JP2008227163A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
反応管内に処理ガスを導入するガスノズルの反応管貫通部での強度を増大し、外力によるガスノズルの破損、更にガスノズルの破損に起因する反応管の破損の防止しようとする。
【解決手段】
基板を収納し、処理する反応管４と、該反応管の周囲に設けられる加熱手段と、前記反応管内に処理ガスを供給するガスノズル１４と、前記反応管内の雰囲気を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルの少なくとも前記反応管を貫通する部分を厚肉とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行う基板処理装置に関するものである。

基板処理装置としては、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置と、所定枚数一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。

バッチ式の基板処理装置の１つである縦型基板処理装置では、縦型処理炉を有し、該縦型処理炉内で基板保持具により、基板を水平姿勢で多段に保持して基板処理を行う。

基板処理は、処理炉内に処理ガスを導入しつつ、排気し、処理圧に保持した状態で、基板を加熱し、基板表面に薄膜の生成、不純物の拡散等が行われる。

図９は従来の基板処理装置に於ける、縦型炉１の炉口部分の断面を示している。

図９中、２はヒータベースを示しており、該ヒータベース２に中空形状の加熱装置３が立設され、該加熱装置３内に下端が開口する有天筒状の反応管４が収納され、該反応管４は耐熱性があり、基板を汚染しない材質例えば、石英製であり、処理室１６を画成する。前記反応管４の下端部は、前記ヒータベース２より下方に延出し炉口部５を形成する。

該炉口部５下端の炉口６は、耐熱性があり、基板を汚染しない材質例えば、石英製のシールキャップ７によって気密に閉塞される様になっており、該シールキャップ７にはボート受台８が回転可能に設けられ、該ボート受台８にボート断熱部９を介して基板保持具であるボート１１が載置される。該ボート１１には、シリコンウェーハ等の基板（以下ウェーハ）１２が水平姿勢で多段に装填される。

前記シールキャップ７の下側には、ボート回転機構１３が設けられており、該ボート回転機構１３によって前記ボート受台８が回転される様になっている。尚、前記シールキャップ７は、図示しないボートエレベータによって昇降される様になっている。

前記反応管４の前記炉口部５には半径方向から貫通し、壁面に沿って上方に延出する石英製のガスノズル１４が設けられ、該ガスノズル１４より処理ガスが前記処理室１６に導入される。又、前記炉口部５には、排気口１５が設けられ、該排気口１５には図示しない排気装置が設けられ、該排気口１５を介して処理後のガスが排気される様になっている。

前記ボート１１に保持されたウェーハ１２が前記処理室１６に装入され、前記シールキャップ７によって前記炉口６が気密に閉塞され、前記加熱装置３によってウェーハ１２が処理温度に過熱された状態で、前記ガスノズル１４から処理ガスが導入され、又前記排気口１５から排気され、前記処理室１６が処理圧力に維持され基板処理が行われる。尚、処理中、前記ボート回転機構１３により前記ボート受台８、前記ボート断熱部９を介して前記ボート１１が回転され、ウェーハ１２の処理の均一化が図られている。

次に、前記ガスノズル１４について、図９、図１０を参照して説明する。

該ガスノズル１４は、前記炉口部５を貫通するＬ字形のノズル基部１７と該ノズル基部１７に連通し、前記反応管４内面に沿って上方に延出するノズル本体部１８を有し、該ノズル本体部１８は前記ノズル基部１７に対して太径となっており、両者は溶接により接合されている。

前記ノズル基部１７は、前記ノズル本体部１８と同心の垂直部１７ａと該垂直部１７ａと直交する水平部１７ｂとを溶接によりＬ字状に接合したものであり、又前記水平部１７ｂが前記反応管４の壁面を垂直に貫通し、又貫通する箇所で前記水平部１７ｂと前記反応管４とが溶接されている。

前記水平部１７ｂが前記反応管４から露出する外端部には管継手１９を介してフレキシブルチューブ２１が接続される。

該フレキシブルチューブ２１を前記水平部１７ｂに着脱する場合に、前記管継手１９を介して実施されるが、該管継手１９を締付ける際等、前記水平部１７ｂには外力が作用する。外力は、そのまま前記水平部１７ｂに作用するので、大きな外力が作用すると、前記水平部１７ｂを破損させる虞れがある。或は、前記反応管４自体を破損することも考えられる。

