(57)【要約】【課題】処理効率を向上させることが可能であり、また均一な処理を実現することが可能な、ガスヘッド２０を提供する。【解決手段】第１ガスを導入する第１ガス導入口２６と、処理室１１内にガスを噴出するガス噴出口２８と、第１ガス導入口２６からガス噴出口２８までガスを流通させるガス流路２７とを備えたガスヘッド２０であって、ガス流路２７の流路面積は、第１ガス導入口２６からガス噴出口２８にかけて増加していることを特徴とする。そのガス流路２７内に、第１ガスの流れ方向をガスヘッド２０の周縁部に向けて変化させる中間部材２４が設けられていることが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ガスを導入する第１ガス導入口と、処理室内にガスを噴出するガス噴出口と、前記第１ガス導入口から前記ガス噴出口までガスを流通させるガス流路とを備えたガスヘッドであって、
前記ガス流路の流路面積は、前記第１ガス導入口から前記ガス噴出口にかけて増加していることを特徴とするガスヘッド。
【請求項２】
前記第１ガス導入口は、前記ガスヘッドの中央部に設けられ、
前記ガス流路内に、前記第１ガスの流れ方向を前記ガスヘッドの周縁部に向けて変化させる中間部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスヘッド。
【請求項３】
前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの中央部に向かって拡大していることを特徴とする請求項２に記載のガスヘッド。
【請求項４】
前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの周縁部に向かって拡大していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガスヘッド。
【請求項５】
前記中間部材により前記第１ガスの流れ方向が変化する領域の近傍に、前記ガス流路に第２ガスを噴出する第２ガス噴出口が設けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のガスヘッド。
【請求項６】
前記第２ガス噴出口は、噴出した前記第２ガスが、前記第１ガスと９０°以上の角度で衝突するように設けられていることを特徴とする請求項５に記載のガスヘッド。
【請求項７】
前記ガス流路の内面に、耐腐食性のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のガスヘッド。
【請求項８】
前記ガス流路の内面が、耐失活性を有する部材で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のガスヘッド。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のガスヘッドを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスヘッドおよび半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エッチング装置やＣＶＤ装置等の半導体製造装置では、反応空間である処理室内に処理ガス（処理ガス成分：化学反応に用いる反応ガス、原料ガス、不活性ガスなどの単ガスまたは混合ガス）を導入し、基板ステージに配置された基板を化学反応により処理している。
【０００３】
図９（ａ）は、第１従来例に係る半導体製造装置の断面図である。この半導体製造装置では、処理室の天井面の中央部から第１ガスを直接導入している（例えば、特許文献１参照。）。ガスヘッドを用いずに第１ガス１を導入すると、ガス噴出口２８から処理室１１内に高速のガスが噴出し、基板５および側壁１２に当って対流を生じる。
図９（ｂ）は、処理室（右半部）におけるガス流速の分布図である。ガス流速の早い領域９１では対流が発生し、その中心部に対流の目９５が発生することがわかる。図９（ａ）に示すように対流が生じると、基板５と反応後の分解物・２次生成物を含んだガスや、処理室１１の壁材と反応した基板処理に適さないガスが、再び基板５上に戻ってくる。これにより、基板処理の安定性・再現性等を阻害することが確認されている。その結果、基板の均一な処理を実現することが困難になる。
【０００４】
図１０（ａ）は、第１従来例の変形例に係る半導体製造装置の断面図である。処理室１１内に２種類の処理ガス１，２を導入する場合には、第１ガス噴出口２８の周囲に第２ガス噴出口４８を設ける。
