(57)【要約】【課題】Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＯ２膜等の２種類の膜を同一処理室内で形成する際に、ガス供給ノズル内でのパーティクルの発生を防止または抑制できる基板処理装置を提供する。【解決手段】ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ３）３、トリメチルアルミニウム）ガスとＯ３（オゾン）とを交互に処理室に供給してウエハ２００上にＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程と、ＴＥＭＡＨ（テトラキス（Ｎ−エチル−Ｎ−メチルアミノ）ハフニウム）ガスとＯ３とを交互に処理室内に供給してウエハ２００基板上にＨｆＯ２膜を形成する工程と、を同一の処理室にて実行可能な基板処理装置であって、ＴＭＡを処理室内に供給するガス供給ノズル２３３と、ＴＥＭＡＨを処理室内に供給するガス供給ノズル２３４とを備え、Ｏ３は、ガス供給ノズル２３３から処理室内に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の処理ガスと第３の処理ガスとを交互に処理室に供給して基板上に第１の膜を形成する工程と、第２の処理ガスと前記第３の処理ガスとを交互に前記処理室内に供給して前記基板上に第２の膜を形成する工程と、を同一の前記処理室にて実行可能な基板処理装置であって、
前記基板処理装置は、
前記第１の処理ガスを前記処理室内に供給する第１のガス供給ノズルと、前記第２の処理ガスを前記処理室内に供給する第２のガス供給ノズルとを備え、
前記第３の処理ガスは、前記第１又は第２のガス供給ノズルのどちらか一方から処理室内に供給することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、Ｓｉ半導体デバイスを製造する際に用いられるＡＬＤ法（Atomic layer Deposition）による成膜を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、ＡＬＤ法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【０００３】
即ち、例えばＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）膜を形成する場合には、ＡＬＤ法を用いて、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ３）３、トリメチルアルミニウム）とＯ３（オゾン）とを交互に供給することにより２５０〜４５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。
【０００４】
このように、ＡＬＤ法では、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給することによって成膜を行う。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、成膜処理を２０サイクル行う。
【０００５】
このような、Ａｌ２Ｏ３膜を成膜するＡＬＤ装置としては、複数枚の基板を積層して成膜処理する縦型バッチ式装置が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＴＭＡとＯ３を用いて、このような縦型バッチ式装置でＡｌ２Ｏ３膜を成膜する場合、ＴＭＡのノズルとＯ３のノズルとを別々に処理室内に立ち上げた場合、ＴＭＡのガスノズル内でＴＭＡが分解しＡｌ（アルミニウム）が成膜され、厚くなると剥がれ落ちて異物発生源になる恐れがあった。
【０００７】
そこで、処理室内で二本のガス供給管が一本のノズルに連通している合流タイプのガス供給ノズルを用いて成膜を行うことが提案されている（特願２００３−２９３９５３号参照）。即ち、原料ガスであるＴＭＡとＯ３をそれぞれ供給する２本のガス供給管が、処理室内で一つのノズルに合流しているガス供給ノズルを使用し、Ｏ３を一方のガス供給管から、ＴＭＡを他方のガス供給管から交互に供給してＡｌ２Ｏ３膜をＡＬＤ法により形成している。
【特許文献１】特願２００３−２９３９５３号
【０００８】
このようにＴＭＡとＯ３をそれぞれ供給する２本のガス供給管が、処理室内で一つのノズルに合流しているガス供給ノズルを使用することにより、ＴＭＡとＯ３とが一つのガス供給ノズル内で交互に吸着、反応してガス供給ノズル内の堆積膜をＡｌ２Ｏ３とすることができる。Ａｌ２Ｏ３膜は、Ａｌ膜よりも密着性が良く、剥がれにくいので、異物発生源になりにくい。このようにして、ＴＭＡとＯ３を別々のノズルで供給する場合にＴＭＡノズル内で異物発生源になる可能性があるＡｌ膜が生成するという問題をなくすることができる。
【０００９】
