(57)【要約】      （修正有）【課題】バッチ式の基板処理装置に限らず、成膜の際のウエハの膜厚の均一化を可能にする手段を提供する。【解決手段】第１のガス供給手段は、処理室２０１に原料ガスを導入する少なくとも１つの第１の導入口を更に備え、第１の導入口は前記処理室２０１内に収容された基板側の方向を避けて開口し、第２のガス供給手段は、前記処理室２０１に前記酸性化ガスを導入する少なくとも一つの第２の導入口を更に備え、前記第２の導入口は前記処理室２０１内に収容された基板側の方向を向いて開口し、制御部は、前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御して、前記処理室２０１に対して前記原料ガスと前記酸性化ガスを交互に供給、排気し、前記基板上に所望の膜を生成するように構成される。【選択図】図４
2008078448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、
前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された前記処理室内の雰囲気温度で自己分解する原料ガスを供給する第１のガス供給手段と、
酸性化ガスを供給する供給する第２のガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
少なくとも前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御する制御部と、を備え、
前記第１のガス供給手段は、前記処理室に前記原料ガスを導入する少なくとも１つの第１の導入口を更に備え、
前記第１の導入口は前記処理室内に収容された前記基板側の方向を避けて開口し、
前記第２のガス供給手段は、前記処理室に前記酸性化ガスを導入する少なくとも一つの第２の導入口を更に備え、
前記第２の導入口は前記処理室内に収容された基板側の方向を向いて開口し、
前記制御部は、前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御して、前記処理室に対して前記原料ガスと前記酸性化ガスを交互に供給、排気し、前記基板上に所望の膜を生成するように構成された基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面に所望の薄膜を形成して半導体装置を製造する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、ガスの供給技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、縦型のバッチ式の基板処理装置では、複数のウエハをボートに支持し、ボートを基板処理室に挿入することにより、スループットを向上している。また、処理室にボートを挿入した状態でボートを処理室の軸芯周りに回転させ、ウエハを回転させることにより、ウエハの成膜面に原料ガスを均一に流し、成膜の面内膜厚の均一化が計られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ウエハの回転によりウエハの表面に基板処理ガスを均等に流した場合でもウエハの面内厚さに不均一さが発生することがある。そこで、バッチ式の基板処理装置に限らず、成膜の際の面内膜厚の均一化を可能にする技術が求められており、本発明は、このような課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するため、本発明は、複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された前記処理室内の雰囲気温度で自己分解する原料ガスを供給する第１のガス供給手段と、酸性化ガスを供給する供給する第２のガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、少なくとも前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御する制御部と、を備え、前記第１のガス供給手段は、前記処理室に前記原料ガスを導入する少なくとも１つの第１の導入口を更に備え、前記第１の導入口は前記処理室内に収容された前記基板側の方向を避けて開口し、前記第２のガス供給手段は、前記処理室に前記酸性化ガスを導入する少なくとも一つの第２の導入口を更に備え、前記第２の導入口は前記処理室内に収容された基板側の方向を向いて開口し、前記制御部は、前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御して、前記処理室に対して前記原料ガスと前記酸性化ガスを交互に供給、排気し、前記基板上に所望の膜を生成するように構成されたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、縦型基板処理装置に限らず、成膜の際の基板の面内膜厚を均一にすることができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を透視法で示した斜視図であり、図２は処理装置の基板処理部の基板処理系を示す解説図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【０００８】
