(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス供給ユニットを均一に加熱すると共に、ガスの供給、置換、排気等の動作の切替え時間の短縮が可能な基板処理装置を提供する。【解決手段】基板２６に処理ガスを供給し、基板に所定の処理を行う基板処理装置に於いて、容器本体９と該容器本体を上方から閉塞する蓋体１１とからなる反応容器８と、基板を載置する基板載置部１６と、基板を加熱する発熱部２７と、前記反応容器の上方から処理ガスを供給するガス供給ユニット２とを具備し、前記蓋体の上面には凹部１７が形成され、該凹部に前記ガス供給ユニットを収納し、該ガス供給ユニットと前記蓋体とを一体化した。【選択図】図１
2011060812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に処理ガスを供給し、基板に所定の処理を行う基板処理装置に於いて、容器本体と該容器本体を上方から閉塞する蓋体とからなる反応容器と、基板を載置する基板載置部と、基板を加熱する発熱部と、前記反応容器の上方から処理ガスを供給するガス供給ユニットとを具備し、前記蓋体の上面には凹部が形成され、該凹部に前記ガス供給ユニットを収納し、該ガス供給ユニットと前記蓋体とを一体化した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、半導体装置の製造工程の１つであるウェーハ等の被処理基板に酸化膜の生成、エッチング、薄膜の生成等所要の基板処理を行う基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置は反応容器、加熱装置等からなる反応炉を具備し、反応容器に基板を収納し、基板を加熱装置で所定温度に加熱し、処理ガスを反応容器内に供給して基板処理を行う。又、基板処理装置には、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置と、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置とがある。
【０００３】
枚葉式の基板処理装置では、反応容器に形成された搬入搬出口より基板載置部に基板（ウェーハ）が水平に載置され、基板は加熱装置により加熱されると共に、処理ガスが反応容器内に供給されることで、基板は基板載置部に載置された状態で処理がなされる様になっている。
【０００４】
従来の反応炉では、反応炉から離れた場所で隔離された集積ユニット内にガス供給切替えのバルブを配置し、供給を行っていたが、この場合、前記集積ユニットから前記反応炉迄の距離が長くなり、処理ガスの供給、排気、置換等の繰返し動作に時間が掛ると共に動作が安定しないという問題があった。
【０００５】
上記問題を解決する為、近年高集積化が進み、図３に示される様な、反応炉１の近傍にガス供給ユニット２を配置すると共に、該ガス供給ユニット２を供給配管３を介して前記反応炉１に接続し、Ｍｅｔａｌ系の液体原料を気化させ、前記ガス供給ユニット２、前記供給配管３を介して前記反応炉１に供給することが一般に行われている。
【０００６】
前記ガス供給ユニット２は、主にエアバルブ４、流量制御器（ＭＦＣ）５、圧力計等から構成され、前記エアバルブ４と前記ＭＦＣ５との間は、前記供給配管３によって接続されている。
【０００７】
又、前記ガス供給ユニット２には、前記供給配管３内のガスを排気するＶＥＮＴ管６が接続されると共に、前記反応炉１の上面、及び前記ガス供給ユニット２、前記供給配管３、前記ＶＥＮＴ管６の全周にはブロックヒータ７が設けられ、前記反応炉１の、前記ガス供給ユニット２、前記供給配管３、前記ＶＥＮＴ管６はそれぞれ前記ブロックヒータ７によって加熱される様になっている。
【０００８】
Ｍｅｔａｌ系の液体原料を前記反応炉１に供給する際には、ガスを安定に供給する必要があり、前記ガス供給ユニット２、前記供給配管３、前記ＶＥＮＴ管６を均一に加熱することや、成膜処理に於けるＡＬＤ処理やＣＶＤ処理等ガスの供給、置換、排気動作が繰返される処理を行う場合に、ガスの供給、置換、排気動作が安定して切替えられること等が必須条件となっている。
【０００９】
