members disposed on the lower side of the layered member 181 "lower layered member ”Is injected to the wafer W through the lower layered member and supplied to the buffer space of the layered member 181. That is, the injection pipe 182-1 is connected to the buffer space 181-1a of the layered member 181-1, and the reactive gas supplied from the gas supply source 121 to the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 is supplied to the wafer. Inject into W.
  • the injection pipe 182-2 is connected to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2, passes through the layered member 181-1 disposed on the lower side of the layered member 181-2, and from the vaporizer 122.
  • the first source gas supplied to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 is sprayed onto the wafer W.
  • the injection pipe 182-3 is connected to the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 and penetrates the layered members 181-1 and 181-2 arranged on the lower side of the layered member 181-3.
  • a second source gas supplied from the vaporizer 123 to the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is injected onto the wafer W.
  • the layered member 181-1 disposed on the lower side of the layered member 181-2 and the layered members 181-1 and 181-2 disposed on the lower side of the layered member 181-3 are “lower layered members”. It is an example.
  • the heater 183 is provided for each layered member 181 and controls the temperature of the buffer space of the layered member 181. Specifically, the heater 183 controls the temperature of the buffer space of the corresponding layered member 181 to a temperature different from the temperature of the processing gas supplied to the buffer space of at least one other layered member. More specifically, the heater 183 controls the temperature of the buffer space of the upper member of each layer in consideration of the vaporization temperature and thermal decomposition temperature of each processing gas in the layered members 181-1 to 181-3. Each processing gas is supplied to a buffer space controlled to a corresponding appropriate temperature range.
  • a mixed gas of an oxygen-containing gas and a nitrogen-containing gas is supplied to the buffer space 181-1a of the layered member 181-1, and a lithium-containing gas is supplied to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2.
  • -3 is assumed to be supplied with phosphorus-containing gas into the buffer space 181-3a.
  • the heater 183 since the phosphorus-containing gas has a lower vaporization temperature and thermal decomposition temperature than the mixed gas of oxygen-containing gas and nitrogen-containing gas and the lithium-containing gas, the heater 183 includes the layered member 181-1 and the layered member 181. -2, the temperature of the processing gas supplied to the buffer space is controlled to a low temperature in the order of the layered member 181-3.
  • the heater 183 sets the temperature of the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 to the temperature T1, and sets the temperature of the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 to the temperature T2 that is equal to or lower than the temperature T1.
  • the temperature of the buffer space 181-3a of 181-3 is controlled to a temperature T3 that is equal to or lower than the temperature T2.
  • the heater 183 is used as the heating member.
  • a flow path for circulating a liquid or gas heat medium may be provided to control the temperature.
  • the temperature of the heat medium is controlled by an external temperature control mechanism.
  • the first heat insulating member 184 is disposed between the layered members 181-1 to 181-3.
  • the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 and the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 are formed by the first heat insulating member 184 disposed between the layered member 181-1 and the layered member 181-2. Insulated.
  • the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 and the buffer space 181-1 of the layered member 181-3 are provided by the first heat insulating member 184 disposed between the layered member 181-2 and the layered member 181-3.
  • 3a is insulated.
  • the second heat insulating members 185-1 and 185-2 cover the injection pipe penetrating through the “lower side layered member” among the injection pipes 182-1 to 182-2. Specifically, the second heat insulating member 185-1 covers the injection pipe 182-2 that penetrates the layered member 181-1 disposed on the lower side of the layered member 181-2. The second heat insulating member 185-2 covers the injection pipe 182-3 penetrating the layered members 181-1 and 181-2 arranged on the lower side of the layered member 181-3. More specifically, the second heat insulating member 185-1 covers at least the periphery of the portion corresponding to the layered member 181-1 in the injection pipe 182-2 that penetrates the layered member 181-1.
  • the second heat insulating member 185-2 covers at least the periphery of the portion corresponding to the layered members 181-1 and 181-2 in the injection pipe 182-3 penetrating the layered members 181-1 and 181-2.
  • an injection pipe that penetrates the lower layered member, in FIG. 2 by the second heat insulating members 185-1 and 185-2 that cover the injection pipes 182-2 and 182-2, The other layered member and the injection pipe penetrating the other layered member are insulated.
  • the third heat insulating member 186 is provided on the lower surface of the layered member 181-1 disposed at the lowest stage among the layered members 181-1 to 181-3.
  • the injection pipes 182-1 to 182-3 penetrate the third heat insulating member 186 and project downward from the lower surface of the third heat insulating member 186.
  • the injection pipes 182-1 to 182-3 may pass through the third heat insulating member 186 and be connected to the lower surface of the third heat insulating member 186.
  • the periphery of the tip portion protruding from the lower surface of the heat insulating member 186 of the injection tubes 182-2 and 182-3 is You may coat
  • the injection pipes 182-1 to 182-3 are thermally insulated from each other by the third heat insulating member 186 provided on the lower surface of the layered member 181-1 disposed at the lowermost stage.
  • the third heat insulating member 186 is provided on the lower surface of the layered member 181-1 disposed at the lowermost stage, but the third heat insulating member 186 may be omitted.
  • the second heat insulating members 185-1 and 185-2 are extended along the injection pipes 182-2 and 182-2 and protrude from the lower surface of the layered member 181-1 of the injection pipes 182-2 and 182-2. You may coat
  • the length of the protruding portion of the injection tubes 182-1 to 182-2 is set to the injection tubes 182-1 to 182. Depending on the type of process gas corresponding to -3, it may be different. Further, the length of the protruding portion of the ejection pipes 182-1 to 182-2 may be different depending on the radial position of the shower head 18. Further, the length of the protruding portion of the ejection pipes 182-1 to 182-2 may be increased toward the outer periphery of the shower head 18.
  • the fourth heat insulating member 187 is provided on the upper surface of the layered member 181-3 arranged at the top of the layered members 181-1 to 181-3. Thereby, the upper surface of the layered member 181-3 arranged at the uppermost stage is thermally insulated.
