(57)【要約】【課題】複数の基板間における処理の均一性を向上することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備えた基板処理装置において、前記処理ガス供給部は、前記処理室外に設けられた処理ガス供給源と、前記処理ガス供給源に一端が接続され、前記処理室内に基板の積層方向に沿って設けられ、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給口が設けられた主ガスノズルと、前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルとを、備えるように構成する。【選択図】図２
2012114200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は、
前記処理室外に設けられた処理ガス供給源と、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、前記処理室内に基板の積層方向に沿って設けられ、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給口が設けられた主ガスノズルと、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルとを、備え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、基板処理技術に関し、特に、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）
の製造装置である基板処理装置やＩＣの製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウェハ）を複数、同時に処理するうえで有効な処理ガス供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造装置の１つに、縦型バッチ式処理装置がある。縦型バッチ式処理装置においては、例えば、下端が開放された略円筒形状の処理室を有し、該処理室内に、複数のガス供給孔を有するガスノズルが立設され、ガスノズルの下端から処理ガスが供給されるように構成されている。複数のウェハを積層して保持したボートが、下方から処理室内へ搬入されると、ガスノズルに設けられたガス供給孔から処理ガスを噴出し、複数のウェハに対して同時に加熱処理等を行う。
下記の特許文献１には、複数のガス供給孔を有し、複数のウェハの積載方向に沿って処理室内に設けられたガスノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のバッチ式縦型処理装置においては、ガスノズルの上流部（処理室の下部）で処理ガスが処理室内に噴出されると、ガスノズルの下流部（処理室の上部）では処理ガスが不足し、処理室の上部に配置されたウェハと、下部に配置されたウェハとの間で、処理が不均一になるおそれがある。
本発明の目的は、処理の均一性を向上することの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】
【０００５】
上記の課題を解決するための、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は、
前記処理室外に設けられた処理ガス供給源と、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、前記処理室内に基板の積層方向に沿って設けられ、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給口が設けられた主ガスノズルと、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルとを、備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の効果】
【０００６】
上記の構成によれば、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上し、複数の基板間における処理の均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る処理炉の処理ガス供給部を示す垂直断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る処理炉の電極構造を示す垂直断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る処理炉の水平断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る処理炉のガスノズルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下、本発明の１実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る処理炉の処理ガス供給部を示す垂直断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る処理炉の電極構造を示す垂直断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る処理炉の水平断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る処理炉のガスノズルを示す模式図である。
【０００９】
［基板処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に説明する。
図１に示すように、基板処理装置１０の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５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１００の授受を行う。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。
【００１０】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウェハ２００を搭載したボート２１７を、処理炉２０２の内と外の間で昇降させる。ボート２１７は、ウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉２０２の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウェハ２００を搬送するウェハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉２０２の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が処理炉２０２の外にあるときに、処理炉２０２の下端を閉塞することができる。
【００１１】
ウェハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート２１７に対してウェハ２００が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７に、ウェハ２００を移載する。
【００１２】
ボート２１７に所定枚数のウェハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート２１７が処理炉２０２内に挿入され、シールキャップ２１９により、処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内では、ウェハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウェハ２００に加熱等の処理がなされる。
