WO2003104524A1

WO2003104524A1 - 処理装置及び処理方法

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Publication number: WO2003104524A1
Application number: PCT/JP2003/007294
Authority: WO
Inventors: 軍司　勲男; 石坂　忠大; 河南　博; 沢田　郁夫; 小島　康彦
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2004-12-10
Also published as: JPWO2003104524A1; AU2003242104A1; US20050211167A1; JP4354908B2

Abstract

チャンバ(12)の天井面(12b)のほぼ全体にガス供給口(19)が形成されている。また、ガス供給口(19)には、シャワーヘッド(20)が嵌装されている。天井面(12b)の周縁には、天井面(12b)と90度より大きい角度をなすように構成された第2の側壁(12d)が接続されている。また、サセプタ(16)の側面は、ウェハWの載置面と90度より大きい角度をなしチャンバ(12)の第2の側壁(12d)と略平行になるように形成されている。さらに、サセプタ(16)は、その側面と第2の側壁(12d)との距離L2が、シャワーヘッド(20)とウェハWとの距離L1より大きくなるように配置される。

Description

明細書

処理装置及ぴ処理方法技術分野

本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に、所定の表面処理を施す処理装置及ぴ処理方法に関する。背景技術

現在、半導体集積回路の微細化、高集積化が進行した結果、基板等の基板表面に形成される酉 S泉溝等のパターンの微細化が進行している。これにより、配線金属の下地) ^として薄膜を形成する場合など、微細な配線溝内に極めて薄い膜を均 —に、良好なカバレッジで形成することが求められる。このため、近年、微細な溝内にも、良好な膜質で、原子層レベルの膜を形成可能な方法として、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition： A L D) と呼ばれる方法が開発されている。

A L Dは、例えば、以下のような工程から構成される。以下に示す例では、配線パターン（配線溝）が形成されたの表面に、四塩ィ匕チタンガスおょぴアンモニァガスを用いて、窒化チタンからなる下地膜を形成する場合について説明する。

まず、チャンバ内に基板を収容し、チャンパ內を所定の真空度まで減圧する。続いて、チャンバ内に四塩化チタンガスを所定時間導入する。これにより、基板の表面に四塩化チタン分子が多層に吸着する。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージし、これにより、基板表面に吸着したほぼ 1層分の四塩化チタン分子を除いて、チャンバ内から四塩ィ匕チタンを除去する。

パージ後、チャンバ内にアンモニアガスを所定時間導入する。これにより、基板の表面に吸着した四塩化チタン分子とアンモニア分子とが反応して、の表面にほぼ 1原子層分の窒化チタン層が形成される。このとき、形成された窒ィ匕チタン層の上には、アンモニア分子が多層に吸着している。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージし、窒化チタン層上に吸着したほぼ 1層分のアンモニア分子を除いて、チャンバ内からアンモエア分子を除去する。続いて、再び、四塩化チタンガスをチャンバ内に所定時間導入する。これにより、 p及着したアンモニア分子と四塩化チタンとが反応して新たな窒ィ匕チタン層が形成される。すなわち、この状態ではほぼ 2原子層の窒化チタン層が形成されていることになる。

また、このとき、窒化チタン層上には四塩化チタン分子が多層に吸着している。その後、チヤンバ内を不活性ガスでパージすることにより、窒化チタン層上にほぼ 1層分の四塩化チタンが吸着した状態となる。その後、上記のように、アンモニァガスの導入、パージ、四塩化チタンガスの導入、パージ、…、というように、チャンバ内の雰囲気を切り替え、所定原子層分、すなわち、所定厚さの窒化チタン層を形成する。例えば、チャンバ内のガス雰囲気を数百〜数千回切り替えることにより、数 n m〜数十 n mの窒ィ匕チタン膜を形成することができる。従って、この A L Dを用いて高いスループットを得るには、ガス雰囲気の切り換えを高速に行う必要がある。

ところで、上記 A L D処理は、図 8に示すような処理装置を用いて行われる。図に示す処理装置 1 0 1は、円筒状のチヤンバ 1 0 2と、半導体ウェハ Wが載置され、シャフト 1 0 3によりチャンパ 1 0 2の略中央に固定された円盤状のサセプタ 1 0 4と、チャンパ 1 0 2の天井部に設けられたガス供給口 1 0 5と、チヤンパ 1 0 2の底部に設けられた排気口 1 0 6と、を備える。

