(57)【要約】チャンバ（１２）の天井面（１２ｂ）のほぼ全体にガス供給口（１９）が形成されている。また、ガス供給口（１９）には、シャワーヘッド（２０）が嵌装されている。天井面（１２ｂ）の周縁には、天井面（１２ｂ）と９０度より大きい角度をなすように構成された第２の側壁（１２ｄ）が接続されている。また、サセプタ（１６）の側面は、ウェハＷの載置面と９０度より大きい角度をなしチャンバ（１２）の第２の側壁（１２ｄ）と略平行になるように形成されている。さらに、サセプタ（１６）は、その側面と第２の側壁（１２ｄ）との距離Ｌ２が、シャワーヘッド（２０）とウェハＷとの距離Ｌ１より大きくなるように配置される。
2003104524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバ（１２）の一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
を備え、
前記載置台（１６）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と略平行に配置され、
前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）の略垂直断面において、前記チャンバの一面（１２ｂ）に隣接する前記チャンバ（１２）の側壁（１２ｄ）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と９０度より大きい角度をなすように構成される、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給口（１９）は、前記被処理体と略同一の面積を有するように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記載置台（１６）の略垂直断面において、前記被処理体を載置する載置面は、当該載置面と隣接する前記載置台（１６）の側面と９０度より大きい角度をなすように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項４】
前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）及び前記載置台（１６）の略垂直断面において、前記チャンバの側壁（１２ｄ）は、前記載置台（１６）の前記側面と略平行に構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】
前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）及び前記載置台（１６）の略垂直断面において、前記チャンバの側壁（１２ｄ）と前記載置台（１６）の前記側面との距離は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と前記被処理体との距離よりも小さくなるように構成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
チャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバ（１２）の一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
を備え、
前記載置台（１６）は、前記供給口（１９）から供給される前記ガスの流れ方向と略平行に配置され、
前記チャンバ（１２）の略垂直断面及び／又は略水平断面において、前記チャンバの一面（１２ｂ）に隣接する前記チャンバ（１２）の側壁（１２ｄ）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と９０度より大きい角度をなすように構成される、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項７】
チャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバ（１２）の一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
前記チャンバ（１２）内を排気するためのガス排気口（１３）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）は、前記ガス供給口（１９）から供給された前記ガスが前記被処理体近傍に到達するまでの流路断面が漸増し、前記ガスが前記被処理体近傍を通過してから前記ガス排気口（１３）に至るまでの流路断面が漸減するように構成される、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項８】
チャンバ内に複数種のガスをガス供給口から交互に供給して、前記チャンバ内の雰囲気を切り換えながら、前記チャンバ内に配置された基板を処理する方法であって、
前記ガス供給口から所定のガスを前記チャンバ内に供給するガス供給ステップと、
前記ガス供給ステップにて供給されたガスの流れ方向に沿って、前記ガスが前記基板近傍を通過する時の速度に対して、前記ガスが前記基板近傍を通過した後の速度を漸増させる速度変換ステップと、
を備えることを特徴とする処理方法。
【請求項９】
