(57)【要約】【課題】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た成膜装置を提供する。【解決手段】処理空間１内のガス噴出ヘッド７には、被処理物５側に面するヘッド面８に各処理ガスを独立して噴出させる噴出部９がそれぞれ多数設けられ、ガス噴出ヘッド７は、各処理ガス毎の導入側流路１６Ａ，１７Ｂ，１８Ｃをそれぞれ有し、各処理ガス毎に対応して存在する流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃから構成されるとともに、上記各流路部材がヘッド面８に実質的に沿う方向で分離した積層構造を呈しており、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃのノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃ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。これにより、各処理ガスが独立した流路を経て被処理物５に噴射され、良好な品質の成膜が形成される。【選択図】図１
2004100001.tif 000002
【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は、各処理ガスが独立して導入される流路をそれぞれ有し各処理ガス毎に対応して存在する流路部材から構成されるとともに、上記各流路部材がヘッド面に実質的に沿う方向で分離した積層構造を呈しており、
上記各流路部材の流路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ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
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記載の成膜装置。
【請求項３】
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流路部材の流路と連通するよう当該流路部材に接続されている請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
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流路部材と接続している請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
上記ガス噴出ヘッドにおいて、各流路部材のうち少なくとも被処理物側に位置する流路部材と、被処理物とは反対側に位置する流路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１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
上記ガス噴出ヘッドにおいて、各流路部材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５記載の成膜装置。
【請求項７】
上記各流路部材には、導入された処理ガスを一時的に保持する拡散室が設けられ、上記拡散室の容積は流路部材の大きさよりも十分に小さくなるよう設定されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
上記流路は、導入された処理ガスを拡散室に導く導入側流路と、拡散室から延びて各ノズルに処理ガスを供給するノズル側流路とから構成されている請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
上記拡散室は各流路部材の略中央部近傍に設けられ、上記拡散室から放射状に延びるノズル側流路を介して各ノズルに処理ガスが供給されるようになっている請求項８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」がある。以下、図９および図１０に示す上記先行技術について説明する。
【０００３】
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。
【０００４】
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１０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。
【０００５】
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９や図１０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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２９１３８５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
さらに、冷却水路７１は、下段ブロック６８のガス噴出路６９Ｃ，７０Ｃを均一に冷却し、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を加熱する構造になっているために、原料ガスや還元ガス毎に各処理ガスに適した異なった温度で制御することができない。
【００１３】
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た成膜装置の提供を目的とする。
【００１４】
【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は、各処理ガスが独立して導入される流路をそれぞれ有し各処理ガス毎に対応して存在する流路部材から構成されるとともに、上記各流路部材がヘッド面に実質的に沿う方向で分離した積層構造を呈しており、上記各流路部材の流路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ことを要旨とする。
【００１５】
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は、各処理ガスが独立して導入される流路をそれぞれ有し各処理ガス毎に対応して存在する流路部材から構成されるとともに、上記各流路部材がヘッド面に実質的に沿う方向で分離した積層構造を呈しており、上記各流路部材の流路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。
【００１６】
上記のような構成により、特定の流路部材の流路に供給された１種類の処理ガスは、その流路部材内で分岐されてその処理ガスのためのノズルの方へ仕向けられる。また、他の流路部材の流路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流路部材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。
【００１７】
