JP2004339566A

JP2004339566A - 基板処理装置

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Publication number: JP2004339566A
Application number: JP2003137462A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Wada; 哲也和田; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田; Hidehiro Nouchi; 英博野内
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】反応室内における基板表面以外の接ガス面を少なくし、意図しない反応室表面への成膜を低減する。
【解決手段】ウェハ２００を載せる基板載置台３０が反応室１内に設けられる。反応室を構成するチャンバ２はチャンバ側壁６０とチャンバ底板７６とチャンバ蓋７１とから構成される。チャンバ蓋７１は、処理ガス供給口６８としての多数の小孔６９を形成したシャワープレート７０を有するチャンバ下蓋７２を有する。処理ガス排気口６７としての処理ガス導出管６７は、ウェハ２００の中心部に対向するシャワープレート７０の中心部に設けて反応室１と連通させる。処理ガス排気口６７としての処理ガス導出管６７をシャワープレート７０の中心部に設けることにより、処理ガス排気口６７は、多数の小孔６９で構成される処理ガス供給口６８よりもウェハの中心側に配置される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置に係り、特に処理ガスの排気を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置やＬＣＤ製造装置等といった基板処理装置は、基板にガスを供給することにより基板への薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理などを行う。このような処理を行う基板処理装置として、枚葉式ＣＶＤ装置が知られている。
【０００３】
図３は、そのような従来の枚葉式熱ＣＶＤ装置の構成要素となる処理炉の概略図を示す。この装置は、内部に反応室１を形成するチャンバ２と、反応室１に設けた基板載置台３０と、ウェハ２００と対向する反応室１の上部に設けられ、処理ガス供給口となる多数の貫通孔（小孔）６９を有するシャワープレート７０と、チャンバ２の側壁６０に設けた処理ガス排気口７５及び基板搬入搬出口６６とを備える。上述したシャワープレート７０の多数の小孔６９は、チャンバ２の頂部に設けた処理ガス導入管７５と連通されて、処理ガス導入管７５から導入された処理ガスを反応室１内に供給するようになっている。
【０００４】
この枚葉式熱ＣＶＤ装置の処理炉を用いてウェハの成膜処理工程を行うには、原料を含有するガス（以下、処理ガス）を処理ガス導入管７５よりチャンバ２の頂部から導入して、シャワープレート７０の多数の小孔６９を介して反応室１にシャワー状に供給する。これにより基板載置台３０上に載置したウェハ２００の表面においてＣＶＤ反応により成膜が行われる。成膜に寄与しなかったガスは、基板載置台３０とチャンバ側壁６０とに形成される隙間１３から処理ガス排気口７５を通って、処理炉へ排気される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、反応室内における意図しない箇所への成膜が問題になる。すなわち、基板表面への成膜が行われる際、処理ガスが成膜対象である基板表面ばかりでなく、基板表面以外の接ガス面（処理ガスと接触する物体表面）への成膜、例えば基板外周側面（エッジ）への成膜、あるいは基板裏面へのガス回り込みが原因と思われる基板裏面への成膜が生じることである。また、基板載置台の表面、チャンバ側壁など反応室内表面へも成膜する。これらの意図しない箇所への成膜は、パーティクル発生の原因となり、歩留まり低下を招く。したがって、これらの意図しない箇所への成膜は極力抑制する必要がある。
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、反応室内における基板表面以外の接ガス面を少なくし、意図しない反応室表面への成膜を低減することを可能とする基板処理装置を提供することにある。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
反応室内における意図しない箇所への成膜が生じる原因は、処理ガス排気口が処理ガス供給口よりも基板の外周側、例えば反応室の側部に配置されているために、処理ガスが処理ガス供給口より反応室内に供給されて処理ガス排気口に至るまでに、基板表面以外に処理ガスに曝される表面が大きいためである。反応室内における意図しない箇所への成膜を抑制するために、基板表面以外の接ガス面が少ない反応室構造が望ましい。本発明者は、処理ガス排気口の配置場所を変更することによって、基板表面以外の接ガス面が少ない反応室構造を実現できるとの知見を得て本発明を創案するに至ったものである。