又、破損した場合には、補修ができない構造である為、前記フレキシブルチューブ２１を接続する作業では、前記水平部１７ｂに過剰な力が作用しない様に細心の注意が要求されていた。

本発明は斯かる実情に鑑み、反応管内に処理ガスを導入するガスノズルの反応管貫通部での強度を増大し、外力によるガスノズルの破損、更にガスノズルの破損に起因する反応管の破損の防止しようとするものである。

本発明は、基板を収納し、処理する反応管と、該反応管の周囲に設けられる加熱手段と、前記反応管内に処理ガスを供給するガスノズルと、前記反応管内の雰囲気を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルの少なくとも前記反応管を貫通する部分を厚肉とした基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を収納し、処理する反応管と、該反応管の周囲に設けられる加熱手段と、前記反応管内に処理ガスを供給するガスノズルと、前記反応管内の雰囲気を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルの少なくとも前記反応管を貫通する部分を厚肉としたので、ガスノズルに外力が作用した場合の強度が増大し、ガスノズル、反応管の破損が防止されるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態を示しており、図１中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

耐熱性があり、基板を汚染しない材質、例えば石英製のガスノズル１４は、Ｌ字形のノズル基部１７と該ノズル基部１７から反応管４の内壁面に沿って上方に延出するノズル本体部１８から構成され、該ノズル本体部１８は前記ノズル基部１７と同心であり、該ノズル基部１７より太径となっている。

該ノズル基部１７は垂直部１７ａと水平部１７ｂによりＬ字形を形成し、該水平部１７ｂは更に前記垂直部１７ａに接続される内端部２２ａと前記反応管４の管壁を貫通する管壁貫通部２２ｂを有している。

前記垂直部１７ａと前記内端部２２ａは、同外径、同内径で肉厚が同じとなっており、前記管壁貫通部２２ｂは前記内端部２２ａと同内径で肉厚は前記内端部２２ａより厚くなっている。

前記垂直部１７ａと前記内端部２２ａとは４５°の境界面を介して連設され、溶接により接合されている。又、前記管壁貫通部２２ｂの内端は前記反応管４の内壁面と面一になっており、前記内端部２２ａと突合された状態で溶接により接合されている。

図示していないが、前記管壁貫通部２２ｂの外端には管継手を介してフレキシブルチューブ２１が接続されている。

前記管壁貫通部２２ｂを肉厚にすることで、該管壁貫通部２２ｂの前記反応管４の貫通部の強度が増大する。又、前記管壁貫通部２２ｂに外力が作用した場合、曲げモーメントは前記管壁貫通部２２ｂと前記反応管４壁面との境界で最大となるが、前記管壁貫通部２２ｂの前記反応管４の貫通部の強度を増大させているので、破損が防止される。

又、外力は前記管壁貫通部２２ｂから前記反応管４に伝達されるので、前記内端部２２ａには殆ど伝達されない。従って、前記水平部１７ｂの前記反応管４貫通部の強度を増大させることで、前記ノズル基部１７自体の強度を増大させることとなる。

尚、前記管壁貫通部２２ｂの肉厚は、前記内端部２２ａに対して２．０倍、前記反応管４の肉厚に対して２．０倍が好ましい。

次に、ノズル基部１７の強度補強の一般的な方法として、リブ２３を溶接する方法がある。

該リブ２３を溶接した場合で、応力解析をした結果、リブ２３ａとリブ２３ｂとの間に掛渡って最大応力σmax が発生する（図１１（Ａ）参照）。又、前記管壁貫通部２２ｂを肉厚とした場合、最大応力σmax が発生するのは前記管壁貫通部２２ｂと前記反応管４壁面との境界の最頂部のごく一部に限られ（図１１（Ｂ）参照）、又最大応力値も前記リブ２３を設けた場合と変らないことが得られた。従って、前記管壁貫通部２２ｂの肉厚を増大することが強度の増大に効果的である。

