(57)【要約】    【課題】  簡単な構成で、効率よく、高品質な処理ガスを供給できるガス供給系を具備した基板処理装置を提供する。    【解決手段】  基板を収納する処理室４と、前記基板を加熱する加熱手段３と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段１６と、制御部４１とを有し、前記ガス供給手段はガス供給管９と、該ガス供給管から分岐する複数のガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅと、前記分岐する位置に設けられるガス分配器４３とを少なくとも備え、前記制御部は、前記ガス分配器を制御することにより、前記ガス供給管から供給される処理ガスの前記複数のガス供給ノズルへの分岐状態を制御する。    【選択図】          図２
2007165475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収納する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、制御部とを有し、前記ガス供給手段はガス供給管と、該ガス供給管から分岐する複数のガス供給ノズルと、前記分岐する位置に設けられるガス分配器とを少なくとも備え、前記制御部は、前記ガス分配器を制御することにより、前記ガス供給管から供給される処理ガスの前記複数のガス供給ノズルへの分岐状態を制御す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】
本発明はシリコンウェーハ、ガラス基板等の基板にガスを供給し、基板表面に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール、エッチング等の処理を行い半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の１つに反応ガスを供給してシリコンウェーハ、ガラス基板等の基板表面に薄膜の生成、熱処理等の基板処理を行う工程があり、斯かる処理は基板処理装置によって行われる。又基板処理装置には、基板処理を一枚ずつ行う枚葉式の基板処理装置と所定枚数を一度に処理するバッチ式の基板処理装置とがある。更に、バッチ式の基板処理装置には、基板を上下方向に多段に保持して処理する縦型基板処理装置と、基板を水平方向に所要数保持して処理する横型基板処理装置とがあり、以下の説明は、縦型バッチ式の基板処理装置について説明する。
【０００３】
図９は従来の縦型バッチ式の基板処理装置の熱処理炉部分を示している。
【０００４】
熱処理炉１は下端が開放された石英製の反応管２と該反応管２を囲繞する様に設けられたヒータ３とを具備し、前記反応管２の内部には処理室４が画成される。該処理室４の下端部は炉口部５を形成し、該炉口部５は炉口シャッタ６により気密に閉塞される。該炉口シャッタ６には基板保持具であるボート７が載置され、該ボート７には所定枚数の被処理基板（ウェーハ８）が水平姿勢で多段に保持される様になっている。
【０００５】
ウェーハ８を保持した前記ボート７が前記反応管２に装入され、前記炉口部５が前記炉口シャッタ６で密閉された状態で、前記ヒータ３によりウェーハ８が加熱され、更に処理ガスが処理ガス供給管９、ガス供給ノズル１１を介して前記処理室４に供給され、又該処理室４が一定の処理圧力に保持される様に排気管１６を介して前記処理室４が排気される様になっている。
【０００６】
処理ガスは流量調整器（ＭＦＣ：Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１７により所定流量に調整されて供給される。又、前記ガス供給ノズル１１は複数のガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから構成され、該ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅはそれぞれ長さが異なり、処理ガスが異なる供給位置で分散供給される場合がある。これは、ガスの分解効率、反応効率が考慮され、１バッチでのウェーハに成膜される膜厚差が生じない様に、又面内均一性が改善される様にする為である。
【０００７】
従来、図１０に示される様に複数のガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅへの処理ガスの配分は、前記流量調整器１７で流量調整された後、前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅにより分岐され供給されていた。
【０００８】
図１０で示されるガス供給系は、構造が単純であるが、各ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから供給されるガス流量を適正にする調整は、個々のノズルのガス供給口の孔の大きさの調整等が必要であり、状況に応じてノズル毎に調整するということはできなかった。
【０００９】
近年の半導体装置の微細化、高密度化に伴い、要求されるプロセスも複雑化し、処理に供給するガスも複雑化している。特に、ガスの性状も様々となり、絶縁膜の高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）材料、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）材料には液体原料が使用され、この場合は、バブラ、気化器を介して液体原料をガス化して供給することが必要となる。又、単一の処理ガスではなく、混合系のガスを扱うことも多くなり、ガスの供給態様も複雑となる。
【００１０】
上記図１０で示した処理ガスのガス供給系では、斯かる要請には、対応することができない。この為、ガス供給系としては、図１１に示すものが採用されることになる。
【００１１】
図１１に示されるガス供給系は、前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから供給される処理ガスの量を個々に調整可能としたものであり、個々のガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅに対して流量調整器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅが設けられ、該流量調整器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅによりガス供給量が独立して調整可能である。
【００１２】
