WO2003071003A1

WO2003071003A1 - Tete d'aspersion de gaz, dispositif et procede de formation d'un film

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Description

明細書ガスシャワーへッド、成膜装置及び成膜方法技術分野

本発明は、半導体ウェハ等の基板に対してガスの供給を行うガスシャワーへッド、当該ガスシャワーへッドを用いて前記基板の表面に成膜を行う成膜装置及び成膜方法に関する。背景技術

半導体装置の製造プロセスの一つに、 C V D (Chemical vapor deposition ) 処理により被処理体上に成膜を行うプロセスがある。この成膜プロセスを行う装置の一つに、枚葉式の成膜装置がある。この成膜装置は、例えば内部に半導体ゥェハ（以下ウェハと略す）を載置するための載置台を有する処理容器と、当該載置台と対向して設けられウェハ表面に向けて成膜ガスの供給を行うガスシャワーヘッドと、を備えている。このシャワーヘッドには、複数種の成膜ガスが互いに混じらないように且つ横方向に拡散されてウェハ表面に均一に供給されるように、ガス流路が形成されている。また、シャワーヘッドは、金属板（金属製の拡散板）を例えば三段に積み重ねて構成される。これら金属板は、例えばボルトにて互いに固定され且つ処理容器に取り付けられている。上面側から供給される成膜ガスは、三段の金属板内を貫通する流路を下方に向かって流れ、下端面に形成された多数の孔部を介してウェハの表面全体に均一に供給される。ガスシャワーへッドには、複数種の成膜ガスが同時に供給されるようになっている。例えばチタンナイトライド（T i N ) を成膜するために、 T i C 1 ₄ ガスと N H ₃ ガスとが、互いに混じらないようにガスシャワーへッド内を通過して処理容器内に供給され ο

しかしながら、上述したような複数種の成膜ガスを供給するためのガスシャヮ —へッドには、以下のような問題がある。

ネジ止めにより固定される各段の金属板の接触面（接合面） P 2には、図 7に示すように、機械的研磨では解消し得ない微小な凹凸がある。このため、ネジ止めをしても完全に密着することはなく、図 8に示すように、数 zmのごく微小な隙間が生じてしまう。従って、この隙間を介して、 T i C l ₄ ガスと N H ₃ ガスとが混じり合ってしまうことがあり、この場合にガスシャワーへッド内で不所望の生成物が生じることがある。

即ち、両成膜ガスは熱エネルギーにより反応を起こすため、通常はその裏面側から加熱されるウェハの表面近傍で反応が起こるのであるが、ガスシャヮ一へヅドとウェハとは接近しているため、ウェハから放射される熱によりガスシャワーへッドが加熱されることにより、両成膜ガスの一部がガスシャワーへヅド内で反応してしまうのである。こうして生じた反応生成物は、パーティクルの原因となるおそれがある。

一方、拡散板の接合時に、当該拡散板の接合面にろう材を塗布しておくことで前記隙間の発生を防ぐという手法もある。しかしながら、この手法を採ると、拡散板内の流路近傍部位でろう材と成膜ガスとが反応し、その反応生成物がパ一ティクルとなるおそれがある。具体的には、上述構成の装置において、例えば A g、 C u、 Z n等のガスシャワーヘッドの構成母材以外のろう材を用いた場合に、成膜ガス中の C 1や F等がろう材と反応し、反応生成物が発生するおそれがある。また、ろう材を用いると、各拡散板を分解することが困難となる。このため、洗浄作業を行う場合に不便であるという問題もある。発明の要旨

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、複数の金属部材を重ね合わせることによって構成され、基板に対して複数種の成膜ガスを供給可能なガスシャワーへッドにおいて、各金属部材の接触面間に生じる隙間の存在によって異なる種類の成膜ガスが混じり合うことを防ぐ技術を提供することにある。本発明の他の目的は、前記ガスシャワーヘッドを成膜装置に適用してパーティクルの発生を抑えることにある。

