(57)【要約】【課題】  チャンバを閉塞するリッド部を開けることなく、チャンバ内の保守・管理を行えるようにする。【解決手段】  チャンバ２００内にヒータユニット２０２を設ける。ヒータユニット２０２は昇降自在に設けられ、下降して基板搬送位置に来ると、チャンバ２００の底部に設けたリフトピン２１１がリフトピン穴２０２ａから突き出して基板２０１を保持するようになっている。チャンバ２００の上部開口２００ｃには、チャンバ２００を閉塞するリッド部２０７が設けられる。リッド部２０７には、リフトピン穴２０２ａの真上位置に開口部２０７ｂが設けられる。この開口部２０７ｂには閉塞部材２１９が取り外し可能に設けられて、開口部２０７ｂを閉塞できるようになっている。閉塞部材２１９を透明にしたときは、加熱状態にあるチャンバ２００内のリフトピン穴位置を確認できるようになっている。閉塞部材２１９をリッド部材と同じ部材としたときは、通常の基板処理が行えるようになっている。【選択図】  図１
2006086234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するチャンバと、
前記チャンバを閉塞するよう設けられたリッド部と、
を有し、
前記リッド部には、少なくとも１つの開口部と、該開口部に対して取り外し可能に設けられ前記開口部を閉塞する閉塞部材とが設けられ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、薄膜を堆積する半導体製造装置等の基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の微細化に伴い半導体製造における成膜工程においても原子層レベルの成膜が注目されている。その成膜方法としてＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)が挙げられる。この反応の形態としては金属含有原料Ａと酸化力のある原料Ｂ（Ｏ3，Ｏ2，Ｈ2Ｏ等）とを比較的低温に設定された基板上に交互に供給することによって、従来から主流であったＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)とは異なり、原料ガスの吸着・脱離といった過程を経て堆積させていく方法である。
【０００３】
この成膜方法のメリットとしては（１）膜厚制御の良さ、（２）基板の温度均一性をさほど要求しないこと、（３）理論的にはセルフリミットがかかる成膜工程であるためガス流れの影響が少ないこと、といったことが挙げられる。反対にデメリットとしては原料ガスに含有される成分を膜中に取り込みやすいことが挙げられる。そのために高品位の膜を得るためには成膜後の膜質改善手段を適用されるケースがある。
【０００４】
図５に従来のＡＬＤ装置を示す。ＡＬＤ装置を構成する反応室１９９は、基板２０１を処理するチャンバ２００と、チャンバ２００の開口を閉塞するよう設けられたリッド部２０７とを有する。
【０００５】
チャンバ２００は、その内部に基板２０１を載置するヒータユニット２０２を備える。このヒータユニット２０２に基板２０１を直接加熱する抵抗加熱ヒータ２２２が設けられる。また、基板外周にカバープレート２０３が設けられる。チャンバ２００内に備えたヒータユニット２０２は昇降自在とし、チャンバ２００内の基板搬送位置と成膜位置（図示位置）との間を基板２０１が移動できるようになっている。
【０００６】
また、チャンバ２００の底部にリフトピン２１１が設けられて、ヒータユニット２０２が基板搬送位置に下降したとき、ヒータユニット２０２に設けたリフトピン穴（図示せず）から、リフトピン２１１が突き出して基板２０１をヒータユニット２０２から持ち上げるようになっている。また、ヒータユニット２０２が成膜位置に上昇したときは（図示位置）、基板２０１はリフトピン２１１からヒータユニット２０２上に載置されるようになっている。
【０００７】
リッド部２０７は、ガス導入部２０６を備える。このガス導入部２０６には複数の原料ガスを反応室１９９内に供給するための複数の供給ガス配管２３１ａ、２３１ｂが連結されている。
【０００８】
上述したような構成において、リッド部２０７により閉塞したチャンバ２００内のヒータユニット２０２上に基板２０１を搬入する。搬入後、ヒータユニット２０２を上昇して、基板２０１をチャンバ２００内の成膜位置に移動する。ヒータユニット２０２内の抵抗加熱ヒータ２２２により基板２０１を加熱して、所定温度に昇温する。温度安定後、ガス導入部２０６からカバープレート２０３を介して基板上に複数のガスを交互に供給して成膜し、成膜した基板２０１をチャンバ２００から搬出する。
この場合において、ヒータユニット２０２上に基板２０１を載置することにより基板裏面への成膜が防止できる。また、ヒータユニット２０２を介して基板２０１を加熱することにより基板温度を正確に制御できる。また、基板２０１の外周にカバープレート２０３を設けたことにより、基板面内の圧力分布を緩和でき、基板面内の膜厚を均一にすることができる。また、ヒータユニット２０２を上昇して成膜位置での基板上の容積を小さくして高速ガス置換を実現することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の基板処理装置では、チャンバ内の保守・管理の際には、リッド部をチャンバから取り外すなどにより、チャンバ内をチェックする毎に、ガス導入部に連結された供給ガス配管を２〜６本程度はずす必要が生じる。このような作業は、ヒータユニット等のチャンバ内部品の取り付けや、ヒータユニットの昇降動作確認などの大掛かりな保守・管理の際ばかりではく、リフトピン穴位置を確認するような小規模な保守・管理の際においても必要とされている。このためチャンバ内の保守・管理が煩雑であった。