しかしながら、Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＯ２膜とを同一の処理室内で形成する縦型バッチ式装置において、この合流タイプのガス供給ノズルを用いてＡｌ２Ｏ３膜とＨｆＯ２膜とを形成すると、ＨｆＯ２膜を形成する際にガス供給ノズル内でパーティクルが発生するという問題が生じることが判明した。
【００１０】
従って、本発明の主な目的は、Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＯ２膜等の２種類の膜を同一処理室内で形成する際に、ガス供給ノズル内でのパーティクルの発生を防止または抑制できる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、原料ガスであるテトラキス（Ｎ−エチル−Ｎ−メチルアミノ）ハフニウム（以下、ＴＥＭＡＨと記す。）とＯ３とをそれぞれ供給する２本のガス供給管が処理室内で一つのノズルに合流している合流タイプのガス供給ノズルを使用して、ＴＥＭＡＨを一方のガス供給管から、Ｏ３を他方のガス供給管から交互に供給してＨｆＯ２膜をＡＬＤ法により形成する場合に次のような問題があることを見いだした。
【００１２】
すなわち、ＴＥＭＡＨを一方のガス供給管から供給する際には、もう一方の原料ガスのＯ３を供給する他方のガス供給管にＴＥＭＡＨが逆流し入り込むのを防止するために、Ｏ３を供給する他方のガス供給管にＮ２を流しパージする必要がある。すると、ガス供給ノズル内に流れるガスの全体量が多くなり、ガス供給ノズル内の圧力が上昇する。そして、ＴＥＭＡＨの蒸気圧の関係から（ＴＥＭＡＨの蒸気圧が低いので）、ＴＥＭＡＨの再液化が起こり、熱分解もしくは加水分解によりパーティクルが発生してしまう。
【００１３】
そして、本発明者らは、この問題を解決するには、Ａｌ２Ｏ３膜を形成する際には、ＴＭＡとＯ３とをそれぞれ供給する２本のガス供給管が処理室内で一つのノズルに合流している合流タイプのガス供給ノズルを使用する一方で、ＨｆＯ２膜を形成する際には、そのような合流タイプのガス供給ノズルを使用せずに、ＴＥＭＡＨはＴＥＭＡＨのみを供給する分離タイプのガス供給ノズルから供給し、Ｏ３はＡｌ２Ｏ３膜を形成する合流タイプのガス供給ノズルのＯ３用ガス供給管から供給すればいいことを見いだした。
【００１４】
本発明は、以上の知見に基づくものであり、
本発明によれば、
第１の処理ガスと第３の処理ガスとを交互に処理室に供給して基板上に第１の膜を形成する工程と、第２の処理ガスと前記第３の処理ガスとを交互に前記処理室内に供給して前記基板上に第２の膜を形成する工程と、を同一の前記処理室にて実行可能な基板処理装置であって、
前記基板処理装置は、
前記第１の処理ガスを前記処理室内に供給する第１のガス供給ノズルと、前記第２の処理ガスを前記処理室内に供給する第２のガス供給ノズルとを備え、
前記第３の処理ガスは、前記第１又は第２のガス供給ノズルのどちらか一方から処理室内に供給することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【００１５】
好ましくは、前記第１と前記第２の膜の生成の際、前記第３の処理ガスは前記第１の供給ノズルから前記処理室内に供給され、前記第２の処理ガスは、前記第１の処理ガスよりも蒸気圧の低い原料を含む。
【００１６】
また、好ましくは、前記第１の膜としてＡｌ２Ｏ３膜、前記第２の膜としてＨｆＯ２膜を形成する際、前記第１の処理ガスはＡｌ含有ガス、前記第２の処理ガスはＨｆ含有ガス、前記第３の処理ガスはＯ含有ガスとし、前記第１及び第２の膜の生成時には、前記第３の処理ガスを前記第１の供給ノズルから前記処理室に供給する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＯ２膜等の２種類の膜を同一処理室内で形成する際に、ガス供給ノズル内でのパーティクルの発生を防止または抑制できる基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施例では、Ａｌ２Ｏ３膜の原料としてＴＭＡとＯ３とを用い、ＨｆＯ２膜の原料としてＴＥＭＡＨとＯ３とを用い、基板を複数枚保持可能な基板保持治具と、その基板保持治具が挿入され基板の処理を実施する反応管と、基板を加熱する加熱手段と、反応管内のガスを排気可能な真空排気装置とを備え、基板に対し基板面方向と平行に原料ガスを噴出するガス供給ノズルを持つ基板処理装置において、ＴＭＡのガス供給管とＯ３のガス供給管とが処理室内で一本のノズルに合流している合流タイプのガス供給ノズルを使用してＴＭＡとＯ３とを交互に処理室内に供給してＡｌ２Ｏ３膜を形成し、ＴＥＭＡＨは合流タイプではなくＴＥＭＡＨのみを供給する分離タイプのガス供給ノズルから、Ｏ３はＡｌ２Ｏ３膜を形成する合流タイプのガス供給ノズルのＯ３用ガス供給管から、交互に処理室内に供給してＨｆＯ２膜を形成している。
【実施例１】
【００１９】
次に、図面を参照して本発明の実施例をさらに詳しく説明する。