本発明は、基板の表面に対向して設けられると共に前記基板と対向する面に多数の孔部が設けられ、ガス供給路から送られる複数種の成膜ガスをこれら孔部を介して前記基板に同時に供給するガスシャワーへッドにおいて、複数の金属部材を有し、当該複数の金属部材を上下に重ね合わせた状態で所定の温度条件で加熱することにより各金属部材の接触面同士が局所的に金属拡散接合されているシャヮ一へッド本体と、前記シャワーへッド本体内の前記接触面を横切るように貫通し、且つ、成膜ガスの種類毎に各々が混じり合うことのないように独立して形成される複数のガス流路と、を備え、前記温度条件は、その後の再加熱により、局所的に金属拡散接合された部分は剥離可能な温度条件であることを特徴とするガスシャワーへッドである。

本発明によれば、ガスシャワーへッドを構成する金属部材の接触面同士を加熱により局所的に化学的に結合させているので、当該接合面において、機械的な結合では十分に解消し得なかった微小な凹凸により形成される微小な隙間が、顕著に低減されている。従って、各ガス流路におけるガス漏れが抑えられると共に、ガスシャワーへッド内で異なる成膜ガス同士が混じり合って不所望の反応生成物が生じることを防ぐことができる。

例えば、複数の金属部材は、ニッケルまたはニッケル合金からなる。特に好ましくは、複数の金属部材は、ニッケルからなる。

また、本発明は、基板を載置するための載置台を有する処理容器と、前記載置台に載置される基板を加熱するための加熱部と、前記処理容器に設けられた前記特徴を有するガスシャワーへッドと、を備えたことを特徴とする成膜装置であるまた、本発明は、処理容器内の載置台に載置された基板に対して、当該基板に対向するガスシャワーへッドから成膜ガスを供給して成膜処理を行う成膜方法において、ガスシャワーへッドを構成する複数の金属部材を重ね合わせた状態で、これを所定の温度条件で加熱して、各金属部材の接触面同士を局所的に金属拡散接合するガスシャワーへヅドの組み立て工程と、前記ガスシャワーへッドを介して複数種の成膜ガスを当該シャワーへッド内で混ざらないように基板に供給し、当該基板の表面に成膜処理を行う処理工程と、を備え、前記温度条件は、その後の再加熱により局所的に金属拡散接合された部分が分離可能な温度条件であることを特徴とする成膜方法である。

好ましくは、前記組み立て工程は、複数の金属部材を重ね合わせて所定のトルクで押圧する押圧工程と、その後ガスシャワーへッドを処理容器に装着する装着工程と、を含む。

前記押圧工程は、例えば、ネジ止めを行うことによって実施される。

また、前記所定のトルクは、好ましくは 1 5 k g / c m² 以上のトルク、特には略 3 0 k g / c m² のトルクである。

例えば、前記組み立て工程において、ガスシャワーヘッドは、基板を加熱するための加熱部及びガスシャワーへッドに設けられた加熱部の少なくとも一方を用いて加熱される。

前記組み立て工程の温度条件は、好ましくは 5 0 0 °C以上、特には 5 0 0 °C〜 5 5 0 °Cである。

また、前記組み立て工程において、前記温度条件は略 1 2時間継続されることが好ましい。

また、前記処理工程の後、ガスシャワーヘッドを加熱して複数の金属部材を互いに分離する分離工程を更に含むことが好ましい。

この場合、例えば、前記分離工程において、ガスシャワーヘッドは、基板を加熱するための加熱部及びガスシャワーへッドに設けられた加熱部の少なくとも一方を用いて加熱される。

また、好ましくは、前記分離工程において、ガスシャワーへッドは 5 5 0 °C以上に加熱される。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係る成膜装置の一実施の形態を示す縦断面図である。