【０００８】
第１の発明は、基板を処理する反応室と、前記反応室内に設けられ前記基板を載置する基板載置手段と、前記反応室内に処理ガスを供給する処理ガス供給口と、前記反応室内を排気する処理ガス排気口と、を備え、前記処理ガス供給口および前記処理ガス排気口を、前記基板載置手段に載置される基板の表面と対向する位置に設け、前記処理ガス排気口が、前記処理ガス供給口よりも前記基板の中心側に配置されていることを特徴する基板処理装置である。
【０００９】
処理ガス排気口が、処理ガス供給口よりも基板の中心側に配置されていると、処理ガス供給口より供給された処理ガスは、基板表面に供給された後、基板中心に向かって流れ、基板の中心側に配置されている処理ガス排気口より排気される。つまり、処理ガス排気口が処理ガス供給口よりも基板の外周側に配置されている場合に基板の中心側から基板の外周へ向かっていたガス流れが、基板の外周から基板の中心側へ向かうよう変化する。したがって、反応室内における基板表面以外の接ガス面が低減され、反応室内における意図しない箇所への成膜が低減される。
なお、基板の中心側としては基板の中心部と対向する中心位置が好ましい。処理ガス排気口は基板の中心側に１箇所だけ設けることが好ましいが、処理ガス供給口は処理ガス排気口の周りに複数箇所均一に設けることが好ましい。また、処理ガスには、処理原料ガスを含むガスも含まれ、通常、処理ガスは処理原料ガスが希釈ガスで希釈されてたものである。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記処理ガス供給口が、基板の表面と対向する位置に基板を投影した基板投影領域の外側に設けられることを特徴とする。処理ガス供給口が基板投影領域の外側に設けられていると、処理ガス供給口が処理ガス排気口の周りに複数箇所均一に設けられているような場合、基板上を処理ガス供給口から処理ガス排気口へ向かう全処理ガス中に占める処理原料ガスの割合が基板面内で一定となり、基板面内の原料濃度分布が均一化する。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記基板載置手段に前記基板が載置されたときの基板の表面に対向しない位置に、不活性ガスを供給するパージガス供給口を設けたことを特徴とする。パージガス供給口から不活性ガスが供給されると、処理ガス供給口から供給される処理ガスの基板表面以外への拡散による処理ガスの広がりを抑制できる。
【００１２】
第４の発明は、基板を処理する反応室と、前記反応室内に設けられ前記基板を載置する基板載置手段と、前記反応室内に処理ガスを供給する処理ガス供給口と、前記反応室内を排気する処理ガス排気口と、を備え、前記処理ガス供給口および前記処理ガス排気口を、前記基板載置手段に載置される基板の表面と対向する位置に設けた基板処理装置を用いて基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理ガス排気口が、前記処理ガス供給口よりも前記基板の中心側に配置されて、前記処理ガス供給口から前記基板上に前記処理ガスを供給し前記基板上を流れたガスを前記処理ガス排気口より排気して前記基板を処理することを特徴する半導体装置の製造方法である。処理ガス供給口から供給された処理ガスは基板表面に供給された後、基板中心に向かって流れ、基板中心側に対向した処理ガス排気口より排気される。したがって、基板表面以外の反応室内の表面が処理ガスに曝されることなく、反応室内における基板表面以外の接ガス面が低減され、反応室内における意図しない箇所への成膜が低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図６において、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
なお、本発明が適用される基板処理装置においてはウェハなどの基板を搬送するキャリアとしては、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔｏｐｅｎｉｎｇｕｎｉｆｉｅｄｐｏｄ、以下、ポッドという）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図６を基準とする。すなわち、図６が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００１５】
