JP2020150053A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法、プログラム - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法、プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】回転型装置において熱膨張の影響を低減する。【解決手段】基板を処理する処理室を有する金属製の容器と、前記容器内で回転可能に設けられ、上面には複数の凹部が円周状に配される基板載置プレートと、前記複数の凹部に載置された基板を加熱する加熱部と、前記加熱部と前記容器との間に設けた熱減衰部と、前記処理室に、ガスを供給するガス供給部と、前記基板載置プレートを回転させる支持部とを有する技術。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法、プログラムに関する。
半導体基板を処理する装置として、複数の基板を回転トレー上に周方向に配置し、その基板載置部を回転させて二種類のガスを順番に複数の基板に供給する回転型装置（特許文献１参照）が知られている。ガスを供給する際は、加熱部によって基板が加熱されている。
特開２０１３−８４８９８
回転型装置では、例えば３００ｍｍの基板が処理される。３００ｍｍの基板を周方向に配するため、装置自体が大きくなる。そのため、装置の容器を構成する材質としては、加工容易な金属が用いられる。また、３００ｍｍ基板を周方向に配すると重量がかさむ為、それに耐えられるよう、回転トレーは金属で支持されている。
基板を処理する際には加熱処理が為される。その際、装置の容器や回転トレーを支持する支持部等は金属で構成されるため、熱が蓄積し、熱膨張してしまう。これにより、部品の位置ずれ等が発生してしまう恐れがある。
本開示は、上記課題を解決するものであり、回転型装置において熱膨張の影響を低減する技術を提供することを目的とする。
基板を処理する処理室を有する金属製の容器と、前記容器内で回転可能に設けられ、上面には複数の凹部が円周状に配される基板載置プレートと、前記複数の凹部に載置された基板を加熱する加熱部と、前記加熱部と前記容器との間に設けた熱減衰部と、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、前記基板載置プレートを回転させる支持部とを有する技術を提供する。
本開示に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、回転型装置において熱膨張の影響を低減できる。
本開示の実施形態に係る基板処理装置が備えるリアクタの横断面概略図である。 本開示の実施形態に係る基板処理装置が備えるリアクタの縦断面概略図であり、図１に示すリアクタのＡ−Ａ’線断面図である。 本開示の実施形態に係る基板支持機構を説明する説明図である。 金属の吸収率を説明する説明図である。 本開示の実施形態に熱減衰部を説明する説明図である。 本開示の実施形態に係る原料ガス供給部を説明する説明図である。 本開示の実施形態に係る反応ガス供給部を説明する説明図である。 本開示の実施形態に係る第一不活性ガス供給部を説明する説明図である。 本開示の実施形態に係る第二不活性ガス供給部を説明する説明図である。 本開示の実施形態に係るコントローラを説明する説明図である。 本開示の実施形態に係る基板処理工程を説明するフロー図である。 本開示の実施形態に係る基板処理工程を説明するフロー図である。
以下に、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る処理炉としてのリアクタの構成について、主に図１から図１０を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置としてのリアクタ２００の横断面概略図である。図２は、本実施形態に係るリアクタ２００の縦断面概略図であり、図１に示すリアクタのＡ−Ａ’線断面図である。なお、Ａ−Ａ’線は、Ａから容器２０３の中心を通ってＡ’に向かう線である。
図３は基板支持機構を説明する説明図である。図４から図５は熱減衰部を説明する説明図である。図６から図９はガス供給系を説明する説明図である。図１０はコントローラを説明する図である。
リアクタ２００の具体的構成を説明する。
図１および図２に示されているように、リアクタ２００は、円筒状の気密容器である容器２０３を備えている。そのため、装置の容器を構成する材質としては、加工容易な金属が用いられる。また、３００ｍｍ基板を周方向に配すると重量がかさむ為、それに耐えられるよう、回転トレーは金属で支持されている。例えば、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミ合金等で構成されている。容器２０３内には、基板Ｓを処理する処理室２０１が構成されている。容器２０３にはゲートバルブ２０５が接続されており、ゲートバルブ２０５を介して基板Ｓが搬入出される。
処理室２０１は、処理ガスを供給する処理領域２０６とパージガスを供給するパージ領域２０７を有する。ここでは処理領域２０６とパージ領域２０７は、円周状に交互に配される。例えば、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂおよび第２パージ領域２０７ｂの順に配される。後述するように、第１処理領域２０６ａ内には原料ガスが供給され、第２処理領域２０６ｂ内には反応ガスが供給され、また第１パージ領域２０７ａおよび第２パージ領域２０７ｂには不活性ガスが供給される。これにより、それぞれの領域内に供給されるガスに応じて、基板Ｓに対して所定の処理が施される。