然し乍ら、前記供給配管３内のガスの供給、置換、排気動作の切替えに要する時間の短縮の為、前記供給配管３を短縮し、前記反応炉１直上の空間に前記ガス供給ユニット２を固定する場合、加熱用の前記ブロックヒータ７が前記反応炉１、前記ガス供給ユニット２、前記供給配管３、前記ＶＥＮＴ管６にそれぞれ設けられている為、前記反応炉１加熱用のブロックヒータ７が前記供給配管３に干渉し、供給ガスの温度にばらつきが生じるという問題があった。
【００１０】
尚、液体流量調節器と気化器を有し、キャリアガスを反応室に導入する液体材料気化ユニットが反応室の近傍に設けられている半導体装置の製造装置として、特許文献１に示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１３３６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、ガス供給ユニットを均一に加熱すると共に、ガスの供給、置換、排気等の動作の切替え時間の短縮が可能な基板処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基板に処理ガスを供給し、基板に所定の処理を行う基板処理装置に於いて、容器本体と該容器本体を上方から閉塞する蓋体とからなる反応容器と、基板を載置する基板載置部と、基板を加熱する発熱部と、前記反応容器の上方から処理ガスを供給するガス供給ユニットとを具備し、前記蓋体の上面には凹部が形成され、該凹部に前記ガス供給ユニットを収納し、該ガス供給ユニットと前記蓋体とを一体化した基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板に処理ガスを供給し、基板に所定の処理を行う基板処理装置に於いて、容器本体と該容器本体を上方から閉塞する蓋体とからなる反応容器と、基板を載置する基板載置部と、基板を加熱する発熱部と、前記反応容器の上方から処理ガスを供給するガス供給ユニットとを具備し、前記蓋体の上面には凹部が形成され、該凹部に前記ガス供給ユニットを収納し、該ガス供給ユニットと前記蓋体とを一体化したので、前記ガス供給ユニットから前記反応容器に処理ガスが供給される迄の距離が短縮され、ガスの供給、置換、排気等の動作の切替えに要する時間を短縮でき、更に前記ガス供給ユニット全体を均一に加熱することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に於ける反応炉の概略立断面図である。
【図２】本発明に於ける集積ユニットの分解斜視図である。
【図３】従来の反応炉と集積ユニットの配置を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１７】
図１に於いて、本実施例の基板処理装置について説明する。尚、図１中、図３と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００１８】
図１は、基板処理装置の内、一度に一枚或は数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置の反応炉１部分を示している。
【００１９】
反応容器８は、容器本体９と蝶番１２を介して連結された蓋体１１によって構成され、前記蓋体１１は前記蝶番１２を中心に上方に回転可能であると共に、前記容器本体９を気密に閉塞する。又、前記蓋体１１にはガス分散板１４が天井面との間にガス溜り１３を形成する様に設けられ、前記ガス分散板１４と前記容器本体９との間で処理空間１５が形成される。該処理空間１５には昇降可能且つ回転可能な基板載置部１６が収納され、前記蓋体１１の天井面とは反対側の面、即ち該蓋体１１の上面には凹部１７が形成されている。
【００２０】
該凹部１７にはガス供給ユニット２が収納され、該ガス供給ユニット２は複数の供給配管３、複数のエアバルブ４、例えば該複数のエアバルブ４にそれぞれ一体的に組込まれた流量制御器（ＭＦＣ）５（図３参照）、流路部１８、座板１９及び図示しないＶＥＮＴ管６を有し、前記流路部１８には前記供給配管３と前記エアバルブ４、該エアバルブ４，４を接続する流路が形成されている。
【００２１】
