WO2021256260A1 - シャワープレート及び成膜装置 - Google Patents

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WO2021256260A1
WO2021256260A1 PCT/JP2021/020988 JP2021020988W WO2021256260A1 WO 2021256260 A1 WO2021256260 A1 WO 2021256260A1 JP 2021020988 W JP2021020988 W JP 2021020988W WO 2021256260 A1 WO2021256260 A1 WO 2021256260A1
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plate
gas
chamber
chamber valves
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PCT/JP2021/020988
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雄治 小畑
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a shower plate and a film forming apparatus.
  • Patent Document 1 proposes that a plurality of piezoelectric valves are provided in a shower plate, and gas containing a reactant species is supplied to a reaction processing container through a plurality of piezoelectric valves.
  • Patent Document 2 proposes to install a piezo valve in the buffer chamber directly above the shower plate.
  • the present disclosure provides a technique capable of storing gas in a shower plate.
  • a shower plate having a plate-shaped member provided on the upper part of the processing container, and has a plurality of first holes communicating with the first flow path in the shower plate.
  • a plurality of first chamber valves provided in the plurality of the first holes, a plurality of second holes communicating with a second flow path in the shower plate, and a plurality of the second holes.
  • a plurality of second chamber valves provided in the holes, and a plurality of third holes provided in the plate-shaped member corresponding to the plurality of the first holes and the plurality of the second holes.
  • the unit and the plurality of third chamber valves provided in the plurality of the third holes, the plurality of the first chamber valves, the plurality of the second chamber valves, and the plurality of the first chamber valves.
  • the chamber valve of 3 is provided with a shower plate, which is a piezoelectric element.
  • gas can be stored in the shower plate.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a film forming apparatus 10 according to an embodiment.
  • the film forming apparatus 10 according to the embodiment is an example of the film forming apparatus 10 that forms a TiN film by an ALD (Atomic Layer Deposition) method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method in a processing container in a reduced pressure state.
  • the film forming apparatus 10 according to the embodiment is not limited to forming a TiN film, and can form a desired film depending on the processing gas to be supplied.
  • the film forming apparatus 10 has a processing container 1, a mounting table 2, a shower plate 3, an exhaust unit 4, and a control unit 5.
  • the processing container 1 is made of a metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
  • the processing container 1 accommodates the substrate W.
  • a carry-in outlet 11 for carrying in or out the substrate W is formed on the side wall of the processing container 1, and the carry-in outlet 11 is opened and closed by the gate valve 12.
  • the mounting table 2 horizontally supports the substrate W in the processing container 1.
  • the mounting table 2 is formed in a disk shape having a size corresponding to the substrate W.
  • the mounting table 2 is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or a metal material such as aluminum or nickel alloy.
  • a heater 21 for heating the substrate W is embedded in the mounting table 2.
  • the heater 21 is supplied with power from the heater power source to generate heat.
  • the substrate W is controlled to a predetermined temperature by controlling the output of the heater 21 by the temperature signal of the thermocouple provided near the upper surface of the mounting table 2.
  • the mounting table 2 is provided with a cover member 22 formed of ceramics such as alumina so as to cover the outer peripheral region of the upper surface and the side surface.
  • the mounting table 2 is supported by the support member 23.
  • the support member 23 extends from the center of the bottom surface of the mounting table 2 to the lower side of the processing container 1 through a hole formed in the bottom wall of the processing container 1, and its lower end is connected to the elevating mechanism 24.
  • the elevating mechanism 24 causes the mounting table 2 to move up and down via the support member 23 between the processing position shown in FIG. 1 and the transfer position below which the substrate W can be conveyed by the two-dot chain line.
  • a flange portion 25 is attached below the processing container 1 of the support member 23.
  • a bellows 26 that separates the atmosphere inside the film forming apparatus 10 from the outside air and expands and contracts as the mounting table 2 moves up and down is provided between the bottom surface of the processing container 1 and the flange portion 25.
  • a plurality of support pins 27 are provided in the vicinity of the bottom surface of the processing container 1 so as to project upward from the elevating plate 27a.
  • the support pin 27 moves up and down via the elevating plate 27a by the elevating mechanism 28 provided below the processing container 1.
  • the support pin 27 is inserted into a through hole 2a provided in the mounting table 2 at the transport position so that the support pin 27 can be recessed with respect to the upper surface of the mounting table 2.
  • the substrate W is transferred between the transfer mechanism (not shown) and the mounting table 2.
  • the shower plate 3 is provided on the upper part of the processing container 1 and supplies the processing gas (raw material gas, reducing gas) and purge gas into the processing container 1 in a shower shape.
  • the shower plate 3 has a plate-shaped member 30 facing the mounting table 2.
  • the plate-shaped member 30 has a diameter larger than the diameter of the mounting table 2 and is a disk-shaped metal or ceramic plate.
  • the plate-shaped member 30 is a part of the shower plate 3 and also functions as a top wall of the processing container 1.
  • the shower plate 3 has a first buffer tank plate 31 that is laminated directly above the plate-shaped member 30 and has a hollow plate shape and a vaporization chamber incorporated therein. Further, the shower plate 3 is laminated directly above the first buffer tank plate 31, a hollow plate-shaped second buffer tank plate 32, and an upper member 33 laminated directly above the second buffer tank plate 32. Have.
  • each flow path of the raw material gas line 34, the reducing gas line 35, and the purge gas line 36 is formed inside the upper member 33.
  • the plate-shaped member 30, the first buffer tank plate 31, the second buffer tank plate 32, and the upper member 33 are disc-shaped plates having the same diameter arranged concentrically.
  • TiCl 4 and N 2 gas are supplied from the raw material gas supply source 51 to the first buffer tank plate 31 via the raw material gas line 34.
  • TiCl 4 is a liquid.
  • the second buffer tank plate 32, NH 3 gas is supplied from the reducing gas supply source 52 through a reducing gas line 35.
  • the N 2 gas as the purge gas passes through the upper member 33, the side wall of the second buffer tank plate 32 and the side wall of the first buffer tank plate 31 from the purge gas supply source 53 via the purge gas line 36, and enters the processing container 1. Be supplied.
  • the exhaust unit 4 exhausts the inside of the processing container 1.
  • the exhaust port 13 is formed at the bottom of the processing container 1, and the exhaust unit 4 includes an exhaust pipe 14 connected to the exhaust port 13 and an exhaust device 15 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like connected to the exhaust pipe 14. Has.
  • the gas in the processing container 1 is exhausted by the exhaust device 15 through the exhaust pipe 14 connected to the exhaust port 13.
  • the operation of the film forming apparatus 10 configured as described above is collectively controlled by the control unit 5.
  • the control unit 5 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an auxiliary storage device, and the like.
  • the CPU operates based on a program stored in the ROM or the auxiliary storage device, and controls the operation of the entire device.
  • the control unit 5 may be provided inside the film forming apparatus 10 or may be provided outside. When the control unit 5 is provided externally, the control unit 5 can control the film forming apparatus 10 by a communication means such as wired or wireless.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the shower plate 3 arranged in the film forming apparatus 10 of FIG.
  • the shower plate 3 has a plurality of first holes 37 communicating with a plurality of vertical lines 34b that vertically branch from the horizontal line 34a of the raw material gas line 34, which is a flow path in the upper member 33.