図１は、本実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図２は、本実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図３は、本実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉を説明するための概略横断面図であり、図４は、本実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉の合流タイプのガス供給ノズル２３３を説明するため図であり、図４（Ａ）は概略図であり、図４（Ｂ）は図４ＡのＡ部の部分拡大図であり、図５は、本実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉の分離タイプのガス供給ノズル２３４を説明するため図であり、図５（Ａ）は概略図であり、図５（Ｂ）は図５ＡのＢ部の部分拡大図である。
【００２０】
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、さらにその下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ２０７、反応管２０３、マニホールド２０９、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成し、反応管２０３、マニホールド２０９、及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。このマニホールド２０９は保持手段（以下ヒータベース２５１）に固定される。
【００２１】
反応管２０３の下端部およびマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング２２０）が配置され、両者の間は気密にシールされている。
【００２２】
シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００２３】
処理炉２０２へは複数種類、ここでは３種類のガスを供給する供給管としての３本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｅが設けられている。ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｅは、マニホールド２０９の下部を貫通して設けられており、ガス供給管２３２ａとガス供給管２３２ｂとは処理炉２０２内で一本の多孔ノズル２３３ａに合流、連通し、二本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂと多孔ノズル２３３ａで後述する合流タイプガス供給ノズル２３３を形成している。ガス供給管２３２ｅは単独で別の多孔ノズル２３４ａに連通し、一本のガス供給管２３２ｅと多孔ノズル２３４ａで後述する分離タイプガス供給ノズル２３４を形成している。処理炉２０２内には、合流タイプガス供給ノズル２３３と、分離タイプガス供給ノズル２３４の２本のガス供給ノズルが設けられている。
【００２４】
合流タイプガス供給ノズル２３３は、処理炉２０２内でガス供給管２３２ｂから供給されるＴＭＡの分解温度以上の領域にその上部が延在している。しかし、ガス供給管２３２ｂが、処理炉２０２内でガス供給管２３２ａと合流している箇所は、ＴＭＡの分解温度未満の領域であり、ウエハ２００およびウエハ２００付近の温度よりも低い温度の領域である。
【００２５】
ここでは、第１のガス供給管２３２ａからは、流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する処理炉２０２内に設置された合流タイプガス供給ノズル２３３を通して、処理炉２０２に反応ガス（Ｏ３）が供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは、流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２５２、ＴＭＡ容器２６０、及び開閉弁である第３のバルブ２５０を介し、先に述べた合流タイプガス供給ノズル２３３を介して処理炉２０２に反応ガス（ＴＭＡ）が供給される。ＴＭＡ容器２６０からマニホールド２０９までのガス供給管２３２ｂには、ヒータ３００が設けられ、ガス供給管２３２ｂを５０〜６０℃に保っている。
【００２６】
第３のガス供給管２３２ｅからは、流量制御手段である第３のマスフローコントローラ２４１ｃ、開閉弁である第５のバルブ２５５、ＴＥＭＡＨ容器２６１、及び開閉弁である第６のバルブ２５６を介し、処理炉２０２内に設置された分離タイプガス供給ノズル２３４を通して、処理炉２０２に反応ガス（ＴＥＭＡＨ）が供給される。ＴＥＭＡＨ容器２６１からマニホールド２０９までのガス供給管２３２ｅには、ヒータ３０１が設けられ、ガス供給管２３２ｅを１３０℃に保っている。
【００２７】
ガス供給管２３２ｂには、不活性ガスのライン２３２ｃが開閉バルブ２５３を介して第３のバルブ２５０の下流側に接続されている。また、ガス供給管２３２ａには、不活性ガスのライン２３２ｄが開閉バルブ２５４を介して第１のバルブ２４３ａの下流側に接続されている。ガス供給管２３２ｅには、不活性ガスのライン２３２ｆが開閉バルブ２５７を介して第６のバルブ２５６の下流側に接続されている。