又、前記蓋体１１の肉厚部には、前記凹部１７に開口すると共に下面に開口するガス導入管２１ａがＬ字状に形成され、前記容器本体９の肉厚部にはガス導入管２１ｂが上面及び下面に開口する様に穿設され、前記ガス導入管２１ａと前記ガス導入管２１ｂは紙面と垂直に複数設けられている。前記ガス導入管２１ａの前記凹部１７側の先端には管継手２２が設けられ、前記ガス導入管２１ｂの前記容器本体９の下面側の先端には図示しないガス供給源が接続されており、前記ガス導入管２１ａと前記ガス導入管２１ｂの接続面は、Ｏリング等の密閉部材２３によって気密にシールされ、前記ガス導入管２１ａと前記ガス導入管２１ｂは気密な状態で連通する様になっている。
【００２２】
前記ガス導入管２１ａは前記管継手２２を介して前記供給配管３と接続可能であり、該供給配管３は前記流路部１８、前記エアバルブ４に接続され、前記反応炉１の外部の図示しないガス供給源よりガス導入管２１、前記供給配管３、前記流路部１８を通って前記エアバルブ４にガスが供給される様になっている。該エアバルブ４は後述する制御部２４に電気的に接続され、前記エアバルブ４に供給される処理ガスの流量を検知して前記制御部２４にフィードバックし、該制御部２４からの命令により処理ガスの流量を調節する機能を有している。
【００２３】
又、前記座板１９には前記反応容器８内に処理ガスを供給する前記供給配管３と連通するガス導入孔２５が穿設されており、前記蓋体１１は前記ガス供給ユニット２を避ける様孔が穿設されたブロックヒータ７によって上面が覆われる様になっている。
【００２４】
前記基板載置部１６は上面にウェーハ等の処理される基板２６が載置され、前記基板載置部１６の内部には抵抗発熱体等の発熱部２７が設けられ、又前記基板載置部１６に対して相対的に昇降する基板押上げ部２８が設けられ、該基板押上げ部２８は前記発熱部２７、前記基板載置部１６の基板載置台２９を貫通する押上げピン３１を有している。
【００２５】
前記ガス分散板１４は多数のガス分散孔３２が穿設されており、前記ガス溜り１３にはガス供給孔３３が連通し、該ガス供給孔３３は前記ガス供給ユニット２及び前記ガス導入管２１に連通し、図示しないガス供給源よりガスが供給される。供給されたガスは、前記ガス溜り１３から前記ガス分散孔３２より分散され、前記容器本体９内に均等に導入される様になっている。尚、前記ガス溜り１３には図示しない炉内温度検出器が設けられており、該炉内温度検出器は前記反応容器８内に供給される処理ガスの温度を検出し、検出結果を前記制御部２４にフィードバックする機能を有している。
【００２６】
又、該容器本体９には排気系３４が連通し、該排気系３４は図示しない真空ポンプ等を具備する排気装置に接続されている。前記排気系３４には図示しない圧力検出器が設けられ、該圧力検出器は前記反応容器８内の圧力を検出し、前記制御部２４にフィードバックする機能を有している。尚、前記排気系３４は、前記ガス導入管２１ｂと干渉しない位置に設けられている。
【００２７】
前記基板載置部１６には、前記基板載置台２９の温度を検出する図示しない基板温度検出器が設けられており、該基板温度検出器は前記基板載置台２９の温度、即ち基板２６の温度を検出し、検出結果を前記制御部２４にフィードバックする機能を有している。
【００２８】
該制御部２４は、前記エアバルブ４、前記ブロックヒータ７、前記発熱部２７、前記排気系３４と電気的に接続されており、前記エアバルブ４、前記炉内温度検出器、前記基板温度検出器、前記圧力検出器からの検出結果に従って各機構を制御する様になっている。
【００２９】
前記容器本体９には基板搬入出口３５が設けられ、該基板搬入出口３５はゲート弁３６によって開閉され、前記基板搬入出口３５を通して、図示しない基板搬送機構が前記基板載置台２９に基板２６を載置、払出しする様になっている。尚、前記基板載置部１６の支持部３７が前記容器本体９を貫通する部分は、ベローズ３８によってシールされている。
【００３０】
次に、図２に於いて、前記ガス供給ユニット２の詳細について説明する。
【００３１】
該ガス供給ユニット２は、前記エアバルブ４、前記供給配管３、前記エアバルブ４に一体的に組込まれた図示しない前記ＭＦＣ５、前記ＶＥＮＴ管６、前記流路部１８、前記座板１９によって構成され、該座板１９、前記流路部１８、前記エアバルブ４を積層することで前記ガス供給ユニット２を集積ユニット化している。
