(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の載置台に載置された基板に対向する多数のガス供給孔から、前記基板に対して成膜を行うために、互いに反応する複数種類の処理ガスを切り替えて供給するガス供給装置であって、
複数のガス導入ポートと、これら複数のガス導入ポートから導入されたガスを前記多数のガス供給孔に導くガス流路と、を有するガス供給装置本体と、
このガス供給装置本体の下面側領域を分割することにより構成され、各々多数のガス供給孔を備えると共にガスの種類及び流量の少なくも一方が互いに異なる第１のガス供給プレート及び第２のガス供給プレートと、を備え、
前記第１のガス供給プレートは、ガス供給装置本体の下面側領域の中央部であって、その外縁が、当該第１のガス供給プレートに対向して配置される基板の外縁よりも内側に位置するように設けられると共に、ガス供給孔が処理ガスとパージガスとを切り替えて供給するガス導入ポートに連通し、前記ガス供給装置本体に対して着脱自在に設けられたことと、
前記第２のガス供給プレートは、前記第１のガス供給プレートを囲むようにリング状に設けられると共に、ガス供給孔がパージガスを専用に供給するガス導入ポートに連通することと、を特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記第２のガス供給プレートは、前記ガス供給装置本体に対して着脱自在に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記第１のガス供給プレートのガス供給孔は、互いに異なる処理ガスを導入する複数のガス導入ポートに夫々連通する複数のグループに分けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記互いに異なる処理ガスを導入する複数のガス導入ポートは、３種類以上の処理ガスを夫々導入する３つ以上のガス導入ポートであることを特徴とする請求項３に記載のガス供給装置。
【請求項５】
一のグループに属するガス供給孔と他のグループに属するガス供給孔とは、交互に処理ガスを供給して、それら処理ガスの成分を交互に基板に吸着させ、順次処理ガスの成分同士を反応させて反応生成物を積層するために用いられることを特徴とする請求項３または４に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記第１のガス供給プレートのガス供給孔へのパージガスの供給は、当該ガス供給孔への処理ガスの供給が停止された後、前記第２のガス供給プレートのガス供給孔へのパージガスの供給と並行して行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のガス供給装置。
【請求項７】
処理容器内の載置台に載置された基板に対して、互いに反応する複数種類の処理ガスを切り替えて供給することにより、当該基板に対して成膜を行う成膜装置において、
前記処理容器に設けられ、前記下面側領域が、前記載置台上に載置された基板と対向するように配置された請求項１ないし６のいずれか一つに記載のガス供給装置と、
前記第１のガス供給プレートのガス供給孔に連通するガス導入ポートに前記複数種類の処理ガスを切り替えて供給するための処理ガス供給部と、
前記第１のガス供給プレートのガス供給孔に連通するガス導入ポート及び第２のガス供給プレートのガス供給孔に連通するガス導入ポートにパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記処理ガス供給部及びパージガス供給部から供給されるガスの供給タイミング及び供給量を制御するための制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対して処理ガスをシャワー状に供給するためのガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の中には、ガス供給装置と載置台とを処理容器内に対向させ、ガス供給装置から載置台上の基板に処理ガスをシャワー状に供給して基板を処理する装置、例えば成膜装置やエッチング装置等がある。  
このうち成膜装置としては、処理ガスを加熱して反応させる熱ＣＶＤ等があり、また複数種類の処理ガスの供給を例えば２ステップに分けて、第１のステップにて一の処理ガスの供給を行い、また第２のステップにて他の処理ガスの供給を行い、これらステップを交互に行って処理ガスによる反応生成物を順次積層していくいわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）も知られている。このＡＬＤについては、基板の横側から処理ガスを流すサイドフロー方式が知られていたが、本発明者はこのＡＬＤにおいても基板と対向するガス供給装置を用いる方式の方が有利であると考えている。
【０００３】
このガス供給装置はガスシャワーヘッド等と呼ばれており、ガス導入ポートを備えたガス供給装置本体の最下部に多数のガス供給孔が形成されたシャワープレート等と呼ばれているガス供給プレートが設けられている。ガス供給装置本体は、ガス導入ポートとこれに対応するガス供給孔とを連通するためのガス流路を備え、ガス流路の途中にはガスを横方向に拡散させるための拡散空間が形成されており、例えばＡＬＤにより成膜を行うタイプのガス供給装置では、各ステップで供給される処理ガスを夫々異なるガス供給孔から供給できるように構成されている。
【０００４】
このＡＬＤにおいてガスシャワーヘッドから供給される処理ガスの種類を切り替える際には、次の処理ガスの供給を開始する前にパージガスを供給し、成膜を行う処理雰囲気内に残っている処理ガスを完全に排除する作業が行われる。このようなパージ作業の行われるＡＬＤ用のガスシャワーヘッドにおいて、本発明者はガスシャワーヘッドの中央領域については処理ガス及びパージガスの供給を行う領域とし、更に周縁領域をパージガスの供給を行う領域とすることによって、中央領域と周縁領域とを併せたガスシャワーヘッド全体から多量のパージガスを供給することでパージ作業の時間を短縮し、成膜装置のスループットを向上させる技術を検討している。
【０００５】
一方、ガス供給装置においては、シャワープレートの構成は処理ガスの種類に応じて調整される。例えばガス供給孔の孔径や長さ（深さ）についてみると、一のガス供給孔から処理容器内に供給された一の処理ガスが当該ガス供給孔に隣接する他の処理ガス用のガス供給孔へと拡散、侵入し、ガス流路や拡散空間内で処理ガス同士が反応して反応物が付着することによるパーティクルの発生を防止するために、拡散し易いガスを用いる場合にはガス供給孔のサイズを小さしたりあるいはその長さを大きくする等の調整が必要である。
また、処理ガスのガス供給孔のみに限られず、例えばパージ効率を調整するためにパージガスのガス供給孔を変更することもある。
【０００６】
更にまた、実際に製品のウエハを処理する場合に限らず、装置の開発段階においてプロセスレシピに見合ったガス供給孔の孔径や長さを追い込んでいく場合にも、実際に装置を組み立ててガス供給孔の孔径や長さを種々変更することがある。
【０００７】
このような場合、例えば処理ガスの種類の変更に応じてガス供給孔を変更する場合には、ガスシャワーヘッド全体を交換するよりも、シャワープレートだけを交換する方がコスト的にも有利であると考えられる。  
しかしながら、シャワープレートの製作は、例えば直径１〜２ｍｍ程度の微細な多数のガス供給孔を位置、孔径共に高精度に加工しなければならない。そしてウエハが大口径化していることから、シャワープレートも大型化しており、大面積のプレート上にそのような高い精度が要求される加工を施すことは容易ではなく、製作費用も高騰する。
【０００８】
そして既述のように例えば処理ガスを中央領域から、またパージガスを周縁領域から夫々供給する場合には、処理ガスのガス供給孔を変更するときにもシャワープレートにパージガスのガス供給孔を加工しなければならないし、また逆にパージガスのガス供給孔を変更するときにも処理ガスのガス供給孔を加工しなければならず、調整すべきガス供給孔以外のガス供給孔についても加工しなければならないという無駄があり、結果として開発コスト、ランニングコストの低廉化の妨げになる。
【０００９】
更にエッチング装置において、中央領域と周縁領域とから供給するエッチングガスのガスの種類や流量が互いに異なるガスシャワーヘッドが知られているが（特許文献１）、このようなガスシャワーヘッドにおいても、中央領域、周縁領域の一方のガス供給孔を変更するときにも、同様の無駄がある。なおこの特許文献１には、こうした無駄やそれを解消する技術については記載されていない。
