(57)【要約】【課題】オゾンガスを供給することにより生じる基板温度のばらつきを低減すること。【解決手段】一実施形態のオゾンガス加温機構は、基板処理装置の処理容器内に設けられ、基板にオゾンガスを供給可能なガス供給手段と、前記ガス供給手段に接続され、前記ガス供給手段に前記オゾンガスを供給可能なガス供給配管と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス供給配管内の前記オゾンガスを加熱する配管加熱手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置の処理容器内に設けられ、基板にオゾンガスを供給可能なガス供給手段と、
前記ガス供給手段に接続され、前記ガス供給手段に前記オゾンガスを供給可能なガス供給配管と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス供給配管内の前記オゾンガスを加熱する配管加熱手段と、
を備える、
オゾンガス加温機構。
【請求項２】
前記配管加熱手段は、前記オゾンガスを５０℃以上２００℃以下の温度に加熱する、
請求項１に記載のオゾンガス加温機構。
【請求項３】
前記ガス供給配管に設けられる前記配管加熱手段の長さをＬ（ｍ）、前記ガス供給配管を流れる前記オゾンガスの流量をＭ（ｓｌｍ）、前記ガス供給配管の断面積をＡ（ｍ２）としたとき、Ｌ≦Ｍ／Ａを満たす、
請求項１又は２に記載のオゾンガス加温機構。
【請求項４】
前記配管加熱手段は、テープヒータである、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオゾンガス加温機構。
【請求項５】
複数の基板を鉛直方向に所定の間隔を有して略水平に収容する処理容器と、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオゾンガス加温機構と、
を備える、
基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス供給手段は、鉛直方向に所定の間隔を有して設けられる複数のガス供給孔を含む、
請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記オゾンガスの温度を検出する温度センサを備える、
請求項５又は６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板処理装置の処理容器の外部においてオゾンガスを所定の温度に加熱し、
加熱した前記オゾンガスを前記処理容器内に供給する、
基板処理方法。
【請求項９】
前記所定の温度は、５０℃以上２００℃以下の温度である、
請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記オゾンガスは、ガス供給配管を流れるときに加熱され、
前記ガス供給配管において前記オゾンガスが加熱される長さをＬ（ｍ）、前記ガス供給配管を流れる前記オゾンガスの流量をＭ（ｓｌｍ）、前記ガス供給配管の断面積をＡ（ｍ２）としたとき、Ｌ≦Ｍ／Ａを満たす、
請求項８又は９に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンガス加温機構、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造プロセスにおいては、基板の上に酸化膜を成膜する際、プロセスガスとしてオゾン（Ｏ３）ガスを用いる場合がある。オゾンガスは不安定な気体であるため、分解して安定した酸素（Ｏ２）ガスになる性質がある。オゾンガスは、室温では徐々に分解するのに対し、２００℃を超えると２〜３秒程度で分解する。そのため、プロセスガスとしてオゾンガスを使用する場合、加熱することなく室温（常温）で処理容器へ供給するのが一般的である。
【０００３】
ところで、近年、大流量のオゾンガスを処理容器へ供給して処理を行う傾向にある。しかしながら、大流量のオゾンガスを処理容器へ供給すると、基板温度が低下し、成膜される酸化膜の特性に影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
そこで、基板温度の低下を抑制するため、オゾンガスを予め加熱して処理容器へ供給することが考えられる。オゾンガスを予め加熱して処理容器へ供給可能な装置としては、複数の基板を鉛直方向に所定の間隔を有して略水平に収容する処理容器内に、予備加熱ヒータを備えるインジェクタが設けられた縦型熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０８１３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の装置では、処理容器内の上部領域には基板加熱用のヒータ及び予備加熱ヒータにより加熱されたオゾンガスが供給されるのに対し、処理容器内の下部領域にはほとんど加熱されていないオゾンガスが供給される。そのため、処理容器内の下部領域に配置される基板の温度が処理容器内の上部領域に配置される基板の温度より低くなる。このように、オゾンガスの供給によって、基板温度にばらつきが生じる。