パージ領域２０７は、第1処理領域２０６ａと第２処理領域２０６ｂとを空間的に切り分ける領域である。パージ領域２０７の天井２０８は処理領域２０６の天井２０９よりも低くなるよう構成されている。第1パージ領域２０７ａには天井２０８ａが設けられ、第２パージ領域２０７ｂには天井２０８ｂが設けられる。各天井を低くすることで、パージ領域２０７の空間の圧力を高くする。この空間にパージガスを供給することで、隣り合う処理領域２０６を区画している。なお、パージガスは基板Ｓ上の余分なガスを除去する役割も有する。
容器２０３の中央には、例えば容器２０３の中心に回転軸を有し、回転自在に構成される基板載置プレート２１７が設けられている。基板載置プレート２１７は、基板Ｓへの金属汚染の影響が無いように、例えば、石英、カーボンまたはＳｉＣ等の材料で形成されている。
基板載置プレート２１７は、容器２０３内に、複数枚（例えば６枚）の基板Ｓを同一面上に、且つ回転方向に沿って同一円周上に並べて支持するよう構成される。ここでいう「同一面」とは、完全な同一面に限られるものではなく、基板載置プレート２１７を上面から見たときに、複数枚の基板Ｓが互いに重ならないように並べられていればよい。
基板載置プレート２１７表面における基板Ｓの支持位置には、凹部２１７ｂが設けられている。処理する基板Ｓの枚数と同数の凹部２１７ｂが基板載置プレート２１７の中心から同心円上の位置に互いに等間隔（例えば６０°の間隔）で配置されている。なお、図１においては、説明の便宜上図示を省略している。
それぞれの凹部２１７ｂは、例えば基板載置プレート２１７の上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状である。凹部２１７ｂの直径は基板Ｓの直径よりもわずかに大きくなるように構成することが好ましい。この凹部２１７ｂの底には基板載置面が設けられており、凹部内に基板Ｓを載置することにより、基板Ｓを基板載置面に載置できる。各凹部２１７ｂには、後述するピン２１９が貫通する貫通孔２１７ａが複数設けられている。
容器２０３のうち、基板載置プレート２１７下方であってゲートバルブ２０５と向かい合う箇所には、図３に記載の基板保持機構２１８が設けられている。基板保持機構２１８は、基板Ｓの搬入・搬出時に、基板Ｓを突き上げて、基板Ｓの裏面を支持するピン２１９を複数有する。ピン２１９は延伸可能な構成であって、例えば基板保持機構２１８本体に収納可能である。基板Ｓを移載する際には、ピン２１９が延伸され貫通孔２１７ａを貫通すると共に、基板Ｓを保持する。その後、ピン２１９の先端が下方に移動することで、基板Ｓは凹部２１７ｂに載置される。基板保持機構２１８は、例えば容器２０３に固定する。基板保持機構２１８は、基板載置時にピン２１９を孔２１７ａに挿入可能な構成であればよく、後述する内周凸部２８２や外周凸部２８３に固定してもよい。
基板載置プレート２１７はコア部２２１に固定される。コア部２２１は基板載置プレート２１７の中心に設けられ、基板載置プレート２１７を固定する役割を有する。基板載置プレート２１７を支持する構造であることから、重量に耐えられるよう金属が用いられる。コア部２２１の下方にはシャフト２２２が配される。シャフト２２２はコア部２２１を支持する。
シャフト２２２の下方は、容器２０２の底部に設けられた孔２２３を貫通し、容器２０３外で気密可能な容器２０４で覆われている。また、シャフト２２２の下端は回転部２２４に接続される。回転部２２４は回転軸やモータ等を搭載し、後述するコントローラ３００の指示によって基板載置プレート２１７を回転可能に構成される。
コア部２２１を覆うように石英カバー２２５が設けられる。すなわち、石英カバー２２５はコア部２２１と処理室２０１との間に設けられている。石英カバー２２５は、空間を介してコア部２２１を覆うよう構成される。石英カバー２２５のうち、コア部２２１側には熱減衰部２２６がコーティングされる。石英カバー２２５は基板Ｓへの金属汚染の影響が無いように、例えば、石英やＳｉＣ等の材料で形成されている。熱減衰部２２６の詳細は後述する。コア部２２１、シャフト２２２、回転部２２４、石英カバー２２５をまとめて支持部と呼ぶ。
基板載置プレート２１７の下方には、加熱部としてのヒータ２８０を内包するヒータユニット２８１が配される。ヒータ２８０は、基板載置プレート２１７に載置した各基板Ｓを加熱する。ヒータ２８０は、容器２０３の形状に沿って円周状に構成される。
ヒータユニット２８１は、容器２０３の底部上であって、容器２０３の中心側に設けられた内周凸部２８２と、ヒータ２８０よちも外周側に配される外周凸部２８３と、ヒータ２８０とで主に構成される。内周凸部２８２、ヒータ２８０、外周凸部２８３は、同心円状に配される。内周凸部２８２と外周凸部２８３の間には空間２８４が形成される。ヒータ２８０は空間２８４に配される。内周凸部２８２、外周凸部２８３は容器２０３に固定されるものでもあるので、容器２０３の一部として考えてもよい。
ここでは円周状のヒータ２８０と説明したが、基板Ｓを加熱できればそれに限るものではなく、複数分割した構造としてもよい。
内周凸部２８２の上部であってヒータ２８０側にはフランジ２８２ａが形成される。窓２８５はフランジ２８２ａと外周凸部２８３の上面で支持される。窓２８５はヒータ２８０から発生する熱を透過する材質であり、例えば石英で構成される。窓２８５は後述する排気構造２８６の上部２８６ａと内周凸部２８２によって挟まれることで固定される。その際、窓２８５と内周凸部２８２との間、窓２８５と上部２８６ａとの間に空間を設ける。空間を設ける理由は後述する。
ヒータ２８０には、ヒータ制御部２８７が接続される。ヒータ２８０は後述するコントローラ３００に電気的に接続され、コントローラ３００の指示によってヒータ２８０への電力供給を制御し、温度制御を行う。
容器２０３の底部には、空間２８４と連通する不活性ガス供給管２７５が設けられる。不活性ガス供給管２７５は後述する不活性ガス供給部２７０に接続される。不活性ガス供給部２７０から供給された不活性ガスは、不活性ガス供給管２７５を介して空間２８４に供給される。空間２８４を不活性ガス雰囲気とすることで、処理ガスが窓２８５付近の隙間等から侵入することを防ぐ。
