JP2007250803A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン発生器でオゾンを発生させて供給する場合にも、正確にオゾンの質量流量を測定して、制御することが可能な基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板としてのウエハ２００を収容する処理室２０１と、ウエハ２００を加熱するヒータ２０７と、処理室２０１内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理室２０１内のガスを排気する真空ポンプ２４６と、コントローラ２８０とを備える基板処理装置１０１である。ガス供給手段には、酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾン発生器１と、オゾン発生器１により生成されたオゾンガスの流量を制御する第１のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａとが含まれる。コントローラ２８０は、オゾンガスの発生量または濃度の情報に基づき、オゾンガスの質量流量を求めるためのコンバージョンファクタを決定し、このコンバージョンファクタに基づいて第１のＭＦＣ２４１ａを制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理装置に関し、詳しくは、処理過程にオゾンを用いる場合にオゾン流量を正確に測定して制御することが可能な基板処理装置に関する。

半導体製造装置や、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)製造装置においては、製膜プロセスやエッチングプロセスにおいて、酸素原子の供給源としてオゾンを用いることがある。
図７は、従来の基板処理装置の構成を概念的に示した図である。
図７に示すように、従来の基板処理装置は、酸素（Ｏ₂）を原料にオゾン発生器１で生成したオゾン（Ｏ₃）を基板処理用の処理室３に供給する際に酸素用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２で流量を測定しつつ、流量を制御していた。なお、処理室３内は、真空ポンプ４により、所定の圧力に減圧されている。
すなわち、従来の基板処理装置では、酸素用のＭＦＣ２をオゾン用に代用していた。

ところで、マスフローコントローラは、測定するガスの種類によってコンバージョンファクタ、つまり質量流量に換算するための係数が変わる。しかし、オゾン発生器１でオゾンを生成して供給する場合、生成されたガス中のオゾン濃度は常に変動するのに、従来のマスフローコントローラは、一定のコンバージョンファクタを用いているため、正確にオゾンの質量流量を測定することができなかった。例えば、酸素用のＭＦＣ２をオゾン用に代用していた場合には、オゾンの濃度が低く一定だった場合には、誤差も小さいが、オゾンの濃度が高かったり、濃度の変動が大きかった場合には、オゾンの分子量は酸素の分子量の１．５倍もあるため、誤差が大きくなるという問題があった。
ＡＬＤ(Atomic layer deposition)法を用いてＡｌ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、ＳｉＯ₂等の酸化膜を成膜する場合には、オゾン流量は、成膜速度、膜質において重要な要素である。オゾン流量を大きくすれば成膜速度は高くなり、膜質においても最適な流量が存在し、流量を正確に測定することはプロセスパラメータを決める上で重要であった。
本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、オゾン発生器でオゾンを発生させて供給する場合にも、正確にオゾンの質量流量を測定して、制御することが可能な基板処理装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、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、前記処理室内のガスを排気する排気手段と、少なくとも前記加熱手段、前記ガス供給手段、前記排気手段を制御する制御部と、を備え、
前記ガス供給手段は、酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾン発生器と、前記オゾン発生器により生成されたオゾンガスの流量を制御する流量制御手段と、を含み、
前記制御部は、前記オゾンガスの発生量または濃度の情報に基づき、オゾンガスの質量流量を求めるためのコンバージョンファクタを決定し、このコンバージョンファクタに基づいて前記流量制御手段を制御することを特徴とする。
この基板処理装置によれば、制御部が、オゾンガスの発生量または濃度の情報に基づき、適宜、コンバージョンファクタを決定して、流量制御装置を制御する。すなわち、オゾン濃度が変化する場合には、その濃度に応じてコンバージョンファクタを決定するため、オゾンの質量流量の測定値が正確となる。したがって、流量制御手段による処理室内へのオゾン供給量が正確となり、理想的な成膜が可能となる。

本発明によれば、オゾン発生器で生成するオゾンの濃度が変化しても、オゾンの質量流量を正確に測定して、基板処理装置での成膜条件を理想の状態に制御できる。

本発明を実施するための最良の形態において、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。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図１は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。

図１に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている本発明の基板処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。正面メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側には、カセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。

カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方に９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は、複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。
また、カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート２１７に対してウエハ２００を装填および脱装するように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。
処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ１１５が設けられ、ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエアを前記筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されており、クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

次に、基板処理炉の構成について説明する。

図２は、本実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図３は本実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図２のＡ−Ａ線断面図で示す。
加熱装置（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の反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端には、例えばステンレス等によりマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して設けられ、下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９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にはボート支持台２１８を介して基板保持部材であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１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積載される。ヒータ２０７は、処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。