【００３２】
前記流路部１８は複数の流路ブロック３９から構成され、該流路ブロック３９には流路のみが形成されたもの、或は直管やＬ字管等形状や長さが異なる前記供給配管３が固着されたもの等、様々な種類のものがあり、複数個の前記流路ブロック３９を組合わせることで、所望の流路を有する流路部１８が形成できる様になっている。又、前記ＶＥＮＴ管６には図示しない真空ポンプ等の排気装置が設けられており、該排気装置を作動させることで流路内のガスを排気することができる。
【００３３】
前記ガス供給ユニット２を組立てる際には、先ず複数（例えば基板処理に使用する処理ガスの数と前記ＶＥＮＴ管６に接続されるものを加えた数）の前記エアバルブ４を用意する。
【００３４】
次に、基板処理に使用される各ガス供給源に接続された前記ガス導入管２１と前記供給配管３が設けられた前記流路ブロック３９を接続する。該供給配管３は、先端に螺子部４０が形成され、前記ガス導入管２１ａの管継手２２を前記螺子部４０に螺着し、前記管継手２２を介して前記供給配管３と前記ガス導入管２１が連通される。
【００３５】
その後、前記ガス導入管２１と接続された前記流路ブロック３９の流路を前記エアバルブ４に接続することで、前記ガス導入管２１と前記流路ブロック３９の流路が連通すると共に、図示しないガス供給源から供給されるガスの流量が前記エアバルブ４によって制御される。
【００３６】
他の前記ガス導入管２１に対しても、上記と同様の作業を行い、基板処理に於いて使用されるガスの流量が全て前記エアバルブ４及び前記ＭＦＣ５によって制御できる様にする。その後、単一のガスとして使用する場合は他のガスと混合しない様に流路を形成し、混合ガスを使用する場合は複数の流路が合流する様に流路を形成する等、用途に合わせて前記流路ブロック３９を組合わせ、所望の流路を形成する。
【００３７】
尚、前記ガス導入孔２５に対応する部位に載置される前記流路ブロック３９は下向きに開口した流路を有し、該流路と前記ガス導入孔２５が連通する様、前記座板１９上に前記流路部１８と前記エアバルブ４を載置することで、前記ガス供給ユニット２の組立が完了する。
【００３８】
該ガス供給ユニット２の組立完了後は、該ガス供給ユニット２を前記凹部１７に収納し、前記ガス導入孔２５と前記蓋体１１に形成された前記ガス供給孔３３が連通する様に位置決めし、位置決め後に前記座板１９の四隅に穿設された螺子孔４１を介して、ボルト等の固着具により前記座板１９と前記蓋体１１を固定する。
【００３９】
尚、前記ガス導入孔２５と前記ガス供給孔３３の周縁部には図示しないＯリング等の密閉部材が設けられており、前記座板１９に前記流路部１８を載置し、前記ガス供給ユニット２を前記凹部１７に収納することで、前記流路部１８の流路と前記ガス導入孔２５と前記ガス供給孔３３が気密に連通する様になっている。
【００４０】
尚、前記ガス供給ユニット２は、前記ガス導入孔２５と前記ガス供給孔３３の周縁部に密閉部材を設け、集積することで前記ガス溜り１３と前記ガス供給ユニット２を連通させるのではなく、前記流路ブロック３９に前記座板１９と前記蓋体１１の厚さよりも長い前記供給配管３を接続し、該供給配管３が前記ガス導入孔２５と前記ガス供給孔３３を貫通する様にしてもよい。
【００４１】
次に、基板２６の処理について説明する。
【００４２】
前記反応容器８内が真空状態で、図示しない基板搬送機構が前記基板搬入出口３５を通して基板２６を前記基板載置台２９に載置する。
【００４３】
基板２６の前記基板載置台２９への載置は、前記基板載置部１６が降下することで、前記押上げピン３１が突出し、前記基板搬送機構は前記押上げピン３１に基板２６を載置する。前記基板搬送機構が退出した状態で、前記基板載置部１６が上昇し、基板２６が前記基板載置台２９に載置される。基板２６が載置された状態で、前記基板載置部１６が低速回転され、該基板載置部１６の回転により基板処理の円周方向の均一性が向上する。
【００４４】
前記ゲート弁３６が前記基板搬入出口３５を気密に閉塞し、図示しないガス供給源より、前記ガス供給ユニット２を介して前記ガス供給孔３３から窒素ガス等の不活性ガスが供給され、前記反応炉１内をパージし、前記排気系３４より排気される。該反応炉１内は前記制御部２４が前記エアバルブ４及び前記排気系３４を制御することで所定の圧力に調整され、又前記発熱部２７を制御することで基板２６が所定温度に加熱される。