図１に示すように、この基板処理装置１０１には、基板としてのウエハ２００を搬送するキャリアとして、周知の基板収容器（以下、ポッドという。）１１０が用いられる。ポッド１１０は、基板処理装置１０１の外部を走行する工程内搬送台車により搬送される。基板処理装置１０１の筐体１１１の前部には前記ポッド１１０の受け渡しのための受け渡し台としてロードポート１１４が設けられており、筐体１１１の前部内には、前記ポッド１１０を一時、保管するためのポッド保管棚１０５と、ポッド１１０のウエハ出し入れ口（図示せず）を開閉する蓋となるキャップ（図示せず）を開くポッドオープナ（図示せず）と、ポッド１１０を搬送するためのポッド搬送装置１１８が備えられ、筐体１１１の前面壁には、工程内搬送台車とロードポート１１４との間でポッド１１０の受け渡しを行うための搬入・搬出口（図示せず）と、この搬入・搬出口を開閉するためのフロントシャッタ（図示せず）とが設けられる。
【０００９】
ポッド１１０が工程内搬送台車からロードポート１１４に受け渡され、ポッド搬送装置１１８がロードポート１１４のポッド受け取り位置に移動されると、ポッド搬送装置１１８によりロードポート１１４からポッド１１０が取り上げられる。ポッド１１０は、この後、ポッド保管棚１０５の指定された棚板１０７へ自動的に搬送され、一時的に保管されるか、又は、直接、移載室１３０側のポッドオープナに搬送される。
【００１０】
移載室１３０は、前記ポッド搬送装置１１８や前記ポッド保管棚１０５の設置部から流体的に隔絶される気密構造となっており、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設けられている。移載室１３０の酸素濃度は２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低くされる。
【００１１】
ウエハ移載機構１２５は、ウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、これを昇降するウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂによって構成される。ウエハ移載装置１２５ａは、基板保持体としてのツイーザによりポッド１１０とボート（基板保持具）２１７との間でウエハ２００を受け渡すように構成されている。
【００１２】
ポッド１１０は、そのウエハ出し入れ口が移載室１３０の正面壁（図示せず）のウエハ搬入搬出口（図示せず）の開口縁辺部に押し付けられた状態で、ポッドオープナのキャップ着脱機構によってキャップが取り外され、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開放する。次に、ウエハ移載装置１２５ａはツイーザによってポッド１１０のウエハ出し入れ口を通じて順次、ウエハ２００をピックアップし、円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置（図示せず）によりノッチを基準とした円周方向の位置を整合する。そして、この後は、移載室１３０ボート待機部１４０に設置されたボート２１７に装填される（チャージング）。
【００１３】
ボート２１７は、筐体１１１後部のボート待機部１４０に設置されたボート昇降エレベータ１１５上のシールキャップ２１９上に支持されており、ボート待機部１４０の上方に設置された処理炉２０２の炉口に対し下方側から挿入される。この処理炉２０２は、ボート２１７の挿入時以外は、炉口開閉機構としての炉口シャッタ１４７により閉鎖される。
【００１４】
ボート２１７に予め指定された枚数のウエハ２００が装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の炉口が開放され、続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボート昇降エレベータ１１５の上昇によって処理炉２０２内へ搬入（ローディング）される。
【００１５】
ボート２１７は複数本のウエハ保持部材１３１と、これらのウエハ保持部材１３１を支持する昇降台１３２とを備えており、複数のウエハ保持部材１３１に上下方向に間隔を隔てて多段に設けられた溝状の支持部１３３にウエハ２００をそれぞれ水平に挿入させて支持させるように構成されている。各支持部１３３にウエハ２００が支持されると、複数のウエハ２００はウエハ中心を揃えた状態で垂直方向に整列される。また、各ウエハ２００は支持部１３３によりそれぞれ水平な状態で保持される。なお、ボート２１７にウエハ２００は、例えば、５０枚〜１２５枚程度チャージされる。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の基板処理が実施される。基板処理後は、ノッチ合わせ装置でのウエハ２００の整合工程を除き、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１１０が筐体１１１の外部へと払出される。
【００１６】
