(57)【要約】【課題】同一ガスを複数のノズルで供給する供給系の可変流量制御弁の数を減らす。【解決手段】ウエハ１をボート３９で保持して処理する処理室３１と、処理室３１に処理ガスを供給する第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２、第三ノズルＮ３と、処理ガスの供給を制御するガスコントローラ４６とを備えた処理装置１０において、第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２、第三ノズルＮ３の吹出口を処理室３１の上中下段に位置させ、第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２、第三ノズルＮ３の供給ラインＳ１、Ｓ２、Ｓ３には処理ガスの供給を間欠的に制御する開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を介設する。同一の処理ガスを処理室３１内の上中下段に第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２、第三ノズルＮ３で供給する際に、開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３によってマルチプレクス方式に制御することにより、可変流量制御弁４５はメイン供給ライン４２に設置すれば済む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を処理する空間を形成する処理室と、
前記処理に使用される処理ガスのうち、少なくとも一つの処理ガスを処理室内に供給する複数の供給部材と、
前記処理ガスの供給を制御する制御部と、を備えている基板処理装置であって、
前記複数の供給部材は、各供給部材からの前記処理室内に対するガス供給位置が異なる位置になるようにそれぞれ設置されており、
前記制御部は前記複数の供給部材のそれぞれから供給される前記処理ガスの供給を間欠的に供給するように制御すべく構成されてい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、基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に拡散、ＣＶＤまたはエピタキシャル成長等の熱処理（thermal treatment ）を施す熱処理装置（furnace)に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法における不純物ドーピング工程においては、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置が使用される場合がある。
従来のこの種のバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置は、複数枚のウエハをボートに保持した状態で熱処理を施す処理室が形成されたプロセスチューブと、このプロセスチューブの真下に形成されてボートが処理室に対する搬入搬出を待機する待機室と、ボートを昇降させて処理室に搬入搬出するボートエレベータと、所望の不純物を含む処理ガスを処理室に供給するノズルと、処理室を排気する排気管と、を備えている。
このようなバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、ドーピング濃度の均一性を高めるために、複数本のノズルを使用することが、一般的になって来ている。
例えば、特許文献１参照。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０３８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数本のノズルを使用すると、複数本のノズルにガスを供給するガス供給ラインが増加することにより、ガス供給ラインに介設される例えばマスフローコントローラ（ＭＦＣ。可変流量制御弁）の数が増加するために、イニシャルコストやランニングコストが増加するという問題点がある。
増加するノズルの本数によっては、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置に設置されたガスコントローラ（例えば、パーソナルコンピュータやパネルコンピュータによって構成されている。）の制御点数を越えてしまう場合もある。
【０００５】
本発明の目的は、マスフローコントローラ等の点数の増加を抑制しつつ同一のガスの複数本のノズルでのガス供給を所謂マルチプレクス方式によって実施することができる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】
【０００６】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）複数枚の基板を処理する空間を形成する処理室と、
前記処理に使用される処理ガスのうち、少なくとも一つの処理ガスを処理室内に供給する複数の供給部材と、
前記処理ガスの供給を制御する制御部と、を備えている基板処理装置であって、
前記複数の供給部材は、各供給部材からの前記処理室内に対するガス供給位置が異なる位置になるようにそれぞれ設置されており、