図 2は、前記成膜装置に設けられるシャワーへッド本体の構成を示す縦断面図である。

図 3は、前記シャワーへッド本体を分解して示した縦断面図である。

図 4は、本実施の形態における作用を示す工程図である。

図 5は、本実施の形態の効果を確認するために行われた試験の結果を示す特性図である。

図 6は、本発明に係る成膜装置の他の実施の形態におけるシャワーへッド本体の構成を示す縦断面図である。

図 7は、従来の技術に係るガスシャワーへッドの課題について示す概略説明図である。

図 8は、従来の技術に係るガスシャワーへッドの課題について示す概略説明図であ。。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明に係るガスシャワーへッドを適用した成膜装置の実施の形態を、図 1〜図 3を参照しながら説明する。 1 1は、例えばアルミニウムよりなる処理容器を構成するチャンパである。このチャンバ 1 1内には、基板であるウェハ W を載置するためのウェハ Wより僅かに大きな円板状の載置台 1 2と、この載置台 1 2を下方側で支持する支持体 1 3と、が設けられている。載置台 1 2内には、例えば抵抗加熱体からなり加熱部を構成する第 1のヒ一夕 1 4が埋設されている。第 1のヒータ 1 4は、成膜処理時において、例えばウェハ Wを全面に亘つて均等に昇温させる。或いは、第 1のヒータ 1 4は、後述するガスシャワーへッドの組み立て及び分解の各作業時に、ガスシャワーヘッドを所定温度に加熱する。これらの目的のために、例えば成膜装置外に設けられる電力供給部 1 5が、各用途に応じて第 1のヒータ 1 4の温度制御を行うようになっている。

チャンバ 1 1の天井部には、ガスシャワーへッド本体 3 0と当該ガスシャワーへッド本体 3 0の側方を支持するリッド 3 0 aと絶縁シール部材 3 0 cと石英フイラ一 3 0 bとで構成されるガスシャワーへッド 3が設けられている。後述するように、ガスシャワーヘッド本体 3 0は 3つの金属板 3 a、 3 b 3 cから構成されており、金属板 3 aの外縁部が、絶縁シール部材 3 0 cを介してリツド 3 0 a に支持されている。絶縁シール部材 3 0 cは、高周波電力供給時に、チャンバ 1 1とガスシャワーへヅド 3とを絶縁するための部材であり、例えば A l ₂ 0₃ 等で構成される。一方、ガスシャワーへッド本体 3 0の外周とチャンパ 1 1との間には、環状の石英フイラ一 3 O bが設けられている。これにより、チャンパ 1 1 のデッドスペースが埋め込まれ、良好な成膜処理が可能となっている。

このガスシャワーヘッド 3は、ガス供給路をなすガス供給管 2 1、 2 2に接続されている。ガスシャワーヘッド 3の下端面には、多数の孔部 3 3、 3 4 (図 2 及び図 3参照）が形成されている。これらの孔部を介して、前記載置台 1 2上に載置されるウェハ Wの表面に、成膜ガスの供給が行われ得る。また、ガスシャヮ一へッド 3の上面部には、第 2のヒー夕 2 3が設けられている。第 2のヒー夕 2 3は、上述した第 1のヒー夕 1 4と同様に、電力供給部 1 5によって温度制御されるように構成されている。更にまた、ガスシャワーヘッド 3には、整合器 2 0 aを介して高周波電源部 2 0 bが接続されている。これにより、成膜処理時において、ウェハ Wに供給される成膜ガスがプラズマ化され、成膜方法が促進され得る。

チャンパ 1 1の側方には、ウェハ Wの搬入出のためのゲートバルブ 1 6が設けられている。載置台 1 2には、ゲートパルプ 1 6を介して進入してきた図示しない搬送アームとの間でウェハ Wの受け渡しを行えるように、リフトピン 1 7 (実際には例えば 3本ある）が突没自在に設けられている。リフトピン 1 7の昇降は、その下端部を支持する支持部材 1 7 aを介して、昇降機構 1 7 bの働きにより行われる。また、支持体 1 3の周囲には、図 1に示すように、排気口 1 1 aが形成されている。この排気口 1 l aには、排気管 1 8及びバルブ V Iを介して、真空ポンプ 1 9が接続されている。

次に、本実施の形態の要部であるシャワーヘッド本体 3 0について、図 2及び図 3を参照して説明する。図 2は、シャワーヘッド本体 3 0の全体構造を示す縦断面図である。シャワーヘッド本体 3 0は、図 2に示すように、例えばニッケルよりなる 3つの金属部材である金属板 3 a、 3 b、 3 cを上下に積み重ねて構成されている。各金属板 3 a、 3 b、 3 cの接触面（接合面）は、例えば機械加工、機械研磨、化学研磨または電解研磨等によって加工がなされている。その表面粗さは、例えば R a 3 . 2〜0 . 2程度である。