【０００７】
そこで、上記課題に鑑み、オゾンガスを供給することにより生じる基板温度のばらつきを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るオゾンガス加温機構は、基板処理装置の処理容器内に設けられ、基板にオゾンガスを供給可能なガス供給手段と、前記ガス供給手段に接続され、前記ガス供給手段に前記オゾンガスを供給可能なガス供給配管と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス供給配管内の前記オゾンガスを加熱する配管加熱手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、オゾンガスを供給することにより生じる基板温度のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略断面図
【図２】オゾンガス加温機構の作用・効果を確認するための実験系を説明するための図
【図３】図２の実験系によりオゾンガスを加熱したときの濃度変化を示す図（１）
【図４】図２の実験系によりオゾンガスを加熱したときの濃度変化を示す図（２）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１２】
本発明の実施形態に係る基板処理装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略断面図である。
【００１３】
図１に示されるように、基板処理装置１は、長手方向が鉛直方向である略円筒形の処理容器４を有する。処理容器４は、天井を有する外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置され、天井を有する内筒８と、を備える２重管構造を有する。内筒８の下端部は外向きに突出するフランジを有し、外筒６の内壁に溶接等によって固定されている。外筒６の下端部は外向きに突出するフランジを有し、ステンレス鋼等から形成される円環状のボトムフランジ１０によって外筒６のフランジ下面が支持されている。ボトムフランジ１０は、ボルト等の固定手段によってベースプレートに固定されている。
【００１４】
ボトムフランジ１０の下端部の開口部には、例えばステンレス鋼により形成される円盤状のキャップ部１４が、Ｏリング等のシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。また、キャップ部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な回転軸２０が挿通されている。回転軸２０の下端は、回転機構２２に接続されている。回転軸２０の上端には、例えばステンレス鋼により形成されるテーブル２４が固定されている。
【００１５】
テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設置されている。保温筒２６上には、例えば石英製のウエハボート２８が載置されている。ウエハボート２８は、複数のウエハＷを処理容器４内で棚状に保持するための基板保持具である。ウエハボート２８には、例えば５０〜１５０枚のウエハが、鉛直方向に所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度の間隔を有して略水平に収容される。
【００１６】
キャップ部１４、テーブル２４、保温筒２６及びウエハボート２８は、例えば昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。
【００１７】
ボトムフランジ１０の側面には、処理容器４内にオゾンガスを導入するためのガス供給配管８２が設けられている。ガス供給配管８２は、例えばステンレス鋼により形成されている。ガス供給配管８２は、継手８３等の固定手段によりガス導入ポート７５に接続されている。
【００１８】
外筒６のフランジには、ガス導入ポート７５に対応する位置に貫通孔が形成されている。貫通孔には、インジェクタ６０の水平部分が処理容器４内から挿入されると共に、継手８３によってガス供給配管８２とインジェクタ６０が接続固定される。
【００１９】
インジェクタ６０は、ガス供給配管８２を経てガス導入ポート７５に供給されたオゾンガスを、ウエハＷに供給するためのガス供給手段である。インジェクタ６０は、例えば石英により形成されていてもよく、ＳｉＣ等のセラミクスにより形成されていてもよい。また、インジェクタ６０は、石英、セラミクスの他、処理容器４の内部を汚染し難い種々の材料を用いて形成することができる。