【００２８】
処理炉２０２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理炉２０２の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００２９】
合流タイプガス供給ノズル２３３と分離タイプガス供給ノズル２３４が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。合流タイプガス供給ノズル２３３は上述の通り反応管２０３の下部にてガス供給管２３２ａと２３２ｂが合流して、一本の多孔ノズル２３３ａに連通している形のノズルであり、分離タイプガス供給ノズル２３４は反応管２０３の下部にてガス供給管２３２ｅが一本の多孔ノズル２３４ａに連通している独立した形のノズルである。そして合流タイプガス供給ノズル２３３の多孔ノズル２３３ａには複数のガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが設けられており、分離タイプガス供給ノズル２３４の多孔ノズル２３４ａにも同じくガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃが設けられている。  
【００３０】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００３１】
制御手段であるコントローラ３２１は、第１、第２、第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、第１〜第６のバルブ２４３ａ、２５２、２５０、２４３ｄ、２５５、２５６、バルブ２５３、２５４、２５７、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構に接続されており、第１、第２、第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２５２、２５０、第５、第６のバルブ２５５、２５６、バルブ２５３、２５４、２５７の開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御が行われる。
【００３２】
次にＡＬＤ法による成膜例として、ＴＭＡ及びＯ３ガスを用いてＡｌ２Ｏ３膜を成膜する場合とＴＥＭＡＨ及びＯ３ガスを用いてＨｆＯ２膜を成膜する場合とを説明する。
【００３３】
まずＡｌ２Ｏ３膜を成膜する手順を説明する。
成膜しようとする半導体シリコンウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
【００３４】
［ステップ１］
ステップ１では、Ｏ３ガスを流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＯ３ガスを合流タイプガス供給ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。Ｏ３ガスを流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調節して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＯ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。Ｏ３にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハの温度が２５０〜４５０℃になるよう設定してある。
【００３５】
同時に、ガス供給管２３２ｂの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｃおよびガス供給管２３２ｅの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｆから、開閉バルブ２５３、２５７を開けて不活性ガスを流すと、ＴＭＡ側およびＴＥＭＡＨ側にＯ３ガスが回り込むことを防ぐことができる。
【００３６】
このとき、処理炉２０２内に流しているガスは、Ｏ３とＮ２、Ａｒ等の不活性ガスのみであり、ＴＭＡおよびＴＥＭＡＨは存在しない。したがって、Ｏ３は気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００３７】
［ステップ２］
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、Ｏ３の供給を止める。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に排気し、残留Ｏ３を処理炉２０２から排除する。また、この時には、Ｎ２等の不活性ガスを、Ｏ３供給ラインである第１のガス供給管２３２ａおよびＴＭＡ供給ラインである第２のガス供給管２３２ｂ、ＴＥＭＡＨ供給ラインである第３のガス供給管２３２ｅからそれぞれ処理炉２０２に供給すると、残留Ｏ３を排除する効果が更に高まる。