【特許文献１】特開２００６−１６５３９９号公報：第００３７段落〜第００３９段落、図３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は基板に対してシャワー状にガスを供給するガス供給装置において、処理ガスの種類や流量を変更するにあたって一部の部品を交換することで対応でき、しかも交換部品を製作する上で有利なガス供給装置を提供することにある。本発明の他の目的は、このガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るガス供給装置は、処理容器内の載置台に載置された基板に対向する多数のガス供給孔から、前記基板に対して成膜を行うために、互いに反応する複数種類の処理ガスを切り替えて供給するガス供給装置であって、
複数のガス導入ポートと、これら複数のガス導入ポートから導入されたガスを前記多数のガス供給孔に導くガス流路と、を有するガス供給装置本体と、
このガス供給装置本体の下面側領域を分割することにより構成され、各々多数のガス供給孔を備えると共にガスの種類及び流量の少なくも一方が互いに異なる第１のガス供給プレート及び第２のガス供給プレートと、を備え、
前記第１のガス供給プレートは、ガス供給装置本体の下面側領域の中央部であって、その外縁が、当該第１のガス供給プレートに対向して配置される基板の外縁よりも内側に位置するように設けられると共に、ガス供給孔が処理ガスとパージガスとを切り替えて供給するガス導入ポートに連通し、前記ガス供給装置本体に対して着脱自在に設けられたことと、
前記第２のガス供給プレートは、前記第１のガス供給プレートを囲むようにリング状に設けられると共に、ガス供給孔がパージガスを専用に供給するガス導入ポートに連通することと、を特徴とする。  
このとき更に前記第２のガス供給プレートは、前記ガス供給装置本体に対して着脱自在に構成するとよい。
【００１３】
また、前記第１のガス供給プレートのガス供給孔を、互いに異なる処理ガスを導入する複数のガス導入ポートに夫々連通する複数のグループに分け、更にこれら互いに異なる処理ガスを導入する複数のガス導入ポートを、３種類以上の処理ガスを夫々導入する３つ以上のガス導入ポートとして構成してもよい。
【００１４】
このほか上述の各ガス供給装置は、一のグループに属するガス供給孔と他のグループに属するガス供給孔とから、交互に処理ガスを供給して、それら処理ガスの成分を交互に基板に吸着させ、順次処理ガスの成分同士を反応させて反応生成物を積層するために用いる場合に適している。また、前記第１のガス供給プレートのガス供給孔へのパージガスの供給は、当該ガス供給孔への処理ガスの供給が停止された後、前記第２のガス供給プレートのガス供給孔へのパージガスの供給と並行して行うとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ガス供給装置本体に多数のガス供給孔を備えたガス供給プレートを設け、このガス供給プレートを、ガスの種類及び流量の少なくも一方が互いに異なる第１のガス供給プレート及び第２のガス供給プレートに分割すると共に、処理ガスを供給する第１のガス供給プレートを前記ガス供給装置本体に対して着脱自在に取り付けている。このため、処理ガスの種類や流量を変更する場合、あるいはその処理ガスの種類や流量に見合った適切なガス供給孔にパラメータを求める作業を行う場合に、ガス供給プレート全体を交換することなく、第１のガス供給プレートのみを交換すればよいので、ガス供給プレートを一体に構成する場合に比べて、使用する材料や加工の手間も小さく、ガス供給プレートの製作費用を低減することが可能となる。
【００１６】
更にまた第２のガス供給プレートについても交換可能な構造とすれば、これらのガス供給プレートのうち、いずれか一方から供給される処理ガスの種類や流量を変更する場合などには、変更の必要なガス供給プレートだけをガス供給装置から取り外して新たなガス供給プレートを装着すればよく、もう一方のガス供給プレートはそのまま使用することができ、より一層有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
先ず、本発明の実施の形態である成膜装置１全体の構成について図１を参照しながら説明する。本実施の形態に係る成膜装置１は、例えば第１の処理ガスとしてストロンチウム（Ｓｒ）を含む原料ガス（以下、Ｓｒ原料ガスという）、第２の処理ガスとしてチタン（Ｔｉ）を含む原料ガス（以下、Ｔｉ原料ガスという）を用い、これらを第３の処理ガスとして酸化ガスであるオゾンガスと反応させて、ＡＬＤプロセスにより、基板であるウエハ表面に高誘電体材料であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３、以下ＳＴＯと略記する）の薄膜を成膜する機能を備えている。
【００１８】
図１の縦断面図に示すように、この成膜装置１は、真空容器をなす処理容器２と、当該処理容器２内に設置され、基板であるウエハＷを載置するための載置台３と、この載置台３と対向するように処理容器２の上部に設けられ、載置台３上のウエハＷ表面に処理ガスを供給するためのガス供給装置であるガスシャワーヘッド４と、を備えている。
【００１９】
載置台３は、ウエハＷを支持する載置台本体に相当するステージ３１と、このステージ３１を覆うステージカバー３２と、から構成されており、ステージ３１は例えば窒化アルミニウムや石英等を材料として、例えば扁平な円板状に形成されている。ステージ３１の内部には、載置台３の載置面を加熱することにより、ウエハＷを成膜温度まで昇温するためのステージヒータ３３が埋設されている。このステージヒータ３３は、例えばシート状の抵抗発熱体より構成されていて、電源部６８より電力を供給することにより載置台３上に載置されたウエハＷを例えば２８０℃で加熱することができる。なおステージ３１内には図示しない静電チャックが設けられており、載置台３上に載置されたウエハＷを静電吸着して固定することができるようになっている。
【００２０】
一方、ステージ３１と共に載置台３を構成するステージカバー３２は、ステージ３１の上面及び側面を覆うことにより、反応生成物や反応副生成物といった反応物のステージ３１表面への堆積を防止する役割を果たしている。ステージカバー３２は例えば石英製の着脱自在なカバー部材（デポシールド等と呼ばれている）として構成されており、その上面中央領域には、ウエハＷよりやや大きな径を有する円形の凹部が形成されていて、当該ステージカバー３２上の載置面に載置されるウエハＷの位置決めを行うことができるようになっている。
【００２１】
載置台３は、柱状の支持部材３４によって例えばステージ３１の下面側中央部を支持されており、当該支持部材３４は昇降機構６９によって昇降されるように構成されている。そしてこの支持部材３４を昇降させることにより載置台３は、外部の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置と、ウエハＷの処理が行われる処理位置と、の間を例えば最長８０ｍｍ程度昇降することができる。
【００２２】
図１に示すように支持部材３４は、処理容器２の底面部、詳しくは後述の下側容器２２の底面部を貫通し、既述の昇降機構６９によって昇降される昇降板２３に接続されていると共に、この昇降板２３と下側容器２２との間はベローズ２４によって気密に接合されている。
【００２３】
また載置台３は、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを載置台３の載置面より昇降させるための例えば３本の昇降ピン３５を備えている。これらの昇降ピン３５は、例えば図１に示すように載置台３をウエハＷの処理位置まで移動させた状態で、各昇降ピン３５の扁平な頭部がステージ３１の上面にて係止され、その下端部がステージ３１の底面から飛び出すように、ステージ３１を上下方向に貫通した状態で取り付けられている。
【００２４】
ステージ３１を貫通した各昇降ピン３５の下方側には、リング状の昇降部材３６が設けられていて、載置台３をウエハＷの受け渡し位置まで降下させた状態で昇降部材３６を昇降させ、各昇降ピン３５を押し上げたり降下させたりすることにより、これら昇降ピン３５に支持されたウエハＷを載置台３の載置面より昇降させることができる。
【００２５】
ここでステージカバー３２の上面側における、既述の昇降ピン３５が貫通している位置には、昇降ピン３５の頭部を格納するための開口部が設けられている。このため、図１に示すようにウエハＷの処理位置まで載置台３を移動させた状態では、ステージカバー３２上面と各昇降ピン３５の頭部上面とがほぼ面一となって、載置台３の上面に平坦なウエハＷ載置面が形成されるようになっている。更に当該ステージカバー３２の側壁部は、ステージ３１の下方側まで延伸されていて、ステージ３１の下方領域を側面から取り囲むスカート部３２１を形成しており、ステージ３１本体と一体の側周面を構成している。