図６に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第１の搬送室１０３を備えており、第１の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第１の搬送室１０３には負圧下でウェハ２００を移載する第１のウェハ移載機１１２が設置されている。前記第１のウェハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第１の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００１６】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００１７】
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第２の搬送室１２１がゲートバルブ１２８，１２９を介して連結されている。第２の搬送室１２１にはウェハ２００を移載する第２のウェハ移載機１２４が設置されている。第２のウェハ移載機１２４は第２の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００１８】
図６に示されているように、第２の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また第２の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット（図示せず）が設置されている。
【００１９】
図６に示されているように、第２の搬送室１２１の筐体１２５には、ウェハ２００を第２の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口１３４と、前記ウェハ搬入搬出口を閉塞する蓋（図示せず）と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋（図示せず）を開閉するキャップ開閉機構（図示せず）とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋（図示せず）をキャップ開閉機構（図示せず）によって開閉することにより、ポッド１００のウェハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００２０】
図６に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウェハに所望の処理を行う第１の処理炉２０２と、第２の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第１の処理炉２０２および第２の処理炉１３７はいずれもコールドウォール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第３の処理炉としての第１のクーリングユニット１３８と、第４の処理炉としての第２のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第１のクーリングユニット１３８および第２のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウェハ２００を冷却するように構成されている。
【００２１】
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
未処理のウェハ２００は例えば２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図６に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。
【００２２】
ポッド１００のキャップ及びウェハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋（図示せず）がキャップ開閉機構（図示せず）によって取り外され、ポッド１００のウェハ出し入れ口が開放される。
【００２３】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第２の搬送室１２１に設置された第２のウェハ移載機１２４はポッド１００からウェハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウェハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第１の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第１の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウェハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００２４】
予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４，１３０が開かれ、予備室１２２、第１の搬送室１０３、第１の処理炉２０２が連通される。続いて、第１の搬送室１０３の第１のウェハ移載機１１２は基板置き台１４０からウェハ２００をピックアップして第１の処理炉２０２に搬入する。そして、第１の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェハ２００に行われる。