なお、前記クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエアは、ノッチ合わせ装置およびウエハ移載装置１２５ａ、ボート待機部１４０にあるボート２１７に流通した後に、ダクト１３４ａにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくは前記クリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１３０内に吹き出される。
【００１７】
図２を参照して前記処理炉２０２について詳述すると、処理炉２０２加熱する加熱手段としてのヒータ２０７は筒状に構成されており、基板であるウエハ２００を処理するための反応容器としての反応管２０３がヒータ２０７内に配置される。反応管２０３は石英等の耐熱性、耐食性金属で形成されており、反応管２０３の下端にはフランジ接続によりマニホールド２０９が取り付けられる。
【００１８】
マニホールド２０９は、下方に臨んで開口していて、処理炉２０２の炉口を下方に延長する。前記ボート２１７は、詳細には、前記シールキャップ２１９の軸心部を上下に貫通する回転軸（図示せず）の先端部に取り付けられたボート支持台２１８の中央部に支持されており、回転軸はシールキャップ２１９の下部に取り付けられ、シールキャップ２１９を固定系として回転駆動力を伝達するボート回転機構２６７に連結される。ボート回転機構２６７を駆動すると、回転軸が回転し、ボート支持台２１８を介してボート２１７が回転するので、反応管２０３内部の処理室２０１に供給された原料ガス、酸化ガスの雰囲気に各ウエハ２００が接触するので、面内膜厚の均一な環境が得られる。
【００１９】
図２乃至図６を参照して原料ガス、酸化ガス等の基板処理ガス供給系について説明すると、処理室２０１には複数種のガスが供給される。本実施例では、ガス供給管として、第１のガス供給管２３２ａと、第２のガス供給管２３２ｂとが設けられる。第１のガス供給管２３２ａは、図２ないし図４に示すように、第１のノズル２３３ａが接続されることにより第１のガス供給手段を構成しており、第２のガス供給管２３２ｂは第２のノズル２３３ｂが接続されることにより、第２のガス供給手段を構成している。第１のガス供給管２３２ａ及び第２のガス供給管２３２ｂの先端部は、前記マニホールド２０９の側壁を半径方向に貫通することにより、処理室２０１を区画する反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間内に配置されている。前記第１のノズル２３３ａは、前記第１のガス供給管２３２ａの先端部とＬ字状に接続されていて、反応管２０３内に積層されたウエハ２００の積載方向に沿って反応管２０３の炉口側、すなわち、マニホールド２０９側から反応管２０３の天井付近に延びている。また、前記第２のノズル２３３ｂは、前記第２のガス供給管２３２ｂの先端部にＬ字状に接続されていて、反応管２０３のウエハ２００の積載方向に沿って反応管２０３の炉口側から反応管２０３の天井付近に延びている。前記第１のノズル２３３ａの先端部には前記処理室２０１に原料ガスを導入するためのガス導入口として第１のガス供給孔２４８ａが一つ設けられており、第２のノズル２３３ｂには複数の第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。第１のガス供給孔２４８ａは、一般のＣＶＤやＣＶＤの一種であるＡＬＤによる成膜の際に際して、各ウエハ２００の成膜面に形成する成膜の面内膜厚を均一にするために、第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に導入する原料ガス（原料とキャリアガスの混合ガス）が直接、ボート２１７の各ウエハ２００に向けて導入することのないように、ボート２１７のウエハ２００を回避する方向に開口している。本実施形態では、第１のガス供給孔２４８ａは、ドーム状に形成された反応管２０３の天井部と反応管２０３の側壁部との接続部付近に臨ませられている。一方、複数の第２のガス供給孔２４８ｂは酸化ガスがボート２１７が隣接するウエハ２００間にそれぞれ水平に導入されるように上下方向に所定間隔を隔てて設けられている。第２のガス供給孔２４８ａの開口面積は同一でもよいが、特に、管路抵抗の影響が大きく晴膜やガスの押し出しに影響がでる場合は、上流側、すなわち、マニホールド２０９側の第２のガス供給孔２４８ａの開口面積を小さく、下流側、すなわち、天井側の開口面積に向かって開口系を順次小さくし、第２のノズル２３３ｂ全体として同じ流量の基板処理ガスが各ウエハ２００間に導入されるようにしてもよい。また、図３に示すように、第１のノズル２３３ａ、第２のノズル２３３ｂは、互いに近接した状態に配置してもよいし、処理室２０１の軸芯線を挟んで対称な位置に配置してもよい。
【００２０】
そして、前記第１のガス供給管２３２ａは第１のキャリアガス供給管２３４ａに合流しており、第１のガス供給管２３２ａには、上流方向から下流側に向かって流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ（流体フローコントローラ）２４０、気化器２４２、及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａが順次介設されており、第１のキャリアガス供給管２３４ａには、第１のガス供給管２３２ａとの合流点よりも上流側に、開閉弁である第２のバルブ２４３ｃが介設され、その上流側に流量制御装置（流量制御手段）２４１ｂが介設されている。