【００２６】
次に処理容器２の構成について説明する。本実施の形態に係る処理容器２は、扁平な椀形の下側容器２２の上に環状に形成された排気ダクト２１を積み重ねた構成となっている。この下側容器２２は，例えばアルミニウム等により構成され、その底面には貫通孔２２１が設けられていて、既述したステージ３１の支持部材３４を貫通させるようになっている。また当該貫通孔２２１の周囲には、例えば４箇所にパージガス供給路２２２が設けられていて、パージガス供給源６６から供給された窒素ガス等のパージガスを下側容器２２内に送り込むことができる。なお図１中、破線で示した搬送口２８は、外部の搬送機構によりウエハＷの搬入出を行うためのものであり、図示しないゲートバルブによって開閉されるようになっている。
【００２７】
排気ダクト２１は、例えばアルミニウム製の角状のダクトを湾曲させて形成された環状体として構成されており、当該環状体の内径及び外径は、既述の下側容器２２の側壁部２２３の内径及び外径とほぼ同サイズに構成されている。また当該排気ダクト２１の処理雰囲気に近い側の壁面を内壁面、処理雰囲気から遠い側の壁面を外壁面と夫々呼ぶことにすると、内壁面上端部には、横方向に伸びるスリット状の真空排気口２１１が間隔を置いて周方向に沿って複数配列されている。当該排気ダクト２１の外壁面の例えば一箇所には排気管２９が接続されていて、例えば当該排気管２９に接続された真空ポンプ６７を利用して、各真空排気口２１１からの真空排気を行うことができるようになっている。また図１に示すように、排気ダクト２１にはその上面側から外壁面及び下面側にかけての外周部を覆うように断熱部材２１２が設けられている。
【００２８】
以上に説明した構成を備えた排気ダクト２１は、断熱部材２１２を介して下側容器２２の上に積み重ねられ、互いに断熱された状態で一体となり、処理容器２を構成している。そして排気ダクト２１の内壁面に設けられた複数の真空排気口２１１は、ガスシャワーヘッド４と載置台３との間に形成された処理雰囲気１０を含む空間に向けて開口しているので、これらの真空排気口２１１より処理雰囲気１０の真空排気を行うことができる。
【００２９】
更に処理容器２の内部には、図１に示すように載置台３と協働して下側容器２２内の空間である下部空間を、載置台３よりも上部の上部空間から区画するためのインナーブロック２６が設けられている。このインナーブロック２６は、例えばアルミニウムにより形成されたリング状部材であって、下側容器２２の側壁部２２３内壁面と、載置台３の側周面との間の空間に装填できるサイズに形成されている。またインナーブロック２６の上面外周部には、当該外周部から外側へ広がるように突起縁２６２が設けられており、インナーブロック２６は、下側容器２２の側壁部２２３と排気ダクト２１の内壁面側の下端部との間に設けられた中間リング体２５２にこの突起縁２６２を係止させて処理容器２内に固定されている。
【００３０】
更にまた図１に示すように、このインナーブロック２６の上面から内周面にかけての領域は、石英製のブロックカバー２６１で覆われており、表面への反応物の堆積を抑えることができるようになっている。そして、載置台３が処理位置にあるとき、このブロックカバー２６１が例えば２ｍｍの隙間を介してステージカバー３２の側面（スカート部３２１の側面）を取り囲むことにより、処理雰囲気１０のガスが下部空間に拡散しにくい状態となる。
【００３１】
更に排気ダクト２１の内壁面に形成された真空排気口２１１と処理雰囲気１０との間のリング状の空間には、この空間の通流コンダクタンスを小さくすることにより、当該処理雰囲気１０からみて処理容器２の周方向における排気の均一化を計るための、断面が逆Ｌ字状に形成されたリング部材であるバッフルリング２７が配設されている。
【００３２】
次にガスシャワーヘッド４について説明する。図２はガスシャワーヘッド４の分解斜視図、図３及び図４は図２に示した一点破線の位置にてガスシャワーヘッド４をカットした縦断斜視図及び縦断面図であり、図３、図４は中心位置から見て左右のカット方向が異なっている。本実施の形態に係るガスシャワーヘッド４は、載置台３上のウエハＷの中央部に対向する中央領域から３種類の処理ガスであるＳｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及びオゾンガス若しくはパージガスを処理雰囲気１０に吐出し、また当該中央領域を囲むリング状の周縁領域からパージガスを吐出することができるようになっている。そして、当該ガスシャワーヘッド４の中央領域においては、Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及びオゾンガスを夫々専用のガス供給孔から供給するいわゆるポストミックスタイプのガスシャワーヘッドとして構成されている。
【００３３】
先ず前記中央領域における処理ガスの供給構造について述べると、図３、図４に示すようにガスシャワーヘッド４の上面にはＳｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及びオゾンガスを夫々導入するための第１の導入ポート５１ａ、第２の導入ポート５２ａ及び第３の導入ポート５３ａが設けられており、これらの導入ポート５１ａ〜５３ａには、上述の各種処理ガスとは別にパージガスも供給することができるようになっている。ガスシャワーヘッド４の内部には上から順に各々扁平な第１の拡散空間４２１、第２の拡散空間４２２及び第３の拡散空間４３１が互いに間隔をおいて積層されており、これらの拡散空間４２１〜４３１は、同軸の円形状に形成されていて、第３の拡散空間４３１は、第１の拡散空間４２１及び第２の拡散空間４２２よりも直径が大きく構成されている。
【００３４】
次にガスシャワーヘッド４上面における各導入ポート５１ａ〜５４ａの配置について説明すると、図２に示すように第１の導入ポート５１ａはガスシャワーヘッド４の上面中央部の１箇所に設けられており、図２に示したＹ方向を手前側とすると第２の導入ポート５２ａは、前記第１の導入ポート５１ａを取り囲む前後左右の４箇所に設けられている。また第３の導入ポート５３ａはこれら第２の導入ポート５２ａの外側４箇所に設けられていて、全体として９つの導入ポート５１ａ〜５３ａがガスシャワーヘッド４の上面の中央領域に十字に配列されている。また、パージガス用の第４の導入ポート５４ａは、この中央領域の外側に、既述の第１の導入ポート５１ａを中心とする対角線上の２箇所に設けられている。
【００３５】
ガスシャワーヘッド４の上面の中央部に設けられた第１の導入ポート５１ａは、第１のガス導入路５１１を介して第１の拡散空間４２１に連通している。ガスシャワーヘッド４は後述のようにプレートを４段積層して構成されており、第１のガス導入路５１１はそれらプレート群の最上段のプレート４１に垂直に形成されている。  
また第２の導入ポート５２ａは、第２のガス導入路５２１を介して第２の拡散空間４２２に連通し、第３の導入ポート５３ａは、第３のガス導入路５３１を介して第３の拡散空間４３１に連通している。第２のガス導入路５２１は、前記最上段のプレート４１から第１の拡散空間４２１を通って垂直に伸びており、従って第１の拡散空間４２１においては、その内部空間が第２のガス導入路５２１を形成する小さな筒状部４２３が配置されている。第３のガス導入路５３１は、平面方向の位置が第１の拡散空間４２１、第２の拡散空間４２２よりも外側位置にて、前記最上段のプレート４１から第３の拡散空間４３１まで伸びている。
【００３６】
更に第１の拡散空間４２１の底面とガスシャワーヘッド４の下面の中央領域にある中央側ガス供給面４０ａとの間には、上下両端が夫々前記底面及び中央側ガス供給面４０ａに開口する垂直な第１のガス供給路５１２が多数設けられている。これら第１のガス供給路５１２は、第２の拡散空間４２２及び第３の拡散空間４３１を通過しているため、これら拡散空間４２２、４３１における第１のガス供給路５１２の通過部位には、その内部空間が当該第１のガス供給路５１２を形成する小さな筒状部４２５、４３２が夫々配置されている。
【００３７】
また第２の拡散空間４２２の底面とガスシャワーヘッド４下面の中央側ガス供給面４０ａとの間には、上下両端が夫々前記底面及び中央側ガス供給面４０ａに開口する垂直な第２のガス供給路５２２が多数設けられている。これら第２のガス供給路５２２は、第３の拡散空間４３１を通過しているため、この第３の拡散空間４３１における第２のガス供給路５２２の通過部位には、その内部空間が第２のガス供給路５２２を形成する小さな筒状部４３３が配置されている。
【００３８】
