JP2022050047A - ガス導入構造及び処理装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022050047000001
【課題】多段に配置される基板に均一にガスを供給できるガス導入構造及び処理装置を提供する。
【解決手段】トーナメントノズル１００は、略円筒形状の処理容器の長さ方向に延在して該処理容器１０内にガスを供給するガス導入構造であって、導入室１１１を区画する導入部１１０と、複数の吐出室１２１を区画し、複数の吐出室１２１ａ～１２１ｈの各々が処理容器内にガスを吐出する複数のガス孔１２２ａ～１２１ｈを含む吐出部１２０と、導入室１１１に接続すると共にトーナメント状に複数の吐出室の数に対応して分岐して複数の吐出室に接続する分岐室１３１、１３２あ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄを区画する分岐部１３０と、を有する。
【選択図】図４

Description

本開示は、ガス導入構造及び処理装置に関する。
円筒体状の処理容器の側壁内側に沿って鉛直方向に延設し、ウエハボートのウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って複数のガス吐出孔が形成されたガス分散ノズルを有する成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－１３５０４４号公報
本開示は、多段に配置される基板に均一にガスを供給できる技術を提供する。
本開示の一態様によるガス導入構造は、略円筒形状の処理容器の長さ方向に延在して該処理容器内にガスを供給するガス導入構造であって、導入室を区画する導入部と、複数の吐出室を区画する吐出部であり、前記複数の吐出室の各々が前記処理容器内にガスを吐出する複数のガス孔を含む吐出部と、前記導入室に接続すると共にトーナメント状に前記複数の吐出室の数に対応して分岐して前記複数の吐出室に接続する分岐室を区画する分岐部と、を有する。
本開示によれば、多段に配置される基板に均一にガスを供給できる。
実施形態の処理装置の一例を示す概略図 分散ノズルの一例を示す図 分散ノズルの高さ方向の位置と反応活性種の濃度との関係を示す図 トーナメントノズルの一例を示す図 トーナメントノズルの具体例を示す図 トーナメントノズルの具体例を示す図 トーナメントノズルの別の具体例を示す図 トーナメントノズルの別の具体例を示す図 トーナメントノズルの更に別の具体例を示す図 ＨＣＤガスの質量流量の分布を解析した結果を示す図 ＳｉＣｌ２のモル分率の分布を解析した結果を示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔処理装置〕
図１を参照し、実施形態の処理装置の一例について説明する。図１は、実施形態の処理装置の一例を示す概略図である。
処理装置１は、処理容器１０、ガス供給部３０、排気部５０、加熱部７０及び制御部９０を備える。
処理容器１０は、内管１１及び外管１２を含む。内管１１は、インナーチューブとも称され、下端が開放された有天井の略円筒形状に形成されている。内管１１は、天井部１１ａが例えば平坦に形成されている。外管１２は、アウターチューブとも称され、下端が開放されて内管１１の外側を覆う有天井の略円筒形状に形成されている。内管１１及び外管１２は、同軸状に配置されて二重管構造となっている。内管１１及び外管１２は、例えば石英等の耐熱材料により形成されている。
内管１１の一側には、その長さ方向（鉛直方向）に沿ってガスノズルを収容する収容部１３が形成されている。収容部１３は、内管１１の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部１４を形成し、凸部１４内を収容部１３として形成している。
収容部１３に対向させて内管１１の反対側の側壁には、その長さ方向（鉛直方向）に沿って矩形状の排気スリット１５が形成されている。排気スリット１５は、内管１１内のガスを排気する。排気スリット１５の長さは、後述するボート１６の長さと同じであるか、又は、ボート１６の長さよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されている。
処理容器１０は、ボート１６を収容する。ボート１６は、複数の基板を鉛直方向に間隔を有して略水平に保持する。基板は、例えば半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）であってよい。