【００２０】
インジェクタ６０の上方の先端部は密封されており、インジェクタ６０の側面には、処理容器４内に収容される複数のウエハＷの被処理面に対して平行にオゾンガスを供給するためのガス供給孔６１が複数設けられている。つまり、鉛直方向に所定の間隔を有してガス供給孔６１が設けられ、ガス供給孔６１からオゾンガスを供給しながらウエハＷを熱処理し、ウエハＷに成膜を行う。よって、ガス供給孔６１は、ウエハＷに近接した側に設けられている。
【００２１】
ガス供給配管８２には、流量制御バルブ８１、配管加熱手段８４及び温度センサ８５が設けられている。
【００２２】
流量制御バルブ８１は、ガス供給源８０から供給されるオゾンガスの流量を制御するバルブである。
【００２３】
配管加熱手段８４は、ガス供給源８０から供給され、ガス供給配管８２を流れるオゾンガスを加熱する配管加熱ヒータである。配管加熱手段８４は、例えばガス供給配管８２のガス供給源８０と流量制御バルブ８１との間に設けられている。即ち、配管加熱手段８４は、処理容器４の外部に設けられている。このため、プロセスの観点では、予備加熱ヒータを備えるインジェクタを追加するのに比べ、ガスの流路の変更がないため、プロセスへの影響が少ない。また、装置改造時の工数の観点では、ガスの流路を開放する必要がないため、流路の開放に伴うリークチェック等が不要であり、装置改造時の工数を削減することができる。このように、既存装置等への配管加熱手段８４の追加が容易である。
【００２４】
なお、配管加熱手段８４は、ガス供給配管８２を加熱することが可能であれば他の位置に設けられていてもよく、例えばガス供給配管８２の流量制御バルブ８１と継手８３との間に設けられていてもよい。また、例えば流量制御バルブ８１を跨ぐようにガス供給源８０と継手８３との間に設けられていてもよい。
【００２５】
また、配管加熱手段８４は、ガス供給配管８２を加熱することが可能なヒータであれば特に限定されないが、低コストであるという観点から、テープヒータであることが好ましい。
【００２６】
また、配管加熱手段８４は、ガス供給源８０から供給されるオゾンガスを５０℃以上の温度に加熱することが好ましく、１００℃以上の温度に加熱することがより好ましい。これにより、オゾンガスを処理容器４内へ導入することによるウエハＷの温度低下を特に抑制することができる。また、配管加熱手段８４は、ガス供給源８０から供給されるオゾンガスを２００℃以下の温度に加熱することが好ましく、１００℃以下の温度に加熱することがより好ましい。これにより、オゾンガスの熱分解を抑制して効率よく処理容器４内に導入することができる。これらのことから、配管加熱手段８４によるオゾンガスの加熱温度は、１００℃であることが特に好ましい。
【００２７】
ところで、オゾンの半減期は、例えば２５０℃の場合、１．５秒程度である。このため、配管加熱手段８４によりオゾンガスを加熱する時間は１．５秒以下であることが好ましく、１秒以下であることがより好ましい。
【００２８】
そこで、配管加熱手段８４によるオゾンガスの加熱時間を１秒以下にするため、ガス供給配管８２に設ける配管加熱手段８４の長さＬ（ｍ）は、下記の数式（１）により算出される長さであることが好ましい。
【００２９】
Ｌ≦Ｍ／Ａ      （１）
なお、Ｍはオゾンガスの流量（ｓｌｍ）、Ａはガス供給配管８２の断面積（ｍ２）である。
【００３０】
具体的には、例えばガス供給配管１０２の内径が４．３５ｍｍである場合、所定の長さＬは、下記の数式（２）により算出される長さであることが好ましい。
【００３１】
Ｌ≦１．１２×Ｍ      （２）
また、例えばガス供給配管１０２の内径が７．５２ｍｍである場合、所定の長さＬは、下記の数式（３）により算出される長さであることが好ましい。
【００３２】
Ｌ≦０．３７５×Ｍ      （３）
即ち、ガス供給配管８２に設ける配管加熱手段８４の長さＬ（ｍ）は、オゾンガスの流量（ｓｌｍ）及びガス供給配管８２の断面積（ｍ２）に応じて定めることが好ましい。
【００３３】
このように、基板処理装置１では、オゾンガスは、ガス供給源８０から供給され、配管加熱手段８４によって加熱され、流量制御バルブ８１により流量制御されて、インジェクタ６０のガス供給孔６１から処理容器４内へ導入される。
【００３４】
温度センサ８５は、加熱されたオゾンガスの温度を検出するセンサである。温度センサ８５は、例えば流量制御バルブ８１と継手８３との間に設けられている。温度センサ８５は、ガス供給配管８２内を流れる加熱されたオゾンガスの温度を検出し、検出値を後述する制御部１Ａへ送信する。温度センサ８５を設けることで、外乱等によりオゾンガスの分解反応が進行し、異常発熱が生じた場合に、異常発熱を検出することができる。温度センサ８５は、例えば熱電対であってよい。また、温度センサ８５は、加熱されたオゾンガスの温度を検出可能であれば他の位置に設けられていてもよく、例えば配管加熱手段８４と流量制御バルブ８１との間に設けられていてもよい。
