JP2005167021A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理室に処理ガスを導入する２重のガス導入部を有する基板処理炉であって、パージが困難な領域を少なくでき、効率的な基板処理を行うことができる基板処理炉を備える基板処理装置を提供する。
【解決手段】本基板処理装置は、処理室と、処理室内に処理ガスを導入するバッファ室２３７であって、複数のガス供給孔２４８ａが垂直方向に並んで設けられたバッファ室２３７と、バッファ室２３７の内部に配置され、バッファ室２３７内に処理ガスを導入するノズル２３３であって、複数のガス供給孔２４８ｂが垂直方向に並んで設けられたノズル２３３とを有し、上から平面図的に見た場合に、ガス供給孔２４８ｂの開口が、ガス供給孔２４８ａとガス供給孔２４８ｂの間の距離よりも、ガス供給孔２４８ａから離れているバッファ室２３７の壁２５１に対して向けられている。
【選択図】図３
【解決手段】本基板処理装置は、処理室と、処理室内に処理ガスを導入するバッファ室２３７であって、複数のガス供給孔２４８ａが垂直方向に並んで設けられたバッファ室２３７と、バッファ室２３７の内部に配置され、バッファ室２３７内に処理ガスを導入するノズル２３３であって、複数のガス供給孔２４８ｂが垂直方向に並んで設けられたノズル２３３とを有し、上から平面図的に見た場合に、ガス供給孔２４８ｂの開口が、ガス供給孔２４８ａとガス供給孔２４８ｂの間の距離よりも、ガス供給孔２４８ａから離れているバッファ室２３７の壁２５１に対して向けられている。
【選択図】図３
Description
本発明は、基板処理装置に関し、特に、Ｓｉなどの半導体デバイスを製造する際に用いられる成膜装置に関するものである。
成膜を行う半導体デバイス製造装置として、成膜を行う処理室内に２重のガス導入部を介して処理ガスを導入するものがある。
図１は、従来のこのような２重のガス導入部を備える半導体デバイス製造装置の基板処理炉の反応管を説明するための概略横断面図であり、図２は、図１のＡ部の部分拡大図である。
図１、図２に示すように、反応管２０３内にバッファ室２３７が設けられ、バッファ室２３７内にノズル２３３が設けられている。バッファ室２３７の内側の壁２５２にはガス供給孔２４８ａが設けられ、ノズル２３３には、ガス供給孔２４８ｂが設けられている。ガス供給孔２４８ｂの開口は、バッファ室２３７の壁２５２の内壁面からガス供給孔２４８ａに向かう方向に向けられている。処理ガスはノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７の壁２５２の内壁面からガス供給孔２４８ａに向かう方向に向けて噴出され、その後、ガスの流れ２５４、２５５となり、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ａに向けて処理ガスが流れ、その後、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ａから反応管２０３内に噴出されていた。
図１、図２に示すように、反応管２０３内にバッファ室２３７が設けられ、バッファ室２３７内にノズル２３３が設けられている。バッファ室２３７の内側の壁２５２にはガス供給孔２４８ａが設けられ、ノズル２３３には、ガス供給孔２４８ｂが設けられている。ガス供給孔２４８ｂの開口は、バッファ室２３７の壁２５２の内壁面からガス供給孔２４８ａに向かう方向に向けられている。処理ガスはノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７の壁２５２の内壁面からガス供給孔２４８ａに向かう方向に向けて噴出され、その後、ガスの流れ２５４、２５５となり、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ａに向けて処理ガスが流れ、その後、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ａから反応管２０３内に噴出されていた。
このように、従来では、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂは、バッファ室２３７の壁２５２の内壁面からガス供給孔２４８ａに向かう方向に向けられているので、ノズル２３３に対してガス供給孔２４８ａとは反対側の部分（バッファ室２３７の壁２５２とノズル２３３との間）には、ガスの流れにくい部分ができて、十分にパージできない部分２８０が存在した。
その結果、パージ時間を長く取るなどして対応する必要があるため、装置のスループットが悪化するという欠点があった。
その結果、パージ時間を長く取るなどして対応する必要があるため、装置のスループットが悪化するという欠点があった。
従って、本発明は、処理室に処理ガスを導入する２重のガス導入部を備える基板処理炉であって、パージが困難な領域を少なくでき、効率的な基板処理を行うことができる基板処理炉を備える基板処理装置を提供することを主な目的とする。
本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを導入する第１のガス導入部であって、複数の第１のガス供給孔が所定の方向に並んで設けられた前記第１のガス導入部と、
前記第１のガス導入部の内部に配置され、前記第１のガス導入部内に前記処理ガスを導入する第２のガス導入部であって、複数の第２のガス供給孔が前記所定の方向に並んで設けられた前記第２のガス導入部と、を有し、
前記所定の方向から平面図的に見た場合に、前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔の開口が、前記第１のガス導入部の前記第１のガス供給孔と前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔との間の距離よりも、前記第１のガス導入部の前記第１のガス供給孔から離れている前記第１のガス導入部の内壁面に対して向けられていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを導入する第１のガス導入部であって、複数の第１のガス供給孔が所定の方向に並んで設けられた前記第１のガス導入部と、
前記第１のガス導入部の内部に配置され、前記第１のガス導入部内に前記処理ガスを導入する第２のガス導入部であって、複数の第２のガス供給孔が前記所定の方向に並んで設けられた前記第２のガス導入部と、を有し、
前記所定の方向から平面図的に見た場合に、前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔の開口が、前記第１のガス導入部の前記第１のガス供給孔と前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔との間の距離よりも、前記第１のガス導入部の前記第１のガス供給孔から離れている前記第１のガス導入部の内壁面に対して向けられていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
好ましくは、前記複数の第１のガス供給孔が前記所定の方向に所定の長さに亘って設けられており、複数の第２のガス供給孔も、前記所定の方向に所定の長さに亘って設けられている。
また、本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを導入する第１のガス導入部であって、複数の第１のガス供給孔が所定の方向に並んで設けられた前記第１のガス導入部と、
前記第１のガス導入部の内部に配置され、前記第１のガス導入部内に前記処理ガスを導入する第２のガス導入部であって、複数の第２のガス供給孔が前記所定の方向に並んで設けられた前記第２のガス導入部と、を有し、
前記所定の方向から平面図的に見た場合に、前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔の開口が、前記第２のガス導入部に対して前記第１のガス供給孔とは反対側の第１のガス導入部の内壁面に対して向けられていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを導入する第１のガス導入部であって、複数の第１のガス供給孔が所定の方向に並んで設けられた前記第１のガス導入部と、
前記第１のガス導入部の内部に配置され、前記第１のガス導入部内に前記処理ガスを導入する第２のガス導入部であって、複数の第２のガス供給孔が前記所定の方向に並んで設けられた前記第２のガス導入部と、を有し、
前記所定の方向から平面図的に見た場合に、前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔の開口が、前記第２のガス導入部に対して前記第１のガス供給孔とは反対側の第１のガス導入部の内壁面に対して向けられていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
本発明によれば、処理室に処理ガスを導入する２重のガス導入部を備える基板処理炉であって、パージが困難な領域を少なくでき、効率的な基板処理を行うことができる基板処理炉を備える基板処理装置が提供される。
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明をする。
本発明の実施例として、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
ＡＬＤ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。
即ち、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。）
図３は、本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉の反応管を説明するための概略横断面図であり、図４は、本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図５は本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８は断熱部材２０８の上方端を覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。
