(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間内に複数種類の処理ガスを供給するガス噴出ヘッドを有し、上記処理ガスにより被処理物の表面に成膜を行なう成膜装置であって、
上記ガス噴出ヘッドには、被処理物側に面するヘッド面に各処理ガスを独立して噴出させるノズルがそれぞれ多数設けられ、
上記ガス噴出ヘッドには、各処理ガスがそれぞれ独立して導入される複数の拡散空間と、上記拡散空間を分離独立させる区画部材とを含み、上記拡散空間が導入された処理ガスの拡散室に形成された拡散室ユニットが、積層された状態で存在しており、
上記各拡散空間からそれぞれの処理ガスに対応するノズルに対して処理ガスが供給されるように構成され、上記処理ガス導入路を形成する導入管が区画部材に埋設されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記拡散空間および区画部材はヘッド面に実質的に沿う方向に配置され、上記拡散空間は少なくともヘッド面においてノズルが配置された範囲をカバーする広さに広がった偏平な空間である請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
上記各拡散空間には各処理ガスを独立して導入する処理ガス導入路が配置され、上記処理ガス導入路は、この処理ガス導入路から拡散空間内に導入された処理ガスが拡散空間の全域にわたってできるだけ均一に分布するように配置されている請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
上記処理ガス導入路から拡散空間内に処理ガスを導入する導入口は、ヘッド面とは反対側の拡散室の内壁面に向かって開口している請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
上記ガス噴出ヘッドは、上記拡散室ユニットとは独立して処理ガスが導入され上記拡散室よりも十分に小さくなるよう設定された小容積拡散室と、上記小容積拡散室から分岐して当該小容積拡散室に導入された処理ガスに対応するノズルに対して処理ガスを供給する供給流路とを備えた拡散室部材をさらに備え、上記拡散室部材はいずれかの拡散室ユニットに隣接させて積層状に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
上記ヘッド面には、複数種類の異なる処理ガスを噴出させるノズルが近接して設けられた処理ガスの噴出部が所定間隔を隔てて複数配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
上記噴出部は、複数種類の異なる処理ガスを独立して噴出させるノズル開口および／またはノズル管が同心円状に配置された多重構造を呈し、上記ノズル管はヘッド面の近傍に開口を有するとともに、そのノズル管が噴出させる処理ガスが導入される拡散空間または供給流路と連通している請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
上記ノズル管は、多重構造の内側に位置するノズル管ほど被処理物から遠い側に配置された拡散空間または供給流路と連通している請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
上記ガス噴出ヘッドにおいて、各拡散室ユニットまたは拡散室部材のうち少なくとも被処理物側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材と、被処理物とは反対側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材とをそれぞれ独立して温度制御するようになっている請求項１〜８のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１０】
上記拡散室ユニットの拡散空間に、ノズル開口および／またはノズル管だけが拡散空間の高さ方向に当該空間を貫通した状態で存在させてある請求項１〜９のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１１】
上記処理ガス導入路は、上記拡散空間に実質的に突出しない状態で配置されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１２】
上記区画部材毎に温度制御をするようになっている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理空間内に複数種類の処理ガスを供給し、この処理ガスにより被処理物の表面に成膜を行なう成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成膜装置は、種々な方式のものが知られているが、本発明にもっとも近いと思われる先行技術として、下記の特許文献１に開示された「処理装置のシャワーヘッド構造及び処理ガスの供給方法」と、特許文献２に開示された「ガスソース分子線エピタキシー装置」がある。以下、図１１から図１３に示す上記先行技術について説明する。
【０００３】
まず、特許文献１について説明する。
【０００４】
真空状態の処理容器６０に取付けられたシャワーヘッド本体６１から処理ガスが噴出され、処理容器６０内に配置した半導体ウエハＷの表面に上記処理ガスが吹き付けられて、その表面に絶縁用の酸化膜や配線用の金属膜が形成されるようになっている。処理容器６０の底部に支柱６２が設けられ、その上に載置台６３が結合されている。この載置台６３上に半導体ウエハＷが載せられている。また、処理容器６０の下側に配置した加熱ヒーターである加熱ランプ６４により、石英ガラス製の透過窓６５を経て載置台６３を加熱して、半導体ウエハＷをその処理に適した所定の温度に維持している。
【０００５】
上記シャワーヘッド本体６１は、分厚い板材で構成された上段ブロック６６，中段ブロック６７，下段ブロック６８が一体化されたもので、各ブロックには原料ガス供給路６９や還元ガス供給路７０が設けられている。図１１は、これらの供給路６９，７０が分岐している状態を分解図の形で示している。原料ガス供給路６９は、上段ブロック６６において二股に分岐して分岐路６９Ａ，６９Ａを形成し、さらにそれらが中段ブロック６７においてそれぞれ二股に分岐して都合４本の分岐路６９Ｂを形成し、さらに、下段ブロック６８において都合４本のガス噴出路６９Ｃを形成している。
【０００６】
また、同様にして、還元ガス供給路７０は上段ブロック６６において二股に分岐して分岐路７０Ａ，７０Ａを形成し、さらにそれらが中段ブロック６７においてそれぞれ分岐および屈曲して都合５本の分岐路７０Ｂを形成し、さらに、下段ブロック６８において都合５本のガス噴出路７０Ｃを形成している。なお、上記説明では、ガス噴出路６９Ｃは都合４本、ガス噴出路７０Ｃは都合５本と記載しているが、これらは図１１や図１２の断面における本数であり、下段ブロック６８を下から見ると多数のガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃが下段ブロック６８の下面全域にわたって開口している。
【０００７】
処理ガスが半導体ウエハＷからの輻射熱により、下段ブロック６８のガス噴出路６９Ｃ内に成膜状態になって付着することを防止するために、シャワーヘッド本体６１には冷却水路７１が設けてある。この水路７１は、上段ブロック６６の端部付近から下降して下段ブロック６８のガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃを均一に冷却して、反対側の上段ブロック６６から流出して行くようになっている。また、加熱手段７２により、半導体ウエハＷからの輻射熱を受けにくい中段ブロック６７や上段ブロック６６を加熱して、処理ガスが液化したり熱分解したりすることのないようにしている。なお、排気通路７３は真空ポンプ（図示していない）に接続され、成膜形成時に処理容器６０内を真空にしている。