  • the plurality of first holes 37 are formed in the upper part of the first buffer tank plate 31.
  • the raw material gas line 34 is an example of a first flow path in the shower plate 3.
  • a plurality of first chamber valves 38 are arranged one-to-one in the plurality of first hole portions 37.
  • the plurality of first chamber valves 38 are provided on the first buffer tank plate 31.
  • the raw material TiCl 4 and the carrier gas N 2 gas are carried through the raw material gas line 34, and when the plurality of first chamber valves 38 are opened, the first is partitioned from the plurality of first holes 37. It is supplied into the buffer tank plate 31.
  • the first buffer tank plate 31 is provided with a heater 62 for vaporizing the liquid TiCl 4 and a pressure gauge P1 for measuring the pressure of the vaporized TiCl 4 gas.
  • the TiCl 4 is heated by the heater 62 in the first buffer tank plate 31 to be vaporized, so that the TiCl 4 gas having a constant pressure is stored in the first buffer tank plate 31.
  • the first buffer tank plate 31, the vaporizing chamber for vaporizing the TiCl 4 is integrated, and functions as a tank for storing the TiCl 4 gas.
  • the vaporization chamber may not be incorporated in the first buffer tank plate 31.
  • the first buffer tank plate 31 is a hollow plate-shaped tank having a vaporization chamber incorporated therein.
  • the shower plate 3 has a plurality of second holes 39 communicating with a plurality of vertical lines 35b that vertically branch from the horizontal line 35a of the reducing gas line 35, which is a flow path in the upper member 33.
  • the plurality of second holes 39 are formed in the upper part of the second buffer tank plate 32.
  • the reducing gas line 35 is an example of a second flow path in the shower plate 3.
  • a plurality of second chamber valves 40 are arranged one-to-one in the plurality of second holes 39.
  • the plurality of second chamber valves 40 are provided on the second buffer tank plate 32.
  • the NH 3 gas of the reducing gas is carried through the reducing gas line 35, and when the plurality of second chamber valves 40 are opened, the inside of the second buffer tank plate 32 partitioned from the plurality of second holes 39. Is supplied to.
  • a heat insulating sheet 63 is provided between the first buffer tank plate 31 and the second buffer tank plate 32.
  • the heat insulating sheet 63 transfers the first buffer tank plate 31 heated by the heater 62, the plate-shaped member 30 heated by the heater 61, and the processing container 1 heated by the heater 60 to the second buffer tank plate 32.
  • the transfer of heat is suppressed. Accordingly, the temperature rise of the second buffer tank plate 32 can be suppressed, it can be avoided NH 3 gas is heated.
  • the shower plate 3 does not have to have the heat insulating sheet 63.
  • a plurality of third holes 41a are formed in the plate-shaped member 30 corresponding to the plurality of first holes 37. Similar to the case where the first chamber valve 38 is provided for each of the first hole portions 37, a plurality of third chamber valves 42a are arranged one-to-one in the plurality of third hole portions 41a. The plurality of third chamber valves 42a are provided on the plate-shaped member 30.
  • the first buffer tank plate 31 vaporizes the TiCl 4 supplied from the raw material gas line 34 through the plurality of first holes 37 by opening and closing the first chamber valve 38, and stores the vaporized TiCl 4 gas. do.
  • the TiCl 4 gas stored in the first buffer tank plate 31 is supplied into the processing container 1 from the plurality of third holes 41a by opening and closing the third chamber valve 42a.
  • a plurality of third holes 41b are formed in the plate-shaped member 30 corresponding to the plurality of second holes 39. Similar to the case where the second chamber valve 40 is provided for each of the second hole portions 39, a plurality of third chamber valves 42b are arranged one-to-one in the plurality of third hole portions 41b. The plurality of third chamber valves 42b are provided on the plate-shaped member 30.
  • the third hole 41a and the third hole 41b are collectively referred to as the third hole 41. Further, the third chamber valve 42a and the third chamber valve 42b are collectively referred to as a third chamber valve 42.
  • the plurality of first chamber valves 38, the plurality of second chamber valves 40, and the plurality of third chamber valves 42 are piezoelectric elements, and the opening / closing and opening degree of each chamber valve can be adjusted.
  • the second buffer tank plate 32 stores NH 3 gas supplied from the reducing gas line 35 through the plurality of second holes 39 by opening and closing the second chamber valve 40.
  • the NH 3 gas stored in the second buffer tank plate 32 is supplied into the processing container 1 from the plurality of third holes 41b by opening and closing the third chamber valve 42b.
  • the first buffer tank plate 31 is partitioned into a plurality of first tanks 31a.
  • Each of the plurality of first tanks 31a communicates with at least one of the plurality of first holes 37 and at least one of the plurality of third holes 41a.
  • the TiCl 4 gas opens and closes the first chamber valve 38 provided in the first hole 37 communicating with each first tank 31a and the third chamber valve 42a provided in the third hole 41a.
  • the flow rate is controlled according to the timing and the difference in opening degree, and is supplied into the processing container 1.
  • the first chamber valve 38 on the in side and the third chamber valve 42a on the out side of each first tank 31a serve as a differential pressure type mass flow controller.
  • the control unit 5 starts from each first tank 31a depending on the on / off (opening / closing) timing of the first chamber valve 38 on the in side and the third chamber valve 42a on the out side and the opening difference of each chamber valve.
  • the integrated value of the flow rate of the TiCl 4 gas supplied to the processing chamber 1 is controlled.
  • the TiCl 4 gas at a desired flow rate is supplied from each of the first tanks 31a into the processing container 1 for each of the first tanks 31a.
  • the amount of gas protrusion is controlled by the first chamber valve 38 on the in side and the third chamber valve 42a on the out side of each first tank 31a.
  • each of the first tank 31a while also functioning as a vaporization chamber for vaporizing the raw material, once by storing the TiCl 4 gas is vaporized source gas, stably TiCl 4 gas at a relatively large flow rate Can be supplied into the processing container 1.
  • the second buffer tank plate 32 is partitioned into a plurality of second tanks 32a. Each of the plurality of second tanks 32a communicates with at least one of the second holes 39 and at least one of the third holes 41b.
  • the NH 3 gas opens and closes the second chamber valve 40 provided in the second hole 39 communicating with each second tank 32a and the third chamber valve 42b provided in the third hole 41b.
  • the flow rate is controlled according to the timing and the difference in opening degree, and is supplied into the processing container 1.
  • the second chamber valve 40 on the in side and the third chamber valve 42b on the out side of each second tank 32a serve as a differential pressure type mass flow controller.
  • the control unit 5 starts from each second tank 32a depending on the on / off (opening / closing) timing of the second chamber valve 40 on the in side and the third chamber valve 42b on the out side and the opening difference of each chamber valve.
  • the integrated value of the flow rate of the NH 3 gas supplied to the processing chamber 1 is controlled.
  • the NH 3 gas at a desired flow rate is supplied from each of the second tanks 32a into the processing container 1 for each of the second tanks 32a.
  • the amount of gas protrusion is controlled by the second chamber valve 40 on the in side and the third chamber valve 42b on the out side of each second tank 32a.