【００２５】
第１の処理炉２０２で前記処理が完了すると、処理済みのウェハ２００は第１の搬送室１０３の第１のウェハ移載機１１２によって第１の搬送室１０３に搬出される。
そして、第１のウェハ移載機１１２は第１の処理炉２０２から搬出したウェハ２００を第１のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウェハを冷却する。
【００２６】
第１のクーリングユニット１３８にウェハ２００を移載すると、第１のウェハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウェハ２００を第１の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第１の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウェハ２００に行われる。
【００２７】
第１のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウェハ２００は第１のウェハ移載機１１２によって第１のクーリングユニット１３８から第１の搬送室１０３に搬出される。
【００２８】
冷却済みのウェハ２００が第１のクーリングユニット１３８から第１の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウェハ移載機１１２は第１のクーリングユニット１３８から搬出したウェハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００２９】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、前記排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第２の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋（図示せず）と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第２の搬送室１２１の第２のウェハ移載機１２４は基板置き台１４１からウェハ２００をピックアップして第２の搬送室１２１に搬出し、第２の搬送室１２１のウェハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウェハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウェハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋（図示せず）がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００３０】
以上の作動が繰り返されることにより、ウェハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第１の処理炉２０２および第１のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第２の処理炉１３７および第２のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００３１】
なお、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。また、第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第１の処理炉２０２でウェハ２００にある処理を行った後、続けて第２の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第１の処理炉２０２でウェハ２００にある処理を行った後、第２の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第１のクーリングユニット１３８（又は第２のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。
【００３２】
ところで、上述した処理炉１３７、２０２の構成要素となる枚葉式熱ＣＶＤ装置の反応室内において、上記所望の処理が成膜の場合、基板表面以外の表面に多くの成膜が生じることは前述した通りである。反応室内において基板表面以外の表面へ多くの成膜が生じるのは、処理ガスが導入されて基板表面へ供給された後も、排気口へ至るまでに接ガス面が多く存在するためである。
【００３３】
そこで、次に、熱ＣＶＤ装置の処理炉の構造を変えることなく、この接ガス面を低減することが可能な処理炉を説明する。
【００３４】
