WO2009104732A1 - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

　本発明は、処理容器内の載置台に載置される基板に対向するように配置されて、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、前記載置台上の基板と対向する位置に、ガスの拡散空間を構成するために、前記載置台に向かって末広がりの形状に形成された凹部を有する天板部材と、前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、当該凹部の周方向に沿う複数のガス供給孔を有するガス供給ノズルと、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。

Description

ガス供給装置

　本発明は、処理容器内にて基板に対して処理を行うための処理ガスを当該処理容器内に供給する技術に関する。

　半導体製造装置の中には、ガス供給装置と載置台とを処理容器内に対向させ、ガス供給装置から載置台上に載置された基板である例えば半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に処理ガスを供給して基板を処理する装置、例えば成膜装置やエッチング装置など、がある。

　このうち成膜装置としては、処理ガスを加熱して反応させる熱ＣＶＤ装置などがある。また、複数種類の処理ガスの供給を例えば２つの工程（段階）に分けて、第１の工程にて第１の処理ガスの供給を行い、第２の工程にて第２の処理ガスの供給を行うようにして、これら各工程を交互に行って、各処理ガスの反応生成物を順次積層していくいわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれるプロセスも知られている（例えば特開２００４－９１８７４号公報：特に０００２段落）。ＡＬＤについては、ウエハの横側から処理ガスを流すサイドフロー方式が知られている。しかしながら本発明者は、ＡＬＤにおいても、ウエハと対向する方向からガスを供給する方式の方が有利であると考えている。

　ガス供給装置には、ガスシャワーヘッドなどと呼ばれるタイプのものがある。ガス導入ポートを有するガスシャワーヘッドの最下部には、多数のガス供給孔が設けられたシャワープレートなどと呼ばれるガス供給プレートが設けられる。そしてガスシャワーヘッドは、ガス導入ポートとこれに対応するガス供給孔とを連通するためのガス流路を備えており、ガス流路の途中には、ガスを横方向に拡散させるための拡散空間が形成されている。

　ここで、ＡＬＤにおいて、処理ガスの種類を切り替える際には、次の処理ガスの供給を開始する前に、パージガスが供給される。これにより、処理雰囲気内に残っている処理ガスが完全に排除される。このパージ工程は、パーティクルの発生を防止する重要な役割を担っている。パージが不十分であると、例えば２種類の処理ガスが共通のガス流路や拡散空間を通流する場合には、処理雰囲気やガス供給装置内に残留する処理ガスと新たに供給される処理ガスとが反応してしまって、これらの反応生成物が壁部に付着してしまう。これは、パーティクルを発生させる要因となってしまう。また、各処理ガスがガスシャワーヘッド内の別々の流路を通って供給される場合でも、ガス供給孔内への逆拡散により、一方の処理ガスが他方の流路内に進入してパージし切れなかった他方の処理ガスと反応してしまって、反応生成物が付着する可能性がある。一方で、パージ工程は、成膜には直接寄与しない付随的な工程である。このため、ガス供給装置の構造としては、パージ工程の時間をできる限り短くしてスループットを向上させ、且つ、この短い時間内に処理ガスを完全にパージ可能であることが望ましい。

　この点において、ガスシャワーヘッドは、シャワープレート全面に設けられた多数のガス供給孔の各々に処理ガスを均一に供給するために、比較的大きな拡散空間が必要であるため、当該拡散空間内をパージガスで置換するまでに時間を要する。また、このような拡散空間の隅部には、パージ工程時にガス溜まりが形成されやすい。このことが、処理ガスを完全に排除する際の障害となっている。

　また、ガス供給装置の製造上の観点から見ても、ガスシャワーヘッドは、例えば複数のプレートに多数の微細な貫通孔を形成し、これらのプレートを重ね合わせてガス流路を形成することが必要で、精密な加工が要求される。このため、製造が容易とは言えず、製作費用も比較的高価である。

　本発明者は、特開２００７－２４３１３８号公報（特には、請求項１、００３段落、図１）に記載されたエッチング装置に用いられているガス供給ノズルと同様の外観形状を有するガス供給ノズルを、ＡＬＤのガス供給装置として採用することを検討した。

　例えば図２２Ａの成膜装置１００に示すように、このようなガス供給ノズル４１は、処理空間内に突出するように設けられ、その表面には複数のガス供給孔が設けられている。このようなガス供給ノズル４１は、非常に小型で単純な構成であり、その内部を短時間でパージすることが可能である。また、ガスシャワーヘッドと比較して、製作も極めて容易である。

　しかしながら、このようなガス供給ノズル４１を処理容器２の天井部から突出させる場合、ウエハＷを可能な限りガス供給ノズル４１に近づけたとしても、最低でもガス供給ノズル４１の突出高さ分だけ天井部をウエハＷから離す必要がある。これにより、処理雰囲気１０の容積が比較的大きく、処理雰囲気１０のパージに時間がかかることが懸念される。また、処理雰囲気１０の容積が大きいと、当該雰囲気１０を成膜に必要なガス濃度に保つために必要な処理ガス供給量も多くなるため、成膜コストの上昇につながることも懸念される。

　そこで本発明者は、図２２Ｂに示すように、載置台３の下方の空間を処理雰囲気１０から区画して、処理ガスを側方に排気することによってパージに必要な空間をより小さくした成膜装置１０１を開発した。しかしながら、このような装置の場合、排気される処理ガスの気流が処理容器２の側壁部に衝突して渦を巻き、ガス溜まりを形成しやすく、処理ガスの完全な排除を阻害するという問題が知見された。

　特表２００５－５０７０３０号公報（特には、００２０段落、００２１段落、図３）には、処理容器の天井部にテーパ面が設けられたＡＬＤ型の成膜装置が記載されている。この装置では、基板表面での処理ガスの供給速度を均一にすることを目的としてテーパ面が設けられている。また、処理ガスは、処理容器の頂部に開口するガス流路を介して処理容器内に供給されるようになっている。しかしながら、この装置の構造は、処理容器の天井面からガス供給ノズルを突出させた前記構造とは基本的に異なるものである。

発明の要旨

　本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、構造が単純で製作が容易なガス供給装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、例えばＡＬＤなどのプロセスを適用した場合におけるガスの置換性が良好で、スループットの向上に寄与できる成膜装置ないし成膜方法を提供することにある。

　本発明は、処理容器内の載置台に載置される基板に対向するように配置されて、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、前記載置台上の基板と対向する位置に、ガスの拡散空間を構成するために、前記載置台に向かって末広がりの形状に形成された凹部を有する天板部材と、前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、当該凹部の周方向に沿う複数のガス供給孔を有するガス供給ノズルと、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。

　本発明によれば、小型で構造が単純なガス供給ノズルを用いて処理ガスを供給するので、例えば複数のプレートを積み重ねた構造のガスシャワーヘッドなどと比較して、製作が容易で装置の製造コストを低減することができる。

　また、ガス供給ノズルは、天板部材の下方側へ末広がりの形状に形成された凹部の頂部から当該凹部内に突出していると共に、当該ノズルの全体または一部が当該凹部内に格納されるので、載置台との間に形成されるガスの拡散空間を小さくすることができる。これにより、例えばガスシャワーヘッド型のガス供給装置と比較して、処理ガスの供給量や供給時間が抑えられる。さらに、パージ工程を必要とする場合には、パージ工程に要する時間も抑えることができる。これにより、変動コストの低減や処理のスループット向上に寄与することができる。

　例えば、前記凹部は、前記載置台に向かって末広がりのテーパ面により形成される。

　また、好ましくは、前記ガス供給ノズルは、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられており、前記ガス供給ノズル及び前記ガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通である。