【００２１】
また、第２のガス供給管２３２ｂは、キャリアガスを供給するための第２のキャリアガス供給管２３４ｂと合流しており、第２のガス供給管２３２ｂには、上流方向から下流側に向かって流量制御装置（流量制御手段）である第２のマスフローコントローラ２４１ａ、開閉弁である第３のバルブ２４３ｂが介設され、第２のキャリアガス供給管２３４ｂには、第２のガス供給管２３２ｂとの合流点よりも上流側に、開閉弁である第４のバルブ２４３ｄが介設されるともに、その上流側に、流量制御装置（流量制御手段）である第３のマスフローコントローラ２４１ｃが介設されている。
【００２２】
第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が、例えば、液体の場合、第１のガス供給管２３２ａからは、第１のマスフローコントローラ２４０、気化器２４２、及び第１のバルブ２４３ａから供給された原料ガスが、第１のキャリアガス供給管２３４からのキャリアガスと合流し、キャリアガスにより第１のノズル２３３ａへと搬送されて、第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給される。第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が液体でなく気体の場合には、第１のマスフローコントローラ２４０を液体マスフローコントローラから気体用のマスフローコントローラに交換する。この場合には気化器２４２が不要となる。
【００２３】
また、第２のガス供給管２３２ｂから供給されるガスは第２のマスフローコントローラ２４１ａ、第２のバルブ２４３ｂを介して第２のキャリアガス供給管２３４ｂのキャリアガスと合流し、キャリアガスにより第２のノズル２３３ｂへと搬送されて、第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１に供給される。
【００２４】
また、処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第５のバルブ２４３ｅを介して排出手段としての真空ポンプ２４６に接続され、真空排気される。なお、この第５のバルブ２４３ｅは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気の停止が可能でき、更に弁開度を調節して処理室２０１内の圧力調整可能な開閉弁で構成されている。
【００２５】
制御手段としての制御部を構成するコントローラ２８０は、前記第１のマスフローコントローラ２４０、第１〜第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、第１〜第５のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボート昇降エレベータ１１５等のアクチュエータやメカニズムコントローラに接続されており、第１のマスフローコントローラ２４０、及び第１〜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４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、第５のバルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調整及び排出手段である真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降エレベータ１１５の昇降動作制御を実行し、ＣＶＤやＡＬＤによる成膜をレシピに基づいて制御する。
【００２６】
次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理の一例として、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ３を用いてＨｆＯ２膜を成膜する場合を説明する。
【００２７】
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の一つであるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる反応性ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位でウエハ２００の成膜面に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、反応性ガスを供給するサイクル数で行う（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、２０サイクル行われる）。
【００２８】
ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ２膜形成の場合、原料ガスとしてＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［ＮＣＨ３Ｃ２Ｈ５］４）、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）を用い、酸化ガスとしてＯ３（オゾン）を用い、１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜を可能にする。