  • thermocouples are provided at a plurality of positions on the wall of each buffer space to measure the temperature. A signal of the measured temperature is sent to a control unit (not shown), and the control unit controls the output of the heater 183 so that the temperature of each buffer space is maintained at a predetermined temperature.
  • each layered member 181 in addition to heat transfer to the processing gas supplied to the inside of each buffer space, there is heat radiation to the outside of each buffer space, and heat radiation to the outside of each buffer space is performed by each layered member 181. Therefore, the temperature of each layered member 181 tends to be lower toward the upper side. Therefore, by controlling the processing gas supplied to the buffer space of the layered member closer to the layered member 181-3 arranged at the uppermost stage, the temperature of the buffer space of each layered member 181 is stabilized. And can be controlled. Further, a cooling member may be provided on the upper surface of the layered member 181-3 arranged at the uppermost stage instead of the fourth heat insulating member 187.
  • the cooling member for example, a cooling jacket having a flow path for allowing a coolant to flow inside is used.
  • a cooling member By providing a cooling member on the upper surface of the layered member 181-3 disposed at the uppermost stage, the upper surface of the layered member 181-3 disposed at the uppermost stage is appropriately cooled to enable stable temperature control as a whole. It becomes.
  • the first heat insulating member 184, the second heat insulating members 185-1 and 185-2, the third heat insulating member 186, and the fourth heat insulating member 187 are, for example, an inorganic material, a resin material, and a hollow metal. At least one of the materials is used.
  • the inorganic material is, for example, a ceramic such as alumina.
  • the resin material is, for example, a polyimide resin.
  • the hollow metal material is, for example, a vacuum heat insulating material.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the substrate processing method according to the first embodiment.
  • the wafer W is loaded into the processing container 14 and mounted on the mounting table 16 (step S101).
  • a mixed gas of oxygen-containing gas and nitrogen-containing gas is supplied from the gas supply source 121 to the shower head 18, a lithium-containing gas is supplied from the vaporizer 122 to the shower head 18, and a phosphorus-containing gas is showered from the vaporizer 123. It is supplied to the head 18. That is, in the shower head 18, the layered members 181-1 to 181-3 are mixed gas of oxygen-containing gas and nitrogen-containing gas, lithium-containing gas and phosphorus-containing gas as a plurality of processing gases having different vaporization temperatures and thermal decomposition temperatures. Are individually supplied to each buffer space.
  • the mixed gas supplied to the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 is injected from the injection pipe 182-1 onto the wafer W and supplied to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2.
  • the gas is injected from the injection tube 182-2 onto the wafer W, and the phosphorus-containing gas supplied to the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is injected from the injection tube 182-3 onto the wafer W (step S102). ).
  • a thin film of LiPON which is an example of a lithium-containing phosphate compound, is formed on the wafer W.
  • a control unit (not shown) acquires a temperature signal from a thermocouple provided on the wall of each buffer space, and based on the acquired signal, the temperature of each buffer space is maintained at a predetermined temperature.
  • the output of the heater 183 is controlled.
  • the heater 183 controls the temperature of the buffer space of each of the layered member 181-1, the layered member 181-2, and the layered member 181-3 in the order from the lowermost layered member to the uppermost layered member in accordance with control by the control unit. Control to lower in steps.
  • the heater 183 sets the temperature of the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 to the temperature T1, and sets the temperature of the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 to the temperature T2 that is equal to or lower than the temperature T1.
  • the temperature of the buffer space 181-3a is controlled to a temperature T3 which is equal to or lower than the temperature T2.
  • the heater 183 provided in the layered member 181-2 controls the temperature of the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 in the range of 70 ° C. to 310 ° C., preferably in the range of 70 ° C. to 230 ° C.
  • the heater 183 provided in the layered member 181-3 controls the temperature of the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 to be in the range of 25 ° C. to 160 ° C., preferably in the range of 30 ° C. to 110 ° C.
  • the heater 183 provided in the layered member 181-1 controls the temperature of the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 to a temperature equal to or higher than the temperature of the buffer space 181-2a of the layered member 181-2.
  • the lithium-containing gas supplied to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 is lithium tertiary butoxide (Li (t-OBu)), from the viewpoint of avoiding the occurrence of condensation and thermal decomposition.
  • the temperature of the buffer space 181-2a is controlled in the range of 70 ° C to 230 ° C.
  • the lithium-containing gas supplied to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 is lithium 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate (Li (TMHD)
  • the temperature of the buffer space 181-2a is controlled in the range of 200 ° C to 310 ° C.
  • the lithium-containing gas supplied to the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 is hexamethyldisilazane lithium (Li (HMDS)), from the viewpoint of avoiding the occurrence of condensation and thermal decomposition,
  • HMDS hexamethyldisilazane lithium
  • the temperature of the buffer space 181-2a is controlled in the range of 90 ° C to 180 ° C.
  • the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is tris (dimethylamino) phosphine (TDMAP)
  • TDMAP tris (dimethylamino) phosphine
  • the temperature of 181-3a is controlled in the range of 30 ° C. to 110 ° C.
  • TMP trimethyl phosphate
  • the buffer space 181-3a is avoided from the viewpoint of avoiding condensation and thermal decomposition. Is controlled in the range of 25 ° C. to 60 ° C.
  • the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 when the phosphorus-containing gas supplied to the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is trimethyl phosphate (TMOP), from the viewpoint of avoiding the occurrence of condensation and thermal decomposition, the buffer space 181-3a The temperature is controlled in the range of 25 ° C to 70 ° C. In addition, when the phosphorus-containing gas supplied to the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is triethyl phosphate (TEOP), from the viewpoint of avoiding the occurrence of condensation and thermal decomposition, the buffer space 181-3a The temperature is controlled in the range of 25 ° C to 120 ° C.
  • TMOP trimethyl phosphate
  • TEOP triethyl phosphate
  • the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is avoided from the viewpoint of avoiding condensation and thermal decomposition. Is controlled in the range of 25 ° C. to 150 ° C.