【００３５】
外筒６の下部には、ガス出口３６が設けられており、ガス出口３６には排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続された圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４とを含む。排気系３８により、処理容器４内の圧力を調整しながらガスを排気することができる。
【００３６】
処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷを加熱するヒータ装置４８が設けられる。
【００３７】
また、ウエハボート２８を介してインジェクタ６０に対向する側の内筒８の側壁には、鉛直方向に沿ってスリット９１が形成されており、内筒８内のガスを排気できるようになっている。即ち、インジェクタ６０のガス供給孔６１からウエハＷに向けて供給されたオゾンガスは、スリット９１を通って内筒８から内筒８と外筒６との間の空間に流れ、ガス出口３６から処理容器４外に排気される。
【００３８】
スリット９１は、上端の位置がウエハボート２８に保持されているウエハＷのうち最上段に保持されているウエハＷの位置よりも上方となるように形成されている。また、スリット９１は、下端の位置がウエハボート２８に保持されているウエハＷのうち最下段に保持されているウエハＷの位置よりも下方となるように形成されている。
【００３９】
また、基板処理装置１には、基板処理装置１の各部の動作を制御するコンピュータ等の制御部１Ａが設けられている。制御部１Ａはプログラム、メモリ、ＣＰＵ等のデータ処理部等を備えており、プログラムには、制御部１Ａから基板処理装置１の各部に制御信号を送り、各種の処理を実行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスクＭＯ（光磁気ディスク）及びメモリーカード等の記憶媒体に格納されて制御部１Ａにインストールされる。
【００４０】
なお、本発明の実施形態では、ガス供給配管８２が、オゾンガスが供給可能なガス供給源８０に接続されている場合を例に挙げて説明したが、ガス供給配管８２はガス供給源８０に加えて、他のガスが供給可能なガス供給源に接続されていてもよい。また、基板処理装置１には、使用するガスの種類に応じて、複数のガス供給配管８２が設けられていてもよい。
【００４１】
また、基板処理装置１には、ガス供給孔６１から供給されるオゾンガスを高周波電力により発生したプラズマにより活性化する活性化手段が設けられていてもよい。
【００４２】
（実施例）
次に、本発明の実施形態に係るオゾンガス加温機構の作用・効果について説明する。図２は、オゾンガス加温機構の作用・効果を確認するための実験系を説明するための図である。
【００４３】
図２に示されるように、実施例では、オゾン発生器１０１と、ガス供給配管１０２と、開閉弁１０３と、配管加熱ヒータ１０４と、濃度計１０５とを含む実験系を用いて、加熱したオゾンガスの濃度変化を確認した。
【００４４】
オゾン発生器１０１は、所定の濃度（例えば、９．３ｖｏｌ％、１４ｖｏｌ％）のオゾンガスを含むガスを発生させる機器である。
【００４５】
ガス供給配管１０２は、オゾン発生器１０１に接続されている配管である。
【００４６】
開閉弁１０３は、ガス供給配管１０２に設けられている弁である。開閉弁１０３を開くことにより、オゾン発生器１０１が生成するオゾンガスを含むガスが配管加熱ヒータ１０４により覆われたガス供給配管１０２を介して濃度計１０５に供給される。
【００４７】
配管加熱ヒータ１０４は、ガス供給配管１０２の開閉弁１０３が設けられている位置よりもガスの流れの下流側に設けられており、ガス供給配管１０２内を流れるオゾンガスを含むガスを、所定の温度（例えば室温〜２００℃）に加熱するヒータである。配管加熱ヒータ１０４によりガス供給配管１０２を加熱する長さ（加温長）は、２．５ｍである。
【００４８】
濃度計１０５は、ガス供給配管１０２の配管加熱ヒータ１０４が設けられている位置よりもガスの流れの下流側に設けられており、ガス供給配管１０２内を流れるオゾンガスの濃度を検出するセンサである。
【００４９】
まず、図２の実験系において、オゾン発生器１０１により生成した９．３ｖｏｌ％のオゾンガスを含むガスを２０ｓｌｍの流量で供給し、配管加熱ヒータ１０４により所定の温度に加熱した後のオゾンガスの濃度を測定した。所定の温度は、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃である。また、比較のために、配管加熱ヒータ１０４により加熱を行わなかったとき（２３℃）のオゾンガスの濃度を測定した。
【００５０】