  • each of the second tanks 32a can stably supply the NH 3 gas into the processing container 1 at a relatively large flow rate by temporarily storing the NH 3 gas which is the reducing gas.
  • one valve on the in side and one valve on the out side are provided in one tank, but the present invention is not limited to this.
  • one tank may be provided with a plurality of valves on the in-side or a plurality of valves on the out-side.
  • the control unit 5 controls the on / off timing of one or more chamber valves on the in side and one or more chamber valves on the out side and the difference in opening degree of each chamber valve for each tank. Thereby, the flow rates of the raw material gas and the reducing gas supplied from each tank to the processing container 1 can be controlled.
  • the horizontal line 36a of the purge gas line 36 formed in the upper member 33 bends vertically around the outer periphery of the upper member 33 and is formed on the side wall of the second buffer tank plate 32 and the first buffer tank plate 31. It connects to the vertical line 36b.
  • the vertical line 36b communicates with a plurality of fourth holes 43 formed on the outer periphery of the plate-shaped member 30.
  • a plurality of fourth chamber valves 44 are arranged one-to-one in the plurality of fourth holes 43.
  • the plurality of fourth chamber valves 44 are provided on the plate-shaped member 30.
  • the N 2 gas is supplied from the purge gas line 36 to the inside of the processing container 1, and the gas in the processing container 1 is replaced (purged) with the N 2 gas.
  • the control unit 5 opens and closes the plurality of fourth chamber valves 44, whereby the supply and stop of supply of the N 2 gas into the processing container 1 are controlled.
  • the N 2 gas is supplied from the purge gas line 36 into the processing container 1, but the present invention is not limited to this.
  • the N 2 gas may be supplied into the processing container 1 via the first buffer tank plate 31 and / or the second buffer tank plate 32.
  • the two systems of routes and route which does not pass through the route via the first buffer tank plate 31 and the second buffer tank plate 32 is provided, the two systems of routes N 2 gas using at least one of the root It may be supplied into the processing container 1.
  • the purge gas line 36 according to the present embodiment, the N 2 gas can be supplied into the processing container 1 independently of the supply of the raw material gas and the reducing gas.
  • the first buffer tank plate 31 and the second buffer tank plate 32 are laminated in this order directly above the processing container 1 and treated with the first tank 31a and the second tank 32a. Minimize the distance to the container 1. As a result, it is possible to respond to the supply timing of each gas at high speed, and the TiCl 4 gas stored in the first tank 31a and the NH 3 gas stored in the second tank 32a can be quickly responded to in the processing container 1. Can be replaced. Further, the shower plate 3 has a structure that can minimize the distance from each chamber valve provided in each of the plate-shaped member 30, the first buffer tank plate 31 and the second buffer tank plate 32 to the substrate W. There is. As a result, the pipe length of each gas line for supplying TiCl 4 gas and NH 3 gas from each tank to the processing container 1 can be minimized, thereby minimizing the influence of residual gas in the pipe of each gas line. It can be suppressed.
  • the piping of the raw material gas line 34 and the first buffer tank plate 31 are heated by a heater. Therefore, as in the present embodiment, by shortening the piping of the raw material gas line 34, the number of places where the heater is installed can be reduced, and the cost can be reduced. Further, in the present embodiment, the tank and the vaporization chamber are all integrated in the shower plate 3 and do not need to be provided outside the film forming apparatus 10. In this respect as well, it contributes to cost reduction and further to the reduction of the footprint of the device.
  • first chamber valve 38, the second chamber valve 40, and the third chamber valve 42 are all integrated in the shower plate 3.
  • the operating range of each chamber valve for the control of the control unit 5 can be reduced, and the gas supply delay can be reduced by performing the mechanical operation quickly, and the inside of the processing container 1 can be used for the desired gas supply timing. Gas supply to can be executed at high speed.
  • the supply timing and flow rate of the TiCl 4 gas and the NH 3 gas stored in each of the plurality of first tanks 31a and the plurality of second tanks 32a can be individually controlled for each tank. This makes it possible to accurately control the flow distribution of the TiCl 4 gas and the NH 3 gas. This makes it possible to improve the in-plane uniformity of the TiN film formed on the substrate W.
  • the flow rate of TiCl 4 gas supplied from each tank to the processing container 1 and the NH 3 gas depending on the on / off timing of the chamber valve on the in side and the chamber valve on the out side of each tank and the opening difference of each chamber valve. Flow rate can be controlled.
  • each chamber valve may be zoned and controlled.
  • the chamber valve included in the edge side can be controlled to be opened longer or shorter than the chamber valve included in the center side (center zone).
  • the opening and closing of each chamber valve may be zone-controlled according to the bias of the exhaust gas in the processing container 1 by the exhaust device 15.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of each step of the film forming method according to the embodiment.
  • the control of the film forming method shown in FIG. 3 is executed by the control unit 5. Further, in the initial state of the film forming apparatus 10, the first chamber valve 38, the second chamber valve 40, the third chamber valves 42a and 42b, and the fourth chamber valve 44 in the shower plate 3 are all closed. be.
  • the control unit 5 opens all the first chamber valve 38, TiCl 4 through the raw material gas line 34, or the TiCl 4 and N 2 gas was supplied to the first tank 31a, TiCl 4 is vaporized in the first tank 31a to store the TiCl 4 gas.
  • the TiCl 4 and N 2 gas are supplied to the first tank 31a from the plurality of first holes 37.
  • the TiCl 4 is heated by the heater 62 and vaporized, temporarily stored in the first tank 31a as the TiCl 4 gas, and the inside of the first tank 31a is boosted to a predetermined pressure.
  • the supply and stop of supply of TiCl 4 gas from the first tank 31a to the processing container 1 is controlled by opening and closing the third chamber valve 42a. Further, the flow rate of the TiCl 4 gas to the processing container 1 is controlled by the difference in opening degree between the first chamber valve 38 and the third chamber valve 42a provided for each first tank 31a.
  • the TiCl 4 gas is temporarily stored in the first tank 31a, and after a desired time (for example, 0.1 to 10 seconds) has elapsed, all the third chamber valves 42a are opened. At this time, the flow rate of the TiCl 4 gas is controlled by the differential pressure between the primary side and the secondary side of the first tank 31a. As a result, the TiCl 4 gas, which is relatively large and controlled to a desired flow rate, can be stably supplied from the first tank 31a into the processing container 1. As a result, the SiCl 4 gas is exposed to the substrate W, and the SiCl 4 gas is adsorbed on the surface of the substrate W.
  • a desired time for example, 0.1 to 10 seconds
  • the fourth chamber valve 44 may be in a closed state or an open state. If you open state, N 2 gas of a desired flow rate from the purge gas line 36 (e.g., 100 ⁇ 10000 sccm) are supplied. In the present embodiment, the fourth chamber valve 44 is controlled to be closed in the first step.
  • the control unit 5 shifts from the first step to the second step after a desired time (for example, 0.1 to 10 seconds) has elapsed from opening all the third chamber valves 42a in the first step. Control to do. That is, the control unit 5 closes all the third chamber valves 42a and stops the supply of the TiCl 4 and N 2 gas into the processing container 1. By all the third chamber valve 42a is closed, TiCl 4 and N 2 gas from the raw gas supply source 51 is supplied through the feed gas line 34 is stored in the first tank 31a, first The inside of the tank 31a is boosted.