図１０（ｂ）は、処理室（右半部）におけるガス濃度の分布図である。この変形例では、２種類以上の処理ガスの均質な混合が得られずに、第１ガスの高濃度領域９１および第２ガスの高濃度領域９２が発生することがわかる。このように処理室内に濃度分布が発生すると、基板面内の処理に差異が生じることになる。なお、図１０（ａ）に示すガス噴出口２８，４８と基板５とを離間させれば、２種類以上の処理ガスを処理室１１内で均質に混合することが可能になる。しかしながら、ガス噴出口２８，４８と基板５とを離間させると、処理室１１内の空間が大きくなって、対流が生じることになる。
【０００５】
そこで、処理ガスを処理室内に導入するためのガスヘッドが利用されている。
図１１（ａ）は、第２従来例に係る半導体製造装置の断面図である。この半導体製造装置では、処理室の天井部に配置されたガスヘッド５０を介して第１ガス１を導入する（例えば、特許文献２参照。）。このガスヘッド５０には第１ガス１が導入される内部空間５１が形成され、その内部空間の下面にはガス噴出口となるシャワーホール５２が形成されている。そして、導入した第１ガスを内部空間５１において分散させた後、シャワーホール５２を通して均一な流れで処理室内へ供給する。
【０００６】
図１１（ｂ）は、第２従来例の変形例に係る半導体製造装置の断面図である。２種類以上の処理ガスを導入する場合にも、まず内部空間５１に導入する。なお各処理ガスを混合するため、各処理ガスを高速で導入して乱流により攪拌する。ただし、この乱流は基板処理に悪影響を及ぼすため、ガスヘッドの内部空間５１において乱流を低減した後に、処理室に処理ガスを供給している。
【特許文献１】特開２００５−１４９９５６号公報
【特許文献２】特開平１０−２９８７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、処理ガスとして反応性の高いガス／活性なガスを用いる場合、障害物への衝突回数が多いほど処理ガスは反応性／活性を消失する。図１１に示す第２従来例およびその変形例では、処理ガスがシャワーホール５２を通過する過程で、反応性／活性を消失するという問題がある。この場合、基板処理に必要な化学反応が得られず、処理効率が低下することになる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、処理効率を向上させることが可能であり、また均一な処理を実現することが可能な、ガスヘッドおよび半導体製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るガスヘッドは、第１ガスを導入する第１ガス導入口と、処理室内にガスを噴出するガス噴出口と、前記第１ガス導入口から前記ガス噴出口までガスを流通させるガス流路とを備えたガスヘッドであって、前記ガス流路の流路面積は、前記第１ガス導入口から前記ガス噴出口にかけて増加していることを特徴とする。
ガス流路の流路面積を増加させることにより、ガス噴出口からのガス噴出速度を低下させることができるので、処理室内におけるガスの対流を防止することが可能になる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、反応性／活性を維持した状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。
【０００９】
また前記第１ガス導入口は、前記ガスヘッドの中央部に設けられ、前記ガス流路内に、前記第１ガスの流れ方向を前記ガスヘッドの周縁部に向けて変化させる中間部材が設けられていることが望ましい。
第１ガスの流れ方向をガスヘッドの周縁部に向けて変化させることにより、処理室内におけるガスの対流を防止することが可能になり、均一な処理を実現することができる。
【００１０】
中間部材が設けられている場合、前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの中央部に向かって拡大していることが望ましい。
また前記ガス流路は、前記ガス噴出口の近傍において前記ガスヘッドの周縁部に向かって拡大していることが望ましい。
これらの構成によれば、処理室全体に対して均等にガスを噴出することが可能になり、均一な処理を実現することができる。
【００１１】
また、前記中間部材により前記第１ガスの流れ方向が変化する領域の近傍に、前記ガス流路に第２ガスを噴出する第２ガス噴出口が設けられていてもよい。
この構成によれば、流れ方向が変化した第１ガスに対して、第２ガスを広い角度で衝突させることができるので、第１ガスおよび第２ガスを均質に混合することが可能になる。その結果、処理室内で均一な処理を実現することができる。