更にまた、第３の拡散空間４３１の底面とガスシャワーヘッド４下面の中央側ガス供給面４０ａとの間には、上下両端が夫々これら底面及び中央側ガス供給面４０ａに開口する垂直な第３のガス供給路５３２が多数設けられている。なおガス流路の名称については、このように導入ポートから拡散空間までのガス流路を「ガス導入路」とし、拡散空間からガスシャワーヘッド４の下面までの流路を「ガス供給路」としている。
【００３９】
ガスシャワーヘッド４の中央領域は上記のように構成されていることから、Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及びオゾンガスを夫々第１の導入ポート５１ａ、第２の導入ポート５２ａ及び第３の導入ポート５３ａに導入することにより、これらのガスは互いに独立した流路を通ってガスシャワーヘッド４の下面の中央側ガス供給面４０ａから、図１に示した処理雰囲気１０の中央領域１０ａに供給されることとなる。またこれらの導入ポート５１ａ〜５３ａに供給するガスをパージガスに切り替えることにより、当該中央領域１０ａにパージガスを供給することも可能となる。
【００４０】
次にガスシャワーヘッド４の周縁領域における処理ガスの供給構造について述べると、ガスシャワーヘッド４の上面における前記中央領域から外れた領域には、既述のように当該ガスシャワーヘッド４の中心を挟んで相対向する位置に、２つの第４の導入ポート５４ａが設けられている。また前記周縁領域においては、前記第１の拡散空間４２１よりも高い位置にリング状の第４の拡散空間４１１が形成され、２つの第４の導入ポート５４ａからこの第４の拡散空間４１１に夫々ガスを導入するように垂直に伸びる第４のガス導入路５４１が形成されている。更に第４の拡散空間４１１の下方側投影領域であって、第３の拡散空間４３１よりも低い位置にリング状の第５の拡散空間４４１が形成されており、第４の拡散空間４１１から第５の拡散空間４４１にガスが流れるように垂直に伸びる２本の第５のガス導入路５４２が形成されている。
【００４１】
そして上側の第４のガス導入路５４１と下側の第５のガス導入路５４２とは、ガスシャワーヘッド４の周方向に９０度ずつずらして、交互に配置されている。そして第５の拡散空間４４１の底面とガスシャワーヘッド４下面の周縁領域にある周縁側ガス供給面４０ｂとの間には、上下両端が夫々前記底面及び周縁側ガス供給面４０ｂに開口する垂直な第４のガス供給路５４３が多数設けられている。
【００４２】
ガスシャワーヘッド４の周縁領域は上記のように構成されていることから、パージガスを第４の導入ポート５４ａに導入することにより、ガスシャワーヘッド４下面の周縁側ガス供給面４０ｂにおいて、既述の処理ガスの供給部位である中央領域１０ａ外方の周縁領域１０ｂからパージガスを供給することが可能となっている。
【００４３】
ここでガスシャワーヘッド４は、図２に示すようにプレートを４段に積層して構成され、最上段を１段目とすると、１〜３段目までは夫々平面形状が円形のプレート４１、４２及び４３からなり、４段目は前記中央領域１０ａ（ガスシャワーヘッド４の下面の中央部）に位置し、第１のガス供給プレートをなす円形の中央側プレート４５と、この中央側プレート４５から径方向に同心状に分割され、当該中央側プレート４５を囲んで前記周縁領域に位置する第２のガス供給プレートをなすリング状の周縁側プレート４４と、から構成されている。
【００４４】
１段目のプレート４１は、上縁部にフランジ部４１ａを備え、このフランジ部４１ａは、図１に示すようにインナーブロック２６との間に設けられ、当該フランジ部４１ａと勘合する段差を備えたリング状の支持部材２５の段差部上面に密接している。また当該プレート４１におけるフランジ部４１ａの下方側及び２段目以降のプレート４２、４３及び４４の側周面は、前記支持部材２５及びバッフルリング２７の内周面に密合した状態で処理容器２に固定されている。
【００４５】
また図３、図４に示すように１段目のプレート４１の下面にはリング状の溝が形成されており、この溝と２段目のプレート４２の上面とにより区画される空間が前記リング状の第４の拡散空間４１１に相当する。更に前記第１のガス導入路５１１及び第４のガス導入路５４１は、この１段目のプレート４１に形成されている。
【００４６】
２段目のプレート４２の中央領域における上下両面には、図２〜図４に示すように夫々平面形状が円形の凹部が形成されており、上面側の凹部と１段目のプレート４１とで区画される空間が前記第１の拡散空間４２１に相当し、また下面側の凹部と３段目のプレート４３とで区画される空間が前記第２の拡散空間４２２に相当する。
【００４７】
３段目のプレート４３の中央領域における下面には、図３、図４に示すように平面形状が円形の凹部が形成されており、この凹部と４段目の円形の中央側プレート４５の上面とで区画される空間が前記第３の拡散空間４３１に相当する。
【００４８】
４段目のリング状の周縁側プレート４４の上面には、図２〜図４に示すように当該中央側プレート４５の周方向に沿ってリング状に凹部が形成されており、この凹部と３段目の円形のプレート４３の下面とで区画される空間が前記第５の拡散空間４４１に相当する。なお図２において、凹部の符号は対応する拡散空間の符号として記載してある。
【００４９】
そして既述のガス導入路５２１、５３１、５４２、及びガス供給路５１２、５２２は、図３、図４に示すように１段目から４段目のプレート４１、４２、４３、４５及び４４の中で対応する複数のプレートに分割して形成されている。また既述のようにガス導入路あるいはガス供給路が拡散空間を通る部分は、筒状部４２３、４２５、４３２、４３３として構成されているので、これら筒状部４２３、４２５、４３２、４３３は拡散空間４２１、４２２、４３１を形成する凹部の天井面から下方に突出してまたは凹部の底面から上方に突出して設けられている。
【００５０】
拡散空間４２２、４３１においては、多数の筒状部４２５、４３２、４３３があるため、この部分を通じて熱の伝達が行われるが、拡散空間４２１では筒状部４２３が少ないため、上下のプレート４１、４２の間で伝熱しやすいように既述の筒状部４２３以外の箇所においても、凹部の底面から上側のプレートに至るまで上方に突出している柱部４２４が設けられている。
【００５１】
筒状部４２３、４２５、４３２、４３３及び柱部４２４の上端面または下端面は、凹部以外のプレート４２、４３の面と面一（同じ高さ）となっており、従って筒状部４２３、４２５、４３２、４３３の上端面または下端面は、対向するプレート４１、４３、４５の面と密接し、筒状部４２３、４２５、４３２、４３３内を流れるガスがガス拡散空間４２１、４２２、４３２にリークすることが抑えられる。以上において、各プレート４１〜４５内の既述のガス拡散空間４２１、４２２、４３１、４１１、４４１、ガス導入路５１１、５２１、５３１、５４１、５４２、ガス供給路５１２、５２２、５３２、５４３は、第１〜第３の処理ガス（Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及びオゾンガス）を独立して処理雰囲気に供給するためのガス流路を構成している。
【００５２】
以上に説明したガスシャワーヘッド４の各プレート４１〜４５には、図３、図４にいくつかを代表して示したように、互いを締結するためのボルト孔８１ａ〜８４ａ、８１ｂ〜８４ｂが穿設されている。これらのボルト孔８１ａ〜８４ａ、８１ｂ〜８４ｂを用いて、例えば図２に示すようにプレート４１とプレート４２とをボルト８１により締結し、プレート４３の中心と中央側プレート４５の中心とをボルト８２により締結してから、このプレート４３をボルト８３によってプレート４２の下面側に締結し、最後にボルト８４によって周縁側プレート４４をプレート４３の下面側に締結することにより、図３、図４に示すガスシャワーヘッド４が構成される。なお、上述のボルト８１〜８４は、説明の便宜上ガスシャワーヘッド４の各部材４１〜４５を締結しているボルトの一部を抜き出して例示したものであって、実際には各部材４１〜４５は、より多数のボルトによって強固に締結されている。また図示の便宜上図３、図４においてはボルト孔８１ａ〜８４ａ、８１ｂ〜８４ｂの記載を省略してある。
【００５３】
また前記ガス導入路５１１、５２１、５４１、５４２がガス拡散空間４２１、４２２、４１１、４４１に開口する部分においては、拡大した拡径部が形成されている。詳細には、図５（ａ）に例えば第１のガス導入路５１１について代表して示すように、第１のガス導入路５１１及びその開口部５１１ａは例えば円管状に形成されていて、開口部５１１ａの断路面積Ａ２（＝πｒ２２：ｒ２は当該断路の半径）は第１のガス導入路５１１の断路面積Ａ１（＝πｒ１２：ｒ１は当該断路の半径）の約２倍となっていると共に、第１のガス導入路５１１の終端部と開口部５１１ａの終端部とを仮想的に繋ぐ面（図５（ａ）中に破線で示してある）と、開口部５１１ａの側周面と、のなす角度が３０°となるように構成されている。このように拡径部を設けることにより、ガス導入路５１１、５２１、５４１、５４２よりガス拡散空間４２１、４２２、４１１、４４１内にガスを拡散させ易くすることができる。