  • the phosphorus-containing gas supplied to the buffer space 181-3a of the layered member 181-3 is tris (dimethylamino) phosphine oxide (TDMAPO)
  • TDMAPO tris (dimethylamino) phosphine oxide
  • the temperature of the space 181-3a is controlled in the range of 80 ° C. to 160 ° C.
  • the buffer space 181-1a of the layered member 181-1 and the buffer space 181-1 of the layered member 181-2 are arranged by the first heat insulating member 184 disposed between the layered member 181-1 and the layered member 181-2. 2a is insulated. Further, the buffer space 181-2a of the layered member 181-2 and the buffer space 181-1 of the layered member 181-3 are provided by the first heat insulating member 184 disposed between the layered member 181-2 and the layered member 181-3. 3a is insulated. Furthermore, the lower-stage layered member is provided by second heat insulating members 185-1 and 185-2 that cover the injection pipes 182-2 and 182-3 penetrating the lower-stage layered member among the injection pipes 182-1 to 182-2. And the injection pipe which penetrates a lower stage side layered member is insulated.
  • step S103 the wafer W is carried out of the processing container 14 (step S103).
  • the heater 183 is provided for each layered member 181, and the first heat insulating member is provided between the plurality of layered members 181.
  • 184 is disposed, and the periphery of the injection pipe penetrating the other layered member among the plurality of injection pipes connected to the buffer space is covered with the second heat insulating members 185-1 and 185-2.
  • the buffer space of each of the plurality of layered members 181 is insulated by the first heat insulating member 184, but also the second heat insulating members 185-1, 185 around the injection pipe penetrating the other layered members. -2 to insulate from other layered members.
  • the temperature of the processing gas is maintained in a range not lower than the vaporization temperature and lower than the thermal decomposition temperature. Condensation of process gas and occurrence of thermal decomposition are avoided. Further, it becomes possible to dispose the processing gas injection pipes separately from each other. As a result, according to the present embodiment, a plurality of processing gases having different vaporization temperatures and thermal decomposition temperatures can be stably injected. Can do.
  • the second heat insulating member 185 covers at least the periphery of the portion corresponding to the other layered member in the injection pipe penetrating the other layered member.
  • the periphery of the injection pipe penetrating the other layered member is more efficiently insulated from the other layered member by the second heat insulating member 185, so that a plurality of process gases having different vaporization temperatures and pyrolysis temperatures can be more efficiently removed. It can be stably injected.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the shower head 18 according to the second embodiment. 4, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the shower head 18 shown in FIG. 4 has a temperature control plate 287 instead of the fourth heat insulating member 187 shown in FIG.
  • the temperature control plate 287 is provided on the upper surface of the layered member 181-3 arranged at the top of the plurality of layered members 181, and includes a heating member 288 and a cooling member 289.
  • the temperature control plate 287 has, for example, a heater as an example of a heating member 288 inside a plate material having good thermal conductivity such as metal, and a flow of a refrigerant such as gas or liquid as an example of a cooling member 289 on the upper surface of the plate material. Has a road. When heating is performed, only the heating member 288 is used, and when cooling is performed, only the cooling member 289 is used. Further, both the heating member 288 and the cooling member 289 may be used to obtain a certain constant temperature.
  • a cooling member 290 is provided on the side surface of each layered member 181 of the shower head 18.
  • the cooling member 290 has a flow path through which a refrigerant such as a gas or a liquid that cools each layered member 181 flows.
  • the temperature of the refrigerant is controlled and kept constant by circulating the refrigerant by an external circulation mechanism.
  • the cooling member 290 includes at least one of the side surface of each layered member 181, the inside of each layered member 181, the inside of the first heat insulating member 184, and the inside of the second heat insulating members 185-1 and 185-2. May be provided.
  • the output of the heaters in each layered member is controlled by the temperature measurement by the thermocouple in each buffer space, so that the buffer space of each layered member is stacked in order. It becomes possible to control the temperature stably and independently without depending on the condition. Thereby, it becomes possible to place the buffer space corresponding to the process gas which is easily thermally decomposed in the lower layer, and the length of the injection pipe can be shortened. As a result, it is possible to more stably inject a plurality of process gases having different vaporization temperatures and thermal decomposition temperatures.
  • the shower head 18 is incorporated into the film forming apparatus.
  • the disclosed technique is not limited to this, and the shower head 18 may be incorporated into another substrate processing apparatus such as an etching apparatus. good.