図３は、図２の実験系においてオゾンガスを加熱した後の濃度変化を示す図である。図３中、横軸はオゾンガスを含むガスの加熱温度（℃）を示し、縦軸は加熱した後のオゾンガスの濃度（ｖｏｌ％）を示す。
【００５１】
図３に示されるように、オゾンガスを含むガスの温度が２３℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃のときのオゾンガスの濃度は、それぞれ９．２ｖｏｌ％、９．２ｖｏｌ％、９．２ｖｏｌ％、９．１ｖｏｌ％、９．０ｖｏｌ％、８．６ｖｏｌ％、７．９ｖｏｌ％、６．６ｖｏｌ％であった。即ち、オゾンガスを含むガスの加熱温度が２００℃以下である場合、オゾンガスの濃度の低下割合は３０％以下である。このことから、オゾンガスを含むガスの加熱温度は２００℃以下であることが好ましい。また、オゾンガスを含むガスの加熱温度が１００℃以下である場合、オゾンガスの濃度の低下はほとんど見られない。このことから、オゾンガスを含むガスの加熱温度は１００℃以下であることがより好ましい。
【００５２】
次に、図２の実験系において、オゾン発生器１０１により生成した１４ｖｏｌ％のオゾンガスを含むガスを２０ｓｌｍの流量で供給し、配管加熱ヒータ１０４により所定の温度に加熱した後のオゾンガスの濃度を測定した。所定の温度は、１００℃、１２５℃、１５０℃である。また、比較のために、配管加熱ヒータ１０４により加熱を行わなかったとき（２３℃）のオゾンガスの濃度を測定した。
【００５３】
図４は、図２の実験系においてオゾンガスを加熱した後の濃度変化を示す図である。図４中、横軸はオゾンガスを含むガスの加熱温度（℃）を示し、縦軸は加熱した後のオゾンガスの濃度（ｖｏｌ％）を示す。
【００５４】
図４に示されるように、オゾンガスを含むガスが２３℃、１００℃、１２５℃、１５０℃のときのオゾンガスの濃度は、それぞれ１３．８ｖｏｌ％、１３．８ｖｏｌ％、１３．７ｖｏｌ％、１３．４ｖｏｌ％であった。即ち、オゾンガスを含むガスの加熱温度が１５０℃以下である場合、オゾンガスの濃度の低下割合は５％以下である。このことから、オゾンガスを含むガスの加熱温度は１５０℃以下であることが好ましい。また、オゾンガスを含むガスの加熱温度が１００℃である場合、オゾンガスの濃度の低下は見られない。このことから、オゾンガスを含むガスの加熱温度は１００℃であることがより好ましい。
【００５５】
次に、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む有機材料の原料ガスと、実施形態に係るオゾンガス加温機構により１００℃に加熱したオゾンガスとを交互に供給することで、酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ２膜）を成膜したときの膜中に含まれる金属不純物について説明する。
【００５６】
表１は、原料ガスと、１００℃に加熱したオゾンガスとを交互に供給することで成膜されるＺｒＯ２膜の単位面積当たりの金属元素（Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ）の原子数の測定結果である。表１中、「Ｎ．Ｄ．」は検出限界以下であることを示す。また、「ＴＯＰ１」、「ＴＯＰ２」、「ＢＴＭ１」及び「ＢＴＭ２」は、それぞれウエハボート２８の鉛直方向における位置を示し、この順に上方から下方の位置を示している。
【００５７】
【表１】
2018125466.tif 000003
表１に示されるように、ステンレス鋼により形成されたガス供給配管８２の構成材料の金属元素であるＣｒ及びＮｉのＺｒＯ２膜の単位面積当たりの原子数は、いずれの位置においても検出限界以下であった。また、ステンレス鋼により形成されたガス供給配管８２の構成材料の金属元素であるＦｅのＺｒＯ２膜の単位面積当たりの原子数は、検出限界以下であるか、又は、許容範囲以下であった。このことから、加熱されたオゾンガスによって、ガス供給配管８２が腐食していないと考えられる。
【００５８】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００５９】
上記の実施形態では、複数のウエハＷに一括して処理を行うバッチ式の基板処理装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、１枚ずつ処理を行う枚葉式の基板処理装置にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１    基板処理装置
４    処理容器
６０  インジェクタ
６１  ガス供給孔
８２  ガス供給配管
８４  配管加熱手段
８５  温度センサ
Ｗ    ウエハ
【図１】
2018125466.tif 000004
【図２】
2018125466.tif 000005
【図３】
2018125466.tif 000006
【図４】
2018125466.tif 000007