【００５４】
また４段目の中央側プレート４５に形成されたガス供給路５１２、５２２及び５３２は、図５（ｂ）に示すように、中央側ガス供給面４０ａに開口する下側部分の口径がその上側部分よりも小さくなっている。寸法の一例を示すと、上側部分の口径「Ｌ１＝２ｍｍ」、下側部分の口径「Ｌ２＝１ｍｍ」、下側部分の長さ「Ｈ＝５ｍｍ」である。このようにガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分の口径を小さくすることにより、これらの供給路５１２、５２２、５３２から処理雰囲気１０へと供給される各処理ガスやパージガスのペクレ数Ｐｅの値を大きくすることが可能となり、処理雰囲気１０へと供給した処理ガス等の拡散空間４２１、４２２、４３１への侵入を防止することができる。本実施の形態においては、例えば処理ガスの供給を行っていない期間中のガス供給路５１２、５２２、５３２からは少量のパージガスを流すようになっているが、このパージガスが流れる際のペクレ数が「Ｐｅ≧２０」となるように下側部分の口径が設定されている。ここでＰｅ＝Ｖｓ・Ｈ／Ｄであり、Ｖｓはガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分を流れるパージガスの流速、Ｄはパージガスに対する処理ガスの拡散定数である。ここで本実施の形態においてはＳｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス、オゾンガスの３種類の処理ガスを用いているが、ペクレ数Ｐｅを算出する際に用いる処理ガスの拡散定数Ｄには、最も拡散定数の大きな例えばオゾンガスの値を採用することにより、拡散定数の小さなＳｒ原料ガスやＴｉ原料ガスについての逆拡散も防止できるように設定されている。
【００５５】
このような構造を有するガス供給路５１２、５２２、５３２は、中央側プレート４５の下面の中央側ガス供給面４０ａに開口し、図７に示すように夫々Ｓｒ原料ガス供給孔５１ｂ、Ｔｉ原料ガス供給孔５２ｂ、オゾンガス供給孔５３ｂを構成している。説明の便宜上、図７に示した各ガス供給孔５１ｂ〜５３ｂは、表記記号により識別できるようにしてあり、Ｓｒ原料ガス供給用のＳｒ原料ガス供給孔５１ｂのグループは「◎」、Ｔｉ原料ガス供給用のＴｉ原料ガス供給孔５２ｂのグループは「○」、オゾンガス供給用のオゾンガス供給孔５３ｂのグループは「●」の記号にて、中央側ガス供給面４０ａ上の配置位置に表記してある。
【００５６】
ここで当該ガスシャワーヘッド４のように、ウエハＷに対向する中央側ガス供給面４０ａに多数設けられたガス供給孔５１ｂ〜５３ｂより、処理ガスを供給することにより成膜を行う場合は、ガス供給孔５１ｂ〜５３ｂ同士の間隔（以下、ピッチという）や載置台３上に載置されたウエハＷの表面からガスシャワーヘッド４の中央側ガス供給面４０ａまでの距離（以下、ギャップという）が膜質や膜厚の面内均一性に影響を与える。
【００５７】
即ち、ウエハＷの表面から中央側ガス供給面４０ａまでのギャップに対して、同種類の処理ガスを供給するガス供給孔同士５１ｂ〜５３ｂのピッチが相対的に大きいと、各ガス供給孔５１ｂ〜５３ｂから供給された処理ガスは、十分に拡散して隣のガス供給孔５１ｂ〜５３ｂより供給された処理ガスと均一な処理ガス雰囲気を形成する前にウエハＷに到達してしまう。この結果、ウエハＷ面内で処理ガスの吸着量の多い領域と少ない領域が形成され、ガス供給孔５１ｂ〜５３ｂの配列パターンに合わせて膜厚が薄くなったり、厚くなったりする現象（以下、ガス供給孔５１ｂ〜５３ｂの転写という）を生じる。
【００５８】
ここで本実施の形態に係る成膜装置１においては、既に図１にて説明したようにウエハＷの受け渡し位置から、ウエハＷの処理位置まで載置台３を昇降させることが可能となっており、この処理位置は、例えば図１０（ａ）に示すようにギャップが「ｈ＝４０ｍｍ」と最も大きくなる場合から、図１０（ｂ）に示すように「ｈ＝８ｍｍ」と最も小さくなる場合まで、処理位置を上下方向に自在に変更することができる。この処理位置は、例えば成膜条件を指定したレシピに応じて、予め記憶されている最適な処理位置を選択する等の手法によって決定されるが、各原料ガスの使用量抑制の観点から、できる限りギャップの短い処理位置にて成膜処理を行う要請が強い。そこで本実施の形態に係わるガスシャワーヘッド４においては、ギャップｈが最小となる位置にて処理が行われる場合でも転写が抑えられるように可能な限り各ガス供給孔５１ｂ〜５３ｂのピッチが小さくなるような配列がなされている。
【００５９】
即ち、中央側ガス供給面４０ａを互いに同一の大きさの正三角形からなる単位区画４０１に分割し、この単位区画４０１を構成する各正三角形の３つの頂点に、夫々Ｓｒ原料ガス供給孔５１ｂ、Ｔｉ原料ガス供給孔５２ｂ、オゾンガス供給孔５３ｂを割り当てることにより、多数のガス供給孔５１ｂ〜５３ｂを中央側ガス供給面４０ａに配列している。
【００６０】
さらに詳細には、図８において三角形ＡＢＣの頂点Ａに例えばオゾンガス供給孔５３ｂを割り当て、頂点Ｂに例えばＳｒ原料ガス供給孔５１ｂを割り当て、頂点Ｃに例えばＴｉ原料ガス供給孔５２ｂを割り当てる。この後三角形ＡＢＣの辺ＢＣに対して線対称な三角形ＢＣＤを描くと、頂点Ｄにはこれと線対称な頂点Ａのオゾンガス供給孔５３ｂが割り当てられる。同様なことが三角形ＡＢＣの各辺ＡＢ、ＡＣに対しても行われ、頂点ＥにはＴｉ原料ガス供給孔５２ｂが割り当てられ、頂点ＦにはＳｒ原料ガス供給孔５１ｂが割り当てられる。以下はこれを繰返しガスシャワーヘッド４のガス供給面４０ａに各処理ガスのガス供給孔が形成されることになる。これによれば単位区画４０１内には必ず３種類のガス孔が１つずつ存在し、つまり３種類のガス孔の分布密度が等しいことになる。さらに各々のガス種の隣り合うガス孔の距離も等しくなり（後述するが３種類のガス孔全てに対し、√３ｌとなる）、全てのガス種が均一に処理雰囲気１０に吐出されることになる。
【００６１】
ここで図５（ｂ）に示したように、例えば各ガス供給路５１２、５２２、５３２の上側部分の口径が「Ｌ１＝２ｍｍ」の場合には、工作精度や隣り合うガス供給路５１２、５２２、５３２間に必要な壁の厚み等の観点から、隣り合う各ガス供給路５１２、５２２、５３２同士の距離は例えば約７ｍｍが加工限界であり、この場合には図７に示すように単位区画４０１の一辺の長さｌは７ｍｍなので、例えばオゾンガス供給孔５３ｂ同士のピッチは「ａ＝（√３）ｌ」であり約１２ｍｍとなって、この距離が製作可能な最小のピッチとなる。また、このような配列法によれば、他のガス供給孔５１ｂ、５２ｂ同士のピッチについても同様に製作可能な最小のピッチとなるので、図７、図８に示す配列法はギャップｈが最小の場合においてもガス供給孔５１ｂ〜５３ｂの転写の生じにくい配列になっているといえる。
【００６２】
以上に説明した図８によるガス孔の配列法によれば、例えば正四角形の各頂点に４種類の異なるガス種を割り振り、あとは四角形の各辺に対し線対称に四角形を描き各ガス種のガス孔を割り振ってゆけば、４種類のガス孔の分布密度が等しく、各ガス種の隣り合うガス孔の距離も等しいシャワーヘッドを作ることができ、さらには正多角形（正五角形、正六角形等）にまで適用することができる。一方このような中央側ガス供給面４０ａにおけるガス供給孔５１ｂ〜５３ｂの配列法に対して、周縁側プレート４４の下面の周縁側ガス供給面４０ｂに形成されているパージガス供給孔の配列については、パージガスの供給のみを目的に設けられているため、図８にて説明したような特別な配列法でなくてもよい。例えば図２に周縁プレート４４の上面側から見えるように、第５の拡散空間４４１を構成する凹部の底面全体に、均一に第４のガス供給路５４３を配置し、必要な量のパージガスを周縁領域１０ｂに偏りなく、均一に供給できるように配列するとよい。
【００６３】
次に、ガスシャワーヘッド４への処理ガスやパージガスの供給ラインの構成について説明する。最上段のプレート４１上面の各導入ポート５１ａ〜５４ａには、図４に示すように各種のガスを供給するためのガス供給ライン６１０〜６４０が接続されており、第１の導入ポート５１ａはＳｒ原料ガス供給ライン６１０と、第２の導入ポート５２ａはＴｉ原料ガス供給ライン６２０と、第３の導入ポート５３ａはオゾンガス供給ライン６３０と、また第４の導入ポート５４ａはパージガス供給ライン６４０と、夫々接続されている。更にこれらの各ガス供給ライン６１０〜６４０は図６のガス供給経路図に示すように、上流側で夫々各種の供給源６１〜６４と接続されている。
【００６４】