上記構成のチャンバ 1 0 2内にガスが流れる際、チャンバ 1 0 2内のガス供給口 1 0 5およぴサセプタ 1 0 4の近傍 R 1、 R 2に、ガスが滞留する部位、所謂淀みが発生しやすい。これは、サセプタ 1 0 4の下方および排気口 1 0 6の近傍 R 3、 R 4においても同様である。淀みが発生した領域内では、ガスの流れが不均一となる。このため、チャンバ 1 0 2内のガス雰囲気を切り換える際、淀みが発生した領域は、他の領域よりもガスが切り換えられ難い。従って、淀み発生領域が広いほど、チャンパ 1 0 2内の雰囲気の切り換え速度は低下し、スループットが低下する。

このように、従来の A L Dに用いる処理装置は、淀みの発生により、ガス雰囲気の切り換え速度が低下し、十分に高い生産性が得られないおそれがあった。発明の開示

上記実状に鑑みて、本発明は、高速なガス雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高い処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第 1の観点に係る処理装置は、前記チヤンバ内に設けられ被処理体を載置する載置台と、

前記チヤンパの一面に設けられ前記チヤンバ内に所定のガスを供給するためのガス供給口と、

を備え、

前記載置台は、前記チヤンパの一面と略平行に配置され、

前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チヤンパの略垂直断面において、前記チャンバの一面に隣接する前記チヤンバの側壁は、前記チャンバの一面と 9 0度より大きい角度をなすように構成される、

ことを特 ί教とする。

上記構成によれば、ガス供給口付近におけるガスの滞留が抑制され、短時間でのガス雰囲気の十分な切り換えが可能となる。これにより、高速なガス雰囲気の切り換えが可能となり、生産性の高い処理が行える。

前記ガス供給口は、前記被処理体と略同一の面積を有するように形成されていることが望ましい。

また、前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記載置台の略垂直断面において、前記被処理体を載置する載置面は、当該載置面と隣接する前記載置台の側面と 9 0度より大きい角度をなすように構成されることが望ましい。

さらに、前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チヤンバ及ぴ前記載置台の略垂直断面において、前記チヤンバの側壁は、前記載置台の前記側面と略平行に構成されていることが望ましい。

また、前記供給口から前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿つた前記チャンパ及び前記載置台の略垂直断面において、前記チャンバの側壁と前記載置台の前記側面との距離は、前記チヤンバの一面と前記被処理体との距離よりも小さくなるように構成されていることがさらに望ましい。

上記目的を達成するため、本発明の第 2の観点に係る処理装置は、前記チヤンバ内に設けられ被処理体を載置する載置台と、

前記チヤンバの一面に設けられ前記チヤンバ内に所定のガスを供給するためのガス供給口と、

を備え、

前記載置台は、前記供給口から供給される前記ガスの流れ方向と略平行に配置され、

前記チヤンバの略垂直断面及び/又は略水平断面において、前記チヤンバの一面に隣接する前記チャンバの側壁は、前記チャンバの一面と 9 0度より大きい角度をなすように構成される、

ことを特 ί敷とする。

上記目的を達成するため、本発明の第 3の観点に係る処理装置は、前記チヤンバ内に設けられ被処理体を載置する載置台と、

前記チャンバ内を排気するためのガス排気口と、

を備え、

前記チヤンバは、前記ガス供給口から供給された前記ガスが前記被処理体近傍に到達するまでの路断面が灘曾し、前記ガスが前記被処理体近傍を通過してから前記ガス排気口に至るまでの流路断面が漸減するように構成される、

ことを特 ί敫とする。

この構成によれば、ガス供給口近傍にカ卩えてガス排気口近傍におけるガスの滞留が抑制されるので、一層短時間でのガス雰囲気の切り換えが可能となる。上記目的を達成するため、本発明の第 4の観点に係る処理方法は、チヤンパ内に複数種のガスをガス供給口から交互に供給して、前記チヤンパ内の雰翻気を切り換えながら、前記チヤンバ内に配置された基板を処理する方法であって、

前記ガス供給口から所定のガスを前記チャンパ内に供給するガス供給ステツプと、

前記ガス供給ステップにて供給されたガスの流れ方向に沿って、前記ガスが前記基板近傍を通過する時の速度に対して、前記ガスが前記基板近傍を通過した後の速度を漸増させる速度変換ステップと、を備える、

ことを特徴とする。 .