図１は、そのような枚葉式熱ＣＶＤ装置の処理炉にかかる第１の実施の形態の概略構成図である。枚葉式熱ＣＶＤ装置の処理炉は、チャンバ２と、基板載置手段３とを備えている。
【００３５】
チャンバ２は、その内部に形成した反応室１内でウェハ２００を処理できるように構成されている。チャンバ２は、チャンバ側壁６０と、チャンバ底板７６と、チャンバ蓋７１とを備える。反応室１はこれらチャンバ側壁６０、チャンバ底板７６及びチャンバ蓋７１で囲まれて形成されている。なお、反応室１は平面図的にみた場合には略円形となっている。
【００３６】
基板載置手段３は、反応室１内でウェハ２００を処理する基板処理位置（図１に示す位置）と基板搬入搬出位置（図１に示す位置よりも下方位置）との間でウェハ２００を移動できるようになっている。基板載置手段３はチャンバ２の反応室１内に設けられ、ウェハ２００を載置する基板載置台３０と、基板載置台３０を昇降自在に支持するシャフト５５とを備え、シャフト５５は、チャンバ２のチャンバ底板７６の貫通孔７７およびベローズ（図示せず）内に設けられている。また、シャフト５５を昇降して、基板載置台３０を反応室１内の基板処理位置と基板搬入搬出位置との間で移動させる昇降機構（図示せず）が設けられている。基板載置台３０の内部にはヒータ（図示せず）が設けられており、基板載置台３０を介してウェハ２００を加熱できるようになっている。なお、基板載置手段３は回転しないが、シャフト５５に回転機構を設けて回転自在としてもよい。
【００３７】
基板載置台３０で上下に仕切られる反応室１内の空間のうち、基板載置台３０の上側の空間が基板処理に寄与する処理空間１１となり、基板載置台３０の下側の空間が基板処理に寄与しない非処理空間１２となる。基板載置台３０とチャンバ側壁６０との間には、基板載置台３０の移動を許容する環状の隙間１３が形成されている。処理ガス（原料ガスを含むガス）の一部は、拡散により基板載置台３０の上側の処理空間１１からウェハ２００上を流れた後、この隙間１３を経由して基板載置台３０の下側の非処理空間１２に流れることがあるが、このガス流量は、隙間１３の間隔と隙間の長さとで決まるコンダクタンスにより規制される。
【００３８】
チャンバ２のチャンバ側壁６０の一側には基板搬入搬出口６６が設けられ、この基板搬入搬出口６６を介してウェハ２００を反応室１内に搬入、またはウェハ２００を反応室１から搬出できるようになっている。なお、基板搬入搬出口６６には図示しないゲートバルブが設けられ、基板搬入搬出口６６を開閉できるようになっている。チャンバ底板７６には、パージガス導入管７９が反応室１と連通するように設けられており、パージガス例えば窒素ガス（Ｎ_２）を反応室１内に供給できるようになっている。
【００３９】
上述したチャンバ蓋７１は、チャンバ下蓋７２とチャンバ上蓋７３とを備える。チャンバ下蓋７２のウェハ２００の表面と対向する内周部には、多数の小孔６９が形成されたシャワープレート７０が設けられ、この多数の小孔６９から処理ガスを反応室１内に分散して供給できるようになっている。チャンバ上蓋７３は、シャワープレート７０を覆ってシャワープレート７０との間にガス導入空間７４を形成するように設けられている。ガス導入空間７４内には多数の小孔６２が形成された分散板６１がガス導入空間７４を上下に仕切るように設けられて、上方のガス導入空間７４に導入された処理ガスを下方のガス導入空間７４に分散して導入できるようになっている。したがって、処理ガスは分散板６１とシャワープレート７０とで段階的に分散されて反応室１内にシャワー状に供給されるようになる。
【００４０】
基板載置台３０に載置されるウェハの表面に対向するチャンバ上蓋７１の対向位置に処理ガス排気口６７と処理ガス供給口６８とが設けられている。ここで、処理ガス供給口６８は、シャワープレート７０に設けた多数の小孔６９で構成されて、反応室１内に処理ガスを供給するようになっている。また、処理ガス排気口６７は、シャワープレート７０に設けた処理ガス導出管６５で構成されて、反応室１内を排気するようになっている。
【００４１】
処理ガス排気口６７を構成する処理ガス導出管６５は、基板載置台３０に載置されるウェハ２００の中心部と対向するシャワープレート７０の中心部に設けられ、反応室１と連通して、ウェハ２００上に供給された処理ガスをシャワープレート７０の中心部から反応室１外へ排気できるようになっている。具体的には、処理ガス導出管６５は、シャワー蓋７１の中心部、すなわちシャワープレート７０、分散板６１、及びチャンバ上蓋７３の中心部を貫通するように取り付けられる。チャンバ上蓋７３の外側に面する処理ガス導出管６５の出口に排気口フランジ６６が設けられ、この排気口フランジ６６に図示しない真空ポンプに連通する排気配管が接続される。
【００４２】