　また、好ましくは、前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成される。

　また、好ましくは、前記ガス供給孔は、前記凹部の中心軸に対して、少なくとも１０度の傾きを持って開口する。

　また、好ましくは、前記ガス供給ノズルは、先端部側から基端部側へ向かうに従って、当該ガス供給ノズルの表面の単位面積あたりのガス供給孔の開口数が多くなっている。

　また、本発明は、処理容器内の載置台上に載置される基板に、互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜装置であって、基板が載置される載置台を有する処理容器と、前記特徴のいずれかを有するガス供給装置と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。

　この成膜装置は、第１の処理ガスとして原料ガスを供給して基板に吸着させる段階と、第２の処理ガスとして前記原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する段階と、を交互に行うと共に、前記の両段階の間に、処理雰囲気をパージガスによってパージする段階を行う、というように装置各部に制御信号を出力する制御部を備えることが好ましい。

　また、この成膜装置は、前記ガス供給装置の前記拡散空間に連通し当該拡散空間内の雰囲気を側方から排気するための真空排気路が設けられていることが好ましい。

　また、前記凹部の前記載置台側の開口部は、当該開口部の投影面が前記載置台上に載置される基板の面積の３０％以上の領域を覆うようになっていることが好ましい。

　また、本発明は、処理容器内の載置台上に載置される基板に、互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜方法であって、基板を処理容器内の載置台上に載置する載置工程と、前記特徴のいずれかを有するガス供給装置を利用して処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、を備えたことを特徴とする成膜方法である。

　好ましくは、前記処理ガス供給工程は、第１の処理ガスとして原料ガスを供給して基板に吸着させる段階と、第２の処理ガスとして前記原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する段階と、を交互に行うようになっており、さらに前記両段階の間に、処理雰囲気をパージガスによってパージする段階を行ようになっている。

　また、この成膜方法は、好ましくは、前記ガス供給装置の前記拡散空間内の雰囲気を側方から真空排気する工程を更に備える。

図１は、本発明の一実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。図２は、前記成膜装置に設けられたガス供給装置を下面側から見た斜視図である。図３は、図２のガス供給装置におけるガス供給ノズルの拡大斜視図である。図４は、図２のガス供給装置の縦断面図である。図５は、図２のガス供給ノズルをウエハに対向させた状態における拡大側面図である。図６は、前記成膜装置のガス供給経路図である。図７は、前記成膜装置の第１の作用図である。図８Ａ及び図８Ｂは、前記成膜装置の第２の作用図である。図９は、前記成膜装置による成膜処理のガス供給シーケンス図である。図１０は、前記成膜装置の第３の作用図である。図１１Ａ乃至図１１Ｄは、前記ガス供給装置の変形例である。図１２Ａ乃至図１２Ｇは、前記ガス供給ノズルの変形例である。図１３は、前記ガス供給装置の第２の変形例である。図１４は、前記第２の変形例に係るガス供給装置におけるガス供給ノズルの拡大斜視図である。図１５は、第２の実施の形態に係るガス供給装置を下面側から見た斜視図である。図１６は、図１５のガス供給装置の縦断斜視図である。図１７は、図１５のガス供給装置の縦断面図である。図１８は、実施例のシミュレーションにおいて用いられたモデル空間の斜視図である。図１９Ａ及び図１９Ｂは、第１の実施例の結果を示す説明図である。図２０Ａ乃至図２０Ｃは、第２の実施例の結果を示す説明図である。図２１Ａ乃至図２１Ｃは、第３の実施例の結果を示す説明図である。図２２Ａ及び図２２Ｂは、ガス供給ノズルを有する成膜装置の参考例を示す説明図である。

　以下、図１乃至図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る成膜装置１の構成について説明する。成膜装置１は、第１の処理ガスとしてストロンチウム（Ｓｒ）を含む原料ガス（以下、Ｓｒ原料ガスという）を用い、第２の処理ガスとしてチタン（Ｔｉ）を含む原料ガス（以下、Ｔｉ原料ガスという）を用いる。これらの処理ガスを、第３の処理ガスである酸化ガスとしてのオゾンガスと反応させることにより、ＡＬＤプロセスによって、基板である例えば直径３００ｍｍのウエハ表面に、高誘電体材料であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３、以下ＳＴＯと略記する）の薄膜が成膜される。

　図１の縦断面図に示すように、この成膜装置１は、真空容器をなす処理容器２と、当該処理容器２内に設置され基板であるウエハＷを載置するための載置台３と、この載置台３と対向するように処理容器２の上部に設けられたウエハＷ表面に処理ガスを供給するためのガス供給装置４と、を備えている。

　載置台３は、ウエハＷを支持する載置台本体に相当するステージ３１と、このステージ３１を覆うステージカバー３２と、から構成されている。ステージ３１は、例えば窒化アルミニウムや石英などを材料として、例えば扁平な円板状に形成されている。ステージ３１の内部には、載置台３の載置面を加熱することによりウエハＷを成膜温度まで昇温するためのステージヒータ３３が埋設されている。このステージヒータ３３は、例えばシート状の抵抗発熱体より構成されていて、電源部６８から電力を供給されることにより載置台３上に載置されたウエハＷを例えば２８０℃に加熱することができる。また、ステージ３１内には、図示されない静電チャックが設けられており、載置台３上に載置されたウエハＷを静電吸着して固定することができるようになっている。

　一方、ステージ３１と共に載置台３を構成するステージカバー３２は、ステージ３１の上面及び側面を覆っており、反応生成物や反応副生成物といった反応物がステージ３１表面へ堆積することを防止する役割を果たしている。ステージカバー３２は、例えば、石英製の着脱自在なカバー部材（デポシールドなどと呼ばれている）として構成され、その上面中央領域に、ウエハＷよりやや大きな径を有する円形の凹部が形成される。このような凹部によって、ステージカバー３２上の載置面に載置されるウエハＷを位置決めすることができる。

　載置台３は、柱状の支持部材３４によって、例えばステージ３１の下面側中央部が支持されている。当該支持部材３４は、昇降機構６９によって昇降されるように構成されている。支持部材３４が昇降されることにより、載置台３は、外部の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われ得る受け渡し位置と、ウエハＷの処理が行われ得る処理位置と、の間を、例えば最長８０ｍｍ程度、昇降することができるようになっている。

　図１に示すように、支持部材３４は、処理容器２の底面部、詳しくは後述する下側容器２２の底面部、を貫通しており、昇降機構６９によって昇降される昇降板２３に接続されている。ここで、昇降板２３と下側容器２２との間は、ベローズ２４によって気密に接合されている。

　また、載置台３は、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを載置台３の載置面に対して昇降させるための例えば３本の昇降ピン３５を有している。これらの昇降ピン３５は、例えば図１に示すように、載置台３がウエハＷの処理位置まで移動された状態において、各昇降ピン３５の扁平な頭部がステージ３１の上面にて係止されると共にその下端部がステージ３１の底面から飛び出すというように、ステージ３１を上下方向に貫通した状態で取り付けられている。

　ステージ３１を上下方向に貫通する各昇降ピン３５の下方側には、リング状の昇降部材３６が設けられている。載置台３がウエハＷの受け渡し位置まで降下された状態において、昇降部材３６を昇降させることによって、各昇降ピン３５を昇降させることができる。これによって、各昇降ピン３５に裏面を支持されたウエハＷが、載置台３の載置面に対して昇降することができる。

　ここで、ステージカバー３２の上面側における、既述の昇降ピン３５が貫通している位置には、昇降ピン３５の頭部を格納するための開口部（拡径凹部）が設けられている。これにより、図１に示すように、ウエハＷの処理位置まで載置台３が移動された状態において、ステージカバー３２上面と各昇降ピン３５の頭部上面とがほぼ面一となって、載置台３の上面に平坦なウエハＷ載置面を形成するようになっている。さらに、ステージカバー３２の側壁部は、ステージ３１の下方側まで延伸されて、ステージ３１の下方領域を側面から取り囲むスカート部３２１を形成している。

