(57)【要約】【課題】チャンバ内に供給するガスを切り替えながら、被処理体に薄膜を成膜する場合において、薄膜の成膜中に常時チャンバ内のガス圧を略一定に維持できる半導体製造装置を提供すること。【解決手段】被処理体が収容されるプロセスチャンバ１と、プロセスチャンバ内に原料ガスを供給する供給管３ａ〜３ｃと、ガス供給管に設けられるＧ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと、プロセスチャンバ内のガスを排出するガス排出管１０と、ガス排出管に設けられるスロットルバルブ１１と、ガス供給管のＧ−ＨＳＶの上流側とガス排出管とをバイパス接続するバイパス管１２ａ〜１２ｃと、バイパス管に設けられるＢ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃと、Ｇ−ＨＳＶを開閉制御するとともに、Ｇ−ＨＳＶの開放時にＧ−ＨＳＶを閉塞し、Ｇ−ＨＳＶの閉塞時にＢ−ＨＳＶを開放する制御装置１４とを具備し、Ｇ−ＨＳＶとＢ−ＨＳＶは上記制御装置からの指令に対して同等の反応速度で開閉動作する。【選択図】      図１
2005251867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収容されるチャンバと、
上記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給管と、
上記ガス供給管に設けられるガス供給管開閉弁と、
上記チャンバ内のガスを排出するガス排出管と、
上記ガス排出管に設けられるスロットルバルブと、
上記ガス供給管の上記ガス供給管開閉弁の上流側と上記ガス排出管とをバイパス接続するバイパス管と、
上記バイパス管に設けられるバイパス管開閉弁と、
上記ガス供給管開閉弁を開閉制御するとともに、上記ガス供給管開閉弁の開放時に上記バイパス管開閉弁を閉塞し、上記ガス供給管開閉弁の閉塞時に上記バイパス管開閉弁を開放する制御手段と、
を具備し、
上記ガス供給管開閉弁とバイパス管開閉弁は、上記制御手段からの指令に対して同等の反応速度で開閉動作することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
上記スロットルバルブは、上記ガス排出管と上記バイパス管との接続部分の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記ガス供給管開閉弁とバイパス管開閉弁が共に開放、或いは閉塞している時間を作るとともに、この時間を調整できることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項４】
上記ガス供給管と上記バイパス管との接続部分に設けられ、上記ガス供給管と上記バイパス管と連通する補助チャンバをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項５】
上記被処理体は半導体基板であることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応を利用して被処理体に薄膜を成膜する処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応を利用して被処理体に薄膜を成膜する処理装置が知られている。この処理装置の中には、処理室となるプロセスチャンバ内に複数種のガスを切り換えて供給することで、１つのプロセスチャンバで複数の薄膜を成膜を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図４に従来の処理装置の一例を示す。
【０００４】
図４に示すように、この処理装置では、第１〜第３ハイスピードバルブ１０１ａ〜１０１ｃと第１〜第３エアーファンクションバルブ１０２ａ〜１０２ｃを開閉制御することで、プロセスチャンバ１０３内に供給するガスを切り換えている。
【０００５】
例えば、第１ハイスピードバルブ１０１ａと第２、第３エアーファンクションバルブ１０２ｂ、１０２ｃを開放し、第２、第３ハイスピードバルブ１０１ｂ、１０１ｃと第１エアーファンクションバルブ１０２ａを閉塞すると、第１〜第３ガス供給管１０４ａ〜１０４ｃから供給される第１〜第３ガスのうち、第１ガス供給管１０４ａから供給される第１ガスのみがプロセスチャンバ１０３内に流入する。
【０００６】
このとき、第２、第３ガス供給管１０４ｂ、１０４ｃから供給される第２ガスと第３ガスは、第１、第２バイパス管１０５ｂ、１０５ｃを介してガス排出管１０６から排出される。
【０００７】
すなわち、この処理装置では、第１〜第３ガス供給管１０４ａ〜１０４ｃから供給される第１ガス〜第３ガスを常時流し続けることで、第１ガス〜第３ガスの流れが滞るのを防止している。
【０００８】
これにより、ガスの供給開始時に、第１〜第３ガス供給管１０４ａ〜１０４ｃ内で滞ることで高圧となった第１ガス〜第３ガスが、急激にプロセスチャンバ１０３に流入するのを防止している。