  • a desired time for example, 0.1 to 10 seconds
  • control unit 5 opens all the fourth chamber valves 44.
  • N 2 gas of a desired flow rate from the purge gas line 36 e.g., 100 ⁇ 10000 sccm
  • TiCl 4 gas is exhausted from the processing vessel 1.
  • the control unit 5 opens all the second chamber valves 40 , supplies NH 3 gas to the second tank 32a via the reduction gas line 35, and enters the second tank 32a.
  • Store NH 3 gas That is, the NH 3 gas is supplied to the second tank 32a from the plurality of second holes 39.
  • the NH 3 gas is once stored in the second tank 32a, and the inside of the second tank 32a is boosted to a predetermined pressure.
  • the control unit 5 shifts from the second step to the third step after a desired time (for example, 0.1 to 10 seconds) has elapsed from opening all the fourth chamber valves 44 in the second step.
  • a desired time for example, 0.1 to 10 seconds
  • the control unit 5 opens all the third chamber valves 42b and controls the flow rate of the NH 3 gas by the differential pressure between the primary side and the secondary side of the second tank 32a.
  • the NH 3 gas stored in the second tank 32a is supplied into the processing container 1, and the TiCl 4 gas adsorbed on the surface of the substrate W is reduced.
  • all the fourth chamber valves 44 may be in the closed state or in the open state.
  • the purge gas line 36 continues to supply the desired flow rate (eg, 100-10000 sccm) of N 2 gas into the processing vessel 1.
  • the fourth chamber valve 44 is controlled to be closed in the third step.
  • the control unit 5 shifts from the third step to the fourth step after a desired time (for example, 0.1 to 10 seconds) has elapsed from opening all the third chamber valves 42b in the third step. Control to do. That is, the control unit 5 closes all the third chamber valves 42b and stops the supply of NH 3 gas into the processing container 1. When all the third chamber valves 42b are closed, the NH 3 gas supplied from the reducing gas supply source 52 via the reducing gas line 35 is stored in the second tank 32a and is contained in the second tank 32a. Is boosted.
  • a desired time for example, 0.1 to 10 seconds
  • control unit 5 opens all the fourth chamber valves 44.
  • N 2 gas having a desired flow rate for example, 100 to 10000 sccm
  • NH 3 gas is exhausted from the processing container 1.
  • the control unit 5 forms a TiN film having a desired film thickness by repeating the first step to the fourth step for a plurality of cycles (for example, 10 to 1000 cycles).
  • the gas supply sequence and process gas conditions for forming the TiN film shown in FIG. 3 are merely examples, and are not limited thereto. The formation of the TiN film may use other gas supply sequences and process gas conditions.
  • the raw material gas is stored in the first tank 31a in the shower plate 3 and the second tank.
  • the reducing gas can be stored in 32a.
  • the raw material gas and the reducing gas stored in the shower plate 3 can be supplied into the processing container 1 at high speed.
  • shower plate and the film forming apparatus are exemplary in all respects and are not restrictive.
  • the above embodiment can be modified and improved in various forms without departing from the scope of the attached claims and the gist thereof.
  • the matters described in the plurality of embodiments may have other configurations within a consistent range, and may be combined within a consistent range.
  • the film forming apparatus of the present disclosure is an ALD apparatus for forming a TiN film has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the film forming apparatus of the present disclosure may be a thermal ALD apparatus, a plasma ALD apparatus, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, a plasma CVD apparatus, or the like.