【００１０】
特に、多原料化が想定される高誘電体膜形成装置をはじめ、次世代薄膜を形成する半導体製造装置では、ガス導入部に連結される供給ガス配管の本数は非常に多くなると想定される。したがって、それらの供給ガス配管の取り外しには、蒸気圧・自己分解温度に見合った温度で供給ガス配管を加熱しているヒータの脱着も含まれるため、非常に時間がかかることが予想され、大きな問題になっている。
【００１１】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、保守・管理が容易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】
【００１２】
第１の発明は、基板を処理するチャンバと、前記チャンバを閉塞するよう設けられたリッド部とを有し、前記リッド部には、少なくとも１つの開口部と、該開口部に対して取り外し可能に設けられ前記開口部を閉塞する閉塞部材とが設けられることを特徴とする基板処理装置である。
リッド部に開口部が設けられるので、リッド部を開閉しなくてもチャンバを開閉できる。開口部を閉塞する閉塞部材が設けられるので、チャンバの気密を保持できる。開口部に対して閉塞部材が取り外し可能に設けられるので、基板処理時とチャンバ保守時とに合わせて閉塞部材を取り替えることができる。したがって、基板処理時のチャンバ条件を損なうことなく、チャンバ内の保守・管理を容易に行うことができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記リッド部には、前記開口部の他にガス導入部が設けられることを特徴とする基板処理装置である。
リッド部にガス導入部が設けられている場合、リッド部を開閉するときは、特にリッド部からガス導入部を取り外したり取り付けたりする必要が生じるが、本発明によれば、リッド部を開閉する必要がないので、そのようなことがない。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、前記閉塞部材の材質を基板処理時とチャンバ保守時とで異ならせたことを特徴とする基板処理装置である。
閉塞部材の材質を基板処理時とチャンバ保守時とで異ならせて、基板処理時とチャンバ保守時とにそれぞれ相応しい材質の閉塞部材を用いると、基板処理とチャンバ保守とを好適に行うことができる。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、前記チャンバ保守時においては前記閉塞部材を、前記チャンバ内を目視可能な石英製の透明窓とすることを特徴とする基板処理装置である。
チャンバ保守時においては閉塞部材を石英製の透明窓とすると、開口部を閉塞したままチャンバ内を目視できるので、チャンバの保守・管理が容易になる。
【００１６】
第５の発明は、第３の発明において、前記基板処理時においては前記閉塞部材を、前記リッド部と同じ材質のブランク用フランジとすることを特徴とする基板処理装置である。
開口部を閉塞部材で閉塞する場合、特に基板処理時においては閉塞部材に起因する温度の不均一化が問題となるが、基板処理時においては閉塞部材をリッド部と同じ材質のブランク用フランジとすると、閉塞部材に起因する温度の不均一化を回避できる。
【００１７】
第６の発明は、第１の発明において、温度測定時においては前記閉塞部材を、温度センサを備えたブランク用フランジとすることを特徴とする基板処理装置である。
チャンバ内の温度を測定する場合、特に、リッド部やチャンバに温度センサを取り付けたり、リッド部を温度センサを備えたリッド部と交換したりする必要があるが、本発明によれば、閉塞部材を温度センサを備えたブランク用フランジに交換するだけで、チャンバ内の温度を容易に測定することができる。
【００１８】
第７の発明は、第１の発明ないし第６の発明において、前記チャンバ内に昇降自在に設けられ前記基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台の下降により該基板保持台のリフトピン穴から突き出して前記基板を前記基板保持台から持ち上げるリフトピンとを備え、前記開口部は少なくとも一つのリフトピン穴位置を確認可能な位置に設けられることを特徴とする基板処理装置である。
開口部が、リフトピン穴位置を確認可能な位置に設けられると、開口部からリフトピン穴位置を容易に確認することができる。
【００１９】
第８の発明は、第１の発明ないし第６の発明において、基板を加熱するヒータを有する基板保持台を備え、前記開口部は前記基板保持台と対向する位置に設けられ、前記基板保持台の外径よりも大きな径で構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
リッド部に設けた開口部が、ヒータと対向して設けられ、ヒータ外径よりも大きいと、開口部からヒータの保守・点検を容易に行うことができる。
【００２０】
第９の発明は、チャンバのリッド部に設けられた少なくとも一つの開口部に閉塞部材を取り付けるステップと、基板を前記チャンバ内に搬入するステップと、前記チャンバ内で前記基板を処理するステップと、処理後の前記基板を前記チャンバより搬出するステップと、前記チャンバ内の保守を行うステップとを有し、前記リッド部の前記開口部に前記閉塞部材を取り付けるステップでは、基板処理時においては前記閉塞部材として前記リッド部と同じ材質のブランク用フランジを取りつけ、チャンバ保守時においては前記閉塞部材としてチャンバ内を目視可能な石英製の透明窓を取り付けることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
