JP2010126784A

JP2010126784A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2010126784A
Application number: JP2008304367A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Umemoto; 衛梅本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】副生成物の付着を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハを収容する処理室と、ウエハを加熱するヒータと、処理室の下部を形成するインレットフランジ１０と、インレットフランジ１０の第一ポート１２に設置されたガス供給管、棒状電極と、インレットフランジ１０の第二ポート１３に設置されたガス排気管と、を備えている基板処理装置において、インレットフランジ１０に金属成形ヒータ２０を設け、第一ポート１２および第二ポート１３にカートリッジヒータ３０を設ける。金属成形ヒータ２０およびカートリッジヒータ３０により、インレットフランジ１０、第一ポート１２周辺および第二ポート１３周辺を加熱することができるので、副生成物の発生を抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜や半導体膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法においてウエハに成膜する基板処理装置として、ウエハを収容する処理室と、ウエハを加熱するヒータと、処理室の下部に連通し処理室内に処理ガスを供給するガス供給管と、処理室の下部に連通し処理室内を排気する排気管と、を備えており、処理室をヒータによって加熱し、処理室内を排気しつつ処理室内に処理ガスを供給することにより、ウエハ上に成膜するものがある。例えば、特許文献１参照。

特開２００６−１９０７７０号公報

しかしながら、前述した基板処理装置においては、低温領域（１５０℃以下）においてウエハに成膜すると、ヒータ加熱可能範囲外である処理室下部領域の温度が低下し、副生成物が付着する場合があるという問題点があった。
付着した副生成物はパーティクルの発生原因になるために、メンテナンス作業の頻度が上がり、基板処理装置の稼働率低下の一因になってしまう。

本発明の目的は、副生成物の付着を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する第一加熱手段と、
前記処理室の下部に連通し、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給管と、
前記処理室の下部に連通し、前記処理室内を排気する排気管と、
前記処理室の下部、前記ガス供給管における前記処理室側の所定部位および前記排気管における前記処理室側の所定部位を加熱する第二加熱手段を、備えることを特徴とする基板処理装置。

この基板処理装置によれば、副生成物の付着を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法における成膜工程を実施する半導体製造装置として構成されている。
なお、以下の説明では、基板処理装置としてウエハに酸化、拡散処理やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ) 処理等を行う縦型の装置（以下、基板処理装置という）を適用した場合について説明する。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る基板処理装置１００においては、シリコン等からなるウエハ（被処理基板）２００を収納したウエハキャリアとしてフープ（基板収容器。以下、ポッドという）１１０が用いられる。
基板処理装置１００の筐体１１１の正面壁の正面前方部にはメンテナンス可能な開口部として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、１０４がそれぞれ建て付けられている。
筐体１１１の正面壁にはポッド搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（基板収容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０を載置して位置合わせするように構成されている。ポッド１１０はロードポート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、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１１６と、支柱１１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板（基板収容器載置台）１１７とを備えており、複数枚の棚板１１７はポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。
筐体１１１内において、ロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと、搬送機構としてのポッド搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されている。ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ（基板収容器蓋体開閉機構）１２１との間でポッド１１０を搬送する。

筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０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、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、ポッド１１０のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構（蓋体着脱機構）１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転または直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、で構成されている。

図１に模式的に示されているように、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧性の筐体１１１の右側端部とサブ筐体１１９の移載室１２４の前方領域右端部との間に設置されている。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（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部とし、ツイーザ１２５ｃによりボート（基板保持具）２１７へのウエハ２００の装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）を実施する。

移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機室１２６が構成されている。待機室１２６の上方には処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。

図１に模式的に示すように、筐体１１１の右側端部とサブ筐体１１９の待機室１２６の右端部との間には、ボート２１７を昇降させるボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。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エレベータアーム１２８にはシールキャップ１２９が水平に据え付けられている。
シールキャップ１２９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下部を開閉する蓋体として構成されている。ボート２１７には後述するように複数本の保持部材２１７ａが設けられている。シールキャップ１２９はボートエレベータ１１５のエレベータアーム１２８に支持されている。

図１に模式的に示すように、移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側およびボートエレベータ１１５側と反対側である左側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されている。ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウエハ２００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わせ装置が設置される。
クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置およびウエハ移載装置１２５ａ、待機室１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出される。

次に、以上の構成に係る基板処理装置の動作について説明する。
なお、以下の各構成の動きは、コントローラ１５０が制御する。
図１および図２に示すように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。
搬入されたポッド１１０は回転式ポッド棚１０５の指定された棚板１１７へポッド搬送装置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、棚板１１７から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接、ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。
この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３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、筐体１１１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。