例えば、各流路部材の流路は、上記ヘッド面に実質的に沿う方向に所定の箇所まで延ばされてから、その処理ガスのためのノズルの方へ変向される。このような流路構成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、ヘッド面に実質的に沿わせた状態で流路部材が積層されているので、流路部材の厚さを利用して流路部材の全域にわたって処理ガスの流路を十分に確保できることとなり、それにより処理ガス毎に多数のノズルに処理ガスを向かわせることが行いやすくなる。
【００１８】
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流路部材内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。
【００１９】
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流路部材の流路と連通するよう当該流路部材に接続されている場合には、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流路部材の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、上記ノズル管が流路部材の流路に接続されていることにより、流路部材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。
【００２０】
本発明の成膜装置において、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流路部材と接続している場合には、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流路部材と接続していることにより、上記遠い側の流路部材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、上記流路部材よりも被処理物に近い側の流路部材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、積層された各流路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。
【００２１】
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、各流路部材のうち少なくとも被処理物側に位置する流路部材と、被処理物とは反対側に位置する流路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流路部材（ヘッド面）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流路部材が加熱されるまでのあいだ、流路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流路部材においても、被処理物からの輻射熱が及びにくい流路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流路部材と、被処理物とは反対側に位置する流路部材とをそれぞれ独立して温度制御することにより、各流路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。
【００２２】
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、各流路部材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、各流路部材に対応した処理ガスに適合させた温度制御が、各流路部材毎に行われるので、ガス噴出ヘッド全体の温度制御状態が処理ガスの性状等にとって最適化することができる。
【００２３】
本発明の成膜装置において、上記各流路部材には、導入された処理ガスを一時的に保持する拡散室が設けられ、上記拡散室の容積は流路部材の大きさよりも十分に小さくなるよう設定されている場合には、拡散室の容積が流路部材の大きさよりも十分に小さくなるように設定してあるので、拡散室配置のために流路部材の厚さ等の寸法を大きくする必要がなく、ガス噴出ヘッドをコンパクトに構成することができる。さらに、拡散室の容積を小さくすることにより、処理ガスが小さな容積の拡散室において一時的にある程度高い圧力で保持され、その状態から各ノズルに供給されるため、各流路に対する供給ガス圧を高く維持し処理ガスの噴出を不足なく行うことができる。
【００２４】
そして、拡散室が小容積化されることにより、各流路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、上記流路は、導入された処理ガスを拡散室に導く導入側流路と、拡散室から延びて各ノズルに処理ガスを供給するノズル側流路とから構成されている場合には、上記導入側流路からの処理ガスが拡散室で一時的に保持され、拡散室から延びているノズル側流路を経て複数の上記噴出部に供給されて、良好な処理ガスの噴出がなされる。そして、上記拡散室から多数のノズルに向かってノズル側流路が延びてゆくので、ノズル側流路の分岐に拡散室が配置された構造となり、上述のように流路抵抗や圧力損失の少ない流路構成がえられる。
【００２６】
本発明の成膜装置において、上記拡散室は各流路部材の略中央部近傍に設けられ、上記拡散室から放射状に延びるノズル側流路を介して各ノズルに処理ガスが供給されるようになっている場合には、各流路部材の略中央部に位置する拡散室から各ノズルまでのノズル側流路の長さを極力均一にすることができるので、処理ガスの流路抵抗もより均一化されて、各ノズルからの噴射量のばらつきを少なくすることができる。
【００２７】
【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。
【００２８】
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。
【００２９】
上記ウエハ５に処理ガスを供給するために、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３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。
【００３０】