【０００８】
つぎに、特許文献２について説明する。なお、この説明において、特許文献１の説明と実質的に同じ事項については、同じ符号を図１３に記載してその説明は省略してある。
【０００９】
シャワーヘッド本体６１は、第１の原料ガスが供給される拡散室７４と、第２の原料ガスが供給される拡散室７５とが層状になって形成されている。拡散室７４に進入している第１供給管７６の開口の直ぐ近くに水平拡散板７７が配置され、ここで第１の原料ガスが拡散される。また、拡散室７５は鍋型の容器で形成され、その底部に開口している第２供給管７８の直ぐ近くに水平拡散板７９が配置され、ここで第２の原料ガスが拡散される。このようにして拡散された第１および第２の原料ガスがそれぞれガス噴出路６９Ｃ，７０ＣからウエハＷの方へ噴射される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２９１３８５号公報
【特許文献２】
特公平８−１１７１８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１における課題を説明する。上記のようなシャワーヘッド本体６１であると、原料ガスや還元ガスの流路が上段ブロック６６，中段ブロック６７，下段ブロック６８の厚さ方向に各ブロック６６，６７，６８を貫通した形態になっている。同時に、原料ガス供給路６９や還元ガス供給路７０は、上段ブロック６６や中段ブロック６７において複雑に分岐しているために、下段ブロック６８のガス噴出路６９Ｃや７０Ｃに至る各流路の流路抵抗が均一化しにくい流路構成となっている。特に、上段ブロック６６に流入した処理ガスは、例えば、原料ガス供給路６９であれば、流路が略直角に屈曲している箇所が、下段ブロック６８のガス噴出路６９Ｃまでに４箇所にも及び、このような多数の屈曲箇所による流路抵抗の増大や圧力損失は処理ガスの噴出状態に大きな影響をもたらすことになる。
【００１２】
したがって、各ガス噴出路６９Ｃや７０Ｃから噴出される処理ガスの流量にばらつきが発生し、半導体ウエハＷの表面における結晶の成長が不均一となり、結晶膜の厚さやその他の成膜品質要件が満足なものとならない。このような問題が発生するのは、原料ガスや還元ガス等の各処理ガスが、それぞれ各ブロック６６，６７，６８を厚さ方向に貫通しながら分岐を重ねて行く流路構成が根本的な原因になっている。
【００１３】
上記の上段ブロック６６や中段ブロック６７は、いずれも処理ガスの流路を分岐させるための構造体として設けられ、しかも最終的には下段ブロック６８に多数のガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃが形成された構造となっている。そのために、各ブロック６６，６７，６８には、各処理ガスごとにそれぞれ全く異なった流路を複数形成する必要があるために、各ブロックの流路構造が非常に複雑になり、しかも、各ブロックの製作管理においても得策ではない。また、上記のような複雑多岐にわたる流路構成であると、シャワーヘッド内における処理ガスの滞留容積が大きくなるので、多層膜成形時の残留ガスが完全に除去しきれないことが発生し、それによりＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の適正な進行が不可能となる。
【００１４】
また、各ブロック６６，６７，６８を積層して一体化するときには、例えば、上段ブロック６６の分岐路７０Ａと中段ブロック６７の分岐路７０Ｂとを正確に連通させることが、組立て精度の面で非常に困難なこととなり、このような連通性が正しく確保されていない場合には、処理ガスの流路面積がこの連通箇所において小さくなって、適正な流量が確保できなくなり、結果的には成膜品質に悪影響を及ぼすことになる。また、連通箇所において分岐路７０Ａと７０Ｂがずれていると、そこで処理ガスの流れに乱流が発生し、やはり適正なガス供給ができないこととなる。
【００１５】
つぎに、特許文献２における課題を説明する。ここでの拡散室７４，７５の空間形状は、図１３の上下方向の空間寸法が大きいので、水平拡散板７７や７９が必須のものとなっている。しかし、このような形式の拡散板であると、拡散板の背後にかくれたガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃへのガス流がそれ以外のガス噴出路よりも大幅に少なくなる可能性がある。したがって、特許文献１と同様に、各ガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃにおける処理ガスの流量にばらつきが発生するおそれがある。
【００１６】
さらに、拡散室７４，７５の空間寸法が上下方向に大きくなっているので、各ガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃに対する供給ガス圧力が上がりにくくなり、ウエハＷに対するガス噴射量が低下し、良好な成膜に支障を来すおそれがある。そして、上記のような空間寸法のために、シャワーヘッド本体６１をコンパクトに構成することが困難になる。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ガス噴出ヘッドの各ノズルからのガス噴出状態が適正化されるとともに、コンパクトなガス噴出ヘッドを備えた成膜装置の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の成膜装置は、処理空間内に複数種類の処理ガスを供給するガス噴出ヘッドを有し、上記処理ガスにより被処理物の表面に成膜を行なう成膜装置であって、上記ガス噴出ヘッドには、被処理物側に面するヘッド面に各処理ガスを独立して噴出させるノズルがそれぞれ多数設けられ、上記ガス噴出ヘッドには、各処理ガスがそれぞれ独立して導入される複数の拡散空間と、上記拡散空間を分離独立させる区画部材とを含み、上記拡散空間が導入された処理ガスの拡散室に形成された拡散室ユニットが、積層された状態で存在しており、上記各拡散空間からそれぞれの処理ガスに対応するノズルに対して処理ガスが供給されるように構成され、上記処理ガス導入路を形成する導入管が区画部材に埋設されていることを要旨とする。
【００１９】
すなわち、本発明の成膜装置は、上記ガス噴出ヘッドには、被処理物側に面するヘッド面に各処理ガスを独立して噴出させるノズルがそれぞれ多数設けられ、上記ガス噴出ヘッドには、各処理ガスがそれぞれ独立して導入される複数の拡散空間と、上記拡散空間を分離独立させる区画部材とを含み、上記拡散空間が導入された処理ガスの拡散室に形成された拡散室ユニットが、積層された状態で存在しており、上記各拡散空間からそれぞれの処理ガスに対応するノズルに対して処理ガスが供給されるように構成されている。
【００２０】
上記のような構成により、特定の拡散空間に供給された１種類の処理ガスは、その拡散空間内で分散されて拡散室内に充満し、その処理ガスのためのノズルの方へ仕向けられる。また、他の拡散空間に供給された他の種類の処理ガスも同様な流通過程を経て、その処理ガスのためのノズルの方へ仕向けられる。このように積層構造とされた各拡散室ユニットにおいて各処理ガス毎にノズルの方へ流通させられるので、ノズルに向かう処理ガスの流路構造が簡素化され、それにともなって各流路における流路抵抗も均一化しやすくなり、結果的には多数のノズルにおける噴出ガス量が可及的に均一化されて、安定した成膜の進行がなされ、良好な成膜品質がえられる。また、このような安定した成膜が進行するので、成膜に要する時間も短縮され、生産性向上にとって有効である。