外周凸部２８３の外周面と容器２０３の内周面との間には、金属製の排気構造２８６が配される。排気構造２８６は、排気溝２８８と排気バッファ空間２８９を有する。排気溝２８８、排気バッファ空間２８９は、容器２０３の形状に沿って円周状に構成される。
排気構造２８６のうち外周凸部２８３と接触しない箇所を上部２８６ａと呼ぶ。前述のように、上部２８６ａは、内周凸部２８２と共に窓２８５を固定する。
本実施形態のような回転型基板処理装置においては、基板Ｓの高さと排気口とを同じ高さにするか、あるいは高さを近づけることが望ましい。仮に排気口の高さが低い場合、基板載置プレートの端部でガスの乱流が発生する恐れがある。これに対して、同じ高さとするか、あるいは高さを近づけることで、排気口側の基板エッジにおいても乱流が発生しないようにする。
本実施形態においては排気構造２８６の上端を基板載置プレート２１７と同じ高さとしている。この場合、図２のように上部２８６ａが窓２８５からはみ出す部分が発生するため、パーティクル拡散防止の観点から、その部分には石英カバー２９０を設ける。仮に石英カバー２９０が無い場合、上部２８６ａにガスが接触して上部２８６ａが腐食し、処理室２０１内にパーティクルを発生させる恐れがある。石英カバー２９０と上部２８６ａとの間には空間２９９を設ける。空間２９９を設ける理由は後述する。ここで、石英カバー２９０は第一のカバー、もしくは第一の石英カバーとも呼ぶ。また、前述の石英カバー２２５は第二のカバー、もしくは第二の石英カバーとも呼ぶ。
排気構造２８６の底には、排気口２９１、排気口２９２が設けられる。排気口２９１は処理空間２０６ａに供給される原料ガスと、その上流から供給されるパージガスを主に排気する。排気口２９２は処理空間２０６ｂに供給される反応ガスと、その上流から供給されるパージガスを主に排気する。各ガスは排気溝２８８、排気バッファ空間２８９を介して排気口２９１、排気口２９２から排気される。
ところで、ここまでで説明したように、リアクタ２００は、容器２０３や凸状部材等の金属製部品と、基板載置プレート２１７や窓２８５等の非金属部材で主に構成されている。非金属部材とは、パーティクルが発生しにくく、高温条件でも耐えられる素材であり、例えば石英やＳｉＣ、セラミックである。
金属の熱膨張係数は、例えば石英のような非金属部材に比べて著しく大きい。そのため、所定温度に加熱された場合、石英は伸びずに金属のみ延びるという現象が発生する。本実施形態のような装置では、石英部品と金属部品との間でずれが発生してパーティクル等が発生する恐れがある。
具体的には、窓２８５近辺の構造では、内周凸部２８２、外周凸状部材２８３の熱膨張により窓２８５に接触する恐れがある。コア部２２１近辺においては、コア部２２１の熱膨張により基板載置プレート２１７がずれてしまい、基板Ｓを載置する際にピン２１９と貫通孔２１７ａが接触してしまう恐れがある。これらの接触等によりパーティクルが発生する。
このように、石英部品と金属部品とが混在する装置においては、熱膨張差によって種々の問題が発生する。そこで本実施形態では、石英と金属のように熱膨張係数が大きく異なる部材が隣り合う部分において、金属部品の熱膨張を抑制するよう熱減衰部を設ける。
次に、熱減衰部の詳細を説明する。
本実施形態では、コア部２２１の周囲に設けられた熱減衰部２２６、ヒータユニット２８１に設けられた熱減衰部２９３、２９５、２９６、窓２８５に設けられた熱減衰部２９７、石英カバー２９０に設けられた熱減衰部２９８が設けられる。
続いて、図４、図５を用いて熱減衰部の性質を説明する。
各熱減衰部は、石英部品に対して石英の微粒子を表面にコーティングしたカバーとして構成される。石英ガラスの微粒子をカバーとして付着させることで、微粒子間で散乱すると共に、それが乱反射するので、特に熱の反射性能が高い。
石英微粒子のコーティングは、例えば厚みが２００μｍ程度の場合、波長１．０μｍから２μｍの電磁波に対して７０％から８０％を反射することが知られている。
図４は金属の波長に対する吸収率を示す図である。例えば、波長１．０μｍの電磁波に対しては、ステンレスの吸収率が０．３５である。また、波長１．６μｍの電磁波に対しては、アルミ合金の吸収率が０．４であり、ステンレスの吸収率が０．２から０．９である。
アルミ合金やステンレスは、多くの基板処理装置に用いられる材質であるが、これらの波長帯域では金属の吸収率が非常に高いことがわかる。
上記の反射率と図４の内容を照合して検討すると、アルミ合金やステンレスで吸収率の高い波長（例えば１．０から１．６μｍ）の電磁波に対しては、石英微粒子の反射率が非常に高いことがわかる。
図５は電磁波の反射状況を説明する説明図である。なお、石英４０１での電磁波の反射率は、説明の便宜上省略する。図５では、電磁波４０４、４１１が石英４０１、金属４０２に向けて照査されている。図５（ａ）においては石英微粒子で構成される熱減衰部４０３が、石英４０１のうち、金属４０２と対向する面にコーティングされている。金属４０２は、熱減衰部４０３が無い状態である。（ｂ）は石英４０１に熱減衰部がコーティングされていない状態である。
例えば波長１．０μｍの電磁波が照射された場合、図８（ａ）の構成では熱減衰部４０３が電磁波４０４を反射する。熱減衰部４０３の厚みが２００μｍ程度であれば、約８０％の電磁波４０７を反射する。したがって、金属に到達する電磁波４０５は約２０％まで減衰する。この熱減衰部４０１を透過した電磁波４０６により金属４０２は加熱される。
一方、（ｂ）のように熱減衰部４０３を有しない場合、石英４０１を透過した電磁波４１１は、一部が電磁波４１３として反射されるものの、ほとんど減衰されていない電磁波４１２は金属４０２に吸収される。このように、（ｂ）は（ａ）に比べて吸収されるエネルギーが著しく大きいため、（ａ）よりも金属の温度が高くなる。