【００４５】
該基板２６が所定温度に加熱された状態で、前記ガス供給ユニット２により不活性ガスから酸素等、基板処理に応じた処理ガスに切替えられ、前記ブロックヒータ７により所定の温度に加熱された上で前記ガス供給ユニット２より前記ガス供給孔３３に供給される。
【００４６】
処理ガスは、基板処理の内容に応じ、単一ガスの場合もあり、又異なる種類のガスが供給される場合もある。異なる種類のガスが供給される場合の供給方法としては、予め前記ガス供給ユニット２内で所定の比率に混合した混合ガスを前記ガス供給孔３３に供給する方法や、所定の流量比に制御したガスを個々に前記ガス供給孔３３へ供給する方法等がある。
【００４７】
この時、処理ガスとしては、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、水蒸気、ＮＨ3 の単一ガス、或は２種の混合ガスが用いられる。
【００４８】
所定時間が経過し、基板処理が完了すると、処理ガスの供給を停止し、前記排気系３４より排気することで前記反応容器８内を真空引し、更に前記ブロックヒータ７及び前記発熱部２７による加熱を停止し、基板２６を所定温度迄降温させる。
【００４９】
その後、前記基板載置部１６が降下し、前記基板搬入出口３５より図示しない基板搬送機構が基板２６を前記反応炉１の外部へ払出す。
【００５０】
上記の処理が繰返されることで、基板２６が処理される。
【００５１】
上述の様に、前記ガス供給ユニット２を前記凹部１７に埋込み、前記蓋体１１と一体化させたので、前記供給配管３の長さを短縮することによる省スペース化を図ると共に、処理ガスの流量を調節する前記エアバルブ４から前記反応炉１に処理ガスを供給する前記ガス供給孔３３迄の距離を短縮することにより前記供給配管３内の容積を減少させ、ガス供給、置換、排気等の繰返し動作の切替えに要する時間の短縮を図ることができ、更に安定した繰返し動作を行うことができる。
【００５２】
又、前記ブロックヒータ７を前記蓋体１１上に設けるだけで、前記ガス供給ユニット２全体を加熱することができるので、前記反応炉１、前記ガス供給ユニット２、前記供給配管３、前記ＶＥＮＴ管６のそれぞれに前記ブロックヒータ７を設ける必要がなく、コストの削減が図れると共に、複雑なゾーン分割による温度制御を行うことなく前記反応炉１に供給される処理ガスの均一加熱を実行することができる。
【００５３】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００５４】
（付記１）基板に処理ガスを供給し、基板に所定の処理を行う基板処理装置に於いて、容器本体と該容器本体を上方から閉塞する蓋体とからなる反応容器と、基板を載置する基板載置部と、基板を加熱する発熱部と、前記反応容器の上方から処理ガスを供給するガス供給ユニットとを具備し、前記蓋体の上面には凹部が形成され、該凹部に前記ガス供給ユニットを収納し、該ガス供給ユニットと前記蓋体とを一体化したことを特徴とする基板処理装置。
【００５５】
（付記２）前記ガス供給ユニットは流路部を有し、該流路部は複数の流路ブロックにより構成される付記１の基板処理装置。
【符号の説明】
【００５６】
１              反応炉
２              ガス供給ユニット
３              供給配管
４              エアバルブ
６              ＶＥＮＴ管
７              ブロックヒータ
８              反応容器
９              容器本体
１１            蓋体
１７            凹部
１８            流路部
１９            座板
２１            ガス導入管
２６            基板
３９            流路ブロック
【図１】
2011060812.tif 000003
【図２】
2011060812.tif 000004
【図３】
2011060812.tif 000005