　次に、処理容器２の構成について説明する。処理容器２は、扁平な椀形の下側容器２２の上に、環状に形成された排気ダクト２１を積み重ねて構成されている。下側容器２２は、例えばアルミニウムなどにより構成され、その底面には、貫通孔２２１が設けられていて、既述したステージ３１の支持部材３４に貫通されている。

　また、当該貫通孔２２１の周囲の例えば４箇所に、パージガス供給路２２２が設けられている。このパージガス供給路２２２を介して、パージガス供給源６６から供給される窒素ガスなどのパージガスを、下側容器２２内に送り込むことができる。

　なお、図１中、破線で示した搬送口２８は、外部の搬送機構によってウエハＷの搬入出を行うための開口部である。当該搬送口２８は、処理容器２の側壁部２２３に設けられた図示されないゲートバルブによって、開閉可能となっている。

　排気ダクト２１は、例えばアルミニウム製で、断面四角形状のダクトが湾曲形成された環状体として構成されている。当該環状体の内径及び外径は、下側容器２２の側壁部２２３の内径及び外径とほぼ同サイズに構成されている。ここで、排気ダクト２１の拡散空間４０に近い側の壁面を内壁面、拡散空間４０から遠い側の壁面を外壁面と呼ぶことにする。排気ダクト２１の内壁面の上端部には、横方向（周方向）に伸びるスリット状の真空排気口２１１が、間隔を置いて、周方向に複数個設けられている。そして、排気ダクト２１の外壁面の例えば一箇所に、排気管２９が接続されている。例えば、当該排気管２９に接続される真空ポンプ６７を利用して、各真空排気口２１１を介しての真空排気を行うことができる。また、図１に示すように、排気ダクト２１には、その上面側から外壁面及び下面側にかけての外周部を覆うように、断熱部材２１２が設けられている。

　このような排気ダクト２１が、断熱部材２１２を介して下側容器２２の上に積み重ねられ、互いに断熱された状態で一体となって、処理容器２を構成している。そして、排気ダクト２１の内壁面に設けられた複数の真空排気口２１１が、ガス供給装置４と載置台３との間に形成される拡散空間４０を含む処理雰囲気に向けて開口している。従って、これらの真空排気口２１１を介して処理雰囲気の真空排気を行うことができる。当該処理雰囲気を真空ポンプ６７へ導く空間が、成膜装置１の真空排気路に相当する。

　更に、処理容器２の内部には、図１に示すように、下側容器２２内の空間である下部空間を処理雰囲気を含む載置台３よりも上部の上部空間から区画するため、インナーブロック２６が設けられている。このインナーブロック２６は、例えばアルミニウムにより形成されたリング状部材であって、下側容器２２の側壁部２２３の内壁面と、載置台３の側周面（スカート部３２１の側周面）との間の空間に装填できるサイズに形成されている。

　インナーブロック２６には、その上面外周部に、更に外側へ広がる突起縁２６２が設けられている。インナーブロック２６は、下側容器２２の側壁部２２３と排気ダクト２１の内壁面側の下端部との間に挿入された中間リング体２５２に前記突起縁２６２が係止されることにより、下側容器２２の内壁面から環状に突出するような態様で、処理容器２内に固定されている。

　さらにまた、図１に示すように、インナーブロック２６の上面から内周面にかけての領域が、石英製のブロックカバー２６１で覆われている。これにより、その表面への反応物の堆積を抑えることができるようになっている。具体的には、載置台３が処理位置にあるとき、ブロックカバー２６１が例えば２ｍｍの隙間を介してステージカバー３２の側面（スカート部３２１の側面）を取り囲む。これにより、処理雰囲気のガスは下部空間に拡散しにくい状態が形成される。

　さらに、排気ダクト２１の内壁面と後述する天板部材４２との間のリング状の空間には、当該空間内への通流コンダクタンスを小さくすることによって当該空間からの真空排気の周方向における均一性を高めるべく、断面が逆Ｌ字状に形成されたリング部材であるバッフルリング２７が配設されている。

　次に、ガス供給装置４の構成について説明する。図１に示すように、ガス供給装置４は、載置台３との間でガスの拡散空間４０を形成するための天板部材４２と、当該拡散空間４０へ向けて処理ガスやパージガスを供給するガス供給ノズル４１と、を備えている。

　図２に示すように、天板部材４２は、例えばアルミニウムからなる略円板部材であり、処理容器２の上面側の開口部を塞いで、気密な真空容器を構成する。図１及び図２に示すように、天板部材４２の上縁部にはフランジ部４２１が設けられている。このフランジ部４２１は、当該フランジ部４２１と嵌合する段差を有するリング状の支持部材２５を介して、排気ダクト２１の上面側に載置、固定されている。このとき、天板部材４２の側周面は、前記支持部材２５及び前記バッフルリング２７の内周面に密合した状態となっている。また、フランジ部４２１は、図示されない例えばボルトなどによって、支持部材２５に対して着脱自在に締結される。

　図１及び図４に示すように、天板部材４２の下面側中央部には、載置台３側へ向かって末広がりの形状に形成された凹部４２２が設けられている。図２に示すように、凹部４２２は、天板部材４２の底面と同心円状に開口しており、この開口部は、載置台３上のウエハＷに対向した状態で、その投影面がウエハＷの面積の３０％以上、例えば７２％、の領域を覆うように開口している。本実施の形態では、開口部の直径は、例えば２５５ｍｍである。そして、凹部４２２と載置台３との間に形成される空間が、処理容器２内に供給される各種ガスをウエハＷ表面に向けて拡散させるための拡散空間４０である。

　凹部４２２の頂部からは、半球状のガス供給ノズル４１が、載置台３に向かって凹部４２２内に突出している。このガス供給ノズル４１には、多数のガス供給孔４１１が設けられている。図１、図３、図４に示すように、ガス供給ノズル４１は、ガス供給管４３の先端部に取り付けられている。ガス供給管４３は、天板部材４２のほぼ中央部を貫通しており、これによって、ガス供給ノズル４１を凹部４２２内へと突出させている。また、ガス供給管４３の下方側の側周部には、フランジ部４３２が設けられている。このフランジ部４３２が、天板部材４２の上面に、例えばボルトなどで固定されるが、天板部材４２に対してガス供給管４３は着脱自在である。

　図４に示すように、ガス供給ノズル４１及びガス供給管４３の内部は空洞になっている。当該空洞部が、ガスの通流空間４３０の役割を果たす。また、ガス供給管４３の側面の基端側には、マニホールド４３１が固定されている。これにより、マニホールド４３１→通流空間４３０→ガス供給孔４１１という経路を経て拡散空間４０内に各種のガスが供給されるようになっている。詳細には、マニホールド４３１から、Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス、及び、オゾンガスの３種類の処理ガス、更には、各種処理ガスのキャリアガスの役割を果たすと共にパージガスとしても利用されるガス、例えばアルゴンガス（Ａｒ）、が供給されるようになっている。

　ガス供給ノズル４１に多数設けられたガス供給孔４１１は、例えば当該半球状のガス供給ノズル４１の中心位置から径方向へと伸ばした直線上に、当該ガス供給ノズル４１を取り囲む凹部４２２の周方向に沿って配列、開口している。

　ここで、ＡＬＤは、１層あるいは少数層の原子層あるいは分子層をウエハＷ表面に吸着、反応させて薄膜を形成することを繰り返し、当該薄膜を積層していくことによって均一な膜を成膜するプロセスである。従って、原料ガスがウエハＷ表面に到達する際のガスの勢いが強すぎると、当該領域に予定量以上のガスが吸着、付着してしまって、その領域の膜厚が厚くなってしまうという問題がある。そこで、本実施の形態のガス供給ノズル４１は、図４に示すように、ノズル４１の先端部においてはガス供給孔４１１が設けられず、先端部よりも外側の領域のみにガス供給孔４１１が形成されている。このことにより、各ガス供給孔４１１は、ガス供給ノズル４１の中心軸に対して成す角度「θ」が、少なくとも１０°以上、例えば２５°以上、となっている。これにより、原料ガスがウエハＷ表面に到達する際の勢いを弱めている（詳しい作用効果については後述する）。