【００２１】
各拡散空間に流入した処理ガスは、所定の箇所まで流動してから、その処理ガスのためのノズルの方へ変向される。このような流通形態を基本にして多数のノズルから処理ガスをいっきに噴出させることができるので、上述のような流路抵抗の増大や圧力損失の問題が回避できるのである。また、拡散室ユニットを積層構造にしてガス噴出ヘッドが構成されているので、ガス噴出ヘッドを小型化することが行ないやすくなる。また、上記処理ガス導入路を形成する導入管が区画部材に埋設されているため、上記拡散空間の障害物が上記ノズル開口および／またはノズル管だけになるとともに、上記区画部材に処理ガス導入路が実質的に突出しない状態で部品形成ができるので、部品の簡素化が可能となる。
【００２２】
本発明の成膜装置において、上記拡散空間および区画部材はヘッド面に実質的に沿う方向に配置され、上記拡散空間は少なくともヘッド面においてノズルが配置された範囲をカバーする広さに広がった偏平な空間である場合には、区画部材が上記ヘッド面に実質的に沿う方向に配置されているので、それに伴って拡散空間もヘッド面に実質的に沿う方向に配置されることとなり、しかも上記の偏平な空間とされた拡散空間は上記ノズルの配置範囲をカバーする空間広さとされている。
【００２３】
このため、拡散空間内に噴射された処理ガスは、偏平な空間の厚さ方向には直ちに充満した状態となり、ヘッド面に沿った方向へのガス流動成分が強く発生することとなる。すなわち、狭い空隙のような偏平な拡散空間であるから、流入した処理ガスは迅速に拡散空間の全域に充満するのである。したがって、処理ガスはヘッド面に沿った方向への流動成分によって偏平な空間の全域にわたって積極的に拡散して拡散室内に充満し、拡散室内の処理ガス圧力を正常なレベルに維持する。
【００２４】
その結果、各ノズルへの処理ガス供給圧力が十分に確保され、被処理物の表面に対する処理ガスの噴出量を可及的に均一なものとすることができ、良好な成膜形成にとって最良の処理ガス雰囲気がえられる。そして、拡散空間を偏平な形態にすること等により、各拡散室ユニットや後述の拡散室部材における処理ガスの流通等に必要な容積が著しく小さくなる。したがって、処理ガスの種類を変更して多層膜形成を行う際には、残留ガスが少量化されて処理ガスの種類変更が迅速になされ、例えば、第１の成膜から第２の成膜への変換が明瞭になる、いわゆる多層膜形成時の急峻性が良好にえられる。このような効果は、後述するような流路の簡素化を伴うことにより、一層顕著となる。
【００２５】
本発明の成膜装置において、上記各拡散空間には各処理ガスを独立して導入する処理ガス導入路が配置され、上記処理ガス導入路は、この処理ガス導入路から拡散空間内に導入された処理ガスが拡散空間の全域にわたってできるだけ均一に分布するように配置されている場合には、上述のような偏平な拡散空間の形状に加えて、処理ガス導入路が処理ガス分布をより良好にするように配置されているので、処理ガスは拡散空間全域にわたって可及的に均一に分布し、その処理ガスが対応するノズルへ的確に供給される。
【００２６】
本発明の成膜装置において、上記処理ガス導入路から拡散空間内に処理ガスを導入する導入口は、ヘッド面とは反対側の拡散室の内壁面に向かって開口している場合には、上記導入口からの処理ガスが拡散室を形成する内壁面に噴射されるので、処理ガスは上記内壁面に衝突して放射状の拡散流となり、直ちに拡散室内全域に充満し、その処理ガスが対応するノズルへ的確に供給される。
【００２７】
本発明の成膜装置において、上記ガス噴出ヘッドは、上記拡散室ユニットとは独立して処理ガスが導入され上記拡散室よりも十分に小さくなるよう設定された小容積拡散室と、上記小容積拡散室から分岐して当該小容積拡散室に導入された処理ガスに対応するノズルに対して処理ガスを供給する供給流路とを備えた拡散室部材をさらに備え、上記拡散室部材はいずれかの拡散室ユニットに隣接させて積層状に配置されている場合には、上記の拡散室ユニットの処理ガス分配性等の利点に加えて上記拡散室部材の利点が相乗的にえられる。すなわち、拡散室ユニットから独立した上記小容積拡散室に供給された処理ガスは、小容積拡散室から分岐している供給流路を経てその処理ガスに対応するノズルに仕向けられる。そして、この小容積拡散室は上記拡散室よりも大幅に容積が小さく設定されているので、処理ガスが小さな容積の小容積拡散室において一時的にある程度高い圧力で保持され、その状態からノズルに供給されるため、上記供給流路に接続されているノズルに対する供給ガス圧を高く維持し、この拡散室部材を経由した処理ガスの噴出を不足なく行なうことができる。
【００２８】
また、上記拡散室部材はいずれかの拡散室ユニットに隣接させて積層状に配置されているので、ガス噴出ヘッドをコンパクトにまとめるのに有利である。そして、小容積拡散室の容積が上記のとおり著しく小さなものとされているので、拡散室部材における処理ガスの流通等に必要な容積が著しく小さくなる。したがって、処理ガスの種類を変更して多層膜形成を行う際には、残留ガスが少量化されて処理ガスの種類変更が迅速になされ、例えば、第１の成膜から第２の成膜への変換が明瞭になる、いわゆる多層膜形成時の急峻性が良好にえられる。このような効果は、後述するような流路の簡素化を伴うことにより、一層顕著となる。
【００２９】
しかも、容積が小さくて処理ガスの切り換えをより俊敏に行なえる小容積拡散室を有する拡散室部材と、上述した拡散室ユニットとが混在して設けられているため、例えば、より俊敏な切り換えが必要な処理ガスは拡散室部材に導入し、それほどの切り換え俊敏性を要求されない処理ガスは拡散室ユニットに導入する等、拡散室ユニットや拡散室部材を処理ガスの種類に応じて適切に使い分け、低コストな装置で高品質な多層膜を形成することが可能となる。
【００３０】
本発明の成膜装置において、上記ヘッド面には、複数種類の異なる処理ガスを噴出させるノズルが近接して設けられた処理ガスの噴出部が所定間隔を隔てて複数配置されている場合には、上述のようにして積層された各拡散空間からの流路構成によってえられた処理ガスの流路が、ノズルの状態でヘッド面に開口して上記噴出部を構成し、この噴出部が所定間隔を隔てて複数配置されていることから、各噴出部からの処理ガスの噴出量を被処理物に対して可及的に均一なものとすることができ、良好な成膜形成にとって最良の処理ガス雰囲気がえられる。また、複数配置された噴出部の処理ガス噴出量にわずかな差が発生するような場合には、噴出量の少ない噴出部の配置密度を大きくすることにより、被処理物に対する処理ガスの噴出状態を最適化することができる。
【００３１】
本発明の成膜装置において、上記噴出部は、複数種類の異なる処理ガスを独立して噴出させるノズル開口および／またはノズル管が同心円状に配置された多重構造を呈し、上記ノズル管はヘッド面の近傍に開口を有するとともに、そのノズル管が噴出させる処理ガスが導入される拡散空間または供給流路と連通している場合には、同心円状に配置された上記ノズル開口および／またはノズル管が、複数種類の異なる処理ガスを導入する上記拡散空間または供給流路にそれぞれ接続されているので、異なった処理ガスが同心円状に環状の層をなして噴出される。そして、このような噴出はヘッド面の近傍においてなされる。したがって、各種の処理ガスは、ノズル開口および／またはノズル管から噴出された箇所またはその近傍において、成膜にとって良好な混合ないしは反応がなされる。さらに、上記ノズル管が拡散空間または供給流路に接続されていることにより、上記拡散室ユニットを積層させて組立てるときに、ノズル管が位置決め用のノックピンのような機能を果たし、組立て作業が簡素化され、しかも組立て精度が向上する。