基板処理時においては、リッド部に設けた開口部を閉塞部材で閉塞していても、リッド部と同じ材質のブランク用フランジで開口部を閉塞するので、チャンバの不均一加熱を抑制できる。また、チャンバ保守時においては、開口部に石英製の透明窓を取り付けるので、リッド部を開けずにチャンバ内を目視できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、リッド部を開けることなく、チャンバの保守・管理を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に本発明の基板処理装置を適用したＡＬＤ装置の構成例を示す。反応室１９９は、主に基板を処理するチャンバ２００と、チャンバ２００を閉塞するリッド部２０７と、チャンバ内を排気する排気ポート２０８とから構成される。
【００２３】
チャンバ２００には金属材料（アルミ又はステンレス）を使用している。なお高純度の耐熱石英を使用する場合もある。チャンバ２００は、上部開口２００ｃと基板搬送口２００ａとガス排気口２００ｂとを有している。上部開口２００ｃは、リッド部２０７によって閉塞される。基板搬送口２００ａは基板搬送ユニット（図示せず）に搭載されたゲートバルブ２１０によって真空気密が保たれている。またガス排気口２００ｂには排気ポート２０８が取り付けられており、その下流側には圧力制御手段２０９が取り付けられている。
【００２４】
チャンバ２００は、その内部に基板２０１を載置する基板保持台としてのヒータユニット２０２が取り付けられる。基板２０１はこのヒータユニット２０２の上に載置される。ヒータユニット２０２の材質としては、インコネル（登録商標）、石英、窒化アルミなどが挙げられる。このヒータユニット２０２内には抵抗加熱ヒータ２２２が設けられる。抵抗加熱ヒータ２２２として、モリブデン、タングステン、ＳｉＣなどを挙げることができる。ヒータユニット２０２と基板２０１の擦れによる汚染が懸念される場合は、ヒータユニット２０２と基板２０１との間に高純度の耐熱石英をサセプタとして使用することが可能である。ヒータユニット２０２はヒータユニット台２０４上に接合され、チャンバ２００下部に取り付けられた昇降ベローズ２０５と昇降手段（図示せず）によってそれぞれ最適な基板搬送位置と成膜位置とに基板を保持することが可能である。図１は成膜位置に基板２０１が保持された状態である。
【００２５】
チャンバ２００の底部にリフトピン２１１が設けられる。リフトピン２１１はリフトピン台２１２によってチャンバ２００の底部に固定される。ヒータユニット２０２には、リフトピン２１１を挿通するためのリフトピン穴２０２ａが設けられる。リフトピン２１１は基板を水平姿勢で保持できるよう少なくとも３箇所に設けられる。
ヒータユニット２０２が基板搬送位置に下降したとき、リフトピン２１１は、ヒータユニット２０２に設けたリフトピン穴２０２ａから突き出して基板２０１をヒータユニット２０２から持ち上げるようになっている。また、ヒータユニット２０２が成膜位置に上昇したときは、リフトピン２１１はリフトピン穴２０２ａから引っみ、基板２０１はヒータユニット２０２上に載置されるようになっている。リフトピン２１１の材質としては擦れによる汚染の懸念の少ない高純度の耐熱石英が望ましい。また、リフトピン台２１２もリフトピン２１１同様に高純度の耐熱石英が望ましい。
【００２６】
チャンバ２００は、その上部開口２００ｃにヒンジなどによってリッド部２０７が開閉可能に取り付けられて、このリッド部２０７によって閉塞されるようになっている。リッド部２０７には、チャンバ２００と同様の金属材料（アルミ又はステンレス）を使用している。このリッド部２０７には、チャンバ２００内に原料ガスを導入するガス導入部２０６が設けられる。また、少なくとも１つの開口部２０７ｂと、この開口部２０７ｂを閉塞する閉塞部材２１９が開口部２０７ｂに対して取り外し可能に設けられる。
【００２７】
上記リッド部２０７に設けられるガス導入部２０６には、原料Ａ、Ｂを供給するための供給ガス配管２３１ａ、２３１ｂをはじめとして多数の供給ガス配管が連結されている。成膜に用いられる原料Ａ、Ｂはそれぞれの原料タンク２１６ａ、２１６ｂに封入されており、その原料タンク２１６ａ、２１６ｂは原料の蒸気圧及びタンク部の温度に合わせてヒータ（図示せず）により加熱することが可能な構造とする。原料は、その取り扱いの簡便性を考慮すると液体の状態で使用することが望ましい。原料タンク２１６ａ、２１６ｂには、それぞれ原料用輸送ガス２１７ａ、２１７ｂが導入される。原料用輸送ガス種としては不活性ガス（Ａｒ、Ｎ2など）を使用する。原料タンク２１６ａ、２１６ｂに導入されるこれら原料用輸送ガス２１７ａ、２１７ｂについては、液体原料に直接配管を挿入し輸送するバブリング方式と、液体原料に直接配管を挿入することなくタンク内の気相を反応室に送り出す気体搬送方式とに分類される。
【００２８】
気化した原料ガスは流量が安定するまで排気ガスライン２１５から排気される。例えば、成膜開始と同時に原料Ａを反応室１９９内に導入する場合、供給ガス配管２３１ａに設けた原料用バルブ２１４ａを開にし、排気ガス管２１５ｃに設けた排気用バルブ２１５ａを閉にして反応室１９９内に導入する。原料Ａの供給時間としては０．１〜３．０ｓｅｃ程度である。原料Ａの供給が終了したと同時に原料用バルブ２１４ａを閉じ、また排気用バルブ２１５ａを開けて排気ガス管２１５ｃから原料を排気する。この際、原料用バルブ２１４ａ〜反応室１９９間の配管内に原料ガスが残留し、次の原料Ｂのガス導入時までに十分濃度が低下していない場合、原料Ａは次の原料Ｂと反応してパーティクルとなることが想定される。そこで原料用バルブ２１４ａ〜反応室１９９間の配管長さは出来るだけ短いことが望ましい。