図 3は、これら三段の金属板 3 a、 3 b、 3 cを分解して示したものである。各金属板を便宜的に上段部 3 a、中段部 3 b、下段部 3 cと呼ぶものとすると、上段部 3 aと中段部 3 bとの接合面 P 1、及び、中段部 3 bと下段部 3 cとの接合面 P 2が、共に拡散接合により隙間なく接合されている。上段部 3 aと中段部 3 bとの間には、空間 3 1が形成されており、中段部 3 bと下段部 3 cとの間には、空間 4 1が形成されている。中段部 3 bには、空間 3 1から下段部 3 cへと貫通する多数の第 1のガス流路 3 2と、空間 3 1とは連通せず空間 4 1と連通する第 2のガス流路 4 2と、が形成されている。下段部 3 cには、第 1のガス流路 3 2に連通する多数の第 1の孔部 3 3と、空間 4 1に連通する多数の第 2の孔部 4 3とが形成されている。また、上段部 3 aと中段部 3 bとは、ボルト 3 4 aによっても固定（ネジ止め）可能とされている。同様に、中段部 3 bと下段部 3 c とは、ボルト 3 4 bによっても固定が可能とされている。

上段部 3 aの上面には、既述のように、ガス供給管 2 1及びガス供給管 2 2が夫々接続されている。ガス供給管 2 1は空間 3 1に連通し、ガス供給管 2 2は第 2のガス流路 4 2を介して空間 4 1へと連通している。

ここで、空間 3 1及び空間 4 1の形状について、図 3を参照しながら説明する _c 空間 3 1は、例えば、中段部 3 bの上面に形成される円柱状の凹部 3 5 aと上段部 3 aの下面 3 5 bとで囲まれる円柱状の空間であり、横方向に連通する一体的空間として構成されている。空間 4 1は、例えば、中段部 3 bの下面 3 6 aに形成される円柱状の多数の凸部 4 l bにより形成される。すなわち、各凸部 4 l b に隣接する空隙部（溝部）が横方向に連通して、空間 4 1は、中段部 3 bの下面 3 6 aと下段部 3 cの上面 3 6 bとの間に、横方向に連通する一体的空間として構成されている。

これにより、ガス供給管 2 1から送られてくる成膜ガスは、空間 3 1にて横方向に均一に分散され、第 1のガス流路 3 2を介して第 1の孔部 3 3へと向かう。一方、ガス供給管 2 2から送られてくる成膜ガスは、第 2のガス流路 4 2を介して空間 4 1へと流入し、空間 4 1内で横方向に均一に分散して、第 2の孔部 4 3 へと向かう。即ち、ガス供給管 2 1及び 2 2をそれそれ流れる 2種類の成膜ガスは、シャワーへヅド本体 3 0内で混じりあうことなしに、独立してウェハ Wに向かって、処理室内で初めて混合するようになっている。このようなガスシャワーヘッド 3は、マトリックスタイプと呼ばれている。

次いで、ガス供給管 2 1、 2 2の上流側について説明する。ガス供給管 2 1の上流側には、バルブ V 2を介して第 1の成膜ガス（T i C l ₄ ) 供給源 2 l aが接続されている。また、ガス供給管 2 2の上流側には、ノ、'ルブ V 3を介して第 2 の成膜ガス（NH₃ ) 供給源 22 aが接続されている。第 1及び第 2の成膜ガス供給源 2 1 a、 22 aには、夫々の成膜成分であるソースガスが貯留されている。第 1の成膜ガス供給源 2 l aは、例えば成膜処理時に、キャリアガスを用いて各液体ソースを気化させて蒸気とし、この蒸気をガス供給管 2 1を介してガスシャヮ一へッド 3に送るように構成されている。第 2の成膜ガス供給源 22 aは、例えば成膜処理時に、第 2の成膜ガスの蒸気をガス供給管 22を介してガスシャヮ —へヅド 3に送るように構成されている。