処理容器１０の下端は、例えばステンレス鋼により形成される略円筒形状のマニホールド１７によって支持されている。マニホールド１７の上端にはフランジ１８が形成されており、フランジ１８上に外管１２の下端を設置して支持するようになっている。フランジ１８と外管１２の下端との間にはＯリング等のシール部材１９を介在させて外管１２内を気密状態にしている。
マニホールド１７の上部の内壁には、円環形状の支持部２０が設けられている。支持部２０は、内管１１の下端を支持する。マニホールド１７の下端の開口には、蓋体２１がＯリング等のシール部材２２を介して気密に取り付けられている。蓋体２１は、処理容器１０の下端の開口、即ち、マニホールド１７の開口を気密に塞ぐ。蓋体２１は、例えばステンレス鋼により形成されている。
蓋体２１の中央には、磁性流体シール２３を介してボート１６を回転可能に支持する回転軸２４が貫通させて設けられている。回転軸２４の下部は、ボートエレベータよりなる昇降機構２５のアーム２５ａに回転自在に支持されている。
回転軸２４の上端には回転プレート２６が設けられている。回転プレート２６上には、石英製の保温台２７を介してウエハＷを保持するボート１６が載置される。従って、昇降機構２５を昇降させることによって蓋体２１とボート１６とは一体として上下動し、ボート１６を処理容器１０内に対して挿脱できるようになっている。
ガス供給部３０は、トーナメントノズル１００及び分散ノズル３１を有する。トーナメントノズル１００及び分散ノズル３１は、内管１１の収容部１３内に周方向に沿って配置されている。
トーナメントノズル１００は、内管１１の長さ方向に延在して該内管１１内に原料ガスを吐出する。原料ガスは、例えばシリコン（Ｓｉ）や金属を含有するガスであってよい。トーナメントノズル１００の詳細については後述する。
分散ノズル３１は、内管１１内にその長さ方向に沿って設けられると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド１７を貫通するようにして支持されている。分散ノズル３１には、その長さ方向に沿って所定の間隔を空けて複数のガス孔３１ａが設けられている。複数のガス孔３１ａは、例えば内管１１の中心Ｃ側（ウエハＷ側）に配向する。
分散ノズル３１は、反応ガス、エッチングガス、パージガスを、複数のガス孔３１ａからウエハＷに向かって略水平に吐出する。反応ガスは、原料ガスと反応して反応生成物を生成するためのガスであり、例えば酸素又は窒素を含有するガスであってよい。エッチングガスは、各種の膜をエッチングするためのガスであり、例えばフッ素、塩素、臭素等のハロゲンを含有するガスであってよい。パージガスは、処理容器１０内に残留する原料ガスや反応ガスをパージするためのガスであり、例えば不活性ガスであってよい。
排気部５０は、内管１１内から排気スリット１５を介して排出され、内管１１と外管１２との間の空間Ｐ１を介してガス出口２８から排出されるガスを排気する。ガス出口２８は、マニホールド１７の上部の側壁であって、支持部２０の上方に形成されている。ガス出口２８には、排気通路５１が接続されている。排気通路５１には、圧力調整弁５２及び真空ポンプ５３が順次介設されて、処理容器１０内を排気できるようになっている。
加熱部７０は、外管１２の周囲に設けられている。加熱部７０は、例えばベースプレート（図示せず）上に設けられている。加熱部７０は、外管１２を覆うように略円筒形状を有する。加熱部７０は、例えば発熱体を含み、処理容器１０内のウエハＷを加熱する。
制御部９０は、処理装置１の各部の動作を制御する。制御部９０は、例えばコンピュータであってよい。処理装置１の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
〔ノズル〕
まず、図２を参照し、分散ノズルについて説明する。図２は、分散ノズルの一例を示す図である。図２において、矢印は、ガスの流れを示し、ガス流量が大きいほど太く示す。
バッチ式の縦型熱処理装置において、全てのウエハに均一に原料ガスを供給することを目的として、各ウエハに対応する位置に複数のガス孔を設けた分散ノズルが用いられている。例えば図２に示されるように、分散ノズルＮｄは垂直に伸びる管材であり、例えば石英により形成されている。分散ノズルＮｄの垂直部分には、ウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、複数のガス孔Ｈが形成されている。これにより、各ガス孔Ｈから水平方向に各ウエハの表面に向けて原料ガスを吐出できる。
しかしながら、分散ノズルＮｄでは、ガスの流れの上流側（分散ノズルＮｄの下部）から順に原料ガスが分配されてガスの流れの下流側（分散ノズルＮｄの上部）ほどガス流量が小さくなる。よって、経路長の違いのほかに、下流側ほど流速が遅くなる。経路長が短く流速が早い上流側に比べて、経路長が長く流速が遅い上流側では、原料ガスの滞留時間が長くなり、原料ガスの分解度合いが急激に高まる。そのため、ガスの流れの下流側では、反応活性種の濃度が高くなりやすい。