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Abstract

シャワーヘッドは、多段に積層され、各々が複数の処理ガスの供給を個別に受けるバッファ空間を有する複数の層状部材と、層状部材毎に当該層状部材のバッファ空間に接続されて、当該層状部材の下段側に配置された他の層状部材である下段側層状部材が存在する場合に下段側層状部材を貫通し、層状部材のバッファ空間に供給される処理ガスを噴射する複数の噴射管と、層状部材毎に設けられ、当該層状部材のバッファ空間の温度を制御する加熱部材と、複数の層状部材の間に配置された第１の断熱部材と、複数の噴射管のうち下段側層状部材を貫通する噴射管の周囲を被覆する第２の断熱部材とを有する。

Description

シャワーヘッド及び基板処理装置
　本発明の種々の側面及び実施形態は、シャワーヘッド及び基板処理装置に関するものである。
　成膜やエッチング等の基板処理を行う基板処理装置がある。このような基板処理装置は、例えば、処理容器、載置台及びシャワーヘッド等を備える。載置台は、処理容器内に設けられ、基板が載置される載置台である。シャワーヘッドは、載置台に対向するように配置される。そして、シャワーヘッドは、載置台に載置された基板に向けて処理ガスを噴射する。
　ところで、基板処理装置においては、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスをシャワーヘッドから同時に噴射する場合がある。この場合、複数の処理ガス間の干渉を回避するためにシャワーヘッドの内部に互いに分離された複数のガス通路を設け、各ガス通路に供給される処理ガスの温度を個別に制御することが知られている。例えば、シャワーヘッドの内部に断熱層によって分離された外側ガス通路（第１ガス通路６６）及び内側ガス通路（第２ガス通路７０）を設け、ガス通路毎に熱媒流路を形成し、各熱媒流路へ通流させる熱媒によって各ガス通路の温度を個別に制御する技術がある（特許文献１参照）。この技術では、シャワーヘッドの下面に形成されたガス噴射孔（ガス噴射孔８２）を外側ガス通路に接続して、外側ガス通路に供給される処理ガスをガス噴射孔から噴射する。また、この技術では、外側ガス通路を貫通するノズル部材（ノズル部材８４）を内側ガス通路に接続して、内側ガス通路に供給される処理ガスをノズル部材を通じてガス噴射孔から噴射する。
特開２０００－３１３９６１号公報
　しかしながら、従来技術では、内側ガス通路と外側ガス通路とが断熱層により断熱されるものの、内側ガス通路に接続されて外側ガス通路を貫通するノズル部材（ノズル部材８４）が断熱されないので、外側ガス通路からの伝熱によってノズル部材の温度が所望の温度に維持されない。このため、内側ガス通路に供給される処理ガスがノズル部材から噴射される際に、処理ガスの温度が気化温度以上でかつ熱分解温度未満の範囲を逸脱し、処理ガスの凝縮や熱分解が発生する可能性がある。また、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスで成膜を行う場合、基板上若しくは基板直上で処理ガスを混合して反応させる必要があり、処理ガス毎にガス噴射孔を離間させ独立に設置することが望ましい。しかしながら、従来技術では、ガス噴射孔付近でガスが激しく混合し温度変化などにより気相で熱分解や反応を起こしてしまう。したがって、従来技術では、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスを安定的に噴射することが困難である。
　開示するシャワーヘッドは、１つの実施態様において、多段に積層され、各々が複数の処理ガスの供給を個別に受けるバッファ空間を有する複数の層状部材と、前記層状部材毎に当該層状部材のバッファ空間に接続されて、当該層状部材の下段側に配置された他の層状部材である下段側層状部材が存在する場合に前記下段側層状部材を貫通し、前記層状部材のバッファ空間に供給される処理ガスを噴射する複数の噴射管と、前記層状部材毎に設けられ、当該層状部材のバッファ空間の温度を制御する加熱部材と、前記複数の層状部材の間に配置された第１の断熱部材と、前記複数の噴射管のうち前記下段側層状部材を貫通する噴射管の周囲を被覆する第２の断熱部材とを有する。
　開示するシャワーヘッドの１つの態様によれば、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスを安定的に噴射することができるという効果を奏する。
図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態におけるシャワーヘッドの構成例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、第２の実施形態におけるシャワーヘッドの構成例を示す図である。
　以下、図面を参照して本願の開示するシャワーヘッド及び基板処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置１０の構成例を示す図である。図１に示す基板処理装置１０は、被処理基板である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という）Ｗ上に、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical　Vapor　Deposition）法により成膜を行う成膜装置である。基板処理装置１０は、主として、処理ガス供給系１２、処理容器１４、載置台１６及びシャワーヘッド１８を有する。
　処理ガス供給系１２は、複数の処理ガスをシャワーヘッド１８へ供給する。複数の処理ガスは、例えば、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスである。処理ガス供給系１２は、ガス供給源１２１、気化器１２２及び気化器１２３を有する。
　ガス供給源１２１は、反応性ガスを処理ガスとしてシャワーヘッド１８へ供給する。反応性ガスとしては、例えば、酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガスが用いられる。酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＮ２Ｏであり、窒素含有ガスは、例えばＮＨ３である。
　気化器１２２は、金属原料を含む溶液を気化して第１の原料ガスを生成し、生成した第１の原料ガスを処理ガスとしてシャワーヘッド１８へ供給する。第１の原料ガスとしては、例えば、リチウム含有ガスが用いられる。リチウム含有ガスは、例えば、リチウムターシャリーブトキシド（Ｌｉ（ｔ－ＯＢｕ））、リチウム2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート（Ｌｉ（ＴＭＨＤ））、又はヘキサメチルジシラザンリチウム（Ｌｉ（ＨＭＤＳ））である。
　気化器１２３は、金属原料を含む溶液を気化して第２の原料ガスを生成し、生成した第２の原料ガスを処理ガスとしてシャワーヘッド１８へ供給する。第２の原料ガスとしては、例えば、リン含有ガスが用いられる。リン含有ガスは、例えば、リン酸トリメチル（ＴＭＰ）、トリメチルホスフェート（ＴＭＯＰ）、トリエチルホスフェート（ＴＥＯＰ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、トリス（ジメチルアミノ）ホスフィン（ＴＤＭＡＰ）、又はトリス（ジメチルアミノ）ホスフィンオキシド（ＴＤＭＡＰＯ）である。
　なお、処理ガス供給系１２は、図示していないが、その他、キャリアガスを供給しても良い。キャリアガスとしては、例えば、アルゴンが用いられる。