　また、図３に示すように、ガス供給ノズル４１は、単位面積あたりの開口数がガス供給ノズル４１の先端側の領域ほど少なく、基端側へ行くほど多くなるように、ガス供給孔４１１を配置してある。この理由は、図５に示すように、ガス供給ノズル４１の先端側のある円形領域「Ｓ１」と、この領域と等しい面積を持つ基端側の円形領域「Ｓ２」と、をウエハＷ面に投射して得られる投影面「Ｐ１、Ｐ２」の面積を互いに比較すると、基端側の円形領域「Ｓ２」の投影面「Ｐ２」の方が先端側の円形領域「Ｓ１」の投影面「Ｐ１」よりも面積が大きいからである。すなわち、ガス供給孔４１１の開口面積を先端側と基端側とで同じにした場合は、これら投影面内の単位面積あたりのガス供給孔４１１の開口数がおおよそ一致するように、各領域「Ｓ１、Ｓ２」内に配置されるガス供給孔４１１の数を調節する。あるいは、先端側と基端側とのガス供給孔４１１の開口面積が異なる場合には、先端側の開口面積と基端側の開口面積との比は、Ｐ１：Ｐ２となるようにする。つまりは、投影面積Ｐ１：Ｐ２に比例したガス供給孔４１１の開口面積を先端側と基端側とに持たせることになる。このことにより、ウエハＷ表面への到達時のガス濃度をウエハＷ面内でできるだけ均一にすることができる。

　マニホールド４３１には、図６に示すように、各種のガスを供給するためのガス供給ライン６１０、６２０、６３０が接続されている。これらのガス供給ライン６１０～６３０は、上流側で、夫々各種のガス供給源６１～６４と接続されている。

　詳細には、Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０が、Ｓｒ原料供給源６１と接続されている。当該供給源６１には、例えばＳｒ（ＴＨＤ）_２（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）やＳｒ（Ｍｅ５Ｃｐ）_２（ビスペンタメチルシクロペンタジエニエルストロンチウム）などの液体Ｓｒ原料が貯留されている。これらのＳｒ原料が供給ラインに押し出されると、気化器６１１により気化されてＳｒ原料ガスとなり、当該ガスの供給ライン６１０を介してマニホールド４３１に供給されるようになっている。

　また、Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０は、Ｔｉ原料供給源６２と接続されている。当該供給源６２には、例えばＴｉ（ＯｉＰｒ）_２（ＴＨＤ）_２（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）やＴｉ（ＯｉＰｒ）（チタニウムテトライソプロポキサイド）などの液体Ｔｉ原料が貯留されている。Ｓｒ原料の場合と同様に、気化器６２１によって気化されたＴｉ原料ガスが、当該ガスの供給ライン６２０を介してマニホールド４３１に供給されるようになっている。

　また、オゾンガス供給ライン６３０は、例えば周知のオゾナイザなどにより構成されるオゾンガス供給源６３と接続されている。

　Ｓｒ原料ガス供給ライン６１０、Ｔｉ原料ガス供給ライン６２０、及び、オゾンガス供給ライン６３０は、夫々経路の途中で分岐して、アルゴンガスボンベなどにより構成されるパージガス供給源６４にも接続されている。これにより、各ガス供給ライン６１０～６３０に、各原料ガスのキャリアガスとして、あるいは、夫々の処理ガスのパージガスとして、アルゴンガスを供給することができる。

　ガス供給ライン６１０～６３０とガス供給源６１～６４との間には、バルブ及び流量計などからなる流量制御機器群６５が介設されている。これにより、後述する制御部７からの指示に基づいて、各種のガスの供給タイミング及び供給量が制御されるようになっている。

　成膜装置１の装置構成の説明に戻ると、天板部材４２の上面や排気ダクト２１の外壁面の下面側及び上面側などには、図１に示すように、シート状の抵抗発熱体などよりなるヒータ４４、２１３が設けられている。これらヒータは、電源部６８から供給される電力によって天板部材４２や排気ダクト２１の全体を加熱することにより、ガス供給ノズル４１の下面や排気ダクト２１内面への反応物の付着を防止するようになっている。なお、図示の便宜上、図１以外の図におけるヒータ４４、２１３の記載は省略した。また、上述したヒータ４４、２１３の他、反応物の付着を防止するためのヒータは、例えばインナーブロック２６内にも埋設されているが、説明の便宜上図示は省略されている。

　成膜装置１は、既述のガス供給源６１～６４からのガス供給動作、載置台３の昇降動作、真空ポンプ６７による処理容器２内の排気動作、ステージヒータ３３及び各ヒータ４４、２１３による加熱動作、などを制御する制御部７を備えている。制御部７は、例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなる。当該記憶部には、成膜装置１によってウエハＷへの成膜処理を行うのに必要な制御、例えばガス供給源６１～６４からの各種ガス供給の給断タイミングや供給量調整に係る制御、処理容器２内の真空度を調節する制御、載置台３の昇降動作制御、各ヒータ３３，４４、２１３の温度制御等、についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このようなプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカード等の記憶媒体に格納されていて、そこから記憶部にインストールされることが一般である。

　以下、上述のガス供給装置４を採用した成膜装置１の動作について説明する。

　先ず、図７に示すように、搬送口２８が開けられて、外部の搬送機構が搬送口２８から進入して、処理容器２内にウエハＷが搬入される。次いで、昇降ピン３５を介して、受け渡し位置にある載置台３上に、ウエハＷが載置される。不図示の静電チャックにより、ウエハＷは載置台３上に吸着固定される。このとき、ヒータ２１３などにより、排気ダクト２１及びインナーブロック２６の表面が、例えば各々２３０℃まで加熱される。また、ヒータ４４により、処理容器２内の天板部材４２表面が、例えば２５０℃まで加熱される。次いで、搬送口２８が閉じられて、処理容器２内が気密な状態とされた後、真空ポンプ６７により排気ダクト２１を介して処理容器２内を引き切りの状態とする。

　このとき、既述のように、インナーブロック２６はウエハＷの受け渡し位置（搬送口２８が設けられている位置）よりも高い位置に固定されている。このため、図７に示すように、載置台３をウエハＷの受け渡し位置まで降下させた状態においては、下側容器２２内の空間は処理空間と連通した（区画されていない）状態となっている。このため、真空排気工程においては、下側容器２２内を含む処理容器２内全体が真空排気される。

　処理容器２内が所定の圧力まで真空排気されたら、真空排気を継続したまま、ウエハＷの載置された載置台３が、ウエハＷに対する処理条件を規定したレシピに応じて選択された処理位置まで上昇させられる。本実施の形態に係る成膜装置１では、処理位置について、ウエハＷの表面から天板部材４２の下面までの距離「ｈ」（以下、ギャップという）が変更可能である。具体的には、図８Ａに示すように「ｈ＝４０ｍｍ」である処理位置から、図８Ｂに示すように「ｈ＝８ｍｍ」である処理位置まで、上下方向に自在である。所定の処理位置まで載置台３を上昇させると、例えば図８Ａや図８Ｂに示すように、ステージカバー３２の側周面あるいは当該側周面から延伸されたスカート部３２１が、インナーブロック２６に取り囲まれた状態となって、載置台３上方の上部空間と下側容器２２内の空間である下部空間とが、載置台３及びインナーブロック２６により互いに区画された状態となる。