処理室２０１ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、このバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ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エハ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のウエハ２００と隣接する内側の壁２５２の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａ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２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さ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。
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部近傍には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。複数のガス供給孔２４８ｂは、ガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたってウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ａとをそれぞれ1対1で対応させて配置している。
また、図３に示すように、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂの開口は、ノズル２３３に対してガス供給孔２４８ａとは反対側のバッファ室２３７の壁の一部である壁２５１の内壁面に対して向けられている。
このような方向にノズル２３３のガス供給孔２４８ｂの開口を向けて設けることによって、パージが困難な領域に意図的にガスを流すことができ、その結果、パージが困難な領域を少なくでき、効率的なパージが行えるようになり、ひいては効率的な基板処理を行うことができるようになる。
なお、本実施例では、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂの開口は、バッファ室２３７の壁２５１に対して向けられているが、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂの開口が、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ａとノズル２３３のガス供給孔２４８ｂとの間の距離よりも、ガス供給孔２４８ａから離れているバッファの内壁面に対して向けられているか、または、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂの開口が、ノズル２３３に対してガス供給孔２４８ａとは反対側のバッファ室２３７の壁の内壁面に対して向けられていれば、パージが困難な領域を少なくでき、効率的なパージが行えるようになる。
また、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、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。
ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、各ガス供給孔２４８ｂ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噴出させる。そしてこの各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。
すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各ガス供給孔２４８ａ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。
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する棒状電極２６９及び棒状電極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に保護されて配設され、この棒状電極２６９又は棒状電極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、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
この電極保護管２７５は、棒状電極２６９及び棒状電極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の内部は外気（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棒状電極２６９及び棒状電極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棒状電極２６９又は棒状電極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。
さらに、ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ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供給部である。
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエ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孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。
ガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、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。
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管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ためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、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。
制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７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、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２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ガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極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、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエ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、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
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ガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極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、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエ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、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
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、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はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。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のバルブ２４３ｄ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、この時には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容積１００１（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。
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。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のバルブ２４３ｄ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、この時には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容積１００１（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。
［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｃを閉じて排気を止める。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のバルブ２４３ｄ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秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室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。