【００３２】
本発明の成膜装置において、上記ノズル管が、多重構造の内側に位置するノズル管ほど被処理物から遠い側に配置された拡散空間または供給流路と連通している場合には、内側に位置するノズル管が被処理物から遠い側に配置された拡散空間または供給流路と接続していることにより、上記遠い側の拡散空間または供給流路からの処理ガスをこのノズル管によって独立流路として噴出させることができる。同様にして、上記の内側のノズル管の外側のノズル管は、上記拡散空間または供給流路よりも被処理物に近い側の拡散空間に接続されているので、異なった処理ガスをこの外側のノズル管から独立流路として噴出させることができる。つまり、積層された各拡散室ユニットや拡散室部材には個々に異なった処理ガスが導入されているので、それらの各処理ガスを独立した流路形態で同心円状の各ノズル管から噴出させることができるのである。
【００３３】
本発明の成膜装置において、上記ガス噴出ヘッドにおいて、各拡散室ユニットまたは拡散室部材のうち少なくとも被処理物側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材と、被処理物とは反対側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材とをそれぞれ独立して温度制御するようになっている場合には、被処理物側に位置する拡散室ユニットまたは拡散部材は、被処理物からの輻射熱に対する適正な冷却がなされるので、処理ガスが上記噴出部すなわちノズル開口および／またはノズル管内やその近傍において分解したり、あるいは成膜現象が生じたりするのを防止することができる。また、被処理物からの輻射熱によって拡散室ユニットまたは拡散室部材が加熱されるまでのあいだ、拡散室ユニットまたは拡散室部材を加温することにより、処理ガスとして、露点が低く低温で凝結しやすいガスを用いる場合に、流路内での処理ガスの凝結を防止し、当該処理ガスの噴出不足による成膜不良を防止することができる。また、被処理物とは反対側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材においても、被処理物からの輻射熱が及びにくい拡散室ユニットまたは拡散室部材が適正な温度制御を受けることとなるので、露点が低い処理ガスを用いたときにその凝結等を防止し正常な処理ガスの供給が可能となる。そして、上記のように、被処理物側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材と、被処理物とは反対側に位置する拡散室ユニットまたは拡散室部材とをそれぞれ独立して温度制御することにより、各拡散室ユニットまたは拡散室部材に対応した処理ガスに対して最も適した温度制御ができ、噴射される処理ガスの性状が成膜にとって最適なものとなる。
【００３４】
本発明の成膜装置において、上記拡散室ユニットの拡散空間に、ノズル開口および／またはノズル管だけが拡散空間の高さ方向に当該空間を貫通した状態で存在させてある場合には、上記拡散空間に導入された処理ガスは最小限度の障害物すなわちノズル開口および／またはノズル管だけの影響を受けて拡散流となって広がって行くので、拡散空間での拡散流が全域にわたって可及的に迅速で均一に拡大する。したがって、各ノズル開口および／またはノズル管からの処理ガス流量が適正な噴射となる。
【００３５】
本発明の成膜装置において、上記処理ガス導入路は、上記拡散空間に実質的に突出しない状態で配置されている場合には、上記拡散空間の障害物が上記ノズル開口および／またはノズル管だけとなるので、拡散空間での拡散流が全域にわたって可及的に迅速で均一に拡大する。したがって、各ノズル開口および／またはノズル管からの処理ガス流量が適正な噴射となる。
【００３７】
本発明の成膜装置において、上記区画部材毎に温度制御をするようになっている場合には、各拡散空間の処理ガスにとって最適の温度制御ができ、処理ガスの性状を適正に維持することができる。とくに、ガス噴出ヘッド全体が真空の環境下におかれてガス噴出ヘッドが真空断熱の状態になっているので、このような区画部材毎の温度制御がきわめて有効となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００３９】
図１は、本発明の成膜装置の一実施の形態を示す。この装置は、内部が処理空間１とされた処理容器２内に分離板３が設けられ、分離板３にあけた開口４に合致させた状態で被処理物であるウエハ５（例えば、半導体ウエハ）が載置されている。ウエハ５の裏面の上方に加熱ヒーターＨが配置されている。処理空間１を真空にする真空ポンプ（図示していない）が配置され、排気口６から処理空間１内の空気が吸引されるようになっている。
【００４０】
上記ウエハ５に処理ガスを供給するために、図１では簡略的に図示されたガス噴出ヘッド７が処理空間１内に配置されている。このガス噴出ヘッド７から噴射された処理ガスにより、ウエハ５の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理が施されて、絶縁用の酸化膜や配線用の金属膜等が成膜される。図示のガス噴出ヘッド７は、３種類の処理ガスＡ，Ｂ，Ｃを噴射する形式のものであり、ウエハ５に面するヘッド面８に噴出部９が複数配置されている。図４や図５(Ａ）に示すように、ヘッド面８には複数の上記噴出部９が所定間隔を隔てて配置されている。
【００４１】
つぎに、図２以降に示すガス噴出ヘッド７の詳細な構造について説明する。このガス噴出ヘッド７には３種類の処理ガスＡ，Ｂ，Ｃが導入されて、多数の各噴出部９から複数の処理ガスが噴射される。そして、処理ガスＡ，Ｂは後述の拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂに供給され、処理ガスＣは拡散室ユニットに積層された後述の拡散室部材１９Ｃに供給されるようになっている。このように供給された複数種類の処理ガスは、ガス噴出ヘッド７内で各処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ毎の独立した流路を経由して、それぞれ噴出部９に導かれそこからウエハＷに向かって噴射される。
【００４２】
各処理ガスＡ，Ｂをそれぞれ独立して噴出部９へ導くために、拡散室ユニット１０Ａと１０Ｂが積層された状態で配置されている。両ユニット１０Ａ，１０Ｂは略同じ構造なので、拡散室ユニット１０Ａについて詳しく説明する。１つの拡散室ユニット、ここでは１０Ａは、拡散空間１１Ａで形成された拡散室１２Ａと、拡散空間１１Ａを周囲の空間から分離独立させるための区画部材１３Ａによって構成されている。上記区画部材１３Ａは、肉厚の円形のステンレス製平板を用いて作られており、隣接する拡散室ユニット１０Ｂの区画部材１３Ｂとのあいだの空間が拡散空間１１Ａとされている。このように拡散空間１１Ａは、区画部材１３Ａと１３Ｂの平坦な内壁面１４Ａ，１４Ｂによって形成された偏平な空間とされている。
【００４３】
上記拡散室１２Ａは、上記内壁面１４Ａ，１４Ｂと拡散室ユニット１０Ａと１０Ｂを積層状態で一体化している結合板１５によっても周囲の空間から区画されており、拡散室１２Ａが密室状態となっている。なお、この例では、区画部材１３Ａと結合板１５とを別部材のものとしたが、これらは一体化されたものを用いることもできる。
