(57)【要約】略三角形状の横断面を有するチャンバ（１２）の一辺にガス供給口（１３）を設け、これと対向する頂点に排気口（１４）を設ける。さらに、ガス供給口（１３）に、シャワーヘッド状のガス供給部（１５）を設ける。これにより、チャンバ（１２）を、ガス供給口（１３）から排気口（１４）にかけて形成されるガスの流路断面積Ｓが、ガスの供給方向（ｘ方向）に向かって次第に減少するように構成する。このとき、チャンバ（１２）の壁面に形成される境界層（２８）の厚さδは、ほぼ一定となる。
2003104525.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）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（１３）と、
前記チャンバ（１２）に前記ガス供給口（１３）と対向するように設けられ、前記チャンバ（１２）内を排気するための排気口（１４）と、
を備える原子層レベルの層から構成される膜を形成する処理装置であって、
前記チャンバ（１２）は、前記ガス供給口（１３）から前記排気口（１４）に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（１３）から前記排気口（１４）に向かって漸減するように構成されている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
チャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）に設けられ、前記チャンバ（１２）内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口（１３）と、
前記チャンバ（１２）に前記ガス供給口（１３）と対向するように設けられ、前記チャンバ（１２）内を排気する排気手段に接続される排気口（１４）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）は、前記ガス供給口（１３）から前記排気口（１４）に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（１３）から前記排気口（１４）に向かって漸減するように構成されている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項３】
前記チャンバ（１２）は、前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（１３）からの距離に応じて減少するように構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記チャンバ（１２）は、前記チャンバ（１２）内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿った前記チャンバ（１２）の壁面に形成される境界層（２８）の厚さが略一定になるように構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項５】
前記チャンバ（１２）は、前記チャンバ（１２）内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向と略平行に前記チャンバ（１２）内に配置された基板上に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されている、ことを特徴とする請求項２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）に設けられ、前記チャンバ（１２）内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口（１３）と、
前記チャンバ（１２）に設けられ、前記チャンバ（１２）内を排気する排気手段に接続される排気口（１４）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）は、前記ガスの供給方向に対して略垂直の方向から見て略三角形状の断面を有し、前記ガス供給口（１３）は前記断面の一辺のほぼ全体に設けられ、前記排気口（１４）は前記断面の前記一辺に対向する頂点部分に設けられている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項７】
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前記所定のガスを、前記ガス供給口からの距離に応じて減少する流路断面を有するように、前記チャンバ内を流すガス流通ステップと、
を備えることを特徴とする処理方法。
【請求項８】
前記ガス流通ステップにて、前記ガスの流れ方向に沿って、前記チャンバの壁面及び／又は前記基板上に略一定の厚さを有する境界層を形成させる、
ことを特徴とする請求項７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、配線パターシ（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。
上記ＡＬＤでは、チャンバ内のガス雰囲気の切り換えを多数回、高速で行うが、この場合、チャンバの内部表面や基板上に形成される境界層の影響が無視できない。通常、ガス等の流体が壁面等（基板面を含む）によって画定された空間内を流れる場合、壁面等に近い領域には、流体が壁面等に粘着されることによって境界層が形成される。境界層内部の速度場は、壁面等に略平行な速度成分のみから構成されるため、ガスの混合が起こり難く、境界層の厚さ方向では、実質的にガスは拡散によってのみ移動する。
