(57)【要約】【課題】  シャワーヘッドの目詰まりを防止して、成膜の均一性や再現性を向上させる。【解決手段】  独立に設けられた原料ガス吐出孔４３ａおよび酸化ガス吐出孔４３ｂから載置台５上のウェハＷに原料ガスおよび酸化ガスを個別に供給するポストミックス型のシャワーヘッド４０を用いて成膜する成膜装置において、酸化ガスの供給流量とシャワーヘッド４０の下面温度との組み合わせ毎に当該酸化ガスを供給する酸化ガス吐出孔４３ｂの孔詰まり度合い値Ｄを格納した判定テーブル８５を備え、プロセスコントローラ８０は、成膜レシピにて指定された酸化ガスの供給流量に基づいて、酸化ガス吐出孔４３ｂの詰まりが発生しないシャワーヘッド４０の下面温度を判定テーブル８５から読み出して、シャワーヘッド４０の温度制御を行う。【選択図】図１
2005228972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドの温度を検出し、その温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、加熱手段および／または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度を把握しておき、前記シャワーヘッドの温度を検出して、その温度が前記反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な温度になるように、加熱手段および／または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積量および／または有機金属原料の凝縮量とシャワーヘッドの温度との相関関係を記憶手段に入力し、前記相関関係に基づいてシャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
前記シャワーヘッドの加熱手段および／または冷却手段はシャワーヘッドに配置されたヒートパイプであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記シャワーヘッドの温度は、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面に近接して配置された温度センサにより検出されることを特徴とする請求項３または請求項４または請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記有機金属原料は、金属βジケネートまたは金属アルコキシドであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記有機金属原料は、Ｐｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ（ｄｐｍ）４、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、Ｂａ（ｄｐｍ）２、Ｓｒ（ｄｐｍ）２からなる群から選択された複数種であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記酸化ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ２からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記有機金属原料は、ＨＴＢ（ハフニウムテトラターシャリブトキサイド）またはＺＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド）であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記酸化ガスは、ＮＯ２またはＯ３であることを特徴とする請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記有機金属原料は、Ｐｂ含有原料としてのＰｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ含有原料としてのＺｒ（ｄｐｍ）４またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、Ｔｉ含有原料としてのＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２を含み、前記酸化ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ２からなる群から選択されたものであり、これらによりＰＺＴ膜を形成することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１４】
被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。
【請求項１５】
被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。
【請求項１６】
被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および／または冷却する冷却手段と、
前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および／または冷却手段を制御する温度制御機構と
をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。
【請求項１７】
被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および／または冷却する冷却手段と、
前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じた、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度の情報が記憶される記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および／または冷却手段を制御する温度制御機構と
をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。
【請求項１８】
被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積量および／または有機金属原料の凝縮量とシャワーヘッドの温度との相関関係が入力される記憶手段と、
前記相関関係に基づいてシャワーヘッドの温度を制御する制御機構と
をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。
【請求項１９】
前記シャワーヘッドの加熱手段および／または冷却手段はシャワーヘッドに配置されたヒートパイプであることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記シャワーヘッドの冷却手段はヒートパイプであって、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項２１】
温度検出手段は、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面の温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項１６、請求項1７、請求項１９、請求項２０のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記センサは、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されることを特徴とする請求項２１に記載の成膜装置。
【請求項２３】
前記有機金属原料は、金属βジケネートまたは金属アルコキシドであることを特徴とする請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項２４】
前記有機金属原料は、Ｐｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ（ｄｐｍ）４、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、Ｂａ（ｄｐｍ）２、Ｓｒ（ｄｐｍ）２からなる群から選択された複数種であることを特徴とする請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項２５】
前記酸化ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ２からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項２４に記載の成膜装置。
【請求項２６】
前記有機金属原料は、ＨＴＢ（ハフニウムテトラターシャリブトキサイド）またはＺＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド）であることを特徴とする請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項２７】
前記酸化ガスは、ＮＯ２またはＯ３であることを特徴とする請求項２６に記載の成膜装置。
【請求項２８】