この方法によれば、ガスの滞留部が発生し易い下流側のチヤンバ壁面近傍におけるガス速度が増加するので、ガスの滞留部の発生を効果的に抑制することができる。そのため、高速なガス雰囲気の切り換えが可能となり、生産性の高い処理を行うことができる。

前記速度変換ステップにて、前記ガスは、前記基板近傍を'通過した後では前記基板近傍を通過する時の流路断面よりも小さい流路断面を有するように、前記チャンバ内を流されることが望まし!/、。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。

図 2は、本発明の実施の形態にカゝかる処理装置を用いた成膜処理のフローチヤートである。

図 3 Aは、図 1に示す処理装置を用いた場合における圧力分布のシミュレーション結果を模式的に示す図である。

図 3 Bは、従来の処理装置を用いた場合における圧力分布のシミュレーション結果を模式的に示す図である。

図 4は、本発明の他の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。

図 5は、本発明の別の実施の形態にかかる処理装置の横断面図である。

図 6は、本発明のさらに別の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。図 7は、本発明の実施の形態の変形態様を示す処理装置の側断面図である。図 8は、従来の処理装置における淀み発生領域を模式的に示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本実施の形態にかかる処理装置について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、四塩ィ匕チタン（T i C 1 ₄) ガスとアンモニア（NH₃) ガスとをアルゴン (A r ) ガスによるパージを挟んでチャンバ内に交互に供給して、半導体ウェハ（以下、ウェハ W) の表面に窒化チタン（T i N) 膜を、いわゆる原子層成膜法 (Atomic Layer Deposition： A L D) を用いて成膜する処«置を例として説明する。

図 1に、本実施の形態にかかる処理装置 1 1の側部断面を示す。図 1に示すように、処理装置 1 1は、略 6角形の断面を有する、中空円筒状のチャンバ 1 2を備える。チャンバ 1 2は、ステンレススチール、アルミニウム等から構成される。ガス供給口 1 9には、ガス供給部 2 8が設けられている。ガス供給部 2 8は、 T i C 1 ₄ガス源 2 1と、 NH₃源 2 2と、 A r源 2 3と、にそれぞれ、マスフ口一コントローラ 2 4およびバルブ 2 5を介して接続されている。

図 1に示すように、チャンバ 1 2は、底面 1 2 aと、底面 1 2 aと互いに略水平に対向する底面 1 2 aよりも小径の天井面 1 2 bと、底面 1 2 aから略垂直に起立する第 1の佃 j壁 1 2 cと、第 1の個 j壁 1 2 cと天井面 1 2 bとを接続し天井面 1 2 bと 9 0度より大きい角度をなす第 2の側壁 1 2 dと、を備える。

チャンバ 1 2の底面 1 2 aには、排気口 1 3が設けられている。排気口 1 3は、 A P C (Auto Pressure Controller)等の圧力調整装置 1 4を介して排気装置 1 5に接続されている。排.気装置 1 5は、 TMP (Turbo Molecular Pump) 等から構成され、チャンバ 1 2内をお気、減圧する。

チャンバ 1 2内の略中央には、円盤状のサセプタ 1 6が設けられている。サセプタ 1 6は、チャンバ 1 2の底面 1 2 aに固定されたシャフト 1 7によって支持されている。サセプタ 1 6の上面には、被処理体であるウェハ Wが載置される。サセプタ 1 6の上面は、ウェハ Wよりも大径とされている。サセプタ 1 6には、抵抗発熱体等から構成されるヒータ 1 8力 S埋設され、サセプタ 1 6上のウェハ W を加熱可能となっている。

サセプタ 1 6は、図 1に示すように、主面に平行な方向（紙面に垂直な方向）から見て台形状の断面を有する。サセプタ 1 6の下面は上面よりも大径に設定され、従って、サセプタ 1 6の周縁部（側面）は、ウェハ Wの載置面と 9 0度より · 大きい角度をなすように形成されている。ここで、サセプタ 1 6は、ウェハ Wを第 1の側壁 1 2 cの高さ、すなわち、第 2の側壁 1 2 dと第 1の側壁 1 2 cとの接続部分の高さとほぼ同じに保持するように設けられている。例えば、サセプタ 1 6は、その下面が、チヤンバ 1 2の第 1の側壁 1 2 cの高さとほぼ同一となるように形成される。また、テーパ形状を有するサセプタ 1 6の側面は、第 2の側壁 1 2 dと略 ^pfi¹になるように形成されている。

チャンバ 1 2の天井面 1 2 bには、サセプタ 1 6を介して排気口 1 3と対向するように、ガス供給口 1 9が設けられている。ガス供給口 1 9は、ウェハ Wとほぼ同一の面積有するように配設されている。