前記速度変換ステップにて、前記ガスは、前記基板近傍を通過した後では前記基板近傍を通過する時の流路断面よりも小さい流路断面を有するように、前記チャンバ内を流される、
ことを特徴とする請求項８に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に、所定の表面処理を施す処理装置及び処理方法に関する。
背景技術
現在、半導体集積回路の微細化、高集積化が進行した結果、基板等の基板表面に形成される配線溝等のパターンの微細化が進行している。これにより、配線金属の下地膜として薄膜を形成する場合など、微細な配線溝内に極めて薄い膜を均一に、良好なカバレッジで形成することが求められる。このため、近年、微細な溝内にも、良好な膜質で、原子層レベルの膜を形成可能な方法として、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）と呼ばれる方法が開発されている。
ＡＬＤは、例えば、以下のような工程から構成される。以下に示す例では、配線パターン（配線溝）が形成された基板の表面に、四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを用いて、窒化チタンからなる下地膜を形成する場合について説明する。
まず、チャンバ内に基板を収容し、チャンバ内を所定の真空度まで減圧する。続いて、チャンバ内に四塩化チタンガスを所定時間導入する。これにより、基板の表面に四塩化チタン分子が多層に吸着する。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージし、これにより、基板表面に吸着したほぼ１層分の四塩化チタン分子を除いて、チャンバ内から四塩化チタンを除去する。
パージ後、チャンバ内にアンモニアガスを所定時間導入する。これにより、基板の表面に吸着した四塩化チタン分子とアンモニア分子とが反応して、基板の表面にほぼ１原子層分の窒化チタン層が形成される。このとき、形成された窒化チタン層の上には、アンモニア分子が多層に吸着している。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージし、窒化チタン層上に吸着したほぼ１層分のアンモニア分子を除いて、チャンバ内からアンモニア分子を除去する。
続いて、再び、四塩化チタンガスをチャンバ内に所定時間導入する。これにより、吸着したアンモニア分子と四塩化チタンとが反応して新たな窒化チタン層が形成される。すなわち、この状態ではほぼ２原子層の窒化チタン層が形成されていることになる。
また、このとき、窒化チタン層上には四塩化チタン分子が多層に吸着している。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージすることにより、窒化チタン層上にほぼ１層分の四塩化チタンが吸着した状態となる。その後、上記のように、アンモニアガスの導入、パージ、四塩化チタンガスの導入、パージ、…、というように、チャンバ内の雰囲気を切り替え、所定原子層分、すなわち、所定厚さの窒化チタン層を形成する。例えば、チャンバ内のガス雰囲気を数百〜数千回切り替えることにより、数ｎｍ〜数十ｎｍの窒化チタン膜を形成することができる。従って、このＡＬＤを用いて高いスループットを得るには、ガス雰囲気の切り換えを高速に行う必要がある。
ところで、上記ＡＬＤ処理は、図８に示すような処理装置を用いて行われる。図に示す処理装置１０１は、円筒状のチャンバ１０２と、半導体ウェハＷが載置され、シャフト１０３によりチャンバ１０２の略中央に固定された円盤状のサセプタ１０４と、チャンバ１０２の天井部に設けられたガス供給口１０５と、チャンバ１０２の底部に設けられた排気口１０６と、を備える。
上記構成のチャンバ１０２内にガスが流れる際、チャンバ１０２内のガス供給口１０５およびサセプタ１０４の近傍Ｒ１、Ｒ２に、ガスが滞留する部位、所謂淀みが発生しやすい。これは、サセプタ１０４の下方および排気口１０６の近傍Ｒ３、Ｒ４においても同様である。淀みが発生した領域内では、ガスの流れが不均一となる。このため、チャンバ１０２内のガス雰囲気を切り換える際、淀みが発生した領域は、他の領域よりもガスが切り換えられ難い。従って、淀み発生領域が広いほど、チャンバ１０２内の雰囲気の切り換え速度は低下し、スループットが低下する。
このように、従来のＡＬＤに用いる処理装置は、淀みの発生により、ガス雰囲気の切り換え速度が低下し、十分に高い生産性が得られないおそれがあった。
発明の開示
上記実状に鑑みて、本発明は、高速なガス雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高い処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ被処理体を載置する載置台と、
前記チャンバの一面に設けられ前記チャンバ内に所定のガスを供給するためのガス供給口と、
を備え、
前記載置台は、前記チャンバの一面と略平行に配置され、
前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバの略垂直断面において、前記チャンバの一面に隣接する前記チャンバの側壁は、前記チャンバの一面と９０度より大きい角度をなすように構成される、
ことを特徴とする。
