(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主面に対して平行な方向に延在し、さらに前記混合室で混合されたガスの流れを絞って該ガスを前記拡散室に導くスリットを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記連通部は、少なくとも2種のガスが前記混合室に導入される部分それぞれから等距離位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスを導入する導入部と、この導入部に接続された混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記導入部は、導入されたガスの流れを絞る第１のスリットを有し、前記連通部は、基板主面に対して平行な方向に延在し、さらに前記混合室で混合されたガスの流れを絞って該ガスを前記拡散室に導く第２のスリットを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
基板を反応室内に配置する工程と、
少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する工程とを有し、
前記基板処理工程は、
前記ガス供給部にある混合室に少なくとも２種のガスが導入され、
この少なくとも２種のガスが前記混合室で混合され、
この混合室で混合されたガスが、前記ガス供給部にある前記基板主面に対して平行な方向に延在し、さらに前記混合室で混合されたガスの流れを絞って該ガスを前記拡散室に導くスリットを有する連通部を通り、前記ガス供給部にある拡散室に導かれる工程を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
基板を反応室内に配置する工程と、
少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する工程とを有し、
前記基板処理工程は、
前記ガス供給部にある混合室に少なくとも２種のガスの流れを絞って該ガスを導く第１のスリットを有する導入部を通って前記少なくとも２種のガスが前記混合室に導入され、
この少なくとも２種のガスが前記混合室で混合され、
この混合室で混合されたガスが、前記ガス供給部にある前記基板主面に対して平行な方向に延在し、さらに前記混合室で混合されたガスの流れを絞って該ガスを前記拡散室に導く第２のスリットを有する連通部を通り、前記ガス供給部にある拡散室に導かれる工程を有することを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ装置等、基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般的に、原料ガスを含む複数のガスを用いるＣＶＤ装置においては、原料供給の観点からは、（１）ガスを均一に混合することと、（２）処理基板であるウエーハの表面全域にわたり原料ガスを均一に供給すること、が重要な課題となる。これら（１）、（２）の条件を満たさない場合は、ウエーハ処理層の膜厚や膜質の均一性の阻害要因となる。
【０００３】
図１２において、従来のＣＶＤ装置が示されている。原料供給源４８は、２つの原料タンク５０,５２を有し、この原料タンク５０,５２は、配管４４,４６を介して装置本体部１６に接続されている。配管４４,４６には、バルブ５４,５６及びマスフローコントローラ５８,６０が設けられている。装置本体部１６は、サセプタ３６上に基板８８を載置した反応室３２と、配管４４,４６が接続されたガス供給部４２とを有し、このガス供給部４２を介して反応室３２にガスが供給されるようになっている。ガス供給部４２は、ガスミキサとしての第１の分散板１２０、緩衝板としての第２の分散板８４、及びシャワー板７２を有し、これらには多数の小孔８２，８４，８６がそれぞれ形成されている。したがって、配管４４,４６からガス供給部４２から入った２つのガスは、第１の分散板１２０、第２の分散板８４及びシャワー板の上部に形成された空間により混合され、かつ基板主面に対して平行な方向に分散されて、３段階で反応室３２に供給されるようにしてある。
【０００４】
しかしながら、上記従来例においては、３段階でガス混合、分散を意図しているに関わらず、多数の小孔８２〜８６が形成された分散板１２０，８４及びシャワー板７２により行うようにしているので、ガスは基板主面に対して垂直な方向（図においては縦方向）に流れ、基板主面に対して平行な方向へは拡がらず、混合及び分散のいずれの観点からも十分ではなかった。
【０００５】
そのため、従来においても、種々の改善がなされている。例えば特許２５３３６８５号公報においては、複数の配管に対応して複数のセパレータを設けた構成が開示されている。セパレータには、円周方向に溝が複数形成され、この溝によりガスを基板主面に対して平行な方向端部に導く。しかしながら、ガスの混合は、前述した従来例と同様に、多数の小孔が形成された分散板の上部空間において行われるので、基板主面に対して平行な方向端部へのガス供給はできても、ガスの混合という観点からは不十分であった。
【０００６】
また、特許３０３０２８０号公報においては、２つのガスを衝突させるように合流させてガスを混合する構成が開示されている。しかしながら、流入ガスを互いにぶつけ合うことのみによりガスを混合させるようにしているので、十分にガスを混合させることができないし、また、ガスを混合させた後は、前述した従来例と同様に、多数の小孔が形成された分散板の上部空間において分散させるようにしているので、均一分散という観点からも不十分であった。
【０００７】