ガス供給口 1 9には、シャワーへッド 2◦が嵌装されている。シャワーへッド 2 0は、 T i C 1 ₄ガス源 2 1、 NH ₃ガス源 2 2および A rガス源 2 3に、それぞれ、 MF C (Mass Flow Controller) 等の流量制御装置 2 4およびバルブ 2 5 を介して接続されたガス供給管 2 6を備える。ガス供給管 2 6は、シャワーへッド 2 0の内部に設けられた中空の拡散部 2 7に接続されている。

シャワーへッド 2 0は、チャンバ 1 2内部への露出面には、拡散部 2 7と連通する多数のガス供給穴 2 8が形成されている。各種ガス源 2 1〜2 3からシャヮ一へッド 2 0に供給されたガスは、拡散部 2 7において拡散されてガス供給穴 2 8カゝら噴出される。ここで、拡散部 2 '7により'、ガス供給穴 2 8からはほぼ均等にガスが供給される。

ガス供給穴 2 8は、シャワーへッド 2 0の露出面のほぼ全体にわたって設けられている。シャワーヘッド 2◦の露出面はウエノ、 Wよりも大径に構成され、これにより、ウェハ" Wの表面全体にガスが供給される。

天井面 1 2 bはガス供給口 1 9とほぼ重なるように設けられていることから、ガスは天井面 1 2 bのほぼ全体から供給される。このとき、上記のように、チヤンパ 1 2の第 2の側壁 1 2 dは、隣接する天井面 1 2 bと 9 0度より大きい角度をなすように形成されている。

ここで、ガスの供給の際、チャンパ 1 2のような形状を有さない構造では、図 8に示すように、ガス供給口の近傍 R 1に淀みが発生しやすい。しかし、図 1に示す構造のチャンパ 1 2では、ガス供給口 1 9近傍の淀みの発生しやすい領域が物理的に排除されているため、淀みの発生は低減される。

. また、サセプタ 1 6は略台形の断面形状を有するように形成されていること力、ら、サセプタ 1 6の側面近傍における淀みが発生しやすい領域（図 8の R 2 ) カ物理的に排除されている。これにより、淀みの発生は低減される。

さらに、図 1に示すように、サセプタ 1 6の側面とチヤンバ 1 2の側壁 1 2 d との距離 L ₂は、シャワーへッド 2 0とウェハ Wとの距離 1^よりも小さレヽ。すなわち、シャワーヘッド 2 0から供給されたガスは、ガスがウェハ W上を通過する時に比べて、ウエノ、" を通過した後の流路断面が小さくなるように流される。このため、ガスは、流速が増加された状態で、側壁 1 2 d及ぴ 1 2 cに沿って流れるので、チヤンバ 1 2下部の淀み（図 8の R 3 ) の発生を効果的に抑制することができる。

制御装置 1 0 0は、上記構成を有する処理装置 1 1の各構成部の動作を制御する。また、制御装置 1 0 0は、所定の処理を実行するための処理シーケンスを記憶し、この処理シーケンスに基づいて、後述する処理を実行する。なお、制御装置 1 0 0の構成及び詳細な動作にっレヽては、ここでは説明を省略する。

次に、上記のように構成された処難置 1 1を用いて、ウェハ W表面に T i N 膜を成膜する方法について、図 2を参照して説明する。図 2は、本実施の形態における T i N膜の形成方法を示すフローチャートである。なお、図 2に示すフロ一チャートは、処理の一例であり、同様の結果物が得られれば、このフローチヤートに示された手順に限定されない。

まず、例えば図示しない搬送アームを動作させてチャンバ 1 2内にウェハ Wを搬入し、載置台 2 4上に載置する（ステップ S 1 1 ) 。続いて、サセプタ 1 6内部のヒータ 1 8を制御して、ウェハ Wを、所定の温度、例えば、 4 5 0°Cに加熱する。また、同時に、チャンパ 1 2内に、 A rガスを供給する（ステップ S 1 2 )。ここで、 A rガスは、例えば、 2 0 0 s c c mの流量に制御されて供給される。このとき、チャンパ 1 2内の圧力は、例えば、 4 0 0 P a ( 3 T o r r ) に保持されている。なお、 A rガスは、以下に述べる処理工程中、常にチャンバ 1 2内に流されている。続いて、チャンバ 1 2内に所定時間、例えば、 0. 5秒間 T i C 1 ₄ガスを供給する（ステップ S 1 3 ) 。ここで、 T i C 1 ₄ガスは、例えば、 3 0 s c c m の流量に制御されて供給される。このとき、ウェハ Wの表面に T i C 1 ₄分子が吸着する。