本実施形態における各熱減衰部は、以上説明した石英微粒子コーティングを用いて、金属製部品への熱エネルギーを減衰する。
ところで、隣接する部品が金属の場合、熱膨張係数の違いから石英微粒子コーティングと金属の間でずれが発生し、それがパーティクルになる恐れがある。そこで、各熱減衰部は次のように構成される。
熱減衰部２２６は、石英カバー２２５の内側であって、ヒータ２８０側にコーティングされている。熱減衰部２２６によって、コア部２２１への熱エネルギーを減衰する。
また、コア部２２１とは空間を介して隣接している。石英カバー２２５は石英で構成されるので、石英微粒子で構成される熱減衰部２２６と熱膨張係数が等しい。また、コア部２２１と空間を介して隣接しているので、コア部２２１の熱膨張の影響を受けない。したがって、熱膨張係数の差によるコーティングの剥がれ等は発生しない。
また、熱減衰部２２６は石英カバー２２５の内側なので処理ガスが付着しない。したがって、処理ガスによる腐食やエッチング等によるパーティクルの発生も起きない。
このような構成によりコア部２２１への熱エネルギーを減衰させて熱膨張を抑制することで、回転プレート２１７に設けた孔２１７ａの位置が変わることを防ぐ。
熱減衰部２９３は容器２０３の底面にコーティングされ、熱減衰部２９５は内周凸部２８２の空間２８４側の面にコーティングされ、熱減衰部２９６は外周凸部２８３の空間２８４側の面にコーティングされている。
熱減衰部２９３、２９５、２９６を設けることで、ヒータ２８０から容器２０３の底面、内周凸部２８２、外周凸部２８３への熱エネルギーを減衰する。しかしながら、各熱減衰部は容器２０３等の金属部品と接触するため、長時間の加熱によって金属部品が加熱された場合、熱膨張差によってパーティクルが発生する可能性がある。これに対して本構造では、熱減衰部２９３はヒータユニット２８１の中に設けられ、窓２８５によって処理室２０１と隔離されるので、ヒータユニット２８１中でパーティクル等が発生したとしても、処理室２０１への拡散を抑制できる。
熱減衰部２９７は、窓２８５の外周面にコーティングされる。すなわち、処理室２０１とは基板載置プレート２１７を介して隔離された領域に設けられる。窓２８５の外周に設けることで、ヒータ２８０から上部２８６ａ、内側凸部２８２の凸部分への熱エネルギーを減衰する。窓２８５は石英部品であるので、熱減衰部２９７と熱膨張係数が等しい。
なお、上部２８６ａは空間２９９を介して隣接しているので、長時間の加熱によって上部２８６ａに熱が蓄積され、膨張したとしても、その影響を受けることがない。したがって、熱膨張係数の差によって接触する等して発生するコーティングの剥がれ等を抑制できる。仮に熱の影響等により熱減衰部２９７が劣化してパーティクルとなったとしても、処理室２０１と隔離して設けているので、処理室２０１への拡散を防ぐことができる。
熱減衰部２９８は、石英カバー２９０の外周に構成される。すなわち、処理室２０１との間に石英カバー２９０が設けられている。石英カバー２９０の外周に設けることで、ヒータ２８０から上部２８６ａへの熱エネルギーを減衰する。石英カバー２９０は石英部品であるので、熱減衰部２９７と熱膨張係数が等しい。また、上部２８６ａと空間２９９を介して隣接しているので、長時間の加熱によって上部２８６ａに熱が蓄積され、膨張したとしても、その影響を受けることがない。したがって、熱膨張係数の差によるコーティングの剥がれ等の発生を抑制できる。仮に熱の影響等により熱減衰部２９７が劣化してパーティクルとなったとしても、処理室２０１との間に石英カバー２９０が設けられているので、処理室２０１への拡散を防ぐことができる。
続いて図１、図６を用いて原料ガス供給部２４０を説明する。図１に記載のように、容器２０３の側方には容器２０３の中心方向に向かってノズル２４５が挿入される。ノズル２４５は第１処理領域２０６ａに配される。図１のＢは図６のＢと接続される。ノズル２４５には、ガス供給管２４１の下流端が接続されている。
ガス供給管２４１には、上流方向から順に、原料ガス供給源２４２、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３、及び開閉弁であるバルブ２４４が設けられている。
原料ガスは、ＭＦＣ２４３、バルブ２４４、ノズル２４５を介して、ガス供給管２４１から第１処理領域２０６ａ内に供給される。
ここでいう「原料ガス」とは、処理ガスの一つであり、薄膜形成の際の原料になるガスである。原料ガスは、薄膜を構成する元素として、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびタングステン（Ｗ）の少なくともいずれか一つを含む。
具体的には、本実施形態では、原料ガスは、例えば、ジクロロシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２）ガスである。原料ガスの原料が常温で気体である場合、ＭＦＣ２４３は気体用のマスフローコントローラである。
主に、ガス供給管２４１、ＭＦＣ２４３、バルブ２４４、ノズル２４５により、原料ガス供給部（第１ガス供給系、もしくは原料ガス供給部と呼んでもよい。）２４０が構成される。なお、原料ガス供給源２４２を原料ガス供給部２４０に含めて考えてもよい。
続いて図１、図７を用いて原料ガス供給部２５０を説明する。図１に記載のように、容器２０３の側方には容器２０３の中心方向に向かってノズル２５５が挿入される。ノズル２５５は第２処理領域２０６ｂに配される。図１のＣは図７のＣと接続される。
ノズル２５５には、ガス供給管２５１が接続されている。ガス供給管２５１には、上流方向から順に、反応ガス供給源２５２、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２５３、及び開閉弁であるバルブ２５４が設けられている。
