JP2010103364A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス周期を延長し、メンテナンス性を向上させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様によれば、基板を積層載置して収容する処理室と、前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するガスノズルと、前記処理室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、前記処理室内に処理ガスを導入する複数のガス供給口を有する第１のノズル部と、前記第１のノズル部より外径が細い第２のノズル部とを有し、第１のノズル部及び前記第２のノズル部はノズル接合部にて、前記第１のノズル部が処理ガスの流れの下流側となるよう互いに接合され、前記第２のノズル部の外周に前記ノズル接合部を補強する補強部材を設けることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、複数の基板を互いにそれぞれ間隔をあけて積層した状態で複数の基板に成膜等の処理を行う縦型基板処理炉を備える基板処理装置に関するものである。

従来、この種の縦型基板処理炉においては、処理室内に複数の基板が積層されて設けられ、複数の基板の積層方向に延在し、基板の積層方向に複数のガス噴出口を有するガスノズルを備えている。ガスノズルは、原料ガス供給管の先端部に連結され、処理室内に配置されている。また、ガスを均一に供給するため、ガスノズルのうち少なくともガス噴出口を有する部分は太いガスノズルである上部ガスノズルを用い、ガス噴出口を有さない反応室下部の部分には細いガスノズルである下部ガスノズルを用い、各ガスノズルはノズル接合部にて接合されている。

しかし、上部ガスノズルが下部ガスノズルより太く、ノズル接合部に負担がかかり破損しやすいため、定期的にガスノズルを交換する必要がある。また、ガスノズルの取り付け時にノズル接合部にて破損の恐れがあるため、メンテナンス時に注意が必要となる。

したがって、本発明の主な目的は、メンテナンス周期を延長し、メンテナンス性を向上させることができる基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、基板を積層載置して収容する処理室と、前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するガスノズルと、前記処理室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、前記処理室内に処理ガスを導入する複数のガス供給口を有する第１のノズル部と、前記第１のノズル部より外径が細い第２のノズル部とを有し、第１のノズル部及び前記第２のノズル部はノズル接合部にて、前記第１のノズル部が処理ガスの流れの下流側となるよう互いに接合され、前記第２のノズル部の外周に前記ノズル接合部を補強する補強部材を設け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、ノズル接合部に補強部材を設けることにより、メンテナンス周期を延長することができる。また、強度が向上するためにメンテナンスを容易に行うことができ、メンテナンス性を向上させることが出来る。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
本実施例に係る基板処理装置は、半導体装置（ＩＣ(Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ)）の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し酸化、拡散処理やＣＶＤ処理等を行う縦型の装置を使用した場合について述べる。特にＳｉＯ_２膜の成膜処理に関して述べるが、本発明はＳｉＯ_２膜に限定されるものではなく、他の膜種の成膜処理についても適用可能である。

図１には、本発明の実施形態に係る成膜方法に用いられる基板処理装置１が示されている。基板処理装置１は、半導体製造装置として構成されていて、筐体１０１を有する。

筐体１０１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用いられるカセット１００の授受を行う保持具授受部材として用いられるカセットステージ１０５が設けられている。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が取り付けられている。また、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段として用いられるカセット棚１０９が設けられるとともに、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、クリーンエアを前記筐体１０１の内部に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、処理炉２０２の下方には基板として用いられるウエハ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を処理炉２０２に昇降させる昇降手段として用いられるボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１に取り付けられた昇降部材１２２の先端部には、蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられ、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、昇降手段として用いられる移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には基板搬送手段として用いられるウエハ移載機１１２が取り付けられている。また、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材として用いられる炉口シャッタ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にウエハ２００が上向きの姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平の姿勢になるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。さらに、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前記カセットステージ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が加熱されるとともに処理ガスが処理炉２０２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、ウエハ２００は上述した動作と逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚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。なお、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、制御手段として用いられるコントローラ２８０により制御される。

図２には、処理炉２０２が示されている。
処理炉２０２の周辺には、加熱装置（加熱手段）として用いられるヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７の内側に、ウエハ２００を処理する反応容器として用いられる反応管２０３が設けられ、反応管２０３の下端開口は蓋体として用いられるシールキャップ２１９により、気密部材として用いられる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、及びシールキャップ２１９により、ウエハ２００を収納する処理室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。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には、処理室２０１内のガスを排出する排出部として用いられるガス排気管２３１が設けられている。ガス排気管２３１には、第８の開閉装置（開閉手段）として用いられる第８のバルブ２４３ｈと、排気装置（排気手段）として用いられる真空ポンプ２４６が取り付けられていて、真空ポンプ２４６によって、処理室２０１内が真空排気されるようになっている。バルブ２４３ｈは、内部に有する弁の開閉により、処理室２０１内の真空排気を行わせ、また真空排気を停止させるために用いられる。また、バルブ２４３ｈ内の開閉弁の弁開度を調整することによって処理室２０１内の圧力調整をすることが可能であり、第８のバルブ２４３ｈは、処理室２０１内の圧力を調整する圧力調整手段としても用いられている。