【００１２】
また前記第２ガス噴出口は、噴出した前記第２ガスが、前記第１ガスに対して９０°以上の角度で衝突するように設けられていることが望ましい。
この構成によれば、第１ガスおよび第２ガスを均質に混合することが可能になる。その結果、処理室内で均一な処理を実現することができる。
【００１３】
また前記ガス流路の内面に、耐腐食性のコーティングが施されていることが望ましい。
この構成によれば、ガス流路内を流通するガスにより、ガス流路の内面が腐食されるのを防止することができる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、ガスヘッドの耐久性を向上することができる。
【００１４】
また前記ガス流路の内面が、耐失活性を有する部材で被覆されていることが望ましい。
この構成によれば、ガス流路を流通するガスが、ガス流路の内面と衝突する際に、反応性／活性を消失しない。その結果、活性化された状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。
【００１５】
一方、本発明に係る半導体製造装置は、上述したガスヘッドを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上述したガスヘッドを備えているので、処理効率を向上させることが可能であり、また均一な処理を実現することが可能な半導体製造装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るガスヘッドによれば、処理室内におけるガスの対流を防止することが可能になる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、反応性／活性を維持した状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。さらに、第１ガスおよび第２ガスを均質に混合することが可能になり、均一な処理を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態につき、成膜処理を行う表面処理装置を例に取り、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
最初に、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置およびガスヘッドの断面図である。この半導体製造装置１０は、基板５が配置される処理室１１の天井部に、ガスヘッド２０を備えている。
【００１８】
（半導体製造装置）
半導体製造装置１０は円筒状の処理室１１を備えている。この処理室１１の壁面はＡｌ材料等で形成されている。処理室１１の内部下方には、被処理基板（以下「基板」という。）５を載置する基板ステージ１４が設けられている。基板ステージ１４にはヒータや冷媒流路等の温度調整手段が設けられ、基板温度を制御しうるようになっている。
【００１９】
処理室１１は、ガス導入システムおよびガス排出システムを備えている。ガス排出システムは、主に処理室１１の底面に形成されたガス排出口と、ガス排出口に接続された排気ポンプ（不図示）とを備えている。ガス導入システムは、主に第１ガスを貯留する第１ガス源（不図示）と、第１ガス源から延設された第１ガス供給配管１６と、第１ガス供給配管に接続されたガスヘッド２０とを備えている。なお基板５を処理する際は、第１ガス源から任意の流量で第１ガスを処理室１１に導入し、圧力調整バルブにより処理室内を任意の処理圧力に制御するとともに、余剰の第１ガスおよび反応副生成物ガスをガス排出システムにより排出する。
【００２０】
ガスヘッド２０は、ヘッド本体２２および中間部材２４で構成されている。ヘッド本体２２は、Ａｌ材料等により円盤状に形成され、処理室１１の天井部に配置されている。ヘッド本体２２の上面（処理室１１の外側面）中央部には、第１ガスを導入する第１ガス導入口２６が開口されている。この第１ガス導入口２６に、上述した第１ガス供給配管１６が接続されている。またヘッド本体２２の下面（処理室１１の内側面）中央部には、処理室１１内にガスを噴出するガス噴出口２８が開口されている。このガス噴出口２８の開口面積は、第１ガス導入口２６の開口面積より大きくなっている。そして、第１ガス導入口２６からガス噴出口２８までガスを流通させるガス流路２７が、ヘッド本体２２を貫通して形成されている。このガス流路２７の側面２２ａは、処理室１１に向かって開くテーパ面に形成されている。
【００２１】