　このようにして上部空間と下部空間とが区画されたら、パージガス供給路２２２より、下側容器２２内へのパージガス導入が開始される。そして、ステージヒータ３３により、ウエハＷの温度が例えば２８０℃まで加熱される。その後、ＳＴＯの成膜処理が開始される。なお、図７、図８Ａ、図８Ｂの各図においては、図示の便宜上、ステージヒータ３３の記載は省略してある。また、以下では、ウエハＷの処理位置は図８Ｂに示す位置であるとして、説明がなされる。

　ＡＬＤプロセスによるＳＴＯの成膜処理は、図９に示すガス供給シーケンスに基づいて実行される。図９の（ａ）～（ｄ）に示した白抜きのカラムは、各ガス供給源６１～６４からの各種ガス（Ｓｒ原料ガス、Ｔｉ原料ガス、オゾンガス、パージガス）の供給量を示している。

　また、図１０は、このシーケンスの実行中の処理容器２内のガスの流れを模式的に示している。

　このガス供給シーケンスによれば、図９の（ａ）に示すように、まずＳｒ原料ガスの供給が行われる（Ｓｒ原料ガス供給工程）。このとき、Ｓｒ原料ガスは、ガス供給管４３内の通流空間４３０を通ってガス供給ノズル４１に到達し、ガス供給孔４１１を通って拡散空間４０内へと供給される。ガス供給ノズル４１を出たＳｒ原料ガスは、図１０に示すように、拡散空間４０内を放射状に広がって載置台３上のウエハＷへ向かって流れていく。

　このとき、図１に示すように、処理容器２においては、排気ダクト２１に設けられた真空排気口２１１が、拡散空間４０を取り囲むように配置されている。このため、ウエハＷに到達した原料ガスは、これらの真空排気口２１１に向かって、ウエハＷの径方向へと流れていく。これにより、凹部４２２の開口部に対向していないウエハＷの周縁領域も、ガスが真空排気口２１１へ向かって流れる際に、原料ガスを吸着することができる。すなわち、凹部４２２に対向するウエハＷの領域に加えて、当該周縁領域も、ウエハＷの拡散空間４０（処理雰囲気）として理解される。このように、原料ガスがウエハＷの径方向に流れることにより、サイドフロー方式と比べて、原料ガスの移動距離が短くなる。これにより、各原料ガスの分子を、ウエハＷの径方向に均一に吸着させることができる。

　ここで、本実施の形態に係るガス供給装置４は、ガス供給ノズル４１が凹部４２２内に格納されている。これにより、例えば背景技術として説明された図１８Ｂに示す成膜装置１０１と比較して、拡散空間４０（凹部４２２に対向する空間及びウエハＷの周縁領域上方の空間）の容積が小さくなっている。この結果、より少量のガス供給量にて、ウエハＷの全面に原料ガスを均一に吸着させることが可能であり、原料ガスの供給時間も短くて済む。

　一方、例えば凹部４２２の開口部の面積が過度に小さい場合には、当該開口部に対向していないウエハＷの周縁領域の面積が大きくなり、すなわち、ウエハＷと天板部材４２の底面のうち水平な部分との間の狭い流路内にてウエハＷ表面にガスが吸着されるという面積の割合が大きくなる。こうした面積の割合が大きいと、ウエハＷの全面にガスを供給するのに要する時間が長くなる、さらに、ガスの流れに偏りが生じて、前記周縁領域内に供給されるガスの濃度が不均一になったりする場合がある。

　こうした懸念に対処するために、本実施の形態の処理容器２では、凹部４２２の開口部がウエハＷの面積の３０％以上、例えば７０％程度、の領域を覆うように構成されている。これにより、ウエハＷの大部分の領域に対して、凹部４２２から直接ガスが供給される。これにより、短時間での均一なガスの供給が保証されている。凹部４２２の開口部は、ウエハＷの全体を覆うように開口していてもよい。もっとも、当該開口部の面積を大きくすると、拡散空間４０の容積が増大するために、デメリットもある。すなわち、ガス供給量の増大やガス供給時間の増大などが生じ得る。このデメリットとの兼ね合いで、凹部４２２の開口部の適切な大きさや形状が決定されるべきである。

　さらに、既述のように、本実施の形態のガス供給ノズル４１は、先端部を除く領域（先端部より外側の領域）にガス供給孔４１１が設けられている。そして、ガス供給孔４１１は、図４に示すように、ガス供給ノズル４１の中心軸（凹部４２２の中心軸）に対する角度「θ」が、１０°以上、例えば２５°以上、となっている。このような構造により、通流空間４３０を流下してきた原料ガスの流れ方向がガス供給ノズル４１の先端部で堰き止められて変化される。この際、圧力損失が大きくなって、ガス供給ノズル４１内の圧力が高まるため、先端側のガス供給孔４１１からウエハＷへと向かう原料ガスの勢いが弱まり、基端側のガス供給孔４１１からウエハＷへと向かう原料ガスの勢いが強まる。これにより、ガス供給ノズル４１の全てのガス供給孔４１１から均一にガスを噴出させることができる。また、ガス供給孔４１１が角度「θ」（傾き）を持って開口していることにより、ガスの噴出し方向に沿ってのガス供給孔４１１からウエハＷ表面までの距離が長くなる。この点でもウエハＷ表面到達時の原料ガスの勢いを弱めることができる。これらの作用により、ウエハＷ表面への過剰量の原料ガスの吸着ないし付着が抑えられ、特にガス供給ノズル４１直下の領域の膜厚が厚くなるという不具合の発生が抑えられる。

　なお、ガス供給ノズル４１の先端部にはガス供給孔４１１が設けられていないが、当該先端部直下のウエハＷ表面には、原料ガスの拡散（特にウエハＷ表面に原料ガスが到達した際の流れ方向の変化）によって周囲から原料ガスが供給されるため、成膜上の問題は生じないことが確認された。

　さらにまた、図３及び図５を用いて説明したように、本実施の形態のガス供給ノズル４１では、供給孔４１１の開口数が、先端側の領域ほど少なく基端側の領域ほど多くなっている。これにより、ガス供給ノズル４１からウエハＷへのガス供給方向に従う投影面に関して、単位面積あたりのガス供給孔４１１の配置個数がおおよそ均一になっている。これにより、図１０に模式的に示すように、ウエハＷ表面に供給される単位面積あたりのガスの流線の本数がほぼ等しくなる。従って、原料ガスの供給濃度をウエハＷ面内でより均一にすることができる。

　こうして、所定時間が経過し、ウエハＷ上にＳｒ原料ガスの吸着層が形成されたら、Ｓｒ原料ガスの供給が停止され、図９（ｄ）に示すようにパージガス供給源６４からパージガスが供給される。これにより、処理雰囲気と、ガス供給ノズル４１並びにガス供給管４３内に残存するＳｒ原料ガスとが、パージされる（Ｓｒ原料ガスパージ工程）。ガス供給管４３に導入されたパージガスは、既述のＳｒ原料ガスと共通の経路を経て、真空排気口２１１へ向けて流れていく。このとき、既述のように、拡散空間４０の容積が比較的小さいことに加えて、ガスシャワーヘッドに比べてガス供給ノズル４１及びガス供給管４３のサイズも小型になっていることから、パージされるＳｒ原料ガスの残存量が少なく、すなわち、高価な原料ガスの消費量を減らすことができると共に、当該パージ工程の所要時間も短時間で済む。

　Ｓｒ原料ガスのパージを終えたら、図９（ｂ）に示すように、Ｔｉ原料ガスが供給される（Ｔｉ原料ガス供給工程）。Ｔｉ原料ガスは、Ｓｒ原料ガスやパージガスと共通の経路を通って、拡散空間４０内に供給される。そして、凹部４２２の開口部に対向する領域から周縁領域へと流れる間に、当該原料ガスがウエハＷ表面に均一に吸着する。