　処理容器１４は、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属により円筒状に形成された容器である。処理容器１４は、底部１４１、側壁１４２及び天壁１４３を有し、底部１４１、側壁１４２及び天壁１４３によって囲まれた内部空間に処理室Ｃを形成する。
　載置台１６は、処理容器１４により形成された処理室Ｃの内部に設けられ、ウエハＷが載置される。載置台１６は、円筒状の支持部材１７により支持される。また、載置台１６にはヒータ１６ａが埋め込まれており、電源１６ｂからヒータ１６ａに供給される電力によって、載置台１６に載置されたウエハＷの温度が調整される。
　処理容器１４の底部１４１には、排気ポート１４１ａが形成され、排気ポート１４１ａには、排気系１４１ｂが接続される。そして、排気系１４１ｂによって、処理容器１４の処理室Ｃが所定の真空度まで減圧される。
　シャワーヘッド１８は、載置台１６に対向するように処理容器１４の天壁１４３に取り付けられ、処理ガス供給系１２から供給される複数の処理ガスを、載置台１６に載置されたウエハＷに対して個別に噴射する。
　図２は、第１の実施形態におけるシャワーヘッド１８の構成例を示す図である。図２に示すように、シャワーヘッド１８は、層状部材１８１－１～１８１－３、噴射管１８２－１～１８２－３、ヒータ１８３、第１の断熱部材１８４、第２の断熱部材１８５－１、１８５－２、第３の断熱部材１８６、及び第４の断熱部材１８７を有する。
　層状部材１８１－１～１８１－３は、多段に積層される。本実施形態では、層状部材１８１－１が最下段に配置され、層状部材１８１－２は、層状部材１８１－１上に積層され、層状部材１８１－３は、層状部材１８１－２上に積層される。層状部材１８１－１～１８１－３の各々は、複数の処理ガスの供給を個別に受けるバッファ空間を有する。すなわち、層状部材１８１－１は、図示しない配管を介してガス供給源１２１に接続され、ガス供給源１２１から反応性ガスの供給を受けるバッファ空間１８１－１ａを有する。また、層状部材１８１－２は、図示しない配管を介して気化器１２２に接続され、気化器１２２から第１の原料ガスの供給を受けるバッファ空間１８１－２ａを有する。また、層状部材１８１－３は、図示しない配管を介して気化器１２３に接続され、気化器１２３から第２の原料ガスの供給を受けるバッファ空間１８１－３ａを有する。なお、以下では、層状部材１８１－１～１８１－３を特に区別しない場合、層状部材１８１－１～１８１－３を「層状部材１８１」と表記する。
　噴射管１８２－１～１８２－３は、層状部材１８１毎に当該層状部材１８１のバッファ空間に接続されて、当該層状部材１８１の下段側に配置された他の層状部材である「下段側層状部材」が存在する場合に下段側層状部材を貫通し、当該層状部材１８１のバッファ空間に供給される処理ガスをウエハＷに噴射する。すなわち、噴射管１８２－１は、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａに接続されて、ガス供給源１２１から層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａに供給される反応性ガスをウエハＷに噴射する。また、噴射管１８２－２は、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａに接続されて、層状部材１８１－２の下段側に配置された層状部材１８１－１を貫通し、気化器１２２から層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａに供給される第１の原料ガスをウエハＷに噴射する。また、噴射管１８２－３は、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに接続されて、層状部材１８１－３の下段側に配置された層状部材１８１－１、１８１－２を貫通し、気化器１２３から層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給される第２の原料ガスをウエハＷに噴射する。層状部材１８１－２の下段側に配置された層状部材１８１－１と、層状部材１８１－３の下段側に配置された層状部材１８１－１、１８１－２とは、「下段側層状部材」の一例である。
　ヒータ１８３は、層状部材１８１毎に設けられ、当該層状部材１８１のバッファ空間の温度を制御する。具体的には、ヒータ１８３は、対応する層状部材１８１のバッファ空間の温度を、少なくとも１つの他の層状部材のバッファ空間に供給される処理ガスの温度とは異なる温度に制御する。より具体的には、ヒータ１８３は、層状部材１８１－１～１８１－３において、各処理ガスの気化温度及び熱分解温度を考慮して各層上部材のバッファ空間の温度を制御する。各処理ガスは、対応する適正な温度範囲に制御されたバッファ空間にそれぞれ供給される。例えば、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａに酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガスが供給され、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａにリチウム含有ガスが供給され、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａにリン含有ガスが供給される場合を想定する。この場合、リン含有ガスは、酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガス及びリチウム含有ガスと比較して、気化温度及び熱分解温度が低いので、ヒータ１８３は、層状部材１８１－１、層状部材１８１－２、層状部材１８１－３の順序で、バッファ空間に供給される処理ガスの温度を低い温度に制御する。言い換えると、ヒータ１８３は、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａの温度を温度Ｔ１に、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａの温度を温度Ｔ１以下である温度Ｔ２に、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａの温度を温度Ｔ２以下である温度Ｔ３に制御する。
　なお、本実施形態では、加熱部材としてヒータ１８３を用いたが、ヒータ１８３以外にも液体やガスの熱媒体を循環させる流路を設けて温度を制御することもできる。その場合は熱媒体の温度は外部の温度制御機構によって制御される。
　第１の断熱部材１８４は、層状部材１８１－１～１８１－３の間に配置される。層状部材１８１－１と層状部材１８１－２と間に配置された第１の断熱部材１８４によって、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａと層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａとが断熱される。また、層状部材１８１－２と層状部材１８１－３との間に配置された第１の断熱部材１８４によって、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａと層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａとが断熱される。