図１１に示されるガス供給系は、各ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅからの供給量を独立して調整可能であるので、複雑な供給態様にも対応できるが、ガス供給系の複雑化、制御系の複雑化、ガス供給制御ユニットの大型化、基板処理装置のフットプリントの増大、基板処理装置の製作コストの増大を招くこととなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、効率よく、高品質な処理ガスを供給できるガス供給系を具備した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】
【００１４】
本発明は、基板を収納する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、制御部とを有し、前記ガス供給手段はガス供給管と、該ガス供給管から分岐する複数のガス供給ノズルと、前記分岐する位置に設けられるガス分配器とを少なくとも備え、前記制御部は、前記ガス分配器を制御することにより、前記ガス供給管から供給される処理ガスの前記複数のガス供給ノズルへの分岐状態を制御する基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板を収納する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排出する排気手段と、制御部とを有し、前記ガス供給手段はガス供給管と、該ガス供給管から分岐する複数のガス供給ノズルと、前記分岐する位置に設けられるガス分配器とを少なくとも備え、前記制御部は、前記ガス分配器を制御することにより、前記ガス供給管から供給される処理ガスの前記複数のガス供給ノズルへの分岐状態を制御するので、簡単な構成で、効率よく、高品質な処理ガスを供給できるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１７】
先ず、図１に於いて本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
【００１８】
筐体２１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカ
セット２２の授受を行う容器授受手段としてのカセットステージ２３が設けられ、該カセットステージ２３の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ２４が設けられ、該カセットエレベータ２４にはカセット搬送手段としてのカセット搬送機２５が取付けられている。又、前記カセットエレベータ２４の後側には、前記カセット２２の収納手段としてのカセット棚２６が設けられると共に前記カセットステージ２３の上方にもカセット収納手段である予備カセット棚２７が設けられている。該予備カセット棚２７の上方にはファン、防塵フィルタで構成されたクリーンユニット２８が設けられ、クリーンエアを前記筐体２１の内部、例えば前記カセット２２が搬送される領域を流通させる様に構成されている。
【００１９】
前記筐体２１の後部上方には、処理炉２９が設けられ、該処理炉２９の下方には基板としてのウェーハ３１を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート３２を前記処理炉２９に装入、引出しする昇降手段としてのボートエレベータ３３が設けられ、該ボートエレベータ３３に取付けられた昇降部材３４の先端部には前記処理炉２９の炉口部を閉塞する蓋体としてのシールキャップ３５が取付けられ、該シールキャップ３５に前記ボート３２が垂直に支持され、該ボート３２は後述するウェーハ３１を水平姿勢で多段に保持する。
【００２０】
前記ボートエレベータ３３と前記カセット棚２６との間には昇降手段としての移載エレベータ３６が設けられ、該移載エレベータ３６には基板移載手段としてのウェーハ移載機３７が取付けられている。該ウェーハ移載機３７は、基板を載置する所要枚数（例えば５枚）の基板搬送プレート４０を有し、該基板搬送プレート４０は進退、回転可能となっている。
【００２１】
又、前記処理炉２９下部近傍には、開閉機構を持ち前記処理炉２９の炉口を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ３８が設けられている。
【００２２】
前記移載エレベータ３６と対向する前記筐体２１の側面には、ファン、防塵フィルタで構成されたクリーンユニット３０が設けられ、該クリーンユニット３０から送出されたクリーンエアは、前記ウェーハ移載機３７、前記ボート３２、前記ボートエレベータ３３を含む領域を流通した後、図示しない排気装置により前記筐体２１の外部に排気される様になっている。
【００２３】
前記カセット搬送機２５、前記ウェーハ移載機３７、前記ボートエレベータ３３等の駆動制御、前記処理炉２９の加熱制御等は制御部４１により行われる。
される。
【００２４】
上記した処理炉２９は図２に概略が示される。図２中に於いて、図９中で示した熱処理炉１と略同等の構成を有しており、図２中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２５】
処理ガス供給管９は処理ガス供給源（図示せず）に接続され、又前記処理ガス供給管９にガス分配器４３を介してガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅが接続され（図３参照）、前記ガス分配器４３は前記処理ガス供給管９と前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅとの接続状態を切替え可能となっており、前記ガス分配器４３は前記制御部４１によって切替えられる様になっている。
【００２６】
前記ガス分配器４３の一例を、図３に示す。
【００２７】
マニホールド４４の中心部には円筒状の中空部が形成され、該中空部に分配子４５が気密に且つ回転自在に設けられている。
【００２８】
前記マニホールド４４には放射状に接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅが所要角度ピッチ、例えば３０°ピッチで穿設されている。又前記分配子４５の中心には軸心に沿って導孔４７が穿設されると共に放射状に分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ、分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈが穿設され、前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅについては、３０°ピッチで穿設され、前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈについては６０°ピッチで穿設され、前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅは前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅに合致可能であり、又前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈは前記接続孔４６ａ，４６ｃ，４６ｅと合致可能となっている。又、前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅには、それぞれガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅが接続されている。