【００４４】
拡散室ユニット１０Ａの下側に積層されている拡散室ユニット１０Ｂは、上述のように拡散室ユニット１０Ａと同様な構造なので、図２，図３の該当各部に拡散空間には１１Ｂ，拡散室には１２Ｂ，区画部材には１３Ｂ，内壁面には１４Ｂ，結合板には１５なる符号を記載してある。
【００４５】
拡散空間１１Ａに処理ガスＡを供給するために、導入管１６Ａで形成された処理ガス導入路１７Ａが設けられている。この処理ガス導入路１７Ａは、ガス供給ポンプ（図示していない）から延びてきているもので、拡散空間１１Ａ内に進入し、拡散空間１１Ａの中央部に導入口１８Ａが開口している。この導入口１８Ａは、導入管１６Ａの端部にヘッド面８とは反対側の拡散空間１１Ａの内壁面１４Ｂに向かって開口している。
【００４６】
処理ガスＢが導入される拡散空間１１Ｂにおいても、上記処理ガス導入路１７Ａと同様な処理ガス導入路１７Ｂが設けられており、その導入口１８Ｂがヘッド面８とは反対側の内壁面１９Ｂ（後述の拡散室部材１９Ｃの内壁面）に向かって開口している。
【００４７】
拡散室ユニット１０Ｂに隣接させて拡散室部材１９Ｃが積層状に配置されている。この拡散室部材１９Ｃには、上記処理ガスＡ，Ｂとは異なった種類の処理ガスＣが供給され、独立した小容積拡散室２０が拡散室部材１９Ｃの略中央部に形成され、そこから供給流路２１を分岐させて独立した流路構成のもとで噴出部９に連通している。上記小容積拡散室２０の容積は、上記拡散室１２Ａや１２Ｂの容積よりも十分に小さくなるように大幅に小容積化されている。拡散室部材１９Ｃの上面が上記内壁面１９Ｂとされ、拡散室１２Ｂを区画する１構成面とされている。
【００４８】
図３は、噴出部９を形成するノズル開口および／またはノズル管と拡散空間１１Ａ，１１Ｂおよび供給流路２１との連通状態を示している。ノズル開口および／またはノズル管は、同心円状に配置された多重構造を呈しており、各ノズル開口および／またはノズル管はそれぞれ異なった拡散空間１１Ａ，１１Ｂおよび供給流路２１に接続されている。最も内側のノズル管２２はその下部が拡散室部材１９Ｃに嵌合された状態で供給流路２１に接続されている。ノズル管２２の外側に同心的に配置された大径のノズル管２３が、区画部材１３Ｂに嵌合された状態で拡散空間１１Ｂに連通している。また、大径のノズル管２３の外側にノズル開口２４が配置され、拡散空間１１Ａに連通している。各ノズル管２２，２３は、ヘッド面８の近傍に開口している。
【００４９】
図６に示すように、上記処理ガスの噴出部９は、ヘッド面８の近傍に開口しているのであるが、ウエハ５に噴射される処理ガスＡ，Ｂ，Ｃの混合や反応の状態をより改善するために、噴射部９をヘッド面８から突出させることが得策である。なお、図５(Ｂ）と図６は、小径，中径，大径のノズル管２２，２７，２３を３重に配置して３種類の処理ガスを噴出するようにしている。図６(Ａ）は、ノズル管２２，２７，２３全てが同じ突出長さとされている場合である。(Ｂ）は、ノズル管２２，２７，２３を斜めに切断して１仮想平面上に各管の端面を整列させた場合である。(Ｃ）は、内側のノズル管ほど短くした場合である。(Ｄ）は、(Ｃ）のような形態において各ノズル管２２，２７，２３の端部を斜めに切断した場合である。
【００５０】
上記のような構成により、拡散空間１１Ａに供給された処理ガスＡは、その拡散空間１１Ａ内で分散されて拡散室１２Ａ内に充満し、その処理ガスＡのためのノズル開口２４の方へ仕向けられる。また、他の拡散空間１１Ｂに供給された他の種類の処理ガスＢも同様な流通過程を経て、その処理ガスＢのためのノズル管２３の方へ仕向けられる。このように積層構造とされた各拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂにおいて各処理ガスＡ，Ｂ毎にノズル開口２４やノズル管２３の方へ流通させられるので、ノズルに向かう処理ガスの流路の引き回し構造が簡素化され、それにともなって各流路における流路抵抗も均一化しやすくなり、結果的には多数のノズルにおける噴出ガス量が可及的に均一化されて、安定した成膜の進行がなされ、良好な成膜品質がえられる。また、このような安定した成膜が進行するので、成膜に要する時間も短縮され、生産性向上にとって有効である。
【００５１】
各拡散空間１１Ａ，１１Ｂに流入した処理ガスＡ，Ｂは、所定の箇所まで流動してから、その処理ガスのためのノズル開口２４やノズル管２３の方へ変向される。このような流通形態を基本にして多数のノズルから処理ガスをいっきに噴出させることができるので、上述のような流路抵抗の増大や圧力損失の問題が回避できるのである。また、拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂを積層構造にしてガス噴出ヘッド７が構成されているので、ガス噴出ヘッド７を小型化することが行ないやすくなる。
【００５２】
上記拡散空間１１Ａ，１１Ｂおよび区画部材１３Ａ，１３Ｂはヘッド面８に実質的に沿う方向に配置され、拡散空間１１Ａ，１１Ｂは少なくともヘッド面８においてノズル管２２，２３，ノズル開口２４等が配置された範囲をカバーする広さ、この場合はヘッド面と略同じ広さに広がった偏平な空間である。また、区画部材１３Ａ，１３Ｂが上記ヘッド面８に実質的に沿う方向に配置されているので、それに伴って拡散空間１１Ａ，１１Ｂもヘッド面８に実質的に沿う方向に配置されることとなり、しかも上記の偏平な空間とされた拡散空間１１Ａ，１１Ｂは上記ノズル管２２，２３，ノズル開口２４等の配置範囲をカバーする空間広さとされている。
【００５３】
このため、拡散空間１１Ａ，１１Ｂ内に噴射された処理ガスＡ，Ｂは、偏平な空間の厚さ方向には直ちに充満した状態となり、ヘッド面８に沿った方向へのガス流動成分が強く発生することとなる。すなわち、狭い空隙のような偏平な拡散空間１１Ａ，１１Ｂであるから、流入した処理ガスＡ，Ｂは迅速に拡散空間１１Ａ，１１Ｂの全域に充満するのである。したがって、処理ガスＡ，Ｂはヘッド面８に沿った方向への流動成分によって偏平な空間の全域にわたって積極的に拡散して拡散室１２Ａ，１２Ｂ内に充満し、拡散室１２Ａ，１２Ｂ内の処理ガス圧力を正常なレベルに維持する。
【００５４】
その結果、各ノズルへの処理ガス供給圧力が十分に確保され、ウエハ５の表面に対する処理ガスの噴出量を可及的に均一なものとすることができ、良好な成膜形成にとって最良の処理ガス雰囲気がえられる。そして、拡散空間１１Ａ，１１Ｂを偏平な形態にすること等により、各拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂや後述の拡散室部材１９Ｃにおける処理ガスＣの流通等に必要な容積が著しく小さくなる。したがって、処理ガスの種類を変更して多層膜形成を行う際には、残留ガスが少量化されて処理ガスの種類変更が迅速になされ、例えば、第１の成膜から第２の成膜への変換が明瞭になる、いわゆる多層膜形成時の急峻性が良好にえられる。このような効果は、後述するような流路の簡素化を伴うことにより、一層顕著となる。
【００５５】
上述のような偏平な拡散空間１１Ａ，１１Ｂの形状に加えて、処理ガス導入路１７Ａ，１７Ｂが処理ガス分布をより良好にするように配置されているので、処理ガスは拡散空間１１Ａ，１１Ｂ全域にわたって可及的に均一に分布し、その処理ガスが対応するノズル開口２４やノズル管２３へ的確に供給される。さらに、図７に示すように、処理ガス導入路１７Ａや１７Ｂを(Ａ）のように放射状に分岐させたり、(Ｂ）のようにリング状に湾曲させたりして、処理ガスを拡散空間１１Ａ，１１Ｂ全域にわたってより一層均一に分布させることができる。また、上記導入口１８Ａ，１８Ｂからの処理ガスＡ，Ｂが拡散室１２Ａ，１２Ｂを形成する内壁面１４Ｂや１９Ｂに噴射されるので、処理ガスＡ，Ｂは上記内壁面１４Ｂや１９Ｂに衝突して放射状の拡散流となり、直ちに拡散室１２Ａ，１２Ｂ内全域に充満し、その処理ガスＡ，Ｂが対応するノズル開口２４，ノズル管２３へ的確に供給される。