【００３８】
［ステップ３］
ステップ３では、ＴＭＡガスを流す。ＴＭＡは常温で液体であり、処理炉２０２に供給するには、加熱して気化させてから供給する方法、キャリアガスと呼ばれる窒素や希ガスなどの不活性ガスをＴＭＡ容器２６０の中に通し、気化している分をそのキャリアガスと共に処理炉へと供給する方法などがあるが、例として後者のケースで説明する。まずキャリアガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２５２、ＴＭＡ容器２６０と処理炉２０２の間に設けられたバルブ２５０、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、キャリアガス供給管２３２ｂから第２のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調節されたキャリアガスがＴＭＡ容器２６０の中を通り、ＴＭＡとキャリアガスの混合ガスとして、合流タイプガス供給ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＴＭＡガスを流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜９００Ｐａとする。第２のマスフローコントローラ２４１ａで制御するキャリアガスの供給流量は１００００ｓｃｃｍ以下である。ＴＭＡを供給するための時間は１〜４秒設定する。その後さらに吸着させるため上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を０〜４秒に設定しても良い。このときのウエハ温度はＯ３の供給時と同じく、２５０〜４５０℃である。ＴＭＡの供給により、下地膜上のＯ３とＴＭＡとが表面反応して、ウエハ２００上にＡｌ２Ｏ３膜が成膜される。
【００３９】
同時に、ガス供給管２３２ａの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｄおよび、ガス供給管２３２ｅの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｆから、開閉バルブ２５４、２５７を開けて不活性ガスを流すと、Ｏ３側およびＴＥＭＡＨ側にＴＭＡガスが回り込むことを防ぐことができる。
【００４０】
成膜後、バルブ２５０を閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理炉２０２を真空排気し、残留するＴＭＡの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを、Ｏ３供給ラインである第１のガス供給管２３２ａおよびＴＭＡ供給ラインである第２のガス供給管２３２ｂおよび、ＴＥＭＡＨ供給ラインである第３のガス供給管２３２ｅからそれぞれ処理炉２０２に供給すると、さらに残留するＴＭＡの成膜に寄与した後のガスを処理炉２０２から排除する効果が高まる。
【００４１】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ２００上に所定膜厚のＡｌ２Ｏ３膜を成膜する。
【００４２】
［ステップ２］で処理炉２０２内を排気してＯ３ガスを除去してからＴＭＡを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＴＭＡは、ウエハ２００に吸着しているＯ３とのみ有効に反応させることができる。
【００４３】
次にＨｆＯ２膜を成膜する手順を説明する。
【００４４】
［ステップ４］
ステップ４では、Ａｌ２Ｏ３膜の成膜と同じくＯ３ガスを流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＯ３ガスを合流タイプガス供給ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。Ｏ３ガスを流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調節して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＯ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。Ｏ３にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハの温度が２５０〜４５０℃になるよう設定してある。
【００４５】
同時に、ガス供給管２３２ｅの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｆおよび、ガス供給管２３２ｂの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｃから、開閉バルブ２５７、２５３を開けて不活性ガスを流すと、ＴＥＭＡＨ側およびＴＭＡ側にＯ３ガスが回り込むことを防ぐことができる。
【００４６】