載置台１２２に載置されたポッド１１０は、その開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、キャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。
ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド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、ノッチ合わせ装置に移載する。ノッチ合わせ装置にてウエハ２００が整合された後に、移載室１２４の後方にある待機室１２６へ搬送され、後述する授受装置に装填（チャージング）される。
ウエハ移載装置１２５ａは授受装置にウエハ２００を受け渡した後は、ポッド１１０に戻って次のウエハ２００を授受装置に装填する。

一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハ２００の授受装置への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１には、回転式ポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。

予め指定された枚数のウエハ２００が授受装置からボート２１７に授受される（後述する）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１２９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。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、ノッチ合わせ装置でのウエハ２００の整合工程を除き、概上述の逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

以下、処理炉２０２について説明する。
図３および図４に示されているように、処理炉２０２は加熱手段であるヒータ２０７を備えている。ヒータ２０７の内側には反応容器として反応管２０３が設けられており、反応管２０３は基板であるウエハ２００を処理する処理室２０１を形成する。
反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ１２９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。ヒータ２０７、反応管２０３およびシールキャップ１２９は処理室２０１が形成している。
シールキャップ１２９には基板保持手段であるボート２１７が石英キャップ２１８を介して立設されており、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。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。
第一ガス供給管２３２ａからは反応ガスが、流量制御手段である第一マスフローコントローラ２４１ａおよび開閉弁である第一バルブ２４３ａを介し、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に供給される。
第二ガス供給管２３２ｂからは反応ガスが、流量制御手段である第二マスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第二バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７および開閉弁である第三バルブ２４３ｃを介し、ガス供給部２４９を介して処理室２０１に供給される。

処理室２０１は排気手段である真空ポンプ２４６に、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第四バルブ２４３ｄを介して接続され、真空排気されるようになっている。
なお、第四バルブ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、さらに、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、ガス分散空間であるバッファ室２３７が反応管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設けられており、バッファ室２３７のウエハ２００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一ガス供給孔２４８ａが設けられている。第一ガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。第一ガス供給孔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、かつ、同じ開口ピッチで設けられている。

バッファ室２３７の第一ガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が反応管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。ノズル２３３にはガスを供給する供給孔である第二ガス供給孔２４８ｂが複数個設けられている。第二ガス供給孔２４８ｂ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よいが、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よい。

本実施形態においては、第二ガス供給孔２４８ｂ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。このように構成することにより、各第二ガス供給孔２４８ｂ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バッファ室２３７に噴出させている。
そして、バッファ室２３７内において、各第二ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、第一ガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出させている。よって、各第二ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第一ガス供給孔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第一電極である第一棒状電極２６９および第二電極である第二棒状電極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、第一棒状電極２６９または第二棒状電極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、第一棒状電極２６９および第二棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。

電極保護管２７５は、第一棒状電極２６９および第二棒状電極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。電極保護管２７５の内部が外気（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第一棒状電極２６９および第二棒状電極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の内部は窒素等の不活性ガスを充填またはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第一棒状電極２６９または第二棒状電極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、第一ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁には、ガス供給部２４９が設けられている。ガス供給部２４９は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）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。

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第三ガス供給孔２４８ｃを有しており、下部には第二ガス供給管２３２ｂが接続されている。

第三ガス供給孔２４８ｃの開口面積は、ガス供給部２４９内と処理室２０１と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よいが、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よい。
本実施形態においては、第三ガス供給孔２４８ｃ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。

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が設けられており、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２８０は、第一、第二マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第一〜第四バルブ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、第一、第二マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第一〜第三バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第四バルブ２４３ｄの開閉および圧力調整動作、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、高周波電源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、ＩＣの製造工程の一つであるジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、以下、ＤＣＳという）およびアンモニア（ＮＨ₃）ガスを用いて窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を成膜する例で説明する。

ＣＶＤ法の一つである、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。
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ膜形成の場合ＡＬＤ法では、ＤＣＳとＮＨ₃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。
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には、処理を２０サイクル行う。

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。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、第一ガス供給管２３２ａに設けた第一バルブ２４３ａおよびガス排気管２３１に設けた第四バルブ２４３ｄを共に開けて、第一ガス供給管２３２ａから第一マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ₃ガスを、ノズル２３３の第二ガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第一棒状電極２６９および第二棒状電極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、第四バルブ２４３ｄを適正に調整して、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲内の所定の圧力、例えば５０Ｐａに維持する。
第一マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ₃の供給流量は、１〜１０ｓｌｍの範囲内の所定の流量、例えば５ｓｌｍで供給される。
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℃の範囲内の所定の温度、例えば３００℃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、第二ガス供給管２３２ｂの上流側の第二バルブ２４３ｂを開け、下流側の第三バルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより、第二、第三バルブ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（化学吸着）する。