所定時間後、 T i C 1 ₄ガスの供給は停止される。この状態で、 A rガスは依然として流れており、チャンパ 1 2内は、 A rガスによりパージされる（ステツプ S 1 4)。このとき、ウエノ、 Wの表面に吸着した、ほぼ 1原子層分の T i C 1 4分子を除いて、 T i C 1 ₄ガス（分子）は、チャンバ 1 2内から排気され、除去される。

次いで、所定時間、例えば、 0. 5秒間パージを行った後、チャンバ 1 2内に所定時間、例えば、 0. 5秒間 NH₃ガスを供給する（ステップ S 1 5 ) 。ここで、 NH₃ガスは、例えば、 5 0 s c c mに制御されて供給される。

このとき、 NH₃分子は、ウェハ Wの表面に P及着した T i C 1 ₄分子と反応し、ほぼ 1原子層分の T i N層が形成される。さらに、形成された T i N層の上には、 NH₃分子が吸着する。

所定時間後、 NH₃ガスは停止される。この状態で、 A rガスは依然として流れており、チャンバ 1 2内は、 A rガスによりパージされる (ステップ S 1 6 )。このとき、 T i N層上に吸着したほぼ 1層分の NH₃分子を除いて、チャンバ 1 2内の NH₃分子は排気され、除去される。

' 所定時間、例えば、 0. 5秒間パージを行った後、ステップ S 1 3に戻り、チヤンバ 1 2内に T i C 1 ₄ガスを供給する。このとき、 T i C 1 ₄分子は、 T i N 層上の NH₃分子と反応し、ほぼ 1原子層分の T i N層が新たに形成される。また、この T i N層上に、 T i C 1 ₄分子が吸着する。

T i C l ₄ガスの供給後、 A rガスによるパージを行う（ステップ S 1 4 ) 。これにより、 T i N層上に吸着したほぼ 1原子層分の T i C 1 ₄分子を除いて、 T i C 1 ₄分子はチャンバ 1 2内から排気され、除去される。

次に、チャンバ 1 2内に NH₃ガスを供給する（ステップ S 1 5 ) 。これにより、 NH₃分子と T i N層上に吸着した T i C 1 ₄分子とが反応して、新たな丁 i N層が形成される。また、この T i N層上には NH₃分子が吸着する。 NH₃ガスの供給後、 A rガスによるパージを行う（ステップ S 1 6 ) 。これにより、 T i N層上に吸されたほぼ 1原子層分の NH₃分子を除いて、 NH₃ 分子は、チャンバ 1 2外に排気され、除去される。

以降、上記のように、ステップ S 1 3〜ステップ S 1 6の工程を繰り返し、 T i N層をほぼ 1原子層ずつ積層する。上記工程を所定回 i操り返すことにより、所定厚さの T i N膜が形成される。ここで、制御装置 1 0 0は、所定厚さの T i N層を形成するために必要な繰り返し回数を記憶している。

ステップ S 1 7にて、制御装置 1 0 0は、ステップ S 1 3〜ステップ S 1 6の工程を、上記必要な回数だけ繰り返した力否かを判別する。所定回数に達していないと判別した場合には' (ステップ S 1 7： NO) 、ステップ S 1 3に戻り、上記工程を繰り返す。所定回数に達していると判別した場合には（ステップ S 1 7： YE S) 、 A rガスの供給を停止する（ステップ S 1 8 ) 。続いて、例えば搬送アームによりウエノ、 Wをチャンバ 1 2の外部に搬出する（ステップ S 1 9 )。以上で、成膜処理は終了する。 ' 上述した A L D処理では、チャンバ 1 2内のガス雰囲気の切り換えが多数回行われる。ここで、本実施の形態のチャンバ 1 2は、上述したように、ガス供給口 1 9近傍、サセプタ 1 6近傍及びチャンバ 1 2下部における淀みの発生が抑制された構造を有する。淀みの発生は、全体としてのガスのチャンバ 1 2内滞留時間を増カ卩させ、また、淀み内部のガスは切り換えられ難いので、ガス雰囲気の切り換え速度を低下させる。このこと力ら、本実施の形態のチャンバ 1 2では、チヤンパ 1 2内の雰囲気の切り換えが容易となるなど、ガスの切り換えが高速に行われる。

また、淀みの発生領域を排除していることから、チャンバ 1 2内の容積は実質的に低減されている。これにより、一層高速なチャンバ 1 2内の雰囲気の切り換えが可育となる。