  • the film forming apparatus of the present disclosure is not limited to the film forming apparatus, and may be an etching apparatus.
  • Processing container 2 Mounting table 3
  • Shower plate 5 Control unit 10
  • Film forming device 30 Plate-shaped member 31 First buffer tank plate 31a First tank 32 Second buffer tank plate 32a Second tank 34 Raw material gas line 35 Reduction Gas line 36 Purge gas line 37 First hole 38 First chamber valve 39 Second hole 40 Second chamber valves 41a, 41b Third holes 42a, 42b Third chamber valve

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Abstract

処理容器の上部に設けられた板状部材を有するシャワープレートであって、前記シャワープレート内の第１の流路に連通する複数の第１の孔部と、複数の前記第１の孔部に設けられた複数の第１のチャンババルブと、前記シャワープレート内の第２の流路に連通する複数の第２の孔部と、複数の前記第２の孔部に設けられた複数の第２のチャンババルブと、複数の前記第１の孔部及び複数の前記第２の孔部に対応して前記板状部材に設けられた複数の第３の孔部と、複数の前記第３の孔部に設けられた複数の第３のチャンババルブと、を有し、複数の前記第１のチャンババルブ、複数の前記第２のチャンババルブ及び複数の前記第３のチャンババルブは、圧電素子である、シャワープレートが提供される。

Description

シャワープレート及び成膜装置
　本開示は、シャワープレート及び成膜装置に関する。
　例えば、特許文献１は、シャワープレートに複数の圧電バルブを設け、複数の圧電バルブを通じて反応物種を含むガスを反応処理容器に供給することを提案している。
　例えば、特許文献２は、シャワープレート直上のバッファ室にピエゾバルブを設置することを提案している。
特表２００２－５１０８７７号公報 特開２０１１－０８６７７６号公報
　本開示は、シャワープレート内にガスを貯留することが可能な技術を提供する。
　本開示の一の態様によれば、処理容器の上部に設けられた板状部材を有するシャワープレートであって、前記シャワープレート内の第１の流路に連通する複数の第１の孔部と、複数の前記第１の孔部に設けられた複数の第１のチャンババルブと、前記シャワープレート内の第２の流路に連通する複数の第２の孔部と、複数の前記第２の孔部に設けられた複数の第２のチャンババルブと、複数の前記第１の孔部及び複数の前記第２の孔部に対応して前記板状部材に設けられた複数の第３の孔部と、複数の前記第３の孔部に設けられた複数の第３のチャンババルブと、を有し、複数の前記第１のチャンババルブ、複数の前記第２のチャンババルブ及び複数の前記第３のチャンババルブは、圧電素子である、シャワープレートが提供される。
　一の側面によれば、シャワープレート内にガスを貯留することができる。
実施形態に係る成膜装置を示す断面模式図である。 図１の成膜装置に配置されたシャワープレート３を拡大して示した図である。 実施形態に係る成膜方法の各工程の流れを示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
　[成膜装置]
　まず、実施形態に係る成膜装置１０の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置１０を示す断面模式図である。実施形態に係る成膜装置１０は、減圧状態の処理容器内でＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＴｉＮ膜を形成する成膜装置１０の一例である。ただし、実施形態に係る成膜装置１０は、ＴｉＮ膜を形成することに限られず、供給する処理ガスに応じて所望の膜を形成できる。
　成膜装置１０は、処理容器１、載置台２、シャワープレート３、排気部４、及び制御部５を有する。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Ｗを収容する。処理容器１の側壁には、基板Ｗを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。
　載置台２は、処理容器１内で基板Ｗを水平に支持する。載置台２は、基板Ｗに対応した大きさの円板状に形成されている。載置台２は、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形成されている。載置台２の内部には、基板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の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、基板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により支持されている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器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。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示す基板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の間には、成膜装置１０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ベローズ２６が設けられている。
　処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように複数の支持ピン２７が設けられている。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２７ａを介して昇降する。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。支持ピン２７を昇降させることにより、図示しない搬送機構と載置台２との間で基板Ｗの受け渡しが行われる。
　シャワープレート３は、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内に処理ガス（原料ガス、還元ガス）及びパージガスをシャワー状に供給する。シャワープレート３は、載置台２に対向する板状部材３０を有する。板状部材３０は、載置台２の直径よりも大きい直径を有し、円盤状の金属製若しくはセラミックス製のプレートである。板状部材３０はシャワープレート３の一部であるとともに、処理容器１の天壁としても機能する。
　シャワープレート３は、板状部材３０の直上に積層され、中空板状であって気化室が組み込まれた第１のバッファタンクプレート３１を有する。更に、シャワープレート３は、第１のバッファタンクプレート３１の直上に積層され、中空板状の第２のバッファタンクプレート３２と、第２のバッファタンクプレート３２の直上に積層された上部部材３３とを有する。
　上部部材３３の内部には、原料ガスライン３４、還元ガスライン３５、パージガスライン３６の各流路が形成されている。板状部材３０、第１のバッファタンクプレート３１、第２のバッファタンクプレート３２、上部部材３３は同心円状に配置された同一直径の円盤状のプレートである。
　第１のバッファタンクプレート３１には、原料ガスライン３４を介して原料ガス供給源５１からＴｉＣｌ４とＮ２ガスとが供給される。ＴｉＣｌ４は液体である。
　第２のバッファタンクプレート３２には、還元ガスライン３５を介して還元ガス供給源５２からＮＨ３ガスが供給される。パージガスとしてのＮ２ガスは、パージガス供給源５３からパージガスライン３６を介して上部部材３３、第２のバッファタンクプレート３２の側壁及び第１のバッファタンクプレート３１の側壁を通り、処理容器１内に供給される。
　排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気口１３は処理容器１の底部に形成され、排気部４は、排気口１３に接続された排気配管１４と、排気配管１４に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置１５とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスが排気口１３に接続された排気配管１４を通って排気装置１５により排気される。