（ステップ２）
ステップ２では、第一ガス供給管２３２ａの第一バルブ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第二バルブ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の第四バルブ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、残留ＮＨ₃を排除する効果がさらに高まる。
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の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１００ｌ（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の第四バルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第二ガス供給管２３２ｂの下流側の第三バルブ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の第四バルブ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℃の範囲内の所定の温度で維持される。
ＤＣＳの供給により、ウエハ２００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、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
成膜後、第三バルブ２４３ｃを閉じ、第四バルブ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。この時には、Ｎ₂等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、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さらに高まる。
また、第二バルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。

以上のステップ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、ガスはウエハ２００の表面部分に化学吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力およ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、本実施の形態では、第四バルブ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、本実施の形態では、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し、かつ、処理室２０１を排気しているので、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。

以下、本発明の特徴点であるインレットフランジを、図５以降について説明する。
なお、図３においては、インレットフランジの図示は省略されている。

図５に示されているように、インレットフランジ１０は本体部１１を備えている。本体部１１には第一ガス供給管２３２ａおよび電極保護管２７５と第二ガス供給管２３２ｂとを取り付けるためのポート（以下、第一ポートという）１２が一対開設されており、一対の第一ポート１２と１２との間にガス排気管２３１を取り付けるためのポート（以下、第二ポートという）１３が開設されている。

インレットフランジ１０の外周には金属成形ヒータ２０が装着されている。金属成形ヒータ２０は一対の第一ポート１２、１２および第二ポート１３の領域を除いたインレットフランジ１０全体を覆っている。一対の第一ポート１２、１２および第二ポート１３には、カートリッジヒータ３０がそれぞれ設置されている。これら金属成形ヒータ２０およびカートリッジヒータ３０は第二加熱手段を構成している。

図６は金属成形ヒータの一実施形態を示している。
図６（ａ）に示されているように、金属成形ヒータ２０はヒータ部であるステンレス箔２１を一対のポリイミドフィルム２２、２２で挟んだ構造になっている。
図６（ｂ）に示されているように、このサンドイッチ構造の金属成形ヒータ２０を短冊形状に形成するとともに、両端部に一対の切欠部２３、２３をそれぞれ形成し、インレットフランジ１０に巻き付けることにより、金属成形ヒータ２０をインレットフランジ１０に装着することができる。
図６に示されているように、ステンレス箔２１を一対のポリイミドフィルム２２、２２で挟んだ構造の金属成形ヒータ２０は、加工が容易で様々なインレットフランジ１０の形状に対応することができる。
この構造の金属成形ヒータ２０は、従来の布ヒータと比較して、非常に密着性が良好であり、かつまた、熱伝導の効率が高いため、効率良くインレットフランジ１０を加熱することができる。

図７（ａ）は第一ポート１２を加熱するためのカートリッジヒータ（以下、第一カートリッジヒータという）３１の一実施形態を示している。
第一カートリッジヒータ３１は上下で一対のアルミブロック３２、３２を備えている。一対のアルミブロック３２、３２はアルミニウム材料が使用されて上下対称形の直方体形状にそれぞれ形成されており、合わせ面には半円形溝形状の逃げ部３３が複数形成されている。逃げ部３３の条数は、取り付けるべき第一ガス供給管２３２ａ、電極保護管２７５および第二ガス供給管２３２ｂ等に対応している。
一対の逃げ部３３、３３で第一ガス供給管２３２ａ、電極保護管２７５および第二ガス供給管２３２ｂ等を上下から挟み込むことにより、一対のアルミブロック３２、３２は第一ポート１２に設置することができる。
一対のアルミブロック３２、３２にはヒータカートリッジ（図示せず）を挿入するための一対の挿入穴３４、３４が長手方向に延在するようにそれぞれ形成されている。一対の挿入穴３４、３４にはヒータカートリッジがそれぞれ挿入される。
第一カートリッジヒータ３１を第一ポート１２に設置することにより、従来技術では加熱不可能であった第一ポート１２を加熱することができる。したがって、第一ポート１２付近への副生成物の付着を未然に防止することができる。

図７（ｂ）は第二ポート１３を加熱するためのカートリッジヒータ（以下、第二カートリッジヒータという）３５の一実施形態を示している。
第二カートリッジヒータ３５は上下で一対のアルミブロック３６、３６を備えている。一対のアルミブロック３６、３６はアルミニウム材料が使用されて上下対称形の直方体形状にそれぞれ形成されており、合わせ面には半円形溝形状の逃げ部３７、３７がそれぞれ形成されている。逃げ部３７の形状は取り付けるガス排気管２３１に対応している。
一対の逃げ部３７、３７でガス排気管２３１を上下から挟み込むことにより、一対のアルミブロック３６、３６は第二ポート１３に設置することができる。
一対のアルミブロック３６、３６にはヒータカートリッジ（図示せず）を挿入するための一対の挿入穴３８、３８が長手方向に延在するようにそれぞれ形成されている。一対の挿入穴３８、３８にはヒータカートリッジがそれぞれ挿入される。
第二カートリッジヒータ３５を第二ポート１３に設置することにより、従来技術では加熱不可能であった第二ポート１３を加熱することができる。したがって、第二ポート１３付近への副生成物の付着を未然に防止することができる。