前記有機金属原料は、Ｐｂ含有原料としてのＰｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ含有原料としてのＺｒ（ｄｐｍ）４またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、Ｔｉ含有原料としてのＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２を含み、前記酸化ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ２からなる群から選択されたものであり、これらによりＰＺＴ膜を形成することを特徴とする請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜技術に関し、特に、ＭＯＣＶＤ法によって例えば強誘電性または高誘電性の金属酸化物膜を成膜する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、被処理体である基板（ウェハ）上に種々の物質からなる薄膜の形成が行われ、この薄膜に要求される物性の多様化等に呼応して、薄膜形成に使用される物質や組み合わせの多様化、複雑化が進行している。たとえば、近年、プレーナスタック型ＦｅＲＡＭのメモリキャパシタ材としてＰＺＴ膜の使用が注目されており、高品質なＰＺＴ膜を再現性良く生成する技術の開発が進められている。この多元系金属酸化物薄膜であるＰＺＴ膜は、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３のペロブスカイト構造を有する結晶膜であり、強誘電性をもつ。
【０００３】
有機金属化合物を原料とする化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってＰＺＴなどの多元系金属酸化物薄膜を成膜する場合、反応容器内に設置した基板を加熱し、そこに原料ガスと酸化ガスを供給する（たとえば特許文献１）。ＰＺＴの成膜温度は通常、５００〜６５０℃であり、酸化ガスにはＯ２を用いるが、デバイス構造によっては、許容される成膜温度が５００℃以下である場合があり、そのような低温域で成膜を行う場合には、酸化ガスとして酸化力のすぐれたＮＯ２（二酸化窒素）を使用する（たとえば特許文献２）。なお、原料ガスとしては、特許文献１や特許文献２に記載の有機金属原料の他、例えばＰｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、またはＺｒ（ｄｐｍ）４、およびＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２の組み合わせからなる有機金属原料等を使用することができる。
【０００４】
この場合、基板に対して良質の薄膜を形成すべく、ポストミックス型のシャワーヘッドを使用することが望ましい。すなわち、シャワーヘッド内に、原料ガスと酸化ガスの供給流路および吐出孔を独立に形成し、反応容器内における基板の直上空間で原料ガスと酸化ガスを混合させることで成膜反応を行わせるようにする。このようにすることによって、原料ガスと酸化ガスとの反応がウェハ表面近傍で主におこなわれるようになることから、膜質（例えば結晶性）の向上が期待でき、また、シャワーヘッド内部における気相反応が抑制されることから、パーティクル発生の抑制を期待できる。
【０００５】
シャワーヘッドの表面は原料ガスが絶えず接触するため、表面への原料凝縮が発生することのないように、シャワーヘッドはヒータによって加熱されている。成膜のためにシャワーヘッドから原料ガスと酸化ガスとを吐出供給することによって、ウェハ以外にも、例えばシャワーヘッド表面（原料ガス吐出孔および酸化ガス吐出孔近傍も含む）にもわずかに膜が堆積する。この膜は、加熱されたシャワーヘッド表面において原料ガスと酸化ガスとが反応することによって生成・堆積した、酸化物や原料分解物等と考えられる。一般的なＣＶＤ装置においてはこのような表面堆積膜を除去するためのドライクリーニングを定期的に実施することによって、常に清浄なシャワーヘッド表面を維持することが可能であるが、ＰＺＴ成膜プロセスにおいては、有効なドライクリーニングを実施することは非常に困難であり、堆積膜を完全除去することは難しい。そのため、ＰＺＴ成膜プロセスを長期間実施していくうちに、シャワーヘッド表面には原料反応物の膜が徐々に堆積してゆくことになる。この堆積膜がシャワーヘッド表面に密着していて、永久に剥れることが無ければ問題は生じないが、実際にはシャワーヘッドの温度変動等によってシャワーヘッドおよび堆積膜が熱膨張、あるいは熱収縮を起こした際に、シャワーヘッド部材（例えばアルミニウム）と堆積膜との熱膨張係数の違いによって、シャワーヘッド部材と堆積膜との界面等にストレスがかかり、堆積膜の剥離・崩落が発生する。この、堆積膜の剥離・崩落したものがパーティクルとなってウェハ上に降りそそぐと、ウェハ上に作成した半導体装置の製品歩留まりが悪化するという問題が生じる。
【０００６】
ＣＶＤ法によるＰＺＴの成膜においては、前述したように、ドライクリーニングによる堆積物の除去を行うことが困難であるため、堆積膜の剥離・崩落が発生したり、酸化ガスの吐出孔の詰まりが発生したりしたシャワーヘッドは、そのたびに交換して洗浄しなければならず、装置の稼働率の低下やメンテナンスコストの増大を招くという問題もある。
【０００７】
このような問題を回避するため、シャワーヘッドの温度を確実に制御するには、シャワーヘッドの内部に熱媒体を通流させる流路を設け、その中に熱媒体を循環させ、シャワーヘッドとの熱の授受を行う方法が挙げられる。
【０００８】
しかし、ポストミックス型のシャワーヘッドは、原料ガスと酸化ガスの供給経路や吐出孔が独立に設けられているとともに、ガス噴き出しの均一性を向上させるために吐出孔のピッチは狭くなっており、このような複雑で狭小な供給経路や吐出孔を避けながら冷却媒体流路を形成することは加工上大きな困難を伴う。また、仮に形成できたとしても、冷却媒体流路が細くなり、流通可能な冷却媒体の流量が小さな値に制限されるために、充分な温度制御能力を実現できないことが懸念されるとともに、冷却媒体流路の閉塞による故障も発生しやすいという問題もある。
【特許文献１】特開２０００−２６０７６６号公報
【特許文献２】特開２０００−５８５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、シャワーヘッドの目詰まりを有効に防止することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、成膜の均一性や再現性を向上させることができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、装置の稼働率の向上やメンテナンスコストの削減を実現することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、シャワーヘッド表面からのパーティクル発生を防止することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記シャワーヘッドの温度を検出し、その温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、加熱手段および／または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１３】
本発明の第４の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度を把握しておき、前記シャワーヘッドの温度を検出して、その温度が前記反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な温度になるように、加熱手段および／または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積量および／または有機金属原料の凝縮量とシャワーヘッドの温度との相関関係を記憶手段に入力し、前記相関関係に基づいてシャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１５】
本発明の第６の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備したことを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１６】
本発明の第７の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備したことを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１７】
本発明の第８の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および／または冷却する冷却手段と、  前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および／または冷却手段を制御する温度制御機構とをさらに具備したことを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１８】
本発明の第９の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および／または冷却する冷却手段と、  前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じた、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度の情報が記憶される記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および／または冷却手段を制御する温度制御機構とをさらに具備したことを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１９】