上記構成によれば、ガス供給口付近におけるガスの滞留が抑制され、短時間でのガス雰囲気の十分な切り換えが可能となる。これにより、高速なガス雰囲気の切り換えが可能となり、生産性の高い処理が行える。
前記ガス供給口は、前記被処理体と略同一の面積を有するように形成されていることが望ましい。
また、前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記載置台の略垂直断面において、前記被処理体を載置する載置面は、当該載置面と隣接する前記載置台の側面と９０度より大きい角度をなすように構成されることが望ましい。
さらに、前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ及び前記載置台の略垂直断面において、前記チャンバの側壁は、前記載置台の前記側面と略平行に構成されていることが望ましい。
また、前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ及び前記載置台の略垂直断面において、前記チャンバの側壁と前記載置台の前記側面との距離は、前記チャンバの一面と前記被処理体との距離よりも小さくなるように構成されていることがさらに望ましい。
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ被処理体を載置する載置台と、
前記チャンバの一面に設けられ前記チャンバ内に所定のガスを供給するためのガス供給口と、
を備え、
前記載置台は、前記供給口から供給される前記ガスの流れ方向と略平行に配置され、
前記チャンバの略垂直断面及び／又は略水平断面において、前記チャンバの一面に隣接する前記チャンバの側壁は、前記チャンバの一面と９０度より大きい角度をなすように構成される、
ことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ被処理体を載置する載置台と、
前記チャンバの一面に設けられ前記チャンバ内に所定のガスを供給するためのガス供給口と、
前記チャンバ内を排気するためのガス排気口と、
を備え、
前記チャンバは、前記ガス供給口から供給された前記ガスが前記被処理体近傍に到達するまでの流路断面が漸増し、前記ガスが前記被処理体近傍を通過してから前記ガス排気口に至るまでの流路断面が漸減するように構成される、
ことを特徴とする。
この構成によれば、ガス供給口近傍に加えてガス排気口近傍におけるガスの滞留が抑制されるので、一層短時間でのガス雰囲気の切り換えが可能となる。
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る処理方法は、
チャンバ内に複数種のガスをガス供給口から交互に供給して、前記チャンバ内の雰囲気を切り換えながら、前記チャンバ内に配置された基板を処理する方法であって、
前記ガス供給口から所定のガスを前記チャンバ内に供給するガス供給ステップと、
前記ガス供給ステップにて供給されたガスの流れ方向に沿って、前記ガスが前記基板近傍を通過する時の速度に対して、前記ガスが前記基板近傍を通過した後の速度を漸増させる速度変換ステップと、を備える、
ことを特徴とする。
この方法によれば、ガスの滞留部が発生し易い下流側のチャンバ壁面近傍におけるガス速度が増加するので、ガスの滞留部の発生を効果的に抑制することができる。そのため、高速なガス雰囲気の切り換えが可能となり、生産性の高い処理を行うことができる。
前記速度変換ステップにて、前記ガスは、前記基板近傍を通過した後では前記基板近傍を通過する時の流路断面よりも小さい流路断面を有するように、前記チャンバ内を流されることが望ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本実施の形態にかかる処理装置について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとをアルゴン（Ａｒ）ガスによるパージを挟んでチャンバ内に交互に供給して、半導体ウェハ（以下、ウェハＷ）の表面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を、いわゆる原子層成膜法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）を用いて成膜する処理装置を例として説明する。
図１に、本実施の形態にかかる処理装置１１の側部断面を示す。図１に示すように、処理装置１１は、略６角形の断面を有する、中空円筒状のチャンバ１２を備える。チャンバ１２は、ステンレススチール、アルミニウム等から構成される。
ガス供給口１９には、ガス供給部２８が設けられている。ガス供給部２８は、ＴｉＣｌ４ガス源２１と、ＮＨ３源２２と、Ａｒ源２３と、にそれぞれ、マスフローコントローラ２４およびバルブ２５を介して接続されている。
図１に示すように、チャンバ１２は、底面１２ａと、底面１２ａと互いに略水平に対向する底面１２ａよりも小径の天井面１２ｂと、底面１２ａから略垂直に起立する第１の側壁１２ｃと、第１の側壁１２ｃと天井面１２ｂとを接続し天井面１２ｂと９０度より大きい角度をなす第２の側壁１２ｄと、を備える。