又、複数のリブ２３を溶接するのに対して前記管壁貫通部２２ｂを溶接することは作業上からも容易である。

図２は、第２の実施の形態を示すものである。

水平部１７ｂに曲げモーメントが作用した場合に、曲げモーメントの最大値は、管壁貫通部２２ｂと反応管４壁面との境界で最大となることを考慮し、第２の実施の形態では、前記水平部１７ｂの前記反応管４貫通部近傍に限って、肉厚としたものである。

前記水平部１７ｂを、更に３部材で構成しており、構成する３部材は、前記反応管４壁面を貫通し、該反応管４の内側、外側に向ってそれぞれ若干突出している管壁貫通部２２ｂ、該管壁貫通部２２ｂと同一内径を有し、該管壁貫通部２２ｂと同心の垂直部１７ａと同一内径、同一外径を有する内端部２２ａ、及び前記管壁貫通部２２ｂと同一内径を有し、前記管壁貫通部２２ｂと同心の外端部２２ｃとなっている。

前記管壁貫通部２２ｂは前記反応管４に溶接され、前記内端部２２ａは前記管壁貫通部２２ｂに溶接されると共に前記垂直部１７ａに４５°の境界面を介して溶接され、前記外端部２２ｃは前記管壁貫通部２２ｂに溶接されている。

前記水平部１７ｂは、前記反応管４の前記管壁貫通部２２ｂが肉厚となっていることで、強度が増大し、破損が防止される。更に、フレキシブルチューブ２１（図９参照）が管継手１９を介して接続されるのは、肉厚の薄い、前記外端部２２ｃであり、前記フレキシブルチューブ２１から大きな外力が作用した場合、強度の小さい、前記外端部２２ｃが破損する。従って、前記反応管４には損傷が及ばない。又、前記外端部２２ｃは、再度前記管壁貫通部２２ｂに溶接可能であるので、補修が可能となる。尚、前記外端部２２ｃで破損し易くなる様に、該外端部２２ｃの所要位置に円周に沿って溝を刻設してもよい。

図３は第３の実施の形態を示すものであり、該第３の実施の形態は、第２の実施の形態の変形である。

水平部１７ｂの反応管４を貫通する部位に、太径の管壁貫通部２２ｂを嵌合すると共に前記水平部１７ｂに溶接し、前記管壁貫通部２２ｂを前記反応管４に溶接したものである。

前記管壁貫通部２２ｂが溶接され２重管構造とすることで、前記反応管４の貫通部を実質的に肉厚としたものである。

図４は第４の実施の形態を示すものである。

第４の実施の形態では、破損時の補修を可能とするものであり、従来と同様、ノズル基部１７を同一外径、同一内径の垂直部１７ａと水平部１７ｂとをＬ字形に溶接し、該水平部１７ｂが反応管４の管壁を貫通し、貫通部分は溶接付したものである。又、第４の実施の形態では、前記水平部１７ｂが前記反応管４から外方に延出する部分の外壁面から所要距離離れた位置に円周に沿って溝２４を刻設したものである。

該溝２４を刻設することで、前記水平部１７ｂに外力が作用した場合、前記溝２４に応力が集中し、破損する場合は、前記溝２４で破損する。従って、損傷が前記反応管４に及ぶことなく、前記水平部１７ｂの補修だけで済む。

次に、本発明が実施される基板処理装置の一例を図５、図６を参照して説明する。

尚、該基板処理装置に於いて処理される基板は、一例としてシリコン等から成るウェーハが示されている。

図５及び図６に示されている様に、基板処理装置３１は筐体３２を備えている。該筐体３２の正面壁３３の正面前方部にはメンテナンス可能な様に設けられた開口部としての正面メンテナンス口３４が開設され、該正面メンテナンス口３４は正面メンテナンス扉３５によって開閉される。

前記筐体３２の前記正面壁３３にはポッド搬入搬出口３６が前記筐体３２の内外を連通する様に開設されており、前記ポッド搬入搬出口３６はフロントシャッタ（搬入搬出口開閉機構）３７によって開閉され、前記ポッド搬入搬出口３６の正面前方側にはロードポート（基板搬送容器受渡し台）３８が設置されており、該ロードポート３８は載置されたポッド３９を位置合せする様に構成されている。

該ポッド３９は、密閉式の基板搬送容器であり、図示しない工程内搬送装置によって前記ロードポート３８上に搬入され、又、該ロードポート３８上から搬出される様になっている。