【００２９】
原料Ｂの場合も、反応室１９９内に導入する場合、供給ガス配管２３１ｂに設けた原料用バルブ２１４ｂを開にし、排気ガス管２１５ｄに設けた排気用バルブ２１５ｂを閉にして反応室１９９内に導入する。原料Ｂの供給が終了したと同時に原料用バルブ２１４ｂを閉じ、また排気用バルブ２１５ｂを開けて排気ガス管２１５ｄから原料を排気する。
【００３０】
また、配管内の原料Ａ、Ｂのガス濃度を早期に低減するために原料希釈ガスライン２１３から供給ガス配管２１３ａ、２１３ｂに希釈用ガスを導入する。原料希釈ガス配管２１３ｃからは、これに設けた希釈用バルブ２１３ａを開けて、希釈用ガスを供給ガス配管２３１ａに導入する。原料希釈ガス配管２１３ｄからは、これに設けた希釈用バルブ２１３ｂを開けて、希釈用ガスを供給ガス配管２３１ｂに導入する。この希釈用ガスは原料用輸送ガスと同様不活性ガスを使用する。希釈用ガスにて０．１〜１０ｓｅｃ程度の導入により原料用バルブ２１４ａ又は２１４ｂ〜反応室１９９間の配管内及び反応室１９９内における原料ガス濃度を所定の濃度以下に低減する。
【００３１】
原料Ａ、Ｂについては、絶縁膜の場合では、原料Ａには成膜原料としてＡｌ系原料やＨｆ系原料が使用され、原料Ｂには酸化剤としてＨ2Ｏ，Ｏ3などが使用される。例えば、Ａｌ2Ｏ3膜を形成する場合、原料Ａとして化合物半導体製造でも使用されているＴＭＡ(Trimethyl alminum)が選択され、原料ＢとしてＨ2Ｏが選択される。また、次世代ゲート絶縁膜（高誘電体膜）形成に期待されているＨｆ系の原料Ａとしては、アルコキシドでは、Ｏ（酸素）を含むＨｆ（ＯｔＢｕ）4、Ｏ（酸素）を含まないＨｆ（ＮＭｅ2）4，Ｈｆ（Ｎｅｔ2）4などの成膜原料が選択される。高誘電体膜が、ＨｆＳｉＯx（ハフニウムシリケート）、ＨｆＡｌＯx（ハフニウムアルミネート）などから構成される場合おいては、成膜原料が２種類必要となる。この場合、Ａ原料としてＴＭＡが使用され、Ｂ原料としてはＨｆ（ＯｔＢｕ）4，Ｈｆ（ＮＭｅ2）4，Ｈｆ（Ｎｅｔ2）4などの成膜原料が使用され、酸化剤としての原料ラインは別途必要となり、供給ガス配管の本数が増加する。
【００３２】
ＡＬＤ成膜工程においては、原料Ａ供給→（配管＋反応室）希釈→原料Ｂ供給→（配管＋反応室）希釈の４工程が１サイクルとなる。このサイクルを繰り返して基板２０１上に所望の膜厚をもつ薄膜を形成する。１サイクルの膜厚としては条件により変化するが、概ね０．３〜１．０Å程度である。ヒータユニット２０２によって加熱する基板２０１の温度は、一般に、２００〜４００℃程度である。また、チャンバ２００及びガスと接触する接ガス部においては、低温部での原料ガスの再液化、吸着を防止するため、外部より抵抗加熱ヒータ（図示せず）によって、一定温度以上に加熱・保温されている。以下に、Ａｌ2Ｏ3膜の成膜を例にとって上記４工程を説明する。
【００３３】
成膜開始までの前処理工程としては、まず、ガス導入部２０６を具備するリッド部２０７をチャンバ２００に取り付けて、チャンバ２００の上部開口２００ｃを閉塞した上、ガス導入部２０６に必要なリッドユニット類（供給ガス配管２３１ａ、２３１ｂなど）を接続する。その後、ゲートバルブ２１０を開いて、基板搬送用ロボットアーム（図示せず）に載置された基板２０１を、基板搬送口２００ａを介して、基板搬送位置にあるヒータユニット２０２上に載置する。まずは、原料排気用バルブ２１５ａを開き、原料タンク２１６ａに封入された原料Ａを原料用輸送ガス２１７ａによって排気ガスライン２１５から排気する。
【００３４】
工程１では、原料ガスを導入するタイミングに原料排気用バルブ２１５ａを閉じ、原料用バルブ２１４ａを開く。原料タンク２１６ａに封入されたＴＭＡ原料Ａをバブリング方式または気相搬送方式によって供給ガス配管２３１ａに搬送し、リッド部２０７のガス導入部２０６よりチャンバ２００内に数秒以下の時間にて供給し、基板２０１の表面にガス原料Ａを吸着させる。原料ガスの供給停止と同時に原料用バルブ２１４ａを閉じ、原料排気用バルブ２１５ａを開き、導入前の状態に戻す。
【００３５】
工程２では、原料用バルブ２１４ａ、供給ガス配管２３１ａ、リッド部２０７のガス導入部２０６及びチャンバ２００の接ガス空間（これらをパージ領域という）の残留ガスをパージする。これらのパージは排気ガス管２１５ｃ及び排気ポート２０８からの排気によって行う。さらにパージ領域の残留ガスを短時間でパージするため、希釈用バルブ２１３ａを開き、原料希釈ガス配管２１３ｃからＮ2，Ａｒなどのパージガスを供給ガス配管２３１ａに導入して、原料Ａのガス濃度を低下させる。
【００３６】
パージ時間としては数秒〜数十秒程度が良い。その際、このパージ時間は、カバープレート２０３とヒータユニット２０２との環状隙間２２５から排出するガス流量、及びチャンバ２００内の所望する圧力、及び所望する置換時間により変更する必要がある。一例として、圧力帯が１０〜１００Ｐａ程度、基板サイズがφ３００ｍｍの場合、環状隙間２２５は２ｍｍ程度以下がよい。２ｍｍ程度以下でないと基板面内のガス流れを均一にすることはできず、置換時間の短縮が図れない。
【００３７】
一般に、吸着は分圧（全圧×原料のモル分率）の関数と考えられているが、必然的にガス流れの上流側が高圧に、下流側が低圧になるため、膜厚にガス流れと並行に勾配ができてしまうことが予想される。環状隙間２２５を狭くしてヒータユニット２０２の外周よりガスを逃がす量を少なくすると、上流側と下流側との圧力差は低減するが、ガス排出量が減少するためガスの置換時間が長くなる。逆に環状隙間２２５を広くするとガス置換時間は短くできるが、基板面内の圧力差が大きくなるというように、環状隙間２２５とガスの置換時間とはトレードオフの関係にある。このため置換時間を短くし、且つガス流れを均一化するためには、上述した一例では環状隙間２２５を２ｍｍ程度以下とする必要がある。