【００５６】
上記の拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂの処理ガス分配性等の利点に加えて上記拡散室部材１９Ｃの利点が相乗的にえられる。すなわち、拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂから独立した上記小容積拡散室２０に供給された処理ガスＣは、小容積拡散室２０から分岐している供給流路２１を経てその処理ガスＣに対応するノズル管２２に仕向けられる。そして、この小容積拡散室２０は上記拡散室１２Ａ，１２Ｂよりも大幅に容積が小さく設定されているので、処理ガスＣが小さな容積の小容積拡散室２０において一時的にある程度高い圧力で保持され、その状態からノズル管２２に供給されるため、上記供給流路２１に接続されているノズル管２２に対する供給ガス圧を高く維持し、この拡散室部材１９Ｃを経由した処理ガスＣの噴出を不足なく行なうことができる。
【００５７】
また、上記拡散室部材１９Ｃはいずれかの拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂに隣接させて積層状に配置されているので、ガス噴出ヘッド７をコンパクトにまとめるのに有利である。そして、小容積拡散室２０の容積が上記のとおり著しく小さなものとされているので、拡散室部材１９Ｃにおける処理ガスＣの流通等に必要な容積が著しく小さくなる。したがって、処理ガスの種類を変更して多層膜形成を行う際には、残留ガスが少量化されて処理ガスの種類変更が迅速になされ、例えば、第１の成膜から第２の成膜への変換が明瞭になる、いわゆる多層膜形成時の急峻性が良好にえられる。このような効果は、後述するような流路の簡素化を伴うことにより、一層顕著となる。
【００５８】
しかも、容積が小さくて処理ガスの切り換えをより俊敏に行なえる小容積拡散室２０を有する拡散室部材１９Ｃと、上述した拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂとが混在して設けられているため、例えば、より俊敏な切り換えが必要な処理ガスは拡散室部材１９Ｃに導入し、それほどの切り換え俊敏性を要求されない処理ガスは拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂに導入する等、拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂや拡散室部材１９Ｃを処理ガスの種類に応じて適切に使い分け、低コストな装置で高品質な多層膜を形成することが可能となる。
【００５９】
上述のようにして積層された各拡散空間１１Ａ，１１Ｂや拡散室部材１９Ｃからの流路構成によってえられた処理ガスＡ，Ｂ，Ｃの流路が、ノズルの状態でヘッド面８に開口して上記噴出部９を構成し、この噴出部９が所定間隔を隔てて複数配置されていることから、各噴出部９からの処理ガスＡ，Ｂ，Ｃの噴出量を被処理物に対して可及的に均一なものとすることができ、良好な成膜形成にとって最良の処理ガス雰囲気がえられる。また、複数配置された噴出部９の処理ガス噴出量にわずかな差が発生するような場合には、噴出量の少ない噴出部９の配置密度を大きくすることにより、ウエハ５に対する処理ガスの噴出状態を最適化することができる。
【００６０】
同心円状に配置された上記ノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３が、複数種類の異なる処理ガスを導入する上記拡散空間１１Ａ，１１Ｂまたは供給流路２１にそれぞれ接続されているので、異なった処理ガスＡ，Ｂ，Ｃが同心円状に環状の層をなして噴出される。そして、このような噴出はヘッド面８の近傍においてなされる。したがって、各種の処理ガスＡ，Ｂ，Ｃは、ノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３から噴出された箇所またはその近傍において、成膜にとって良好な混合ないしは反応がなされる。さらに、上記ノズル管２２，２３が拡散空間１１Ａ，１１Ｂまたは供給流路２１に接続されていることにより、上記拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂを積層させて組立てるときに、ノズル管２２，２３が位置決め用のノックピンのような機能を果たし、組立て作業が簡素化され、しかも組立て精度が向上する。
【００６１】
内側に位置するノズル管２２がウエハ５から遠い側に配置された供給流路２１と接続していることにより、上記遠い側の供給流路２１からの処理ガスＣをこのノズル管２２によって独立流路として噴出させることができる。同様にして、上記の内側のノズル管２２の外側のノズル管２３は、上記供給流路２１よりもウエハ５に近い側の拡散空間１１Ｂに接続されているので、異なった処理ガスＢをこの外側のノズル管２３から独立流路として噴出させることができる。つまり、積層された各拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂや拡散室部材１９Ｃには個々に異なった処理ガスＡ，Ｂ，Ｃが導入されているので、それらの各処理ガスを独立した流路形態で同心円状の各ノズル管から噴出させることができるのである。そして、最も外周側に配置されているノズル開口２４は、ウエハ５にもっとも近い箇所の拡散空間１１Ａに連通し、ここから処理ガスＡは噴射される。
【００６２】
上記ガス噴出ヘッド７において、各拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂまたは拡散室部材１９Ｃのうち少なくともウエハ５側に位置する拡散室ユニット１０Ａと、ウエハ５とは反対側に位置する拡散室部材１９Ｃとをそれぞれ独立して温度制御するようになっている。そのために、区画部材１３Ａの上側に図２，図５に示すように、温度制御流体としての冷却水を導く冷却管路２５が設けられている。この冷却管路２５は、区画部材１３Ａの表面部をヘッド面８に沿うような状態で配置され、ウエハ５からヘッド面８に及ぶ輻射熱をできるだけ均一に冷却するために、図５(Ａ）に示すようにヘッド面８全域にわたって湾曲した流路を構成している。
【００６３】
これにより、ウエハ５側に位置する拡散室ユニット１０Ａは、ウエハ５からの輻射熱に対する適正な冷却がなされるので、処理ガスＡが拡散空間１１Ａ内や上記噴出部９すなわちノズル開口２４やその近傍において分解したり、あるいは成膜現象が生じたりするのを防止することができる。また、ウエハ５からの輻射熱によって拡散室ユニット１０Ａが加熱されるまでのあいだ、拡散室ユニット１０Ａを加温することにより、処理ガスＡとして、露点が低く低温で凝結しやすいガスを用いる場合に、流路内での処理ガスの凝結を防止し、当該処理ガスＡの噴出不足による成膜不良を防止することができる。
【００６４】
なお、ウエハ５からの輻射熱によって拡散室ユニット１０Ａが加熱されるまでのあいだ、冷却管路２５に温水を流通させて拡散室ユニット１０Ａを加温することもできる。このようにすることにより、処理ガスＡとして、露点が低く低温で凝結しやすいガスを用いる場合に、流路内での処理ガスの凝結を防止し、当該処理ガスＡの噴出不足による成膜不良を防止することができるのである。また、冷却管路２５に流通させる温度制御媒体としては、水に限らず油やガス等の適当な流体を用いることができる。