処理ガス供給口６８を構成するシャワープレート７０の多数の小孔６９は、ガス導入空間７４及び分散板６１の多数の小孔６２を介してチャンバ上蓋７３に設けた処理ガス導入管７５と連通している。処理ガス導入管７５は、処理ガス導出管６５と干渉しないように、処理ガス導出管６５の取り付けられているチャンバ上蓋７３の中心位置から外れた周辺部に取り付けられており、処理ガスをガス導入空間７４に導入できるようになっている。シャワープレート７０の中心部に処理ガス排気口６７としての処理ガス導出管６５を配置して、処理ガス供給口６８としての多数の小孔６９をシャワープレート７０の周辺部に設けることにより、処理ガス排気口６７は、処理ガス供給口６８よりもウェハ２００の中心側に配置されることになる。
【００４３】
次に、上述した処理炉を用いてウェハ２００を処理する方法について説明する。
【００４４】
まず、反応室１内を所定圧力にするため、処理ガス導入管７５及びパージガス導入管７９よりＮ_２ガスを反応室１内に流し、処理ガス導出管６５を通して真空ポンプ（図示せず）により真空排気を行う。
基板載置台３０にはヒータ（図示せず）が備えられており、基板載置台３０を所定の温度で安定させる。昇降機構（図示せず）により基板載置台３０を基板載置を行うことができる基板載置位置まで下降させておく。
チャンバ２のチャンバ側壁６０の一側に開口した基板搬入搬出口６６を介して基板移載機構（図示せず。）により、ウェハ２００を反応室１内に搬入して、基板載置台３０上に載置する。ウェハ載置後、基板搬入搬出口６６は図示しないゲートバルブにより閉じる。
【００４５】
その後、昇降機構（図示せず）により、成膜プロセスを行う基板処理位置まで基板載置台３０を上昇させる（図３に示す状態）。基板載置台３０に備えたヒータ（図示せず）により、ウェハ２００の温度を成膜プロセスを行うことができる温度にいたるまで安定させる。
【００４６】
温度安定後、成膜反応に寄与する処理ガスは、処理ガス導入管７５よりガス導入空間７４に供給され、多数の小孔６２を設けた分散板６１により均等に分散され、同じくシャワープレート７０に設けた多数の小孔６９を通じて基板載置台３０上に載置されたウェハ２００上にシャワー状に供給される。これによりウェハ２００は処理ガスと反応し、ウェハ２００表面においてＣＶＤ反応により成膜が行われる。
ウェハ２００上を流れた処理ガスのうち成膜に寄与しなかったガスや反応生成物（以下、処理済みガスという）は、その大半がシャワープレート７０の中心部に設けた処理ガス導出管６７から排気口フランジ６６を介してチャンバ２外へ排気される。一部の処理済みガスは拡散によりウェハ外周に向かって環状隙間１３側に回り込もうとする。これを阻止するために、成膜時に又は常時、チャンバ底板７６に設けたパージガス導入管７９から不活性ガス（例えばＮ_２）を反応室１内に導入して、被処理空間１２から環状隙間１３を介して処理空間１１へ供給し、ウェハ外周から環状隙間１３に回り込もうとす処理済みガスを、ウェハ２００の外周よりウェハの内側へ押し込める。
【００４７】
ウェハ２００上への成膜処理が終了した後、処理ガス導入管７５からの処理ガスの供給を止め、処理ガスに代えて反応室１にパージガスの供給を行う。成膜を終了したウェハ２００を取り出すため、昇降機構（図示せず）により基板載置台３０を基板搬入搬出位置まで降下させる。
ゲートバルブ（図示せず）を開いて基板搬入搬出口６６より基板移載機構（図示せず）によりウェハ２００を迎えに行き、装置外へ搬出する。
熱ＣＶＤ装置の処理炉の休止を行うため、反応室１の十分なパージを行った後、基板載置台３０に備えたヒータの温度を降下させ、ヒータ電源を落とす。反応室１を大気に戻した後、パージを止め真空ポンプ電源を落とす。
【００４８】
上述した本実施の形態において、処理ガス導出管６７を、ウェハ中心部の鉛直上に位置するシャワープレート７０の中心部に設けているので、シャワープレート７０の周辺部に設けた多数の小孔６９より導入された処理ガスは、ウェハ表面に供給された後、ウェハ以外の反応室１内の表面に曝される間もなく、直ちにウェハ中心に向かって流れを生じ、ウェハ中心上の処理ガス導出管６７より排気される。つまり処理ガスの流れは、ウェハ中心からウェハ外周へ向かうのでなく、ウェハ外周からウェハ中心へ向かうことになる。したがって、処理ガスに曝されるのはウェハ表面のみとなり、ウェハ表面以外の接ガス面を低減することができる。
【００４９】
また、原理的にはウェハ外周より外側には処理ガスは流れないはずであるが、実際には拡散により処理ガスがウェハ外周より外側に流れる。このためチャンバ底板７６よりパージガス（Ｎ_２）を流すパージガス導入管７９を設けて、このパージガス導入管７９からパージガス（Ｎ_２）を反応室１内に導入し、基板中心側からの強制排気にもかかわらず、拡散によってウェハ中心側からウェハ外周に流れ出そうとする処理済みガスを、ウェハ外周からウェハ中心側に押し込むようにしている。これにより拡散によって意図しない箇所への処理済みガスの回り込みを抑制することができる。特に、パージガス導入管７９をチャンバ底板７６に設けて、反応室１内に導入されるパージガス（Ｎ_２）が、基板載置台３０とチャンバ側壁６０とに形成される隙間１３を経由する際に、十分な通気抵抗を受けてコンダクタンス調整が行われるようにしたので、ウェハ外周のどの方向からもパージガスを均等に流すことができる。したがって、基板表面以外の接ガス面を一層低減することができる。