ボート２１７は、処理室２０１の略中央部に配置されている。また、ボート２１７には、図示を省略するボートエレベータ機構が取り付けられていて、このボートエレベータによって、ボート２１７は反応管２０３内出入りすることができるようになっている。また、ボート２１７には、ボート２１７を回転させる回転装置（回転手段）として用いられるボート回転機構２６７が取り付けられている。ボート回転機構２６７を用いてボート２１７を回転させることで、ボート２１７に支持されたウエハ２００が処理室２０１内で回転し、ウエハ２００の処理が均一なものとなる。

処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスが供給される。処理室２０１へ供給される２種類の処理ガスは、第１の元素であるＯ（酸素）を含む第１のガスであるＯ３（オゾンガス）と、第２の元素であるＳｉ（珪素）を含む第２のガスとして用いられるＴＤＭＡＳ（ （（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３、トリスジメチルアミノシラン）ガスである。Ｏ３は、反応管２０３内に設けられた第１のノズル２４９によって処理室２０１内に供給され、ＴＤＭＡＳは、反応管２０３内に設けられた第２のノズル２５０によって処理室２０１内に供給される。
第１のノズル２４９は、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向にそって配置されており、第１の処理ガスを供給する複数の供給孔２４９ａが形成されている。また、第１のノズル２４９には、第１の処理ガス供給管３００が接続されている。

第２のノズル２５０は、例えば第１のノズル２４９と隣接するように、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００に積載方向にそって配置されており、第２の処理ガスを供給する複数の供給孔２５０ａが形成されている。第２のノズル２５０には、第２のガス供給管３０２が接続されている。

第１の処理ガス供給管３００には、上流側から順に、オゾン発生装置（オゾン発生手段）として用いられるオゾナイザ２９０と、第１の流量制御装置（第１の流量制御手段）として用いられる第１のマスフローコントローラ２４１ａと、第１の開閉装置（第1の開閉手段）として用いられる第１のバルブ２４３ａとが設けられていて、オゾナイザ２９０で発生したＯ３が、第１のマスフローコントローラ２４１ａ、及び第１のバルブ２４３ａを介して、第１のノズル２４９に供給される。また、第１の処理ガス供給管３００の、第１のバルブ２４３ａと処理室２０１との間の位置には、第１のキャリアガス供給管３０６が接続されている。

第１のキャリアガス供給管３０６には、上流側から順に第２の流量制御装置（第２の流量制御手段）として用いられる第２のマスフローコントローラ２４１ｂと、第２の開閉装置（第２の開閉手段）として用いられる第２のバルブ２４３ｂとが設けられていて、第２のマスフローコントローラ２４１ｂと第２のバルブ２４３ｂとを介して、処理室２０１内に、例えば、パージガスとして用いられるＮ２（窒素）ガスが供給される。

第２の処理ガス供給管３０２には、上流側から順に第３の流量制御装置（流量制御装置）として用いられる第３のマスフローコントローラ２４１ｃと、第３の開閉装置（第３の開閉手段）として用いられる第３のバルブ２４３ｃと、第４の開閉装置（第４の開閉手段）として用いられる第４のバルブ２４３ｃとが設けられている。また、第３のバルブ２４３ｃを覆うように、液体を気化させる気化手段として用いられる気化器２９４が設けられていて、液体のＴＤＭＡＳが、第３のマスフローコントローラ２４１ｃを介して気化器２９４に供給され、気化器２９４で気化され、第４のバルブ２４３ｄを介して第２のノズル２５０に供給される。

また、第２の処理ガス供給管３０２の第３のバルブ２４３ｃと第４のバルブ２４３ｄとの間の位置には、第２のキャリアガス供給管３０８が接続されている。第２のキャリアガス供給管３０８には、上流側から順に第４の流量制御装置（流量制御手段）として用いられる第４のマスフローコントローラ２４１ｄと、第５の開閉装置（開閉手段）として用いられる第５のバルブ２４３ｅとが設けられていて、Ｎ２ガスが、第４のマスフローコントローラ２４１ｄと第５のバルブ２４３ｅとを介して第２の処理ガス供給管３０２に供給される。