前記制御部は前記複数の供給部材のそれぞれから供給される前記処理ガスの供給を間欠的に供給するように制御すべく構成されていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
前記した手段によれば、同一の処理ガスを処理室内にガス供給位置がそれぞれ異なる複数の供給部材によってそれぞれ供給することができるとともに、各供給部材からの処理ガスを間欠的に供給するように制御部によって制御することにより、同一のガスの複数本のノズルでのガス供給を所謂マルチプレクス方式によって実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハに所望の膜を形成するバッチ式で縦形ホットウオール形の減圧処理装置（以下、処理装置という。）として構成されている。
【００１０】
図１に示されているように、処理装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。
カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えている。カセットステージ１３にはカセット２が外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来るように構成されており、搬送されて来たカセット２が垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されるように構成されている。さらに、カセットステージ１３は載置されたカセット２を９０度回転させることにより、カセット２を水平姿勢にさせるように構成されている。
【００１１】
カセットステージ１３の後側にはカセットエレベータ１４が設置されており、カセットエレベータ１４はカセット移載装置１５を昇降させるように構成されている。
カセットエレベータ１４の後側には、スライドステージ１６によって横行されるカセット棚１７が設置されており、カセット棚１７の上方にはバッファカセット棚１８が設置されている。
バッファカセット棚１８の後側にはクリーンエアを筐体１１の内部に流通させるクリーンユニット１９が設置されている。
また、カセット棚１７の後側にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置（wafer transfer equipment )２０が回転および昇降可能に設備されている。
【００１２】
筐体１１の後端部の下部には大気圧未満の圧力に耐えるように構築された耐圧筐体２２が設置されており、耐圧筐体２２はボートが待機する待機室２３を形成している。耐圧筐体２２には待機室２３を大気圧未満の圧力に排気する排気管２１が接続されている。
耐圧筐体２２の前面壁にはウエハ搬入搬出口２４が開設されており、ウエハ搬入搬出口２４はロードロックドア２５によって開閉されるようになっている。
【００１３】
図２に示されているように、耐圧筐体２２の天井壁にはボート搬入搬出口２６が開設されており、耐圧筐体２２の天井壁の下面にはシールリング２７がボート搬入搬出口２６を取り囲むように敷設されている。ボート搬入搬出口２６はシャッタ２８によって開閉されるようになっている。
耐圧筐体２２の上にはヒータユニット２９が垂直方向に設置されており、ヒータユニット２９の内部にはプロセスチューブ３０が配置されている。
プロセスチューブ３０は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されてヒータユニット２９に同心円に配置されており、プロセスチューブ３０の円筒中空部によって処理室３１が構成されている。
【００１４】
待機室２３におけるボート搬入搬出口２６の近傍には、ボートを昇降させるためのボートエレベータ３２が据え付けられている。
ボートエレベータ３２は垂直に敷設されてモータ（図示せず）によって正逆回転される送りねじ軸３３と、送りねじ軸３３に垂直方向に進退自在に螺合されて送りねじ軸３３の回転運動を直線運動に変換するナット３４とを備えている。
なお、作動やバックラッシュを良好なものとするために、送りねじ軸３３とナット３４との螺合部にはボールねじ機構が使用されている。
ナット３４にはアーム３５が水平に突設されており、アーム３５の先端部にはシールキャップ３６およびボート回転駆動用モータ３７がそれぞれ水平に支持されている。
シールキャップ３６は処理室３１の炉口になる耐圧筐体２２のボート搬入搬出口２６をシールリング２７を押し潰してシールするように構成されている。
ボート回転駆動用モータ３７の回転軸３８はシールキャップ３６を上方に貫通しており、回転軸３８の上端にはボート３９が垂直に立脚するように設置されている。
ボート３９は複数枚（例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚、１５０枚）のウエハ１をその中心を揃えて水平に支持した状態で、プロセスチューブ３０の処理室３１に対してボートエレベータ３２によるアーム３５の昇降に伴って搬入搬出するように構成されている。
【００１５】
図２に示されているように、プロセスチューブ３０の下にはマニホールド４０が配置されており、プロセスチューブ３０はマニホールド４０を介して耐圧筐体２２の上に垂直に立設されている。