前記筐体３２内の前後方向の略中央部に於ける上部には、回転式ポッド棚（基板搬送容器格納棚）４１が設置されており、該回転式ポッド棚４１は複数個のポッド３９を格納する様に構成されている。

前記回転式ポッド棚４１は垂直に立設されて間欠回転される支柱４２と、該支柱４２に上中下段の各位置に於いて放射状に支持された複数段の棚板（基板搬送容器載置棚）４３とを備えており、該棚板４３はポッド３９を複数個宛それぞれ載置した状態で格納する様に構成されている。

前記回転式ポッド棚４１の下方には、ポッドオープナ（基板搬送容器蓋体開閉機構）４４が設けられ、該ポッドオープナ４４は前記ポッド３９を載置し、又該ポッド３９の蓋を開閉可能な構成を有している。

前記ロードポート３８と前記回転式ポッド棚４１、前記ポッドオープナ４４との間には、ポッド搬送装置（容器搬送装置）４５が設置されており、該ポッド搬送装置４５は、前記ポッド３９を保持して昇降可能、水平方向に進退可能となっており、前記ロードポート３８、前記回転式ポッド棚４１、前記ポッドオープナ４４との間で前記ポッド３９を搬送する様に構成されている。

前記筐体３２内の前後方向の略中央部に於ける下部には、サブ筐体４６が後端に亘って設けられている。該サブ筐体４６の正面壁４７にはウェーハ（基板）４８を前記サブ筐体４６内に対して搬入搬出する為のウェーハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）４９が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウェーハ搬入搬出口４９，４９に対して前記ポッドオープナ４４がそれぞれ設けられている。

該ポッドオープナ４４は前記ポッド３９を載置する載置台５１と、前記ポッド３９の蓋を開閉する開閉機構５２とを備えている。前記ポッドオープナ４４は前記載置台５１に載置された前記ポッド３９の蓋を前記開閉機構５２によって開閉することにより、前記ポッド３９のウェーハ出入れ口を開閉する様に構成されている。

前記サブ筐体４６は前記ポッド搬送装置４５や前記回転式ポッド棚４１が配設されている空間（ポッド搬送空間）から気密となっている移載室５３を構成している。該移載室５３の前側領域にはウェーハ移載機構（基板移載機構）５４が設置されており、該ウェーハ移載機構５４は、ウェーハを載置する所要枚数（図示では５枚）のウェーハ載置プレート５５を具備し、該ウェーハ載置プレート５５は水平方向に直動可能、水平方向に回転可能、又昇降可能となっている。前記ウェーハ移載機構５４はボート（基板保持具）５６に対してウェーハ４８を装填及び払出しする様に構成されている。

前記移載室５３の後側領域には、前記ボート５６を収容して待機させる待機部５７が構成され、該待機部５７の上方には縦型の処理炉５８が設けられている。該処理炉５８の下端部は、炉口部となっており、該炉口部は炉口シャッタ（炉口開閉機構）５９により開閉される様になっている。

前記筐体３２の右側端部と前記サブ筐体４６の前記待機部５７の右側端部との間には前記ボート５６を昇降させる為のボートエレベータ（基板保持具昇降機構）６１が設置されている。該ボートエレベータ６１の昇降台に連結されたアーム６２には蓋体としてのシールキャップ６３が水平に取付けられており、該シールキャップ６３は前記ボート５６を垂直に支持し、前記処理炉５８の下端部を気密に閉塞可能となっている。

前記ボート５６は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）のウェーハ４８を、その中心を揃えて水平姿勢で多段に保持する様に構成されている。

前記ボートエレベータ６１側と対向した位置にはクリーンユニット６５が配設され、該クリーンユニット６５は、清浄化した雰囲気若しくは不活性ガスであるクリーンエア６４を供給する様供給ファン及び防塵フィルタで構成されている。前記ウェーハ移載機構５４と前記クリーンユニット６５との間には、ウェーハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合せ装置（図示せず）が設置されている。