一般に、完全流体の流れ場を想定した流体方程式を解くと、慣性項に対する粘性項の影響を無視できない境界層の存在が導かれることが知られている。境界層の壁面からの厚さδは、流体の粘性係数μ、流体の密度ρ、流速Ｕ、流体の流れる方向の所定地点からの距離Δｘを用いて、式（１）のように表わせる。式（１）に示すように、境界層の厚さδは距離Δｘの平方根に比例する。すなわち、図７に概略的に示すように、流体がｘ方向に流れるにつれて、境界層の厚さδが増大し、境界層は拡大する。
δ＝（μΔｘ／ρＵ）１／２              ・・・・（１）
ここで、境界層の最内層（壁面と接する側）では、実質的にｘ方向の速度は零であり、一方、境界層の最外層では、ｘ方向の速度は流体全体のｘ方向の速度にほぼ等しい。すなわち、境界層内部において、ｘ方向の平均流速は流体全体のｘ方向の速度よりも小さい。従って、境界層の発達とともに、流体全体としての（ｘ方向の）速度は低下する。
チャンバ内にガスを供給した場合も同様に、チャンバの壁面近くに形成される境界層によって、ガスの供給側（例えば、ガス供給口）から排気側（例えば、排気口）との間で流速の低下が生じる。このような流速の低下は、上記ＡＬＤのように、高速なガス雰囲気の切り換えが求められる場合には大きな問題となる。
また、上述したように、境界層内でのガスの混合は起こり難いので、チャンバ内の雰囲気ガスを切り換えたときであっても、結果的に境界層内のガスは切り替わり難い。このため、境界層の発達は、境界層を含むチャンバ内全体のガスを十分に切り換えるための時間を増大させ、生産性を低下させる。
このように、ガスの給気側から排気側にかけての境界層の拡大が低減されるように考慮された、高速な雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高い処理装置は、従来なかった。
発明の開示
上記実状に鑑みて、本発明は、高速な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、
前記チャンバに前記ガス供給口と対向するように設けられ、前記チャンバ内を排気するための排気口と、
を備える原子層レベルの層から構成される膜を形成する処理装置であって、
前記チャンバは、前記ガス供給口から前記排気口に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口から前記排気口に向かって漸減するように構成されている、
ことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバに設けられ、前記チャンバ内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口と、
前記チャンバに前記ガス供給口と対向するように設けられ、前記チャンバ内を排気する排気手段に接続される排気口と、
を備え、
前記チャンバは、前記ガス供給口から前記排気口に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口から前記排気口に向かって漸減するように構成されている、
ことを特徴とする。
上記構成によれば、ガス供給口から排気口にかけてのガスの流速低下が抑えられ、これにより、チャンバ内雰囲気の高速な切り換えが可能となる。そのため、生産性の高い処理が可能となる。
前記チャンバは、例えば、前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口からの距離に応じて減少するように構成されている。
前記チャンバは、前記チャンバ内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿った前記チャンバの壁面に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されていることが好ましい。
また、前記チャンバは、前記チャンバ内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿って前記チャンバ内に配置された基板上に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されていることが望ましい。
すなわち、例えば、流路断面がガス供給口からの距離と反比例するように構成し、及び／又はチャンバの壁面に形成される境界層がほぼ一定となるように構成することにより、境界層によるガス流速の低下および雰囲気の切り換え速度の低下が抑制される。さらに、基板上に形成される境界層の厚さがほぼ一定になる場合には、基板主面内の処理の均一性が一層向上する。
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、
前記チャンバに設けられ、前記チャンバ内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口と、
前記チャンバに設けられ、前記チャンバ内を排気する排気手段に接続される排気口と、
を備え、
前記チャンバは、前記ガスの供給方向に対して略垂直の方向から見て略三角形状の断面を有し、前記ガス供給口は前記断面の一辺のほぼ全体に設けられ、前記排気口は前記断面の前記一辺に対向する頂点部分に設けられている、
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前記所定のガスを、前記ガス供給口からの距離に応じて減少する流路断面を有するように、前記チャンバ内を流すガス流通ステップと、を備える、