チャンバ１２の底面１２ａには、排気口１３が設けられている。排気口１３は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整装置１４を介して排気装置１５に接続されている。排気装置１５は、ＴＭＰ（Ｔｕｒｂｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｕｍｐ）等から構成され、チャンバ１２内を排気、減圧する。
チャンバ１２内の略中央には、円盤状のサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は、チャンバ１２の底面１２ａに固定されたシャフト１７によって支持されている。サセプタ１６の上面には、被処理体であるウェハＷが載置される。サセプタ１６の上面は、ウェハＷよりも大径とされている。サセプタ１６には、抵抗発熱体等から構成されるヒータ１８が埋設され、サセプタ１６上のウェハＷを加熱可能となっている。
サセプタ１６は、図１に示すように、主面に平行な方向（紙面に垂直な方向）から見て台形状の断面を有する。サセプタ１６の下面は上面よりも大径に設定され、従って、サセプタ１６の周縁部（側面）は、ウェハＷの載置面と９０度より大きい角度をなすように形成されている。ここで、サセプタ１６は、ウェハＷを第１の側壁１２ｃの高さ、すなわち、第２の側壁１２ｄと第１の側壁１２ｃとの接続部分の高さとほぼ同じに保持するように設けられている。例えば、サセプタ１６は、その下面が、チャンバ１２の第１の側壁１２ｃの高さとほぼ同一となるように形成される。また、テーパ形状を有するサセプタ１６の側面は、第２の側壁１２ｄと略平行になるように形成されている。
チャンバ１２の天井面１２ｂには、サセプタ１６を介して排気口１３と対向するように、ガス供給口１９が設けられている。ガス供給口１９は、ウェハＷとほぼ同一の面積を有するように配設されている。
ガス供給口１９には、シャワーヘッド２０が嵌装されている。シャワーヘッド２０は、ＴｉＣｌ４ガス源２１、ＮＨ３ガス源２２およびＡｒガス源２３に、それぞれ、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の流量制御装置２４およびバルブ２５を介して接続されたガス供給管２６を備える。ガス供給管２６は、シャワーヘッド２０の内部に設けられた中空の拡散部２７に接続されている。
シャワーヘッド２０は、チャンバ１２内部への露出面には、拡散部２７と連通する多数のガス供給穴２８が形成されている。各種ガス源２１〜２３からシャワーヘッド２０に供給されたガスは、拡散部２７において拡散されてガス供給穴２８から噴出される。ここで、拡散部２７により、ガス供給穴２８からはほぼ均等にガスが供給される。
ガス供給穴２８は、シャワーヘッド２０の露出面のほぼ全体にわたって設けられている。シャワーヘッド２０の露出面はウェハＷよりも大径に構成され、これにより、ウェハＷの表面全体にガスが供給される。
天井面１２ｂはガス供給口１９とほぼ重なるように設けられていることから、ガスは天井面１２ｂのほぼ全体から供給される。このとき、上記のように、チャンバ１２の第２の側壁１２ｄは、隣接する天井面１２ｂと９０度より大きい角度をなすように形成されている。
ここで、ガスの供給の際、チャンバ１２のような形状を有さない構造では、図８に示すように、ガス供給口の近傍Ｒ１に淀みが発生しやすい。しかし、図１に示す構造のチャンバ１２では、ガス供給口１９近傍の淀みの発生しやすい領域が物理的に排除されているため、淀みの発生は低減される。
また、サセプタ１６は略台形の断面形状を有するように形成されていることから、サセプタ１６の側面近傍における淀みが発生しやすい領域（図８のＲ２）が物理的に排除されている。これにより、淀みの発生は低減される。
さらに、図１に示すように、サセプタ１６の側面とチャンバ１２の側壁１２ｄとの距離Ｌ２は、シャワーヘッド２０とウェハＷとの距離Ｌ１よりも小さい。すなわち、シャワーヘッド２０から供給されたガスは、ガスがウェハＷ上を通過する時に比べて、ウェハＷを通過した後の流路断面が小さくなるように流される。このため、ガスは、流速が増加された状態で、側壁１２ｄ及び１２ｃに沿って流れるので、チャンバ１２下部の淀み（図８のＲ３）の発生を効果的に抑制することができる。
制御装置１００は、上記構成を有する処理装置１１の各構成部の動作を制御する。また、制御装置１００は、所定の処理を実行するための処理シーケンスを記憶し、この処理シーケンスに基づいて、後述する処理を実行する。なお、制御装置１００の構成及び詳細な動作については、ここでは説明を省略する。
次に、上記のように構成された処理装置１１を用いて、ウェハＷ表面にＴｉＮ膜を成膜する方法について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態におけるＴｉＮ膜の形成方法を示すフローチャートである。なお、図２に示すフローチャートは、処理の一例であり、同様の結果物が得られれば、このフローチャートに示された手順に限定されない。
まず、例えば図示しない搬送アームを動作させてチャンバ１２内にウェハＷを搬入し、載置台２４上に載置する（ステップＳ１１）。続いて、サセプタ１６内部のヒータ１８を制御して、ウェハＷを、所定の温度、例えば、４５０℃に加熱する。また、同時に、チャンバ１２内に、Ａｒガスを供給する（ステップＳ１２）。ここで、Ａｒガスは、例えば、２００ｓｃｃｍの流量に制御されて供給される。このとき、チャンバ１２内の圧力は、例えば、４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）に保持されている。なお、Ａｒガスは、以下に述べる処理工程中、常にチャンバ１２内に流されている。