各処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ毎に分厚い板状の材料でつくられた流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃが積層構造とされ、上記各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃはヘッド面８に沿った状態で配置されている。各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの中央部には拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃが配置され、各拡散室には処理ガス供給源（図示していない）から導入側流路１６Ａ，１７Ｂ，１８Ｃを経て処理ガスＡ，Ｂ，Ｃが導かれるように各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの内部に流路配置がなされている。したがって、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃは処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ毎に設けられ、それに伴って各拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃや導入側通路１６Ａ，１７Ｂ，１８Ｃおよびノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃは各処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ専用のものとして設けられている。また、各拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃから放射状にノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃが噴出部９の方へ延びている。上記放射状配置の状態は、図８の流路部材１０Ａの加工図に示されている。
【００３１】
上記拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃは各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの略中央部近傍に設けられ、上記拡散室から放射状に延びるノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃを介して各ノズルに処理ガスが供給されるようになっているので、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの略中央部に位置する拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃから各ノズルまでのノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃの長さを極力均一にすることができ、それにともなって処理ガスの流路抵抗もより均一化されて、各ノズルからの噴射量のばらつきを少なくすることができる。
【００３２】
上記噴出部９は、複数種類の異なる処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ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、小径のノズル管２２とその外側に同心的に配置された大径のノズル管２３とさらにその外側に配置されたノズル開口２４によって構成されている。このように多重構造とされたノズル管２２，２３は、内側に位置する小径のノズル管２２がウエハ５から遠い側に配置された流路部材１０Ａに接続され、ノズル管２２の外側に位置する大径のノズル管２３は流路部材１０Ａよりもウエハに近い側の流路部材１１Ｂに接続されている。
【００３３】
上記のような流路形成によって、処理ガスＡはノズル管２２内のノズル流路２２Ａを流れて噴出部９に供給され、処理ガスＢはノズル管２２とノズル管２３とのあいだの隙間で構成されたノズル流路２３Ｂを流れて噴出部９に供給され、処理ガスＣはノズル管２３の外側に形成されているノズル開口２４から噴出部９に供給される。したがって、積層された各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃ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Ａ，Ｂ，Ｃを独立した流路形態で同心円状の各ノズル管２２，２３から噴出させることができるのである。
【００３４】
上記のような構成により、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの流路１６Ａ，１７Ｂ，１８Ｃおよび１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃに供給された異なる複数の処理ガスＡ，Ｂ，Ｃは、その流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃ内で分岐されてその処理ガスのためのノズル管２２，２３および／またはノズル開口２４の方へ仕向けられる。このように積層構造とされた各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃにおいて各処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ毎に噴出部９の方へ流通させられるので、噴出部９に向かう処理ガスＡ，Ｂ，Ｃ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、結果的には多数の噴出部９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。
【００３５】
上記のように、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃに流入した処理ガスＡ，Ｂ，Ｃは、上記ヘッド面８に実質的に沿う方向に所定の箇所まで供給されてから、その処理ガスのためのノズルの方へ変向される。このような流路構成を基本にして多数の噴出部９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、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、ヘッド面８に実質的に沿わせた状態で流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃが積層されているので、流路部材の厚さを利用して流路部材の全域にわたって処理ガスの流路を十分に確保できることとなり、それにより処理ガス毎に多数のノズル管２２，２３やノズル開口２４に処理ガスを向かわせることが行いやすくなる。
【００３６】
上記噴出部９が所定間隔を隔てて複数配置されているので、各噴出部９からの処理ガスの噴出量をウエハ５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。
【００３７】
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Ａ，Ｂ，Ｃを導入する上記流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの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が流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの流路に嵌合されていることにより、流路部材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。