ガス流路２７の内部には、Ａｌ材料等からなる中間部材２４が設けられている。中間部材２４は、支持部材２３によってヘッド本体２２に固定されている。図１のＡ−Ａ線における断面を図２（ａ）に示す。図２（ａ）に示すように、複数（例えば４個）の支持部材２３が中間部材２４の周方向に等配されて、中間部材２４が支持されている。
【００２２】
中間部材２４は、第１ガスの流れ方向をガスヘッド２０の周縁部に向けて変化させるものである。すなわち中間部材２４は、ガスヘッド２０の中心軸方向（図１の上下方向）に沿った第１ガスの流れ方向を、ガスヘッド２０の半径方向（図１の左右方向）に変化させるものである。そのため、第１ガスが衝突する中間部材２４の上面は水平面となっている。なお、中間部材２４の下面も水平面となっている。
【００２３】
中間部材２４の側面上半部２４ａは、処理室１１の外側に向かって先細るテーパ面に形成されている。この中間部材２４の側面上半部２４ａのテーパ面と、ガス流路２７の内面のテーパ面とは、略同じ傾斜角度に形成されて等間隔に配置されている。
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線における断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線における断面図である。図２（ａ）に示すように、第１実施形態におけるガス流路２７は、リング状の流路断面を備えている。中間部材２４の側面上半部２４ａとガス流路の側面２２ａとが等間隔に配置されているので、図２（ａ）における流路断面の幅Ｄ１は、図２（ｂ）における流路断面の幅Ｄ２と等しくなっている。しかしながら、図２（ｂ）における中間部材２４の半径Ｒ２は、図２（ａ）における中間部材２４の半径Ｒ１より大きいので、図２（ｂ）における流路面積は、図２（ａ）における流路面積より大きくなっている。すなわち、ガス流路２７の流路面積は、第１ガス導入口からガス噴出口にかけて増加している。
【００２４】
図１に戻り、中間部材２４の側面下半部２４ｂは、処理室１１の内側に向かって先細るテーパ面に形成されている。
図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線における断面図である。図２（ｃ）における流路面積は、図２（ｂ）における流路面積より大きくなっている。特に、図２（ｃ）におけるガス流路２７の外径（Ｒ３＋Ｄ３）は、図２（ｂ）におけるガス流路２７の外径（Ｒ２＋Ｄ２）より大きくなっている。すなわちガス流路２７は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの周縁部に向かって拡大している。これにより、ガス噴出口からのガス噴出方向を、処理室（基板）の周縁部方向に広げることができる。
【００２５】
また図２（ｃ）におけるガス流路２７の内径Ｒ３は、図２（ｂ）におけるガス流路２７の内径Ｒ２より小さくなっている。すなわちガス流路２７は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの中央部に向かっても拡大している。これにより、ガス噴出口からのガス噴出方向を、ガス流路の延長方向から処理室（基板）の中央部方向にも広げることができる。その結果、処理室（基板）の略全体にガスを噴出することが可能になり、基板に対する均一な処理を実現することができる。
【００２６】
図３は、第１実施形態の変形例に係るガスヘッドの断面図である。また、図４（ａ）は図３のＤ−Ｄ線における断面図であり、図４（ｂ）は図３のＥ−Ｅ線における断面図であり、図４（ｃ）は図３のＦ−Ｆ線における断面図である。図３に示すように、この変形例では、ガスヘッド３０に複数の貫通孔３７ａが形成されている。各貫通孔３７ａの内径は、第１ガス導入口３６からガス噴出口３８にかけて拡大している。そして図４（ａ）に示すように、複数（図４（ａ）では８個）の貫通孔３７ａを周方向に等配した貫通孔群によりガス流路３７が構成されている。このガス流路３７の流路面積は、第１ガス導入口からガス噴出口にかけて増加している。この場合、貫通孔群の中央領域が中間部材３４として機能する。
【００２７】
この変形例においても、ガス流路３７の流路面積は、図４（ａ）から図４（ｃ）にかけて拡大している。特に、貫通孔群の外径Ｔは、図４（ｂ）から図４（ｃ）にかけて大きくなっている。すなわちガス流路３７は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの周縁部に向かって拡大している。また貫通孔群の内径Ｒは、図４（ｂ）から図４（ｃ）にかけて大きくなっている。すなわちガス流路３７は、ガス噴出口の近傍において、ガスヘッドの中央部に向かっても拡大している。なおガス噴出口を構成する各貫通孔の開口部は、ガスヘッドの半径方向に長軸方向を一致させた楕円形状となっている。