次に、本発明の上述の実施の形態における作用について、図 4に示す工程図に沿って説明していく。先ず、ウェハ Wへの成膜処理に先立ち、ガスシャワーへッド 3の組み立てが行われる。これは、例えば洗浄などを行うために分解されたシャヮーヘッド本体 30をなす 3つの金属板を接合する作業である。まず、例えばチャンバ 1 1の外部にて、上段部 3 a、中段部 3 b、下段部 3 cを所定の向き及び位置で密着させる。そして、上段部 3 aと中段部 3bとの間はボルト 34 aにて、中段部 3 bと下段部 3 cとの間はボルト 34 bにて、各箇所が例えば 15 k g/cm² 以上、好ましくは略 30 kg/cm² のトルクで仮止めされる（ステップ S 1) 。そして、仮止めされたガスシャワーへッド 3がチャンバ 1 1内の所定位置に装着され、チャンバ 1 1内に例えば図示しない窒素ガス供給手段から 3 600 c c/分で窒素ガスが供給されると共に、圧力が 1. 33322 X 10² P a ( l T o r r) となるように排気流量の調節が行われる。係る状態で、第 1 のヒー夕 14及び第 2のヒ一夕 23を用いて、チャンバ 1 1内の加熱が開始される。これにより、シャワーヘッド本体 30内の上段部 3 a (の下面）と中段部 3 b (の上面）との接合面 P 1及び中段部 3 bの下面 36 aにおける凸部 4 1 bの面と下段部 3 cの上面 36 bとの接合面 P 2において、ニッケル同士が結合し、当該接合面 P l、 P 2における微小な隙間を埋めながら、極表層で金属拡散接合が進行する。例えばボル卜 34 a、 34 bを外しても接合面 P 1または接合面 P 2が分離しない程度の結合力を得られるまで、そのまま加熱が継続される。これにより、ガスシャワーヘッド 3の組み立てが終了する。具体的には、接合面 P l、 P 2が所定の結合力を得ることが必要である。例えば接合面 P 2の面積（中段部 3 bの下面 36 aにおける凸部 4 1 bの面の面積）が 50 cm² 以上好ましくは 7 0 c m² 以上であるときには、 5 0 0 °C以上で好ましくは 5 0 0 ° (〜 5 5 0 °C の範囲で（いずれも接合面における温度） 1 2時間の加熱を行うことが好ましい。続いて、ウェハ Wに対して成膜処理が行われる。先ずゲートバルブ 1 6が開いて、図示されない搬送アームがチャンパ 1 1内へと進入し、ウェハ Wが搬送ァ一ムからリフトビン 1 7へと受け渡される。しかる後、リフトピンが下降してゥェハ Wが載置台 1 2の中央に載置され、ステップ S 3の成膜処理工程が開始される。この工程では、先ず第 1のヒー夕 1 4及び第 2のヒ一夕 2 3により、ウェハ Wの表面温度が所定のプロセス温度例えば 4 5 0 °C〜7 0 0 °Cとなるまで昇温される。また、バルブ V Iが開いて、チャンバ 1 1内が所定の真空度に維持されるように排気口 1 1 aを介して真空ポンプ 1 9から排気が行われる。しかる後、バルブ V 2及び V 3が開いて、ガスシャワーへッド 3への成膜ガスの供給が開始される。このとき、図示しない制御部が、 T i C l ₄ ガス及び N H ₃ ガスが所定の流量でガスシャワーへッド 3に向かうように、例えば図示しない流量調節手段を介して各成膜ガスの流量調節を行う。

T i C 1 4 ガス及び N H ₃ ガスは、ガスシャワーヘッド 3内において、各流路内を下方側に向かいながら夫々混じり合うことなく均一に分散していき、互い違いに配置された第 1の孔部 3 3及び第 2の孔部 4 3を介して、ウェハ Wの表面全体に均等に供給される。そして、各成膜ガスは、ウェハ Wの表面近傍にて当該ゥェハ Wから放射される熱エネルギーを受けて分解する。そして、ウェハ Wの表面では、熱エネルギーによる化学的気相反応により、 T i Nの薄膜が成形される。所定時間経過後、バルブ V 2及び V 3が閉じて成膜ガスの供給が停止され、更に第 1のヒ一夕 1 4による加熱が停止されて、チャンバ 1 1内における所定の後ェ程が行われる。その後、搬入時とは逆の順序で、ウェハ Wの搬出が行われる。ガスシャワーヘッド 3は、例えば所定枚数の成膜処理を行った後で、図示しないガス供給源から送られるクリーニングガス例えば C 1 F ₃ ガスをチャンバ 1 1 内に供給し、チャンバ 1 1内に成膜された不要な膜の除去（クリーニング）を行う（ステップ S 4 ) 。