本発明の第１０の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積量および／または有機金属原料の凝縮量とシャワーヘッドの温度との相関関係が入力される記憶手段と、前記相関関係に基づいてシャワーヘッドの温度を制御する制御機構とをさらに具備したことを特徴とする成膜装置を提供する。
【００２０】
本発明において、前記シャワーヘッドの加熱手段および／または冷却手段としては、シャワーヘッドに配置されたヒートパイプを採用することができる。シャワーヘッドの冷却手段としてヒートパイプを用いる場合には、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置することができる。また、前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段として、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面の温度を検出する温度センサを用いることができ、その温度センサは前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に用いる有機金属原料としては、金属βジケネートまたは金属アルコキシドを用いることができる。また、有機金属原料として、Ｐｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ（ｄｐｍ）４、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２、Ｂａ（ｄｐｍ）２、Ｓｒ（ｄｐｍ）２からなる群から選択された複数種を用いることができ、この場合には酸化ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ２からなる群から選択されたものであることが好ましい。
【００２２】
本発明に用いる有機金属原料としては、ＨＴＢ（ハフニウムテトラターシャリブトキサイド）またはＺＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド）を用いることもでき、この場合には、前記酸化ガスは、ＮＯ２またはＯ３であることが好ましい。
【００２３】
具体的例として、前記有機金属原料は、Ｐｂ含有原料としてのＰｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ含有原料としてのＺｒ（ｄｐｍ）４またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｐｍ）３、Ｔｉ含有原料としてのＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２を含み、前記酸化ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｏ２からなる群から選択されたものであり、これらによりＰＺＴ膜を形成することが例示される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および有機金属原料の凝縮を抑制するように、シャワーヘッドの温度を制御することで、シャワーヘッドに設けられた複数の独立なガス供給経路が堆積物等によって狭小化したり閉塞されたりして目詰まりすることを防止することができ、成膜の均一性と再現性を高く維持することが可能となるとともに、シャワーヘッドのメンテナンス頻度も減少し、成膜装置の稼働率の向上およびメンテナンスコストの削減を実現できる。また、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および有機金属原料の凝縮を抑制するように、シャワーヘッドの温度を制御することで、上記効果を一層高めることができる。
【００２５】
また、本発明によれば、必要に応じて、シャワーヘッドにヒートパイプを設けることにより、シャワーヘッド内に、加工コストの高い複雑な形状の熱媒体通路を形成することなく、シャワーヘッドの均熱化や効率的な冷却による温度制御が可能となり、シャワーヘッドの温度制御を低コストおよび高い信頼性にて効果的に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例の断面図であり、図２は、その作用の一例を示すフローチャート、図３は、その作用の一例を示す線図、図４は、その判定テーブルの一例を示す概念図である。
【００２７】
この成膜装置は、図１に示すように、例えばアルミニウム等により構成される平断面が略矩形の筐体１を有しており、この筐体１の内部には、有底円筒状に形成された処理容器２が設けられている。処理容器２の底部には開口２ａが設けられ、この開口２ａの外側より、透明石英からなる透過窓２ｄが、Ｏリングからなる封止部材２ｃにより処理容器２が気密を保つことが出来るように設置されている。この透過窓２ｄの下部には、図示しないランプユニットが接続される。処理容器２の上部には後述するシャワーヘッド４０を支持するリッド３が開閉可能に設けられている。
【００２８】
シャワーヘッド４０の上面には、環状の複数のヒータ９１およびこのヒータ９１の間に設けられ、冷却水等の熱媒体が流通する水冷用流路９２からなる温度制御機構９０が配置されており、後述の熱電対１０にて測定されるシャワーヘッド４０の温度の測定結果を用いた、後述のプロセスコントローラ８０によるフィードバック制御にてシャワーヘッド４０を加熱または冷却することで、シャワーヘッド４０の温度を所定の値に制御することが可能になっている。
【００２９】
処理容器２の内部には円筒状のシールドベース８が処理容器２の底部から立設されている。シールドベース８上部の開口には、環状のベースリング７が配置されており、ベースリング７の内周側には環状のアタッチメント６が支持され、アタッチメント６の内周側の段差部に支持されてウェハＷを載置する載置台５が設けられている。シールドベース８の外側には、後述するバッフルプレート９が設けられている。
【００３０】
バッフルプレート９には、複数の排気口９ａが形成されている。処理容器２の内周底部において、シールドベース８を取り囲む位置には、底部排気流路７１が設けられており、バッフルプレート９の排気口９ａを介して処理容器２の内部が底部排気流路７１に連通することで、処理容器２の排気が均一に行われる構成となっている。
【００３１】
筐体１の側面には、処理空間Ｓに連通するウェハ出入り口１５が設けられ、このウェハ出入り口１５は、ゲートバルブ１６を介して図示しないロードロック室に接続されている。
【００３２】
前述のリッド３は処理容器２上部の開口部分に設けられており、このリッド３の載置台５上に載置されたウェハＷと対向する位置に、後述するシャワーヘッド４０が設けられている。
【００３３】
載置台５、アタッチメント６、ベースリング７およびシールドベース８で囲繞された空間内には、円筒状のリフレクター４が処理容器２の底部から立設されており、このリフレクター４は、図示しないランプユニットから放射される熱線を反射して、載置台５の下面に導くことで、載置台５が効率良く加熱されるように作用する。また、加熱源としては上述のランプに限らず、載置台５に抵抗加熱体を埋設して当該載置台５を加熱するようにしてもよい。
【００３４】
このリフレクター４には例えば３箇所にスリット部が設けられ、このスリット部と対応した位置にウェハＷを載置台５から持ち上げるためのリフトピン１２を支持するアーム１４がそれぞれ昇降可能に配置されている。リフトピン１２は、このアーム１４を介してリフレクター４の外側に設けられた円環状の保持部材１３に支持されており、図示しないアクチュエータにて保持部材１３を昇降させることで上下動する。このリフトピン１２は、ランプユニットから照射される熱線を透過する材料、例えば石英やセラミック（Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＳｉＣ）で構成されている。
【００３５】
リフトピン１２は、ウェハＷを受け渡しする際にはリフトピン１２が載置台５から所定長さ突出するまで上昇され、リフトピン１２上に支持されたウェハＷを載置台５上に載置する際には、リフトピン１２が載置台５に引き込まれる。
【００３６】
載置台５の真下の処理容器２の底部には、開口２ａを取り囲むようにリフレクター４が設けられており、このリフレクター４の内周には、石英等の熱線透過材料よりなるガスシールド１７がその全周を支持されることによって取り付けられている。ガスシールド１７には、複数の孔１７ａが形成されている。
【００３７】
また、リフレクター４の内周に支持されたガスシールド１７の下側の透過窓２ｄとの間の空間内には、パージガス供給機構からのパージガス（たとえばＮ２、Ａｒガス等の不活性ガス）が、処理容器２の底部に形成されたパージガス流路１９、および、このパージガス流路１９と連通する、リフレクター４の内側下部の８箇所に等配されたガス噴き出し口１８を介して供給される。
【００３８】
このようにして供給されたパージガスを、ガスシールド１７の複数の孔１７ａを通じて、載置台５の背面側に流入させることにより、後述するシャワーヘッド４０からの処理ガスが載置台５の裏面側の空間に侵入して透過窓２ｄに薄膜の堆積等のダメージを与えることを防止している。
【００３９】
アルミニウム等で構成されたシャワーヘッド４０は、その外縁がリッド３上部と嵌合するように形成された筒状のシャワーベース４１と、このシャワーベース４１の下面に密着した円盤状のガス拡散板４２と、このガス拡散板４２の下面に取り付けられたシャワープレート４３とを有している。
【００４０】
シャワーベース４１は、リッド３にねじ固定されている。このシャワーベース４１とリッド３の接合部は、Ｏリングにより気密にシールされている。シャワーベース４１とガス拡散板４２の間は、Ｏリングにより気密にシールされており、シャワーベース４１、ガス拡散板４２、シャワープレート４３はねじ止めされている。