　上記のように構成された成膜装置１０は、制御部５によって、動作が統括的に制御される。制御部５は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。制御部５は、成膜装置１０の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部５が外部に設けられている場合、制御部５は、有線又は無線等の通信手段によって、成膜装置１０を制御することができる。
　[シャワープレート]
　次に、シャワープレート３の構成について、図２を参照しながらさらに説明する。図２は、図１の成膜装置１０に配置されたシャワープレート３を拡大して示した図である。
　シャワープレート３は、上部部材３３内の流路である原料ガスライン３４の水平ライン３４ａから垂直方向に分岐する複数の垂直ライン３４ｂに連通する複数の第１の孔部３７を有する。複数の第１の孔部３７は、第１のバッファタンクプレート３１の上部に形成されている。原料ガスライン３４は、シャワープレート３内の第１の流路の一例である。複数の第１の孔部３７に一対一に複数の第１のチャンババルブ３８が配置されている。複数の第１のチャンババルブ３８は、第１のバッファタンクプレート３１に設けられている。
　原料のＴｉＣｌ４及びキャリアガスのＮ２ガスは原料ガスライン３４を運ばれ、複数の第１のチャンババルブ３８が開かれると、複数の第１の孔部３７から複数に区画された第１のバッファタンクプレート３１内に供給される。
　第１のバッファタンクプレート３１には、液体のＴｉＣｌ４を気化させるためのヒータ６２と、気化したＴｉＣｌ４ガスの圧力を測定する圧力計Ｐ１とが設けられている。ＴｉＣｌ４を第１のバッファタンクプレート３１内でヒータ６２により加熱して気化させることにより一定の圧力のＴｉＣｌ４ガスを第１のバッファタンクプレート３１内に貯留する。このように、第１のバッファタンクプレート３１は、ＴｉＣｌ４を気化させる気化室が組み込まれ、かつＴｉＣｌ４ガスを貯留するタンクとしての機能を有する。
　なお、第１のバッファタンクプレート３１に気化室が組み込まれていなくてもよい。この場合、シャワープレート３の外部でＴｉＣＬ４をガスの状態にしてから第１のバッファタンクプレート３１に供給する必要がある。よって、本実施形態に示すように、第１のバッファタンクプレート３１は中空板状であって気化室が組み込まれたタンクである方が好ましい。
　シャワープレート３は、上部部材３３内の流路である還元ガスライン３５の水平ライン３５ａから垂直方向に分岐する複数の垂直ライン３５ｂに連通する、複数の第２の孔部３９を有する。複数の第２の孔部３９は、第２のバッファタンクプレート３２の上部に形成されている。還元ガスライン３５は、シャワープレート３内の第２の流路の一例である。複数の第２の孔部３９に一対一に複数の第２のチャンババルブ４０が配置されている。複数の第２のチャンババルブ４０は、第２のバッファタンクプレート３２に設けられている。
　還元ガスのＮＨ３ガスは還元ガスライン３５を運ばれ、複数の第２のチャンババルブ４０が開かれると、複数の第２の孔部３９から複数に区画された第２のバッファタンクプレート３２内に供給される。
　第１のバッファタンクプレート３１と第２のバッファタンクプレート３２との間には、断熱シート６３が設けられている。断熱シート６３により、ヒータ６２で加熱された第１のバッファタンクプレート３１、ヒータ６１で加熱された板状部材３０、及びヒータ６０で加熱された処理容器１から第２のバッファタンクプレート３２への熱の授受が抑制される。これにより、第２のバッファタンクプレート３２の温度上昇を抑制でき、ＮＨ３ガスが加熱されることを回避できる。ただし、シャワープレート３は、断熱シート６３を有しなくてもよい。
　第１のバッファタンクプレート３１のＴｉＣｌ４ガスの出口側には、複数の第１の孔部３７に対応して板状部材３０に複数の第３の孔部４１ａが形成されている。第１の孔部３７毎に第１のチャンババルブ３８が設けられているのと同様に、複数の第３の孔部４１ａに一対一に複数の第３のチャンババルブ４２ａが配置されている。複数の第３のチャンババルブ４２ａは、板状部材３０に設けられている。
　第１のバッファタンクプレート３１は、第１のチャンババルブ３８の開閉により複数の第１の孔部３７を介して原料ガスライン３４から供給されたＴｉＣｌ４を気化し、気化したＴｉＣｌ４ガスを貯留する。第１のバッファタンクプレート３１内に貯留されたＴｉＣｌ４ガスは、第３のチャンババルブ４２ａの開閉により複数の第３の孔部４１ａから処理容器1内に供給される。
　第２のバッファタンクプレート３２のＮＨ３ガスの出口側には、複数の第２の孔部３９に対応して板状部材３０に複数の第３の孔部４１ｂが形成されている。第２の孔部３９毎に第２のチャンババルブ４０が設けられているのと同様に、複数の第３の孔部４１ｂに一対一に複数の第３のチャンババルブ４２ｂが配置されている。複数の第３のチャンババルブ４２ｂは、板状部材３０に設けられている。
　第３の孔部４１ａ及び第３の孔部４１ｂを総称して第３の孔部４１とも表記する。また、第３のチャンババルブ４２ａ及び第３のチャンババルブ４２ｂを総称して第３のチャンババルブ４２とも表記する。複数の第１のチャンババルブ３８、複数の第２のチャンババルブ４０、及び複数の第３のチャンババルブ４２は、圧電素子であり、各チャンババルブの開閉及び開度を調整できる。
　第２のバッファタンクプレート３２は、第２のチャンババルブ４０の開閉により複数の第２の孔部３９を介して還元ガスライン３５から供給されたＮＨ３ガスを貯留する。第２のバッファタンクプレート３２内に貯留されたＮＨ３ガスは、第３のチャンババルブ４２ｂの開閉により複数の第３の孔部４１ｂから処理容器1内に供給される。
　第１のバッファタンクプレート３１は、複数の第１のタンク３１ａに区画されている。複数の第１のタンク３１ａのそれぞれは、複数の第１の孔部３７の少なくともいずれか、及び複数の第３の孔部４１ａの少なくともいずれかに連通する。ＴｉＣｌ４ガスは、各第１のタンク３１ａに連通する第１の孔部３７に設けられた第１のチャンババルブ３８及び第３の孔部４１ａに設けられた第３のチャンババルブ４２ａの開閉のタイミングと開度差に応じた流量に制御され、処理容器１内に供給される。
　つまり、各第１のタンク３１ａのイン側の第１のチャンババルブ３８及びアウト側の第３のチャンババルブ４２ａが、差圧式マスフローコントローラの役目を果たす。制御部５が、イン側の第１のチャンババルブ３８とアウト側の第３のチャンババルブ４２ａのオン・オフ（開閉）のタイミングと各チャンババルブの開度差とによって各第１のタンク３１ａから処理容器１に供給するＴｉＣｌ４ガスの流量の積分値を制御する。これにより、第１のタンク３１ａ毎に、各第１のタンク３１ａから処理容器１内に所望の流量のＴｉＣｌ４ガスが供給される。言い換えると、各第１のタンク３１ａのイン側の第１のチャンババルブ３８及びアウト側の第３のチャンババルブ４２ａにより、ガスの突出量が制御される。
　このように各第１のタンク３１ａは、原料を気化する気化室としても機能しつつ、気化した原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内に供給することができる。
　第２のバッファタンクプレート３２は、複数の第２のタンク３２ａに区画されている。複数の第２のタンク３２ａのそれぞれは、第２の孔部３９の少なくともいずれか、及び第３の孔部４１ｂの少なくともいずれかに連通する。ＮＨ３ガスは、各第２のタンク３２ａに連通する第２の孔部３９に設けられた第２のチャンババルブ４０及び第３の孔部４１ｂに設けられた第３のチャンババルブ４２ｂの開閉のタイミングと開度差に応じた流量に制御され、処理容器１内に供給される。
　つまり、各第２のタンク３２ａのイン側の第２のチャンババルブ４０及びアウト側の第３のチャンババルブ４２ｂが、差圧式マスフローコントローラの役目を果たす。制御部５が、イン側の第２のチャンババルブ４０とアウト側の第３のチャンババルブ４２ｂのオン・オフ（開閉）のタイミングと各チャンババルブの開度差とによって各第２のタンク３２ａから処理容器１に供給するＮＨ３ガスの流量の積分値を制御する。これにより、第２のタンク３２ａ毎に、各第２のタンク３２ａから処理容器１内に所望の流量のＮＨ３ガスが供給される。言い換えると、各第２のタンク３２ａのイン側の第２のチャンババルブ４０及びアウト側の第３のチャンババルブ４２ｂによって、ガスの突出量が制御される。
　このように各第２のタンク３２ａは、還元ガスであるＮＨ３ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＮＨ３ガスを処理容器１内に供給することができる。