【００２９】
＜実施例１＞
まず、上述したようにウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。
【００３０】
（ステップ１）
ステップ１では、第１のガス供給管２３２ａに原料ガスとしてＴＥＭＡＨを流し、第１のキャリアガス供給管２３４ａにキャリアガス（Ｎ２）を流す。第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａ、第１のキャリアガス供給管２３４ａの第３のバルブ２４３ｃおよびガス排気管２３１の第５のバルブ２４３ｅをともに開ける。キャリアガスは、第１のキャリアガス供給管２３４ａから流れ、第２のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。ＴＥＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｍｉｎｏ  Ｈｆｎｉｕｍ：テトラス−Ｎエチル−Ｎメチルアミノハウニウム）は、第１のガス供給管２３２ａから流れ、液体マスフローコントローラである第１のマスフローコントローラ２４０によって流量調整された後、気化器２４２により気化される。そして、下流側で流量が調整されたキャリアガスに混合され、図３に示すように、第１のノズル２３３ａの第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給される。成膜に際してＴＥＭＡＨとキャリアガスの混合ガスの余剰分はガス排気管２３１より排気される。この時、第５のバルブ２４３ｅは開度が適正に調整され、処理室２０１内が所定の圧力に維持される。第１のマスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＨの供給量は、０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎであり、ＴＥＭＡＨガスにウエハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間である。このとき、ヒータ２０７温度はウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば（２５０）℃になるように温度が設定される。ＴＥＭＡＨは、処理室２０１内に供給されることで、ウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）される。
【００３１】
（ステップ２）
原料ガスの供給後は、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉め、ＴＥＭＡＨｔガスの供給を停止して、余剰分を排気（パージ）する。このときガス排気管２３１の第５のバルブ２４３ｅは開に保持し、減圧排気装置としての真空ポンプ２４６によって処理室２０１内の圧力が２０Ｐａ以下となるまで排気し（パージ）し、残留ＴＥＭＡＨガスを処理室２０１内から排除する。このときＮ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、残留ＴＥＭＡＨガスの排気工効率が向上する。
【００３２】
（ステップ３）
第２のガス供給管２３２ｂにＯ３、第２のキャリアガス供給管２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２）を流す。第２のガス供給管２３２ｂの第２のバルブ２４３ｂ、第２のキャリアガス供給管２３４ｂの第４のバルブ２４３ｄを共に開ける。キャリアガスは、第２のキャリアガス供給管２３４ｂから流れ、第３のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。Ｏ３は第２のガス供給管２３２ｂから流れ、第３のマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整され、流量調整されたキャリアガスに混合され、キャリアガスにより第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給される。このとき、排出手段としての真空ポンプ２４６により処理室２０１の排気が継続され、余剰分はガス排気管２３１より排気される。この時、第５のバルブ２４３ｅを適正に調整され、処理室２０１内が所定の圧力に維持される。Ｏ３にウエハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間であり、このときのウエハ２００の温度は、ステップ１のＴＥＭＡＨガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の所定温度に維持するようにヒータ２０７の温度が設定される。Ｏ３の供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨの原料とＯ３との表面反応により、ウエハ２００上にＨｆＯ２膜が成膜される。成膜後、第２のガス供給管２３２ｂの第２のバルブ２４３ｂ及び第２のキャリアガス供給管２３４ｂの第４のバルブ２４３ｄが閉鎖され、真空ポンプ２４６により処理室２０１内のガス雰囲気が真空排気される。この排気により、処理室２０１内に残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスが排除されるが、この際に、Ｎ２等の不活性ガスを反応管２０３内に供給した場合には、Ｏ３の成膜に寄与した後の残留ガスを処理室２０１から排除する排気効率が大幅に向上する。