反応ガスは、ＭＦＣ２５３、バルブ２５４、ノズル２５５を介して、反応ガス供給源２５２から第２処理領域２０６ｂ内に供給される。
ここでいう「反応ガス」とは、処理ガスの一つであり、基板Ｓ上に原料ガスによって形成された第１層と反応するガスである。反応ガスは、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、および酸素（Ｏ２）ガスの少なくともいずれか一つである。ここでは、反応ガスは、例えばアンモニアガスである。
主に、ガス供給管２５１、ＭＦＣ２５３、バルブ２５４、ノズル２５５により反応ガス供給部（第２ガス供給部）２５０が構成される。なお、反応ガス供給源２５２を反応ガス供給部２５０に含めて考えてもよい。
続いて図１、図８を用いて第１不活性ガス供給部２６０を説明する。図１に記載のように、容器２０３の側方には容器２０３の中心方向に向かってノズル２６５、ノズル２６６が挿入される。ノズル２６５は、第１パージ領域２０７ａに挿入されるノズルである。例えば、第１パージ領域２０７ａの天井２０８ａに固定される。ノズル２６６は、第１パージ領域２０７ｂに挿入されるノズルである。例えば、第１パージ領域２０７ｂの天井２０８ｂに固定される。
図１のＤは、図８のＤと接続される。ノズル２６５、ノズル２６６には、不活性ガス供給管２６１の下流端が接続されている。不活性ガス供給管２６１には、上流方向から順に、不活性ガス供給源２６２、ＭＦＣ２６３、及びバルブ２６４が設けられている。不活性ガスは、ＭＦＣ２６３、バルブ２６４、ノズル２６５及びノズル２６６を介して、不活性ガス供給管２６１から第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内にそれぞれ供給される。第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内に供給される不活性ガスは、パージガスとして作用する。
主に、不活性ガス供給管２６１、ＭＦＣ２６３、バルブ２６４、ノズル２６５、ノズル２６６により第１不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２６２を第１不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
続いて図２、図９を用いて第２不活性ガス供給部２７０を説明する。
図２のＥは図９のＥと接続される。不活性ガス供給管２７５には、不活性ガス供給管２７１の下流端が接続されている。不活性ガス供給管２７１には、上流方向から順に、不活性ガス供給源２７２、ＭＦＣ２７３、及びバルブ２７４が設けられている。不活性ガスは、ＭＦＣ２７３、バルブ２７４、不活性ガス供給管２７５を介して、不活性ガス供給管２７１から空間２８４、容器２０４に供給される。
容器２０４に供給された不活性ガスは、回転トレー２１７と窓２８５の間の空間を介して、排気溝２８８から排気される。このような構造とすることで、原料ガスや反応ガスが回転トレー２１７と窓２８５の間の空間に回り込むことを防ぐ。さらには、上部２８６ａの熱膨張により、上部２８６ａと熱減衰部２９７、熱減衰部２９８が接触してパーティクルを発生させたとしても、パーティクルを処理室２０１に侵入させることなく排気溝２８８から排気できる。
主に、不活性ガス供給管２７１、ＭＦＣ２７３、バルブ２７４、不活性ガス供給管２７５により第２不活性ガス供給部２７０が構成される。なお、不活性ガス供給源２７２を第２不活性ガス供給部２７０に含めて考えてもよい。
ここで「不活性ガス」は、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスの少なくともいずれか一つである。ここでは、不活性ガスは、例えばＮ２ガスである。
図１に示されているように、容器２０３には排気口２９１、排気口２９２が設けられる。排気口２９１は、処理領域２０６ａの回転方向下流側に設けられる。主に原料ガスと不活性ガスを排気する。
排気口２９１と連通するよう、排気部２３４の一部である排気管２３４ａが設けられる。排気管２３４ａには、開閉弁としてのバルブ２３４ｄ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２３４ｃを介して、真空排気装置としての真空ポンプ２３４ｂが接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。
排気管２３４ａ、バルブ２３４ｄ、ＡＰＣバルブ２３４ｃをまとめて排気部２３４と呼ぶ。なお、真空ポンプ２３４ｂを排気部２３４に含めてもよい。
また、図１、図２に示されているように、排気口２９２と連通するよう、排気部２３５が設けられる。排気口２９２は、処理領域２０６ｂの回転方向下流側に設けられる。主に反応ガスと不活性ガスを排気する。
排気口２９２と連通するよう、排気部２３５の一部である排気管２３５ａが設けられる。排気管２３５ａには、開閉弁としてのバルブ２３５ｄ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣバルブ２３５ｃを介して、真空排気装置としての真空ポンプ２３５ｂが接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。
排気管２３５ａ、バルブ２３５ｄ、ＡＰＣバルブ２３５ｃをまとめて排気部２３５と呼ぶ。なお、真空ポンプ２３５ｂを排気部２３５に含めてもよい。