続いて、チャンバ１２内に所定時間、例えば、０．５秒間ＴｉＣｌ４ガスを供給する（ステップＳ１３）。ここで、ＴｉＣｌ４ガスは、例えば、３０ｓｃｃｍの流量に制御されて供給される。このとき、ウェハＷの表面にＴｉＣｌ４分子が吸着する。
所定時間後、ＴｉＣｌ４ガスの供給は停止される。この状態で、Ａｒガスは依然として流れており、チャンバ１２内は、Ａｒガスによりパージされる（ステップＳ１４）。このとき、ウェハＷの表面に吸着した、ほぼ１原子層分のＴｉＣｌ４分子を除いて、ＴｉＣｌ４ガス（分子）は、チャンバ１２内から排気され、除去される。
次いで、所定時間、例えば、０．５秒間パージを行った後、チャンバ１２内に所定時間、例えば、０．５秒間ＮＨ３ガスを供給する（ステップＳ１５）。ここで、ＮＨ３ガスは、例えば、５０ｓｃｃｍに制御されて供給される。
このとき、ＮＨ３分子は、ウェハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ４分子と反応し、ほぼ１原子層分のＴｉＮ層が形成される。さらに、形成されたＴｉＮ層の上には、ＮＨ３分子が吸着する。
所定時間後、ＮＨ３ガスは停止される。この状態で、Ａｒガスは依然として流れており、チャンバ１２内は、Ａｒガスによりパージされる（ステップＳ１６）。このとき、ＴｉＮ層上に吸着したほぼ１層分のＮＨ３分子を除いて、チャンバ１２内のＮＨ３分子は排気され、除去される。
所定時間、例えば、０．５秒間パージを行った後、ステップＳ１３に戻り、チャンバ１２内にＴｉＣｌ４ガスを供給する。このとき、ＴｉＣｌ４分子は、ＴｉＮ層上のＮＨ３分子と反応し、ほぼ１原子層分のＴｉＮ層が新たに形成される。また、このＴｉＮ層上に、ＴｉＣｌ４分子が吸着する。
ＴｉＣｌ４ガスの供給後、Ａｒガスによるパージを行う（ステップＳ１４）。これにより、ＴｉＮ層上に吸着したほぼ１原子層分のＴｉＣｌ４分子を除いて、ＴｉＣｌ４分子はチャンバ１２内から排気され、除去される。
次に、チャンバ１２内にＮＨ３ガスを供給する（ステップＳ１５）。これにより、ＮＨ３分子とＴｉＮ層上に吸着したＴｉＣｌ４分子とが反応して、新たなＴｉＮ層が形成される。また、このＴｉＮ層上にはＮＨ３分子が吸着する。
ＮＨ３ガスの供給後、Ａｒガスによるパージを行う（ステップＳ１６）。これにより、ＴｉＮ層上に吸着されたほぼ１原子層分のＮＨ３分子を除いて、ＮＨ３分子は、チャンバ１２外に排気され、除去される。
以降、上記のように、ステップＳ１３〜ステップＳ１６の工程を繰り返し、ＴｉＮ層をほぼ１原子層ずつ積層する。上記工程を所定回数繰り返すことにより、所定厚さのＴｉＮ膜が形成される。ここで、制御装置１００は、所定厚さのＴｉＮ層を形成するために必要な繰り返し回数を記憶している。
ステップＳ１７にて、制御装置１００は、ステップＳ１３〜ステップＳ１６の工程を、上記必要な回数だけ繰り返したか否かを判別する。所定回数に達していないと判別した場合には（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１３に戻り、上記工程を繰り返す。所定回数に達していると判別した場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、Ａｒガスの供給を停止する（ステップＳ１８）。続いて、例えば搬送アームによりウェハＷをチャンバ１２の外部に搬出する（ステップＳ１９）。以上で、成膜処理は終了する。
上述したＡＬＤ処理では、チャンバ１２内のガス雰囲気の切り換えが多数回行われる。ここで、本実施の形態のチャンバ１２は、上述したように、ガス供給口１９近傍、サセプタ１６近傍及びチャンバ１２下部における淀みの発生が抑制された構造を有する。淀みの発生は、全体としてのガスのチャンバ１２内滞留時間を増加させ、また、淀み内部のガスは切り換えられ難いので、ガス雰囲気の切り換え速度を低下させる。このことから、本実施の形態のチャンバ１２では、チャンバ１２内の雰囲気の切り換えが容易となるなど、ガスの切り換えが高速に行われる。
また、淀みの発生領域を排除していることから、チャンバ１２内の容積は実質的に低減されている。これにより、一層高速なチャンバ１２内の雰囲気の切り換えが可能となる。
（実施例）
図１に示す本実施の形態の処理装置１１におけるガスの圧力分布をシミュレーションした結果を図３Ａに示す。また、図３Ｂに、通常のチャンバ１２を用いた場合（比較例）の結果を示す。シミュレーションの条件を以下に示す。
（本実施の形態）
ウェハＷの径：２００ｍｍ
ガス供給の最大径：２００ｍｍ
シャワーヘッド２０からウェハＷまでの距離Ｌ１：１５ｍｍ
サセプタ１６側面からチャンバの内壁１２ｄまでの距離Ｌ２：１０．６ｍｍ
サセプタ１６側面からチャンバの内壁１２ｃまでの距離：１５ｍｍ
サセプタ１６の下面位置におけるチャンバ１２の内径：２５０ｍｍ
（比較例）
ウェハＷの径：２００ｍｍ
ガス供給の最大径：２００ｍｍ
シャワーヘッド２０からウェハＷまでの距離：１５ｍｍ
チャンバ１２の内径：３００ｍｍ
（ガス供給）
Ａｒガス１０００ｓｃｃｍを流した状態で、全体が３９９Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）、ＴｉＣｌ４：Ａｒ＝３：５となるようにＴｉＣｌ４ガスを導入する。