【００２８】
次に、第１実施形態に係るガスヘッドの作用について説明する。
図５（ａ）は、第１実施形態のガスヘッドにおけるガスの流れ方向の説明図である。第１ガス１は、第１ガス供給配管１６により、ガスヘッド２０の中心軸に沿って第１ガス導入口に導入される。高速で導入された第１ガス１が、中間部材２４の上面に衝突すると、第１ガス１の流れ方向がガスヘッド２０の周縁部に向かって変化する。さらに第１ガス１は、ガス流路２７の側面２２ａに案内されてガス流路２７に流入する。ガス流路２７の流路面積は第１ガス導入口２６からガス噴出口２８にかけて増加しているので、ガス流路２７の下流側ほど第１ガスの流速が低下する。これにより、第１ガスはガス噴出口２８から低速で噴出される。
【００２９】
この点、図９に示す第１従来例では、処理室１１内に高速で噴出された第１ガス１が、基板ステージ１４および側壁１２に衝突することにより、処理室１１内に対流が生じる。これにより、基板５と反応後の分解物・２次生成物を含んだガスや、処理室１１の壁材と反応した基板処理に適さないガスが、再び基板５上に戻ることになる。その結果、基板処理の安定性および再現性を阻害することになる。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、第１ガスがガス噴出口から低速で噴出されるので、処理室内に第１ガスの対流が発生しない。
図５（ｂ）は、第１実施形態の処理室（右半部）におけるガス流速の分布図である。図５（ｂ）では、等ガス流速線を２点鎖線で示すとともに、ガス流速の高速度領域９１を縦横格子模様で示し、低速度領域９２を斜め格子模様で示している。図５（ｂ）によれば、ガス噴出口の近傍に高速度領域９１が存在するが、ガス噴出口から離れるほど第１ガスの流速は低下し、基板５の近傍は低速度領域９２となっている。このように、処理室１１内に対流が発生しないので、基板処理後のガスは基板ステージ下方のガス排出口から排出される。また、処理室１１の壁材と反応したガスが、再び基板上に戻ることもない。したがって、基板処理の安定性および再現性を確保することが可能になり、基板に対する均一な処理を実現することができる。
【００３１】
一方、図１１（ａ）に示す第２従来例では、第１ガス１がシャワーホール５２を通過する過程で、反応性／活性を消失するという問題がある。この場合、基板処理に必要な化学反応が得られず、処理効率が低下することになる。
これに対して、第１実施形態のガスヘッドでは、ガスヘッドの構成部材に対する第１ガスの衝突機会を最小限に抑えているので、反応性／活性を維持した状態で第１ガスを処理室に噴出することが可能である。したがって、基板処理効率を向上させることができる。
【００３２】
このように、反応性／活性を備えた第１ガスを導入する場合には、ガス流路の内面に耐腐食性のコーティングを施すことが望ましい。コーティング材料として、具体的にはＹ２Ｏ３等を採用することが可能である。この構成によれば、ガス流路内を流通するガスによってガス流路の内面が腐食されるのを防止することができる。その結果、処理の安定性および再現性が確保され、均一な処理を実現することができる。また、ガスヘッドの耐久性を向上することができる。
【００３３】
また、反応性／活性を備えた第１ガスを導入する場合には、ガス流路の内面が耐失活性を有する部材で被覆されていることが望ましい。耐失活性を有する部材として、具体的には高純度アルミナ等のセラミックや、サファイア等を採用することが可能である。この構成によれば、ガス流路を流通するガスが、ガス流路の内面と衝突する際に、反応性／活性を消失しない。その結果、活性化された状態のガスを処理室内に噴出することが可能になり、処理効率を向上させることができる。
【００３４】
さらに、第１実施形態のガスヘッドでは、ガス噴出口の近傍においてガス流路がガスヘッドの中央部および周縁部に向かって拡大している。これにより、ガス噴出口からのガス噴出方向を、ガス流路の延長方向だけでなく、処理室（基板）の中央部方向および周縁部方向にも広げることができる。その結果、処理室（基板）の略全体にガスを噴出することが可能になり、基板に対する均一な処理を実現することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６（ａ）は、第２実施形態に係るガスヘッドの断面図である。第１実施形態のガスヘッドは処理ガスとして第１ガスのみを導入するものであったが、第２実施形態のガスヘッド２０は第１ガスに加えて第２ガスを導入する点で相違している。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図である。図６（ｂ）に示すようにガスヘッド２０における第１ガス導入口２６の周囲には、複数の第２ガス導入口４６が設けられている。本実施形態では、８個の第２ガス導入口４６が周方向に等配されている。