ウェハ２００の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウェハ２００は、ウェハ移載機１１２により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート２１７が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉２０２の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００１３】
［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は、石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、基板（本例ではウェハ２００）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２０３は、加熱部（本例では抵抗ヒータ２０７）の内側に設けられている。反応管２０３は、その下端開口をシールキャップ２１９により、気密部材（本例ではＯリング２２０）を介して気密に閉塞される。
ヒータ２０７、反応管２０３およびシールキャップ２１９により、処理炉２０２が形成されている。また、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により、基板処理室２０１が形成されている。シールキャップ２１９の上には、基板保持部材（ボート２１７）が、石英キャップ２１８を介して立設されている。石英キャップ２１８は、ボート２１７を保持する保持体である。ボート２１７は、処理炉２０２内に、処理炉２０２の下端開口から挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される複数のウェハ２００が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は、処理炉２０２に挿入されたウェハ２００を、所定の温度に加熱する。
【００１４】
［ガス供給系］
図２に示すように、本実施形態においては、処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスが、第１の処理ガス供給源２４０ａと第２の処理ガス供給源２４０ｂから供給される。
第１の処理ガス供給源２４０ａには、第１の処理ガス供給管２３２ａと第３の処理ガス供給管２３２ｄが接続されている。第１の処理ガス供給管２３２ａは、処理室２０１内に設けられた第１の主ガスノズル２３３ａに接続され、第３の処理ガス供給管２３２ｄは、処理室２０１内に設けられた第１の補助ガスノズル２３３ｄに接続されている。後述するように、第１の補助ガスノズル２３３ｄは、処理室２０１内において、第１の主ガスノズル２３３ａに接続されている。
【００１５】
第１の処理ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、第１の処理ガス供給源２４０ａと、流量制御装置として用いられるＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａと、開閉装置として用いられるバルブ２４３ａとが設けられている。第３の処理ガス供給管２３２ｄには、上流側から順に、第１の処理ガス供給源２４０ａとＭＦＣ２４１ｄとバルブ２４３ｄとが設けられている。
第１の処理ガス供給源２４０ａからの原料ガスとしての第１の処理ガスは、ＭＦＣ２４１ａ、及びバルブ２４３ａ、第１の主ガスノズル２３３ａを介し、後述するバッファ室２３７を通って処理室２０１内に供給されるとともに、ＭＦＣ２４１ｄ、及びバルブ２４３ｄ、第１の補助ガスノズル２３３ｄを介し、後述するバッファ室２３７を通って処理室２０１内に供給される。
【００１６】
第２の処理ガス供給源２４０ｂには、第２の処理ガス供給管２３２ｂが接続されている。第２の処理ガス供給管２３２ｂは、処理室２０１内に設けられた、第２の主ガスノズル２３３ｂと第２の補助ガスノズル２３３ｃに接続されている。後述するように、第２の補助ガスノズル２３３ｃは、処理室２０１内において、第２の主ガスノズル２３３ｂに接続されている。
第２の処理ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、第２の処理ガス供給源２４０ｂと、ＭＦＣ２４１ｂと、バルブ２４３ｂと、ガス溜め２４７と、バルブ２４３ｃとが設けられている。第２の処理ガス供給源２４０ｂからの原料ガスとしての第２の処理ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、バルブ２４３ｃ、第２の主ガスノズル２３３ｂ及び第２の補助ガスノズル２３３ｃを介し、処理室２０１内に供給される。
【００１７】
第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄの接続態様について、図５を用いて説明する。なお、第２の主ガスノズル２３３ｂと第２の補助ガスノズル２３３ｃの接続態様も、第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄの接続態様と同様である。
［実施例１］
図５（ａ）に示す態様（実施例１）では、石英製の第１の主ガスノズル２３３ａが反応管２０３の下端から上端にかけて延在し、第１の主ガスノズル２３３ａの先端は袋状に閉じられ、第１の主ガスノズル２３３ａの側面のみにガス供給口２４８ａが複数、本例では１２個設けられ、第１の主ガスノズル２３３ａ下部の基端から、第１の主ガスノズル２３３ａ内にガスが導入される。
石英製の第１の補助ガスノズル２３３ｄは、反応管２０３の下端から上端にかけて第１の主ガスノズル２３３ａと平行に配置され、第１の補助ガスノズル２３３ｄ下部の基端から、第１の補助ガスノズル２３３ｄ内にガスが導入される。第１の補助ガスノズル２３３ｄは、本例ではガス供給口を有しておらず、第１の主ガスノズル２３３ａの先端の接続部２３４ａにて、第１の主ガスノズル２３３ａに接続され、接続部２３４ａから先端側の第１の主ガスノズル２３３ａには、ガス供給口２４８ａが存在しない。
【００１８】
この構成により、第１の主ガスノズル２３３ａの基端から第１の主ガスノズル２３３ａ内に導入されたガスの多くが、第１の主ガスノズル２３３ａの上流側（反応管２０３の下部）で、ガス供給口２４８ａから反応管２０３内へ流出して消費され、第１の主ガスノズル２３３ａ内の下流側（反応管２０３の上部）に供給されるガスの量が少なくなっても、第１の補助ガスノズル２３３ｄから、第１の主ガスノズル２３３ａの先端にガスが供給されるので、第１の主ガスノズル２３３ａに設けられた複数のガス供給口２４８ａから反応管２０３内へ流出するガスの量の偏りを抑制でき、略等しくすることも可能である。
したがって、反応管２０３の上部に配置されたウェハ２００と下部に配置されたウェハ２００に対する処理の均一性を向上することができ、例えば形成される膜厚の偏りを抑制できる。
【００１９】
［実施例２］
図５（ｂ）に示す態様（実施例２）では、実施例１と同様に、石英製の第１の主ガスノズル２３３ａが設けられ、該第１の主ガスノズル２３３ａの先端に、１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１が接続されている。第１の主ガスノズル２３３ａと、１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１の構造は、実施例１と同様である。