シミュレーションは、サセプタ１６の下面位置より上の、チャンバ１２上部の領域について行った。上記条件に基づいて、ガス導入後０．３秒後のチャンバ内の圧力分布を算出した。結果は、ＴｉＣｌ４の分圧が、６．６５×１０−２Ｐａ（５×１０−４Ｔｏｒｒ）より大きい領域を、点を付した領域として示す。
淀みの発生領域を排除しない、通常のチャンバ１２では、図３Ｂに示すように、ガス供給口１９の近傍から、サセプタ１６の端部を覆うように、ＴｉＣｌ４の分圧が、６．６５×１０−２Ｐａより大きい領域が形成されている。一方、図３Ａに示す、本実施の形態のチャンバ１２では、このような領域は形成されず、チャンバ１２の上部領域は、均一な圧力分布が形成されていることが理解される。
図３Ａおよび図３Ｂに示す結果から、本実施の形態のチャンバ１２では、圧力が相対的に高い領域の発生によるコンダクタンス（全体としてのガスの流れ易さを表す）の低下は抑制されることが理解される。従って、本実施の形態のチャンバ１２において、コンダクタンスの低下に起因する淀みの発生は低減される。
以上説明したように、本実施の形態の処理装置１１では、ガス供給口１９の近傍およびサセプタ１６の近傍の淀みの発生しやすい領域が物理的に排除されている。このため、ガス供給時の淀みの発生によるチャンバ１２内のガス雰囲気の切り換え速度の低下等は低減される。さらに、チャンバ１２の容積は実質的に低く抑えられる。以上のことから、チャンバ１２内の雰囲気の高速な切り換えが可能となり、生産性の高い処理が可能となる。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用等が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。
上記実施の形態では、チャンバ１２内にシャワーヘッド２０を介してガスを供給するものとした。しかし、シャワーヘッド２０の代わりに、ノズル構造を用いてもよい。
上記実施の形態では、チャンバ１２の上部の淀みが発生しやすい領域を排除するように構成した。しかし、これに限らず、チャンバ１２の内部全体に同様に、淀みの発生しやすい領域を排除するようにすることができる。例えば、図４に示すように、チャンバ１２を略８角形状の断面を有するように構成してもよい。さらに、排気側の側壁１２ａａは、チャンバ１２の下部を排気口１３を備える底面１２ａと９０度より大きい角度をなすように構成されている。すなわち、排気口１３近傍の淀みが発生しやすい領域を物理的に排除している。
また、図４に示す構成では、サセプタ１６の下面側を、排気口１３に向かって突出するようにテーパ状に形成している。これにより、サセプタ１６の下方の淀みが発生しやすい領域を物理的に排除している。このような構成により、淀みの発生をより抑制することができ、高い生産性が得られる。
また、上記実施の形態では、被処理体であるウェハＷの主面に略垂直な方向からガスを供給する構成とした。しかし、ウェハＷの主面に略水平の方向からガスを供給する構成としてもよい。この場合、図５に示すような、主面に垂直な方向から見て８角形状の断面を有する構成や、図６に示すような、主面に水平な方向から見て８角形状の断面を有する構成としてもよい。または、これらを組み合わせた構成としてもよい。
図５及び図６に示すように、チャンバの略垂直断面及び／又は略水平断面において、ガス供給口１９が配設されたチャンバの一面１２ｂに隣接する側壁１２ｄは、当該チャンバの一面１２ｂと９０度より大きい角度をなすように構成されている。一方、ガスの排気側においても、側壁１２ａａは、ガス排気口１３が配設されたチャンバの一面１２ａと９０度より大きい角度をなすように構成されている。すなわち、ガスの供給側及びガスの排気側付近の淀みが発生しやすい領域が物理的に排除されている。さらに、ガス供給口１９から供給されたガスは、ガスがウェハＷ上を通過する時に比べて、ウェハＷを通過した後の流路断面が小さくなるように流される。このため、ガスは、流速が増加された状態で、側壁１２ａａに沿って流れるので、排気側、特にチャンバのコーナー部近傍の淀みの発生を効果的に抑制することができる。従って、ガス雰囲気の切り換え速度が向上し、高い生産性を得ることができる。
また、上記実施の形態では、チャンバ１２の壁面を淀みの発生しやすい領域を排除する形状に構成するものとした。しかし、チャンバ１２内のガス供給空間が実質的に同等に構成されていればよく、例えば、図７に示すように、チャンバ１２の内部に、空間を埋める部材３０を取り付ける構成としてもよい。このとき、部材３０が、第２の側壁１２ｄと同等の機能を果たす。なお、この場合においても、サセプタ１６の側面とチャンバ１２の部材３０との距離Ｌ２は、シャワーヘッド２０とウェハＷとの距離Ｌ１よりも小さい。すなわち、シャワーヘッド２０から供給されたガスは、ガスがウェハＷ上を通過する時に比べて、ウェハＷを通過した後の流路断面が小さくなるように流される。
また、上記実施の形態では、チャンバ１２は、略６角形状の断面を有するものとした。しかし、チャンバ１２の淀み形成領域を排除するとともに、所望のコンダクタンスが得られる構造であれば、６角形以上の多角形、弧状、または、流線型など、どのような形状であってもよい。