　なお、本実施形態では、一つのタンクにイン側のバルブとアウト側のバルブとが一つずつ設けられた例を挙げたが、これに限られない。例えば、一つのタンクにイン側のバルブが複数設けられてもよいし、アウト側のバルブが複数設けられてもよい。この場合にも制御部５は、イン側の１以上のチャンババルブとアウト側の１以上のチャンババルブのオン・オフのタイミングと各チャンババルブの開度差とをタンク毎に制御する。これにより、各タンクから処理容器１に供給する原料ガス及び還元ガスの流量を制御することができる。
　上部部材３３内に形成されたパージガスライン３６の水平ライン３６ａは、上部部材３３の外周にて垂直方向に曲がり、第２のバッファタンクプレート３２及び第１のバッファタンクプレート３１の側壁に形成された垂直ライン３６ｂに繋がる。垂直ライン３６ｂは、板状部材３０の外周に形成された複数の第４の孔部４３に連通する。複数の第４の孔部４３には、複数の第４の孔部４３に一対一に複数の第４のチャンババルブ４４が配置されている。複数の第４のチャンババルブ４４は、板状部材３０に設けられている。
　Ｎ２ガスは、パージガスライン３６から処理容器１の内部に供給され、処理容器１内のガスをＮ２ガスで置換（パージ）する。制御部５によって複数の第４のチャンババルブ４４が開閉し、これにより、Ｎ２ガスの処理容器1内への供給及び供給停止が制御される。
　本実施形態では、Ｎ２ガスは、パージガスライン３６から処理容器１内に供給されるが、これに限られない。例えば、Ｎ２ガスは、第１のバッファタンクプレート３１及び／又は第２のバッファタンクプレート３２を介して処理容器１内に供給されてもよい。第１のバッファタンクプレート３１及び第２のバッファタンクプレート３２を経由するルートと経由しないルートとの２系統のルートを設け、２系統のルートの少なくともいずれかのルートを使用してＮ２ガスを処理容器１内に供給してもよい。ただし、本実施形態に係るパージガスライン３６を設けることで、原料ガス及び還元ガスの供給と独立してＮ２ガスを処理容器１内に供給することができる。
　以上に説明したシャワープレート３では、第１のバッファタンクプレート３１及び第２のバッファタンクプレート３２を処理容器１の直上にこの順で積層し、第１のタンク３１ａ及び第２のタンク３２ａと処理容器１との距離を最短にする。これにより、各ガスの供給タイミングに対して高速で応答でき、第１のタンク３１ａに貯留されたＴｉＣｌ４ガス及び第２のタンク３２ａに貯留されたＮＨ３ガスを処理容器１内にて高速に置換できる。また、シャワープレート３では、板状部材３０、第１のバッファタンクプレート３１及び第２のバッファタンクプレート３２のそれぞれに設けられた各チャンババルブから基板Ｗまでの距離を最も短縮できる構造となっている。これにより、各タンクからＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスを処理容器１に供給するための各ガスラインの配管長を最短にでき、これにより各ガスラインの配管内の残留ガスの影響を最小限に抑えることができる。
　原料ガスライン３４の配管及び第１のバッファタンクプレート３１はヒータで加熱されている。よって、本実施形態のように、原料ガスライン３４の配管を短くすることでヒータの設置個所を少なくでき、コストが削減される。また、本実施形態では、タンク及び気化室はすべてシャワープレート３内に集約され、成膜装置１０の外部に設ける必要がない。この点においてもコスト削減に寄与し、更には装置のフットプリントの低減に寄与する。
　また、第１のチャンババルブ３８、第２のチャンババルブ４０及び第３のチャンババルブ４２もすべてシャワープレート３内に集約されている。これにより、制御部５の制御に対する各チャンババルブの動作範囲を小さくし、機械的な動作を迅速に行うことでガスの供給遅延を削減でき、所望のガスの供給タイミングに対して処理容器１内へのガス供給を高速で実行できる。
　更に、複数の第１のタンク３１ａ及び複数の第２のタンク３２ａのそれぞれに貯留されたＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスの供給タイミング及び流量をタンク毎に個別に制御できる。これにより、ＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスの流れの分布を精度良く制御できる。これにより基板Ｗ上に成膜するＴｉＮ膜の面内均一性を高めることができる。
　更に、各タンクのイン側のチャンババルブとアウト側のチャンババルブのオン・オフのタイミングと各チャンババルブの開度差とによって各タンクから処理容器１に供給するＴｉＣｌ４ガスの流量及びＮＨ３ガスの流量を制御できる。
　なお、特定のゾーン内のタンク毎にイン側のチャンババルブとアウト側のチャンババルブのオン・オフのタイミングと各チャンババルブの開度差を独立して制御するチャンババルブのゾーン制御も可能である。例えば、シャワープレート３内の第１のチャンババルブ３８、第２のチャンババルブ４０、第３のチャンババルブ４２ａ、４２ｂのオン・オフのタイミングと各チャンババルブの開度差を同心円状に配置されたチャンババルブ毎にゾーン化して制御してもよい。例えばエッジ側（エッジゾーン）に含まれるチャンババルブはセンタ側（センタゾーン）に含まれるチャンババルブよりも長めに、或いは短めにバルブを開けておく等の制御が可能になる。例えば排気装置１５による処理容器１内の排気の偏りに応じて各チャンババルブの開閉をゾーン制御してもよい。
　［成膜方法］
　次に、係る構成のシャワープレート３を備えた成膜装置１０を用いて、ＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する方法の一例について、図２及び図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係る成膜方法の各工程の流れを示すフローチャートである。なお、図３に示す成膜方法の制御は、制御部５により実行される。また、成膜装置１０の初期状態では、シャワープレート３内の第１のチャンババルブ３８、第２のチャンババルブ４０、第３のチャンババルブ４２ａ、４２ｂ、第４のチャンババルブ４４はすべて閉状態である。
（第１の工程）
　第１の工程前に、制御部５は、すべての第１のチャンババルブ３８を開き、原料ガスライン３４を介してＴｉＣｌ４、若しくはＴｉＣｌ４及びＮ２ガスを第１のタンク３１ａに供給し、第１のタンク３１ａ内でＴｉＣｌ４を気化させて、ＴｉＣｌ４ガスを貯留しておく。
　つまり、ＴｉＣｌ４とＮ２ガスは、複数の第１の孔部３７から第１のタンク３１ａに供給される。ＴｉＣｌ４は、ヒータ６２により加熱されて気化し、ＴｉＣｌ４ガスとして一旦第１のタンク３１ａに貯留され、第１のタンク３１ａ内が所定の圧力に昇圧される。
　第１のタンク３１ａから処理容器１へのＴｉＣｌ４ガスの供給及び供給停止は、第３のチャンババルブ４２ａの開閉により制御される。また、処理容器１へのＴｉＣｌ４ガスの流量は、第１のタンク３１ａ毎に設けられた第１のチャンババルブ３８と第３のチャンババルブ４２ａの開度差により制御される。
　このように第１のタンク３１ａへＴｉＣｌ４ガスを一旦貯留し、所望の時間（例えば０．１～１０秒）が経過した後、すべての第３のチャンババルブ４２ａを開く。また、このとき、第1のタンク３１ａの一次側と二次側の差圧によりＴｉＣｌ４ガスの流量を制御する。これにより、第１のタンク３１ａから比較的大きく、かつ所望の流量に制御されたＴｉＣｌ４ガスを安定的に処理容器１内に供給することができる。これにより、ＴｉＣｌ４ガスが基板Ｗに曝され、基板Ｗの表面にＴｉＣｌ４ガスが吸着する。
　このとき、第４のチャンババルブ４４は閉じた状態にしてもよいし、開いた状態にしてもよい。開いた状態にした場合、パージガスライン３６から所望の流量（例えば１００～１００００ｓｃｃｍ）のＮ２ガスが供給される。本実施形態では、第１の工程において第４のチャンババルブ４４は閉じた状態に制御される。
（第２の工程）
　制御部５は、第１の工程においてすべての第３のチャンババルブ４２ａを開いてから所望の時間（例えば０．１～１０秒）が経過した後、第１の工程から第２の工程に移行する制御を行う。すなわち、制御部５は、すべての第３のチャンババルブ４２ａを閉じ、処理容器１内へのＴｉＣｌ４及びＮ２ガスの供給を停止する。すべての第３のチャンババルブ４２ａが閉じられたことにより、原料ガス供給源５１から原料ガスライン３４を介して供給されるＴｉＣｌ４及びＮ２ガスが第１のタンク３１ａに貯留され、第１のタンク３１ａ内が昇圧される。
　また、制御部５は、すべての第４のチャンババルブ４４を開く。これにより、パージガスライン３６から所望の流量（例えば１００～１００００ｓｃｃｍ）のＮ２ガスが処理容器１内にパージガスとして供給され、処理容器１内からＴｉＣｌ４ガスが排気される。
（第３の工程）
　第３の工程前に、制御部５は、すべての第２のチャンババルブ４０を開き、還元ガスライン３５を介してＮＨ３ガスを第２のタンク３２ａに供給し、第２のタンク３２ａ内にＮＨ３ガスを貯留しておく。つまり、ＮＨ３ガスは、複数の第２の孔部３９から第２のタンク３２ａに供給される。ＮＨ３ガスは、一旦第２のタンク３２ａに貯留され、第２のタンク３２ａ内が所定の圧力に昇圧される。
