(57)【要約】【課題】処理室の圧力安定までの時間を短縮し、高速成膜が可能な基板処理装置を提供する。【解決手段】処理室２０１と真空ポンプ２４６とに連通された、互いにコンダクタンスが異なる、２つの排気配管３０１Ａ、３０１Ｂと、排気配管３０１Ａ、３０１Ｂにそれぞれ設けられた開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂと、少なくとも開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂの開閉動作を制御する制御手段３２１とを有し、一方の原料ガスを処理室２０１に供給する際は３０１Ａを用い、他方の原料ガスを供給する際は３０１Ｂを用い、残留ガスの排出の際には３０１Ａ、３０１Ｂを共に用いて排出するよう、制御手段３２１により開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂを制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、を備え、
前記処理室内に少なくとも２種類の原料ガスを交互に供給する工程と、前記２種類の原料ガスが前記処理室内で混合するのを防ぐため、前記２種類の原料ガスのうち他方の原料ガスを供給する前に前記処理室内に残留する一方の原料ガスを排出する工程を少なくとも実行して、前記基板上に所望の膜を生成する基板処理装置であって、
前記処理室と前記排気手段とに連通された、互いにコンダクタンスが異なる、少なくとも２つの第１と第２の配管と、
前記第１と第２の配管の夫々にそれぞれ設けられた第１と第２の開閉バルブと、
少なくとも前記第１と第２の開閉バルブの開閉動作を制御する制御手段とを、更に有し、
一方の原料ガスを前記処理室に供給する際は前記第１の配管を用い、他方の原料ガスを供給する際は前記第２の配管を用い、残留ガスの排出の際には第１と第２の配管を共に用いて排出するよう、前記制御手段により前記第１と第２の開閉バルブを制御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、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてウエハ等の基板上に所望の膜を生成する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）の原料となるガスを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、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。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、処理を２０サイクル行う。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＡＬＤ法では原料ガスの分圧を上昇させることにより成膜時間短縮が実現できる。他方、分圧上昇に伴い、パーティクル発生、膜厚均一性の悪化が生じる場合がある。
【０００５】
また、２種類以上の原料を交互に供給する場合、処理室内での原料ガスの混合を避ける必要があり、かつ、短時間で処理室から排出することが要求される。
【０００６】
これらの実情を考慮して、処理室を最適圧力に制御することが重要である。従来より、処理室を最適圧力に制御するには、圧力制御コントローラ（ＡＰＣ）を用いるのが通常であるが、現在使用できるＡＰＣは圧力安定まで３〜５秒以上かかり、短時間で各ステップを変更するＡＬＤには不適切である。
【０００７】
従って、本発明の主な目的は、処理室の圧力安定までの時間を短縮し、高速成膜が可能な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】
【０００８】
本発明によれば、
基板を処理する処理室と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、を備え、
前記処理室内に少なくとも２種類の原料ガスを交互に供給する工程と、前記２種類の原料ガスが前記処理室内で混合するのを防ぐため、前記２種類の原料ガスのうち他方の原料ガスを供給する前に前記処理室内に残留する一方の原料ガスを排出する工程を少なくとも実行して、前記基板上に所望の膜を生成する基板処理装置であって、
前記処理室と前記排気手段とに連通された、互いにコンダクタンスが異なる、少なくとも２つの第１と第２の配管と、
前記第１と第２の配管の夫々にそれぞれ設けられた第１と第２の開閉バルブと、
少なくとも前記第１と第２の開閉バルブの開閉動作を制御する制御手段とを、更に有し、
一方の原料ガスを前記処理室に供給する際は前記第１の配管を用い、他方の原料ガスを供給する際は前記第２の配管を用い、残留ガスの排出の際には第１と第２の配管を共に用いて排出するよう、前記制御手段により前記第１と第２の開閉バルブを制御することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、処理室の圧力安定までの時間を短縮し、高速成膜が可能な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】
【００１０】
本発明の好ましい実施例においては、処理室から真空ポンプまでの排気配管を２系統以上有し、各系統の途中に開閉弁を設け、成膜の各ステップ毎に、開閉弁の操作により排気系統を切り替える。この開閉弁の切り替えにより、処理室内圧を制御するシーケンスを実行する。
【００１１】
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照してより詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図２は本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。
【００１３】
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石英製の反応管２０３が設けられ、この反応管２０３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ている。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８はヒータ２０７の上方端を覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３、シールキャップ２１９および後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７により処理室２０１を形成している。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垂直方向に積載される。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。
【００１４】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。
【００１５】
２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂには、反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌの付着を防ぐために、１２０℃程度まで加熱できる配管ヒータ（図示せず。）を装着している。
【００１６】
処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により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。
【００１７】
ガス排気管２３１は、処理室２０１と真空ポンプ２４６との間に接続された２系統のガス排気管３０１Ａ、３０１Ｂからなる。ガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとは互いにコンダクタンスが異なっている。
【００１８】
ガス排気管３０１Ａの途中には、開閉バルブ３１０Ａが設けられ、ガス排気管３０１Ｂの途中には、開閉バルブ３１０Ｂが設けられている。
【００１９】
開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂは、弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができる。
【００２０】
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側の壁の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２１】
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部近傍には、ノズル２３３が、やはり反応管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。そしてノズル２３３にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。複数のガス供給孔２４８ｂは、ガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたってウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ａとをそれぞれ1対1で対応させて配置している。
【００２２】
また、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
【００２３】
ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。
【００２４】
すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各ガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
【００２５】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する棒状電極２６９及び棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この棒状電極２６９又は棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００２６】
この電極保護管２７５は、棒状電極２６９及び棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された棒状電極２６９及び棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて棒状電極２６９又は棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００２７】
さらに、ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００２８】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００２９】
ガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
【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鉛直方向に載置するボート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ためにボート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、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、３１０Ａ、３１０Ｂ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、３１０Ａ、３１０Ｂの開閉動作、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、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００３２】