【００３８】
ＡＬＤ成膜において、上述したように環状隙間２２５を２ｍｍ程度以下とした場合に、さらに置換時間を短縮するためには、シャワー板などの多孔板によるガス導入は、接ガス表面積が増大し、コンダクタンスが小さくなるため好ましくない。このため本実施の形態では、前述したようにガス導入部２０６をガス導入口２０７ａを通じてチャンバ２００と直結する構造として、接ガス表面積を減少し、コンダクタンスを大きくしてある。
【００３９】
工程３では、希釈用バルブ２１３ａを閉じると同時に原料用バルブ２１４ｂを開くことで原料Ａの供給工程を終了し、同時に原料Ｂの供給工程に移行する。原料タンク２１６ｂに封入されたＨ2Ｏ原料Ｂをバブリング方式または気相搬送方式によって供給ガス配管２３１ｂに搬送し、リッド部２０７のガス導入部２０６よりチャンバ２００内に数秒以下の時間にて供給して、基板２０１の表面に吸着しているＴＭＡ原料Ａとの表面反応により、アルミニウム酸化膜の１原子層を基板上に形成させる。その直後、バルブ２１４ｂ，２１５ｂを開閉制御して原料Ｂのガス流れを供給ガス配管２３１から排気ガス管２１５ｄ側に切り替える。
【００４０】
工程４では、供給ガス配管２３１ｂ、バルブ２１４ｂ、リッド部２０７のガス導入部２０６及びチャンバ２００内（これらをパージ領域という）のパージを行う。これらのパージは排気ガス管２１５ｄ及び排気ポート２０８からの排気によって行う。さらにパージ領域の残留ガスを短時間でパージするため、原料希釈ガス配管２１３ｄからＮ2，Ａｒなどのパージガスを供給ガス配管２３１ｂに導入して、Ｈ2Ｏ原料Ｂのガス濃度を低下させる。特にＨ2Ｏ原料Ｂの場合は、Ｈ2Ｏがチャンバ２００の壁面などに吸着しやすく、パージ時間については工程２と同等時間では十分にチャンバ２００内をパージしきれなく、工程２に要する時間の数〜数十倍のパージ時間をかける必要がある。
【００４１】
上述した工程１〜４を１サイクルとした場合、枚葉式装置においては１サイクル当たり１０秒以下が好ましい。このサイクルを繰り返すことにより、基板２０１上に所定厚のＡｌ2Ｏ3膜を形成する。成膜終了後、基板２０１を搬送位置まで降下させ、基板搬送口２００ａ、ゲートバルブ２１０を通して、チャンバ２００より搬出する。
【００４２】
上述したＡＬＤ成膜の場合、ＣＶＤ成膜と比較して、ガス流れ均一性の影響は受け難い。しかしながら、基板上に直接ガス導入部２０６を載置すると配管直下の位置が特異点となり膜厚分布が増加する傾向がある。ガス導入部２０６については基板面直上の設置は避ける必要がある。そのため、ガス導入部２０６はカバープレート２０３直上に設置してある。
【００４３】
ガス導入部２０６より供給されたガスはカバープレート２０３とヒータユニット２０２との間の環状隙間２２５を通過し排気される。カバープレート２０３の載置位置としては、リッド部２０７の内壁より１０〜５０ｍｍ下方が望ましい。この間隔が狭いと上流側での圧力損失が増加し基板面内での圧力勾配がついてしまう傾向にある。逆にこの間隔を広げすぎると、（１）反応室容積の増加、（２）基板面と基板外周の部位との輻射による熱の授受によって基板周方向での温度ばらつきが発生する可能性がある。
【００４４】
カバープレート２０３の役目は次のとおりである。供給ガス配管（例えば外径φ３．２〜１２．７ｍｍ相当）より供給された原料ガスの出口流速は、チャンバ内圧力にもよるが、一般的なＡＬＤ成膜の圧力帯（０．１〜１００Ｐａ程度）においては、数十〜数百ｍ／ｓ程度になる。そこでこの原料ガスを基板の方向へ向けてやる役目を果たしている。また、カバープレート２０３はチャンバ２００と同じ金属材料もしくは高純度の耐熱石英で出来ており、その環状隙間２２５を調整して基板面内の圧力分布を調整することが出来るコンダクタンス調整プレートの役目も果たしている。成膜圧力帯及び原料ガス置換速度によりヒータユニット２０２とカバープレート２０３との環状隙間２２５は変更されることになるが、一般に要求されるＡＬＤ成膜の圧力帯（０．１〜１００ＰＡ程度）であれば、片側隙間が０．５〜１０ｍｍ程度となる。
【００４５】
ところで、高誘電体膜形成に想定される原料の中では、加水分解性の高いもの（例えばＨｆ（ＯｔＢｕ）4など）や大気と激しく燃焼反応をするもの（例えばＴＭＡなど）があるため、装置調整時等を含めチャンバ及び供給ガス配管の大気開放は極力減らすことが望ましい。
しかしながら、チャンバ２００内の保守・管理の際にはヒンジ部（図示せず）によるリッド部２０７の回転開閉などにより、チャンバ内をチェックする毎に、ガス導入部２０６に連結された供給ガス配管２３１ａ、２３１ｂを始めとして、これらを２〜６本程度はずす必要が生じる。
そのため、チャンバ及び供給ガス配管の大気開放回数を減らすことが困難になる。また、それらの供給ガス配管を取り外すのに時間がかかるため、ダウンタイムの増加に繋がっていた。さらにガスケットなど交換箇所が多く、リーク箇所発見やパーティクル問題の原因特定が困難であった。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、前述したように、リッド部２０７に、ガス導入口２０７ａ以外にチャンバ２００内の保守・管理用の開口部２０７ｂを設けるようにした。この開口部２０７ｂには、これを開閉するための閉塞部材２１９が取り外し可能に設けられる。通常の成膜中は、この開口部２０７ｂには、閉塞部材２１９としてブランク用フランジを設けるが、保守・管理時には耐熱性石英による透明窓部を設けることで、チャンバ２００内の様子を目視可能になっている。以下詳細に説明する。