【００６５】
また、ウエハ５とは反対側に位置する拡散室部材１９Ｃにおいても、適正な温度制御を行うために、加温管路２６が拡散室部材１９Ｃの内部を流通するように構成されている。この加温管路２６も図５(Ａ）に示した冷却管路２５と同様に各供給流路２１を均一に加温するために、拡散室部材１９Ｃの内部全域にわたって湾曲した流路を構成している。こうすることにより、ウエハ５からの輻射熱が及びにくい拡散室部材１９Ｃが適正な温度制御を受けることとなるので、供給流路２１や拡散空間１１Ｂに露点が低い処理ガスＢ，Ｃを供給したときに、その凝結を防止し正常な処理ガスの供給が可能となる。そして、上記のように、ウエハ５側に位置する拡散室ユニット１０Ａと、ウエハ５とは反対側に位置する拡散室部材１９Ｃとをそれぞれ独立して温度制御することにより、各拡散室ユニット１０Ａや拡散室部材１９Ｃに対応した処理ガスＢ，Ｃに対して最も適した温度制御ができ、噴射される処理ガスの性状が成膜にとって最適なものとなる。
【００６６】
しかも、上記拡散室部材１９Ｃは、ブロック状部材の略中央部に小容積拡散室２０が形成されていることから、温度制御を行なう際に、ブロック状部材全体が蓄熱されて内部の処理ガスに熱伝達される。このため、内部を流通する処理ガスに対する温度制御効果が極めて高くなり、シビアな温度管理が必要とされる処理ガスを用いる場合に有効である。そして、このような拡散室部材１９Ｃと上述した拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂとが混在して設けられているため、例えば、よりシビアな温度管理が必要な処理ガスは拡散室部材１９Ｃに導入し、それほどシビアな温度管理を要求されない処理ガスは拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂに導入する等、拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂや拡散室部材１９Ｃを処理ガスの種類に応じて適切に使い分け、低コストな装置で高品質な多層膜を形成することが可能となる。
【００６７】
また、このような拡散室部材１９Ｃを、ウエハ５からの輻射熱の影響を最も受けにくいウエハ５とは反対側の位置に配置したことから、拡散室部材１９Ｃの内部を流通する処理ガスに対してウエハ５の輻射熱の影響を与えることなく、よりシビアで適切な温度制御が可能となる。
【００６８】
図８は、本発明の成膜装置におけるガス噴出ヘッドの第２の実施の形態を示す。
【００６９】
図２，図３等においては、ノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３が同心円状に配置された多重構造とされているが、これを図８のような形式に置きかえることができる。すなわち、処理ガスＡ，Ｂ，Ｃを噴出部９へ導く管路が各処理ガスＡ，Ｂ，Ｃに対応した状態で接近させて配置されている。ノズル管２２は供給流路２１に接続されてヘッド面８まで延ばされており、ノズル管２３は拡散空間１１Ｂに連通していてヘッド面８まで延ばされており、また、ノズル管２４Ａは拡散空間１１Ａに連通していてヘッド面８まで延ばされている。ノズル管２２，２３，２４Ａは、同図(Ｂ）に示すように正三角形をなした状態で接近させて配置とすることも可能であり、また、同図(Ｃ）に示すように１直線上に接近させて配列することも可能である。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００７０】
上記構成により、各処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ毎に独立した流路を形成するノズル管２２，２３，２４Ａが接近した状態で、しかも拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂ，拡散室部材１９Ｃを貫通した状態で配置されるから、真直ぐなノズル管を単純に配置するだけで処理ガスの流路構成が行なえて、構造簡素化や製造面での有利性が確保できる。それ以外は、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００７１】
図９は、本発明の成膜装置におけるガス噴出ヘッドの第３の実施の形態を示す。
【００７２】
この実施の形態は、拡散空間の空間形状を変形させて、処理ガスの流動性や圧力状態を改良した場合を示している。拡散空間１１Ａの空間形状を変形させるために、区画部材１３Ａの下向きの内壁面１４Ａは凹状のテーパ面とされ、他方、区画部材１３Ｂの上向きの内壁面１４Ｂは凸状のテーパ面とされ、拡散空間１１Ａはちょうど傘のような空間形状となっている。なお、積層されている拡散室ユニット１０Ｂの拡散空間１１Ｂにおいても、同様な空間形状の変形がなされる。それ以外は、上記各実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００７３】
したがって、導入口１８Ａから噴出された処理ガスＡは、下り傾斜面とされた内壁面１４Ｂにそって流動しやすくなっているので、圧力の低い拡散空間１１Ａの周辺部へのガス流が一層円滑になされる。また、天井に相当する内壁面１４Ａは拡散空間１１Ａの周辺部が低くなっているので、内壁面１４Ａが処理ガスの拡散流を押え付けるような機能を果たすとともに、拡散空間１１Ａの高さが面方向において均一になることから、拡散空間１１Ａ内の圧力分布が均一になりやすい状態となる。このように、両内壁面１４Ｂ，１４Ａの処理ガスＡに対する機能により、処理ガスＡは拡散空間１１Ａ全域にわたって円滑に拡散するとともに、圧力も均一に維持される。よって、ノズル開口２４やノズル管２３からは十分な流量の処理ガスが噴出され、ウエハ５の成膜が良好に進行する。それ以外は、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００７４】
図１０は、本発明の成膜装置におけるガス噴出ヘッドの第４の実施の形態を示す。
【００７５】
この実施の形態は、拡散室ユニットを３層にしたもので、既述の拡散室ユニット１０Ａ，１０Ｂに加えて拡散室ユニット１０Ｃが増設されたもので、処理ガス導入路１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを構成する導入管１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが区画部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに埋設されている。したがって、拡散空間１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃには、上記ノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３だけが、各拡散空間の高さ方向に該空間を貫通した状態で存在している。実際には、処理ガス導入路１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは拡散空間１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに実質的に突出しない状態で配置されていて、わずかな突出であっても処理ガスの拡散現象には支障がない。なお、上記ノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３の配置は、図３に示した配置と同様である。