【００３３】
上述したステップ１〜３を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すと、ウエハ２００上に所定の膜厚のＨｆＯ２膜が成膜される。
【００３４】
ここで、図５に比較例を示す。図５は第１のノズル２３３ａ及び第２のノズル２３３ｂのそれぞれに複数のガス供給孔が設けられている場合の比較例の概念図である。
【００３５】
図５のように、それぞれの複数のガス供給孔２４８ｂをウエハ２００間に臨ませる場合では、ウエハ２００の上面である成膜面の面内均一性が悪化しており、ウエハ２００の外周側で厚く、中心側で薄くなる傾向にある。
【００３６】
そこで、前記ウエハ保持部材１３１を３、４本設けたボート２１７に対してリングボートという特殊なボートを使用してみたがこのようなボートでも面内膜厚の不均一さを解消することは困難であった。
【００３７】
ところが、図２乃至図４に示すように、第１のガス供給孔２４８ａをウエハ２００側に直接導入せずに、ウエハ２００方向を回避させるだけの簡単な変更で、各ウエハ２００の成膜の面内膜圧が均一化される結果となった。
【００３８】
図６はこのような結果を示している。図６中、ＴＯＰ、ＣＥＮＴＥＲ、ＢＴＭは、処理室２０１内に挿入したボート２１７の高さ方向において、それぞれ上位、中位、下位のウエハ２００を示す。比較例（図５）の場合で成膜を実施すると、ＴＯＰ、ＣＥＮＴＥＲ、ＢＴＭのウエハ２００の面内膜圧の不均一性は６％前後となっていたが、本実施の形態の構成（図２乃至図４）とすると、それぞれ２．４％、１．３％、１．３％に面内膜厚の均一性が改善される。従って、本実施形態の構成は、今後のウエハ２００の大口径化の膜厚の面内膜厚の均一化に大きく貢献できるものと考えられる。
【００３９】
＜考察＞
図６の結果のメカニズムについて考察すると、まず、ＨＦ（ハフニウム）がウエハ２００の吸着面である成膜面に吸着し、次に、酸化ガスであるＯ３が供給されてＨｆＯ３膜が形成される。この過程から成膜の膜厚均一性に大きな影響を与えるのはＴＥＭＡＨの供給である。ＴＥＭＡＨは、現状の成膜温度２５０℃で熱分解しており、熱分解によって発生した中間体が影響を及ぼしているものと考えられる。すなわち、この中間体は、吸着確率が高く、均一性を悪化させる要因となる中間体であり、ウエハ２００の外周部側に付着するものと推定される。原料ガスであるＴＥＭＡＨガスが隣接するウエハ２００間を吹き抜けると、そのガス流に沿って膜厚が厚くなるもののそれ以外の部分は、膜、すなわち、ＨｆＯ３膜が薄くなる。これは、ボート２１７が回転し、ウエハ２００が回転している状態でも停止した状態でも変化はない。従って、従来のようにボート２１７を回転させるだけでは成膜の面内膜厚を均一することは困難である。
【００４０】
ところが、本実施の形態で説明したように、第１のガス供給孔２４８ａから供給する原料ガスの供給方向を、ウエハ２００側を回避する方向とすると、ボート２１７のウエハ２００に対するＴＥＭＡＨの供給の形態が拡散のみになり、各ウエハ２００に対するＴＥＭＡＨガスの流れによる膜厚差は発生し難くなり、面内膜厚の均一性が改善される結果となった。
【００４１】
一方、酸化ガスについて検討すると、Ｏ３はＯとＯ２とに分解し、Ｏがウエハ２００の表面に吸着されたＴＥＭＡＨ中間体と反応してＨｆ−Ｏ結合を作るが、ＯはＴＥＭＡＨ中間体があれば反応するし、無ければ反応することなくただ処理室２０１から排気されるだけある。このため、面内膜厚の均一性に影響を与えることは少なく、一定量以上、ウエハ２００に供給すれば、ウエハ２００の成膜面全面を覆ってしまうことになる。よって、図２乃至図４のように、複数のガス供給孔からそれぞれ隣接するウエハ２００間に酸化ガスを供給し、ガス供給孔から供給するガス流によっても膜厚の面内均一の影響が発生してしまうことはない。また、ガスの押し出しの側面から見ると、ＡＬＤで成膜する場合、ＴＥＭＡＨガスと酸化ガスであるＯ３とが気層で混合して反応することがないように、処理室２０１のガス雰囲気を排気によってパージするイベントが必要になるが、このときのガス雰囲気の押し出しには、第２のガス供給孔２４８ｂを複数で、しかも、これらの第２のガス供給孔２４８ｂがそれぞれウエハ２００間に臨ませられていることが好ましい。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第１のガス供給孔２４８ａの数を一つとし、これを、ウエハ２００側の方向を回避する方向に原料ガスを導入する説明をしたが、第１のガス供給孔２４８ａを複数とし、これらの第１のガス供給孔２４８ａをウエハ２００以外の方向以外に向けると、ＴＥＭＡＨガス中の原料が拡散により、各ウエハ２００の上面、すなわち、成膜面に吸着されるようにしてもよい。このようにしても拡散により原料ガスが吸着され、各ウエハ２００の面内膜厚は均一化される。