　制御部５は、第２の工程においてすべての第４のチャンババルブ４４を開いてから所望の時間（例えば０．１～１０秒）が経過した後、第２の工程から第３の工程に移行する制御を行う。すなわち、制御部５は、すべての第３のチャンババルブ４２ｂを開き、第２のタンク３２ａの一次側と二次側の差圧によりＮＨ３ガスの流量を制御する。これにより、第２のタンク３２ａに貯留されたＮＨ３ガスを処理容器１内に供給し、基板Ｗの表面に吸着したＴｉＣｌ４ガスを還元する。このとき、すべての第４のチャンババルブ４４は閉じた状態にしてもよいし、開いた状態にしてもよい。開いた状態にした場合、引き続きパージガスライン３６から所望の流量（例えば１００～１００００ｓｃｃｍ）のＮ２ガスが処理容器１内に供給される。本実施形態では、第３の工程において第４のチャンババルブ４４は閉じた状態に制御される。
（第４の工程）
　制御部５は、第３の工程においてすべての第３のチャンババルブ４２ｂを開いてから所望の時間（例えば０．１～１０秒）が経過した後、第３の工程から第４の工程に移行する制御を行う。すなわち、制御部５は、すべての第３のチャンババルブ４２ｂを閉じ、処理容器１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。すべての第３のチャンババルブ４２ｂが閉じられたことにより、還元ガス供給源５２から還元ガスライン３５を介して供給されるＮＨ３ガスが第２のタンク３２ａに貯留され、第２のタンク３２ａ内が昇圧される。
　また、制御部５は、すべての第４のチャンババルブ４４を開く。これにより、パージガスライン３６から所望の流量（例えば１００～１００００ｓｃｃｍ）のＮ２ガスが処理容器１内に供給され、処理容器１内からＮＨ３ガスが排気される。
　制御部５は、第１の工程～第４の工程を複数サイクル（例えば１０～１０００サイクル）繰り返すことにより所望の膜厚のＴｉＮ膜を成膜する。なお、図３に示した、ＴｉＮ膜を成膜する際のガス供給シーケンス及びプロセスガスの条件は、一例であり、これに限定されるものではない。ＴｉＮ膜の成膜は、他のガス供給シーケンス及びプロセスガスの条件を用いてもよい。
　以上に説明したように、本実施形態のシャワープレート３及びシャワープレート３を搭載した成膜装置１０によれば、シャワープレート３内の第１のタンク３１ａに原料ガスを貯留し、第２のタンク３２ａに還元ガスを貯留することができる。これにより、シャワープレート３内に貯留した原料ガス及び還元ガスを処理容器１内に高速に供給することができる。
　また、シャワープレート３内の各チャンババルブから基板Ｗまでの距離を最短にすることによって、各タンクから原料ガス及び還元ガスを処理容器１に供給するためのガスの配管長を短くすることができる。これにより各ガスラインの配管内の残留ガスの影響を最小限に抑え、ガス供給の応答性を高めることができる。
　今回開示された実施形態に係るシャワープレート及び成膜装置は、すべての点において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、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　本開示の成膜装置は、ＴｉＮ膜を成膜するＡＬＤ装置である場合を例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、本開示の成膜装置は、熱ＡＬＤ装置、プラズマＡＬＤ装置、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、プラズマＣＶＤ装置等であってもよい。また、本開示の成膜装置は、成膜装置に限られず、エッチング装置であってもよい。
　本国際出願は、２０２０年６月１５日に出願された日本国特許出願２０２０－１０３１３１号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
１　　　　　処理容器
２　　　　　載置台
３　　　　　シャワープレート
５　　　　　制御部
１０　　　　成膜装置
３０　　　　板状部材
３１　　　　第１のバッファタンクプレート
３１ａ　　　第１のタンク
３２　　　　第２のバッファタンクプレート
３２ａ　　　第２のタンク
３４　　　　原料ガスライン
３５　　　　還元ガスライン
３６　　　　パージガスライン
３７　　　　第１の孔部
３８　　　　第１のチャンババルブ
３９　　　　第２の孔部
４０　　　　第２のチャンババルブ
４１ａ、４１ｂ　第３の孔部
４２ａ、４２ｂ　第３のチャンババルブ

Claims (10)

  1. 　処理容器の上部に設けられた板状部材を有するシャワープレートであって、
    　前記シャワープレート内の第１の流路に連通する複数の第１の孔部と、
    　複数の前記第１の孔部に設けられた複数の第１のチャンババルブと、
    　前記シャワープレート内の第２の流路に連通する複数の第２の孔部と、
    　複数の前記第２の孔部に設けられた複数の第２のチャンババルブと、
    　複数の前記第１の孔部及び複数の前記第２の孔部に対応して前記板状部材に設けられた複数の第３の孔部と、
    　複数の前記第３の孔部に設けられた複数の第３のチャンババルブと、を有し、
    　複数の前記第１のチャンババルブ、複数の前記第２のチャンババルブ及び複数の前記第３のチャンババルブは、圧電素子である、シャワープレート。
  2. 　前記板状部材の直上に積層された、中空板状であって気化室が組み込まれた第１のバッファタンクプレートを更に有する、
    　請求項１に記載のシャワープレート。
  3. 　前記第１のバッファタンクプレートの直上に積層された、中空板状の第２のバッファタンクプレートを更に有する、
    　請求項２に記載のシャワープレート。
  4. 　前記第２のバッファタンクプレートは、複数の前記第２の孔部に連通し、
    　複数の前記第２の孔部を介して前記第２の流路から供給された還元ガスを貯留する、
    　請求項３に記載のシャワープレート。
  5. 　前記第２のバッファタンクプレートは、複数の前記第３の孔部に連通し、
    　複数の前記第２の孔部に設けられた複数の第２のチャンババルブと複数の前記第３の孔部に設けられた複数の前記第３のチャンババルブとの開度差に応じた流量の還元ガスを複数の前記第３の孔部を介して前記処理容器内に供給する、
    　請求項３又は４に記載のシャワープレート。
  6. 　前記第２のバッファタンクプレートは、複数の第２のタンクに区画され、
    　複数の前記第２のタンクのそれぞれは、複数の前記第２の孔部の少なくともいずれか、及び複数の前記第３の孔部の少なくともいずれかに連通する、
    　請求項３～５のいずれか一項に記載のシャワープレート。
  7. 　前記第１のバッファタンクプレートは、複数の前記第１の孔部に連通し、
    　前記気化室は、加熱手段を有し、
    　複数の前記第１の孔部を介して前記第１の流路から供給された原料を前記加熱手段により気化し、気化した原料ガスを貯留する、
    　請求項２～６のいずれか一項に記載のシャワープレート。
  8. 　前記第１のバッファタンクプレートは、複数の前記第３の孔部に連通し、
    　複数の前記第１の孔部に設けられた複数の第１のチャンババルブと複数の前記第３の孔部に設けられた複数の前記第３のチャンババルブとの開度差に応じた流量の原料ガスを複数の前記第３の孔部を介して前記処理容器内に供給する、
    　請求項２～７のいずれか一項に記載のシャワープレート。
  9. 　前記第１のバッファタンクプレートは、複数の第１のタンクに区画され、
    　複数の前記第１のタンクのそれぞれは、複数の前記第１の孔部の少なくともいずれか、及び複数の前記第３の孔部の少なくともいずれかに連通する、
    　請求項２～８のいずれか一項に記載のシャワープレート。
  10. 　処理容器と、前記処理容器の上部に設けられた板状部材を有するシャワープレートと、を備える成膜装置であって、
    　前記シャワープレートは、
    　前記シャワープレート内の第１の流路に連通する複数の第１の孔部と、
    　複数の前記第１の孔部に設けられた複数の第１のチャンババルブと、
    　前記シャワープレート内の第２の流路に連通する複数の第２の孔部と、
    　複数の前記第２の孔部に設けられた複数の第２のチャンババルブと、
    　複数の前記第１の孔部及び複数の前記第２の孔部に対応して前記板状部材に設けられた複数の第３の孔部と、
    　複数の前記第３の孔部に設けられた複数の第３のチャンババルブと、を有し、
    　複数の前記第１のチャンババルブ、複数の前記第２のチャンババルブ及び複数の前記第３のチャンババルブは、圧電素子である、成膜装置。
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