　所定時間が経過し、Ｔｉ原料ガスの吸着層が形成されたら、Ｔｉ原料ガスの供給が停止され、Ｓｒ原料ガスのパージと同様の手順にて、残存するＴｉ原料ガスのパージが行われる（図９（ｄ）、Ｔｉ原料ガスパージ工程）。

　次いで、オゾンガスが、各原料ガスやパージガスと共通の経路を通って供給される（図９（ｃ）、オゾンガス供給工程）。この工程でウエハＷ表面に到達するオゾンは、ステージカバー３２からの熱エネルギーによって、既にウエハＷ表面に吸着している原料ガスと反応して、ＳＴＯの分子層を形成する。

　こうして、所定時間オゾンガスが供給されたら、オゾンガスの供給が停止され、既述の各パージ工程と同様の手順にて、オゾンガスがパージされる（図９（ｄ）、オゾンガスパージ工程）。

　重複の記載を避けるため各工程の説明中では触れなかったが、Ｔｉ原料ガス供給工程及びオゾンガス供給工程においても、Ｓｒ原料ガス供給工程と同様、ウエハＷ表面に各処理ガスが供給される際において、少ない供給量で短時間に面内均一に処理ガスの供給が実行される。また、各パージ工程の際にパージされる処理ガスの残存量も少なく、短時間でパージを終えることができる。

　そして、図９に示すように、以上に説明した６つの工程を１サイクルとして、当該サイクルを予め決められた回数、例えば１００回、繰り返すことで、ＳＴＯの分子層が多層化される。これにより、所定の膜厚を有するＳＴＯ膜を成膜させることができる。所望の成膜を終えたら、各種のガス供給が停止され、ウエハＷが載置された載置台３が搬送口２８まで降下され、処理容器２内の圧力が真空排気前の状態に戻される。その後、搬入時とは逆の経路で、外部の搬送機構によってウエハＷが搬出される。これにより、一連の成膜動作が完了する。

　本実施の形態に係るガス供給装置４によれば、以下の効果がある。すなわち、当該ガス供給装置４は、小型で構造が簡単なガス供給ノズル４１を用いて処理ガスを供給するので、例えば複数のプレートを積み重ねた構造のガスシャワーヘッドなどと比較して製作が容易であり、ガス供給装置４及び成膜装置１の製造コストの低減に貢献することができる。

　また、このガス供給ノズル４１は、天板部材４２の下方側に末広がりの形状に形成された凹部４２２の頂部から突出して設けられていると共に、例えば当該ノズル４１の全体が当該凹部４２２内に格納されているので、載置台３との間に形成される拡散空間４０の容積を小さくすることができる。これにより、例えばガスシャワーヘッド型のガス供給装置と比較して、処理ガスの供給量や供給時間が抑えられる。また、パージ工程に要する時間も抑えることができる。従って、変動コストの低減や処理のスループット向上に寄与することができる。

　ここで、ガス供給装置４に設けられた凹部４２２の形状は、上述の実施の形態中に例示したテーパ面となっている場合に限定されない。例えば、図１１Ａや図１１Ｂに示すように、凹部４２２の断面形状が曲線で規定されるものであってもよい。また、図１１Ｃに示すように、凹部４２２の断面形状が階段状になっていてもよい。

　また、図１１Ｄに示すように、ガス供給ノズル４１の全体が凹部４２２内に格納されておらず、例えばその先端部が凹部４２２から飛び出していてもよい。ガス供給ノズル４１の一部が凹部４２２内に格納されていれば、図１８Ｂに示す場合と比較して、処理雰囲気の容積が小さくなり、処理ガスの供給量削減やパージ時間の短縮などの効果を得ることができる。

　さらには、ガス供給ノズル４１及び／またはガス供給孔４１１の形状も、前記実施の形態中に例示したものに限定されない。例えば、図１２Ａに示すように、水平方向の断面形状が多角形であるガス供給ノズル４１ａが採用されてもよい。

　また、図１２Ｂに示すように、側方からみた形状が長方形（例えば全体の形状が円柱や直方体）であるガス供給ノズル４１ｂが採用されてもよいし、図１２Ｃ、図１２Ｄ、図１２Ｅに示すように、側方からみた形状が概略円錐形状であるガス供給ノズル４１ｃ、４１ｄ、４１ｅが採用されてもよい。

　また、図１２Ｆに示すように、スリット状に穿設されたガス供給孔４１１ａが設けられてもよいし、位置に応じて開口径が変化するようなガス供給孔４１１ｂが設けられてもよい。

　そして、図１２Ｇに示すように、処理ガスが渦を巻きながら供給されるように、ガス供給ノズル４１ｇの壁面の法線方向に対して斜めにガス供給孔４１１ｃが設けられてもよい。また、各供給孔からガスが広がりながら供給されるように、テーパ状のガス供給孔４１１ｄが設けられてもよい。

　以上のような種々の凹部４２２の形状及びガス供給ノズル４１、４１ａ～４１ｇの態様は、例えば処理ガスの種類やプロセス条件に合わせて、適宜選択されてガス供給装置４に組み込まれる。

　図１を用いて説明したように、天板部材４２は、処理容器２に対して着脱自在に構成されている。また、図４に示すように、ガス供給管４３も天板部材４２に対して着脱自在となっている。このため、例えば処理ガスの種類やプロセス条件が変更され、凹部４２２やガス供給ノズル４１を新たなプロセスに適したものに変更する必要が生じた場合には、変更が必要な部分だけを交換すればよい。これにより、ガス供給装置４の改造コストを低減できる。

　特に、図４に示したように、ガス供給ノズル４１は天板部材４２よりも小型で、ガス供給管４３と共に簡単に着脱することができる。このため、例えば内部に付着したパーティクルなどを定期的に清掃する場合にも、天板部材４２全体を取り外して処理容器２を開放する必要がなく、メンテナンス性がよい。また、ガス供給ノズル４１とガス供給管４３とにネジを切って互いに螺合させるなどして、ガス供給ノズル４１をガス供給管４３から着脱自在に構成しておくと、さらにメンテナンス性が高まる。さらに、例えばガス供給装置４は、図１３、図１４に示すように、ガス供給ノズル４１ｈとガス供給管４３ａとを独立した部材として製作してもよい。この場合、例えば、天板部材４２に穿設した通流空間４３０ａを介して、ガス供給ノズル４１ｈとガス供給管４３ａとが接続され得る。この場合には、ガス供給ノズル４１ｈは、例えばその基端部に設けられたフランジ部４１２を介して、ボルト４１３などによって天板部材４２の底面に固定され得る。

　なお、必要に応じて天板部材４２に固定されたタイプのガス供給ノズル４１を採用してもよいことは、勿論である。

　次に、第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａについて、図１５乃至図１７を参照しながら説明する。図１５乃至図１７の各図において、図１乃至図１０などに示した第１の実施の形態に係るガス供給装置４と同じ機能を持つ構成要素には、第１の実施の形態に係るガス供給装置４と同様の符号を付してある。

　第２の実施の形熊に係るガス供給装置４ａは、図１５乃至図１７に示すように、ガス供給ノズル４１ｉのノズル本体の形状が扁平な円板形状となっている点において、ガス供給ノズル形状４１が半球状である第１の実施の形態に係るガス供給装置４と異なっている。

　詳細には、第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａでは、天板４２の下面側に設けられた凹部４２２の頂部から、例えば直径Ｄが１００ｍｍで高さｈ’が１０ｍｍに形成された円板形状のガス供給ノズル４１ｉが、載置台３側へ向かって突出している。そして、この円板形状のガス供給ノズル４１ｉの底面及び側面には、多数のガス供給孔４１１が設けられており、ガス供給管４３から供給される処理ガスは、図１７に示すように、これらのガス供給孔４１１を介して拡散空間４０内に供給される。