マニホールド４０には処理室３１を排気するための排気ライン４１の一端が接続されており、排気ライン４１の他端は真空ポンプ等によって構成された排気装置（図示せず）に接続されている。
【００１６】
マニホールド４０における排気ライン４１の接続部と反対側の部位には、処理に使用される処理ガスを処理室３１内に供給する複数の供給部材としての第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３が、それぞれ垂直に敷設されている。第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３の吹出口はそれぞれの上端に開設されており、第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３の長さは、それらの吹出口が処理室３１内に対するガス供給位置が上中下段の異なる位置になるように大中小にそれぞれ設定されている。
第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３の下端部はマニホールド４０の外部にそれぞれ突き出されている。
なお、図２においては便宜上、第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３の下端部のマニホールド４０における配置は、上下方向にずらして図示されているが、実際には周方向にずらされて配置されている。
【００１７】
第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３には、上流側端がメイン供給ライン４２にそれぞれ接続された第一サブ供給ラインＳ１、第二サブ供給ラインＳ２および第三サブ供給ラインＳ３の下流側端がそれぞれ接続されている。
メイン供給ライン４２の上流側端は処理ガス供給源４３に接続されており、メイン供給ライン４２の途中にはメイン開閉弁４４および可変流量制御弁４５が処理ガス供給源４３側から順に介設されている。メイン開閉弁４４および可変流量制御弁４５は、処理ガスの供給を制御する制御部としてのガスコントローラ４６によって制御されるように構成されている。
第一サブ供給ラインＳ１、第二サブ供給ラインＳ２および第三サブ供給ラインＳ３には、第一開閉弁Ｖ１、第二開閉弁Ｖ２および第三開閉弁Ｖ３がそれぞれ接続されており、これら開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の制御部にはガスコントローラ４６が電気的に接続されている。ガスコントローラ４６は第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３のそれぞれから供給される処理ガスの供給が間欠的になるように、第一開閉弁Ｖ１、第二開閉弁Ｖ２および第三開閉弁Ｖ３の開閉を制御すべく構成されている。メイン開閉弁４４、第一開閉弁Ｖ１、第二開閉弁Ｖ２および第三開閉弁Ｖ３は、１０ｍ秒以内の開閉動作が可能なように構成されている。
ガスコントローラ４６はパーソナルコンピュータやパネルコンピュータによって構成されており、例えば、後述するシーケンスによってガスの供給を制御するように予めプログラミングされている。
【００１８】
以下、前記構成に係る処理装置の作用を説明する。
まず、一般的な成膜工程の場合について説明する。
【００１９】
複数枚のウエハ１が収納されたカセット２は、カセット授受ユニット１２のカセットステージ１３に外部搬送装置によって供給される。
供給されたカセット２はカセットステージ１３が９０度回転することにより水平姿勢になる。水平姿勢になったカセット２はカセット棚１７またはバッファカセット棚１８へカセット移載装置１５によって搬送されて移載される。
【００２０】
これからドーピング処理すべきカセット２に収納されたウエハ１は、耐圧筐体２２のウエハ搬入搬出口２４を通して待機室２３にウエハ移載装置２０によって搬入され、ボート３９に装填（チャージング）される。
この際には、図１に示されているように、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって閉鎖されることにより、処理室３１の高温雰囲気が待機室２３に流入することは防止されている。このため、装填途中のウエハ１および装填されたウエハ１が高温雰囲気に晒されることはなく、ウエハ１が高温雰囲気に晒されることによる自然酸化等の弊害の派生は防止されることになる。
【００２１】
予め指定された枚数のウエハ１がボート３９へ装填されると、ウエハ搬入搬出口２４はロードロックドア２５によって閉鎖され、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって開放される。
【００２２】
続いて、ボート３９がボートエレベータ３２によって上昇され、プロセスチューブ３０の処理室３１にボート搬入搬出口２６から搬入（ボートローディング）されて行く。
図３に示されているように、ボート３９が上限に達すると、シールキャップ３６の上面の周辺部がシールリング２７を押し潰すことによってボート搬入搬出口２６をシール状態に閉塞するために、プロセスチューブ３０の処理室３１は気密に閉じられた状態になる。
【００２３】