前記クリーンユニット６５から吹出されたクリーンエア６４は、ノッチ合せ装置（図示せず）及び前記ウェーハ移載機構５４、前記ボート５６に流通された後に、図示しないダクトにより吸込まれて、前記筐体３２の外部に排気がなされるか、若しくは前記クリーンユニット６５の吸込み側である一次側（供給側）に迄循環され、再び該クリーンユニット６５によって、前記移載室５３内に吹出される様に構成されている。

次に、本発明の処理装置の作動について説明する。

前記ポッド３９が前記ロードポート３８に供給されると、前記ポッド搬入搬出口３６が前記フロントシャッタ３７によって開放される。前記ロードポート３８の上の前記ポッド３９は前記ポッド搬送装置４５によって前記筐体３２の内部へ前記ポッド搬入搬出口３６を通して搬入され、前記回転式ポッド棚４１の指定された前記棚板４３へ載置される。前記ポッド３９は前記回転式ポッド棚４１で一時的に保管された後、前記ポッド搬送装置４５により前記棚板４３からいずれか一方のポッドオープナ４４に搬送されて前記載置台５１に移載されるか、若しくは前記ロードポート３８から直接前記載置台５１に移載される。

この際、前記ウェーハ搬入搬出口４９は前記開閉機構５２によって閉じられており、前記移載室５３には前記クリーンエア６４が流通され、充満されている。例えば、前記移載室５３にはクリーンエア６４として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、前記筐体３２の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。

前記載置台５１に載置された前記ポッド３９はその開口側端面が前記サブ筐体４６の前記正面壁４７に於ける前記ウェーハ搬入搬出口４９の開口縁辺部に押付けられると共に、蓋が前記開閉機構５２によって取外され、ウェーハ出入れ口が開放される。

前記ポッド３９が前記ポッドオープナ４４によって開放されると、ウェーハ４８は前記ポッド３９から前記ウェーハ移載機構５４によって取出され、ノッチ合せ装置（図示せず）に移送され、該ノッチ合せ装置にてウェーハ４８を整合した後、前記ウェーハ移載機構５４はウェーハ４８を前記移載室５３の後方にある前記待機部５７へ搬入し、前記ボート５６に装填（チャージング）する。

該ボート５６にウェーハ４８を受渡した前記ウェーハ移載機構５４はポッド３９に戻り、次のウェーハ４８を前記ボート５６に装填する。

一方（上段又は下段）のポッドオープナ４４に於ける前記ウェーハ移載機構５４によるウェーハ４８の前記ボート５６への装填作業中に、他方（下段又は上段）のポッドオープナ４４には前記回転式ポッド棚４１から別のポッド３９が前記ポッド搬送装置４５によって搬送されて移載され、前記他方のポッドオープナ４４によるポッド３９の開放作業が同時進行される。

予め指定された枚数のウェーハ４８が前記ボート５６に装填されると、前記炉口シャッタ５９によって閉じられていた前記処理炉５８の炉口部が、前記炉口シャッタ５９によって開放される。続いて、前記ボート５６は前記ボートエレベータ６１によって上昇され、前記処理炉５８内へ搬入（ローディング）される。

ローディング後は、前記シールキャップ６３によって炉口部が気密に閉塞され、前記処理炉５８にてウェーハ４８に所要の処理が実行される。

処理後は、ノッチ合せ装置（図示せず）でのウェーハ４８の整合工程を除き、上記と逆の手順で、ウェーハ４８及びポッド３９は前記筐体３２の外部へ払出される。

図７、図８により、本発明で使用される縦型の処理炉５８について説明する。尚、本発明のガスノズル１４の構造は、後述するノズル８４に適用される。

本実施の形態で用いられる基板処理装置は制御部であるコントローラ７１を備え、該コントローラ７１により基板処理装置、及び処理炉を構成する各部の動作等が制御される。

加熱装置（加熱手段）であるヒータ７２の内側に、処理室１６を画成する反応管４が同心に設けられ、該反応管４はウェーハ４８を処理し、所要の処理を行う。前記反応管４の下端開口は蓋体である前記シールキャップ６３により気密に閉塞され、少なくとも、前記反応管４、及び前記シールキャップ６３により前記処理室１６を形成している。