しかる後、内部の洗浄を行うために、ガスシャワーヘッド 3は再び解体（分解）される（ステップ S 5 ) 。このガスシャワーヘッド 3の解体工程は、基本的にステップ S 1及び S 2にて説明した組み立て工程と逆の順序で行われるものである。最初に、ガスシャワーヘッド 3がチャンバ 1 1から取り出されて、ステツプ S 1における仮止めのときよりもボルト 3 4 a、 3 4 bを例えば l mm程度ゆるませる。そして、再びガスシャワーヘッド 3がチャンバ 1 1内に戻されて加熱されると、接合面 P 1及び P 2における結合力が弱まり、シャワーヘッド本体 3 0を構成する各金属板同士が脱離する。

このときの加熱条件は、ステップ S 2と概ね同じであるが、加熱温度については、組み立て時よりも同じか僅かに高いことが好ましい。上述した例と同様のシャヮ一へッド本体 3 0について言えば、組み立て時の接合加熱温度が 5 0 0 °Cであった場合、分解時には 5 0 0 °C以上、特には 5 5 0。C以上とすることが好ましい。そして、加熱が停止され、冷却された後、上段部 3 a、中段部 3 b及び下段部 3 cが夫々分離され、チャンバ 1 1から取り出され、ボルト 3 4 a及びボルト 3 4 bが夫々外されることで解体工程が完了する。

このように、本実施の形態によれば、ガスシャワーヘッド 3 (シャワーヘッド本体 3 0 ) を構成する複数の金属面が加熱により化学的に結合されているため、例えばネジ止め等の機械的な結合によっては解消できなかった金属面（接合面）間の隙間、即ち、機械的研磨では解消し得なかった金属面（接合面）の微小な凹凸による隙間、が顕著に低減されている。従って、各金属板の接合面を横断して形成される成膜ガスの流路において、前記接合面でのガス漏れを完全に抑えることができる。このため、ガスシャワーヘッド 3内で異なる種類の成膜ガス同士が混じり合うことが抑えられると共に、この混じり合いに伴う反応生成物の発生をも完全に抑えることができる。

即ち、本実施の形態では、上記成膜ガスの混じり合いが完全に防がれて、各成膜ガスはガスシャワーヘッド 3の孔部 3 2 ( 3 2 a, 3 2 b ) の配列に従って、ウェハ W表面上の全体に高い精度で均一に供給され得る。これにより、薄膜の面内均一性が向上する。更に、ガスシャワーヘッド 3内における反応生成物の発生が抑えられるため、パーティクルの発生原因が消滅する。これにより、ウェハ W 上のパーティクルによる汚染のおそれが完全になくなり、製品の歩留まりが向上するという効果もある。更に本実施の形態では、金属面の接合にろう材または溶接等を用いる必要もないため、ガスシャワーヘッド 3の組み立てと同様の手順で、簡易に接合面を分離することができる。これにより、例えばガスシャワーヘッド 3内に形成されている各ガス流路の洗浄等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

なお、本実施の形態では、ガスシャワーヘッド 3の組み立て及び解体のいずれの工程も、成膜処理を行うチャンバ 1 1内で行われるが、これらの作業は例えばチャンバ 1 1とは別個に設けた加熱炉等にて行なわれてもよい。これにより、メンテナンス時間を大幅に低減することができ、装置の駆動率が向上し、製品の歩留まりも向上する。また、ガスシャワーヘッド 3を構成する金属板は、成膜ガスと反応することがなく且つ加熱による金属拡散接合及び分離が可能な金属であれば、ニッケル以外の金属で構成されてもよい。例えば、アルミニウム及びその合金、或いはニッケル、クロム系の合金等であっても同様の効果を得ることができる。更にまた、同様の効果を奏するものである限り、複数の金属板は全て同じ種類の金属である必要はない。具体的には、例えばニッケル製の金属板とアルミ二ゥム製の金属板との組み合わせ等が採用可能である。また、ガスシャワーヘッド 3の組み立て及び解体における加熱に際して使用されるヒー夕は、第 1のヒータ 1 4、第 2のヒー夕 2 3のいずれか一方であってもよい。