　このようにガス供給ノズル４１ｉを扁平形状とすることにより、例えば処理空間４０の容積を小さくしても、ガス供給ノズル４１ｉ全体を凹部４２２内に格納し易く、処理ガスの供給やパージ時間の短縮を図ることができる．具体例を挙げると、例えば図１１Ｄに示すガス供給装４のように、処理空間４０の容積を小さくした結果、半球形状のガス供給ノズル４１が凹部４２２から飛び出した状態の供給装置４と比較して、図１７に示すように凹部４２２の頂部からガス供給ノズル４１ｉの底面までの高さ（図中「ｈ’」と記してある）とガス供給ノズル４１ｉの底面からウエハＷまでの距離（図中「ｈ」と記してある）との合計「ｈ’＋ｈ」を小さくすることが可能となり、処理空間４０の容積をより小さくすることができる。なお、図１１Ｄのように、ガス供給ノズル４１が凹部４２２から飛び出している場合には、ギャップはガス供給ノズル４１の下端を基準として、ウエハＷ表面までの距離が予め設定された範囲内の値となるように調整される。

　さらに、ガス供給ノズル４１ｉが扁平形状となっていることにより、ガス供給ノズル４１ｉ内の空間の容積増大を抑えつつ、同ノズル４１ｉの外表面積を大きくすることができる。この結果、例えばガスシャワーヘッドと比べて、ガス供給ノズル４１ｉやガス供給管４３のサイズが小さくなって、内部のガス置換が容易になる。一方、半球形状のガス供給ノズル４１と比べて、より広範な面からウエハＷに向かって処理ガスを供給することが可能である。特に、本実施の形態のガス供給ノズル４１ｉでは、底面だけでなく側面にもガス供給孔４１１が形成されているため、処理ガスの供給面がさらに広くなっており、凹部４２２の末広がりの面に沿って、より広い領域に処理ガスを拡散させることができる。言い換えると、扁平形状に形成されたガス供給ノズル４１ｉは、内部容積が比較的小さいというノズルの利点と、処理ガスの供給面が比較的広いというガスシャワーヘツドの利点と、を兼ね備えていて、より短い時問で処理ガスの供給ないしパージを実行することができる。

　そして、図１７に示すように、これら多数のガス供給孔４１１は、第１の実施の形態に係るガス供給ノズル４１と同様に、ガス供給ノズル４１ｉの底面の中心部には設けられておらず、外側の領域のみに配置されている。これにより、各ガス供給孔４１１は、円板の底面の中心を通る中心軸に対して成す角度「θ」が、少なくとも１０°以上の例えば３５°以上となっている。かかる構成により、ガス供給ノズル４１ｉの底面の中心領域（ガス供給管４３直下に位置している）では、処理ガスの流れが堰き止められてガス供給孔４１１から噴出する処理ガスの勢いが弱まる一方、ガス供給ノズル４１ｉの周縁領域では、前記中心領域で処理ガスの流れが堰き止められた結果として、当該ノズル４１ｉ内部の圧力が高まるため、ガス供給孔４１１から噴出する処理ガスの勢いが強められる。これらの結果、全体のガス供給孔４１１から均一に処理ガスを噴出させることができる。

　また、これらのガス供給孔４１１は、第１の実施の形態に係るガス供給ノズル４１と同様に、ガス供給ノズル４１ｉの先端側（本例ではノズル４１ｉの底面の中央領域側）ほど単位面積あたりの開口数が少なく、基端側（本例ではノズル４１ｉ底面の周縁から側面へかけての領域側）へ行くほど多くなるように配置してある。これにより、図５を用いて既に説明したように、ウエハＷの表面への処理ガス到達時の処理ガスの濃度を、ウエハＷの面内でできるだけ均一にすることができる。ここで、各ガス供給孔４１１の開口面積が異なってよい場合には、先端側と基端側とで、当該開口面積の比を、図５に示した投影面積の比Ｐ１：Ｐ２に合わせるとよい。この点については、第１の実施の形態に係るガス供給ノズル４１と同様である。

　さらにまた、扁平形状に形成されるガス供給ノズル４１ｉは、図１５に示したように底面側から見た平面形状が円形の円板形状に限られない。例えばガス供給ノズル４１ｉの平面形状は、多角形や楕円形などであってもよい。

　このほか、ガス供給孔４１１は、扁平なガス供給ノズル４１ｉの底面及び側面の双方に設けられる場合に限定されず、例えばノズル本体の底面のみにガス供給孔４１１が設けられた場合も本明の技術的範囲に含まれる。このとき、底面に設けられたガス供給孔４１１の先端部をノズル本体の底面から僅かに突出させ、末広がり形状の凹部４２２の底に向けてガスを噴出させること等により、ガス供給孔４１１をノズル本体の側面に設けた場合と略同様にガスを供給することもできる。

　上述の成膜装置１では、Ｓｒ原料とＴｉ原料とオゾンガスとを処理ガスとしてＳＴＯの薄膜を成膜する場合について説明したが、当該成膜装置１にて成膜可能な薄膜の種類はこれに限定されるものではない。例えば、ＴＥＭＡＺとオゾンガスないし水蒸気とを処理ガスとして、酸化ジルコニウムの薄膜を成膜するプロセスなどに適用してもよい。また、当該成膜装置１に適用可能なプロセスの種類も、ＡＬＤやＭＬＤに限定されるものではなく、原料ガスと反応ガスとを連続供給する通常タイプのＣＶＤプロセスであってもよい。

　また、上述の実施の形態においては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

　＜実施例＞
（シミュレーション１）
　第１の実施の形態に係るガス供給装置４のモデルを作成し、処理ガス供給時とパージガス供給時とにおける処理雰囲気内の処理ガス濃度分布をシミュレーションした。

　Ａ．シミュレーション条件
　既述のＳｒ原料、Ｔｉ原料の溶媒であるトルエンをキャリアガスであるアルゴンガス中に揮発させた気体を、処理ガスのモデルガスとした。処理雰囲気内の温度を２３０℃、処理雰囲気出口の圧力を４５Ｐａとした。

（実施例１－１）
　図１８に示すように、前記実施の形態に係る成膜装置１において、ガスが通流する空間（通流空間４３０、ガス供給ノズル４１内部、及び、拡散空間４０（処理雰囲気））を、当該空間の中央位置を基準にして周方向に４分割したモデル空間を作成した。そして、処理ガスを供給して当該モデル空間内の処理ガスの濃度を０ｖｏｌ％から４．０ｖｏｌ％まで上昇させるというシミュレーションを行った。
　このとき、処理ガスの供給を開始してから０．０１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。処理ガスの供給の際には、当該ガスの逆拡散を防止するため、カウンターガスが処理ガスと同時に供給された。図１８において、実線の矢印で示した位置から処理ガスが供給され、破線の矢印で示した位置からカウンターガスが供給された。
　処理ガス供給量：
　　トルエン　　　　　０．１ｇ／ｍｉｎ、
　　アルゴンガス　　５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　カウンターガス供給量：
　　アルゴンガス　１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）

（実施例１－２）
　（実施例１－１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。

（実施例２－１）
　（実施例１－１）及び（実施例１－２）の条件にて処理ガスを供給した後のモデル空間に、パージガスを供給して、処理ガスの濃度を４．０ｖｏｌ％から０ｖｏｌ％まで低下させるシミュレーションを行った。
　処理ガスの供給を開始してから０．０１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。図１８の実線（以下、処理ガスラインという）、破線（以下、カウンターガスラインという）のいずれからも、パージガスとしてのアルゴンガスが供給された。
　処理ガスライン供給量： 
　　アルゴンガス　　　　　５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　カウンターガスライン供給量：
　　アルゴンガス　　　　１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）

（実施例２－２）
　（実施例２－１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。

（実施例２－３）
　（実施例２－１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．５秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。