　第２の断熱部材１８５－１、１８５－２は、噴射管１８２－１～１８２－３のうち「下段側層状部材」を貫通する噴射管を被覆する。具体的には、第２の断熱部材１８５－１は、層状部材１８１－２の下段側に配置された層状部材１８１－１を貫通する噴射管１８２－２を被覆する。また、第２の断熱部材１８５－２は、層状部材１８１－３の下段側に配置された層状部材１８１－１、１８１－２を貫通する噴射管１８２－３を被覆する。より詳細には、第２の断熱部材１８５－１は、層状部材１８１－１を貫通する噴射管１８２－２のうち、層状部材１８１－１に対応する部分の周囲を少なくとも被覆する。さらに、第２の断熱部材１８５－２は、層状部材１８１－１、１８１－２を貫通する噴射管１８２－３のうち、層状部材１８１－１、１８１－２に対応する部分の周囲を少なくとも被覆する。噴射管１８２－１～１８２－３のうち下段側層状部材を貫通する噴射管、図２では噴射管１８２－２、１８２－３を被覆する第２の断熱部材１８５－１、１８５－２によって、他の層状部材と、他の層状部材を貫通する噴射管とが断熱される。
　第３の断熱部材１８６は、層状部材１８１－１～１８１－３のうち最下段に配置された層状部材１８１－１の下面に設けられる。噴射管１８２－１～１８２－３は、第３の断熱部材１８６を貫通して第３の断熱部材１８６の下面から下方へ突出する。なお、噴射管１８２－１～１８２－３は、第３の断熱部材１８６を貫通して第３の断熱部材１８６の下面に接続しても良い。また、噴射管１８２－１～１８２－３が第３の断熱部材１８６の下面から下方へ突出する場合、噴射管１８２－２、１８２－３の断熱部材１８６の下面から突出する先端部分の周囲が他の断熱部材によって被覆されても良い。最下段に配置された層状部材１８１－１の下面に設けられた第３の断熱部材１８６によって、噴射管１８２－１～１８２－３が互いに断熱される。
　なお、本実施形態では、最下段に配置された層状部材１８１－１の下面に第３の断熱部材１８６を設ける例を示したが、第３の断熱部材１８６が省略されても良い。この場合、第２の断熱部材１８５－１、１８５－２が噴射管１８２－２、１８２－３に沿って延伸されて噴射管１８２－２、１８２－３の層状部材１８１－１の下面から突出する先端部分の周囲を被覆しても良い。
　また、噴射管１８２－１～１８２－３が層状部材１８１－１の下面から下方へ突出する場合、噴射管１８２－１～１８２－３の突出部分の長さは、噴射管１８２－１～１８２－３に対応する処理ガスの種別に応じて、異なっても良い。また、噴射管１８２－１～１８２－３の突出部分の長さは、シャワーヘッド１８の半径方向の位置に応じて、異なっても良い。また、噴射管１８２－１～１８２－３の突出部分の長さは、シャワーヘッド１８の外周に向けて、長くなっても良い。
　第４の断熱部材１８７は、層状部材１８１－１～１８１－３のうち最上段に配置された層状部材１８１－３の上面に設けられる。これにより、最上段に配置された層状部材１８１－３の上面が断熱される。
　なお、以下では、各層状部材１８１のバッファ空間の温度が安定して維持される理由を簡単に説明する。すなわち、断熱部材で囲われたバッファ空間の温度は、ヒータ１８３から供給される熱とガスによる放熱とのバランスで一定に保たれる。図示されていないが各バッファ空間の壁の複数の位置に熱電対が設けられ温度が測定される。測定された温度の信号は図示されていない制御部に送られ、制御部は、各バッファ空間の温度が所定の温度に維持されるように、ヒータ１８３の出力を制御する。本実施形態においては、各バッファ空間の内部に供給される処理ガスへの伝熱以外にも、各バッファ空間の外部への放熱があり、各バッファ空間の外部への放熱は、各層状部材１８１の側面や上面から行われるので相対的に上方ほど各層状部材１８１の温度が低くなりやすい。したがって、最上段に配置された層状部材１８１－３に近い層状部材ほど該層状部材のバッファ空間に供給される処理ガスを低い温度に制御することによって、各層状部材１８１のバッファ空間の温度を安定して制御することが可能となる。更に最上段に配置された層状部材１８１－３の上面に、第４の断熱部材１８７に代えて、冷却部材を設けても良い。冷却部材としては、例えば、内部に冷媒を通流させるための流路を有する冷却ジャケットが用いられる。最上段に配置された層状部材１８１－３の上面に冷却部材を設けることにより、最上段に配置された層状部材１８１－３の上面が適切に冷却されることで全体により安定した温度制御が可能となる。
　なお、上記した第１の断熱部材１８４、第２の断熱部材１８５－１、１８５－２、第３の断熱部材１８６及び第４の断熱部材１８７としては、例えば、無機材料、樹脂材料及び中空金属材料の少なくともいずれか一つが用いられる。無機材料は、例えば、アルミナ等のセラミックである。樹脂材料は、例えば、ポリイミド系樹脂である。中空金属材料は、例えば、真空断熱材である。
　次に、図１に示した基板処理装置１０を用いた基板処理方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、ウエハＷが処理容器１４の内部に搬入され、載置台１６に載置される（ステップＳ１０１）。
　続いて、ガス供給源１２１から酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガスがシャワーヘッド１８へ供給され、気化器１２２からリチウム含有ガスがシャワーヘッド１８へ供給され、気化器１２３からリン含有ガスがシャワーヘッド１８へ供給される。すなわち、シャワーヘッド１８において、酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガス、リチウム含有ガス及びリン含有ガスが、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスとして、層状部材１８１－１～１８１－３の各々のバッファ空間に個別に供給される。そして、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａに供給された混合ガスは、噴射管１８２－１からウエハＷへ噴射され、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａに供給されたリチウム含有ガスは、噴射管１８２－２からウエハＷへ噴射され、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されたリン含有ガスは、噴射管１８２－３からウエハＷへ噴射される（ステップＳ１０２）。これにより、ウエハＷ上にリチウム含有リン酸化合物の一例であるＬｉＰＯＮの薄膜が形成される。
　このとき、図示しない制御部は、各バッファ空間の壁に設けられた熱電対から温度の信号を取得し、取得した信号に基づいて、各バッファ空間の温度が所定の温度に維持されるように、ヒータ１８３の出力を制御する。ヒータ１８３は、制御部による制御に従って、層状部材１８１－１、層状部材１８１－２、層状部材１８１－３それぞれのバッファ空間の温度を、最下段の層状部材から最上段の層状部材に向かう順番で段階的に低くなるように制御する。すなわち、ヒータ１８３は、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａの温度を温度Ｔ１に、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａの温度を温度Ｔ１以下である温度Ｔ２に、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａの温度を温度Ｔ２以下である温度Ｔ３に制御する。例えば、層状部材１８１－２に設けられたヒータ１８３は、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａの温度を７０℃～３１０℃の範囲、好ましくは７０℃～２３０℃の範囲に制御する。また、層状部材１８１－３に設けられたヒータ１８３は、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａの温度を２５℃～１６０℃の範囲、好ましくは３０℃～１１０℃の範囲に制御する。また、層状部材１８１－１に設けられたヒータ１８３は、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａの温度を、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａの温度以上の温度に制御する。