＜実施例２＞
ところで、前記基板処理装置によるＡＬＤにより、シリコンからなるウエハ２００にＨｆＯ膜を成膜する場合、（１）ボート２１７にウエハ２００を移載する→（２）雰囲気温度が２５０℃に昇温された処理室２０１にボート２１７を挿入→（３）排出手段としての真空ポンプ２４６により処理室２０１の雰囲気を排気（真空引き）する→（４）第１のガス供給孔２４８ａから原料ガスとしてのＴＥＭＡＨガスとキャリアガスとの混合ガスを供給（３分）する→（５）Ｎ２パージ（２０秒）により処理室内雰囲気を排気する→（６）第２のガス供給孔２４８ｂから酸化ガスとしてのＯ３ガスを供給し、ウエハ２００の表面に吸着されたＨｆとＯの熱化学反応によるＨｆＯ膜を形成する→（７）ボート２１７を処理室２０１から取り出す、という（１）〜（７）のサイクルを繰り返し、所定厚のＨｆＯ膜を形成する。
【００４３】
ウエハ２００上ではＴＥＭＡＨとＯ３が交互に流れるために、ＨｆＯ２膜が形成される。
しかし、ＡＬＤ成膜の原料であるＴＥＭＡＨは、１２０℃から自己分解を起こすため、第１のノズル２３３ａの内面にＨｆＯ２膜ではなく金属Ｈｆ膜が形成されるので、前記の（１）〜（７）のサイクルが繰り返されるうちに、処理室２０１のＨｆＯ２の累積膜厚が０．５μｍ程度と、一般的に、定期メンテナンスの累積膜厚の指標とされる１μｍに対して薄い段階においてパーティクルが発生し、ウエハ２００に汚染が発生することがある。
【００４４】
そこで、基板処理後、第１のノズル２３３ａ、第２のノズル２３３ｂからそれぞれＮ２ガスを流し、ガス中のパーティクルを調べると、図７に示すように、ＴＥＭＡＨガスを処理室２０１に供給するための第１のノズル２３３ａのパーティクルが７００００個、酸化ガスを供給するための第２のノズル２３３ｂのパーティクルが２であることが分かった。従って、パーティクルの原因は、第１のノズル２３３ａの付着物であり、第１のノズル２３３ａから処理室２０１に飛散している。また、ＸＰＳ（Ｘ−Ｒａｙ  ＥｎｅｒｇｙＤｉｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：エネルギ分散Ｘ線分析）の結果では、ウエハ２００上に成膜される膜、すなわち、ＨｆＯ２の成分は、Ｈｆ：Ｏ２＝１：２であるのに対しパーティクルの成分組成はＨｆ：Ｏ２＝３０：１であり、著しくＯ２の成分が少ない。この点からもパーティクルはＯ３に接触していないことが容易に推定できる。このように、パーティクルは、Ｈｆリッチであること、ＴＥＭＡＨガスを供給する第１のノズル２３３ａから飛散の飛散物が要因であり、ＡＬＤ  ＨｆＯにおける定期的なセルフクリーンによりウエハ２００の汚染を防止する必要がある。なお、第１のノズル２３３ａからのパーティクルが飛散する原因は、成膜の最中は、熱ストレス・膜ストレスが作用するため、第１のノズル２３３ａの内面の膜が剥離し、パーティクルとしてなるためである。つまり、第１のノズル２３３ａの内面に付着している膜は、そのままでは剥離することは少ないが、温度のＵＰ、ＤＯＷＮによる熱が作用すると、膜と石英の熱膨張率の差や収縮と膨張との繰り返しにより、膜に熱応力による割れが発生し、ついには、第１のノズルの内面から剥離するものと推定される。
【００４５】
そこで、堆積物である金属Ｈｆ膜を除去するため、ＷＥＴ洗浄又はＩｎｓｉｔｕ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ（エッチング）を用いることを検討した。
【００４６】
ＷＥＴ洗浄の場合、洗浄液には、Ｈｆ（Ｈｙｄｒｏ  Ｆｌｕｏｒｉｃ）とＤＩＷ（Ｄｅ  Ｉｏｎａｉｚｅｄ  Ｗａｔｔｅｒ：純粋）との混合溶液を用いる。要素実験としてＩｎｓｉｔｕ  Ｃｌｅａｎｉｎｇを実施する前に、ＨｆＯ２と第１のノズル２３３ａ内の付着物をＨｆ溶液に浸潤してエッチング状況を検証した。金属Ｈｆ膜は目視でＨｆ溶液（Ｈｆ溶液２５％）にエッチングされることが確認された。エッチングレートは１０００Ａ／ｍｉｎであった。しかし、第１のノズル２３３ａ内の付着物質である金属Ｈｆ膜（Ｈｆリッチ膜ともいう）は、図８に示すように、Ｈｆ溶液（Ｈｆ溶液２５％）に１００時間、浸しても黒い固形状の状態で存在し、ＨｆＯ２と比較して著しく遅いという問題がある。一般的に、Ｈｆ溶液中のフッ酸は、Ｓｉ、Ｈｆなどの金属をエッチングすることはできず、ＳｉＯ、ＨｆＯの酸化物のエッチングに用いられる。そこで、第１のノズル２３３ａの内面に付着する金属Ｈｆ膜をＨｆＯ２膜に改質し、ウエット又はＩｎｓｉｔｕ  Ｃｌｅａｎｉｎｇにより除去することが考えられる。前記したように、エッチングレートの遅い原因は、第１のノズル２３３ａ内の付着物質がＨｆリッチであることに起因しているので、第１のノズル２３３ａにＨｆリッチな膜が堆積するのを防止するためには、第１のノズル２３３ａにもＯ３を流し、Ｈｆリッチ膜を意図的に酸化する必要がある。図９（ａ）は実施例１のＡＬＤによる成膜の際の第１のノズル２３３ａのガス供給のシーケンスを示し、図９（ｂ）は、Ｈｆリッチ膜を酸化するようにしたシーケンスを示す。
【００４７】