上記実施の形態では、サセプタ１６に埋設したヒータ１８によりウェハＷを加熱するものとした。しかし、これに限らず、例えば、赤外線ランプ等により加熱する構成としてもよい。
上記実施の形態では、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとの供給の間に、Ａｒガスを流して処理領域内の雰囲気を置換するものとした。しかし、Ａｒガスの供給を停止して、真空状態に排気することにより、雰囲気の置換を行うようにしてもよい。
上記実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とを用いて、ウェハＷの表面にＴｉＮ膜を１原子層づつ形成するものとした。しかし、ウェハＷの表面に形成されるＴｉＮ膜は、原子層レベルの厚さを有する層からなる積層膜であればよく、１層の厚さは、１原子層に限定されない。
上記実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とを用いて、ウェハＷの表面にＴｉＮ膜を形成するものとした。しかし、膜形成のために用いる物質、および、成膜する膜の種類は、これに限られない。ＴｉＮ膜の他に、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴａＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＷＮ、ＷＳｉ、ＲｕＯ２等、他の金属膜であってもよい。また、この場合、使用するガス種は、ＴｉＣｌ４の代わりに、ＴａＢｒ５、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＷＦ６等のいずれか１種を用い、ＮＨ３の代わりに、Ｎ２、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ５等のいずれか１種を用いることができる。
また、パージガスは、不活性なガスであればよく、Ａｒに限らず、窒素、ネオン等を用いてもよい。
本発明の処理装置１１は、アニール等の他の処理を行う処理装置と、インラインで接続され、または、クラスタリングされてもよい。
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、当業者により上記の実施形態に種々の改良等が加えられるであろう。上記の実施形態は、図解目的であり、本発明の範囲を限定するものではない。従って、本発明の範囲は、上記記載を参照するのではなく、下記のクレームが権利を与えられる均等の全範囲に沿って決定されるべきである。
本出願は、日本国特願２００２−１６９３２２（２００２年６月１０日受理）を基礎とするものであり、その明細書、請求の範囲、図面及び要約書の内容を含む。この出願の全ての内容は、ここで、援用される。
産業上の利用の可能性
本発明は、成膜処理に限らず、エッチング処理等、複数種のガスを用い、プロセス雰囲気を高速に切り替える必要のあるすべての処理に適用することができる。
また、本発明は、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置用の基板にも適用することができる。
以上説明したように、本発明によれば、高速なガス雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高い処理装置及び処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。
図２は、本発明の実施の形態にかかる処理装置を用いた成膜処理のフローチャートである。
図３Ａは、図１に示す処理装置を用いた場合における圧力分布のシミュレーション結果を模式的に示す図である。
図３Ｂは、従来の処理装置を用いた場合における圧力分布のシミュレーション結果を模式的に示す図である。
図４は、本発明の他の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。
図５は、本発明の別の実施の形態にかかる処理装置の横断面図である。
図６は、本発明のさらに別の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。
図７は、本発明の実施の形態の変形態様を示す処理装置の側断面図である。
図８は、従来の処理装置における淀み発生領域を模式的に示す図である。
【図１】
2003104524.tif 000003
【図２】
2003104524.tif 000004
2003104524.tif 000005
【図４】
2003104524.tif 000006
【図５】
2003104524.tif 000007
【図６】
2003104524.tif 000008
【図７】
2003104524.tif 000009
【図８】
2003104524.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月26日(2004.3.26)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】処理室を画定するチャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバ（１２）の一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