　特に、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａに供給されるリチウム含有ガスがリチウムターシャリーブトキシド（Ｌｉ（ｔ－ＯＢｕ））である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－２ａの温度は、７０℃～２３０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａに供給されるリチウム含有ガスがリチウム2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート（Ｌｉ（ＴＭＨＤ））である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－２ａの温度は、２００℃～３１０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａに供給されるリチウム含有ガスがヘキサメチルジシラザンリチウム（Ｌｉ（ＨＭＤＳ））である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－２ａの温度は、９０℃～１８０℃の範囲に制御される。
　また、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されるリン含有ガスがトリス（ジメチルアミノ）ホスフィン（ＴＤＭＡＰ）である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－３ａの温度は、３０℃～１１０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されるリン含有ガスがリン酸トリメチル（ＴＭＰ）である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－３ａの温度は、２５℃～６０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されるリン含有ガスがトリメチルホスフェート（ＴＭＯＰ）である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－３ａの温度は、２５℃～７０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されるリン含有ガスがトリエチルホスフェート（ＴＥＯＰ）である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－３ａの温度は、２５℃～１２０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されるリン含有ガスがリン酸トリエチル（ＴＥＰ）である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－３ａの温度は、２５℃～１５０℃の範囲に制御される。また、層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａに供給されるリン含有ガスがトリス（ジメチルアミノ）ホスフィンオキシド（ＴＤＭＡＰＯ）である場合には、凝縮や熱分解の発生を回避する観点から、バッファ空間１８１－３ａの温度は、８０℃～１６０℃の範囲に制御される。
　ここで、層状部材１８１－１と層状部材１８１－２と間に配置された第１の断熱部材１８４によって、層状部材１８１－１のバッファ空間１８１－１ａと層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａとが断熱される。また、層状部材１８１－２と層状部材１８１－３との間に配置された第１の断熱部材１８４によって、層状部材１８１－２のバッファ空間１８１－２ａと層状部材１８１－３のバッファ空間１８１－３ａとが断熱される。さらに、噴射管１８２－１～１８２－３のうち下段側層状部材を貫通する噴射管１８２－２、１８２－３を被覆する第２の断熱部材１８５－１、１８５－２によって、下段側層状部材と、下段側層状部材を貫通する噴射管とが断熱される。
　続いて、ウエハＷ上にＬｉＰＯＮの薄膜が形成されると、ウエハＷが処理容器１４の外部に搬出される（ステップＳ１０３）。
　以上、本実施形態によれば、各々がバッファ空間を有する複数の層状部材１８１を有するシャワーヘッド１８において、層状部材１８１毎にヒータ１８３を設け、複数の層状部材１８１の間に第１の断熱部材１８４を配置し、バッファ空間に接続された複数の噴射管のうち他の層状部材を貫通する噴射管の周囲を第２の断熱部材１８５－１、１８５－２によって被覆する。これにより、複数の層状部材１８１の各々のバッファ空間が第１の断熱部材１８４によって断熱されるだけでなく、他の層状部材を貫通する噴射管の周囲が第２の断熱部材１８５－１、１８５－２によって他の層状部材から断熱される。このため、複数の層状部材１８１の各々のバッファ空間に供給される処理ガスが複数の噴射管から噴射される際に、処理ガスの温度が気化温度以上でかつ熱分解温度未満の範囲に維持され、処理ガスの凝縮や熱分解の発生が回避される。更に各処理ガスの噴射管を離間して独立して配置することが可能となり、結果として、本実施形態によれば、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスを安定的に噴射することができる。
　また、本実施形態によれば、シャワーヘッド１８において、第２の断熱部材１８５は、他の層状部材を貫通する噴射管における、他の層状部材に対応する部分の周囲を少なくとも被覆する。これにより、他の層状部材を貫通する噴射管の周囲が第２の断熱部材１８５によって他の層状部材からより効率的に断熱されるので、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスをより安定的に噴射することができる。
（第２の実施形態）
　上記第１の実施形態では、主にシャワーヘッド１８の側面又は上方に向かって熱が放出されるため、上層のバッファ空間ほど温度を低くする温度制御を容易に行うことが可能である。しかし、処理ガスの種類が特定の種類である場合には、バッファ空間からバッファ空間よりも圧力が低い処理室Ｃへ至る通路である噴射管の長さが短いほど、処理ガスの輸送が安定する場合がある。そのため、バッファ空間の温度制御は層状部材の積層の順番に寄らず実行されることが望ましい。第２の実施形態の特徴は、この問題を解決できるように第１の実施形態の構成に加えて更に、加熱部材及び冷却部材の両方を有する温度制御板等を有する点である。
　第２の実施形態に係る基板処理装置１０の構成は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。第２の実施形態においては、シャワーヘッド１８の構成が第１の実施形態とは異なる。図４は、第２の実施形態におけるシャワーヘッド１８の構成例を示す図である。図４において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図４に示すシャワーヘッド１８は、図２に示した第４の断熱部材１８７に代えて、温度制御板２８７を有する。温度制御板２８７は、複数の層状部材１８１のうち最上段に配置された層状部材１８１－３の上面に設けられ、加熱部材２８８及び冷却部材２８９を有する。温度制御板２８７は、例えば、金属など熱伝導性の良い板材の内部に加熱部材２８８の一例としてヒータを有し、板材の上面に、冷却部材２８９の一例としてガスや液体などの冷媒を流す流路を有する。加熱が行われる場合は、加熱部材２８８のみが使用され、冷却が行われる場合は、冷却部材２８９のみが使用される。また、ある一定温度にするために加熱部材２８８及び冷却部材２８９の両方が使用されても良い。