【００４７】
図２は、開口部２０７ｂを設けたリッド部２０７の第１の実施の形態を示す。（ａ）は開口部２０７ｂを閉塞していないときの平面図、（ｂ）は透視平面図、（ｃ）は開口部２０７ｂを保守用フランジ２５０で閉塞したときのＡ−Ａ断面図、（ｄ）は開口部２０７ｂをブランク用フランジ２５１で閉塞したときのＡ−Ａ断面図である。図示するようにチャンバ２００の上部開口２００ｃを閉塞するリッド部２０７は矩形をしているが、これは、図２（ｂ）からもわかるように直方体をしたチャンバ２００に形状を合せたものである。なおチャンバ内壁２００ｄは円筒形、チャンバ内に設けられるヒータユニット２０２は円板状をしている。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、リッド部２０７には、リッド部の厚さ方向に貫通する２つのガス導入口２０７ａの他に、２つの開口部２０７ｂが設けられている。各開口部２０７ｂは例えば矩形状をしており、その外周に閉塞部材２１９を取り付けるためのネジ穴２４０が複数設けられている。また、開口部２０７ｂ内には、その深さ方向の途中に、上部内壁よりも下部内壁が内側に突出する段差部２０７ｃが形成されている。
【００４９】
図２（ｃ）は、リッド部２０７の開口部２０７ｂを保守用フランジ２５０によって閉塞している場合を示している。保守用フランジ２５０は、チャンバ２００内を目視可能な石英製の透明窓部２１８ａと、透明窓部２１８ａを押し付ける固定フランジ２１９ａとから主に構成されている。この透明窓部２１８ａは、リッド部２０７の開口部２０７ｂ内の段差部２０７ｃで保持されるように、外形を開口部２０７ｂ内の形状に合致させ、上部よりも下部が細くなった段付き形状をしている。開口部２０７ｂ内の段差部２０７ｃに、真空シールを目的としたＯリング２２０ａを載置し、その上に段付きの透明窓部２１８ａを載置する。なお、段差部２０７ｃにＯリング２２０を載置する溝を設けることが好ましい。
【００５０】
この透明窓部２１８ａの上側より、透明窓部２１８ａの外周を押しつけるリング状の固定フランジ２１９ａを載置する。固定フランジ２１９ａをリッド部２０７にねじ２４１で止めて、透明窓部２１８ａを開口部２０７ｂ内に固定する。これにより、透明窓部２１８ａは開口部２０７ｂに対して取り外し可能に設けられる。
【００５１】
固定フランジ２１９ａは、通常、リッド部２０７と同様の金属材料（アルミ又はステンレス）を使用するため、固定フランジ２１９ａと透明窓部２１８ａとの間には、耐熱性の非金属材であるテフロン（登録商標）シート２４２などを間に狭むことで、金属材との直接的な接触を回避している。
【００５２】
また、図２（ｂ）に示すように、リッド部２０７に設けた開口部２０７ｂは、チャンバ２００内のヒータユニット２０２の外周部上に設けられ、１箇所または複数箇所のリフトピン穴２０２ａの位置を確認することが出来るようになっている。したがって、開口部２０７ｂは、リフトピン台２１２とリフトピン穴２０２ａとを同時に目視できる大きさであればよい。リフトピン２１１の数としては通常３〜４箇所である。開口部２０７ｂの配置には、基板径に合わせて交換するヒータユニットに対応できるように汎用性を持たせている。図示例のヒータユニット２０２においては、２つの開口部２０７ｂのうちの１つ開口部からリフトピン穴２０２ａの位置を確認することができるようになっている。
【００５３】
一般にチャンバ２００は１００〜１５０℃程度に加熱されているが、チャンバ２００にヒータユニット２０２を取り付ける時には、通常室温（非加熱）の状態で行われる。そのため、チャンバ２００を加熱した状態と非加熱の状態とではリフトピン２１１とヒータユニット２０２のリフトピン穴２０２ａの位置においてズレが生じることが想定される。基板径φ３００ｍｍ用のチャンバ２００ではリフトピン位置において、非加熱時と加熱時において数ｍｍ程度ズレることがある。これはゲートバルブ２１０側の基板搬送ユニットに固定されたチャンバ２００が開放状態の排気ポート２０８側に熱膨張することにより生じる問題である。
【００５４】
通常、チャンバ２００の保守・管理に際して、リフトピン２１１のリフトピン穴２０２ａに対する位置調整は、リフトピン２１１を取り付けているリフトピン台２１２を回動することによって行っている。したがって、リッド部２０７を開けて非加熱状態でリフトピン２１１の位置調整を行った後、チャンバ２００を加熱状態とするためにリッド部２０７を閉めなければならないので、リッド部２０７が不透明であると、加熱後のリフトピン２１１に対するリフトピン穴２０２ａの位置を確認することが困難である。
【００５５】
本実施の形態では、リッド部２０７の開口部２０７ｂに載置した透明窓部２１８ａより、リッド部２０７を開けることなく、チャンバ２００及びヒータユニット２０２を所定の温度に昇温・保持しながらリフトピン穴２０２ａの位置ならびにチャンバ２００内を目視にて確認することを可能としている。
また必要に応じて、透明窓部２１８ａを取り外して開口部２０７ｂを開き、開口部２０７ｂから治具（図示略）を挿入することにより、リフトピン台２１２を回動することにより、リフトピン２１１の位置を動かし、リフトピン穴２０２ａに対するリフトピン２１１の位置を調整することも可能としている。
【００５６】
このようにチャンバの保守・管理時には、開口部２０７ｂに耐熱性石英による透明窓部２１８ａを設けるが、通常の成膜時には、図２（ｄ）に示すように、ブランク用フランジ２５１を設ける。このブランク用フランジ２５１は、保守用フランジ２５０と同形状をしている。すなわち、ブランク用フランジ２５１は、保守用フランジ２５０の透明窓部２１８ａと固定フランジ２１９ａとを一体化した形状をしている。このブランク用フランジ２５１を直接開口部２０７ｂに固定する。