図３は、分散ノズルＮｄの高さ方向の位置と反応活性種の濃度との関係を示す図である。図３において、横軸は分散ノズルＮｄの高さ方向の位置を示し、縦軸は分散ノズルＮｄの内部の反応活性種の濃度を示す。図３に示されるように、分散ノズルＮｄから原料ガスを吐出すると、分散ノズルＮｄの上部ほど反応活性種の濃度が高くなる。分散ノズルＮｄの内径を小さくすると、分散ノズルＮｄの上部と下部との間の反応活性種の濃度の差が小さくなるが、分散ノズルＮｄの上部から下部までの全範囲において均一な反応活性種の濃度分布を形成することは困難である。
次に、図４を参照し、図１の処理装置１におけるトーナメントノズル１００について説明する。
トーナメントノズル１００は、原料ガス供給源（図示せず）から導入される原料ガスを内管１１内に供給する。トーナメントノズル１００は、導入部１１０、吐出部１２０及び分岐部１３０を含む。
導入部１１０は、導入室１１１を区画する。導入室１１１には、原料ガス供給源から原料ガスが導入される。
吐出部１２０は、８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈを区画する。８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈは、処理容器１０の長さ方向に沿ってこの順に配置されている。吐出室１２１ａには、内管１１内に原料ガスを吐出する複数のガス孔１２２ａが設けられている。複数のガス孔１２２ａは、処理容器１０の長さ方向に沿って間隔を有して配置されている。複数のガス孔１２２ａは、例えば内管１１の中心Ｃ側に配向し、吐出室１２１ａに導入された原料ガスをウエハＷに向けて吐出する。吐出室１２１ｂ～１２１ｈにも吐出室１２１ａと同様に、それぞれ複数のガス孔１２２ｂ～１２２ｈが設けられている。
分岐部１３０は、分岐室１３１、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄを区画する。分岐室１３１、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄは、導入室１１１に接続すると共にトーナメント状に８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈの数に対応して分岐して８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈに接続する。
分岐室１３１は、ガスの流れの上流側において導入室１１１と連通し、ガスの流れの下流側において分岐室１３２ａ、１３２ｂと連通しており、導入室１１１から導入される原料ガスを２つの分岐室１３２ａ、１３２ｂに分岐する。以下、分岐室１３１と導入室１１１とが連通する部分を連通部Ａ１と称し、分岐室１３１と分岐室１３２ａ、１３２ｂとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ２、Ａ３と称する。分岐室１３１は、連通部Ａ１から連通部Ａ２に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ１から連通部Ａ３に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ１を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３１に導入される原料ガスを、分岐室１３２ａと分岐室１３２ｂとに均等に分岐できる。
分岐室１３２ａは、ガスの流れの上流側において連通部Ａ２を介して分岐室１３１と連通し、ガスの流れの下流側において分岐室１３３ａ、１３３ｂと連通する。以下、分岐室１３２ａと分岐室１３３ａ、１３３ｂとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ４、Ａ５と称する。分岐室１３２ａは、連通部Ａ２から連通部Ａ４に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ２から連通部Ａ５に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ２を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３２ａに導入される原料ガスを、分岐室１３３ａと分岐室１３３ｂとに均等に分岐できる。