【００５０】
このように実施の形態では、処理ガス排気口をウェハ中心に対向するシャワーヘッドの中心に設け、さらにパージガスを反応室底部から供給するようにして、反応室をウェハ表面以外の接ガス面が少ない構造としたので、反応室内における意図しない箇所への成膜が大幅に低減する。すなわち、基板載置台の表面、チャンバー内壁など反応室内表面への成膜が低減する。また、ウェハ外周側面（エッジ）への成膜、あるいはウェハ裏面へのガス回り込みが原因と思われるウェハ裏面への成膜も低減する。したがって、パーティクル発生が低減し、歩留まりが向上する。
【００５１】
次に、従来例と実施例とで効果の違いを検討するため、原料含有ガスを反応室内に流すことを想定したガス流れのシミュレーションを行ったので、これを説明する。
ここで留意する点は、ウェハ表面以外の反応室表面付近の原料濃度は低下しつつも、ウェハ表面上の原料濃度の均一性は損なわれてはならない点である。ウェハ表面上の原料濃度均一性が損なわれれば、成腹膜厚分布が損なわれてしまう可能性が大きいからである。
【００５２】
図４にシミュレーション結果による反応室内の原料濃度分布を示す。（ａ）は排気口が反応室の側部に設けられている従来例、（ｂ）は排気口が反応室の上部中心に設けられている第１の実施の形態、（ｃ）は後述する処理ガス供給口を改善した第２の実施の形態の分布である。計算条件は、金属膜を形成するガス（原料含有ガス）種としてＮ_２＋原料（例えば、有機金属化合物）、供給ガス流量１．５ｓｌｍ（内原料の重量比率０．０６６）、反応室内圧力１００Ｐａ、ウェハ温度４５０℃、ウェハ２００の外周より外側の基板載置台３０の表面温度３００℃、それ以外の表面温度を１５０℃とした。これらは実際の成膜プロセス条件に準拠した値である。また、ウェハの直径Ｄ＝３００ｍｍ、基板載置台の直径ｄ＝４１０ｍｍとした。なお、反応室内のガス流れおよび原料濃度分布は反応室１の中心軸に関し対称であるものと考えられるので、反応室断面の中心軸より片側半分のみ表示している。
また図５には、ウェハ上１ｍｍの水平面内における従来例と第１、第２の実施の形態との原料濃度分布の特性図を示す（通常、ウェハはシャワープレートから１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度離す。）。図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図４の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）にそれぞれ対応する。図４において、左側に示す原料濃度スケールの単位はｋｇ／ｍ^３である。また図５において、横軸は中心からの距離（ｍｍ）、縦軸は原料濃度（ｋｇ／ｍ^３）をそれぞれ示す。
【００５３】
図４（ａ）、図５（ａ）に示す従来例によると、ウェハ上の原料濃度分布の均一性が保たれていること、ウェハ外周より外側の領域で濃度が上昇していることが分かる。温度が低い領域ほど原料濃度分布が高いのは、温度勾配によって移動を律される熱拡散現象によって分子量が大きい分子が低温側に分布したためである。図４（ｂ）、図５（ｂ）に示す第１の実施の形態によると、ウェハ外周より外側の領域の原料濃度分布が著しく低下していることが分かる。原料は概ねウェハ外周からウェハ中心に向かって流れているものの、ウェハ外周より外の領域にも存在している。これはパージガスを供給することでチャンバ側方よりパージガスを流しても、なおその流れに逆らって、濃度勾配に律された分子拡散によって分布したためである。とはいえウェハ以外の表面付近の原料濃度分布を十分に低下できる効果は確認できた。
【００５４】
しかし、ウェハ上の原料濃度の均一性は、従来例に比して損なわれており、ウェハ中心から外周に向かって低下する分布となっている。これは、ウェハ上を外から内へ向かって流れる過程で、シャワープレート７０の小孔６９から順繰りに原料が追加導入される（重畳される）形態になっているため、ウェハ中心へ向かうほど全ガスに占める原料の割合が増加することによる結果といえる。このため第１の実施の形態は改善の余地がある。
【００５５】
そこで、第２の実施の形態では、この改善方法の一つとして処理ガス供給口の設置箇所を限定した。この第２の実施の形態の構成を図２に示す。第２の実施の形態は、シャワープレート７０を除いて第１の実施の形態と同じである。図１と対応する部分には同一符号を付して示す。処理ガス供給口が、ウェハ２００の表面と対向するシャワーヘッド７０にウェハ２００を投影して得るウェハ投影領域より外側の領域に設けられるようにしている。具体的には、シャワープレート７０に設けた多数の小孔６９の内、ウェハ直径以上の径をもつ周上にリング状に配列された複数の小孔６９だけを残し、ウェハ直径未満の領域に存在する多数の小孔６９は全て塞いである。ここで、処理ガス供給口をウェハ投影領域より外側の領域に設けるというのは、シャワープレート７０の小孔６９をウェハ直径（１２”ウェハであればＤ＝３００ｍｍ、８”ウェハであればＤ＝２００ｍｍ）以上の径をもつ周上に設けることである。