また、ブランク用フランジ２５１は、リッド部２０７と同様の材質にて作成したものを使用する。そうすることにより、基板上方に存在するリッド部２０７の一部の材質の違いにより輻射率が変化し、基板に温度分布均一化に悪影響を与えることを防止する。
なお、チャンバ２００と同様、このリッド部２０７も接ガス部であるため、所定温度に均一に加熱する必要がある。そのため、このブランク用フランジ２５１についても温度低下が生じないように、ブランク用フランジ２５１で閉塞された開口部２０７ｂについても保温する必要がある。
【００５７】
上述したように実施の形態によれば、保守・管理時は、チャンバ２００の上部開口２００ｃを閉塞するリッド部２０７に、ガス導入口２０７ａ以外に監視用の開口部２０７ｂを設けるようにしたので、リッド部２０７を開閉しなくてもチャンバ２００を開閉できる。また、チャンバ２００の保守・管理時に、開口部２０７ｂに対して透明窓部２１８ａを取り付けると、昇温状態や加熱状態でのチャンバ２００内の様子を目視できるので、チャンバ２００の保守・管理が容易になる。特に、リフトピン穴２０２ａ上に開口部２０７ｂを設けてあると、リフトピン２１１に対するリフトピン穴２０２ａの位置を容易に確認できる。
【００５８】
また、基板処理時は、透明窓部２１８ａを有する保守用フランジ２５０をリッド部材と同じ材質のブランク用フランジ２５１に交換する。開口部２０７ｂをブランク用フランジ２５１で閉塞する場合、特に基板処理時においてはブランク用フランジ材に起因する温度の不均一化が問題となる。しかし、リッド部２０７と同じ材質のブランク用フランジ２５１としているので、開口部２０７ｂ及びこれを閉塞するブランク用フランジ２５１に起因する温度の不均一化を回避でき、開口部２０７ｂのないリッド部２０７と同様な成膜条件を確保できる。
【００５９】
また、実施の形態では、開口部２０７ｂの他にガス導入部２０６と連通するガス導入口２０７ａをリッド部２０７に設けるようにしているので、リッド部２０７を開閉せずに開口部２０７ｂの開閉だけで間に合うような場合には、リッド部２０７からガス導入部２０６を取り外したり取り付けたりする必要が生じない。
【００６０】
なお、上述した第１の実施の形態では、リッド部２０７に設けた開口部２０７ｂにリフトピン台２１２とリフトピン穴２０２ａとを同時に監視できる保守用フランジ２５０を取り付けるようにした場合について説明したが、開口部２０７ｂを閉塞する閉塞部材２１９に、装置を評価するための評価機器を取り付けることも可能である。すなわち、処理時のブランク用フランジ２５１、保守・管理時の保守用フランジ２５０に加えて、測定時の測定用フランジを用意することも可能である。
【００６１】
図３は、そのような評価機器を取り付けた測定用フランジの第２の実施の形態を示す。温度測定用フランジ２５２は、フランジ本体２６３と、フランジ本体２６３にＯリングシールポート２６６を介して取り付けられる温度センサとしての放射温度計２６５とから主に構成される。この温度測定用フランジ２５２が温度センサを備えたブランク用フランジを構成する。
【００６２】
フランジ本体２６３はブランク用フランジ２５１と同形状をしている。フランジ本体２６３の材質は、リッド部２０７と同じ材質とするのが好ましいが、ここではフランジ本体２６３にＯリングシールポート２６６を溶接する都合上、ＳＵＳなどの金属製としている。フランジ本体２６３をＳＵＳ製とした場合、リッド部２０７と材質が異なるため、フランジ本体２６３の下面（チャンバ側の面）に、リッド部２０７と輻射率を合せるため、リッド部２０７と同材質のフェイスプレート２６１をネジ２６７などで取り付ける。フェイスプレート２６１を含めたフランジ本体２６３の中央の厚さ方向に挿入孔２６８を設ける。
【００６３】
フランジ本体２６３の外側から挿入孔２６８の途中まで、真空用継手であるＯリングシールポート２６６を介して、ライトガイド方式の放射温度計２６５の先端部が挿入される。放射温度計２６５の本体はＳＵＳ等の金属部材で構成されている。Ｏリングシールポート２６６はフランジ本体２６３に溶接される。また、Ｏリングシールポート２６６と放射温度計２６５とはＯリング２６４により真空シールされる。挿入孔２６８の途中からフランジ本体２６３の下面までは、ライトガイドとしての光ファイバロッド２６２が挿入され、その上端は放射温度計２６５の先端とつながり、その下端はフェイスプレート２６１の下面に面している。
【００６４】
放射温度計２６５を取り付けるＯリングシールポート２６６の取り付け箇所は、各フランジ本体２６３の任意箇所に２〜３個程度設けることが好ましい。
【００６５】
このように、チャンバ２００内の温度を測定する場合、処理時に使用するブランク用フランジ２５１を放射温度計付きの測定用フランジ２５２と交換するだけで、成膜条件を乱すことなく、チャンバ２００内の温度を容易に測定することができる。
【００６６】
また、上述した第１の実施の形態では、開口部２０７ｂの大きさを、リフトピン台２１２とリフトピン穴２０２ａとを同時に目視できる程度の大きさとして、リフトピン穴２０２ａの位置確認ができるようにしたが、開口部２０７ｂを拡径すれば、より広い視野でのチャンバ２００内の目視確認、さらにはチャンバ２００内のヒータユニット２０２を交換することも可能である。
【００６７】