【００３８】
上記ガス噴出ヘッド７において、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃのうち少なくともウエハ５側に位置する流路部材１２Ｃと、ウエハ５とは反対側に位置する流路部材１０Ａ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、流路部材１２Ｃには図１〜図３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、流路部材１２Ｃ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３（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。
【００３９】
これにより、ウエハ５側に位置する流路部材１２Ｃ（ヘッド面）は、加熱されているウエハ５からの輻射熱に対する適正な冷却がなされるので、上記噴出部９すなわちノズル開口２４および／またはノズル管２２，２３内やその近傍において処理ガスＡ，Ｂ，Ｃが分解したり、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。
【００４０】
なお、ウエハ５からの輻射熱によって流路部材１２Ｃ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流路部材１２Ｃ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Ｃ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Ｃ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。
【００４１】
また、ウエハ５とは反対側に位置する流路部材１０Ａにおいても、適正な温度制御を行うために、加温ヒーター２６が流路部材１０Ａの近くに配置されている。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流路部材１０Ａが適正な温度制御を受けることとなるので、流路部材１０Ａにおける露点が低い処理ガスを用いたときに、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側に位置する流路部材１２Ｃと、ウエハ５とは反対側に位置する流路部材１０Ａとをそれぞれ独立して温度制御することにより、各流路部材１２Ｃ，１０Ａに対応した処理ガスＣ，Ａ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。
【００４２】
上記ガス噴出ヘッド７において、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃをそれぞれ独立して温度制御するために、図示はしていないが、中間部の流路部材１１Ｂに温度制御用の流水管を通すことができる。こうすることにより、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃに対応した処理ガスＡ，Ｂ，Ｃに適合させた温度制御が、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃ毎に行われるので、ガス噴出ヘッド７全体の温度制御状態を処理ガスの性状等にとって最適化することができる。なお、上記流水管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。
【００４３】
上記各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃには、導入された処理ガスＡ，Ｂ，Ｃを一時的に保持する拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃが設けられ、上記拡散室の容積は流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの大きさよりも十分に小さくなるよう設定されている。上記拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃからその拡散室が配置された流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃ内において、多数のノズルに向かって処理ガスＡ，Ｂ，Ｃのノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃが延びてゆくので、放射的に流路を形成するような場合であっても、ノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃの分岐に拡散室が配置された構造となり、上述のように流路抵抗や圧力損失の少ない流路構成がえられる。また、拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃの容積が流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの大きさよりも十分に小さくなるように設定してあるので、拡散室配置のために流路部材の厚さ等の寸法を大きくする必要がなく、ガス噴出ヘッド７をコンパクトに構成することができる。さらに、拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃの容積を小さくすることにより、処理ガスＡ，Ｂ，Ｃが小さな容積の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、各流路に対する供給ガス圧を高く維持し処理ガスの噴出を不足なく行うことができる。
【００４４】
そして、拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃが小容積化されることと流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃの流路が簡素化されることにより、各流路部材における処理ガスＡ，Ｂ，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。
【００４５】
図４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３（Ｂ）と図４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４（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。
【００４６】