詳細には、Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０はＳｒ原料供給源６１と接続されていて、当該供給源６１には、例えばＳｒ（ＴＨＤ）２（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）やＳｒ（Ｍｅ５Ｃｐ）２（ビスペンタメチルシクロペンタジエニエルストロンチウム）等の液体Ｓｒ原料が貯留されており、このＳｒ原料が供給ラインに押し出され、気化器６１１により気化されてＳｒ原料ガスがＳｒ原料ガス供給ライン６１０へと供給されるようになっている。
【００６５】
Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０はＴｉ原料供給源６２と接続されていて、当該供給源６２には、例えばＴｉ（ＯｉＰｒ）２（ＴＨＤ）２（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）やＴｉ（ＯｉＰｒ）（チタニウムテトライソプロポキサイド）等のＴｉ原料が貯留されており、Ｓｒ原料の場合と同様に気化器６２１によって気化されたＴｉ原料ガスが供給されるようになっている。
【００６６】
また、オゾンガス供給ライン６３０は例えば周知のオゾナイザ等により構成されるオゾンガス供給源６３に接続されると共に、パージガス供給ライン６４０はアルゴンガスボンベ等により構成されるパージガス供給源６４に接続されていて、夫々の供給ライン６３０、６４０にオゾンガス及びアルゴンガスを供給できる。また、Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０、Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０、オゾンガス供給ライン６３０は夫々経路の途中で分岐してパージガス供給源６４へと接続されており、夫々の処理ガスに替えてパージガスを供給することができる。また各ガス供給ライン６１０〜６４０とガス供給源６１〜６４との間には、バルブ、流量計等からなる流量制御機器群６５が介設されており、後述する制御部７からの指示に基づいて各種のガスの供給タイミング及び供給量が制御される。なお各ガス供給ライン６１０〜６４０は、図２に示した１１個の導入ポート５１ａ〜５４ａ全てに接続されているが、図１や図６等では導入ポート５１ａ〜５４ａの数を略して記載してある。
【００６７】
成膜装置１の装置構成の説明に戻ると、ガスシャワーヘッド４の上面や排気ダクト２１の外壁面の下面側及び上面側等には、図１に示すようにシート状の抵抗発熱体等よりなるシャワーヘッドヒータ４７やダクトヒータ２１３が設けられていて、電源部６８より供給される電力によりガスシャワーヘッド４や排気ダクト２１全体を加熱することによりガスシャワーヘッド４のガス供給面４０や排気ダクト２１内面への反応物の付着を防止できるようになっている。なお図示の便宜上、図１以外の図へのヒータ４７、２１３の記載は省略した。なお上述したものの他、反応物の付着を防止するためのヒータは、例えばインナーブロック２６内にも埋設されているが、説明の便宜上図示は省略する。
【００６８】
以上に説明した成膜装置１は、既述のガス供給源６１〜６３からのガス供給動作、ステージ３１の昇降動作や真空ポンプ６７による処理容器２内の排気動作、各ヒータ４７、２１３による加熱動作等を制御する制御部７を備えている。制御部７は例えば図示しないＣＰＵとプログラムとを備えたコンピュータからなり、このプログラムには当該成膜装置１によってウエハＷへの成膜処理を行うのに必要な制御、例えばガス供給源６１〜６４からの各種ガス供給の給断タイミングや供給量調整に係る制御、処理容器２内の真空度を調節する制御、ステージ３１の昇降動作制御や各ヒータ４７、２１３の温度制御等についてのステップ（命令）群が組まれている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。以下、このようなガスシャワーヘッド４を採用した成膜装置１の動作について説明する。
【００６９】
先ず図９に示すように、搬送口２８を開け、外部の搬送機構を搬送口２８より進入させて処理容器２内にウエハＷを搬入する。次いで昇降ピン３５を介して、受け渡し位置にある載置台３上にウエハＷを載置して不図示の静電チャックにより当該ウエハＷを吸着する。このとき、各ヒータ２１３、４７等により排気ダクト２１やインナーブロック２６の表面は例えば各々２３０℃まで加熱され、またガスシャワーヘッド４のガス供給面４０は例えば２５０℃まで加熱されている。次いで搬送口２８を閉じて処理容器２内を気密な状態とした後、真空ポンプ６７により排気ダクト２１を介して処理容器２内を引き切りの状態とする。
【００７０】
このとき既述のようにインナーブロック２６はウエハＷの受け渡し位置よりも高い位置に固定されているので、図９に示すように載置台３をウエハＷの受け渡し位置まで降下させた状態においては、下側容器２２内の空間は処理雰囲気１０と連通した（区画されていない）状態となっている。このため、上述の真空排気においては下側容器２２内を含む処理容器２内全体が真空排気される。
【００７１】
処理容器２内が所定の圧力まで真空排気されたら、真空排気を継続したままウエハＷの載置された載置台３を、レシピに応じて選択された処理位置、例えば図１０（ａ）に示すギャップ「ｈ＝４０ｍｍ」の処理位置から図１０（ｂ）に示すギャップ「ｈ＝８ｍｍ」の処理位置までの間の予め決められた位置まで上昇させる。ここで処理位置まで載置台３を上昇させると、例えば図１０（ａ）や図１０（ｂ）に示すようにステージカバー３２の側周面、あるいは当該側周面から延伸されたスカート部３２１がインナーブロック２６に取り囲まれた状態となって、載置台３上方の処理雰囲気１０と、下側容器２２内の空間とが、載置台３及びインナーブロック２６により遮られて互いに区画された状態となる。
【００７２】
このようにして処理雰囲気１０と下側容器２２内の空間とが区画されたら、パージガス供給路２２２より下側容器２２内へのパージガス導入を開始する。そしてステージヒータ３３によりウエハＷの温度が例えば２８０℃まで加熱された後、ＳＴＯの成膜処理を開始する。なお、図９、図１０（ａ）、図１０（ｂ）においては、図示の便宜上ステージヒータ３３の記載は省略してある。また以下の動作説明では、ウエハＷの処理位置が図１０（ｂ）に示したギャップ「ｈ＝８ｍｍ」である場合を例にとって説明を進める。
【００７３】
ＡＬＤプロセスによるＳＴＯの成膜処理は、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）に示すガス供給シーケンスに基づいて実行される。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の各図に示した白抜きのカラムは各ガス供給ライン６１０〜６３０からの処理ガス（Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス、オゾンガス）の供給量を示し、また図１１（ａ）〜図１１（ｄ）の斜線のハッチで塗りつぶしたカラムは、各ガス供給ライン６１０〜６４０からのパージガスの供給量を示している。また図１２〜図１５は、これらのシーケンス実行中におけるガスシャワーヘッド４内及び処理雰囲気１０の各ガスの流れを模式的に示している。
【００７４】
ガス供給シーケンスによれば、図１１（ａ）に示すように、まずＳｒ原料ガスの供給を行う（Ｓｒ原料ガス供給工程）。このときガスシャワーヘッド４内においてＳｒ原料ガスは、図１２に示すように第１のガス導入路５１１を通って第１の拡散空間４２１内に拡散し、第１の拡散空間４２１底面に多数設けられた第１のガス供給路５１２を通って、中央側ガス供給面４０ａの各Ｓｒ原料ガス供給孔５１ｂ（図７参照）から処理雰囲気１０の中央領域１０ａに供給される。
【００７５】
このようにして、Ｓｒ原料ガスは、ガスシャワーヘッド４の中央側ガス供給面４０ａから処理雰囲気１０内の中央領域１０ａに供給され、載置台３上のウエハＷの中央部に到達する。このとき図１に示すように、処理雰囲気１０の周囲には排気ダクト２１に設けられた真空排気口２１１が当該処理雰囲気１０を取り囲むように配置されているので、ウエハＷ中央部に到達した原料ガスはこれらの真空排気口２１１に向かってウエハＷの中央部から周縁部へと流れていく。このようにウエハＷの中央部から周縁部に原料ガスが流れることにより、原料ガスの移動距離が短くなって、各原料ガスの分子をウエハＷの径方向に均一に吸着させることができる。
【００７６】
またこのとき、図１１（ｂ）〜（ｄ）及び図１２に示すように原料ガスの逆流を防止するため、第２のガス供給路５２２、第３のガス供給路５３２及び第４のガス導入路５４１からは少量のパージガスを流している。一方、図１に示した下側容器２２のパージガス供給路２２２から供給されたパージガスは、載置台３とインナーブロック２６との隙間を通って処理雰囲気１０内に進入し、これにより原料ガスが下側容器２２内の空間へと流入することを抑え、反応物が付着することによる付着物の形成を防止している。この載置台３とインナーブロック２６との隙間からのパージガスの供給は、ガス供給シーケンスの実行中、継続して行われる。