(実施例） ' 図 1に示す本実施の形態の処理装置 1 1におけるガスの圧力分布をシミュレーシヨンした結果を図 3 Aに示す。また、図 3 Bに、通常のチャンバ 1 2 を用レ' '、た場合（比較例）の結果を示す。シミュレーションの条件を以下に示す。

(本実施の形態）

ウェハ Wの径： 20 Omm

ガス供給の最大径： 200 mm

シャワーヘッド 20からウェハ Wまでの距離： 15 mm

サセプタ 1 6側面かちチャンバの内壁 12 dまでの距離 L₂ : 1 0. 6mm サセプタ 16側面からチャンパの内壁 12 cまでの距離： 1 5mm サセプタ 16の下面位置におけるチャンバ 12の内径： 250mm

(比較例）

ウェハ Wの径： 200mm '

ガス供給の最大径： 200 mm

シャワーへッド 20からウェハ Wまでの距離： 1 5mm

チヤンバ 1 2の内径： 300 mm .

(ガス供給）

A rガス 1000 s c c mを流した状態で、全体が 399 Pa (3To r r)、 T i C 1₄： Ar = 3 ： 5となるように T i C 1₄ガスを導入する。

シミュレーションは、サセプタ 16の下面位置より上の、チャンバ 12上部の領域について行った。上記条件に基づいて、ガス導入後 0. 3秒後のチャンバ内の圧力分布を算出した。結果は、 T i C 1₄の分圧が、 6. 65X 10— ² P a (5 X 10— ⁴To r r) より大きい領域を、点を付した領域として示す。

淀みの発生領域を排除しない、通常のチヤンバ 12では、図 3 Bに示すように、ガス供給口 19の近傍から、サセプタ 16の端部を覆うように、 T i C I ₄の分圧が、 6. 65X 10一² Paより大きい領域が形成されている。一方、図 3 Aに示す、本実施の形態のチャンバ 12では、このような領域は形成されず、チャンバ 12の上部領域は、均一な圧力分布が形成されていることが理解される。図 3 Aおよび図 3 Bに示す結果から、本実施の形態のチヤンバ 12では、圧力が相対的に高い領域の発生によるコンダクタンス（全体としてのガスの流れ易さを表す）の低下は抑制されることが理解される。従って、本実施の形態のチャンバ 12において、コンダクタンスの低下に起因する淀みの発生は低減される。以上説明したように、本実施の形態の処理装置 1 1では、ガス供給口 1 9の近' 傍おょぴサセプタ 1 6の近傍の淀みの発生しやすい領域が物理的に排除されている。このため、ガス供給時の淀みの発生によるチャンバ 1 2内のガス雰囲気の切り換え速度の低下等は低減される。さらに、チャンバ 1 2の容積は実質的に低く抑えられる。以上のことから、チャンバ 1 2内の雰囲気の高速な切り換えが可能となり、生産' 1·生の高い処理が可能となる。

本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用等が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。

上記実施の形態では、チャンバ 1 2内にシャワーへッド 2 0を介してガスを供給するものとした。し力し、シャヮ一へッド 2 0の代わりに、ノズル構造を用いてもよい。

上記実施の形態では、チャンバ 1 2の上部の淀み力 S発生しやすい領域を排除するように構成した。しかし、これに限らず、チャンバ 1 2の内部全体に同様に、淀みの発生しやすい領域を排除するようにすることができる。例えば、図 4に示すように、チャンバ 1 2を略 8角形状の断面を有するように構成してもよレ、。さらに、排気側の側壁 1 2 a aは、チャンバ 1 2の下部を排気口 1 3を備える底面 1 2 aと 9 0度より大きい角度をなすように構成されている。すなわち、気口 1 3近傍の淀みが発生しやすい領域を物理的に排除している。

また、図 4に示す構成では、サセプタ 1 6の下面側を、排気口 1 3 ^向かって突出するようにテーパ状に形成している。これにより、サセプタ 1 6の下方の'淀みが発生しやすい領域を物理的に排除している。このような構成により、淀みの発生をより抑制することができ、高レ、生産性が得られる。

また、上記実施の形態では、被処理体であるウエノ、 Wの主面に略垂直な方向からガスを供給する構成とした。しカし、ウェハ Wの主面に略水平の方向からガスを供給する構成としてもよい。この場合、図 5に示すような、主面に垂直な方向から見て 8角形状の断面を有する構成や、図 6に示すような、主面に水平な方向力ら見て 8角形状の断面を有する構成としてもよレヽ。または、これらを組み合わせた構成としてもよレ、。