【０００９】
さらに、ガスの供給開始時に発生する第１〜第３ガス供給管１０４ａ〜１０４ｃ内の急激な流量変動に対してマスフローメータ１０７が反応することで、プロセスチャンバ１０３内のガス圧が変動するのを防止している。
【特許文献１】特開２００２−３６７９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、第１〜第３バイパス管１０５ａ〜１０５ｃに設けられた第１〜第３エアーファンクションバルブ１０２ａ〜１０２ｃは、第１〜第３ハイスピードバルブ１０１ａ〜１０１ｃに比べて動作が遅いため、第１〜第３ハイスピードバルブ１０１ａ〜１０１ｃの開閉動作と第１〜第３エアーファンクションバルブ１０２ａ〜１０２ｃの開閉動作のタイミングが合わないことがある。
【００１１】
このような場合、ガスを切り換える際、ガスの流れに滞りが発生し、薄膜の成膜中にプロセスチャンバ１０３内のガス圧が変動することがあった。
【００１２】
特に、最近注目されている、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｐｏｓｉｔｉｏｎ）のように、１秒間に何度もガスの切り換える成膜方法を用いた場合、プロセスチャンバ１０３内のガス圧が安定する前に次のガスに切り換えられてしまうと、被処理体上に形成される薄膜の厚さが均一にならず、所要の機能を備えた薄膜を得ることができないことがあった。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、チャンバ内に複数種のガスを切り替えながら供給することで、被処理体に薄膜を順次成膜する場合において、薄膜の成膜中に常時チャンバ内のガス圧を略一定に維持できる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】
【００１４】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の処理装置は次のように構成されている。
【００１５】
（１）被処理体が収容されるチャンバと、上記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給管と、上記ガス供給管に設けられるガス供給管開閉弁と、上記チャンバ内のガスを排出するガス排出管と、上記ガス排出管に設けられるスロットルバルブと、上記ガス供給管の上記ガス供給管開閉弁の上流側と上記ガス排出管とをバイパス接続するバイパス管と、上記バイパス管に設けられるバイパス管開閉弁と、上記ガス供給管開閉弁を開閉制御するとともに、上記ガス供給管開閉弁の開放時に上記バイパス管開閉弁を閉塞し、上記ガス供給管開閉弁の閉塞時に上記バイパス管開閉弁を開放する制御手段とを具備し、上記ガス供給管開閉弁とバイパス管開閉弁は、上記制御手段からの指令に対して同等の反応速度で開閉動作することを特徴とする。
【００１６】
（２）（１）に記載された処理装置であって、上記スロットルバルブは、上記ガス排出管と上記バイパス管との接続部分の上流側に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
（３）（１）に記載された処理装置であって、上記制御手段は、上記ガス供給管開閉弁とバイパス管開閉弁が共に開放、或いは閉塞している時間を作るとともに、この時間を調整できることを特徴とする。
【００１８】
（４）（１）に記載された処理装置であって、上記ガス供給管と上記バイパス管との接続部分に設けられ、上記ガス供給管と上記バイパス管と連通する補助チャンバをさらに具備することを特徴とする。
【００１９】
（５）（１）に記載された処理装置であって、上記被処理体は半導体基板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、チャンバ内に複数種のガスを切り替えながら供給することで、被処理体に複数の薄膜を順次成膜する場合において、薄膜の成膜中に常時チャンバ内の圧力を略一定に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２２】
まず、図１を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る処理装置の概略図である。
【００２４】
図１に示すように、この半導体製造装置は、半導体基板などの被処理体を収容するプロセスチャンバ１を有している。このプロセスチャンバ１は、外周面に内部圧力を検出するための圧力センサ２を備えており、上面には第１〜第３ガス供給管３ａ〜３ｃが接続されている。
【００２５】