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｃを閉じて排気を止める。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のバルブ２４３ｄ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秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室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。
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エハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、バルブ２４３ｄ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、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
また、本実施例では、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ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ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。
図６は、本発明の第２の実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉の反応管を説明するための概略横断面図であり、本発明の第２の実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉の反応管を説明するための概略縦断面図である。
実施例１では、ノズル２３３に、複数のガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたって複数のガス供給孔２４８ａとそれぞれ1対1で対応させてウエハ２００の積載方向に沿って配設され、その開口がバッファ室２３７の壁の一部である壁２５１の内壁面に対して向けられている複数のガス供給孔２４８ｂを設けているのに対して、本実施例においては、ノズル２３３に、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ｄを設け、複数のガス供給孔２４８ｂの開口は、ノズル２３３に対してガス供給孔２４８ａとは反対側のバッファ室２３７の壁の一部である壁２５１の内壁面に対して向けられ、複数のガス供給孔２４８ｄの開口は、ガス供給孔２４８ｂの開口とは反対側に向けられ、ガス供給孔２４８ｂとガス供給孔２４８ｄはウエハ２００の積載方向に沿って交互に配設され、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ｄとは両者合わさって、複数のガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたって配置され、複数のガス供給孔２４８ａと１対1で対応して配置されている点で、本実施例は実施例１と異なるが、他の点は同じである。
このように構成した場合、ガス供給孔２４８ｂによって、パージが困難な領域に意図的にガスを流すためのガスの流れ２５６（ガス供給孔２４８ａに対して逆方向の流れ）を作り出して、パージが困難な領域を少なくすることができと共に、ガス供給孔２４８ｄによって、ガス供給孔２４８ａに向かう順方向のガスの流れ２５７を作り出すことができるため、整ったガスの流れ２５８を作り出すことが期待できるようになる。
また、逆方向のガス供給孔２４８ｂと、順方向のガス供給孔２４８ｄとで、その数の割合を変えることによって、パージ効果を強くしたり、流れを整える効果を強くしたりすることができ、これにより、パージ時間を短くした効率的な成膜を行うようにすることができる。
次に、図８を参照して、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３００についての概略を説明する。
筐体１０１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１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚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が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００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２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、該ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
ウエハ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に該ウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウエハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ２００が移載に供される該カセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウエハ２００を移載する。
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１により該ボート２１７が処理炉２０２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内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
ウエハ２００への処理が完了すると、該ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、該カセット１００はカセット移載機１１４により該移載棚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。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
１００…カセット
１１２…ウエハ移載機
１１４…カセット移載機
１２１…ボートエレベータ
２００…ウエハ
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２０８…断熱部材
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２２４…プラズマ生成領域
２３１…ガス排気管
２３２ａ…ガス供給管
２３２ｂ…ガス供給管
２３３…ノズル
２３７…バッファ室
２４１ａ…マスフローコントローラ
２４１ｂ…マスフローコントローラ
２４３ａ…バルブ
２４３ｂ…バルブ
２４３ｃ…バルブ
２４３ｄ…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４７…ガス溜め
２４８ａ…ガス供給孔
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２４８ｄ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２５１…壁
２５５…ガスの流れ
２５６…ガスの流れ（逆方向）
２５７…ガスの流れ（順方向）
２５８…整ったガスの流れ
２６７…ボート回転機構
２６９…棒状電極
２７０…棒状電極
２７１…アース
２７２…整合器
２７３…高周波電源
２７５…電極保護管
２８０…パージできない部分
３２１…コントローラ
１１２…ウエハ移載機
１１４…カセット移載機
１２１…ボートエレベータ
２００…ウエハ
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２０８…断熱部材
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２２４…プラズマ生成領域
２３１…ガス排気管
２３２ａ…ガス供給管
２３２ｂ…ガス供給管
２３３…ノズル
２３７…バッファ室
２４１ａ…マスフローコントローラ
２４１ｂ…マスフローコントローラ
２４３ａ…バルブ
２４３ｂ…バルブ
２４３ｃ…バルブ
２４３ｄ…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４７…ガス溜め
２４８ａ…ガス供給孔
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２４８ｄ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２５１…壁
２５５…ガスの流れ
２５６…ガスの流れ（逆方向）
２５７…ガスの流れ（順方向）
２５８…整ったガスの流れ
２６７…ボート回転機構
２６９…棒状電極
２７０…棒状電極
２７１…アース
２７２…整合器
２７３…高周波電源
２７５…電極保護管
２８０…パージできない部分
３２１…コントローラ
Claims (1)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを導入する第１のガス導入部であって、複数の第１のガス供給孔が所定の方向に並んで設けられた前記第１のガス導入部と、
前記第１のガス導入部の内部に配置され、前記第１のガス導入部内に前記処理ガスを導入する第２のガス導入部であって、複数の第２のガス供給孔が前記所定の方向に並んで設けられた前記第２のガス導入部と、を有し、
前記所定の方向から平面図的に見た場合に、前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔の開口が、前記第１のガス導入部の前記第１のガス供給孔と前記第２のガス導入部の前記第２のガス供給孔との間の距離よりも、前記第１のガス導入部の前記第１のガス供給孔から離れている前記第１のガス導入部の内壁面に対して向けられていることを特徴とする基板処理装置。
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