前記シールキャップ６３にはボート支持台７３を介して前記ボート５６が立設され、前記ボート支持台７３は前記ボート５６を保持する保持体となっている。該ボート５６にはバッチ処理される複数のウェーハ４８が水平姿勢で管軸方向に多段に装填され、前記ボートエレベータ６１（図５参照）によって前記処理室１６に装入され、前記ヒータ７２は装入されたウェーハ４８を所定の温度に加熱する。

前記処理室１６へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給経路としての２本のガス供給管７４ａ、７４ｂが設けられる。ここでは第１ガス供給管７４ａからは流量制御装置（流量制御手段）である第１マスフローコントローラ７５ａ及び開閉弁である第１バルブ７６ａを介し、更に後述する前記反応管４内に形成されたバッファ室７７を介して前記処理室１６に反応ガスが供給され、前記第２ガス供給管７４ｂからは流量制御装置（流量制御手段）である第２マスフローコントローラ７５ｂ、開閉弁である第２バルブ７６ｂ、ガス溜め７８、及び開閉弁である第３バルブ７６ｃを介し、更に後述するガス供給部７９を介して前記処理室１６に反応ガスが供給されている。

前記反応管４にはガスを排気するガス排気管８１により第４バルブ７６ｄを介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ８２に接続され、真空排気される様になっている。又、前記第４バルブ７６ｄは、開閉して前記処理室１６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。

前記反応管４の内壁とウェーハ４８との間に於ける円弧状の空間には、前記反応管４の下部より上部の内壁にウェーハ４８の積載方向に沿って、ガス分散空間である前記バッファ室７７が設けられており、該バッファ室７７のウェーハ４８と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔８３ａが設けられている。該第１ガス供給孔８３ａは前記反応管４の中心へ向けて開口している。前記第１ガス供給孔８３ａは、下部から上部に亘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。

前記バッファ室７７の前記第１ガス供給孔８３ａが設けられた端部と反対側の端部には、前記ノズル８４が、前記反応管４の下部より上部に亘りウェーハ４８の積載方向に沿って配設されている。前記ノズル８４には複数のガスを供給する供給孔である第２ガス供給孔８３ｂが設けられている。該第２ガス供給孔８３ｂの開口面積は、前記バッファ室７７と前記処理室１６の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄、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。

本実施の形態に於いては、前記第２ガス供給孔８３ｂ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。この様に構成することで、各第２ガス供給孔８３ｂよりガスの流速の差はあるが、流量は略同量であるガスを前記バッファ室７７に噴出させている。

該バッファ室７７内に於いて、各第２ガス供給孔８３ｂより噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、前記第１ガス供給孔８３ａより前記処理室１６に噴出させている。よって、各第２ガス供給孔８３ｂより噴出したガスは、各第１ガス供給孔８３ａ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。

更に、前記バッファ室７７に、細長い構造を有する第１電極である第１棒状電極８５及び第２電極である第２棒状電極８６が上部より下部に亘って電極を保護する保護管である電極保護管８７に保護されて配設され、前記第１棒状電極８５又は前記第２棒状電極８６のいずれか一方は整合器８８を介して高周波電源８９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、前記第１棒状電極８５及び前記第２棒状電極８６間のプラズマ生成領域９１にプラズマが生成される。

前記電極保護管８７は、前記第１棒状電極８５及び前記第２棒状電極８６のそれぞれを前記バッファ室７７の雰囲気と隔離した状態で該バッファ室７７に挿入できる構造となっている。ここで、前記電極保護管８７の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、該電極保護管８７にそれぞれ挿入された前記第１棒状電極８５及び前記第２棒状電極８６はヒータ７２の加熱で酸化されてしまう。そこで、前記電極保護管８７の内部は窒素等の不活性ガスを充填或はパージし、酸素濃度を充分低く抑えて前記第１棒状電極８５又は前記第２棒状電極８６の酸化を防止する為の不活性ガスパージ機構が設けられる。

更に、前記第１ガス供給孔８３ａの位置より、前記反応管４の内周を１２０゜程度回った内壁に、前記ガス供給部７９が設けられている。該ガス供給部７９は、ＡＬＤ法による成膜に於いてウェーハ４８へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室７７とガス供給種を分担する供給部である。

前記ガス供給部７９も前記バッファ室７７と同様にウェーハ４８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第３ガス供給孔８３ｃを有し、下部では前記第２ガス供給管７４ｂが接続されている。