これら第１〜第３ガス供給管３ａ〜３ｃは、それぞれ第１ガス〜第３ガスをプロセスチャンバ１内に供給するためのもので、ガスの流れの上流側から順に、それぞれ第１〜第３メカニカルレギュレータ４ａ〜４ｃ、第１〜第３圧力センサ５ａ〜５ｃ、第１〜第３上流側開閉バルブ６ａ〜６ｃ、第１〜第３マスフローコントローラ（以下、「第１〜第３ＭＦＣ」と称する。）７ａ〜７ｃ、第１〜第３下流側開閉バルブ８ａ〜８ｃ、及び第１〜第３ガス供給管側ハイスピードバルブ（以下、「第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ」と称する）９ａ〜９ｃを備えている。
【００２６】
プロセスチャンバ１の下面にはガス排出管１０が接続されている。このガス排出管１０は、プロセスチャンバ１内の残留ガスを排出するためのもので、その中途部にはスロットルバルブ１１を備えている。
【００２７】
上記第１〜第３ガス供給管３ａ〜３ｃは、それぞれ第１〜第３下流側開閉バルブ８ａ〜８ｃと第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃの間において第１〜第３バイパス管１２ａ〜１２ｃに分岐し、プロセスチャンバ１をバイパスした後、プロセスチャンバ１とスロットルバルブ１１の間においてガス排出管１０と合流している。
【００２８】
第１〜第３バイパス管１２ａ〜１２ｃは、それぞれ第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと同じ構成の第１〜第３バイパス管側ハイスピードバルブ（以下、「第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ」と称する。）１３ａ〜１３ｃを備えている。
【００２９】
上記第１〜第３ＭＦＣ７ａ〜７ｃ、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃ、第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃは、それぞれ制御装置１４に接続されており、この制御装置１４から指令を与えることで、それぞれ開閉制御や流量制御がなされるようになっている。
【００３０】
ところで、本発明で重要なのは、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃを同じ構成にしていることである。これにより、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃは、制御装置１４からの指令に対して同等の反応速度で開閉動作できるようになっている。
【００３１】
次に、上記構成の半導体製造装置を使用する際の作用について説明する。
【００３２】
この半導体製造装置を使用する場合、常に第１〜第３下流側開閉バルブ８ａ〜８ｃを開放し、第１〜第３ガスを流したままの状態にしておく。
【００３３】
まず、第１Ｇ−ＨＳＶ９ａと第２、第３Ｂ−ＨＳＶ１３ｂ、１３ｃを開き、第１Ｂ−ＨＳＶ１３ａと第２、第３Ｇ−ＨＳＶ９ｂ、９ｃを閉じる。これによって、第１ガス供給管３ａからプロセスチャンバ１内に第１ガスが供給され、被処理体に対して薄膜の成膜がなされる。このとき、第２、第３ガス供給管３ｂ、３ｃから供給される第２、第３ガスは、いずれも第２、第３バイパス管１２ｂ、１２ｃを介してガス排出管１０から排出される。
【００３４】
プロセスチャンバ１に供給するガスを第１ガスから第２ガスに切り替える場合、第１Ｇ−ＨＳＶ９ａを閉じると同時に、第１Ｂ−ＨＳＶ１３ａを開く。これによって、第１ガス供給管３ａから供給される第１ガスは、第１バイパス管１２ａを介してガス排出管１０から排出される。
【００３５】
次に、第２Ｇ−ＨＳＶ９ｂを開くと同時に、第２Ｂ−ＨＳＶ１３ｂを閉じる。これによって、第２バイパス管１２ｂを介してガス排出管１０から排出されていた第２ガスがプロセスチャンバ１内に供給される。以上で、プロセスチャンバ１に供給するガスが第１ガスから第２ガスに切り替えられた。
【００３６】
なお、プロセスチャンバ１に供給するガスを第１ガスから第３ガス、第２ガスから第３ガス、第３ガスから第１ガス、第３ガスから第２ガス、および第２ガスから第１ガスに切り替える場合も、上述と同じ要領で行う。
【００３７】
上記構成の半導体製造装置によれば、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃとを同じ構成としている。
【００３８】
そのため、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃは、制御装置１４からの指令に対して略同じ反応速度で開閉動作できるから、プロセスチャンバ１内に供給するガスを切り換えるときに、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃの開閉動作と第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃの開閉動作のタイミングを略ぴったりに合わせることができる。これにより、薄膜の成膜中、終始プロセスチャンバ１内の圧力を略一定に保つことができるから、被処理体に均質で高質な薄膜を成膜することができる。