また、第２の処理ガス供給管３０２の第３のバルブ２４３ｃと第４のバルブ２４３ｄとの間の位置であって、第２のキャリアガス供給管３０８が接続された位置よりも下流側位置には、ベント管３１２が接続されている。ベント管３１２には、第６の開閉装置（開閉手段）として用いられる第６のバルブ２４３ｆが設けられていて、第６のバルブ２４３ｆが設けられた位置よりも下流側が、ガス排気管２３１に接続されている。ベント管３１２は、例えば気化器２９４の動作開始直後の気化される量が安定していないＴＤＭＡＳガスの排気に用いられる。

また、第２の処理ガス供給管３０２の第４のバルブ２４３ｄが設けられた位置よりも下流側には、第３のキャリアガス供給管３１０が接続されている。第３のキャリアガス供給管３１０には、上流側から順に第５の流量制御装置（流量制御手段）として用いられる第５のマスフローコントローラ２４１ｅと、第７の開閉装置（開閉手段）として用いられる第７のバルブ２４３ｇとが設けられていて、Ｎ２ガスが第５のマスフローコントローラ２４１ｅと第７のバルブ２４３ｇとを介して第２の処理ガス供給管３０２に供給される。

基板処理装置１では、第１〜第５のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４２ｄ、２４２ｅ、第１〜８のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｈ、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は、コントローラ２８０に接続されていて、第１〜第５のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４２ｄ、２４２ｅの流量調整、第１〜８のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｈ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、及びボート昇降機構の昇降動作制御がコントローラ２８０によって行われる。

ここで、第１のノズル２４９の構造について説明する。図３は従来の構造である。外径の太いノズル４０１を外径の細いノズル４０２の先端にノズル接合部５０１で接合している。外径の太いノズル４０１に第１の処理ガスを供給する複数の供給孔２４９ａが形成されているため、処理室２０１へ第１の処理ガスを均一に供給することが出来る。

図４、図５は、それぞれ本発明に係る第１のノズル２４９の側面図、正面図の一例である。本発明では、外径の細いノズル４０２に補強部材４１１を設けることにより、ノズルの強度を向上させる。

また、図６は本発明に係る第１のノズル２４９の別の形態の正面図の一例である。本発明では、補強部材４１１の代わりに外径の細いノズル４０２に三角補強部材４２１を設ける。
尚、第２のノズル２５０についても第１のノズル２５０と同様の構造なので、詳細な説明は省く。

補強部材４１１、三角補強部材４２１は絶縁体から構成され、例えば、石英からなる。

以上のように構成された基板処理装置１では、ＡＬＤ法による成膜がなされ、半導体デバイスの製造工程の一つとして、第１の処理ガスとして用いられるＯ３と、第２の処理ガスとして用いられるＴＤＭＡＳとで、ＳｉＯ２（二酸化珪素）膜の成膜がなされる。ここで、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法とは、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。
ＡＬＤ法ではＴＤＭＡＳと、Ｏ３とを用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、膜厚制御は、処理ガス供給のサイクル数で制御し、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。

成膜に先立ち、まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。そして、搬入後、次の６つのステップを順次実行する。

（ステップ１）
最初のステップであるステップ１は６秒間なされ、ＴＤＭＡSの流量が１(ｇ／ｍｉｎ)に安定するまでの間、ＴＤＭＡSは処理室２０１内へは供給されず、ベント管３１２とガス排気管２３１と介して、基板処理装置１外に排出される。また、処理室２０１内が、第１のキャリアガス供給管３０６を介して供給されるＮ２ガスと、第２のキャリアガス供給管３０８とを介して供給されるＮ２ガスとによってパージされる。このステップ１では、コントローラ２８０は、第２のバルブ２４３ｂ、第３のバルブ２４３ｃ、第５のバルブ２４３ｅ、第６のバルブ２４３ｆ、第７のバルブ２４３ｇ、及び第８のバルブ２４３ｈを、開いた状態となるように制御する。

（ステップ２）
次のステップ２は１秒間なされ、コントローラ２８０によって第８のバルブ２４３ｈが閉じられる。この際、第２のバルブ２４３ｂ、第３のバルブ２４３ｃ、第５のバルブ２４３ｅ、第６のバルブ２４３ｆ、及び第７のバルブ２４３ｇは、開かれた状態が保たれる。