【００４１】
シャワーベース４１は、当該シャワーベース４１の中央に設けられ、原料ガス配管５１が接続される原料ガス導入路４１ａと、この原料ガス導入路４１ａを挟んで対称な位置に配置され、酸化ガス配管５２の酸化ガス分岐配管５２ａおよび酸化ガス分岐配管５２ｂが接続される複数の酸化ガス導入路４１ｂを備えている。
【００４２】
原料ガス配管５１および酸化ガス配管５２は、ガス供給機構６０に接続されている。ガス供給機構６０は各原料の原料タンクおよび気化器を有しており、各原料タンクから供給された液体原料、たとえば、酢酸ブチル、オクタン、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）等の溶媒で溶解されたＰｂ（ｄｍｐ）２、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｍｐ）３、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｍｐ）２が気化器で気化されて原料ガスとなり、これら原料ガスが所定の比率（たとえばＰＺＴを構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｏ等の元素が所定の化学量論比となるような比率）で混合されて原料ガス配管５１に供給される。また、ガス供給機構６０は酸化ガス源を有しており、この酸化ガス源からＮＯ２等が酸化ガス配管５２へ供給される構成となっている。
【００４３】
ガス拡散板４２の上面側には、原料ガス配管５１が接続される原料ガス導入路４１ａに連通する原料ガス拡散空間４２ａが設けられ、この原料ガス拡散空間４２ａは、ガス拡散板４２およびシャワープレート４３を貫通して穿設され、シャワープレート４３の下面に開口する原料ガス通路４２ｄに連通している。
ガス拡散板４２の下面側には酸化ガス拡散空間４２ｂが設けられ、この酸化ガス拡散空間４２ｂは、当該ガス拡散板４２を貫通して形成された酸化ガス通路４２ｅを経由してシャワーベース４１の酸化ガス導入路４１ｂに連通している。また、下側の酸化ガス拡散空間４２ｂには、複数の円柱状突起４２ｊが設けられ、その一部は、中心部に原料ガス通路４２ｄが貫通して形成されたガス通路柱４２ｆとなっている。このガス通路柱４２ｆ（およびそれ以外の円柱状突起４２ｊ）の高さは、酸化ガス拡散空間４２ｂの深さとほぼ等しくなっており、ガス拡散板４２の下側に密着するシャワープレート４３の上面に密着している。なお、ガス通路柱４２ｆの位置は、下側に密着するシャワープレート４３の後述の原料ガス吐出孔４３ａの位置に原料ガス通路４２ｄと一致するように配置されている。また、円柱状突起４２ｊはすべてガス通路柱４２ｆであってもよい。
【００４４】
このシャワープレート４３には、複数の原料ガス吐出孔４３ａおよび複数の酸化ガス吐出孔４３ｂが交互に隣り合うように配置形成されている。すなわち、複数の原料ガス吐出孔４３ａの各々は、上側のガス拡散板４２の複数の原料ガス通路４２ｄに連通するように当該原料ガス通路４２ｄに重なり合う位置に配置され、複数の酸化ガス吐出孔４３ｂは、上側のガス拡散板４２の酸化ガス拡散空間４２ｂにおける複数のガス通路柱４２ｆの間隙に開口するように配置されている。
【００４５】
このシャワープレート４３では、原料ガス配管５１に接続される複数の原料ガス吐出孔４３ａが最外周に配置され、その内側に、酸化ガス吐出孔４３ｂおよび原料ガス吐出孔４３ａが交互に均等に配列される。
【００４６】
すなわち、本実施の形態のシャワーヘッド４０は、原料ガス配管５１に接続される複数の原料ガス吐出孔４３ａと、酸化ガス分岐配管５２ａに接続される酸化ガス吐出孔４３ｂがシャワープレート４３の下面に独立に開口し、原料ガスおよび酸化ガスが処理容器２のウェハＷの直上部の空間で混合される、いわゆるポストミックス型である。なお、ここでは上側の原料ガス拡散空間４２ａに原料ガスを導入し、下側の酸化ガス拡散空間４２ｂに酸化ガスを導入した例を基に説明しているが、場合によっては上側の原料ガス拡散空間４２ａに酸化ガスを導入し、下側の酸化ガス拡散空間４２ｂに原料ガスを導入してもよい。
【００４７】
また、積層されたシャワーベース４１、ガス拡散板４２、シャワープレート４３には、熱電対１０を装着するための熱電対挿入孔４１ｉ、熱電対挿入孔４２ｇ、熱電対挿入穴４３ｃが厚さ方向に重なり合う位置に設けられ、シャワープレート４３の下面や、シャワーヘッド４０の内部の温度を測定して、プロセスコントローラ８０に入力することが可能になっている。
【００４８】
本実施の形態の場合、温度制御機構９０は、温度制御部９３、外部出力インタフェース８３を介してプロセスコントローラ８０に接続されている。また、シャワープレート４３の下面および／あるいはシャワーヘッド４０の内部の温度を測定する熱電対１０は、外部入力インタフェース８２を介してプロセスコントローラ８０に接続され、シャワープレート４３の下面および／あるいはシャワーヘッド４０の内部の温度情報がプロセスコントローラ８０に入力される。プロセスコントローラ８０は、入力されたこれらの温度情報等を基に、外部出力インタフェース８３、温度制御部９３を介して温度制御機構９０へのヒーター電力供給量、冷却水流量・温度等の制御信号を指令し、シャワーヘッド４０、シャワープレート４３の下面の温度が制御される。
【００４９】
プロセスコントローラ８０は、プロセスデータベース８４に格納された図示しない処理レシピに基づいて、シャワーヘッド４０の温度制御を含めた装置全体の制御を行う。プロセスコントローラ８０には、図示しないディスプレイやキーボード等のユーザインタフェース８１が接続され、外部からコマンド等を入力することで処理レシピの指定を行う操作や、稼働状態をディスプレイに表示させて監視する等の操作が可能になっている。プロセスコントローラ８０には制御用のソフトウェアを組み込んで動作させることとしてもよい。
【００５０】
ところで、シャワーヘッドが、シャワーヘッド４０のようなポストミックス型であって、使用する酸化ガスがＮＯ２等の強酸化剤である場合、シャワープレート４３に開口する酸化ガスの供給経路である酸化ガス吐出孔４３ｂは、シャワープレート４３の下面温度が高かった場合や、酸化ガスの流量が大きい場合に、酸化ガス吐出孔４３ｂの周囲に白色または褐色の堆積物が成長して孔詰まりを起こしやすくなり、成膜均一性や再現性の低下の一因となる。
【００５１】
図９の（ａ）および（ｂ）は、それぞれこの酸化ガス吐出孔４３ｂが孔詰まりする前の状態、および孔詰まりした後の状態を示す断面図である。酸化ガス吐出孔４３ｂの径ｄ０が、例えば０．７ｍｍである場合、図９の（ａ）の状態から（ｂ）のように次第に堆積物が成長してゆき、最終的には、まるで“フジつぼ”の如くシャワープレート４３の表面から突き出るような形状になると同時に、孔詰まりによって、実質径ｄが０．１ｍｍまで狭くなり、成膜均一性や再現性を悪化させる。この白色または褐色の堆積物をＥＤＸ分析したところ、構成物はＰｂとＺｒとＴｉの酸化物であり、その主成分は恐らくＰｂの不完全な酸化物であると推察された。原料吐出孔の周囲においてはこのような堆積物がみられないことから、シャワーヘッド表面温度あたりの温度帯（およそ１５０〜２５０℃）においては、ＮＯ２の分圧が極めて高い領域（すなわち、シャワーヘッドの酸化ガス吐出孔周辺）においてのみ生ずる現象であると考えられる。この現象は、上述のようにＮＯ２ガスの流量が大きいほど顕著に現れて孔の詰まり方が早くなる一方、ＮＯ２ガスの流量が大きいほどシャワーヘッドの酸化ガス吐出孔周辺におけるＮＯ２分圧が高くなることからも説明がつく。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、プロセスデータベース８４に、酸化ガス吐出孔４３ｂの孔詰まりが起こりやすいか否かを判定するために、図４に例示されるような判定テーブル８５を設けるとともに後述の手法によって、酸化ガス吐出孔４３ｂの孔詰まりを防止する。
【００５３】
すなわち、この判定テーブル８５には、種々の酸化ガス供給条件Ｙ（たとえば酸化ガスの流量）と、その時の熱電対１０で検出されるシャワープレート４３の下面温度ｔの組み合わせの各々について、後述の酸化ガスの吐出孔の孔詰まり度合い値Ｄが格納されている。
【００５４】
この孔詰まり度合い値Ｄは、たとえば、図９（ａ）のように酸化ガス吐出孔４３ｂの閉塞が起こりにくい、酸化ガスの標準的な供給量（ＮＯ２を２００ｍＬ／分）と、その時のシャワープレート４３の下面温度（１７０℃）の場合を１としたときの、他の各条件での孔詰まり度合いを例えば、実質径ｄが０．１ｍｍに狭くなるまでの装置使用期間あるいは成膜枚数あるいは処理ガス供給量等がどのくらいなのか、あるいは、発生した孔詰まりによって成膜均一性や再現性が悪化するまでの装置使用期間あるいは成膜枚数あるいは処理ガス供給量等がどのくらいなのかを比較するような方法で定量化して格納している。
【００５５】
この図４のテーブルにおいて、この孔詰まり度合い値Ｄが１以下のところは、酸化ガス吐出孔４３ｂの閉塞や狭小化が起こりにくく問題なく使用できる範囲であり、孔詰まり度合い値Ｄが２以上のところは、酸化ガス吐出孔４３ｂの閉塞や狭小化が発生して使用に耐えない範囲である。このことから、本実施の形態では、プロセスコントローラ８０は、孔詰まり度合い値Ｄが１と２の中間の１．５以下であれば、使用に耐える範囲であると判断する。
【００５６】