【００２９】
前記分配子４５は所要のアクチュエータ、例えばロータリソレノイド、ロータリシリンダ、或はステッピングモータ等の位置決め可能なモータにより回転され、且つ所定位置に位置決め可能となっており、前記アクチュエータは前記制御部４１によって駆動が制御される。
【００３０】
以下、作動について説明する。
【００３１】
前記ウェーハ３１が垂直姿勢で装填された前記カセット２２は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ２３に搬入され、前記ウェーハ３１が水平姿勢となる様、前記カセットステージ２３で９０°回転させられる。更に、前記カセット２２は、前記カセットエレベータ２４の昇降動作、横行動作及び前記カセット搬送機２５の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ２３から前記カセット棚２６又は前記予備カセット棚２７に搬送される。
【００３２】
前記カセット棚２６には前記ウェーハ移載機３７の搬送対象となる前記カセット２２が収納される移載棚３９があり、前記ウェーハ３１が移載に供される前記カセット２２は前記カセットエレベータ２４、前記カセット搬送機２５により前記移載棚３９に移載される。
【００３３】
前記カセット２２が前記移載棚３９に移載されると、前記ウェーハ移載機３７は、前記基板搬送プレート４０の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ３６の昇降動作の協働により前記移載棚３９から降下状態の前記ボート３２に前記ウェーハ３１を移載する。
【００３４】
前記ボート３２に所定枚数の前記ウェーハ３１が移載されると、前記ボートエレベータ３３により前記ボート３２が上昇され、該ボート３２が前記処理炉２９に装入される。完全に前記ボート３２が装入された状態で、前記シールキャップ３５により前記処理炉２９が気密に閉塞される。
【００３５】
気密に閉塞された該処理炉２９内では、選択された処理レシピに従い、前記ウェーハ３１が加熱されると共に処理ガスが前記処理炉２９内に供給され、前記排気管１６から図示しない排気装置によって処理室４の雰囲気が排出されつつ、前記ウェーハ３１に処理がなされる。
【００３６】
尚、前記処理ガスが前記処理炉２９に供給されるに先立ち、前記処理レシピにより処理ガス供給パターンが選択され、前記制御部４１より選択されたパターンとなる様に前記ガス分配器４３が駆動される。駆動されたパターンは、例えば、前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの全てから処理ガスが供給されるパターンである場合は、前記分配子４５の回転位置は、前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅが前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅにそれぞれ合致する位置（Ａ位置）であり、前記導孔４７に導かれた処理ガスは前記分配子４５により分配されて前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅに供給される。尚、各ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから供給される量を異ならせる場合は、前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅの孔径を異ならせる等により調整する。尚、前記分配子４５がＡ位置にある場合、前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈは前記マニホールド４４によって閉塞される。
【００３７】
次に、図４により前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの供給パターンがガス供給ノズル１１ａ，１１ｃ，１１ｅの３本のノズルからの供給である場合を説明する。前記分配子４５の回転位置は、前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈが前記接続孔４６ａ，４６ｃ，４６ｅに合致する位置（Ｂ位置）となり、前記制御部４１によって前記ガス分配器４３が駆動される。尚、前記分配子４５がＢ位置の場合、前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅは前記マニホールド４４によって閉塞される。前記分配子４５がＢ位置の場合も、前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｃ，１１ｅから供給される処理ガスの供給量が設定した値となる様に、前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈの孔径等が調整される。
【００３８】
上記した様に、２つの処理ガスの供給パターンを設定するのに、前記分配子４５の位置を切替えるだけでよく、前記ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅにそれぞれ別の弁の開閉制御、更に該ガス供給ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅにそれぞれ別の流量制御が必要なく、機構、制御系共に著しく簡略化できる。
【００３９】
前記ウェーハ３１への処理が完了すると、該ウェーハ３１は上記した作動の逆の手順により、前記ボート３２から前記移載棚３９の前記カセット２２に移載され、該カセット２２は前記カセット搬送機２５により前記移載棚３９から前記カセットステージ２３に移載され、図示しない前記外部搬送装置により前記筐体２１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ３８は、前記ボート３２が降下状態の際に前記処理炉２９の炉口を塞ぎ、外気が該処理炉２９内に巻込まれるのを防止している。
【００４０】
図５、図６は他のガス分配器４９を示している。
【００４１】