【００７７】
このようにして所定時間が経過し、ウエハＷ上にＳｒ原料ガスの吸着層を形成したら、各原料ガスの供給を停止し、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）に示すようＳｒ原料ガス供給ライン６１０及びパージガス供給ライン６４０からパージガスを供給して、処理雰囲気１０並びにガスシャワーヘッド４内部に残存するＳｒ原料ガスをパージする（Ｓｒ原料ガスパージ工程）。このときガスシャワーヘッド４内では、Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０から供給されたパージガスは、図１３に示すように既述のＳｒ原料ガスと同様の経路を経て処理雰囲気１０の中央領域１０ａに供給される。一方パージガス供給ライン６４０より供給されたパージガスは、第４のガス導入路５４１→第４の拡散空間４１１→第５のガス導入路５４２を経てリング状の第５の拡散空間４４１に到達し、この底面に多数設けられた第４のガス供給路５４３を通って処理雰囲気１０の周縁領域１０ｂに供給される。
【００７８】
このように処理容器２内の処理雰囲気１０には、中央領域１０ａと周縁領域１０ｂ双方に同時にパージガスが供給されるため、例えばこれらの領域のいずれか一方のみにパージガスを供給する場合に比べてパージガス量が多くなり、短い時間で原料ガスのパージを終えることができる。なおこのとき、図１１（ｂ）、（ｃ）及び図１３に示すように第２のガス供給路５２２及び第３のガス供給路５３２からも少量のパージガスを流している。
【００７９】
処理雰囲気１０からのＳｒ原料ガスのパージを終えたら、図１１（ｂ）に示すようにＴｉ原料ガスを供給する。Ｔｉ原料ガスは、図１４に示すように第２のガス導入路５２１→第２の拡散空間４２２→第３のガス供給路５３２を経て中央側ガス供給面４０ａの各Ｔｉ原料ガス供給孔５２ｂ（図７参照）より処理雰囲気１０の中央領域１０ａに供給され、Ｓｒ原料ガスの場合と同様にウエハＷ中央部から周縁部へ向かって流れて当該ウエハＷの径方向に均一に吸着する。また図１１（ａ）、（ｃ）、（ｄ）及び図１４に示すように第１のガス供給路５１２、第３のガス供給路５３２及び第４のガス導入路５４１からは少量のパージガスを流して原料ガスの逆流を防止している。
【００８０】
次いで、既述の図１３に示すようにパージガスによるガスシャワーヘッド４内及び処理雰囲気１０からのＴｉ原料ガスのパージが行われるが（Ｔｉ原料ガスパージ工程）、図１１（ｂ）、（ｄ）に示すように、Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０とパージガス供給ライン６４０からのパージガス供給がメインに行われる一方、図１１（ａ）、（ｃ）に示すようにＳｒ原料ガス供給ライン６１０、オゾンガス供給ライン６３０から、夫々第１のガス供給路５１２、第３のガス供給路５３２へは原料ガスの逆流防止を目的とした少量のパージガス供給が行われている点が既述のＳｒ原料ガスパージ工程と異なっている。
【００８１】
このようにして、Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガスの供給及び夫々のパージを終えたら図１１（ｃ）に示すようにオゾンガス供給ライン６３０からのオゾンガスの供給を行う（オゾンガス供給工程）。このときオゾンガスは、図１５に示すようにガスシャワーヘッド４の第３のガス導入路５３１を通って第３の拡散空間４３１内に拡散し、この第３の拡散空間４３１の底面に多数設けられた第３のガス供給路５３２を通って中央側ガス供給面４０ａの各オゾンガス供給孔５３ｂ（図７参照）から処理雰囲気１０の中央領域１０ａに供給される。なおこのとき図１１（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すようにＳｒ原料ガス供給ライン６１０、Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０、パージガス供給ライン６４０からは少量のパージが供給され、ガスシャワーヘッド４内へのオゾンガスの進入を防止している。
【００８２】
この結果、処理雰囲気１０内でウエハＷ表面に到達したオゾンが、既にウエハＷの表面に吸着している原料ガスとステージヒータ３２からの熱エネルギーにより反応して、ＳＴＯの分子層が形成される。こうして所定時間オゾンガスを供給したらオゾンガスの供給を停止して、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）及び図１３に示すようにオゾンガス供給ライン６３０、パージガス供給ライン６４０からパージガスを供給して、処理雰囲気１０並びにガスシャワーヘッド４内部に残存するオゾンガスをパージする（オゾンガスパージ工程）。またこの際にも図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、第１のガス供給路５１２、第２のガス供給路５２２からは少量のパージガスを流している。
【００８３】
図１１に示すように、以上に説明した６つの工程を１サイクルとすると、当該サイクルを予め決められた回数、例えば１００回繰り返してＳＴＯの分子層を多層化し、所定の膜厚を備えたＳＴＯ膜の成膜を完了する。このようにＳｒ原料ガス供給工程〜オゾンガスパージ工程の各工程において、本来大流量で流すガス流路以外のガス流路からも必ず小流量のパージガスを流すようにしている。そして成膜を終えたら各種のガス供給を停止し、ウエハＷの載置された載置台３を搬送口２８まで降下させ、処理容器２内の圧力を真空排気前の状態に戻した後、搬入時とは逆の経路で外部の搬送機構によりウエハＷを搬出し、一連の成膜動作を終える。
【００８４】
以上に説明した動作によりＳＴＯ膜の成膜を行う本実施の形態に係わる成膜装置１において、３種類の処理ガス及びパージガスを処理雰囲気１０の中央領域１０ａに供給する中央側プレート４５と、パージガスを処理雰囲気１０の周縁領域１０ｂへ供給する周縁側プレート４４とは、図２に示したように異なる部材により構成されている。そして、これらのプレート４４、４５はボルト８３、８４により上段側のプレート４１〜４３（以下、これら上段側のプレートをガスシャワーヘッド本体４ａという）に固定されているため、中央側プレート４５、周縁側プレート４４は必要に応じて各々ガスシャワーヘッド本体４ａから取り外すことができる。
【００８５】
ここで例えば図５（ｂ）において説明したように、中央側プレート４５に形成されているガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分の口径Ｌ２は、上流側の拡散空間４２１、４２２、４３１等への処理ガスの逆拡散を防止するために、処理ガスの供給を行っていない期間中のガス供給路５１２、５２２、５３２を流れる少量のパージガスのペクレ数が「Ｐｅ≧２０」となるように設定されている。このペクレ数は、Ｐｅ＝Ｖｓ・Ｈ／Ｄの定義式に基づき、ガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分を流れるパージガスの流速Ｖｓ、当該下側部分の長さＨ、パージガスに対する処理ガスの拡散定数Ｄにより決定されるが、例えば処理ガスを変更した場合等にはガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分の口径Ｌ２や高さＨを変える必要が生じる。
【００８６】
例えば、現在使用している中央側プレート４５のガス供給路５１２、５２２、５３２は、３種類の処理ガスの中で最も拡散しやすいオゾンガスのパージガスに対する拡散定数Ｄに基づきペクレ数Ｐｅを算出し、「Ｐｅ≧２０」の条件を満たすように、下側部分の長さＨやガス流速Ｖｓを決定する口径Ｌ２が決定されているとする。
【００８７】
このとき例えば原料ガス（Ｓｒ原料ガスやＴｉ原料ガス）の変更に伴って酸性ガスについても例えばオゾンガスを水蒸気に変更する必要が生じたとすると、水蒸気はオゾンガスの３分の１程度の分子量しかないためパージガスに対する拡散係数が大きくなってしまうおそれがある。この結果、ガス供給路５１２、５２２、５３２を流れるパージガスに対する水蒸気のペクレ数Ｐｅが小さくなり、処理ガスの逆拡散防止に必要な「Ｐｅ≧２０」の条件を満たさなくなってしまう。
【００８８】