さらに、特開平６−１２４９０３号公報においては、複数のガスを渦巻状または蛇行するガス通路を有する混合器で混合させる構成が開示されている。しかしながら、このような混合器においては、渦巻状または蛇行するガス通路にガスの入口を直列に形成してあり、それぞれのガス入口からガス出口までの距離が異なるので、ガス通路を長く形成しなければ十分なガスの混合はなし得ず、一方、ガス通路を長くすれば複雑な構造となるという欠点があった。
【０００８】
本発明は、上述した従来の欠点を解消し、ガスの均一混合と、ガスの均一分散とを同時に行うことができる基板処理装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の特徴とするところは、基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主面に対して平行な方向に延在し、さらに前記混合室で混合されたガスの流れを絞って該ガスを前記拡散室に導くスリットを有する基板処理装置にある。したがって、少なくとも２種のガスは、混合室内で互いに混合され、基板主面に対して平行な方向に延在する連通部を介して拡散室に導入されるので、ガスの混合と分散が同時に行うことができる。
【００１０】
混合室に２つのガスを導入する導入部は、スリット状に形成し、導入されるガスを絞って流速を高めて混合室内で衝突させることができる。また、連通部もスリット状に形成し、２つのガスが衝突して十分混合された混合ガスをスリット状の連通部により抽出し、かつ混合されたガスの流速を増大し、ガス拡散室の周辺へ向けて分散させることができる。この連通部のスリット幅は、混合室内外の圧力差を規定しない場合は、狭い方が好ましく、例えば２ｍｍ以下にすることが好ましく、さらに１ｍｍ以下にすればより好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図７において、本発明の第１の実施形態が示されている。図１に示すように、基板処理装置１０は、カセット部１２、基板移載部１４及び基板処理本体部１６とを有する。カセット部１２は、カセット室１８を有し、このカセット室１８に図示しないカセットが搬入、搬送されるようになっている。基板移載部１４は、移載室２０と移載ロボット２２とを有し、移載室２０に移載ロボット２２のアーム２４が配置されている。この移載ロボット２２は、アーム２４の先端には図示しないツィーザが設けられ、このツィーザを上下、左右、進退自在に動かすことによって、カセット室１８のカセットから基板を取り出し、後述する基板処理本体部１６の反応室３２に搬送するようになっている。なお、カセット室１２と移載室２０、及び移載室２０と反応室３２との間にはそれぞれゲートバルブ２６,２８が設けられ、このゲートバルブ２６,２８を開閉制御することにより真空を保ちながら基板を搬送できるようにしてある。
【００１２】
基板処理本体部１６は、例えば枚葉式熱ＣＶＤ装置からなり、装置本体３０内に反応室３２が形成されている。この反応室３２には、ヒータユニット３４が昇降自在に設けられている。このヒータユニット３４は、上部に基板が載置するためのサセプタ３６が設けられていると共に、内部に図示しないヒータが配置されている。また、装置本体３０には、基板を投入するための基板投入口３８と、反応室３２を減圧するための排気口４０が形成されている。さらに、装置本体３０の上部には後述するガス供給部４２が設けられている。
【００１３】
図２に詳しく示すように、ガス供給部４２は、ガスＡが供給される第１の配管４４と、ガスＢが供給される第２の配管４６とが接続されている。ガスＡは例えばＯ２であり、ガスＢは例えば原料ガスを含むＮ２であり、２つの原料タンク５０,５２を有する原料供給源４８から供給される。配管４４,４６には、バルブ５４,５６及びマスフローコントローラ５８,６０が設けられており、ガス供給部４８へ供給するガスの流量を制御するようにしてある。
【００１４】
ガス供給部４２は、前述した装置本体３０の上部に固定されたフランジ６２及びこのフランジ６２に固定された蓋体６４に囲まれて構成されている。このフランジ６２及び蓋体６４の内側には、ミキサ板６６、スペーサ６８、分散板７０及びシャワー板７２が上下方向に重ねられて配置されている。そして、蓋体６４及びミキサ板６６により後述する混合室７４と拡散室７６が形成され、ミキサ板６６、スペーサ６８及び分散板７０により第１の緩衝室７８が形成され、分散板７０及びシャワー板７２により第２の緩衝室８０が形成されている。また、拡散室７６と第１の緩衝室７８とは、ミキサ板６６に多数形成された形成された第１の小孔８２により、第１の緩衝室７８と第２の緩衝室８０とは、分散板７０に多数形成された第２の小孔８４により、第２の緩衝室８０と反応室３２とは、シャワー板７２に多数形成された小孔８６により、それぞれ連通されている。シャワー板７２の下方には、上昇したサセプタ３６に載置された基板８８が第３の小孔８６に対向し、第３の小孔８６から混合されたガスが基板８８上に吹き付けられるようになっている。
【００１５】