　更に、図４に示すように、シャワーヘッド１８の各層状部材１８１の側面には、冷却部材２９０が設けられる。冷却部材２９０は、各層状部材１８１を冷却するガスや液体などの冷媒を流す流路を有する。冷媒の温度は、外部の循環機構により冷媒が循環されることによって、制御されて一定に保持される。
　なお、図４では、シャワーヘッド１８の各層状部材１８１の側面に冷却部材２９０を設ける例を示したが、各層状部材１８１の側面以外の部分に冷却部材２９０を設けても良い。例えば、冷却部材２９０は、各層状部材１８１の側面、各層状部材１８１の内部、第１の断熱部材１８４の内部及び第２の断熱部材１８５－１、１８５－２の内部の少なくともいずれか一つに設けられても良い。
　以上、本実施形態によれば、冷却部材が熱を放出する一方で、各バッファ空間の熱電対による温度計測により各層状部材における各ヒータの出力制御によって、各層状部材のバッファ空間を積層の順番に寄らず安定的に独立に温度制御することが可能となる。これにより、熱分解しやすい処理ガスに対応するバッファ空間をより下層に置くことが可能となり、噴射管の長さを短くできる。結果として、気化温度及び熱分解温度が異なる複数の処理ガスをより安定的に噴射することができる。
　また、上記実施形態では、シャワーヘッド１８が成膜装置に組み込まれる例を示したが、開示技術はこれに限定されず、シャワーヘッド１８がエッチング装置等の他の基板処理装置に組み込まれても良い。
１０　基板処理装置
１２　処理ガス供給系
１４　処理容器
１６　載置台
１６ａ、１８３　ヒータ
１６ｂ　電源
１７　支持部材
１８　シャワーヘッド
１２１　ガス供給源
１２２、１２３　気化器
１４１　底部
１４１ａ　排気ポート
１４１ｂ　排気系
１４２　側壁
１４３　天壁
１８１－１～１８１－３　層状部材
１８１－１ａ～１８１－３ａ　バッファ空間
１８２－１～１８２－３　噴射管
１８４　第１の断熱部材
１８５－１、１８５－２　第２の断熱部材
１８６　第３の断熱部材
１８７　第４の断熱部材
２８７　温度制御板
２８８　加熱部材
２８９、２９０　冷却部材
Ｃ　処理室

Claims (12)

  1. 　多段に積層され、各々が複数の処理ガスの供給を個別に受けるバッファ空間を有する複数の層状部材と、
    　前記層状部材毎に当該層状部材のバッファ空間に接続されて、当該層状部材の下段側に配置された他の層状部材である下段側層状部材が存在する場合に前記下段側層状部材を貫通し、前記層状部材のバッファ空間に供給される処理ガスを噴射する複数の噴射管と、
    　前記層状部材毎に設けられ、当該層状部材のバッファ空間の温度を制御する加熱部材と、
    　前記複数の層状部材の間に配置された第１の断熱部材と、
    　前記複数の噴射管のうち前記下段側層状部材を貫通する噴射管の周囲を被覆する第２の断熱部材と、
    　を有することを特徴とするシャワーヘッド。
  2. 　前記第２の断熱部材は、前記下段側層状部材を貫通する噴射管における、前記下段側層状部材に対応する部分の周囲を少なくとも被覆することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  3. 　前記加熱部材は、対応する各前記層状部材のバッファ空間の温度を、少なくとも一つの他の層状部材のバッファ空間の温度とは異なる温度に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のシャワーヘッド。
  4. 　前記複数の層状部材は、第１の層状部材、前記第１の層状部材上に積層された第２の層状部材、及び前記第２の層状部材上に積層された第３の層状部材であり、
    　前記第１の層状部材、前記第２の層状部材及び前記第３の層状部材の各々のバッファ空間には、酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガス、リチウム含有ガス及びリン含有ガスが前記複数の処理ガスとして個別に供給されることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  5. 　前記加熱部材は、前記第１の層状部材のバッファ空間の温度を第１の温度に、前記第２の層状部材のバッファ空間の温度を前記第１の温度以下である第２の温度に、前記第３の層状部材のバッファ空間の温度を前記第２の温度以下である第３の温度に制御し、
    　前記第１の層状部材のバッファ空間には、酸素含有ガス及び窒素含有ガスの混合ガスが供給され、
    　前記第２の層状部材のバッファ空間には、リチウム含有ガスが供給され、
    　前記第３の層状部材のバッファ空間には、リン含有ガスが供給されることを特徴とする請求項４に記載のシャワーヘッド。
  6. 　前記複数の層状部材のうち最下段に配置された層状部材の下面に設けられた第３の断熱部材をさらに有し、
    　前記複数の噴射管は、前記第３の断熱部材を貫通して前記第３の断熱部材の下面から下方へ突出する、若しくは、前記第３の断熱部材を貫通して前記第３の断熱部材の下面に接続することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  7. 　前記複数の層状部材のうち最上段に配置された層状部材の上面に設けられた第４の断熱部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  8. 　前記複数の層状部材のうち最上段に配置された層状部材の上面に設けられた冷却部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  9. 　前記複数の層状部材のうち最上段に配置された層状部材の上面に設けられ、加熱部材及び冷却部材を有する温度制御板をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
  10. 　各前記層状部材の側面、各前記層状部材の内部、前記第１の断熱部材の内部及び前記第２の断熱部材の内部の少なくともいずれか一つに設けられた冷却部材をさらに有することを特徴とする請求項９に記載のシャワーヘッド。
  11. 　前記冷却部材は、冷媒を通流させるための流路を有することを特徴とする請求項８～１０のいずれか一つに記載のシャワーヘッド。
  12. 　処理容器と、
    　前記処理容器内に設けられ、基板が載置される載置台と、
    　前記載置台に対向するように配置されたシャワーヘッドと
    　を有し、
    　前記シャワーヘッドは、
    　多段に積層され、各々が複数の処理ガスの供給を個別に受けるバッファ空間を有する複数の層状部材と、
    　前記層状部材毎に当該層状部材のバッファ空間に接続されて、当該層状部材の下段側に配置された他の層状部材である下段側層状部材が存在する場合に前記下段側層状部材を貫通し、前記層状部材のバッファ空間に供給される処理ガスを噴射する複数の噴射管と、
    　前記層状部材毎に設けられ、当該層状部材のバッファ空間の温度を制御する加熱部材と、
    　前記複数の層状部材の間に配置された第１の断熱部材と、
    　前記複数の噴射管のうち前記下段側層状部材を貫通する噴射管の周囲を被覆する第２の断熱部材と、
    　を有することを特徴とする基板処理装置。
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