図３は、この図４における孔詰まり度合い値Ｄの分布をプロットした線図であり、孔詰まり度合い値Ｄが１のものを「〇」で、２を「□」で、中間の１．５を「△」で示している。そして、本実施の形態では、孔詰まり度合い値Ｄが１．５のデータを連ねた曲線Ａ以下の範囲を、酸化ガス吐出孔４３ｂが閉塞せずに継続的に処理が可能な範囲と判断して、後述のようなプロセスの制御を行う。この判断は、判定テーブル８５を直接に参照して孔詰まり度合い値Ｄが例えば１．５となるようなシャワープレート４３の下面温度ｔを読み出すことで行ってもよいし、酸化ガスの供給条件をＹとしたときに孔詰まり度合い値Ｄがたとえば１．５となるときのシャワープレート４３の下面温度ｔを与える下記の（１）式に基づく判定論理８６を用いて判定を行っても良い。この（１）式において、Ｄは孔詰まり度合い値、Ａは定数であり、３．７４３×１０−５である。
【００５７】
【数１】
2005228972.tif 000003
【００５８】
すなわち、（１）式において、孔詰まり度合い値Ｄとして１．５を用い、酸化ガスの供給条件Ｙを与えることで、酸化ガス吐出孔４３ｂが閉塞せずに継続的に処理が可能なシャワープレート４３の使用可能限界下面温度ｔ′を得るものである。
【００５９】
そして、プロセスコントローラ８０は、ユーザインタフェース８１を介して指示された処理レシピにて指示される酸化ガスの流量等の供給条件Ｙが与えられると、この供給条件Ｙでプロセスデータベース８４をサーチして酸化ガス吐出孔４３ｂの詰まりの発生しない範囲のシャワープレート４３の下面温度ｔを決定して出力する動作を行う。あるいは、与えられた供給条件Ｙに基づいて、判定論理８６にて（１）式を演算して対応するシャワープレート４３の下面温度ｔを出力する動作を行う。つまり、プロセスコントローラ８０が指令するシャワープレート４３の下面温度ｔの範囲は、原料液化温度≦ｔ≦ｔ’ということになる。
なお、供給条件Ｙとしては、酸化ガスの流量のみならず、酸化ガスの分圧、または原料ガスの分圧と酸化ガスの分圧との比でもよい。
【００６０】
なお、前述の（１）式の導出方法、および（１）式の係数の算出方法については、その詳細な説明はここでは省略するが、基本的には、反応速度定数をあらわすアレーニウスの式、および、反応速度定数とガス濃度と成膜速度との関係式の二つの式を変形し、温度に対する堆積速度のデータを入力することによって得ることが出来る。また、ここで挙げた（１）式の定数Ａや、６８６２．６という値については、使用する原料や酸化ガスの種類によって適宜変更して使用可能であることはもちろんのこと、ＰＺＴ以外の成膜プロセスにも応用可能であることは言うまでもない。本実施の形態においては、シャワープレート４３の下面から載置台５までの距離が２５ｍｍ、原料ガス吐出孔４３ａおよび酸化ガス吐出孔４３ｂの径が０．７ｍｍ、孔ピッチが１２ｍｍという条件の下で（１）式の定数を決定したが、使用する装置の状況にあわせて各定数を適宜変更することが望ましい。
【００６１】
次に、本実施の形態の成膜装置を用いた成膜方法の一例について図１〜図４を参照しながら説明する。
まず、作業者が外部からユーザインタフェース８１にて、たとえばＰＺＴ成膜用のレシピを選択すると（ステップ２０１）、プロセスコントローラ８０は、プロセスデータベース８４から指定されたレシピに対応した、処理空間Ｓの圧力、原料ガスの供給流量、酸化ガスの供給流量、載置台５におけるウェハＷの加熱温度、等の各種の成膜条件データを読み出す（ステップ２０２）。
【００６２】
そして、プロセスコントローラ８０は、酸化ガスの供給流量等の供給条件Ｙに基づいて、判定テーブル８５をサーチしてシャワーヘッド４０（シャワープレート４３）の下面温度を設定する（ステップ２０３）。
【００６３】
たとえば、供給条件Ｙとして、レシピで指定された酸化ガス（たとえばＮＯ２）の流量が２００ｍＬ／分の場合、図４に例示した判定テーブル８５では、シャワープレート４３の下面温度ｔが１９０℃以上では、孔詰まり度合い値Ｄが１．５を超える（１．９５〜６．３５）ため好ましくなく、１８０℃では孔詰まり度合い値Ｄが１．４１で、酸化ガス吐出孔４３ｂの孔詰まりを生じにくい。したがって、この場合、シャワープレート４３の使用可能限界下面温度ｔ’を１９０℃であると判定する。ここで、その直前のシャワーヘッド４０、シャワープレート４３の設定温度が１９０℃未満であれば、設定温度を変更することなくシャワーヘッド４０、シャワープレート４３の温度制御を続行する。逆に、その直前のシャワーヘッド４０、シャワープレート４３の設定温度が１９０℃以上の場合には、プロセスコントローラ８０は、シャワープレート４３の下面温度ｔとして１９０℃未満の値、例えば１８０℃を設定する。
【００６４】
なお、指定されたレシピ内で、酸化ガスの供給流量（供給条件Ｙ）と、シャワープレート４３の下面温度ｔの双方が指定されている場合（ステップ２０４）、プロセスコントローラ８０は、供給条件Ｙと下面温度ｔの二つの情報に基づいて判定テーブル８５を参照して、孔詰まり度合い値Ｄが、１．５以下か否かを判定し（ステップ２０５）、１．５以下の場合は、そのまま、以下の成膜処理を開始し（ステップ２１１）、１．５を超える場合は、シャワープレート４３において酸化ガスを吹き出す酸化ガス吐出孔４３ｂの閉塞が起こる条件であることを操作者に警告する（ステップ２０６）。ここで、操作者は、(1)閉塞が起こるリスクを承知の上でそのまま処理を続行する（ステップ２１１）、(2)シャワープレート４３の下面温度ｔの値を変更した上で処理を続行する（ステップ２０９、ステップ２１０）、(3)処理を中止する、等からなる選択肢からいずれかを選択することができるようになっている（ステップ２０７）。
【００６５】
なお、シャワープレート４３の使用可能限界下面温度ｔ’が２２０℃以上であると判定された場合についてであるが、前述したように、シャワーヘッド表面温度がおよそ２２０℃を超えると、シャワーヘッド表面上の堆積膜が剥離・崩落してパーティクルになるという別の問題が生じることから、シャワープレート４３の下面温度ｔは２２０℃を超えない範囲で設定されることになる。一つ具体例を挙げると、シャワープレート４３の使用可能限界下面温度ｔ’が２４０℃であると判定された場合、シャワープレート４３の下面温度ｔは２２０℃に設定される（ステップ２０８）。
【００６６】
上述のステップ２１１の成膜処理では、一例として、以下のように行われる。まず、処理容器２内は、底部排気流路７１等の排気経路を経由して図示しない真空ポンプによって排気されることにより、たとえば、１〜４Ｔｏｒｒの真空度に排気されている。
【００６７】
このとき、図示しないキャリア／パージガス供給源からパージガス流路１９を経由して複数のガス噴き出し口１８からガスシールド１７の背面（下面）側にはＡｒ等のパージガスが供給され、このパージガスは、ガスシールド１７の孔１７ａを通過して載置台５の背面側に流入し、シールドベース８の隙間を経由して、底部排気流路７１に流れこみ、ガスシールド１７の下方に位置する透過窓２ｄへの薄膜の堆積等のダメージを防止するための定常的なパージガス流が形成されている。
【００６８】
この状態の処理容器２において、図示しないロボットハンド機構等により、ゲートバルブ１６、ウェハ出入り口１５を経由してウェハＷを搬入し、図示しないアクチュエータにより、保持部材１３およびアーム１４により支持されたリフトピン１２を載置台５上に突出するように上昇させて、ウェハＷをリフトピン１２に載置させた後、図示しないロボットハンド機構等を処理容器２から退避させ、ゲートバルブ１６を閉じる。
【００６９】
次に、リフトピン１２を降下させてウェハＷを載置台５上に載置させるとともに、下方の図示しないランプユニットのランプを点灯させて熱線を透過窓２ｄを介して載置台５の下面（背面）側に照射し、載置台５に載置されたウェハＷを、たとえば、４５０℃〜７００℃の間で、たとえば、５００℃の温度になるように加熱する。なお、上述のランプユニットのランプは、温度安定時間の短縮や、ランプ寿命の延長等を目的として、常時点灯させておいても構わない。
【００７０】
この時、載置台５およびウェハＷからの輻射熱でシャワープレート４３の下面は熱せられるので、プロセスコントローラ８０は、シャワープレート４３の下面温度ｔを熱電対１０で検出し、この温度が、上述のステップ２０３で設定された値に維持されるように、温度制御機構９０を制御して、シャワーヘッド４０の加熱や冷却等の温度制御を行う。
【００７１】
そして、このように加熱されたウェハＷに対して、シャワーヘッド４０の下面のシャワープレート４３の複数の原料ガス吐出孔４３ａからは、たとえば、Ｐｂ（ｄｍｐ）２、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｍｐ）３、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｍｐ）２が所定の比率（たとえばＰＺＴを構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉ等の元素が所定の化学量論比となるような比率）で混合された原料ガスが吐出供給され、酸化ガス吐出孔４３ｂからは、ＮＯ２等が、それぞれ吐出供給され、これらの原料ガスや酸化ガスの各々の熱分解反応や相互間の化学反応にて、ウェハＷの表面には、ＰＺＴからなる薄膜が形成される。
【００７２】
すなわち、ガス供給源から到来する気化された原料ガスは、キャリアガスとともに原料ガス配管５１からガス拡散板４２の原料ガス拡散空間４２ａ、原料ガス通路４２ｄ、シャワープレート４３の原料ガス吐出孔４３ａを経由して、ウェハＷの上部空間に吐出供給される。
【００７３】
同様に、酸化ガス源から供給される酸化ガスは、酸化ガス配管５２、酸化ガス分岐配管５２ａおよび５２ｂ、シャワーベース４１の酸化ガス導入路４１ｂ、ガス拡散板４２の酸化ガス通路４２ｅを経由して酸化ガス拡散空間４２ｂに至り、シャワープレート４３の酸化ガス吐出孔４３ｂを経由してウェハＷの上部空間に吐出供給される。このようにして、原料ガスと酸化ガスは、それぞれシャワーヘッド４０内で混合しないように処理容器２内に別々に供給される。そして、この原料ガスおよび酸化ガスの供給時間・流量や処理空間Ｓの圧力、載置台５の温度等の制御により、ウェハＷ上に形成される薄膜の膜厚・組成・結晶性が制御される。