図４は、そのような第３の実施の形態を示したリッド部を示し、（ａ）は開口部を閉塞していないときの平面図、（ｂ）は透視平面図、（ｃ）は開口部を閉塞したときのＡ−Ａ断面図である。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、リッド部２０７に、ヒータユニット２０２の基板２０１の載置部の外径と同等、もしくはそれより大きい内径を有する円形の開口部２０７ｄを設ける。開口部２０７ｄの開口位置は、図４（ｂ）に示すように、円形開口部２０７ｄの中心をヒータユニット２０２の中心と一致させる。また、開口部２０７ｄの大きさは、開口部２０７ｄからチャンバ２００内を真下に見たとき、ヒータユニット２０２を取り出すことが可能なようにヒータユニット２０２の外径よりも大きくし、且つリフトピン台２１２の回動が可能なようにリフトピン台２１２の一部が見える大きさとする。
【００６９】
この場合も保守用フランジ２５３で開口部２０７ｄを閉塞する。保守用フランジ２５３を構成する透明窓部２１８ｄの取り付けは方法は、図２の場合と同様であり、図４（ｃ）に示すように、リッド部２０７に設けた段差部２０７ｅにＯリング２２０を載置し、その上に円形の透明窓部２１８ｄを載置する。透明窓部２１８ｄは、リング状の固定フランジ２１９ｆによりリッド部２０７に固定する。その際、透明窓部２１８ｄと固定フランジ２１９ｆとの隙間に非金属材のシート（テフロン（登録商標）等）２４２を挿入することがある。
なお、成膜時は、保守用フランジ２５３と同形状のブランク用フランジ（図示せず）で開口部２０７ｄを閉塞する。
【００７０】
この第３の実施の形態によるメリットとしては、広い視野でのチャンバ内の目視確認の他に、（１）基板の直上にて部品分割位置がこない、（２）ヒータユニット２０２の脱着を、供給ガス配管２３１ａ、２３１ｂ等をはずすことなく行える、という２点が挙げられる。
【００７１】
上記（１）に関しては、図２に示す第１の実施の形態では、どうしても開口部２０７ｂの部位が基板２０１上で分割されてしまい、特に基板２０１を高温（＞６００℃）にて処理する必要がある場合、リッド部２０７とブランク用フランジ２５１のわずかな温度差が基板温度均一性に影響を与える可能性が懸念される。これに対して図４のように、少なくとも基板と対向する領域に部品分割位置が来ないようにすることで、基板温度均一性の影響を低減できる。特に、リッド部２０７を構成する部材が熱伝導の良好なアルミ材であり、透明窓部２１８ｄに代用されるブランク用フランジ（図示せず）を、この熱伝導の良好なアルミ材などにした場合には、成膜時、リッド部２０７を均一加熱することが容易になり、基板２０１への輻射による温度ばらつきの影響を抑えることが可能になる。
【００７２】
また、上記（２）については、ヒータユニット２０２を交換する際、ヒータユニット２０２とヒータユニット台２０４の接合部が昇降手段（図示せず）によりリッド部２０７上面より露出させる必要がある。この場合、リッド部２０７を開閉しなくとも、また通常は２〜６箇所程度ある供給ガス配管２３１ａ、２３１ｂ等の継ぎ手部を脱着しなくとも、ヒータユニット２０２の交換・確認を行うことが可能である。このため、ヒータユニット２０２の保守・管理の場合でも、保守用フランジ２５３のみの取り外し作業となり、ヒータユニット２０２の保守・管理の作業を大幅に短縮できる。
【００７３】
以上述べたように本実施の形態によれば、リッド部に開口部を設けて、その開口部に開口部を閉塞する各種フランジを取り付けるようにしたものであり、そのフランジは、昇温状態でのチャンバ内の目視が可能で、チャンバのヒータ加熱による熱膨張によるリフトピンの取り付け位置調整やリフトピン穴位置確認が可能で、チャンバ内の昇降温過程をチェック可能で、さらにはヒータユニット交換などのチャンバ内の部品交換及び目視確認が可能なものである。これらのフランジの交換は、リッド部を開閉することなく行えるから、チャンバの保守・管理に要するダウンタイムを短縮でき、チャンバ及び供給ガス配管の大気開放を減らすことができる。特に、供給ガス配管の本数が非常に多くなると想定される次世代の半導体製造装置であっても、リッド部に連結された多数本の供給ガス配管をはずす必要が生じないので、ダウンタイムの大幅な短縮が可能になり、またチャンバ及び供給ガス配管の大気開放を極力減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施の形態による基板処理装置を構成するＡＬＤ装置の構成図である。
【図２】第１の実施の形態によるリッド部の説明図であって、（ａ）は保守用フランジで閉塞していないときのリッド部の平面図、（ｂ）は保守用フランジで閉塞していないときのリッド部の透視平面図、（ｃ）は保守用フランジで閉塞したときのリッド部のＡ−Ａ断面図、（ｄ）はブランク用フランジで閉塞したときのリッド部のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第２の実施の形態による測定用フランジの断面図である。
【図４】第３の実施の形態によるリッド部の説明図であって、（ａ）は保守用フランジで閉塞していないときのリッド部の平面図、（ｂ）は保守用フランジで閉塞していないときのリッド部の透視平面図、（ｃ）は保守用フランジで閉塞したときのリッド部のＡ−Ａ断面図である。
【図５】従来例によるＡＬＤ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
２０１    基板
２００    チャンバ
２０７    リッド部
２０７ｂ  開口部
２１９    閉塞部材
【図１】
2006086234.tif 000003
【図２】
2006086234.tif 000004
【図３】
2006086234.tif 000005
【図４】
2006086234.tif 000006
【図５】
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