このコントローラ３２１によって、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、３１０Ａ、３１０Ｂ、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、真空ポンプ２４６をを制御することにより、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂにより２種類の原料ガスを処理室２０１内に交互に供給する。その際、２種類の原料ガスが処理室２０１内で混合されるのを防ぐため、２種類の原料ガスのうち他方の原料ガスを供給する前に処理室２０１内に残留する一方の原料ガスを排出し、ウエハ２００上に所望の膜を生成する。すなわち、一方の原料ガスａをガス供給管２３２ａにより処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ａを用い、他方の原料ガスｂをガス供給管２３２ｂにより処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ｂを用い、残留ガスの排出の際にはガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとを共に用いて排出するよう、コントローラ３２１により開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂを制御する（表１参照）。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
このように、排気系統をガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとの２系統設け、ガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂのコンダクタンスを互いに異ならせ、一方の原料ガスａを処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ａを用い、他方の原料ガスｂを処理室２０１に供給する際はガス排気管３０１Ｂを用いているので、圧力制御コントローラ（ＡＰＣ）を用いなくとも、ガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂの切り替えにより、処理室を最適圧力に制御することでき、ＡＰＣが圧力を調整する時間をかけずに圧力を迅速に制御するできるようになる。
【００３５】
また、残留ガスの排出の際にはガス排気管３０１Ａとガス排気管３０１Ｂとを共に用いて排出するので、残留ガスを短時間に処理室２０１から排出することできる。
【００３６】
その結果、処理室の圧力安定までの時間を短縮すると共に、残留ガスも短時間で排出できるようになり、高速成膜が可能な高速成膜ＡＬＤ装置を実現することができる。
【００３７】
なお、処理室２０１内の圧力が一定であると、ウエハ２００間に存在する原料ガスは、周囲からの拡散のみにより置換されるので有効な原料ガスのウェーハ表面への供給が困難である。これに対し、本実施例のように、原料供給ステップ中に開閉バルブ３１０Ａ、３１０Ｂの開閉を短時間で交互に実施し全圧を変動させることにより、ウエハ２００間でのガス置換が有効に進行する。
【００３８】
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００３９】
まず成膜しようとするウエハ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。
【００４０】
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管３０１Ａに設けたバルブ３１０Ａを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管３０１Ａから排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００４１】
このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、ガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００４２】
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａは開いたままにすると共に、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂも開け、真空ポンプ２４６により、ガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂの両方を介して処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積１００１（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００４３】
［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａおよびガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａおよびガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａおよびガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂを共に開けて処理室２０１をガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂを介して真空排気し、残留するＤＣＳ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等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００４４】
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上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００４５】
なお、ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、バルブ３１０Ａ、３１０Ｂを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００４６】
また、本実施例では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去しているからＤＣＳ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ＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ３とのみ有効に反応させることができる。
【００４７】
以上は、ＤＣＳをガス溜め２４７に溜める場合について説明したが、ガス溜め２４７を用いない場合には、次の３つのステップを順次実行する。なお、ガス溜め２４７を用いない場合には、ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃも用いない。
【００４８】
［ステップ１］
ステップ１では、まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管３０１Ａに設けたバルブ３１０Ａを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管３０１Ａから排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。
【００４９】
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止める。ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａは開いたままにすると共に、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂも開け、真空ポンプ２４６により、ガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂの両方を介して処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。
【００５０】
［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａを閉じるが、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂは開けたままとし、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４３ｂにより流量調整されたＤＣＳガスをガス供給部２４９のガス供給孔２４８ｃから処理室２０１に供給しつつガス排気管３０１Ｂから排気する。ＤＣＳガスを流すときは、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＤＣＳの供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＤＣＳ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の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
【００５１】
成膜後、バルブ２４３ｂを閉じ、ガス排気管３０１Ｂのバルブ３１０Ｂは開いたままにすると共に、ガス排気管３０１Ａのバルブ３１０Ａも開け、真空ポンプ２４６により、ガス排気管３０１Ａおよびガス排気管３０１Ｂの両方を介して処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。
【００５２】
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上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００５３】
次に、図３、図４を参照して本実施例の基板処理装置の概略を説明する。
【００５４】
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が取りつけられている。又、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。
【００５５】
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の下側を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、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】
【００６１】
【図１】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【図４】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
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
２０８…断熱部材
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２２４…プラズマ生成領域
２３１…ガス排気管
２３２ａ…ガス供給管
２３２ｂ…ガス供給管
２３３…ノズル
２３７…バッファ室
２４１ａ…マスフローコントローラ
２４１ｂ…マスフローコントローラ
２４３ａ…バルブ
２４３ｂ…バルブ
２４３ｃ…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４７…ガス溜め
２４８ａ…ガス供給孔
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２６７…ボート回転機構
２６９…棒状電極
２７０…棒状電極
２７２…整合器
２７３…高周波電源
２７５…電極保護管
３０１Ａ…ガス排気管
３０１Ｂ…ガス排気管
３１０Ａ…バルブ
３１０Ｂ…バルブ
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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