【００７４】
本実施の形態の場合には、孔詰まり度合い値Ｄが１．５以下になるように、酸化ガスの流量等の供給条件Ｙに対応して、下面温度ｔを設定しているので、長時間にわたって稼働させても、ＮＯ２等の酸化ガスが吹き出すシャワープレート４３の酸化ガス吐出孔４３ｂが、図９（ｂ）のように堆積物にて閉塞されたり、狭小化することがなく、図９（ａ）の好ましい開口状態が維持されるので、ウェハＷに形成されるＰＺＴ膜の成膜均一性や再現性が悪化することが防止され、複数のウェハＷを連続して処理する場合等において、良好な成膜均一性や再現性を実現することが可能になる。さらに、シャワープレートのメンテナンス頻度を少なく出来るので、メンテナンスコストの削減や装置稼働率の向上が可能になる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施の形態として、プロセスコントローラ８０および温度制御機構９０にて、シャワーヘッド４０の温度を２２０℃以下、酸化ガスとしてＮＯ２等の強酸化剤を用いて成膜を行う場合にあっては、シャワーヘッド４０の温度を１７５℃以下に温度制御する場合について説明する。
【００７６】
前述したように、成膜のためにシャワーヘッドから原料ガスと酸化ガスとを吐出供給することによって、シャワーヘッド表面にもわずかに膜が堆積する。ＰＺＴ成膜プロセスにおいては、ドライクリーニングの実施が難しく、堆積膜を完全除去できないことから、成膜を続けるにつれてシャワーヘッド表面には原料反応物の膜が徐々に堆積してゆくことになる。この堆積膜が剥離・崩落し、パーティクルとなってウェハ上に降りそそぐと、ウェハ上に作成した半導体装置の製品歩留まりが悪化するという問題が生じる。ここで、シャワーヘッド表面温度とウェハ上のパーティクル数との関係は、図１０のように表すことができるので、シャワーヘッド表面温度がおよそ２２０℃以下であれば、シャワーヘッド表面上の堆積膜が剥離・崩落してパーティクルとなることを防止することが出来る。つまり、パーティクル発生防止の観点から、シャワーヘッド４０の温度は２２０℃以下に制御する必要がある。
【００７７】
また、ＰＺＴ成膜プロセスにおいて一般に使用される、前述の有機金属原料（例えば、特許文献１や特許文献２に記載の有機金属原料の他、例えばＰｂ（ｄｍｐ）２、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｍｐ）２、またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｄｍｐ）３、またはＺｒ（ｄｍｐ）４、およびＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｍｐ）２の組み合わせからなる有機金属原料等）の多くは熱分解温度が明確ではなく、およそ１００〜２００℃あたりから分解が始まり、２００〜３００℃にかけてさかんに分解し、３００〜４００℃あたりで完全に分解するような性質を持っている。シャワーヘッド４０の内部の温度が高いと、シャワーヘッド４０内部の原料ガス流通経路の高温部で不均一な当該原料ガス（成膜原料）の熱分解が起こり、ウェハＷに形成される薄膜の膜組成の制御性、均一性に悪影響を与えることが懸念される。さらに、このシャワーヘッド４０内での原料ガスの熱分解によって生成された固形物（分解反応物）は、異物（パーティクル）となってウェハＷに付着し、半導体装置の製品歩留まりの悪化の一因となる。このことからも、シャワーヘッド４０の温度は必要以上に高くしないことが重要である。
【００７８】
一方、前述の有機金属原料が凝縮し始める温度がおよそ１００〜１５０℃であることから、シャワーヘッド４０の温度は１５０℃以上に制御する必要がある。従って、シャワーヘッド４０の温度は、少なくとも１５０〜２２０℃の範囲において制御し、好ましくは１６０〜１８０℃、例えば１７０℃に制御する。
【００７９】
本実施の形態の場合、上述のようにシャワーヘッド４０の温度を、１５０〜２２０℃の範囲にすることにより、シャワープレート４３の表面上の堆積膜が剥離・崩落してパーティクルとなることを防止することができると共に、シャワーヘッド４０の内部における原料ガスの流通経路で望ましくない熱分解が発生することが確実に回避され、ウェハＷに反応生成物が異物（パーティクル）となって付着することが確実に防止され、ウェハＷに形成されるＰＺＴ膜の品質や歩留まりを向上させることが可能になる。
【００８０】
また、酸化ガスとしてＮＯ２等の強酸化剤を用いて成膜をおこなう場合にあっては、シャワープレート４３の下面温度ｔを１７５℃以下にすることにより、シャワープレート４３に形成された酸化ガス吐出孔４３ｂに堆積物が付着することに起因する閉塞や狭小化が防止され、ウェハＷに対するＰＺＴ膜の成膜均一性や再現性を向上させることが可能になる。さらに、シャワープレートのメンテナンス頻度を少なく出来るので、メンテナンスコストの削減や装置稼働率の向上が可能になる。
【００８１】
図５を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、この図５において図１に例示した装置構成例と同一の要素には共通の符号を付して説明は割愛する。
上述の実施の形態においては、ヒータ９１および水冷用流路９２の設置場所はシャワーベース４１の上部、すなわち大気側であり、この部分の温度制御は比較的容易である。しかし、ＰＺＴ成膜などのＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）プロセスの多くにおいて、ウェハＷの加熱温度は４００〜６５０℃に達するため、載置台５およびウェハＷからの熱輻射によってシャワープレート４３の下面には過剰な熱入力が発生する。
【００８２】
その結果、シャワープレート４３下面の温度は上昇し易くなることから、シャワーベース４１上部（大気側）とシャワープレート４３下面（ウェハに面した真空側）とで温度差が生じ易くなり、シャワーヘッド４０の温度制御に影響を与える可能性がある。このような温度差は、シャワーヘッド４０の厚みが大きい場合（たとえば５０ｍｍ以上）や、シャワーヘッド４０を構成するプレートの枚数が多い場合（たとえば、本実施の形態においては、シャワーベース４１、ガス拡散板４２、シャワープレート４３の、計３枚）や、ガス拡散板４２のガス拡散空間が大きいためにシャワープレート４３からシャワーベース４１への熱伝達がスムーズにいかない場合や、シャワーヘッド４０がステンレススチールなどの熱伝導性が比較的良好とは言いがたい材質で構成されている場合等、に顕著となる可能性がある。
【００８３】
成膜前のシャワープレート下面はアルミニウムが露出しており、比較的熱吸収率が低いが、前述したように、成膜するにつれてシャワープレート下面には酸化物や原料分解物等の堆積膜が付着する。この堆積膜の表面は黒っぽく、熱吸収率が比較的高いため、成膜前のシャワープレート下面よりも多くの熱を吸収する性質がある。また、シャワープレート下面の温度が高くなると原料の分解・付着の傾向が加速するため、堆積膜の付着⇒シャワープレート下面の熱吸収率の増加⇒シャワープレート温度の上昇⇒堆積膜のさらなる付着、という好ましくない循環が生じる可能性もある。このような現象が生じると、成膜を重ねるにつれてシャワーヘッド上部とシャワープレート下面との温度差が益々拡大してゆく可能性が考えられる。
【００８４】
シャワーヘッド上部とシャワープレート下面との温度差が仮に２５℃であるとした場合、シャワープレート４３下面を１７０℃に保持するためには、シャワーヘッド４０上部の温度を１４５℃にまで低くしなければならない。しかし、前述したように有機金属原料が凝縮し始める温度はおよそ１００〜１５０℃であることから、シャワーヘッド４０内部に温度が１５０℃以下の部分をつくるのは好ましいことではない。
【００８５】
上記のような問題を解決する手法としては、シャワーヘッド内部(あるいはシャワーヘッドの部材そのもの)に冷媒流路を設置し、その中に冷媒を循環させ、載置台等から受けた輻射熱を除去する手法が挙げられる。また、シャワーヘッド内部の冷媒流路は、載置台などからの輻射熱を受けるシャワープレート内部に設置することが理想であるが、シャワープレートの処理ガス（原料ガスおよび酸化ガス）の吐出孔の間隔（孔ピッチ）は、処理ガスの噴き出し均一性を向上させるために大変狭くなっており(本実施の形態では７ｍｍ)、その間に冷媒流路を掘ることは大変難しく、仮にうまく掘れたとしても冷媒流路が細いため、そこに流せる冷媒流量は小さい値となってしまい十分な冷却効果が得られないという問題や、冷媒流路が詰まり易いという問題が残る。
【００８６】
この第３の実施の形態は、シャワーヘッド４０の温度制御を行う温度制御機構９０の一部として、ヒートパイプ１０１を用いたものである。すなわち、複数のヒートパイプ１０１を、シャワーヘッド４０を構成するシャワーベース４１、ガス拡散板４２を貫通させ、下端（吸熱端）部がシャワープレート４３の下面近傍に位置するように配置したものである。
【００８７】