図３乃至図５にも示すように、ミキサ板６６は円板状に形成され、このミキサ板６６の中心付近に隔壁部９０が形成されている。この隔壁部９０により、中心で円形に形成された混合室７４と、周囲で同心円状に形成された拡散室７６とに分けられている。拡散室７６は、混合室７４より広い空間容積を持っており、この拡散室７６の下部に前述した第１の小孔８２が多数形成されている。また、この隔壁部９０は、図３の左右方向に２つの導入部９２,９４が形成されている。この導入部９２,９４は、前述した配管４４,４６が接続される円形溝９６,９８と、この円形溝９６,９８から基板主面に対して平行な方向で混合室７４へ向けて延在する第１のスリット１００,１０２を有し、この第１のスリット１００,１０２が混合室７４内で対向している。また、隔壁部９０は、図３の上下方向、即ち、第１のスリット１００,１０２を結ぶ対角線と直交する方向に２つの連通部１０４,１０６が形成されている。この連通部１０４,１０６は、基板主面に対して平行な方向に延在し、混合室７４と拡散室７６とを連通している。また、この連通部１０４,１０６は、混合室７４に開口する第２のスリット１０８,１１０と、この第２のスリット１０８,１１０に接続されて拡散室７６に開口する幅広の案内部１１２,１１４とを有する。この連通部１０４,１０６の形成位置は、導入部９２,９４から混合室７４に入ったガスＡとガスＢが互いに衝突する位置であり、この実施形態においては、導入部９２,９４から等距離位置になっている。
【００１６】
次に上記第１の実施形態の作用について説明する。カセット室１８にカセットが投入されると、ゲートバルブ２６が開き、移載ロボット２２によりカセットから基板を取り出し、ゲートバルブ２６を閉じる。移載ロボット２２により基板が取り出されると、ゲートバルブ２８が開き、移載ロボット２２により基板投入口３８から反応室３２内に基板が投入され、ヒータユニット３６が上昇し、サセプタ３６上に基板を載置する。次に移載ロボット２２のツィーザが後退し、ゲートバルブ２８が閉じられる。次に排気口４０から図示しない排気ラインを介して反応室３２の排気を実施して反応室４０を減圧状態にする。次にヒータユニット３６のヒータに通電して基板８８を所定温度まで加熱する。続いてバルブ５４,５６を開き、マスフローコントローラ５８,６０により流量を調節して原料供給源４８の原料タンク５０,５２から配管４４,４６を介してガスＡとガスＢを供給する。
【００１７】
ガスＡとガスＢとは、まずガス供給部４２の導入部９２,９４に基板主面に対して垂直な方向から導入される。この導入部９２, ９４においては、ガスＡとガスＢとは、円形溝９６,９８によりそれぞれ基板主面に対して平行な方向に方向変換され、次に第１のスリット１００,１０２によって絞られ、混合室７４に導入される。この混合室７４においては、ガスＡとガスＢとは、拡散しながら互いに衝突し、衝突した部分で混合される。このように混合されたガスは、衝突した部分に集中し、次に連通部１０４,１０６の第２のスリット１０８,１１０により再び絞られて拡散室７６に導かれる。
【００１８】
図６において、ガスＡとガスＢとのモル比を数値シュミレーションした結果が示されている。ガスＡとガスＢとの流量はともに７５０ｓｃｃｍであり、第２のスリットの出口付近の圧力は１０００Ｐａとした。ガスＡとガスＢとは、領域Ａ又は領域Ｋでは１０：０又は０：１０であったものが、混合室７４で互いに衝突することにより混合され、混合割合が高い領域が第２のスリット１０８に向けて形成される。第２のスリット１０８においては、両者は５：５となり、ほぼ完全に混合されたガスが拡散室に供給されることになる。第２のスリット１０８は、２ｍｍ以下であれば、両者のモル比をほぼ５：５にすることができる。
【００１９】
連通部１０４,１０６から出た混合ガスは、拡散室７６の周辺方向に向けて勢い付けられると共に、拡散室７６において分散する。この分散された混合ガスは、第１の小孔８２を介して第１の緩衝室７８に至り、この第１の緩衝室７８おいてさらに分散混合され、次に第２の小孔８４を介して第２の緩衝室８０に至り、この第２の緩衝室８０においてさらに混合され、次に第３の小孔８６を介して反応室３２に至り、基板８８に向けて均等に吹き付けられる。この混合ガスを吹き付けられた基板の表面に膜が形成されるものである。
【００２０】
その後、ヒータユニット３６のへの通電を停止し、排気口４０から反応室３２の排気をし、ヒータユニット３６を下方に移動させ、ゲートバルブ２８を開き、移載ロボット２２により基板を取り出し、必要に応じて冷却し、ゲートバルブ２６を開き、カセット室１８のカセットに基板を移載することにより処理を終了する。
【００２１】
なお、上記第１の実施形態においては、拡散室７６と反応室３２とは、第１の緩衝室７８と第２の緩衝室８０を介して接続しているが、この第１の緩衝室７８及び第２の緩衝室８０のいずれか一方又は双方を省略し、構成を簡略化することができる。
【００２２】
図７において、本発明の第２の実施形態が示されている。この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態と比較すると、隔壁部９０の構成を異にしている。即ち、第１の実施形態においては、隔壁部９０をほぼ円形とし、連通部１０４,１０６には案内部１１２,１１４を延在させていたが、この第２の実施形態においては、幅広部を含む部分を削除し、混合室７４と導入部９２,９４に沿って曲面部１１６,１１８を形成し、連通部１０４,１０６は第２のスリット１０８,１１０のみで形成したものである。したがって、隔壁部９０の占める面積を小さくした分、拡散室７６の空間容積を増大し、混合と分散をより進めることができると共に、第１の小孔８２の数を増やすことができるものである。なお、第１の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図８において、本発明の第３の実施形態が示されている。この第３の実施形態は、前述した第１及び第２の実施形態と比較すると、導入部を省略し、混合室７４にガスＡとガスＢとを直接導入するようにした点が異なる。即ち、この第３の実施形態においては、配管４４,４６は、混合室７４に直接接続され、ガスＡとガスＢとは、混合室７４においてその方向を基板主面に対して平行な方向に変えて衝突するようになっている。