その後、プロセスチューブ３０の処理室３１は気密に閉じられた状態で、所定の圧力となるように排気ライン４１によって排気され、ヒータユニット２９によって所定の温度に加熱され、所定の処理ガスがガスコントローラ４６の制御によって所定の流量だけ供給される。
これにより、予め設定された処理条件に対応する成膜がウエハ１に施される。
この際、ボート３９がボート回転駆動用モータ３７によって回転されることにより、処理ガスがウエハ１の表面に均一に接触させられ、ウエハ１には全面にわたって均一な成膜が形成される。
【００２４】
予め設定された処理時間が経過すると、図２で参照されるように、ボート３９がプロセスチューブ３０の処理室３１から搬出（アンボートローディング）される。
【００２５】
ボート３９が処理室３１から待機室２３に搬出されると、ボート搬入搬出口２６がシャッタ２８によって閉鎖され、待機室２３のウエハ搬入搬出口２４がロードロックドア２５によって開放される。
その後、ボート３９の処理済みウエハ１はウエハ移載装置２０によって脱装（ディスチャージング）されるとともに、空のカセット２に収納される。
所定枚数の処理済のウエハ１が収納されたカセット２はカセット授受ユニット１２にカセット移載装置１５によって移載される。
【００２６】
以降は、前述した作用が繰り返されることにより、例えば、２５枚、５０枚、７５枚、１００枚、１５０枚ずつ、ウエハ１が処理装置１０によってバッチ処理されて行く。
【００２７】
次に、シリコン（Ｓｉ）のエピタキシャル膜にボロン（Ｂ）をドーピングする場合について説明する。
原料ガスとしてのシリコン系ガスの一例であるシラン（Ｓｉ2 Ｈ4 ）と、ドーピングガスとしての三塩化ボロン（Ｂｃｌ3 ）との混合ガスが処理ガスとして使用され、図４に示されたシーケンスをもって処理室３１に供給されることにより、シリコンエピタキシャル膜がウエハ上に形成される。
このときの処理条件は、次の通りであり、次の範囲の所定の値が選択される。
処理圧力は、０．１〜１００Ｐａ、処理温度は、４００〜７００℃、シランガスの流量は、０．５〜３１リットル毎分、三塩化ボロンガスの流量は、０〜０．２リットル毎分である。キャリアガスとして使用される水素（Ｈ2 ）ガスの流量は、０．１〜１０リットル毎分である。
【００２８】
以下、図４に示されたシーケンスフローに沿って本実施の形態に係るガス供給制御を説明する。
まず、（ａ）に示されているように、メイン開閉弁４４は全期間にわたって全開に維持される。
また、可変流量制御弁４５は開閉作動を、（ｂ）に示されているように繰り返す。この可変流量制御弁４５の開閉度の設定値の変更期間（図４の期間Ａ、Ｂ、Ｃ）においては、メイン供給ライン４２以降には残ガスの流れがある。
（ｃ）に示されているように、第一開閉弁Ｖ１が最初に開かれる。
（ｃ）と（ｄ）とに示されているように、第一開閉弁Ｖ１が閉じてから所定期間経過後に、第二開閉弁Ｖ２が開かれる。また、第一開閉弁Ｖ１が閉じて第二開閉弁Ｖ２が開くまでの間（期間Ａ）に、可変流量制御弁４５の流量設定値の変更が行われる。
（ｄ）と（ｅ）とに示されているように、第二開閉弁Ｖ２が閉じてから所定期間経過後に、第三開閉弁Ｖ３が開かれる。また、第二開閉弁Ｖ２が閉じて第三開閉弁Ｖ３が開くまでの間（期間Ｂ）に、可変流量制御弁４５の流量設定値の変更が行われる。
（ｅ）と（ｃ）とに示されているように、第三開閉弁Ｖ３が閉じてから所定期間経過後に、第一開閉弁Ｖ１が再び開かれる。また、第三開閉弁Ｖ３が閉じて第一開閉弁Ｖ１が開くまでの間（期間Ｃ）に、可変流量制御弁４５の流量設定値の変更が行われる。
以降、第一開閉弁Ｖ１の開閉、第二開閉弁Ｖ２の開閉および第三開閉弁Ｖ３の開閉が、開時間が１０ｍ秒以内に設定されて、サイクリックに繰り返される。
図３に示されているように、第一開閉弁Ｖ１が開かれると、処理ガス５０が第一ノズルＮ１の上端の吹出口からボート３９のトップエリアに供給される。トップエリアに供給された処理ガス５０は、排気管４１の排気力によって流下しつつ、トップエリアのウエハ１群に接触する。
図５に示されているように、第二開閉弁Ｖ２が開かれると、処理ガス５０が第二ノズルＮ２の上端の吹出口からボート３９のセンタエリアに供給される。センタエリアに供給された処理ガス５０は、排気管４１の排気力によって流下しつつ、センタエリアのウエハ１群に接触する。
図６に示されているように、第三開閉弁Ｖ３が開かれると、処理ガス５０が第三ノズルＮ３の上端の吹出口からボート３９のボトムエリアに供給される。ボトムエリアに供給された処理ガス５０は、排気管４１の排気力によって流下しつつ、ボトムエリアのウエハ１群に接触する。
以上のように、処理ガス５０は第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３により、ボート３９の全長にわたって均等に供給されるために、ボート３９上のウエハ１群に形成されるシリコンエピタキシャル膜の膜厚や膜質分布は、ボート３９の全長にわたるウエハ相互間およびウエハ面内において均一になる。
【００２９】
ところで、第一ノズルＮ１、第二ノズルＮ２および第三ノズルＮ３によってトップエリア、センタエリアおよびボトムエリアにそれぞれ必要な量の処理ガス５０を間欠的に供給する方法において、次のシーケンスフローを検討した場合に、可変流量制御弁４５の設定値の変更は必須であり、可変流量制御弁４５の設定値はガス濃度の制御パラメータとなる。