また、シャワーヘッド本体 3 0の構成は、上記実施の形態のものに限定されるものではない。例えば T i膜或いは T i N膜等の成膜に用いられる図 6に示すシャヮ—へッド本体 5によっても、上述実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。以下シャワーヘッド本体 5の構成について簡単に説明する。シャワーへッド本体 5についても、複数例えば三段の金属板からなる。これら金属板を上側から順に上段部 5 a、中段部 5 b及び下段部 5 cと呼ぶものとする。この場合、夫々の接合面 Q l、 Q 2は、金属拡散接合にて密着されている。これに加えて、三段の金属板は、下段部 3 cの下面側から上段部 3 aまで貫通するボルト 5 0によっても、固定が可能とされている。上段部 5 aと中段部 5 bとの間には、中段部 5 bの上面に凹部を形成してなる空間 5 1が形成されている。中段部 5 bと下段部 5 cとの間には、中段部 5 bの下面に凹部を形成してなる空間 6 1が形成されている。中段部 5 bには、空間 5 1から下段部 5 cへと連通する多数の第 1のガス流路 5 2と、空間 5 1には連通せず空間 6 1から上段部 5 aへと連通する第 2のガス流路 6 2と、が夫々形成されている。下段部 5 cには、第 1のガス流路 5 2と連通する多数の第 1の孔部 5 3と、空間 6 1と連通する多数の第 2の孔部 6 3とが夫々形成されている。第 1の孔部 5 3と第 2の孔部 6 3とは、例えば互い違いとなるように配列されている。

上段部 5 aの上面には、第 1の成膜ガスを供給するガス供給管 5 4と第 2の成膜ガスを供給するガス供給管 6 4とが接続されている。また、上段部 5 a内には、ガス供給管 5 4と空間 5 1とを連通させる第 3のガス流路 5 5と、ガス供給管 6 4と第 2の流路 6 2とを連通させる第 4のガス流路 6 5と、が形成されている。従って第 1の成膜ガスは、ガス供給管 5 4→第 3のガス流路 5 5→空間 5 1→第 1のガス流路 5 2 第 1の孔部 5 3という経路でウェハ Wへと供給され、第 2の成膜ガスは、ガス供給管 6 4→第 4のガス流路 6 5→第 2のガス流路 6 2→空間 6 1→第 2の孔部 6 3という経路でウェハ Wへと供給され、各々はシャワーへッド本体 5内で混じり合うことがない。

なお、シャワーヘッド本体 5に用いられる金属は、上述実施の形態と同様である。このため、加熱による接合、離脱の各工程についても、上述の実施の形態と同様の条件下で行うことが可能である。ぐ実施例 >

上述実施の形態における加熱条件とニッケル同士の結合力との関係を確認するため、一組のニッケル製の試験片を用意して、両者の結合力と加熱温度との関係を調べる試験を行った。この試験において用いた試験片同士の接触面積は、 2 5 c m² であった。加熱装置としては、本実施の形態の成膜装置を使用した。また、当該成膜装置におけるチャンバ内の圧力は、窒素ガスが 3 6 0 0 c c /分の流量で供給されて 1 . 3 3 3 2 2 X 1 0 ² P a ( 1 T o r r ) に維持され、更に加熱時間が 1 2時間とされて試験が行われた。

図 5は、この試験の結果を示す特性図である。図 5に示すように、ニッケルの結合力は、試験片の温度が 4 5 0 °C以上において急激に上昇することが分かる。なお、図中一点鎖線で示される結合力 αは、本実施の形態のガスシャワーヘッド 3において接合面 Ρ 1の面積が 5 0 c m²以上好ましくは 7 0 c m²以上であるときに、接合面 P 1が分離しない結合力を示すものである。このように拡散接合された金属面同士は、高い結合力で結ばれる、すなわち、接合面の微小な隙間が大幅に低減されることが確認できた。