（ステップ３）
次のステップ３は８秒間なされ、処理室２０１内に１(ｇ／ｍｉｎ)のＴＤＭＡＳが第２の処理ガス供給管３０２から供給される。この際、処理室２０１内の圧力は、３Ｔｏｒｒに制御される。このステップ３においては、ＴＤＭＡＳガスが逆流することを防止するために、第１のキャリアガス供給管３０６から、第１の処理ガス供給管３００を介して、処理室２０１内へとＮ２ガスを流すことが望ましい。このステップ３では、コントローラ２８０は、第２のバルブ２４３ｂ、第３のバルブ２４３ｃ、第４のバルブ２４３ｄ、第５のバルブ２４３ｅ、及び第７のバルブ２４３ｇを開いた状態となるように制御する。

（ステップ４）
次のステップ４は７秒間なされ、第２の処理ガス供給管３０２から処理室２０１内へのＴＤＭＡＳガスの供給が停止されるとともに、処理室２０１と第２の処理ガス供給管３０２内とに残留したＴＤＭＡＳガスが、第１のキャリアガス供給管３０６から供給されるＮ２ガスと、第２のキャリアガス供給管３０８とによって供給されるＮ２ガスとによってパージされる。このステップ４では、コントローラ２８０は、第２のバルブ２４３ｂ、第５のバルブ２４３ｅ、第６のバルブ２４３ｆ、第７のバルブ２４３ｇ、及び第８のバルブ２４３ｈを開いた状態となるように制御する。

（ステップ５）
次のステップ５は３０秒間なされ、第１の処理ガス供給管３００から処理室２０１内に６．５（ｓｌｍ）でＯ３が供給される。この際、Ｏ３が第２の処理ガス供給管３０２内に逆流することを防止するため、第３のキャリアガス供給管３１０からのＮ２ガスを、第２の処理ガス供給管３０２に供給することが望ましい。この第５のステップでは、コントローラ２８０は、第１のバルブ２４３ａ、第５のバルブ２４３ｅ、第６のバルブ２４３ｆ、第７のバルブ２４３ｇ、及び第８のバルブ２４３ｈを開いた状態となるように制御する。

（ステップ６）
次のステップ６は３秒間なされ、第１の処理ガス供給管３００からのＯ３ガスの供給が停止され、処理室２０１内に残留したＯ３ガスと、第１の処理ガス供給管３００内に残留したＯ３ガスとが、第１のキャリアガス供給管３０６から供給されたＮ２ガスによってパージされる。この第６のステップでは、コントローラ２８０は、第２のバルブ２４３ｂ、第５のバルブ２４３ｅ、第６のバルブ２４３ｆ、第７のバルブ２４３ｇ、及び第８にバルブ２４３ｈを開いた状態となるように制御する。

以上で説明をしたステップ１〜６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ＳｉＯ２膜を成膜する。

以上のように、本発明は、例えば、複数の基板を互いにそれぞれ間隔をあけて積層した状態で複数の基板に成膜等の処理を行う縦型基板処理炉を備える基板処理装置等に利用することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略を示す斜視図である。 本発明の実施形態に用いられる処理炉を示す概略断面図である。 従来のガスノズルを示す図である。 本発明の実施形態に係るガスノズルの一例を示す側面図である。 図４の正面図である。 本発明の実施形態に係るガスノズルの別の一例を示す正面図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２３１ ガス排気管
２４１ マスフローコントローラ
２４３ バルブ
２４６ 真空ポンプ
２４９ 第１のノズル
２５０ 第２のノズル
３００ 第１の処理ガス供給管
３０２ 第２の処理ガス供給管
４０１ 外径の太いノズル
４０２ 外径の細いノズル
４１１ 補強部材
４２１ 三角補強部材
５０１ ノズル接合部

Claims (1)

1. 基板を積層載置して収容する処理室と、
   前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するガスノズルと、
   前記処理室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、前記処理室内に処理ガスを導入する複数のガス供給口を有する第１のノズル部と、前記第１のノズル部より外径が細い第２のノズル部とを有し、
   第１のノズル部及び前記第２のノズル部はノズル接合部にて、前記第１のノズル部が処理ガスの流れの下流側となるよう互いに接合され、
   前記第２のノズル部の外周に前記ノズル接合部を補強する補強部材を設けることを特徴とする基板処理装置。
   
   
   

Images