1)  供給当初のトップエリアから全体に処理ガスを供給し、処理室全体にある程度の濃度で処理ガスを充満させる。可変流量制御弁は全開かつ短時間に設定する。
2)  センタエリアのウエハへ処理ガスを補充する。可変流量制御弁は全開の１／２かつ短時間に設定する。
3)  ボトムエリアのウエハへ処理ガスを補充する。可変流量制御弁は全開の１／４かつ短時間に設定する。
なお、第一開閉弁Ｖ１、第二開閉弁Ｖ２および第三開閉弁Ｖ３における開閉時間や開閉回数を適宜に選定することにより、トップエリア、センタエリアおよびボトムエリアのガス濃度の制御精度を容易に改善することができる。
【００３０】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３１】
1)  メイン供給ラインに複数本のサブ供給ラインを接続し、これらサブ供給ラインに各開閉弁をそれぞれ介設し、これら開閉弁を間欠的に開閉させることにより、可変流量制御弁はメイン供給ラインに一つだけ介設すれば済むので、可変流量制御弁を削減することができ、処理装置のイニシャルコストやランニングコストを低減することができる。
【００３２】
2)  複数のサブ供給ラインに介設した開閉弁を間欠的に開閉させて、同一の処理ガスを複数本のノズルから処理室の上中下段に供給させることにより、処理ガスをウエハ群の全長にわたって均等に供給させることができるので、膜厚や膜質をウエハ相互間およびウエハ面内で均一に形成させることができる。
【００３３】
3)  複数個の開閉弁を高速でサイクリックに開閉させることによって、例えば、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）のような分解反応が早いガスを使用した場合であっても、ノズル内の閉塞を防止することができるので、分解反応の早いガスを使用した処理を実現することができる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３５】
例えば、原料ガスはドーピングガスと別の供給系によって供給してもよい。
原料ガスとしては、シランを使用するに限らず、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）等を使用することができる。
【００３６】
例えば、シリコンエピタキシャル膜を形成するのに使用するに限らず、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）エピタキシャル膜や、その他のＣＶＤ膜を形成するのに使用することができる。
【００３７】
サブ供給ラインの本数や開閉弁の個数は、三つに設定するに限らず、二または四以上に設定してもよい。
メイン供給ラインの本数も一つに設定するに限らず、二以上に設定してもよい。
【００３８】
前記実施の形態においては、処理装置について説明したが、本発明はこれに限らず、基板処理装置全般に適用することができる。特に、本発明は同一のガスを処理室の複数箇所に供給する必要がある場合に適用して優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態である処理装置を示す一部省略斜視図である。
【図２】その主要部を示す正面断面図である。
【図３】同じくボート搬入時を示す一部切断正面図である。
【図４】ガス供給シーケンスフローを示すタイムチャートである。
【図５】第二ノズルによるガス供給ステップを示す主要部の一部切断正面図である。
【図６】第三ノズルによるガス供給ステップを示す主要部の一部切断正面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…ウエハ（基板）、２…カセット、１０…処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…カセットエレベータ、１５…カセット移載装置、１６…スライドステージ、１７…カセット棚、１８…バッファカセット棚、１９…クリーンユニット、２０…ウエハ移載装置、２１…排気管、２２…耐圧筐体、２３…待機室、２４…ウエハ搬入搬出口、２５…ロードロックドア、２６…ボート搬入搬出口、２７…シールリング、２８…シャッタ、２９…ヒータユニット、３０…プロセスチューブ、３１…処理室、３２…ボートエレベータ、３３…送りねじ軸、３４…ナット、３５…アーム、３６…シールキャップ、３７…ボート回転駆動用モータ、３８…回転軸、３９…ボート、４０…マニホールド、４１…排気ライン、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…ノズル（供給部材）、４２…メイン供給ライン、４３…処理ガス供給源、４４…開閉弁、４５…可変流量制御弁、４６…ガスコントローラ（制御部）、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…サブ供給ライン、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…開閉弁、５０…処理ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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