実施例１と異なる点は、第１の主ガスノズル２３３ａの中間位置であり、複数のガス供給口２４８ａとガス供給口２４８ａの間に、石英製の２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２が接続されていることである。本例では、下から（上流側から）４番目と５番目のガス供給口２４８ａの間に、２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２が接続されている。２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２も、１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１と同様に、第１の補助ガスノズル２３３ｄ２下部の基端からガスが導入され、ガス供給口を有していない。
この構成により、実施例１の１本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ１の効果に加えて、２本目の第１の補助ガスノズル２３３ｄ２により、第１の主ガスノズル２３３ａの上流側（反応管２０３の下部）で消費されたガスを、効果的に補うことができる。
【００２０】
［実施例３］
図５（ｃ）に示す態様（実施例３）では、実施例１と同様に、石英製の第１の主ガスノズル２３３ａが設けられ、該第１の主ガスノズル２３３ａの先端に、第１の補助ガスノズル２３３ｄが接続されている。第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄの構造は、次に説明する相違点以外は、実施例１と同様である。
実施例１と異なる点は、第１の補助ガスノズル２３３ｄが、第１の主ガスノズル２３３ａと複数箇所で接続されていること、詳しくは、第１の補助ガスノズル２３３ｄが、第１の主ガスノズル２３３ａの先端以外に、第１の主ガスノズル２３３ａの中間位置の２箇所に接続されていることである。これら中間位置の２箇所は、いずれも、複数のガス供給口２４８ａとガス供給口２４８ａの間である。本例では、下から（上流側から）４番目と５番目のガス供給口２４８ａの間と、下から（上流側から）８番目と９番目のガス供給口２４８ａの間に、第１の補助ガスノズル２３３ｄが接続されている。
この構成により、実施例１の第１の補助ガスノズル２３３ｄの効果に加えて、第１の主ガスノズル２３３ａの上流側（反応管２０３の下部）で消費されたガスを、実施例２よりも少ない数の補助ガスノズルにより効果的に補うことができる。
【００２１】
［バッファ室］
次に、バッファ室について、図２と図４を用いて説明する。
図２や図４に示すように、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウェハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウェハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２３７ａが設けられている。このガス供給孔２３７ａは、反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２３７ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。各ガス供給孔２３７ａ間のピッチ（間隔）は、各ウェハ２００間のピッチ（間隔）と同一としている。
【００２２】
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２３７ａが設けられた側と反対側には、第１の主ガスノズル２３３ａが、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。第１の主ガスノズル２３３ａには、前述したように、第１の補助ガスノズル２３３ｄが接続されている。第１の主ガスノズル２３３ａには、図２に示すように、ガスを供給する複数のガス供給口２４８ａが設けられている。この複数のガス供給口２４８ａの開口面積は、第１の主ガスノズル２３３ａ内とバッファ室２３７内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
【００２３】
本実施の形態においては、第１の主ガスノズル２３３ａの複数のガス供給口２４８ａの開口面積を、上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。このように構成することで、第１の主ガスノズル２３３ａの各ガス供給口２４８ａより、ガスの流速の差はあるが流量はほぼ同量であるガスを、バッファ室２３７内に噴出させている。
そして、バッファ室２３７内において、第１の主ガスノズル２３３ａの各ガス供給孔より噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、ガス供給孔２３７ａより処理室２０１に噴出させている。よって、第１の主ガスノズル２３３ａの各ガス供給孔より噴出したガスは、バッファ室２３７の各ガス供給孔２３７ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
第１の処理ガス供給源２４０ａ、ＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ａ、バルブ２４３ｄ、第１の主ガスノズル２３３ａ、第１の補助ガスノズル２３３ｄ、バッファ室２３７、ガス供給孔２３７ａ等から、第１の処理ガス供給部が構成される。
【００２４】
図４に示すように、第１の主ガスノズル２３３ａの位置より、反応管２０３の内周を９０°程度回った内壁に、第２の主ガスノズル２３３ｂが設けられている。第２の主ガスノズル２３３ｂには、前述したように、第２の補助ガスノズル２３３ｃが接続されている。この第２の主ガスノズル２３３ｂは、ＡＬＤ法による成膜においてウェハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担するガス供給部である。
この第２の主ガスノズル２３３ｂも、バッファ室２３７と同様に、ウェハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給口２４８ｂを有し、反応管２０３の下部において、第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００２５】
ガス供給口２４８ｂの開口面積は、第２の主ガスノズル２３３ｂ内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。本実施の形態においては、ガス供給孔２４９ａの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、バルブ２４３ｃ、第２の主ガスノズル２３３ｂ、第２の補助ガスノズル２３３ｃ、ガス供給口２４８ｂ等から、第２の処理ガス供給部が構成される。該第２の処理ガス供給部と前述した第１の処理ガス供給部とを総称して、処理ガス供給部と称する。
【００２６】
［プラズマ生成用電極］
次に、プラズマ生成用電極について、図３と図４を用いて説明する。
図３と図４に示すように、バッファ室２３７内に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が、上部より下部にわたって、電極を保護する保護管である電極保護管２７５内に保護されて配設されている。図４に示すように、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００２７】