処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスを供給するガス供給手段としての２本のガス供給管（第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ）が設けられている。

第１のガス供給管２３２ａには上流方向から順に流量制御装置である液体マスフローコントローラ２４０、気化器２４２、及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、キャリアガスを供給する第１のキャリアガス供給管２３４ａが合流されている。この第１のキャリアガス供給管２３４ａには上流方向から順に流量制御装置である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａの先端部には、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、反応管２０３の下部から上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、第１のノズル２３３ａが設けられ、第１のノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａ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。

第２のガス供給管２３２ｂには上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ２４１ａ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂを介し、キャリアガスを供給する第２のキャリアガス供給管２３４ｂが合流されている。この第２のキャリアガス供給管２３４ｂには上流方向から順に流量制御装置である第３のマスフローコントローラ２４１ｃ、及び開閉弁である第４のバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｂの先端部には、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、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、第２のノズル２３３ｂが設けられ、第２のノズル２３３ｂの側面にはガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂ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。

例えば第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が液体の場合、第１のガス供給管２３２ａからは、液体マスフローコントローラ２４０、気化器２４２、及び第１のバルブ２４３ａを介し、第１のキャリアガス供給管２３４ａと合流し、更に第１のノズル２３３ａを介して処理室２０１内に反応ガスが供給される。例えば第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が気体の場合には、液体マスフローコントローラ２４０を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器２４２は不要となる。また、第２のガス供給管２３２ｂからは第１のマスフローコントローラ２４１ａ、第２のバルブ２４３ｂを介し、第２のキャリアガス供給管２３４ｂと合流し、更に第２のノズル２３３ｂを介して処理室２０１に反応ガスが供給される。

また、処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第５のバルブ２４３ｅを介して排気装置（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。なお、この第５のバルブ２４３ｅ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となっている開閉弁である。

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載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は、図示しない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を回転するためのボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を駆動することにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転するようになっている。

制御部であるコントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ２４０、第１〜第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、第１〜第５のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、及び図示しないボート昇降機構に接続されており、液体マスフローコントローラ２４０、第１〜第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃの流量調整、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、第５のバルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調整、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、及びボート昇降機構の昇降動作制御が行われる。

基板処理装置１０１においてオゾンを供給するガス供給手段は、前記した構成のうち、例えば第２のガス供給管２３２ｂに接続される。図４は、本発明の特徴部分の構成を示すブロック図であり、図５は、コントローラ２８０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、酸化ガスとしてオゾンを供給するため、第２のガス供給管２３２ｂにはオゾン発生器１が接続されている。オゾン発生器１には、出力するガス中のオゾン濃度を測定するオゾン濃度センサ１ａが備えられている。なお、オゾン濃度センサ１ａは、オゾン発生器１とは別に設け、別個のセンサからコントローラ２８０へ測定値を出力するように構成してもよい。
図５に示すように、コントローラ２８０は、オペレーション装置７と、このオペレーション装置７とＬＯＮ接続されたシーケンサ８とを有している。オペレーション装置７は、ディスプレイ及びキーボードなどを有し、基板処理装置１０１を操作する端末である。オペレーション装置７へは、基板処理のプロセスを自動化するためのプログラムデータとしてレシピが入力される。また、オゾン発生器１のオゾン濃度センサ１ａで測定されたオゾン濃度のデータがシーケンサ８を介してオペレーション装置７へ入力されるようになっている。オペレーション装置７は、レシピと、オペレータが入力したデータとに基づきシーケンサ８へ制御データを出力する。シーケンサ８は、オペレーション装置７からの入力とあらかじめ設定されたプログラムに従い第１のマスフローコントローラ２４１ａやオゾン発生器１を制御する。

なお、オペレーション装置７におけるコンバージョンファクタの決定は、例えば、次のようにして行う。
第１の方法としては、オペレーション装置７には、あらかじめ測定により決定しておいた、酸素とオゾンの混合気体におけるオゾン濃度とコンバージョンファクタの相関テーブルを記憶しておく。そして、オゾン発生器１のオゾン濃度センサ１ａで測定したオゾン濃度から相関テーブルを参照して、コンバージョンファクタを決定する。
第２の方法としては、処理のレシピで設定されているオゾン濃度（又は供給量、発生量など）の値に基づき、各時点で相関テーブルを参照し、コンバージョンファクタを決定する。すなわち、現時点の測定値によらず、オゾン発生器１で生成するオゾンの濃度を想定して、コンバージョンファクタを決定しても良い。