このとき、処理炉２０２内に流しているガスは、Ｏ３とＮ２、Ａｒ等の不活性ガスのみであり、ＴＥＭＡＨおよびＴＭＡは存在しない。したがって、Ｏ３は気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００４７】
［ステップ５］
ステップ５では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、Ｏ３の供給を止める。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に排気し、残留Ｏ３を処理炉２０２から排除する。また、この時には、Ｎ２等の不活性ガスを、Ｏ３供給ラインである第１のガス供給管２３２ａおよびＴＥＭＡＨ供給ラインである第３のガス供給管２３２ｅ、ＴＭＡ供給ラインである第２のガス供給管２３２ｂからそれぞれ処理炉２０２に供給すると、残留Ｏ３を排除する効果が更に高まる。
【００４８】
［ステップ６］
ステップ６では、ＴＥＭＡＨガスを流す。ＴＥＭＡＨはＴＭＡと同じく常温で液体であるため、処理炉２０２に供給するには加熱して気化させてから供給する方法や、キャリアガスと共に処理炉へと供給する方法がある。図２ではＴＭＡと同じくキャリアガスと呼ばれる窒素や希ガスなどの不活性ガスをＴＥＭＡＨ容器２６１の中に通し、気化している分をそのキャリアガスと共に処理炉へと供給する構成が示されているが、図６に示される
気化器ユニット７を用いてＴＥＭＡＨの供給方法を説明する。例として気化器ユニットを用い、ＴＥＭＡＨを加熱して気化させ、キャリアガスと共に処理炉２０２へと供給する方法で説明する。まず、キャリアガス供給管１０に設けられたバルブ４、バルブ６を開け、マスフローコントローラ９により流量調整をする。次にＴＥＭＡＨ供給管１１に設けられたバルブ１、バルブ２、バルブ３を開け、液体流量計８と気化器ユニット７内にあるコントロールバルブ１２により流量を調整する。次に処理炉２０２へ導入するときにバルブ６を閉め、バルブ５を開けて、ＴＥＭＡＨガスとキャリアガスの混合ガスを分離ノズルより供給する。ＴＥＭＡＨガスを流すときは、マスフローコントローラ９を適正に調整し、さらに液体流量計８と気化器ユニット７内にあるコントロールバルブ１２により流量を調整し、処理炉内圧を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ９、液体流量計８の供給量はそれぞれ、１００〜１０００ｓｃｃｍ、０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎである。ＴＥＭＡＨを供給するための時間は、１〜６００秒に設定しても良い。このときのウエハ温度はＯ３の供給時と同じく、１５０〜３００℃である。ＴＥＭＡＨの供給により、下地膜上のＯ３とＴＥＭＡＨとが表面反応して、ウエハ２００上にＨｆＯ２膜が成膜される。
【００４９】
同時に、ガス供給管２３２ａの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｄおよび、ガス供給管２３２ｂの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｃから、開閉バルブ２５４、２５３を開けて不活性ガスを流すと、Ｏ３側およびＴＭＡ側にＴＥＭＡＨガスが回り込むことを防ぐことができる。
【００５０】
成膜後、バルブ２５６を閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理炉２０２を真空排気し、残留するＴＥＭＡＨの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを、Ｏ３供給ラインである第１のガス供給管２３２ａおよびＴＥＭＡＨ供給ラインである第３のガス供給管２３２ｅ、ＴＭＡ供給ラインである第２のガス供給管２３２ｂからそれぞれ処理炉２０２に供給すると、さらに残留するＴＥＭＡＨの成膜に寄与した後のガスを処理炉２０２から排除する効果が高まる。
【００５１】
上記ステップ４〜６を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ２００上に所定膜厚のＨｆＯ２膜を成膜する。
【００５２】
［ステップ５］で処理炉２０２内を排気してＯ３ガスを除去してからＴＥＭＡＨを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＴＥＭＡＨは、ウエハ２００に吸着しているＯ３とのみ有効に反応させることができる。
【００５３】
上述のように、Ａｌ２Ｏ３膜の成膜の時は、Ｏ３供給ラインである第１のガス供給管２３２ａおよびＴＭＡ供給ラインである第２のガス供給管２３２ｂを処理炉２０２内で合流させることにより、ＴＭＡとＯ３を合流タイプガス供給ノズル２３３内でも交互に吸着、反応させて堆積膜をＡｌ２Ｏ３とすることができ、ＴＭＡとＯ３を別々のノズルで供給する場合にＴＭＡノズル内で異物発生源になる可能性があるＡｌ膜が生成するという問題をなくすることができる。Ａｌ２Ｏ３膜は、Ａｌ膜よりも密着性が良く、剥がれにくいので、異物発生源になりにくい。