Claims

請求の範囲

1 . 基板の表面に対向して設けられると共に前記基板と対向する面に多数の孔部が設けられ、ガス供給路から送られる複数種の成膜ガスをこれら孔部を介して前記基板に同時に供給するガスシャワーへッドにおいて、

複数の金属部材を有し、当該複数の金属部材を上下に重ね合わせた状態で所定の温度条件で加熱することにより各金属部材の接触面同士が局所的に金属拡散接合されているシャワーへッド本体と、

前記シャワーヘッド本体内の前記接触面を横切るように貫通し、且つ、成膜ガスの種類毎に各々が混じり合うことのないように独立して形成される複数のガス流路と、

を備え、

前記温度条件は、その後の再加熱により局所的に金属拡散接合された部分が分離可能な温度条件である

ことを特徴とするガスシャワーへッド。

2 . 複数の金属部材は、ニッケルまたはニッケル合金からなる

ことを特徴とする請求項 1に記載のガスシャワーへッド。

3 . 複数の金属部材は、ニッケルからなる

ことを特徴とする請求項 2に記載のガスシャワーへッド。

4 . 基板を載置するための載置台を有する処理容器と、

前記載置台に載置される基板を加熱するための加熱部と、

前記処理容器に設けられた請求項 1乃至 3のいずれかに記載のガスシャワーへッドと、

を備えたことを特徴とする成膜装置。

5 . 処理容器内の載置台に載置された基板に対して、当該基板に対向するガスシャワーへッドから成膜ガスを供給して成膜処理を行う成膜方法において、ガスシャワーへッドを構成する複数の金属部材を重ね合わせた状態で、これを所定の温度条件で加熱して、各金属部材の接触面同士を局所的に金属拡散接合するガスシャワーへッドの組み立て工程と、

前記ガスシャワーへッドを介して複数種の成膜ガスを当該シャワーへッド内で混ざらないように基板に供給し、当該基板の表面に成膜処理を行う処理工程と、を備え、

ことを特徴とする成膜方法。

6 . 前記組み立て工程は、

複数の金属部材を重ね合わせて所定のトルクで押圧する押圧工程と、その後ガスシャワーへッドを処理容器に装着する装着工程と、

を含むことを特徴とする請求項 5に記載の成膜方法。

7 . 前記押圧工程は、ネジ止めを行うことによって実施される

ことを特徴とする請求項 6に記載の成膜方法。

8 . 前記所定のトルクは、 1 5 k g/ c m² 以上のトルクである

ことを特徴とする請求項 6または 7に記載の成膜方法。

9 . 前記所定のトルクは、略 3 0 k g/ c m² のトルクである

ことを特徴とする請求項 8に記載の成膜方法。

1 0 . 前記組み立て工程において、ガスシャワーへッドは、基板を加熱するための加熱部及びガスシャワーへッドに設けられた加熱部の少なくとも一方を用いて加熱される

ことを特徴とする請求項 5乃至 9のいずれかに記載の成膜方法。

11. 前記組み立て工程の温度条件は、 500°C以上であることを特徴とする請求項 5乃至 10のいずれかに記載の成膜方法。

12. 前記組み立て工程の温度条件は、 500°C〜 550°Cであることを特徴とする請求項 11に記載の成膜方法。

13. 前記組み立て工程において、前記温度条件は略 12時間継続されることを特徴とする請求項 11または 12に記載の成膜方法。

14. 前記処理工程の後、ガスシャワーヘッドを加熱して複数の金属部材を互いに分離する分離工程

を更に含むことを特徴とする請求項 5乃至 13のいずれかに記載の成膜方法。

15. 前記分離工程において、ガスシャワーヘッドは、基板を加熱するための加熱部及びガスシャワーへッドに設けられた加熱部の少なくとも一方を用いて加熱される

ことを特徴とする請求項 14に記載の成膜方法。

16. 前記分離工程において、ガスシャワーヘッドは、 550°C以上に加熱される

ことを特徴とする請求項 14または 15に記載の成膜方法。