ことを特徴とする。
前記ガス流通ステップにて、前記ガスの流れ方向に沿って、前記チャンバの壁面及び／又は前記基板上に略一定の厚さを有する境界層を形成させることが望ましい。
この方法によれば、チャンバの壁面に略一定の厚さの境界層が形成されるので、ガスの流れ方向に沿って均一な流速分布が得られ、雰囲気の切り換え速度を高速に維持できる。さらに、基板上にも略一定の厚さの境界層が形成される場合には、基板主面内の処理の均一性を一層向上させることができる。
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、いわゆる原子膜成膜法（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、アルミニウム、ステンレススチール等からなる中空のチャンバ１２を備える。チャンバ１２は、略長方形の縦断面を有して構成され、ｚ軸方向に所定の高さＨを有して構成されている。また、略長方形の断面の、ｘ軸方向で対向する両辺には、ガス供給口１３と、排気口１４と、が形成されている。
ガス供給口１３には、ガス供給部１５が設けられている。ガス供給部１５は、ＴｉＣｌ４ガス源１６と、ＮＨ３源１７と、Ａｒ源１８と、にそれぞれ、マスフローコントローラ１９およびバルブ２０を介して接続されている。
排気口１４には、排気管２１が接続されている。排気管２１は、自動圧力調整装置（ＡＰＣ）２２を介して排気装置２３に接続されている。排気装置２３により、チャンバ１２内は、所定の真空度まで排気される。
チャンバ１２の内部には、ウェハＷを載置するための、円板状の載置台２４が設けられている。載置台２４は、窒化アルミニウムなどのセラミックス等から構成されている。また、載置台２４には、図示しない、抵抗発熱体等のヒータが埋設されている。
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。
図２に、チャンバ１２の平面図を示す。図２に示すように、チャンバ１２は、略三角形状の断面を有する。チャンバ１２は、略三角形状の断面の、ｙ軸方向に平行な一辺にガス供給口１３を備え、この一辺に対向する頂点部分に排気口１４を備える。
ガス供給口１３は、図２に示すチャンバ１２のｙ軸方向に平行な一辺のほぼ全体にわたるように形成され、ガス供給部１５は、ガス供給口１３を覆うように設けられている。ガス供給部１５は、ＴｉＣｌ４ガス源１６と、ＮＨ３源１７と、Ａｒ源１８と、に接続されたガス供給管２５に接続されている。ガス供給部１５は内部に中空の拡散部２６を備え、ガス供給管２５は拡散部２６に接続されている。
また、ガス供給部１５は、チャンバ１２の内部に露出した部分に、ｙ軸方向に略等間隔に配置された複数のガス供給穴２７を備える。ガス供給穴２７はそれぞれ拡散部２６に接続されている。ガス供給管２５を通過したガスは、拡散部２６において拡散され、複数のガス供給穴２７からチャンバ１２の内部にｘ軸方向に供給される。なお、ガスは、拡散部２６により拡散され、複数のガス供給穴２７からほぼ等しい供給速度で供給される。
チャンバ１２は、ガス供給口１３から、ガス供給方向（ｘ軸方向）への距離Δｘにおけるチャンバ１２のｙ軸方向の幅Ｂが、Δｘに反比例するように構成されている。一方、ｘ軸方向のガス流路（チャンバ１２）の断面積Ｓは、チャンバ１２のｚ軸方向の高さＨとｙ軸方向の幅Ｂとの積である。すなわち、ガス流路の断面積Ｓは、ＳΔｘ＝（定数）を満たして、ガス供給方向の距離Δｘに反比例するように構成されている。
ここで、ガス供給口１３からの距離Δｘにおける、チャンバ１２の壁面に形成される境界層の厚さδは、流体（ガス）の粘性係数μ、密度ρおよび流速Ｕを用いて、式（２）のように表される。
δ＝（μΔｘ／ρＵ）１／２            ・・・・（２）
また、流速Ｕは、マスバランスに基づいて、ガスの流量Ｑと、流路断面積Ｓと、を用いて、Ｕ＝Ｑ／Ｓと表わせる。これを式（２）に代入すると、式（３）が得られる。
δ＝（μＳΔｘ／ρＱ）１／２          ・・・・（３）
式（３）において、粘性係数μおよび密度ρは、所定のガス成分では一定である。また、流量Ｑが一定に制御される場合には、式（３）は、定数ｋを用いて、以下のように表される。
δ＝ｋ（ＳΔｘ）１／２                ・・・・（４）
ここで、上述したように、本実施の形態では、チャンバ１２は、ＳΔｘ＝（定数）を満たすように構成されている。従って、式（４）において、境界層の厚さδ＝（定数）となるので、ｘ軸方向の任意の位置において、境界層の厚さδは一定となることが理解される。
このように、チャンバ１２内に形成されるガス流路の断面積Ｓはガス供給口１３からの距離Δｘと反比例し、これにより、チャンバ１２の壁面近傍に形成される境界層の厚さδはほぼ一定となる。処理装置１１を用いた場合に形成される境界層の様子を図３に概略的に示す。図３に示すように、供給側から排気側に向かうにつれ、すなわち、Δｘの増大とともに、流路断面積Ｓ（すなわち、幅Ｂ）は漸減し、一方、境界層２８の厚さδは一定となっている。ここで、流路断面積Ｓは、チャンバ１２内を流れるガスが通過する空間部における、ガスの流れ方向に略垂直な面の面積を表す。
上述したように、チャンバ１２は、流路断面積が次第に減少し、境界層２８の厚さδがほぼ一定となるように構成されている。これにより、ガス供給口１３から排気口１４にかけてのガスの（ｘ軸方向の）流速の低下は抑制される。
また、前述したように、チャンバ１２内に導入するガスを切り換えた場合であっても、境界層２８内のガスは切り替わり難い。本実施の形態においては、このような境界層２８の発達が抑制されているので、短時間でチャンバ１２内のガス雰囲気の切り換えを行うことができる。このように、高速な雰囲気の切り換えが可能であることから、高いスループット、および、高い生産性が得られる。