そして、この衝突した位置に連通部１０４，１０６が形成されている。この連通部１０４，１０６は、第２の実施形態と同様に、第２のスリット１０８，１１０のみから構成されている。したがって、ガス供給部４２の構成を簡略化することができ、安価に製造できると共に、定期的清掃等のメンテナンスを行う場合に有利となる。なお、第１及び第２の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図９乃至図１１において、第２のスリット１０８，１１０の幅をそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍとした場合のガスＡとガスＢとのモル比を数値シュミレーションした結果が示されている。この結果によれば、スリット幅が狭い程、ガスＡとガスＢとの混合が促進されることが分かり、スリット幅が２ｍｍ以下であればほぼ完全に混合させることができる。ただし、スリット幅が狭くなると、混合室と拡散室との圧力差とが大きくなるため、この圧力差との関係を含めてスリット幅を決めることができる。なお、この数値シュミレーションの条件は、第１の実施形態と同様に、ガスＡとガスＢとの流量はともに７５０ｓｃｃｍであり、第２のスリットの出口付近の圧力は１０００Ｐａとした。
【００２５】
なお、上記３つの実施形態においては、２つの連通部を設けているが、連通部は少なくとも１つあれば足り、３つ以上設けることもできる。また、導入されるガスは２種に限ることなく、３種以上であってもよい。
【００２６】
以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態が含まれる。
（１）基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主面に対して平行な方向にスリット状に形成されて延在し、前記混合室内に導入された少なくとも２種のガスが衝突する付近に形成されてなる基板処理装置（２）基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主面に対して平行な方向に延在し、かつ２つのガスが混合室に導入される部分からほぼ等距離位置に形成されてなることを特徴とする基板処理装置。
（３）基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスを導入する導入部と、この導入部に接続された混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主面に対して平行な方向に延在し、かつ前記導入部からほぼ等距離位置に形成されてなることを特徴とする基板処理装置。
（４）前記導入部は、それぞれスリットを有し、該スリットにより２つのガスを絞って衝突させるようにしたことを特徴とする（３）記載の基板処理装置。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、混合室で衝突したガスを基板主面に対して平行な方向に延在する連通部を介して拡散室に導くようにしたので、ガスの混合と分散とを同時に行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に用いた装置本体部を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に用いたミキサ板を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に用いたミキサ板を示し、図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に用いたミキサ板を示し、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーションした結果を示すシュミレーション図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置に用いたガス供給部を示す半分透視斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置に用いたガス供給部を示す半分透視斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーションした結果を示し、連通部のスリット幅を１ｍｍとしたときのシュミレーション図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーションした結果を示し、連通部のスリット幅を２ｍｍとしたときのシュミレーション図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーションした結果を示し、連通部のスリット幅を４ｍｍとしたときのシュミレーション図である。
【図１２】従来の基板処理装置における装置本体部を示す断面図である。
１０ 基板処理装置
１２ カセット部
１４ 基板移載部
１６ 装置本体部
１８ カセット室
２２ 移載ロボット
３２ 反応室
３４ ヒータユニット
３６ サセプタ
４２ ガス供給部
４４，４６ 配管
４８ 原料供給源
５０，５２ 原料タンク
６６ ミキサ板
７０ 分散板
７２ シャワー板
７４ 混合室
７６ 拡散室
８２，８４，８６ 小孔
８８ 基板
９０ 隔壁部
９２，９４ 導入部
１００，１０２ 第１のスリット
１０４，１０６ 連通部
１０８，１１０ 第２のスリット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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