【００５４】
また、ＨｆＯ２膜の成膜の時は、第１のガス供給管２３２ａおよび第２のガス供給管２３２ｂが処理炉２０２内で合流し一本の多孔ノズル２３３ａに連通した形である合流タイプガス供給ノズル２３３からＯ３を供給し、ＴＥＭＡＨ供給ラインである第３のガス供給管２３２ｅが単独で一本の多孔ノズル２４３ａに連通している分離タイプガス供給ノズル２３４からＴＥＭＡＨを供給することにより、ＴＥＭＡＨの供給時に合流タイプガス供給ノズルを使用した場合に必要となる逆流や入り込みを防ぐための不活性ガスパージが回避でき、ＴＥＭＡＨの供給で合流タイプガスノズルを用いた場合問題となる、パージによるノズル内の圧力上昇を無くすることができる。またその圧力上昇に伴うＴＥＭＡＨの再液化によるパーティクル発生も防止可能となった。
【００５５】
なお、本実施例では、Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＯ２膜を同一処理室内で成膜する場合であったが、ＨｆＯ２膜のみを成膜することを目的にした処理室では、ＴＥＭＡＨを供給する分離タイプガス供給ノズルとＯ３を供給する分離タイプガス供給ノズルの２本による構成で成膜することが可能である。
【００５６】
次に、図７を参照して、本発明が好適に適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
【００５７】
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取り付けられている。また、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００５８】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００５９】
ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０℃回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００６０】
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ２００が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００６１】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウエハ２００を移載する。
【００６２】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
【００６３】
ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図４】本発明の実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉の合流タイプのガス供給ノズル２３３を説明するため図であり、図４（Ａ）は概略図であり、図４（Ｂ）は図４ＡのＡ部の部分拡大図である。
【図５】本発明の実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉の分離タイプのガス供給ノズル２３４を説明するため図であり、図５（Ａ）は概略図であり、図５（Ｂ）は図５ＡのＢ部の部分拡大図である。
【図６】本発明の実施例１における基板処理装置の縦型基板処理炉へのＴＥＭＡＨガスの供給方法を説明するための概略横断面図である。
【図７】本発明の実施例１の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２０９…マニホールド
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２３１…ガス排気管
２３２ａ…第１のガス供給管
２３２ｂ…第２のガス供給管
２３２ｃ…不活性ガスライン
２３２ｄ…不活性ガスライン
２３２ｅ…第３のガス供給管
２３２ｆ…不活性ガスライン  
２３３…合流タイプガス供給ノズル
２３３ａ…多孔ノズル
２３４…分離タイプガス供給ノズル
２３４ａ…多孔ノズル
２４１ａ…第１のマスフローコントローラ
２４１ｂ…第２のマスフローコントローラ
２４１ｃ…第３のマスフローコントローラ
２４３ａ…第１のバルブ
２４３ｄ…第４のバルブ
２４６…真空ポンプ
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２５０…第３のバルブ
２５１…ヒータベース
２５２…第２のバルブ
２５３…バルブ
２５４…バルブ
２５５…第５のバルブ
２５６…第６のバルブ
２５７…バルブ
２６０…ＴＭＡ容器
２６１…ＴＥＭＡＨ容器
２６７…ボート回転機構
３００…ヒータ
３０１…ヒータ
３２１…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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