次に、温度制御を行う機構について詳述する。
図５に示されているように、インレットフランジ１０には、金属成形ヒータ２０を制御するための温度センサ（以下、フランジ用ＴＣという）４１と、カートリッジヒータ３０を制御するための温度センサ（以下、ポート用ＴＣという）４２とが設置されている。
フランジ用ＴＣ４１はインレットフランジ１０の側壁に配置されている。この位置にフランジ用ＴＣ４１を配置することにより、インレットフランジ１０の温度制御を行ないたい箇所の温度とほぼ同程度の値を測定することができる。

金属成形ヒータ２０およびカートリッジヒータ３０の温度制御方法を詳述する。
金属成形ヒータ２０が２個、第一カートリッジヒータ３１が２個、第二カートリッジヒータ３５が１個、フランジ用ＴＣ４１が２個、ポート用ＴＣ４２が１個、温度制御部（図示せず）が１個の場合を例示する。
温度制御部は、インレットフランジ１０内に埋め込まれた２個のフランジ用ＴＣ４１および１個のポート用ＴＣ４２の測定値を読み取り、インレットフランジ１０を一定の温度に保つように制御する。この制御により、従来は非加熱エリアであった第一ポート１２周辺および第二ポート１３周辺を加熱する。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 処理室下部、ガス供給管および排気管付近を加熱する金属成形ヒータ、第一カートリッジヒータおよび第二カートリッジヒータを設けることにより、従来は非加熱エリアであった処理室下部、第一ポート周辺および第二ポート周辺を加熱することができるので、副生成物の付着を抑制することができる。

2) フランジ用ＴＣをインレットフランジに埋め込むことにより、スカベンジャーのエアフローの影響を抑制することができるので、インレットフランジの温度分布の均一性を向上させることができる。

3) インレットフランジの温度を一定かつ均一な状態に保つことにより、副生成物の付着を防止することができるので、副生成物を起因とするパーティクルの発生を未然に防止することができ、膜質等の処理状況を一定に維持することができる。

4) 副生成物の付着を防止することにより、メンテナンス作業の頻度を低減することができるので、基板処理装置の稼働率を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

前記実施の形態ではＡＬＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

成膜する膜種はＳｉＮ膜に限らず、他の絶縁膜や金属膜および半導体膜等々であってもよい。
また、処理は成膜に限らず、酸化や拡散、アニール等々であってもよい。

前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

本発明の好ましい態様を付記する。
（１）基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する第一加熱手段と、
前記処理室の下部に連通し、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給管と、
前記処理室の下部に連通し、前記処理室内を排気する排気管と、
前記処理室の下部、前記ガス供給管における前記処理室側の所定部位および前記排気管における前記処理室側の所定部位を加熱する第二加熱手段を、備えることを特徴とする基板処理装置。
（２）制御部と、前記処理室下部における所定部位および前記排気管にそれぞれ配置された温度センサとを備えており、前記制御部は前記温度センサを制御して、前記第二加熱手段を一定の温度となるように制御することを特徴とする前記（１）の基板処理装置。
（３）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系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
制御部と、を備え、
前記処理室下部にノズルおよび排気ポートを備え、
前記処理室下部と前記ノズルおよび前記排気ポート周辺に対する加熱手段を有する、
基板処理装置。

本発明の一実施の形態である基板処理装置を示す一部省略斜視図である。その主要部を示す縦断面図である。処理炉を示す縦断面図である。同じく横断面図である。本発明の一実施形態に係るインレットフランジを示す平面図である。金属成形ヒータの一実施形態を示しており、（ａ）は詳細図、（ｂ）は斜視図である。（ａ）は第一カートリッジヒータの一実施形態を示す分解斜視図、（ｂ）は第二カートリッジヒータを示す分解斜視図である。

符号の説明

１０インレットフランジ
１１本体部
１２第一ポート
１３第二ポート
２０金属成形ヒータ
２１ステンレス箔
２２ポリイミドフィルム
２３切欠部
３０カートリッジヒータ
３１第一カートリッジヒータ
３２アルミブロック
３３逃げ部
３４挿入穴
３５第二カートリッジヒータ
３６アルミブロック
３７逃げ部
３８挿入穴
４１フランジ用ＴＣ
４２ポート用ＴＣ

Claims

基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する第一加熱手段と、
前記処理室の下部に連通し、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給管と、
前記処理室の下部に連通し、前記処理室内を排気する排気管と、
前記処理室の下部、前記ガス供給管における前記処理室側の所定部位および前記排気管における前記処理室側の所定部位を加熱する第二加熱手段を、備えることを特徴とする基板処理装置。