図１，図２等においては、流路である導入側流路１６Ａ，１７Ｂ，１８Ｃやノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃ等が各流路部材の肉厚内部に形成してある場合であるが、これを図５のような形式に置きかえることができる。すなわち、図５の断面状態で図示された流路部材１１Ｂのように、流路部材１１Ｂの上面側に溝の状態で導入側流路１７Ｂが形成され、それが拡散室１４Ｂに開口している。そして、この拡散室１４Ｂも流路部材１１Ｂの下面側から窪部を設けて構成している。さらに、拡散室１４Ｂから各ノズルへ延びているノズル側流路２０Ｂも、流路部材１１Ｂの下面側に溝の状態で形成されている。なお、符号２８，２９は、溝状のノズル側流路１９Ａや導入側流路１８Ｃを封止するカバー板である。このような構成を採用することにより、流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃを例えば、ダイカスト鋳造等で製作し製造コストを大幅に低減することができる。
【００４７】
さらに、図６に示すように、１つの流路部材を複数の部品で構成するようにしてもよい。ここでは流路部材１０Ａを例にしているもので、上板３０に拡散室１３Ａの一部を構成する窪部３１とノズル側流路１９Ａが形成され、下板３２に拡散室１３Ａの一部を構成する窪部３３と導入側流路１６Ａが形成され、上板３０と下板３２を接着剤あるいは溶接等により一体化している。このような構造も、流路部材を例えば、ダイカスト鋳造等で製作し製造コストを大幅に低減することができる。
【００４８】
また、ヘッド面８は、通常、平面状に形成されているのであるが、流路部材の内部流路の形状や寸法の関係で隣合う流路部材の境界面を傾斜させたり、凹状や凸状にしたりすることができる。こうすることにより、流路部材の形状を自由に選定できて、処理ガスの流通をよりすぐれた成膜品質となるように最適化することが可能となる。
【００４９】
図７は、本発明の成膜装置におけるガス噴出ヘッドの他の実施の形態を示す。
【００５０】
この実施の形態では、各ノズル側流路１９Ａ，２０Ｂ，２１Ｃから分岐した流路が、噴射部９にノズル開口３４Ａ，３５Ｂ，３６Ｃとして開口している場合である。各ノズル開口３４Ａ，３５Ｂ，３６Ｃ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。
【００５１】
上記構成により、前述のノズル管２２，２７，２３のような部品を使用することなく、噴出部９を簡単な構造で製造することができる。それ以外は、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００５２】
図８は、流路部材１０Ａを機械加工で製作する場合の説明図である。肉厚の円形の素材板３７に直径方向の穴３８を複数本あけ、これらの穴３８がノズル側流路１９Ａを形成するものとされ、各穴３８が交わる中央部に窪部３９を設けて拡散室１３Ａを構成している。なお、符号４０で示した穴に最も小径なノズル管２２が接続されるようになっている。また、各穴３８の外周側の開口端はプラグ４１で封鎖してある。
【００５３】
積層構造とされた流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃは各流路部材を貫通するボルトで強固に結合したり、各流路部材の端部を図２の符号４２で示す溶接部で溶着したり、あるいは接着剤等で接合して一体化することができる。
【００５４】
上記の実施の形態では、各流路部材１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｃにそれぞれ１つの拡散室１３Ａ，１４Ｂ，１５Ｃが配置されている場合であるが、この拡散室を各流路部材または特定の流路部材に複数、例えば、２つ配置して、処理ガスの分配性を自由に選定することも可能である。
【００５５】
【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、特定の流路部材の流路に供給された１種類の処理ガスは、その流路部材内で分岐されてその処理ガスのためのノズルの方へ仕向けられる。また、他の流路部材の流路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流路部材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。
【００５６】
例えば、各流路部材の流路に流入した処理ガスは、上記ヘッド面に実質的に沿う方向に所定の箇所まで延ばされてから、その処理ガスのためのノズルの方へ変向される。このような流路構成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、ヘッド面に実質的に沿わせた状態で流路部材が積層されているので、流路部材の厚さを利用して流路部材の全域にわたって処理ガスの流路を十分に確保できることとなり、それにより処理ガス毎に多数のノズルに処理ガスを向かわせることが行いやすくなる。
【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】上記成膜装置の拡大図である。
【図３】（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４】ノズル管の変形例を示す断面図である。
【図５】流路部材の変形例を示す断面図である。
【図６】流路部材の他の変形例を示す断面図である。
【図７】（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８】流路部材の加工状態を示す平面図である。
【図９】従来の成膜装置を示す断面図である。
【図１０】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。
【符号の説明】
１　　　　処理空間
２　　　　処理容器
３　　　　分離板
Ｈ　　　　加熱ヒーター
４　　　　開口
５　　　　ウエハ
６　　　　排気口
７　　　　ガス噴出ヘッド
８　　　　ヘッド面
９　　　　噴出部
１０Ａ　　流路部材
１１Ｂ　　流路部材
１２Ｃ　　流路部材
１３Ａ　　拡散室
１４Ｂ　　拡散室
１５Ｃ　　拡散室
１６Ａ　　導入側流路
１７Ｂ　　導入側流路
１８Ｃ　　導入側流路
１９Ａ　　ノズル側流路
２０Ｂ　　ノズル側流路
２１Ｃ　　ノズル側流路
２２　　　小径のノズル管
２２Ａ　　ノズル流路
２３　　　大径のノズル管
２３Ｂ　　ノズル流路
２４　　　ノズル開口
２５　　　冷却管路
２６　　　加温ヒーター
２７　　　中径のノズル管
２８　　　カバー板
２９　　　カバー板
３０　　　上板
３１　　　窪部
３２　　　下板
３３　　　窪部
３４Ａ　　ノズル開口
３５Ｂ　　ノズル開口
３６Ｃ　　ノズル開口
３７　　　素材板
３８　　　穴
３９　　　窪部
４０　　　穴
４１　　　プラグ
４２　　　溶接部
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
７０Ａ　　分岐路
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
Ｗ　　　　半導体ウエハ
【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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