前記第３ガス供給孔８３ｃの開口面積は前記ガス供給部７９内と前記処理室１６内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄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。

本実施の形態に於いては、前記第３ガス供給孔８３ｃ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。

前記反応管４内の中央部には複数枚のウェーハ４８を多段に同一間隔で載置する前記ボート５６が収納されており、該ボート５６は前記ボートエレベータ６１（図５参照）により前記反応管４に装脱される様になっている。又処理の均一性を向上する為に前記ボート５６を回転する為の回転装置（回転手段）であるボート回転機構９２が設けてあり、該ボート回転機構９２を回転することにより、前記ボート支持台７３に保持された前記ボート５６を回転する様になっている。

前記コントローラ７１は、前記第１、第２マスフローコントローラ７５ａ、７５ｂ、前記第１〜第４バルブ７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、前記ヒータ７２、前記真空ポンプ８２、前記ボート回転機構９２、前記ボートエレベータ６１、前記高周波電源８９、前記整合器８８に接続されており、前記第１、第２マスフローコントローラ７５ａ、７５ｂの流量調整、前記第１〜第３バルブ７６ａ、７６ｂ、７６ｃの開閉動作、前記第４バルブ７６ｄの開閉及び圧力調整動作、前記ヒータ７２の温度調節、前記真空ポンプ８２の起動・停止、前記ボート回転機構９２の回転速度調節、前記ボートエレベータ６１の昇降動作制御、前記高周波電源８９の電力供給制御、前記整合器８８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、半導体デバイスの製造工程の１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（Ｃｈｅｍｉｃａ１ 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（又はそれ以上）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（ＳｉＨ2 Ｃ１2 、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。又、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。)

先ず成膜しようとするウェーハ４８を前記ボート５６に装填し、前記処理室１６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。先ず前記第１ガス供給管７４ａに設けた前記第１バルブ７６ａ、及び前記ガス排気管８１に設けた前記第４バルブ７６ｄを共に開けて、前記第１ガス供給管７４ａから前記第１マスフローコントローラ７５ａにより流量調整されたＮＨ3 ガスを前記ノズル８４の前記第２ガス供給孔８３ｂから前記バッファ室７７へ噴出し、前記第１棒状電極８５及び前記第２棒状電極８６間に前記高周波電源８９から前記整合器８８を介して高周波電力を印加してＮＨ3 をプラズマ励起し、活性種として前記処理室１６に供給しつつ前記ガス排気管８１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時は、前記第４バルブ７６ｄを適正に調整して前記処理室１６内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば、２０Ｐａに維持する。前記第１マスフローコントローラ７５ａ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ーハ４８を晒す時間は２〜１０２秒である。この時のヒータ７２の温度はウェーハ４８が３００〜６００℃の範囲であって、例えば４７０℃になる様に設定してある。ＮＨ3 は反応温度が高い為、上記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様にしており、この為ウェー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時、前記第２ガス供給管７４ｂの上流側の前記第２バルブ７６ｂを開け、下流側の前記第３バルブ７６ｃを閉めて、ＤＣＳも流す様にする。これにより前記第２バルブ７６ｂ、前記第３バルブ７６ｃ間に設けた前記ガス溜め７８にＤＣＳを溜める。この時、前記処理室１６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。従って、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 はウェーハ４８上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）する。