円筒状のマニホールド５０の中心部に分配子５１が回転自在且つ気密に設けられ、前記マニホールド５０には軸心を含む平面内に接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅが穿設され、前記分配子５１には軸心を含む平面内に分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅが穿設され、又該分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅとは異なる位置に分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈが穿設され、前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ、前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈは前記分配子５１の中心部に穿設した導孔４７に連通している。
【００４２】
前記分配子５１を回転位置Ａとすることで、前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅと前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅとは合致可能となっており、又前記分配子５１を回転位置Ｂとすることで、前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈは前記接続孔４６ａ，４６ｃ，４６ｅと合致可能となっている。
【００４３】
前記ガス分配器４９に於いても、所要のアクチュエータにより前記分配子５１をＡ位置、Ｂ位置に位置決めすることで、処理ガスの供給パターンを選択することができる。
【００４４】
又、Ｃ位置、Ｄ位置に異なるパターンで分岐孔４８を穿設することで、３以上の供給パターンの選択が可能となる。
【００４５】
図７、図８は、分配子を直動式としたガス分配器５３場合を示している。
【００４６】
マニホールド５４に分配子５５が軸心に沿って摺動自在に嵌合されている。前記マニホールド５４には軸心に沿って接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅが所定のピッチで穿設され、前記分配子５５には前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅと同ピッチで分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅが穿設され、前記分岐孔４８ａ，４８ｂの間に分岐孔４８ｆ、前記分岐孔４８ｃ，４８ｄの間に分岐孔４８ｇ、前記分岐孔４８ｅの反分岐孔４８ｄ側にそれぞれ分岐孔４８ｈが穿設されている。前記分配子５５の中心部には処理ガス供給管９に連通し、又前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅに連通する導孔４７（図３参照）が穿設されている。
【００４７】
前記分配子５５の軸心方向の位置を選択することで、前記接続孔４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅと前記分岐孔４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅが合致し、或は前記接続孔４６ａ，４６ｃ，４６ｅに対して前記分岐孔４８ｆ，４８ｇ，４８ｈが合致する様になっている。
【００４８】
前記ガス分配器５３に於いても、前記分配子５５をソレノイド、シリンダ等のアクチュエータで駆動することで、処理ガスの供給パターンを選択することができる。
【００４９】
尚、特に図示していないが、分配子を回転させることにより、複数の処理ガス供給源との接続状態が変化する様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略を示す斜視図である。
【図２】該基板処理装置に用いられる熱処理炉を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態で用いられるガス分配器の概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いられるガス分配器の概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態で用いられるガス分配器の他の例を示す概略平断面図である。
【図６】本発明の実施の形態で用いられるガス分配器の他の例を示す概略立断面図である。
【図７】本発明の実施の形態で用いられるガス分配器の更に他の例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態で用いられるガス分配器の更に他の例を示す概略断面図である。
【図９】従来の熱処理炉を示す概略断面図である。
【図１０】従来の処理ガス供給系を示す説明図である。
【図１１】従来の他の処理ガス供給系を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
２              反応管
３              ヒータ
４              処理室
７              ボート
８              ウェーハ
９              処理ガス供給管
１１            ガス供給ノズル
１６            排気管
２９            処理炉
４１            制御部
４３            ガス分配器
４４            マニホールド
４５            分配子
４６            接続孔
４７            導孔
４８            分岐孔
４９            ガス分配器
５０            マニホールド
５１            分配子
５３            ガス分配器
５４            マニホールド
５５            分配子
【図１】
2007165475.tif 000003
【図２】
2007165475.tif 000004
【図３】
2007165475.tif 000005
【図４】
2007165475.tif 000006
【図５】
2007165475.tif 000007
【図６】
2007165475.tif 000008
【図７】
2007165475.tif 000009
【図８】
2007165475.tif 000010
【図９】
2007165475.tif 000011
【図１０】
2007165475.tif 000012
【図１１】
2007165475.tif 000013