【００７６】
また、各区画部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに各拡散空間１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ内の処理ガスの温度制御を行うためのヒータ２８が設けてある。このヒータ２８は各拡散空間内の処理ガスを均一に温度制御をするために、平面的に見ると、Ｓ字型や蛇行型等の配置形態とされている。
【００７７】
したがって、上記拡散空間１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに導入された処理ガスは最小限度の障害物すなわちノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３だけの影響を受けて拡散流となって広がって行くので、拡散空間での拡散流が全域にわたって可及的に迅速で均一に拡大する。よって、各ノズル開口および／またはノズル管からの処理ガス流量が適正な噴射となる。上記拡散空間１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの障害物が上記ノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３だけになるとともに、上記区画部材に処理ガス導入路１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが突出しない状態で部品形成ができるので、部品の簡素化が可能となる。
【００７８】
各拡散空間１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの処理ガスにとって最適の温度制御ができ、処理ガスの性状を適正に維持することができる。とくに、ガス噴出ヘッド全体が真空の環境下におかれてガス噴出ヘッドが真空断熱の状態になっているので、このような区画部材毎の温度制御がきわめて有効となる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の成膜装置によれば、上記のような構成により、特定の拡散空間に供給された１種類の処理ガスは、その拡散空間内で分散されて拡散室内に充満し、その処理ガスのためのノズルの方へ仕向けられる。また、他の拡散空間に供給された他の種類の処理ガスも同様な流通過程を経て、その処理ガスのためのノズルの方へ仕向けられる。このように積層構造とされた各拡散室ユニットにおいて各処理ガス毎にノズルの方へ流通させられるので、ノズルに向かう処理ガスの流路の引き回し構造が簡素化され、それにともなって各流路における流路抵抗も均一化しやすくなり、結果的には多数のノズルにおける噴出ガス量が可及的に均一化されて、安定した成膜の進行がなされ、良好な成膜品質がえられる。また、このような安定した成膜が進行するので、成膜に要する時間も短縮され、生産性向上にとって有効である。
【００８０】
各拡散空間に流入した処理ガスは、所定の箇所まで流動してから、その処理ガスのためのノズルの方へ変向される。このような流通形態を基本にして多数のノズルから処理ガスを噴出させることができるので、ガス流路の屈曲箇所は、この場合は１箇所となり、上述のような流路抵抗の増大や圧力損失の問題が回避できるのである。また、拡散室ユニットを積層構造にしてガス噴出ヘッドが構成されているので、ガス噴出ヘッドを小型化することが行ないやすくなる。また、上記処理ガス導入路を形成する導入管が区画部材に埋設されているため、上記拡散空間の障害物が上記ノズル開口および／またはノズル管だけになるとともに、上記区画部材に処理ガス導入路が実質的に突出しない状態で部品形成ができるので、部品の簡素化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の成膜装置を示す断面図である。
【図２】上記成膜装置におけるガス噴出ヘッドの断面図である。
【図３】拡散空間とノズル開口，ノズル管の接続状態を示す断面図である。
【図４】ガス噴出ヘッドのヘッド面を示す平面図である。
【図５】  (Ａ）はガス噴出ヘッドの平面図、(Ｂ）はノズル管の開口部を示す平面図である。
【図６】ノズル管の変形例を示す断面図である。
【図７】処理ガス導入路の変形例を示す平面図である。
【図８】  (Ａ）は第２の実施の形態におけるガス噴出ヘッドの断面図、(Ｂ）および(Ｃ）はノズル開口の開口位置を示す平面図である。
【図９】第３の実施の形態におけるガス噴出ヘッドを示す断面図である。
【図１０】第４の実施の形態におけるガス噴出ヘッドを示す断面図である。
【図１１】従来の成膜装置を示す断面図である。
【図１２】上記成膜装置のブロック体を分解して示した断面図である。
【図１３】他の従来の成膜装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１        処理空間
２        処理容器
３        分離板
４        開口
５        ウエハ
Ｈ        加熱ヒーター
６        排気口
７        ガス噴出ヘッド
８        ヘッド面
９        噴出部
１０Ａ    拡散室ユニット
１０Ｂ    拡散室ユニット
１０Ｃ    拡散室ユニット
１１Ａ    拡散空間
１１Ｂ    拡散空間
１１Ｃ    拡散空間
１２Ａ    拡散室
１２Ｂ    拡散室
１２Ｃ    拡散室
１３Ａ    区画部材
１３Ｂ    区画部材
１３Ｃ    区画部材
１４Ａ    内壁面
１４Ｂ    内壁面
１５      結合板
１６Ａ    導入管
１６Ｂ    導入管
１６Ｃ    導入管
１７Ａ    処理ガス導入路
１７Ｂ    処理ガス導入路
１７Ｃ    処理ガス導入路
１８Ａ    導入口
１８Ｂ    導入口
１８Ｃ    導入口
１９Ｂ    内壁面
１９Ｃ    拡散室部材
２０      小容積拡散室
２１      供給流路
２２      小径のノズル管
２３      大径のノズル管
２４      ノズル開口
２４Ａ    ノズル管
２５      冷却管路
２６      加温管路
２７      中径のノズル管
２８      ヒータ
６０      処理容器
６１      シャワーヘッド本体
６２      支柱
６３      載置台
６４      加熱ランプ
６５      透過窓
６６      上段ブロック
６７      中段ブロック
６８      下段ブロック
６９      原料ガス供給路
６９Ａ    分岐路
６９Ｂ    分岐路
６９Ｃ    ガス噴出路
７０      還元ガス供給路
７０Ｂ    分岐路
７０Ｃ    ガス噴出路
７１      冷却水路
７２      加熱手段
７３      排気通路
７４      拡散室
７５      拡散室
７６      第１供給管
７７      水平拡散板
７８      第２供給管
７９      水平拡散板
【図１】
0003663400.tif 000002
【図２】
0003663400.tif 000003
【図３】
0003663400.tif 000004
【図４】
0003663400.tif 000005
【図５】
0003663400.tif 000006
【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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