この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれを、バッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態で、バッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００２８】
［ボート］
図２に示すように、反応管２０３内の中央部には、複数枚のウェハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータ１２１（図１参照）により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２６７が設けてあり、このボート回転機構２６７によって石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００２９】
［排気部］
基板処理室２０１には、基板処理室２０１内のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、真空ポンプ２４６（排気装置）にＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ２５５を介して接続されている。基板処理室２０１内は、真空ポンプ２４６によって排気される。
なお、ＡＰＣバルブ２５５は、弁の開閉により基板処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。
【００３０】
［制御部］
コントローラ２８０（制御部）は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ＡＰＣバルブ２５５、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２等、基板処理装置１０の各構成部に電気的に接続されている。
コントローラ２８０は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２５５の開閉および圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、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、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御等、基板処理装置１０の各構成部の制御を行う。
【００３１】
以上のように構成された基板処理装置１０において、ボート２１７に積載したウェハ２００の表面上つまり基板表面上に、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＡＬＤ法による成膜がなされる。
【００３２】
［成膜処理］
次にＡＬＤ法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の中の１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２種類（またはそれ以上）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて、３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（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、処理を２０サイクル行う。）
【００３３】
まず成膜しようとするウェハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、第３のガス供給管２３２ｄに設けたバルブ２４３ｄ、及びガス排気管２３１に設けたＡＰＣバルブ２５５を共に開けて、第１のガス供給管２３２ａと第３のガス供給管２３２ｄからＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｄにより流量調整されたＮＨ３ガスを、第１の主ガスノズル２３３ａと第１の補助ガスノズル２３３ｄからバッファ室２３７へ供給し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に、高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。
ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２５５を適正に調整して、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば５０Ｐａに維持する。ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｄで制御するＮＨ３の供給流量は、１〜１０ｓｌｍの範囲であって、例えば５ｓｌｍで供給される。例えば、ＭＦＣ２４１ａで２ｓｌｍ供給し、ＭＦＣ２４１ｄで３ｓｌｍ供給する。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度は、ウェハが３００〜６００℃の範囲であって、例えば５５０℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウェハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００３４】
このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３は、ウェハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
【００３５】
（ステップ２）
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａと、第３のガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄとを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら、上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５は開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、このときにはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積が１００Ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００３６】
（ステップ３）
ステップ３では、処理室２０１内のＮＨ３の排気が終わったら、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５を閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５が閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウェハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウェハ２００の表面に化学吸着したＮＨ３とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）して、ウェハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、ＡＰＣバルブ２５５を開けて処理室２０１を真空排気し、成膜に寄与した後の残留するＤＣＳのガスを排除する。また、このときにはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に、成膜に寄与した後の残留するＤＣＳのガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００３７】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウェハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