リアクタ２００は、各部の動作を制御するコントローラ３００を有している。コントローラ３００は、図１０に記載のように、演算部（ＣＰＵ）３０１、一時記憶部３０２、記憶部３０３、送受信部３０４を少なくとも有する。コントローラ３００は、送受信部３０４を介して基板処理装置１０の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部３０３からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ３００は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）３１２を用意し、外部記憶装置３１２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすることにより、本実施形態に係るコントローラ３００を構成できる。また、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置３１２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置３２０から送受信部３１１を介して情報を受信し、外部記憶装置３１２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置３１３を用いて、コントローラ３００に指示をしても良い。
なお、記憶部３０３や外部記憶装置３１２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部３０３単体のみを含む場合、外部記憶装置３１２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
ＣＰＵ３０１は、記憶部３０３から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置３１３からの操作コマンドの入力等に応じて記憶部３０３からプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ３０１は、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、各部品を制御するように構成されている。
なお、コントローラ３００は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）３０３を用意し、係る外部記憶装置３１２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ３００を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置３１２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置３１２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部３０３や外部記憶装置３１２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部３０３単体のみを含む場合、外部記憶装置３１２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
次に、図１１および図１２を用い、第１実施形態に係る基板処理工程について説明する。図１１は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。図１２は、本実施形態に係る成膜工程を示すフロー図である。以下の説明において、基板処理装置１０のリアクタ２００の構成各部の動作は、コントローラ３００により制御される。
ここでは、原料ガスとしてＳｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスを用い、反応ガスとしてアンモニアガスを用い、基板Ｓ上に薄膜としてシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する例について説明する。
基板搬入・載置工程Ｓ１１０を説明する。リアクタ２００では、ピン２１９を上昇させて、基板載置プレート２１７の貫通孔２１７ａにピン２１９を貫通させる。その結果、ピン２１９が、基板載置プレート２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ２０５を開き、図示しない基板移載機を用いて、図３のようにピン２１９上に基板Ｓを載置する。載置後、ピン２１９を下降させ、凹部２１７ｂ上に基板Ｓを載置する。
そして、基板Ｓが載置されていない凹部２１７ｂがゲートバルブ２０５と向かい合うよう、基板載置プレート２１７を回転させる。その後、同様に凹部２１７ｂに基板を載置する。すべての凹部２１７ｂに基板Ｓが載置されるまで繰り返す。
凹部２１７ｂに基板Ｓを搬入したら、基板移載機をリアクタ２００の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて容器２０３内を密閉する。
なお、基板Ｓを処理室２０１内に搬入する際には、排気部２３４、２３５により処理室２０１内を排気しつつ、第一不活性ガス供給部２６０から処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給することが好ましい。これにより、処理室２０１内へのパーティクルの侵入や、基板Ｓ上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。真空ポンプ２３４ｂ、２３５ｂは、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ１７０）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
基板Ｓを基板載置プレート２１７に載置する際は、予めヒータ２８０に電力を供給し、基板Ｓの表面が所定の温度となるよう制御される。基板Ｓの温度は、例えば室温以上６５０℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。ヒータ２８０は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ１７０）が終了するまでの間は、常に通電させた状態とする。