【００３９】
また、このような構成にすることで、プロセスチャンバ１内におけるガスの流れが急激に変化することがないから、プロセスチャンバ１内にダストが発生し難い。
【００４０】
さらに、成膜の理論的解析が容易となり、さらには、正しい生産管理ができる。
【００４１】
また、ガスの流れの偏りによりプロセスチャンバ１内で不均一な化学反応が起きるのを抑制することができる。
【００４２】
さらに、スロットルバルブ１１を第１〜第３バイパス管１２ａ〜１２ｃとガス排出管１０との接続部分の下流側に設けている。
【００４３】
そのため、第１〜第３バイパス管１２ａ〜１２ｃの上流側と下流側の圧力を略一定に保つことができるから、ガスの切り換えを円滑に行うことができる。
【００４４】
次に、図２を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは、上記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略する。
【００４５】
図２は本発明の第２の実施の形態に係るサージ防止制御を行うためのタイミング図である。
【００４６】
図２に示すように、本実施の形態では、制御装置１４により第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃの開閉動作のタイミングをずらすことで、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃが共に開放、或いは閉塞している時間を調整できるようにしている。
【００４７】
そのため、第１〜第３Ｇ−ＨＳＶ９ａ〜９ｃと第１〜第３Ｂ−ＨＳＶ１３ａ〜１３ｃの開閉のタイミングを成膜条件に応じた最適なタイミングに調整することができるから、被処理体に対してより一層均質で高質な成膜を行うことができる。
【００４８】
次に、図３を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、ここでは、上記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略する。
【００４９】
図３は本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の概略図である。
【００５０】
図３に示すように、本実施の形態では、第１〜第３ガス供給管３ａ〜３ｃと第１〜第３バイパス管１２ａ〜１２ｃの接続部分にそれぞれ補助チャンバ３１を設けている。
【００５１】
この補助チャンバ３１は、第１〜第３ガス供給管３ａ〜３ｃと第１〜第３バイパス管１２ａ〜１２ｃと連通しており、ガスの切り換え時に第１〜第３ガス供給管３ａ〜３ｃ、及び第１〜第３バイパス管１２ａ、１２ｃに発生する圧力サージを吸収できるようになっている。
【００５２】
そのため、薄膜の成膜中、プロセスチャンバ１内の圧力をより均一に保つことができるから、被処理体にさらに均質で高質な成膜を行うことができる。
【００５３】
なお、本発明は、被処理体に薄膜を成膜するためだけに使用するものではない。すなわち、２種類以上のガスを切り替えて使用する処理であれば、例えばエッチング等にも適用することもできる。また、半導体製造装置に限定されることもない。
【００５４】
最後に、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００５５】
具体的には、本実施の形態では、３種類のガスを用いた例について述べているが、複数種のガスであれば、その数は限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置の概略図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るサージ防止制御を行うためのタイミング図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の要部の概略図。
【図４】従来の半導体製造の概略図。
【符号の説明】
【００５７】
１…プロセスチャンバ（チャンバ）、３ａ〜３ｃ…第１〜第３ガス供給管（ガス供給管）、９ａ〜９ｃ…第１〜第３ガス供給管側ハイスピードバルブ（ガス供給管開閉弁）、１０…ガス排出管、１１…スロットルバルブ、１２ａ〜１２ｃ…第１〜第３バイパス管（バイパス管）、１３ａ〜１３ｃ…第１〜第３バイパス管側ハイスピードバルブ（バイパス管開閉弁）、１４…制御装置（制御手段）、３１…補助チャンバ。
【図１】
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【図２】
2005251867.tif 000004
【図３】
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【図４】
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