（ステップ２）
ステップ２では、前記第１ガス供給管７４ａの前記第１バルブ７６ａを閉めて、ＮＨ3 の供給を止めるが、引続き前記第２ガス供給管７４ｂから前記ガス溜め７８へ供給を継続する。該ガス溜め７８に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の前記第２バルブ７６ｂも閉めて、前記ガス溜め７８にＤＣＳを閉込めておく。又、前記ガス排気管８１の前記第４バルブ７６ｄは開いたままにし前記真空ポンプ８２により、前記処理室１６を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ3 を前記処理室１６から排除する。又、この時にはＮ2 等の不活性ガスを前記処理室１６に供給すると、更に残留ＮＨ3 を排除する効果が高まる。前記ガス溜め７８内には、圧力が２００００Ｐａ以上になる様にＤＣＳを溜める。又、前記ガス溜め７８と前記処理室１６との間のコンダクタンスが１．５×１０^−３ｍ^３／ｓ以上になる様に装置を構成する。又、前記反応管４の容積とこれに対する必要な前記ガス溜め７８の容積との比として考えると、前記反応管４の容積１００ｌ（リットル）の場合に於いては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としては前記ガス溜め７８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、前記処理室１６の排気が終わったら前記ガス排気管８１の前記第４バルブ７６ｄを閉じて排気を止める。前記第２ガス供給管７４ｂの下流側の前記第３バルブ７６ｃを開く。これにより前記ガス溜め７８に溜められたＤＣＳが前記処理室１６に一気に供給される。この時前記ガス排気管８１の前記第４バルブ７６ｄが閉じられているので、前記処理室１６内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）迄昇圧される。ＤＣＳを供給する為の時間は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。この時のウェーハ温度は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、ウェーハ４８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、ウェーハ４８上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、前記第３バルブ７６ｃを閉じ、前記第４バルブ７６ｄを開けて前記処理室１６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。又、この時にはＮ2 等の不活性ガスを前記処理室１６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前記処理室１６から排除する効果が高まる。又前記第２バルブ７６ｂを開いて前記ガス溜め７８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返すことによりウェーハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。

ＡＬＤ装置では、ガスはウェーハ４８の表面部分に化学吸着する。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為には、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、前記第４バルブ７６ｄを閉めた上で、前記ガス溜め７８内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、前記処理室１６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。

又、本実施の形態では、ガス溜め７８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１６の排気をしているので、ＤＣＳを溜める為の特別なステップを必要としない。又、処理室１６内を排気してＮＨ3 ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウェーハ４８に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェーハ４８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。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）断面が曲率半径を有し、基板を処理する反応管と、該反応管内へ処理ガスを供給する円筒形のガスノズルと、前記反応管内の雰囲気を排気する排気手段とを備える基板処理装置であって、前記ガスノズルは、前記反応管内で前記反応管断面に対して垂直方向へ伸びる第１のノズルと、前記反応管断面に対して水平方向へ伸び、前記第１のノズルと前記反応管内で接合される第２のノズルと、前記反応管の曲面部分の壁を貫通し、前記反応管内で前記第２のノズルと接合される第３のノズルから構成され、前記第１のノズルの肉厚と前記第２のノズルの肉厚は互いに等しく、前記第３のノズルの肉厚が、前記第１のノズルの肉厚及び前記第２のノズルの肉厚より厚肉であることを特徴とする基板処理装置。

（付記２）付記１に記載の基板処理装置に於いて、前記第３のノズルは、反応管の貫通部より外側で、該貫通部の肉厚より薄肉の部分を有する基板処理装置。

（付記３）基板を収納し、処理する反応管と、該反応管の周囲に設けられる加熱手段と、前記反応管内に処理ガスを供給するガスノズルと、前記反応管内の雰囲気を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルの少なくとも前記反応管を貫通する部分を厚肉とし、貫通部分より外方に延出する部分を薄肉としたことを特徴とする基板処理装置。

本発明の第１の実施の形態を示す要部断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す要部断面図である。 本発明の第４の実施の形態を示す要部断面図である。 本発明が実施される基板処理装置の概略斜視図である。 該基板処理装置の概略側断面図である。 本発明に使用される処理炉の概略立断面図である。 本発明に使用される処理炉の概略平断面図である。 従来の処理炉の下部断面図である。 従来のガスノズルの反応管貫通部の拡大図である。 （Ａ）（Ｂ）は、ガスノズルの反応管貫通部の補強の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 縦型炉
４ 反応管
１７ ノズル基部
１７ａ 垂直部
１７ｂ 水平部
１８ ノズル本体部
２２ａ 内端部
２２ｂ 管壁貫通部
２２ｃ 外端部
４８ ウェーハ
５８ 処理炉
７１ コントローラ
８２ 真空ポンプ
８４ ノズル

Claims (1)

1. 基板を収納し、処理する反応管と、該反応管の周囲に設けられる加熱手段と、前記反応管内に処理ガスを供給するガスノズルと、前記反応管内の雰囲気を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルの少なくとも前記反応管を貫通する部分を厚肉としたことを特徴とする基板処理装置。

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