を備え、
前記載置台（１６）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と略平行に配置され、
前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）の略垂直断面において、前記チャンバの一面（１２ｂ）に隣接し前記処理室を画定する前記チャンバ（１２）の側壁（１２ｄ）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と９０度より大きい角度を形成して前記載置台（１６）に近接するように延びる、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】前記ガス供給口（１９）は、前記被処理体と略同一の面積を有するように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記載置台（１６）の略垂直断面において、前記被処理体を載置する載置面は、当該載置面と隣接する前記載置台（１６）の側面と９０度より大きい角度をなすように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項４】前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）及び前記載置台（１６）の略垂直断面において、前記チャンバの側壁（１２ｄ）は、前記載置台（１６）の前記側面と略平行に構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）及び前記載置台（１６）の略垂直断面において、前記チャンバの側壁（１２ｄ）と前記載置台（１６）の前記側面との距離は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と前記被処理体との距離よりも小さくなるように構成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】処理室を画定するチャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバの一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
を備え、
前記載置台（１６）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と略平行に配置され、
前記チャンバ（１２）の略垂直断面及び／又は略水平断面において、前記チャンバの一面（１２ｂ）に隣接し前記処理室を画定する前記チャンバ（１２）の側壁（１２ｄ）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）と９０度より大きい角度を形成して前記載置台（１６）に近接するように延びる、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項７】処理室を画定するチャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバ（１２）の一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
前記チャンバ（１２）内を排気するためのガス排気口（１３）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）の一面（１２ｂ，１２ａ）に隣接し前記処理室を画定する前記チャンバ（１２）の側壁（１２ｄ，１２ａａ）の少なくとも一方は、前記チャンバの一面（１２ｂ，１２ａ）と９０度より大きい角度を形成して少なくとも前記被処理体の外表面の一部に近接するように延び、
前記ガスは、その断面が、前記ガス供給口（１９）から前記被処理体近接端に至るまで漸増され、前記被処理体を通過して当該被処理体遠方端から前記ガス排気口（１３）に至るまで漸減された流路を、流される、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項８】（削除）
【請求項９】（削除）
【請求項１０】処理室を画定するチャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）内に設けられ被処理体を載置する載置台（１６）と、
前記チャンバの一面（１２ｂ）に設けられ前記チャンバ（１２）内に所定のガスを供給するためのガス供給口（１９）と、
を備え、
前記供給口（１９）から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チャンバ（１２）の略垂直断面において、前記チャンバの一面（１２ｂ）に隣接し前記処理室を画定する前記チャンバ（１２）の側壁（１２ｄ）は、前記チャンバの一面（１２ｂ）に対して９０度より大きい角度にて傾斜して延びて前記載置台（１６）に近接するように構成され、
前記載置台（１６）の側面は、前記側壁（１２ｄ）の傾斜に対応するように形成されている、
ことを特徴とする処理装置。




【国際調査報告】
2003104524.tif 000011
2003104524.tif 000012
2003104524.tif 000013
2003104524.tif 000014