ヒートパイプとは、熱伝導性に優れた金属の密閉容器（パイプ）内に少量の液体（作動液）を真空封入し、内壁に毛細管構造（ウィック）を備えたものである。ヒートパイプの多くは作動液として脱イオン水を、パイプには銅を用いている。ヒートパイプ内部に封入された作動液の量は大変少ない（例えば１ｃｃ以下）ので、液体漏れの心配はほとんど無い。ここで、ヒートパイプの動作原理を以下に説明する。ヒートパイプの一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発（蒸発潜熱の吸収）し、続いて低温部に蒸気が移動し、蒸気が低温部で凝縮（蒸発潜熱の放出）するとともに凝縮した液が毛細管現象で加熱部に環流するという一連の相変化が連続的に生じることによって熱が移動する。ヒートパイプ内部の蒸気流は音速に近いスピードで移動するため熱の移動速度は極めて速く、その結果、熱応答性が極めて速いという特徴を有している。また、ヒートパイプは非常に低い温度勾配で多量の熱輸送が可能であるとともに、銅棒に比べ約８０倍という優れた熱伝導率を有するという特徴がある。また、ヒートパイプはその熱輸送能力を保ちながら、曲げ加工等、様々な形状へと加工出来るという特徴も有している。
【００８８】
なお、前述したように、ヒートパイプ１０１は銅の筒体で構成されていることから、シャワーヘッドに組み込む方法には注意が必要である。それは、半導体製造工程において、銅によるウェハの汚染（Ｃｕのメタルコンタミネーション）が発生すると、ウェハ上の半導体製品の特性に重大な影響を与えるため、半導体製造装置においては、銅が処理空間Ｓに露出することが無いように注意を払う必要があるためである。
【００８９】
ヒートパイプ組み込みの例としては、たとえば、あらかじめドリル等でヒートパイプがおさまるだけの穴を掘った図示しないアルミニウム部材内部に、ヒートパイプ１０１の全体（もしくは一部）を挿入し、ロウ付けや電子ビーム溶接等で埋め込み封入する。大気側と真空側とを区分するためのＯリングを使用することによって、ヒートパイプ１０１の露出部分は大気側のみとし、真空側に銅が露出しないようにする。このようにすることで、銅によるシャワーヘッド４０や処理容器２等の汚染を防止することが可能である。後述の他のヒートパイプの例も同様である。
【００９０】
個々のヒートパイプ１０１は、ガス拡散板４２やシャワープレート４３における原料ガス吐出孔４３ａと酸化ガス吐出孔４３ｂの間に、両者に干渉しないように配置されている。ヒートパイプ１０１の配置本数および配置間隔は、除去したい熱量がいくらか等によって適宜決定すればよい。近年、マイクロヒートパイプと呼ばれる、直径が１〜３ｍｍの細いヒートパイプが市販されており、株式会社フジクラや古河電気工業株式会社などのメーカーから入手可能である。ヒートパイプ１０１にこのマイクロヒートパイプを使用すれば、原料ガス吐出孔４３ａおよび酸化ガス吐出孔４３ｂの配置間隔や配列ピッチが狭小（たとえば７ｍｍ以下）の場合でも、十分に設置可能である。原料ガス吐出孔４３ａと酸化ガス吐出孔４３ｂの間に配置されたヒートパイプ１０１だけでは熱輸送量が不足する場合には、熱輸送量の大きな太いヒートパイプをシャワーヘッド４０の側壁部に適宜追加配置してもよい。
【００９１】
載置台などからの輻射熱を受けた状態で、シャワーヘッド４０を１７０〜２００℃に保持するためには、およそ２ｋＷの熱を除去する能力が必要とされる。適当な性能のものを選択すれば、１本のヒートパイプで５００Ｗ程度の熱輸送量を持つので、必要本数（例えば、４本以上）のヒートパイプを垂直方向に使用すれば、シャワーヘッド４０の下部からシャワーヘッド４０の上部に２ｋＷの熱量を移動させることは容易である。
【００９２】
また、ヒートパイプ１０１の設置のためには、シャワーヘッド４０のシャワーベース４１およびガス拡散板４２を厚さ方向に貫通する孔を穿設し、適宜Ｏリングを配置するだけであり、たとえば、原料ガス吐出孔４３ａや酸化ガス吐出孔４３ｂの間隙を縫ってシャワープレート４３内に微細な冷媒流路を形成する等の複雑で高コストの加工は全く不要である。従って、極めて低コストでヒートパイプ１０１をシャワーヘッド４０に設置できる。また、ヒートパイプ１０１は、１０万時間以上の平均寿命を持つので、信頼性は極めて高く、メンテナンスも不要である。
【００９３】
シャワーベース４１から突き出たヒートパイプ１０１の上端（放熱端）部には、たとえば、ヒータ、放熱フィン、電動ファン、冷媒流路、ペルチェ素子等で構成される温度制御機構１０６が設けられており、この温度制御機構１０６における加熱・放熱量等を、プロセスコントローラ８０が、外部出力インタフェース８３および温度制御部９３を介して制御することにより、シャワーヘッド４０全体や、酸化ガス吐出孔４３ｂ等が形成されたシャワープレート４３の温度制御を行う。なお、温度制御機構９０には、第１の実施の形態で説明した、ヒータ９１、水冷用流路９２を適宜併用しても構わない。さらに、シャワーヘッド４０内に熱電対１０等の温度検出手段を設置しても構わないし、温度制御機構１０６に熱電対等の温度検出手段を設置しても構わないし、両者を併用しても構わない。後述の他のヒートパイプの例も同様である。
【００９４】
成膜プロセスやシャワーヘッドの構造によっては、垂直方向のヒートパイプ１０１をシャワーベース４１よりも上に突出させずに設置し、シャワーヘッド全体の均熱性を向上させるだけで十分な効果が期待できる場合もあり、そのような場合にはヒートパイプのための温度制御機構１０６の代わりに、第１の実施の形態において説明した、シャワーベース４１直上の温度制御機構９０だけを設ければよい場合がある。これについても、後述の他のヒートパイプの例も同様である。
【００９５】
シャワーヘッド４０の下面、すなわち、シャワープレート４３の下端面は、対向する載置台５におけるウェハＷの加熱による輻射熱によって温度が上昇しやすく、温度制御が比較的難しいが、本実施の形態のようにヒートパイプ１０１を配置して、シャワープレート４３の下端面の熱をシャワーヘッド４０の上部に放散させることで、原料ガス吐出孔４３ａや酸化ガス吐出孔４３ｂが形成されたシャワープレート４３の下面温度ｔを、載置台５およびウェハＷからの輻射熱の影響を受けることなく、上述のような２２０℃以下、さらには１７５℃以下に確実に制御できる。
【００９６】
また、ヒートパイプ１０１によってシャワーヘッド４０内部の温度勾配を極めて小さくすることができ、シャワーヘッド４０全体の熱的均一性が向上することから、シャワーヘッド４０の精密な温度制御を容易に行うことが可能となる。
【００９７】
この結果、シャワープレート４３の下面温度ｔを２２０℃以下にすることで、ウェハＷに対する異物（パーティクル）の付着低減によるＰＺＴ等の膜質や歩留まりの向上を実現できるとともに、使用する酸化剤の種類によっては、シャワープレート４３の下面温度ｔを１７５℃以下にすることで、酸化ガス吐出孔４３ｂの堆積物による閉塞や狭小化を防止でき、成膜均一性や再現性の向上を実現できる。
【００９８】
また、シャワープレート４３の下面温度ｔを一定の値以下に保持可能となったことにより、シャワープレート４３下面への堆積膜の付着量を少なく抑えることができるので、堆積膜の付着⇒シャワープレート下面の熱吸収率の増加⇒シャワープレート温度の上昇⇒堆積膜のさらなる付着、という好ましくない循環が生じることがない。つまり、成膜枚数を重ねてもシャワープレート４３下面温度ｔを一定に保つことができるので、再現性の高い成膜をも実施することができる。
また、シャワーヘッド内部に冷媒流路を設置し、その中に冷媒を循環させ、載置台等から受けた輻射熱を除去する手法に比べると、高温チラーを必要としないことから装置をコンパクトにすることができ、メンテナンス頻度を減らして装置稼働率を向上することができるとともに、コストを低く抑えることができる。また、高温の冷媒を流す危険性やシャワーヘッド内部での冷媒漏れの際の危険性を回避することができる。具体的には、ヒートパイプ内部は負圧であり内部に封入されている液体は微量の水なので、万一ヒートパイプの気密が破れても危険性は少なく、冷媒を直接シャワーヘッド内部に流す方法に比べると安全性を向上させることができる。冷媒流路は入口と出口が必要であり、往々にして入口と出口との温度差が生ずるものであるが、ヒートパイプではただ１本の筒によって熱輸送がなされるので設置場所や設置方法の自由度が大きく、設置流路による温度差は無いに等しい。
【００９９】
ヒートパイプの耐熱温度は３００℃程度のものがあるので、シャワーヘッド内部に冷媒を流す方式に比べてより広範囲なプロセス温度（たとえばウェハＷが８００℃）に対応することも可能である。ヒートパイプは比較的安価で品質が安定しており、信頼性も高いといった面からも、シャワーヘッド４０等の部材のメンテナンスコストを低減させることができる。
【０１００】
本実施の形態においては、シャワープレート４３の下面とウェハＷとの距離は２５ｍｍに設定されている。成膜プロセス条件によっては、この距離を短く、例えば１５ｍｍにしなければならない場合もあるが、この距離が短いほど載置台５およびウェハＷからの熱輻射の影響を受けやすくなるため、シャワープレート下面の温度が上昇しやすくなるという問題が生じるが、ヒートパイプを用いた本実施の形態のシャワーヘッドを使えば、このような問題をも回避することが可能である。
【０１０１】
ヒートパイプの配置方法の変形例を図６に例示する。この図６では、シャワーヘッド４０の内部にヒートパイプ１０２を折り曲げて配置した例を示している。前述したように、ヒートパイプ１０２は銅等の熱伝導性の良好な素材で構成されているため、加工性も良好であり、折り曲げ加工等も容易である。
【０１０２】
図６の例では、ヒートパイプ１０２をＬ字型に形成し、その下端（吸熱端）側が原料ガス吐出孔４３ａや酸化ガス吐出孔４３ｂに干渉しないように、シャワープレート４３内に放射状もしくは格子状に埋め込まれ、上端（放熱端）側はシャワーヘッド４０の側壁部を貫通して、シャワーヘッド４０の上に突出している。そして、このシャワーヘッド４０上に突出した上端部に温度制御機構１０６が装着されて温度制御機構９０を構成している。この図６の場合も、上述の図５の場合と同様の効果を得ることができる。なお、場合によっては、Ｌ字型に形成したヒートパイプ１０２の下端（吸熱端）側を原料ガス拡散空間４２ａや酸化ガス拡散空間４２ｂに干渉しないように、ガス拡散板４２内に放射状もしくは格子状に埋め込むようにしてもよい。