それと並行して、第二不活性ガス供給部２７０から容器２０４、ヒータユニット２８１に不活性ガスが供給される。不活性ガスは、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ１７０）が終了するまでの間供給する。
基板載置プレート回転開始工程Ｓ１２０を説明する。基板Ｓが各凹部２１７ｂに載置されたら、回転部２２４は基板載置プレート２１７をＲ方向に回転するよう制御される。基板載置プレート２１７を回転させることにより、基板Ｓは、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂの順に移動する。
ガス供給開始工程Ｓ１３０を説明する。基板Ｓを加熱して所望とする温度に達し、基板載置プレート２１７が所望とする回転速度に到達したら、バルブ２４４を開けて第１処理領域２０６ａ内にＳｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスの供給を開始する。それと併行して、バルブ２５４を開けて第２処理領域２０６ｂ内にアンモニアガスを供給する。
このとき、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２４３を調整する。なお、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスの供給流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下である。
また、アンモニアガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２５３を調整する。なお、アンモニアガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。
なお、基板搬入・載置工程Ｓ１１０後、継続して、排気部２３４、２３５により処理室２０１内が排気されるとともに、第一不活性ガス供給部２６０から第１パージ領域２０７ａ内および第２パージ領域２０７ｂ内にパージガスとしてのＮ２ガスが供給されている。また、ＡＰＣバルブ２３４ｃ、ＡＰＣバルブ２３５ｃの弁開度を適正に調整することにより、処理室２０１内の圧力を所定の圧力とする。
成膜工程Ｓ１４０を説明する。ここでは成膜工程Ｓ１４０の基本的な流れについて説明し、詳細は後述する。成膜工程Ｓ１４０では、各基板Ｓは、第一処理領域２０６ａにてシリコン含有層が形成され、更に回転後の第二処理領域２０６ｂにて、シリコン含有層とアンモニアガスとが反応し、基板Ｓ上にシリコン窒化膜を形成する。所望の膜厚となるよう、基板載置部を所定回数回転させる。
ガス供給停止工程Ｓ１５０を説明する。所定回数回転させた後、バルブ２４４，２５４を閉じ、第１処理領域２０６ａへのＳｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスの供給、第２処理領域２０６ｂへのＮＨ３ガスの供給を停止する。
基板載置プレート回転停止工程Ｓ１６０を説明する。ガス供給停止Ｓ１５０の後、基板載置プレート２１７の回転を停止する。
基板搬出工程Ｓ１７０を説明する。ゲートバルブ２０５と対向する位置に基板Ｓを移動するよう基板載置プレートを回転させる。その後、基板搬入時と同様にピン２１９上に基板Ｓを支持させる。支持後ゲートバルブ２０５を開き、図示しない基板移載機を用いて基板Ｓを容器２０３の外へ搬出する。これを処理した基板Ｓの枚数分繰り返し、すべての基板Ｓを搬出する。搬出後、第一不活性ガス供給部２６０、第二不活性ガス供給部２７０による不活性ガスの供給を停止する。
続いて、図１２を用いて成膜工程Ｓ１４０の詳細を説明する。尚、第１処理領域２０６ａ通過工程Ｓ２１０から第２パージ領域通過工程Ｓ２４０までは、基板載置部２１７上に載置された複数の基板Ｓの内、一枚の基板Ｓを主として説明する。
図１２に示されているように、成膜工程Ｓ１４０では、基板載置プレート２１７の回転によって、複数の基板Ｓを、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、および第２パージ領域２０７ｂを順次通過させる。
第１処理領域通過Ｓ２１０を説明する。基板Ｓが第１処理領域２０６ａを通過する際に、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスが基板Ｓに供給される。このとき、第１処理領域２０６ａ内には反応ガスが無いため、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスは反応ガスと反応することなく、直接基板Ｓの表面に接触（付着）する。これにより、基板Ｓの表面には、第１層が形成される。
第１パージ領域通過Ｓ２２０を説明する。基板Ｓは、第１処理領域２０６ａを通過した後に、第１パージ領域２０７ａに移動する。基板Ｓが第１パージ領域２０７ａを通過するときに、第１処理領域２０６ａにおいて基板Ｓ上で強固な結合を形成できなかったＳｉ２Ｈ２Ｃｌ２の成分が、不活性ガスによって基板Ｓ上から除去される。
第２処理領域通過Ｓ２３０を説明する。基板Ｓは、第１パージ領域２０７ａを通過した後に第２処理領域２０６ｂに移動する。基板Ｓが第２処理領域２０６ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂでは、第１層が反応ガスとしてのアンモニアガスと反応する。これにより、基板Ｓの上には、少なくともSｉおよびＮを含む第２層が形成される。
第２パージ領域通過Ｓ２４０を説明する。基板Ｓは、第２処理領域２０６ｂを通過した後に、第２パージ領域２０７ｂに移動する。基板Ｓが第２パージ領域２０７ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｃにおいて基板Ｓ上の第３層から脱離したＨＣｌや、余剰となったＨ２ガス等が、不活性ガスによって基板Ｓ上から除去される。