第１のマスフローコントローラ２４１ａには、デジタル値を入力することによりコンバージョンファクタを容易に変更可能なデジタルマスフローコントローラ（デジタルＭＦＣ）を適用するのが好ましい。
もっとも、必ずしもデジタルＭＦＣである必要はなく、アナログマスフローコントローラ（アナログＭＦＣ）を用いても良い。この場合、アナログＭＦＣ内でのコンバージョンファクタを変更するのは容易でないので、アナログＭＦＣ内のコンバージョンファクタは変更しないでおく。その代わり、オペレーション装置７でコンバージョンファクタを決定した後、アナログＭＦＣへの流量指令値をこのコンバージョンファクタに応じて換算した上、出力するとよい。

次に、本発明の基板処理装置１０１の動作について説明する。
図１に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、９０°回転させられる。
次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。

そして、コントローラ２８０に入力されたレシピに従い、所定の処理が行われる。例えば、処理室２０１内を減圧したり、ヒータ２０７で処理室２０１内を加熱したり、所定の原料ガスを第１のガス供給管２３２ａ及び第２のガス供給管２３２ｂを介して供給したりする。
これらの処理のうち、基板に高濃度のオゾンを供給してシリコン酸化膜を成膜する場合には、第２のガス供給管２３２ｂからオゾンを供給する。このとき、図６に示すフローチャートのように、まず、オゾン発生器１は、オゾン濃度センサ１ａでオゾン濃度を測定する（Ｓ１）。そして、オペレーション装置７は、あらかじめ記憶していたオゾン濃度とコンバージョンファクタの相関テーブルを参照して、オゾンセンサ１ａが測定したオゾン濃度に基づきコンバージョンファクタを決定する（Ｓ２）。次に、決定したコンバージョンファクタと、記憶していたレシピに従った流量の指示値とを、シーケンサ８を介して第１のマスフローコントローラ２４１ａに出力する（Ｓ３）。第１のマスフローコントローラ２４１ａは、オペレーション装置７から入力されたコンバージョンファクタで、それまで記憶していたコンバージョンファクタの値を上書きして書き換える（Ｓ４）。そして、第１のマスフローコントローラ２４１ａは、新たなコンバージョンファクタでオゾンの質量流量を測定しつつ、流量を制御する（Ｓ５）。

このような一連の制御を繰り返すことにより、第１のマスフローコントローラ２４１ａでの流量制御が正確となり、理想的な条件でウエハ２００の成膜処理をすることができる。
なお、ここでは、オペレーション装置７は、前記した第１の方法でコンバージョンファクタを出力したが、第２の方法でコンバージョンファクタを出力してもよい。

所定の基板処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

以上のようにして、本実施形態の基板処理装置１０１によれば、オゾン発生器１から出てくるオゾンの濃度が変化する場合であっても、コントローラ２８０が、そのオゾン濃度に応じたコンバージョンファクタを第１のマスフローコントローラ２４１ａに出力し、第１のマスフローコントローラ２４１ａが、正しくオゾンの質量流量を測定しつつ流量制御する。したがって、オゾン濃度の違いにより、成膜の仕上がりに微妙な差がでる場合であっても、最適条件でオゾン供給量を制御でき、理想的な成膜が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、オゾンの濃度の情報で調整するのではなく、オゾンの発生量に基づき、コンバージョンファクタを決定して制御を行うこともできる。すなわち、オゾン発生器１を稼働させるのに指示したデータ、またはオゾン発生器１の稼働量を消費電力の測定など別途の方法により測定して、オゾン発生量としてとらえ、コンバージョンファクタを決定してもよい。

本発明の処理装置の斜透視図である。 本発明の実施形態に係る処理炉を示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。 本発明の特徴部分の構成を示すブロック図である。 コントローラの構成を示すブロック図である。 オゾンの流量制御を説明するフローチャートである。 従来の基板処理装置のオゾン供給部分の構成を概念的に説明する図である。

符号の説明

１ オゾン発生器
１ａ オゾン濃度センサ
７ オペレーション装置
８ シーケンサ
１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２４１ａ 第１のマスフローコントローラ
２４６ 真空ポンプ
２４８ａ 第１のガス供給孔
２４８ｂ 第２のガス供給孔
２６７ ボート回転機構
２８０ コントローラ

Claims (1)

1. 基板を収容する処理室と、
   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、
   前記処理室内のガスを排気する排気手段と、
   少なくとも前記加熱手段、前記ガス供給手段、前記排気手段を制御する制御部と、を備え、
   前記ガス供給手段は、
   酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾン発生器と、
   前記オゾン発生器により生成されたオゾンガスの流量を制御する流量制御手段と、を含み、
   前記制御部は、
   前記オゾンガスの発生量または濃度の情報に基づき、オゾンガスの質量流量を求めるためのコンバージョンファクタを決定し、このコンバージョンファクタに基づいて前記流量制御手段を制御することを特徴とする基板処理装置。

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