【０１０３】
図７および図８に、ヒートパイプを用いたシャワーヘッド４０のさらに他の例を示す。図８は、図７のシャワープレート４３を下側から見た水平断面図である。この図７の例では、シャワーヘッド４０の下端のシャワープレート４３内に複数のヒートパイプ１０３およびヒートパイプ１０４を、原料ガス吐出孔４３ａおよび酸化ガス吐出孔４３ｂに干渉しないように、水平な姿勢で格子状に配列している。このヒートパイプ１０３およびヒートパイプ１０４には、前述のマイクロヒートパイプを用いることが望ましい。
【０１０４】
さらに、シャワーヘッド４０の側壁部を厚さ方向に貫通する位置には、ヒートパイプ１０３およびヒートパイプ１０４とは独立なヒートパイプ１０５を垂直に配置し、この垂直なヒートパイプ１０５の下端は、水平なヒートパイプ１０３およびヒートパイプ１０４の両端部に近接しており、両者間で熱伝達が行われるようになっている。
【０１０５】
垂直なヒートパイプ１０５の上端部はシャワーヘッド４０の上部に突出し、温度制御機構１０６が装着されている。
【０１０６】
すなわち、この図７の例では、シャワープレート４３の面内に水平に設置されたヒートパイプ１０３およびヒートパイプ１０４によって、シャワープレート４３の面内の温度分布を均一化し、余剰の熱は、垂直なヒートパイプ１０５を経由してシャワーヘッド４０の上部に放散される。
【０１０７】
これにより、上述の図５および図６と同様の効果を奏するとともに、さらに、シャワープレート４３の面内温度の均一化によるウェハＷにおけるＰＺＴ等の膜質の面内分布の均一化を実現できる。
これにより、上述の図５および図６と同様の効果を奏するとともに、さらに、シャワープレート４３の面内温度の均一化によるウェハＷにおけるＰＺＴ等の膜質の面内分布の均一化を実現できる。
【０１０８】
なお、ヒートパイプ１０３および／またはヒートパイプ１０４と、ヒートパイプ１０５との間の熱伝導性をより重視する場合には、溶接や曲げ加工等によってヒートパイプ１０３および／またはヒートパイプ１０４と、ヒートパイプ１０５とが直接繋がっているように構成してもよい。
【０１０９】
また、場合によっては、ヒートパイプ１０３および／またはヒートパイプ１０４を、原料ガス拡散空間４２ａや酸化ガス拡散空間４２ｂに干渉しないように、ガス拡散板４２内に埋め込むこととしてもよいし、ヒートパイプ１０３および／またはヒートパイプ１０４を、ガス拡散板４２内とシャワープレート４３内の両方に埋め込むこととしてもよい。
【０１１０】
また、上述の図５〜７に挙げた、ヒートパイプを使用したシャワーヘッド構造は、それぞれ単独で用いてもよいし、どれかを組み合わせて用いても構わない。
上述の、第３の実施の形態においては、シャワーヘッドの構造をポストミックス形式として説明したが、プレミックス形式のシャワーヘッドにおいても適用可能であることはもちろんである。
【０１１１】
ヒートパイプを使用した本発明は、シャワーヘッドの厚みが大きい場合や、シャワーヘッドを構成するプレートの枚数が多い場合や、シャワーヘッド内部のガス拡散空間が大きい場合や、シャワーヘッドがステンレススチールなどの熱伝導性が比較的良好とは言いがたい材質で構成されている場合等、シャワーヘッドの上部と下部との温度差が顕著となりやすい例において、特に効果が大きくあらわれる。
【０１１２】
本実施の形態においては、シャワープレート４３で受けた、載置台等からの輻射熱を効果的に放散することを目的としてヒートパイプを利用する例について述べてきたが、冷やす方向のみではなく、場合によっては暖める方向でもヒートパイプの有効利用が可能である。たとえば、装置立上げ時などでシャワーヘッド４０全体の温度を、速やかに室温から運転時温度まで上昇させたい場合に、温度制御機構１０６のヒータをＯＮにして加熱すれば、その熱はヒートパイプを伝わって、瞬く間にシャワーヘッド４０全体の温度を上昇させることができる。
【０１１３】
なお、本発明は上記実施の形態に限らず本発明の思想の範囲内で種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、金属βジケネートに分類される有機金属化合物原料を用いてＰＺＴ薄膜の成膜処理を例にとって説明したが、これに限らず、有機金属原料を用いた膜の成膜でれば適用することができる。例えば、ＰＺＴ膜と同様に金属βジケネートに分類される有機金属化合物を原料としてＢＳＴ膜の成膜に適用することができる。このＢＳＴ膜はＰＺＴ薄膜と同様Ｂａ（Ｓｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３のペロブスカイト構造を有する結晶膜であり、強誘電性をもつ。この膜は、Ｂａ含有原料としてのＢａ（ｄｐｍ）２、Ｓｒ含有原料としてのＳｒ（ｄｐｍ）２、Ｔｉ含有原料としてのＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｄｐｍ）２を用いて成膜することができる。また、上記実施形態では、酸化ガスとしてＮＯ２を用いたが、このような金属βジケネートに分類される有機金属化合物原料を用いてＰＺＴ薄膜等の強誘電性膜を成膜する場合には、酸化ガスとして他にＮ２Ｏ、Ｏ２を用いることもできる。
【０１１４】
また、本発明は、ＳＢＴ膜（ＳｒとＢｉとＴａとを含んだ酸化物）、ＢＬＴ膜（ＢｉとＬａとＴｉとを含んだ酸化物）などの他の高・強誘電体膜や、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥは希土類元素）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系などの高温超電導体膜や、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２などのゲート絶縁膜や、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、ＳｒＲｕＯ系などの酸化物電極膜などの成膜に対しても有効である。特に、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２はゲート絶縁膜材料の中でも注目されており、それぞれ原料として金属アルコキシドに分類される有機金属化合物であるＨＴＢ（ハフニウムテトラターシャリブトキサイド）、ＺＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド）を用いて成膜することができる。そして、この場合の酸化ガスとしては、ＮＯ２またはＯ３が好適である。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明によれば、シャワーヘッドの目詰まりを防止することが可能となり、これにより、成膜の均一性や再現性を向上させることが可能となるとともに、装置の稼働率の向上やメンテナンスコストの削減を実現することが可能となるから、本発明は、処理容器内において、載置台に載置されて加熱された基板に対向して設けられたシャワーヘッドから処理ガスを供給して所望の処理を行うガス処理装置に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す断面図。
【図２】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の作用の一例を示すフローチャート。
【図３】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の作用の一例を示す線図。
【図４】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置にて用いられる判定テーブルの一例を示す概念図。
【図５】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。
【図６】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。
【図７】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。
【図８】本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。
【図９】シャワーヘッドにおける酸化ガス吐出孔が孔詰まりする前と孔詰まりした後の状態の一例を示す断面図。
【図１０】シャワーヘッド表面中央温度とシャワーヘッド起因パーティクル数との関係を示す線図。
【符号の説明】
【０１１７】
１…筐体
２…処理容器
５…載置台
１０…熱電対（温度検出機構）
４０…シャワーヘッド
４１…シャワーベース
４１ａ…原料ガス導入路
４１ｂ…酸化ガス導入路
４２…ガス拡散板
４２ａ…原料ガス拡散空間
４２ｂ…酸化ガス拡散空間
４２ｄ…原料ガス通路
４２ｅ…酸化ガス通路
４３…シャワープレート
４３ａ…原料ガス吐出孔
４３ｂ…酸化ガス吐出孔
５１…原料ガス配管
５２…酸化ガス配管
５２ａ…酸化ガス分岐配管
５２ｂ…酸化ガス分岐配管
６０…ガス供給機構
８０…プロセスコントローラ
８１…ユーザインタフェース
８２…外部入力インタフェース
８３…外部出力インタフェース
８４…プロセスデータベース
８５…判定テーブル
８６…判定論理
９０…温度制御機構
９１…ヒータ
９２…水冷用流路
９３…温度制御部
１０１…ヒートパイプ
１０２…ヒートパイプ
１０３…ヒートパイプ
１０４…ヒートパイプ
１０５…ヒートパイプ
１０６…温度制御機構
Ｗ…ウェハ
【図１】
2005228972.tif 000004
【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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