このようにして、基板に対して、互いに反応する少なくとも２つの反応ガスを順番に供給する。以上の第１処理領域通過Ｓ２１０、第１パージ領域通過Ｓ２２０、第２処理領域通過Ｓ２３０、および第２パージ領域通過Ｓ２４０を１サイクルとする。
判定Ｓ２５０を説明する。コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、基板載置プレート２１７の回転数をカウントする。
上記１サイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ２５０でＮｏの場合）、さらに基板載置プレート２１７の回転を継続させて、第１処理領域通過Ｓ２１０、第１パージ領域通過Ｓ２２０、第２処理領域通過Ｓ２３０、第２パージ領域通過Ｓ２４０を有するサイクルを繰り返す。このように積層することにより薄膜を形成する。
上記１サイクルを所定回数実施したとき（Ｓ２５０でＹｅｓの場合）、成膜工程Ｓ１４０を終了する。このように、上記１サイクルを所定回数回実施することにより、積層した所定膜厚の薄膜が形成される。
なお、本実施形態においては、反応ガスとしてアンモニアガスを例にして説明したが、それに限るものではない。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明したが、本開示は上述の実施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変更可能である。
また、上述の実施形態では、原料ガスとしてＳｉ２Ｈ２Ｃｌ２ガスを用い、反応ガスとしてアンモニアガスを用い、基板Ｓ上に窒化膜としてＳｉＮ膜を形成する場合について説明したが、原料ガスとして、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、アミノシラン、ＴＳＡガスを用いてもよい。反応ガスとしてＯ２ガスを用い、酸化膜を形成してもよい。ＴａＮ、ＴｉＮなどのその他の窒化膜、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＳｉＯなどの酸化膜、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗなどのメタル膜を基板Ｓ上に形成してもよい。なお、ＴｉＮ膜またはＴｉＯ膜を形成する場合、原料ガスとしては、例えばテトラクロロチタン（ＴｉＣｌ４）等を用いることができる。
Ｓ：基板、
２００：リアクタ、
２０６ａ：第１処理領域、
２０６ｂ：第２処理領域、
２１７：基板載置プレート、
２８０：ヒータ、
２２６、２９３、２９５、２９６、２９７．２９８：熱減衰部、
３００：コントローラ（制御部）

Claims (6)

  1. 基板を処理する処理室を有する金属製の容器と、
    前記容器内で回転可能に設けられ、上面には複数の凹部が円周状に配される基板載置プレートと、
    前記複数の凹部に載置された基板を加熱する加熱部と、
    前記加熱部と前記容器との間に設けた熱減衰部と、
    前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
    前記基板載置プレートを回転させる支持部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記容器の底部には、前記処理室と雰囲気が隔離され、金属壁と石英製の窓と前記加熱部とで構成されるヒータユニットが設けられ、
    前記熱減衰部は、前記加熱部と前記金属壁との間に配される請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記容器の底部には、金属製の排気構造と、前記排気構造に隣接する第一のカバーとが設けられ、
    前記熱減衰部は前記第一のカバーのうち、前記排気構造と対向する側に設けられる請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記支持部は、
    前記基板載置プレートを固定する金属製のコア部と、
    前記コア部と前記処理室との間に配される第二のカバーとを有し、
    前記熱減衰部は前記第二のカバーに設けられると共に、前記コア部と空間を介して隣接するよう構成される請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 基板を金属製の容器に設けられた処理室に搬送する工程と、
    前記基板を、前記容器内で回転可能に設けられ、上面には複数の凹部が円周状に配される基板載置プレートに載置する工程と、
    前記基板載置プレートを回転させつつ、ガス供給部が前記処理室にガスを供給すると共に、
    加熱部から前記容器への熱エネルギーを前記容器と加熱部との間に設けた熱減衰部が減衰させつつ、前記加熱部が前記基板を加熱する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  6. 基板を金属製の容器に設けられた処理室に搬送する手順と、
    前記基板を、前記容器内で回転可能に設けられ、上面には複数の凹部が円周状に配される基板載置プレートに載置する手順と、
    前記基板載置プレートを回転させつつ、ガス供給部が前記処理室にガスを供給すると共に、
    加熱部から前記容器への熱エネルギーを前記容器と加熱部との間に設けた熱減衰部が減衰させつつ、前記加熱部が前記基板を加熱する手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。


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