図６（ａ）に戻り、第２ガス導入口４６から下方に向かって、第２ガス導入路４１が設けられている。第２ガス導入路４１の下端部から、ガスヘッド２０の中央部に向かって、第２ガス噴出路４２が形成されている。この第２ガス導入路４１および第２ガス噴出路４２により、第２ガス流路４０が構成されている。そして、第２ガス噴出路４２の先端に、第２ガス噴出口４８が形成されている。第２ガス噴出口４８は、中間部材２４の上面付近においてガス流路２７に開口している。
【００３７】
図７（ａ）は、第２実施形態のガスヘッドにおけるガスの流れ方向の説明図である。ガスヘッド２０の中心軸に沿って導入された第１ガス１が、中間部材２４の上面に衝突すると、第１ガス１の流れ方向がガスヘッド２０の周縁部に向かって変化する。これに対して第２ガス２は、第２ガス噴出路４２および第２ガス噴出口４８から、ガスヘッド２０の中央部に向かって噴出される。そのため、第１ガス１と第２ガス２とは、正面衝突に近い９０°以上の角度θで衝突することになる。
【００３８】
本実施形態では、中間部材２４の上面付近に第２ガス噴出口４８を形成したので、ガスヘッド２０の周縁部に向かって流れ方向が変化した第１ガス１に対して、第２ガス２を９０°以上の角度θで衝突させることが可能になる。そして、第１ガス１および第２ガス２を９０°以上の角度θで衝突させることにより、第１ガス１中に第２ガス２を分散させることが可能になり、両者を均質に混合することができる。
【００３９】
図７（ｂ）は、処理室（右半部）におけるガス濃度の分布図である。図７（ｂ）では、等ガス濃度線を２点鎖線で示すとともに、第１ガスの高濃度領域９１を縦横格子模様で示し、第２ガスの高濃度領域９２を斜め格子模様で示している。図７（ｂ）によれば、ガスヘッド２０の第１ガス導入口の近傍に第１ガスの高濃度領域９１が存在し、第２ガス噴出口の近傍に第２ガスの高濃度領域が存在する。これに対して、処理室１１内（特に、基板５の近傍）では、第１ガス濃度および第２ガス濃度が同等になっている。これは、第１ガスおよび第２ガスが均質に混合されていることを示している。
【００４０】
以上のように第２実施形態では、中間部材の上面付近に第２ガス噴出口を設けて、流れ方向が変化した第１ガスに対して第２ガスを９０°以上の角度で衝突させる構成とした。この構成によれば、第１ガスおよび第２ガスを均質に混合して処理室内に噴出することが可能になる。その結果、処理室内において均一な処理を実現することができる。
【実施例１】
【００４１】
本願の発明者は、図７に示す第２実施形態をエッチング装置に適用して、基板上の薄膜をエッチングし、基板上におけるエッチングレート分布を測定した。また図９に示す第１従来例の変形例、および図１１（ｂ）に示す第２従来例の変形例もエッチング装置に適用して、同様にエッチングレート分布を測定した。
【００４２】
各エッチング装置には、第１ガスとして、４００ｓｃｃｍのＨ２ガスと８００ｓｃｃｍのＮ２ガスとの混合ガスに、マイクロ波を照射して活性化したものを導入した。また第２ガスとして、４００ｓｃｃｍのＮＦ３ガスを導入した。この第１ガスおよび第２ガスを混合することにより、エッチャントが生成されることになる。そして基板温度を２０℃とし、基板処理圧力を２２０Ｐａとして、直径３００ｍｍのシリコン基板の表面に形成された熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）のエッチングを行った。
【００４３】
図８は、エッチングレート分布の測定結果のグラフである。図８の各グラフにおいて、横軸は基板中心からの距離であり、縦軸はエッチングレートである。
図８（ｃ）は、図１０に示す第１従来例の変形例を採用した場合の測定結果である。図８（ｃ）のグラフによれば、基板の中央部および周縁部ではエッチングレートが小さく、両者の中間部ではエッチングレートが大きくなっている。すなわち、基板上におけるエッチングレートの分布が大きくなっている。
【００４４】