　Ｂ．シミュレーション結果
　（実施例１－１）～（実施例１－２）のシミュレーション結果を、図１９Ａ及び図１９Ｂに示し、（実施例２－１）～（実施例２－３）のシミュレーション結果を、図２０Ａ乃至図２０Ｃに示す。

　これらの図では、図１８に示したモデル空間の底面（ウエハＷの表面に相当する）について、処理ガスの面内濃度分布を等濃度線にて区画表示してある。各図に示した数値は、当該区画内のガス濃度［ｖｏｌ％］の範囲を示している。

　実際のシミュレーション結果は、コンピュータグラフィクスによって濃度分布がグラデーション表示されたカラー画面にてアウトプットされたが、図示の便宜上、上記各図では、概略の濃度分布を示してある。すなわち、これらの図において、隣接する区画領域間の濃度範囲が連続していない箇所があるのは、実際に濃度分布が飛び飛びになってしまっているわけではなく、これらの領域間に急峻な濃度勾配が存在していることを意味している。

　図１９Ａ、図１９Ｂに示すように、（実施例１－１）～（実施例１－２）の結果によれば、処理ガス導入開始後０．０１秒で、ウエハＷ表面のおよそ半分の領域が、３．５ｖｏｌ％～４．０ｖｏｌ％まで上昇している。そして、処理ガス導入開始後０．１秒で、ウエハＷ表面の大部分の領域が、４．０ｖｏｌ％の目標濃度まで上昇している。すなわち、短時間で均一な処理ガスの供給ができており、十分な実用性があることが確認された。

　また、図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃに示すように、（実施例２－１）～（実施例２－３）の結果によれば、パージガス供給開始後０．１秒の時点で、ウエハＷ表面のガス濃度がほぼ０％近く（４．０×１０^－５～８．０×１０^－５ｖｏｌ％）まで低下しており（図２０Ｂ、実施例２－２）、短時間でほぼ完全なパージができていることが確認された。

　以上の結果より、前記実施の形態に示した処理容器２は、短時間で均一に処理ガスを供給、パージすることができるといえる。

　（シミュレーション２）
　第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａのモデルを作成し、処理ガス供給時の処理雰囲気内の処理ガス濃度分布をシミュレーションし、第１の実施の形態に係るガス供給装置４モデルのシミュレーション結果と比した。

　Ａ．シミュレーション条件
　モデルガス、処理雰囲気内の温度及び圧力は、（シミュレーション１）と同様であった。

（実施例３－１）
　図１８と同様の考え方により、図１５乃至図１７に示した第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａのモデル空間を作成し、処理ガスの濃度を０．０ｖｏｌ％から４．０ｖｏｌ％まで上昇させるというシミュレーションを行った。このとき、処理ガスの供給を開始してから０．００７秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。処理ガスの供給量、カウンターガスの供給量、等の条件については、（実施例１－１）と同様であった。

（実施例３－２）
　（実施例３－１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．０１秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。

（実施例３－３）
　（実施例３－１）と同条件にて、処理ガスの供給を開始してから０．０２秒後の時刻における処理ガスの濃度分布が求められた。

　Ｂ．シミュレーション結果
　（実施例３－１）～（実施例３－３）のシミュレーション結果を、図２１Ａ乃至図２１Ｃに示す。これらの図には、既述の図１９Ａ～図２０Ｃと同様に、モデル空間の底面（ウエハＷの表面）における処理ガスの面内濃度分布を等濃度線にて区画表示してある。図面表示が煩雑になることを避けるため、図２１Ａ及び図２１Ｂでは、一部濃度範囲の表示が省略されている。

　図２１Ａ乃至図２１Ｃに示すように、（実施例３－１）～（実施例３－３）の結果によれば、処理ガスの導入開始後、わずか０．００７秒で、１．５ｖｏｌ％～２．０ｖｏｌ％の領域が現れ、処理ガスの導入開始後０．０１秒では、当該領域の濃度は２．５ｖｏｌ％～３．０ｖｏｌ％まで上昇している。そして、処理ガスの導入開始後０．０２秒では、全体のおよそ１／３の領域の濃度が目標である４．０ｖｏｌ％まで上昇しており、この段階で１．０ｖｏｌ％以下の濃度領域は殆ど残されていない。そして、処理ガス導入開始後０．１秒では、ウエハＷの表面の大部分の領域が４．０ｖｏｌ％の目標濃度まで上昇していることが確認された（図示は省略）。これらの結果から、第２の実施の形態に係るガス供給装置４ａは、第１の実施の形態の場合と同様に、十分な実用性を備えているといえる。

Claims (14)

1. 　処理容器内の載置台に載置される基板に対向するように配置されて、前記基板に対して処理を行うための処理ガスを供給するガス供給装置において、
   　前記載置台上の基板と対向する位置に、ガスの拡散空間を構成するために、前記載置台に向かって末広がりの形状に形成された凹部を有する天板部材と、
   　前記凹部の頂部から当該凹部内に突出し、当該凹部の周方向に沿う複数のガス供給孔を有するガス供給ノズルと、
   を備えたことを特徴とするガス供給装置。
2. 　前記凹部は、前記載置台に向かって末広がりのテーパ面により形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
3. 　前記ガス供給ノズルは、前記天板部材を貫通するガス供給管の先端部に設けられており、
   　前記ガス供給ノズル及び前記ガス供給管は、複数の処理ガスに対して共通である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給装置。
4. 　前記ガス供給管は、前記天板部材に対して着脱自在に構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガス供給装置。
5. 　前記ガス供給ノズルは、偏平形状のノズル本体と、当該ノズル本体の少なくとも底面に設けられたガス供給孔と、を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガス供給装置。
6. 　前記ガス供給孔は、前記凹部の中心軸に対して、少なくとも１０度の傾きを持って開口している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のガス供給装置。
7. 　前記ガス供給ノズルは、先端部側から基端部側へ向かうに従って、当該ガス供給ノズルの表面の単位面積あたりのガス供給孔の開口数が多くなっている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のガス供給装置。
8. 　処理容器内の載置台上に載置される基板に、互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜装置であって、
   　基板が載置される載置台を有する処理容器と、
   　請求項１乃至７のいずれかに記載のガス供給装置と、
   を備えたことを特徴とする成膜装置。
9. 　第１の処理ガスとして原料ガスを供給して基板に吸着させる段階と、第２の処理ガスとして前記原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する段階と、を交互に行うと共に、
   　前記の両段階の間に、処理雰囲気をパージガスによってパージする段階を行う、というように装置各部に制御信号を出力する制御部を備えている
   ことを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
10. 　前記ガス供給装置の前記拡散空間に連通し、当該拡散空間内の雰囲気を側方から排気するための真空排気路が設けられている
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の成膜装置。
11. 　前記凹部の前記載置台側の開口部は、当該開口部の投影面が前記載置台上に載置される基板の面積の３０％以上の領域を覆うようになっている
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の成膜装置。
12. 　処理容器内の載置台上に載置される基板に、互いに異なる複数の処理ガスを供給してこれらの処理ガスを反応させ、前記基板の表面に薄膜を成膜する成膜方法であって、
    　基板を処理容器内の載置台上に載置する載置工程と、
    　請求項１乃至７のいずれかに記載のガス供給装置を利用して処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
    を備えたことを特徴とする成膜方法。
13. 　前記処理ガス供給工程は、
    　第１の処理ガスとして原料ガスを供給して基板に吸着させる段階と、第２の処理ガスとして前記原料ガスと反応する反応ガスを供給して基板上に反応生成物を生成する段階と、を交互に行うようになっており、
    　さらに前記両段階の間に、処理雰囲気をパージガスによってパージする段階を行ようになっている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
14. 　前記ガス供給装置の前記拡散空間内の雰囲気を側方から真空排気する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の成膜方法。

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