【００５６】
これにより、シャワープレート７０の径方向外方に任意に引いた直線上には、それぞれ１つの小孔６９しか存在しないようになる。このようにしてウェハ上を外から内へ向かって原料が流れる過程で、途中で他の小孔６９からの原料が合流することなく、常に同一の小孔６９のみから供給された原料だけが、当該小孔６９と処理ガス導出管６５とを結ぶウェハ上の経路を流れるようにして、シャワープレート７０の径方向に引いた直線上に複数の小孔６９が存在する場合のように、複数の小孔６９から順繰りに原料が追加導入されないようにしてある。したがって、ウェハ上を処理ガス供給口から処理ガス排気口へ向かう全処理ガス中に占める処理原料ガスの割合がウェハ面内で一定となり、ウェハ面内の原料濃度分布が均一化する。
【００５７】
図４（ｃ）、図５（ｃ）に処理ガス供給口の設置箇所を限定した第２の実施の形態のシミュレーション結果を示す。この第２の実施の形態によれば、ウェハ上の原料濃度分布の均一性は従来例どおりほぼ保持される結果が得られている。したがって、ウェハ上の濃度分布を保ちつつ、ウェハ以外の表面付近の原料濃度分布を低下させることが可能となり、実機に適用した場合もパーティクル発生の原因となる意図しない箇所への成膜を大幅に抑制できるものと考える。
第１及び第２の実施の形態による基板表面以外の接ガス面の面積は、従来例と比べて、およそ半分に低減される。
【００５８】
なお、上述した第１及び第２の実施の形態では、処理ガスを基板外周より内側へ押し込めるために、チャンバ底板にパージガス導入管を設けるようにしたが、設置場所はチャンバ底板に限定されない。例えば、チャンバ側壁に設けるようにしてもよい。この場合、チャンバ側壁の内周にわたって均一にパージガスが上昇するようにする。
また、パージガス導入管を設けずに、処理ガス排気口をウェハの中心側に配置するだけでもよい。処理ガス排気口をウェハの中心側に配置することのみの構成でも、処理ガス排気口を反応室の一側に設けた従来例と比べて、ウェハ以外の表面付近の原料濃度分布を低下することができるからである。
【００５９】
また、上述した第１及び第２の実施の形態では、処理ガス導出管６５と処理ガス導入管７５とをチャンバ蓋７１に別個に設けているが、本発明はこれに限定されない。例えば、処理ガス導出管と処理ガス導入管とを同軸的に構成し、処理ガス導出管を内管とし処理ガス導入管を外管とした二重管としてチャンバ蓋に一体的に設けることも可能である。処理ガス導出管と処理ガス導入管とを別個に設ける方がチャンバ蓋への取り付けは容易であるが、処理ガス導出管と処理ガス導入管とを二重管構造としてチャンバ蓋に一体的に設けると、配管を集約できるという利点が得られる。
【００６０】
また、上述した実施の形態では基板処理装置の一例として枚葉式熱ＣＶＤ装置を挙げて説明したが、これに限定されることなく、枚葉式のエッチング装置、イオン注入装置、アッシング装置、スパッタリング装置、塗布／現像装置など他の半導製造装置にも適用できる。また、熱処理装置に限定されず、プラズマ処理装置に対しても適用できる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、処理ガス排気口が処理ガス供給口よりも基板の中心側に配置されているので、反応室内における基板表面以外の接ガス面を少なくでき、意図しない反応室表面への成膜を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による枚葉式熱ＣＶＤ装置の処理炉の概略構成図である。
【図２】第２の実施の形態による枚葉式熱ＣＶＤ装置の処理炉の概略構成図である。
【図３】従来例の枚葉式熱ＣＶＤ装置の処理炉の概略構成図である。
【図４】反応室内の原料濃度分布図を示し、（ａ）は従来例、（ｂ）は第１の実施の形態、（ｃ）は第２の実施の形態の図である。
【図５】反応室内原料濃度分布特性図（基板上１ｍｍの水平面内）を示し、（ａ）は従来例、（ｂ）は第１の実施の形態、（ｃ）は第２の実施の形態の図である。
【図６】本発明が適用される基板処理装置の概要図である。
【符号の説明】
１反応室
３基板載置手段
３０基板載置台
６５処理ガス導出管（処理ガス排気口）
６７処理ガス排気口
６８処理ガス供給口
６９小孔（処理ガス供給口）
７０シャワーヘッド
２００ウェハ（基板）

Claims

基板を処理する反応室と、
前記反応室内に設けられ前記基板を載置する基板載置手段と、
前記反応室内に処理ガスを供給する処理ガス供給口と、
前記反応室内を排気する処理ガス排気口と、
を備え、
前記処理ガス供給口および前記処理ガス排気口を、前記基板載置手段に載置される基板の表面と対向する位置に設け、
前記処理ガス排気口が、前記処理ガス供給口よりも前記基板の中心側に配置されていることを特徴する基板処理装置。