図１０（ａ）に示す第１従来例の変形例では、処理室１１の中央部から第１ガス１が導入され、その周辺部から第２ガス２が導入される。しかしながら、第１ガス１および第２ガス２が９０°以下の小さい角度で衝突するように第１ガス１および第２ガス２を導入するので、両者は均質に混合されない。
【００４５】
そのため、図１０（ｂ）に示すように、基板５の中央部が第１ガスの高濃度領域９１となり、周縁部が第２ガスの高濃度領域９２となる。また基板５の中央部と周縁部との間は、第１ガスおよび第２ガスの濃度が同等になる。この同等濃度領域では、第１ガスおよび第２ガスが混合されてエッチャントの生成量が多くなるので、図８に示すようにエッチングレートが大きくなる。これに対して、基板５の中央部および周縁部では、第１ガスまたは第２ガスのみが高濃度であってエッチャントの生成量が少なくなるので、エッチングレートが小さくなる。その結果、図８（ｃ）に示すように、基板上におけるエッチングレートの分布が大きくなると考えられる。
【００４６】
図８（ｂ）は、図１１（ｂ）に示す第２従来例の変形例を採用した場合の測定結果である。図８（ｂ）のグラフによれば、基板上におけるエッチングレートの分布は小さいが、全体的にエッチングレートが小さくなっている（約６０オングストローム／ｍｉｎ）。
図１１（ｂ）に示す第２従来例の変形例では、導入された第１ガス１および第２ガス２が、ガスヘッド５０の内部空間５１で均質に混合されて処理室内に供給される。そのため、基板上におけるエッチングレートの分布が小さくなるものと考えられる。しかしながら、活性化した状態で導入された第１ガスは、シャワーホール５２を透過する際に、その壁面との衝突を繰り返すことになる。これにより第１ガスは、シャワーホール５２にエネルギーを奪われて、反応性／活性を消失する（失活する）。そのため、エッチャントの生成量が低下して、図８（ｂ）に示すようにエッチングレートが小さくなると考えられる。
【００４７】
図８（ａ）は、図７（ａ）に示す第２実施形態を採用した場合の結果である。図８（ａ）のグラフによれば、約７０オングストローム／ｍｉｎのエッチングレートが確保され、また基板上におけるエッチングレートの分布が小さくなっている。
図７（ａ）に示す第２実施形態では、ガスヘッドの構成部材に対する第１ガスの衝突機会を最小限に抑えているので、反応性／活性を維持した状態で第１ガスを処理室に噴出することが可能である。これにより、エッチャントの生成量の低下が防止され、図８（ａ）に示すようにエッチングレートを確保することができる。また第２実施形態では、第１ガスおよび第２ガスが９０°以上の角度で衝突するように導入されるので、第１ガスおよび第２ガスを均質に混合することが可能になる。その結果、図７（ｂ）に示すように、基板５の略全体が、第１ガスおよび第２ガスの等濃度領域となる。そのため、図８（ａ）に示すように、基板上におけるエッチングレートの分布が小さくなると考えられる。
【００４８】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、中間部材の形状は、上記実施形態の形状に限られず、例えば円錐形や釣鐘型とすることも可能である。また、本発明の半導体製造装置は、エッチング装置に限られず、例えばＣＶＤ装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態に係る半導体製造装置およびガスヘッドの断面図である。
【図２】図１の各部における断面図である。
【図３】第１実施形態の変形例に係るガスヘッドの断面図である。
【図４】図３の各部における断面図である。
【図５】（ａ）はガス流れの説明図であり、（ｂ）はガス流速の分布図である。
【図６】第２実施形態に係るガスヘッドの断面図である。
【図７】（ａ）はガス流れの説明図であり、（ｂ）はガス濃度の分布図である。
【図８】基板上におけるエッチングレート分布の測定結果のグラフである。
【図９】第１従来例に係る半導体製造装置の説明図である。
【図１０】第１従来例の変形例に係る半導体製造装置の説明図である。
【図１１】（ａ）は第２従来例に係るガスヘッドの説明図であり、（ｂ）は第２従来例の変形例に係るガスヘッドの説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…第１ガス  ２…第２ガス  ５…基板  １０…半導体製造装置  １１…処理室  ２０…ガスヘッド  ２４…中間部材  ２６…第１ガス導入口  ２７…ガス流路  ２８…ガス噴出口
【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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