図 5及ぴ図 6に示すように、チヤンバの略垂直断面及び/又は略水平断面において、ガス供給口 1 9が配設されたチャンバの一面 1 2 bに隣接する側壁 1 2 d は、当該チャンパの一面 1 2 bと 9 0度より大きい角度をなすように構成されている。一方、ガスの排気側においても、側壁 1 2 a aは、ガス排気口 1 3が配設されたチャンパの一面 1 2 aと 9 0度より大きい角度をなすように構成されている。すなわち、ガスの供給側及びガスの排気側付近の淀みが発生しやすレヽ領域が物理的に排除されている。さらに、ガス供給口 1 9から供給されたガスは、ガスがゥエノ、 W上を通過する時に比べて、ゥェハ Wを通過した後の流路断面が小さくなるように流される。このため、ガスは、流速が増カ卩された状態で、側壁 1 2 a aに沿って流れるので、排気側、特にチャンバのコーナー部近傍の淀みの発生を効果的に抑制することができる。従って、ガス雰囲気の切り換え速度が向上し、高い生産性を得ることができる。

また、上記実施の形態では、チャンバ 1 2の壁面を淀みの発生しやすい領域を排除する形状に構成するものとした。し力し、チャンバ 1 2内のガス供給空間が実質的に同等に構成されていればよく、例えば、図 7に示すように、チャンバ 1 2の内部に、空間を埋める部材 3 0を取り付ける構成としてもよい。このとき、部材 3 0が、第 2の側壁 1 2 dと同等の機能を果たす。なお、この場合においても、サセプタ 1 6の側面とチャンバ 1 2の部材 3 0との距離 L ₂は、シャワーヘッド 2 0とウェハ Wとの距離 1^よりも小さい。すなわち、シャワーヘッド 2 0から供給されたガスは、ガスがウェハ W上を通過する時に比べて、ウェハ Wを通過した後の流路断面が小さくなるように流される。

また、上記実施の形態では、チャンバ 1 2は、略 6角形状の断面を有するものとした。しかし、チャンパ 1 2の淀み形成領域を排除するとともに、所望のコンダクタンスが得られる構造であれば、 6角形以上の多角形、弧状、または、流線型など、どのような形状であってもよい。

上記実施の形態では、サセプタ 1 6に埋設したヒータ 1 8によりウェハ Wを加熱するものとした。しかし、これに限らず、例えば、赤外線ランプ等によりカロ熱する構成としてもよい。

上記実施の形態では、 T i C 1 ₄ガスと NH。ガスとの供給の間に、 A rガスを流して処理領域内の雰囲気を置換するものとした。しかし、 A rガスの供給を停止して、真空状態に排気することにより、雰囲気の置換を行うようにしてもよい。上記実施の形態では、 T i C 1₄と NH₃とを用いて、ウェハ Wの表面に T i N 膜を 1原子層づっ形成するものとした。しかし、ウェハ Wの表面に形成される T i N膜は、原子層レベルの厚さを有する層からなる積層膜であればよく、 1層の厚さは、 1原子層に限定されない。

上記実施の形態では、 T i C 1₄と NH₃とを用いて、ウェハ Wの表面に T i N膜を形成するものとした。し力し、膜形成のために用いる物質、および、成膜する膜の種類は、これに限られない。 T i N膜の他に、 A 1₂0₃、 Z r 0₂、 T a N、 S i 0₂、 S i N、 S i ON、 WN、 WS i、 Ru〇₂等、他の金属膜であってもよい。また、この場合、使用するガス種は、 T i C 1₄の代わりに、 T a B r ₅、 T a (OC₂H₅) ₅、 S i C 1₄、 S i H₄、 S i ₂H₆.、 S i H₂C 1₂、 WF₆等のいずれか 1種を用い、 NH₃の代わりに、 N₂、 0₂、 0₃、 N〇、 N₂0、 N₂0₃、 N₂0₅等のいずれか 1種を用いることができる。また、パージガスは、不活性なガスであればよく、 A rに限らず、窒素、ネオン等を用い Tもよい。

本発明の処理装置 11は、ァニール等の他の処理を行う処理装置と、インラインで接続され、または、クラスタリングされてもよい。 '

本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、当業者により上記の実施形態に種々の改良等が加えられ'るであろう。上記の実施形態は、図解目的であり、本発明の範囲を限定するものではない。従って、本発明の範囲は、上記記載を参照するのではなく、下記のクレームが権利を与えられる均等の全範囲に沿って決定されるべきである。

本出願は、日本国特願 2002— 1 69322 (2002年 6月 10日受理）を基礎とするものであり、その明細書、請求の範囲、図面及び要約書の内容を含む。この出願の全ての内容は、ここで、援用される。産業上の利用の可能性

本発明は、成膜処理に限らず、エッチング処理等、複 ic¾のガスを用い、プロセス雰囲気を高速に切り替える必要のあるすベての処理に適用することができる。

また、本発明は、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置用の基板にも適用することができる。 .