このような場合には、例えばパージガスの供給量を増やすことによりガス流速Ｖｓを大きくしてペクレ数Ｐｅを大きくする手法も考えられる。しかしながら例えば図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の原料ガス供給工程やオゾンガス供給工程においては、他のガス供給路にて処理ガスを供給している期間中に、処理ガスの供給を行っていないガス供給路から少量のパージガスの供給が行われるので、ペクレ数Ｐｅを大きくすることを目的としてパージガスの供給量を増やすと成膜結果に悪影響を与えてしまう。そこで、パージガスの供給量を変えることなくガス流速Ｖｓを大きくするためにガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分の口径Ｌ２を小さくしたり、下側部分の長さＨを長くしたりする必要性が生じる。
【００８９】
このような場合に本実施の形態に係わる中央側プレート４５は、ガスシャワーヘッド本体４ａから着脱自在に構成されているので、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に模式的に示すように、ガス供給路５１２、５２２、５３２の下側部分における口径の大きな従来の処理ガス用の中央側プレート４５（図１６（ａ））を、ガスシャワーヘッド本体４ａから取り外して下側部分における口径の小さな新たな中央側プレート４５ａに交換し（図１６（ｂ））、新たな処理ガスに対応した中央側プレート４５ａを備えたガスシャワーヘッド４を構成することができる（図１６（ｃ））。また下側部分の長さＨが十分確保できない場合には、本実施の形態に係る成膜装置１においては図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにギャップが可変できるので、中央側プレート４５の厚みを厚くしてもよい。なお図１６（ａ）〜図１６（ｃ）の各図においては、便宜上、周縁側プレート４４における第４のガス供給路５４３の記載を省略した。
【００９０】
以上、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）にて説明したように現在用いている中央側プレート４５を新たな条件に見合ったものに変更する手法は、当該成膜装置１を全く異なるプロセスに転用する場合にも有効である。例えば、実施の形態中に示したＳＴＯ膜を成膜するための成膜装置１を、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３、以下ＢＴＯと略記する）膜の成膜を行う装置に転用する場合等においても、これまで使用していた中央側プレート４５を、Ｂａ原料ガス、Ｔｉ原料ガス及び酸化ガスの性状や供給量に見合ったガス供給路５１ｂ〜５３ｂを有する新たな中央側プレート４５ａに交換するだけで成膜装置１を種類の異なる膜を成膜するプロセスに適用できる。また原料ガスと酸化ガスとを夫々１種類ずつ、合計２種類の処理ガスを中央側プレート４５ａより供給して成膜を行う成膜装置１に転用することも可能である。この場合には原料ガス用の一方側のガス供給路５１２、５２２を塞いだ中央側プレート４５ａを用いたりするとよい。
【００９１】
以上に説明した本実施の形態に係わるガスシャワーヘッド４によれば以下の効果がある。ガスシャワーヘッド本体４ａに多数のガス供給路５１２、５２２、５３２を備えたプレート４４、４５を設け、このプレート４４、４５を、主として処理ガスを供給する中央側プレート４５及びパージガスのみを供給する周縁側プレート４４に分割すると共に、処理ガスを供給する中央側プレート４５をシャワーガスヘッド本体４ａに対して着脱自在に取り付けている。このため、例えば中央側プレート４５から供給される処理ガスの種類を変更する場合、あるいはその処理ガスの種類や流量に見合った適切なパラメータを求め、このパラメータに合わせてガス供給孔の口径等の変更を行う場合に、プレート４４、４５全体を交換することなく、中央側プレート４５のみを交換すればよいので、プレート４４、４５を一体に構成する場合に比べて、使用する材料や加工の手間も小さく、ガスシャワープレート４の製作費用を低減することが可能となる。
【００９２】
ここで中央側プレート４５を交換する要因は、上述のように処理ガスの変更に限定されるものではなく、例えば処理ガスの流量を増やす場合等に中央側プレート４５の圧力損失を低減する目的等でガス供給路５１２、５２２、５３２の口径を大きくしてもよい。
【００９３】
更に、第１のガス供給プレートとして着脱自在に構成するプレートは中央側プレート４５に限定されるものではなく、例えばパージ時間の更なる短縮のためパージガス供給量を増やすことを目的として周縁側プレート４４のパージガス供給孔の口径を大きくする等してもよい。このように周縁側プレート４４についても交換可能な構造とすれば、これらのプレート４４、４５のうち、いずれか一方から供給される処理ガス（パージガスを含む）の種類や流量を変更する場合などには、変更の必要なプレート４４、４５だけをガス供給装置から取り外して新たなプレート４４、４５を装着すればよく、もう一方のプレート４４、４５はそのまま使用することができ、より一層有利である。
【００９４】
また、以上に説明したガスシャワーヘッド４のように、中央側プレート４５と周縁側プレート４４とを分割して構成し、各々のプレート４４、４５に設けたガス供給孔よりガスの種類や流量の異なるガスを供給するタイプのガス供給装置を適用可能な装置は、実施の形態中に示した成膜装置１に限定されるものではない。例えば背景技術にて例示した特許文献１に記載のエッチング装置のように、ガスシャワーヘッド下面の中央領域から所定濃度のエッチングガスを供給する一方で、周縁領域からは中央領域からのエッチングガスよりも濃度の高いエッチングガスを供給し、夫々の領域から供給するエッチングガスの流量を独立して調整するタイプのエッチング装置にも、本発明に係るガス供給装置は適用することができる。このような場合においても中央領域、周縁領域のいずれか一方のガス供給孔を変更する必要が生じた際に、変更の必要なプレート４４、４５のみを変更することにより、プレート４４、４５の製作費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。
【図２】上記成膜装置に設けられたガスシャワーヘッドの分解斜視図である。
【図３】上記ガスシャワーヘッドの縦断斜視図である。
【図４】上記ガスシャワーヘッドの縦断面図である。
【図５】ガスシャワーヘッド内のガス導入路及びガス供給路部分の縦断面図である。
【図６】上記成膜装置のガス供給経路図である。
【図７】上記ガスシャワーヘッドに設けられたガス供給孔の配列を示す平面図である。
【図８】上記ガス供給孔の配列を示す説明図である。
【図９】上記成膜装置の第１の動作説明図である。
【図１０】上記成膜装置におけるウエハの処理位置を示す説明図である。
【図１１】上記成膜装置による成膜処理におけるガス供給シーケンス図である。
【図１２】上記成膜装置の第２の動作説明図である。
【図１３】上記成膜装置の第３の動作説明図である。
【図１４】上記成膜装置の第４の動作説明図である。
【図１５】上記成膜装置の第５の動作説明図である。
【図１６】上記ガスシャワーヘッドに係る作用図である。
【符号の説明】
【００９６】
Ｗ          ウエハ
１          成膜装置
２          処理容器
３          載置台
４          ガスシャワーヘッド
４ａ        ガスシャワーヘッド本体
７          制御部
１０        処理雰囲気
１０ａ      中央領域
１０ｂ      周縁領域４０        ガス供給面
４０ａ      中央側ガス供給面
４０ｂ      周縁側ガス供給面
４１〜４３  プレート
４４        周縁側プレート
４５        中央側プレート
５１ａ      第１の導入ポート
５１ｂ      Ｓｒ原料ガス供給孔
５２ａ      第２の導入ポート
５２ｂ      Ｔｉ原料ガス供給孔
５３ａ      第３の導入ポート
５３ｂ      オゾンガス供給孔
５４ａ      第４の導入ポート
４１１      第４の拡散空間
４２１      第１の拡散空間
４２２      第２の拡散空間
４３１      第３の拡散空間
４４１      第５の拡散空間
５１１      第１のガス導入路
５１２      第１のガス供給路
５２１      第２のガス導入路
５２２      第２のガス供給路
５３１      第３のガス導入路
５３２      第３のガス供給路
５４１      第４のガス導入路
５４２      第５のガス導入路
５４３      第４のガス供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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