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４を参照して説明する。図４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４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、載置台２４内部のヒータを制御して、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ＳＴ３〜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。
以上説明したように、本実施の形態の処理装置１１は、ガスの流路断面積が供給側から排気側に向かって次第に減少し、内部の壁面に形成される境界層２８の厚さがほぼ一定となるように形成されている。すなわち、処理装置１１のチャンバ１２は、その流路断面積が、ガス供給口１３からの距離に反比例するように構成され、これにより、排気側における境界層２８の拡大は抑制される。
上記のように境界層２８の拡大が抑制されているので、高速でガス雰囲気を切り換えることが可能になる。また、チャンバ１２内の壁面近傍に形成される境界層２８の厚さが従来の処理装置に比較して実質的に低減されるので、雰囲気の切り換えが容易となり、より短時間かつ高速の雰囲気の切り換えが可能となる。これらのことから、高い生産性が得られる。
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、ガス供給口１３には拡散部２６を有するガス供給部１５を設けるものとした。しかし、ガス供給部１５を、図５に示すようなノズル構造としてもよい。図５に示すような構成においても、ノズル構造を有するガス供給部１５から供給されるガスがチャンバ１２内に供給された直後チャンバ１２内に拡散し、ガス供給口１３を備えたチャンバ１２の壁面全体から供給される場合と近似したガスの流れを実現することができ、同様の効果が得られる。
上記実施の形態では、ウェハＷは、載置台２４に埋設されたヒータによって加熱するものとした。しかし、ウェハＷを、例えば、チャンバ内壁に配設された赤外線ランプ等によって加熱するようにしてもよい。
上記実施の形態では、流路断面積Ｓ（＝ＨＢ）を構成するパラメータの内、ｙ軸方向の幅Ｂが、距離Δｘに応じて変化するものとした。しかし、幅Ｂを一定とし、例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ｚ軸方向の高さＨが変化する構成としてもよい。図６Ａはチャンバ１２の側断面図を示し、図６Ｂは平面図を示す。
図６Ｂに示すように、チャンバ１２は、ｚ軸方向から見て矩形の断面を有し、ｙ軸方向の幅Ｂはｘ軸方向について一定となっている。また、図６Ａに示すように、チャンバ１２は、ｙ軸方向から見て上底が弧状に形成された略台形形状の断面を有する。すなわち、チャンバ１２は、ガスの供給方向（ｘ軸方向）に向かって、ｚ軸方向の高さＨが漸減するように構成されている。これにより、ガスの流路断面積Ｓは排気側に向かって漸減し、Δｘの増加に反比例する。従って、上記実施の形態と同様の効果が得られ、境界層の厚さδを一定に維持することができる。この場合、ウェハＷ上に形成される境界層の厚さもほぼ一定に維持されるので、ウェハＷ上に成膜される膜の厚さの面内均一性を一層向上させることができる。
さらに、上記のように、高さＨおよび幅Ｂのいずれか一方がｘ軸方向に沿って変化するのではなく、双方がＳ＝Ｈ（ｘ）×Ｂ（ｘ）＝（定数）を満たすように、ｘ軸方向に沿って変化する関数として表わされる構成であってもよい。
また、チャンバ１２の形状は、必ずしも厳密に上式を満たすように構成されていなくてもよく、少なくとも、境界層の厚さδがほぼ一定となるように形成されていればよい。
上記実施の形態では、チャンバ１２の壁面に形成される境界層２８のみを考慮した。しかし、載置台２４の側面、ウェハＷの表面等を考慮して、より詳細に、例えば、有限要素法等の計算手法を用いたシミュレーションを行って、チャンバ１２の形状を決定してもよい。
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２００２−１６９３２１（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の平面図である。
図３は、本発明の実施の形態にかかる処理装置を用いた場合に形成される境界層を模式的に示す図である。
図４は、ＡＬＤ処理のフローチャートの一例を示す。
図５は、本発明の他の実施の形態を示す図である。
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の別の実施の形態を示す図である。
図７は、壁面近傍に形成される境界層を模式的に示す図である。
【図１】
2003104525.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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2003104525.tif 000008
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月22日(2005.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）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部（１５）と、