ＡＬＤ装置では、処理ガスはウェハ２００の表面部分に化学吸着する。この処理ガスの吸着量は、処理ガスの圧力、及び処理ガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量の処理ガスを、短時間で吸着させるためには、処理ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、ＡＰＣバルブ２５５を閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量の処理ガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウェハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェハ２００に吸着しているＮＨ３とのみ有効に反応させることができる。
【００３９】
なお、本発明は、前記実施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。
例えば、上記実施形態においてはＤＣＳガスとＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を形成したが、ＳｉＮ膜以外の膜種や他のガス種であっても適用可能である。
また、前記実施形態においては、第１の主ガスノズルと第１の補助ガスノズルの両方にそれぞれ、ＭＦＣとバルブを設けたが、第１の補助ガスノズル用のＭＦＣとバルブを省略し、第１の主ガスノズル用のＭＦＣとバルブにより、第１の補助ガスノズルのガス流量や流速等を制御するように構成してもよい。
また、前記実施形態においては、１つのガス溜めとバルブにより、第２の主ガスノズルと第２の補助ガスノズルのガス流量や流速等を制御するようにしたが、第２の主ガスノズルと第２の補助ガスノズルの両方にそれぞれ、ガス溜めとバルブを設け、第２の主ガスノズルのガス流量や流速等と、第２の補助ガスノズルのガス流量や流速等を、独立に制御するようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、第１の主ガスノズルと第２の主ガスノズルの両方に、補助ガスノズルを設けたが、第１の主ガスノズルと第２の主ガスノズルのいずれか一方にのみ補助ガスノズルを設けるようにしてもよい。
また、前記実施形態においては、バッチ式縦型成膜装置を用いて説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、横型装置等にも適用することができる。
また、前記実施形態においては、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００４０】
本明細書には、次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は、
前記処理室外に設けられた処理ガス供給源と、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、前記処理室内に基板の積層方向に沿って設けられ、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給口が設けられた主ガスノズルと、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルとを、備えることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上し、複数の基板間における処理の均一性を向上することができる。なお、主ガスノズルと補助ガスノズルに接続される処理ガス供給源は、同一の処理ガスを供給するものであれば、物理的に分かれていても構わない。
【００４１】
第２の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記補助ガスノズルの一端が前記処理ガス供給源に接続され、前記補助ガスノズルの他端が前記主ガスノズルのガス供給口よりも先端側に接続されたことを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、主ガスノズルのガス供給口に対し、両方向から処理ガスを供給することができ、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。
【００４２】
第３の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記処理ガス供給源に一端が接続され、他端が前記主ガスノズルに接続された補助ガスノズルを、複数備えることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、さらに、処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。
【００４３】
第４の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記補助ガスノズルが前記主ガスノズルに複数箇所で接続されたことを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、さらに、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。
【００４４】
第５の発明は、第１の発明の基板処理装置であって、
前記主ガスノズルには、前記処理ガスを供給するガス供給口が２つ以上設けられ、
前記補助ガスノズルの一端が前記処理ガス供給源に接続され、他端が前記主ガスノズルの開口と開口の間に接続されたことを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、主ガスノズルのガス供給口から処理室内に供給される処理ガスの均一性を向上することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…基板処理装置、２００…ウェハ、２０１…基板処理室、２０２…処理炉、２０３…反応管、２０７…ヒータ、２１７…ボート、２１８…石英キャップ、２１９…シールキャップ、２２０…Ｏリング、２３１…ガス排気管、２３２ａ…第１の処理ガス供給管、２３２ｂ…第２の処理ガス供給管、２３２ｄ…第３の処理ガス供給管、２３３ａ…第１の主ガスノズル、２３３ｂ…第２の主ガスノズル、２３３ｃ…第２の補助ガスノズル、２３３ｄ…第１の補助ガスノズル、２３７…バッファ室、２３７ａ…ガス供給孔、２４０ａ…第１の処理ガス供給源、２４０ｂ…第２の処理ガス供給源、２４１ａ…ＭＦＣ（マスフローコントローラ）、２４１ｂ…ＭＦＣ、２４１ｄ…ＭＦＣ、２４３ａ…開閉バルブ、２４３ｂ…開閉バルブ、２４３ｄ…開閉バルブ、２４８ａ…ガス供給口、２４６…真空ポンプ、２４７…ガス溜め、２５５…ＡＰＣバルブ、２６７…ボート回転機構、２６９…棒状電極、２７０…棒状電極、２７２…整合器、２７３…高周波電源、２７５…電極保護管、２８０…コントローラ。
【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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