図９に示すように、実施例１のシーケンスでは、ＴＥＭＡＨノズルの内部ではＴＥＭＡＨとパージ用のＮ２のみ流れるため、Ｈｆリッチ膜が形成される。また、酸化ガスを供給するためのＯ３ノズルの内面には前記したように堆積膜は認められていない。ウエハ２００上ではＴＥＭＡＨとＯ３が交互に流れてＨｆＯ２膜が形成される。
【００４８】
一方、実施例２に係るシーケンスでは、ＴＥＭＡＨノズルに原料ガスであるＴＥＭＡＨガスと酸化ガスであるＯ３を交互に流しているのでＨｆリッチ膜の形成が抑制され、その代わりにＨｆＯ２膜が形成される。
[付記]
【００４９】
以下に、本発明の実施の形態における態様を付記する。
[実施の態様１]
【００５０】
複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された前記処理室内の雰囲気温度で自己分解する原料ガスを供給する第１のガス供給手段と、酸性化ガスを供給する供給する第２のガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、少なくとも前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御する制御部と、を備え、前記第１のガス供給手段は、前記処理室に前記原料ガスを導入する少なくとも１つの第１の導入口を更に具え、前記第１の導入口は前記処理室内に収容された前記基板側の方向を避けて開口し、前記第２のガス供給手段は、前記処理室に前記酸性化ガスを導入する少なくとも一つの第２の導入口を更に備え、前記第２の導入口は前記処理室内に収容された基板側の方向を向いて開口し、前記制御部は、前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段および前記排出手段を制御して、前記処理室に対して前記原料ガスと前記酸性化ガスを交互に供給、排気し、前記基板上に所望の膜を生成するように構成される。
【００５１】
ここで、「積層」とは、隣接する基板間に所定の空間を挟んで配置したウエハの配置状態を特定しており、「所定の空間」とは、熱分解後の原料ガスが拡散できる程度の間隔をいう。また、「処理室に対して前記原料ガスと前記酸性化ガスを交互に供給、排気し、前記基板上に所望の膜を生成する」とは、処理室に原料ガスを供給した後、処理室から排気する工程と、処理室に酸化ガスを供給した後、処理室から排気する工程とを交互に繰り返して基板の成膜面に成膜することをいう。
【００５２】
制御部によって第１のガス供給手段に原料ガスが供給されると、ガス導入口から基板側を回避する方向に向けて原料ガスが導入される。原料ガスは処理室内全体に拡散し、処理室内の雰囲気により熱分解する。熱分解した原料は各基板の表面に面内一様に分散し基板の成膜面に面内一様に吸着される。各基板の原料ガスの吸着が終了した後は、制御部が第１のガス供給手段に対するガス供給を停止し、排出手段による処理室内の雰囲気を排出した後、第２のガス供給手段により酸化ガスを導入する。酸化ガスは基板の成膜面に吸着された原料と反応して所望の成膜を形成した後は、制御部の制御による排出手段の排出によって処理室内の外部へと排出される。制御部がこのような制御を繰り返すと、各基板の成膜面に面内分布が均一な所定厚みの成膜が形成される。
【００５３】
なお、本発明の実施の形態では、バッチ式の縦型の基板処理装置に適用した説明をしたが、これに限定されることなく横型、枚葉式の基板処理装置について本発明を適用することはができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を透視法で示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の基板処理部の基板処理系を示す解説図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る第１のガス供給孔、第２のガス供給孔の位置と方向を示す図である。
【図５】比較例を示す図である。
【図６】面内膜厚の不均一さについて比較例と本願発明との測定結果を示す図である。
【図７】基板処理後、第１のノズル、第２のノズルからそれぞれＮ２ガスを流し、ガス中のパーティクルを調べた結果を示す図である。
【図８】金属Ｈｆ膜をＨｆ溶液に１００時間、浸した後の状態を示す図である。
【図９】ＡＬＤによる成膜の際のガス供給のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１２６  ボート待機部
１３０  移載室
１３１  ウエハ保持部材
２００  ウエハ
２０１  処理室
２０２  処理炉
２０３  反応管
２０７  ヒータ（加熱手段）
２１７  ボート
２３１  ガス排気管
２３２ａ  ガス供給管
２３２ｂ  ガス供給管
２３３ａ  第１のノズル
２３３ｂ  第２のノズル
２３４    キャリアガス供給管
２３４ａ  キャリアガス供給管
２３４ｂ  キャリアガス供給管
２４６  真空ポンプ（排出手段）
２４８ａ  第１のガス供給孔（ガス導入口）
２４８ｂ  第２のガス供給孔
２８０  コントローラ（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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