以上説明したように、本発明によれば、高速なガス雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高い処理装置及び処理方法が提供される。

Claims

請求の範囲

1. チャンバ (12) と、

前記チャンパ（12) 内に設けら皮処理体を載置する載置台（16) と、前記チャンパ（12) の一面（12 b) に設けられ前記チャンバ（12) 内に所定のガスを供給するためのガス供給口（19) と、

を備え、

前記載置台（16) は、前記チャンバの一面（12 b) と略 TOに配置され、前記供給口（19)力ら前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チヤンバ（12) の略垂直断面において、前記チャンパの一面（12 b) に隣接する前記チャンバ (12) の側壁 (12 d) は、前記チャンバの一面（12 b) と 90度より大きい角度をなすように構成さる、

ことを特徴とする処理装置。

2. 前記ガス供給口（19) は、前記被処理体と略同一の面積を有するように形成されている、ことを特徴とする請求項 1に記載の処理装置。

3. 前記供給口 (19) 力ら前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記載置台（16) の略垂直断面において、前記被処理体を載置する載置面は、当該載置面と隣接する前記載置台（16)の側面と 90度より大きい角度をなすように構成される、

ことを特徴とする請求項 1に記載の処理装置。

4. 前記供給口（19) 力^前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チヤンバ（12) 及び前記載置台（16) の略垂直断面において、前記チャンバの側壁（12 d) は、前記載置台（16) の前記側面と略 ^に構成されている、ことを特徴とする請求項 3に記載の処理装置。

5. 前記供給口（19) カゝら前記被処理体に向かう前記ガスの流れに沿った前記チヤンバ（12) 及び前記載置台（16) の略垂直断面において、前記チャンバの側壁（12 d) と前記載置台（16)の前記側面との距離は、前記チャンバの一面 ·（1 2b) と前記被処理体との距離よりも小さくなるように構成されている、ことを特徴とする請求項 4に記載の処置。

6. チャンバ（12) と、

前記チャンバ（12) 内に設けら; «処理体を載置する載置台（16) と、前記チャンパ (12)の一面（12 b) に設けられ前記チャンパ（12)内に所定のガスを供給するためのガス供給口（19) と、

を備え、

前記載置台（16) は、前記供給口（19)力ら供給される前記ガスの流れ方向と略平行に配置され、

前記チャンバ（12)の略垂直断面及び Z又は略水平断面において、前記チャンバの一面（12b) に隣接する前記チャンバ（12) の側壁 (12 d)は、前記チヤンパの一面（12b) と 90度より大きい角度をなすように構成される、ことを特徴とする処理装置。

7. チャンバ (12) と、

前記チヤンバ（12) 内に設けら«処理体を載置する載置台（16) と、前記チャンバ（12)の一面（12 b) に設けられ前記チャンバ（12)内に所定のガスを供給するためのガス供給口（19) と、

前記チャンバ（12) 内を排気するためのガス排気口（13) と、

を備え、

前記チャンパ（12)は、前記ガス供給口（19)力ら供給された前記ガスが前記被処理体近傍に到 ¾Τるまでの流路断面が漸増し、前記ガスが前記被処理体近傍を通過してから前記ガス排気口（13)に至るまでの流路断面が漸減するように構成される、

ことを特 ί敷とする処3¾置。

8.チャンパ内に複数種のガスをガス供給口から交互に供給して、前記チャンパ内の雰囲気を切り換えながら、前記チヤンパ内に配置された基板を処理する方法であつて、

前記ガス供給口から所定のガスを前記チヤンバ内に供給するガス供給ステツプと、

前記ガス供給ステップにて供給されたガスの流れ方向に沿って、前記ガスが前記基板近傍を通過する時の速度に対して、前記ガスが前記基板近傍を通過した後の速度を漸増させる速度変換

を備えることを特徴とする処理方法。 .

9 . 前記速度変換ステップにて、前記ガスは、前記基板近傍を通過した後では前記基板近傍を通過する時の流路断面よりも小さい流路断面を有するように、前記チヤンバ内を流される、

ことを特徴とする請求項 8に記載の処理方法。