前記チャンバ（１２）に前記ガス供給部（１５）と対向するように設けられ、前記チャンバ（１２）内を排気する排気手段に接続される排気口（１４）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）は、前記ガス供給部（１５）から前記排気口（１４）に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給部（１５）から前記排気口（１４）に向かって漸減するように構成されている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
チャンバ（１２）と、
前記チャンバ（１２）に設けられ、前記チャンバ（１２）内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口（１３）と、
前記チャンバ（１２）に前記ガス供給口（１３）と対向するように設けられ、前記チャンバ（１２）内を排気する排気手段に接続される排気口（１４）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）は、前記ガス供給口（１３）から前記排気口（１４）に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（１３）から前記排気口（１４）に向かって漸減するように構成されている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項３】
前記チャンバ（１２）は、前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（１３）からの距離に応じて減少するように構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記チャンバ（１２）は、前記チャンバ（１２）内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿った前記チャンバ（１２）の壁面に形成される境界層（２８）の厚さが略一定になるように構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項５】
前記チャンバ（１２）は、前記チャンバ（１２）内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向と略平行に前記チャンバ（１２）内に配置された基板上に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されている、ことを特徴とする請求項２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）に設けられ、前記チャンバ（１２）内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口（１３）と、
前記チャンバ（１２）に設けられ、前記チャンバ（１２）内を排気する排気手段に接続される排気口（１４）と、
を備え、
前記チャンバ（１２）は、前記ガスの供給方向に対して略垂直の方向から見て略三角形状の断面を有し、前記ガス供給口（１３）は前記断面の一辺のほぼ全体に設けられ、前記排気口（１４）は前記断面の前記一辺に対向する頂点部分に設けられている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項７】
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前記所定のガスを、前記ガス供給口からの距離に応じて減少する流路断面を有するように、前記チャンバ内を流すガス流通ステップと、
を備えることを特徴とする処理方法。
【請求項８】
前記ガス流通ステップにて、前記ガスの流れ方向に沿って、前記チャンバの壁面及び／又は前記基板上に略一定の厚さを有する境界層を形成させる、
ことを特徴とする請求項７に記載の処理方法。
【請求項９】
前記ガス供給部（１５）は、前記チャンバ（１２）の幅方向に対して略平行に配置された複数のガス供給穴（２７）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記ガス供給部（１５）は、前記ガス供給穴（２７）に接続されるガス拡散部（２６）を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記流路断面は、前記ガス供給部（１５）からの距離に反比例するように形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記流路断面は、略一定の前記チャンバ（１２）の幅と、前記ガスの流れ方向に沿って減少する当該チャンバ（１２）の高さとにより形成される、ことを特徴とする請求項１１に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記ガスの流れ方向に沿って、前記チャンバ（１２）の内壁に略一定の厚さを有する境界層が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【国際調査報告】
2003104525.tif 000010
2003104525.tif 000011
2003104525.tif 000012
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