分岐室１３２ｂは、分岐室１３２ａの下方に位置する。分岐室１３２ｂは、ガスの流れの上流側において連通部Ａ３を介して分岐室１３１と連通し、ガスの流れの下流側において分岐室１３３ｃ、１３３ｄと連通する。以下、分岐室１３２ｂと分岐室１３３ｃ、１３３ｄとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ６、Ａ７と称する。分岐室１３２ｂは、連通部Ａ３から連通部Ａ６に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ３から連通部Ａ７に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ３を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３２ｂに導入される原料ガスを、分岐室１３３ｃと分岐室１３３ｄとに均等に分岐できる。
分岐室１３３ａは、ガスの流れの上流側において連通部Ａ４を介して分岐室１３２ａと連通し、ガスの流れの下流側において吐出室１２１ａ、１２１ｂと連通する。以下、分岐室１３３ａと吐出室１２１ａ、１２１ｂとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ８、Ａ９と称する。分岐室１３３ａは、連通部Ａ４から連通部Ａ８に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ４から連通部Ａ９に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ４を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３３ａに導入される原料ガスを、吐出室１２１ａと吐出室１２１ｂとに均等に分岐できる。
分岐室１３３ｂは、分岐室１３３ａの下方に位置する。分岐室１３３ｂは、ガスの流れの上流側において連通部Ａ５を介して分岐室１３２ａと連通し、ガスの流れの下流側において吐出室１２１ｃ、１２１ｄと連通する。以下、分岐室１３３ｂと吐出室１２１ｃ、１２１ｄとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ１０、Ａ１１と称する。分岐室１３３ｂは、連通部Ａ５から連通部Ａ１０に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ５から連通部Ａ１１に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ５を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３３ｂに導入される原料ガスを、吐出室１２１ｃと吐出室１２１ｄとに均等に分岐できる。
分岐室１３３ｃは、分岐室１３３ｂの下方に位置する。分岐室１３３ｃは、ガスの流れの上流側において連通部Ａ６を介して分岐室１３２ｂと連通し、ガスの流れの下流側において吐出室１２１ｅ、１２１ｆと連通する。以下、分岐室１３３ｃと吐出室１２１ｅ、１２１ｆとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ１２、Ａ１３と称する。分岐室１３３ｃは、連通部Ａ６から連通部Ａ１２に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ６から連通部Ａ１３に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ６を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３３ｃに導入される原料ガスを、吐出室１２１ｅと吐出室１２１ｆとに均等に分岐できる。
分岐室１３３ｄは、分岐室１３３ｃの下方に位置する。分岐室１３３ｄは、ガスの流れの上流側において連通部Ａ７を介して分岐室１３２ｂと連通し、ガスの流れの下流側において吐出室１２１ｇ、１２１ｈと連通する。以下、分岐室１３３ｄと吐出室１２１ｇ、１２１ｈとが連通する部分をそれぞれ連通部Ａ１４、Ａ１５と称する。分岐室１３３ｄは、連通部Ａ７から連通部Ａ１４に至る経路のコンダクタンスと連通部Ａ７から連通部Ａ１５に至る経路のコンダクタンスとが同じになるように形成されていることが好ましく、例えば連通部Ａ７を含む水平面に対して対称構造を有する。これにより、分岐室１３３ｄに導入される原料ガスを、吐出室１２１ｇと吐出室１２１ｈとに均等に分岐できる。
以上に説明したトーナメントノズル１００によれば、８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈに導入された時点での原料ガスは同じ経路を辿っているため、各吐出室１２１ａ～１２１ｈにおける原料ガスの質量流量及び分解度合いは均一となる。その結果、内管１１の長さ方向における原料ガスの質量流量及び分解度合いを均一にできる。
なお、図示の例では、導入室１１１に導入された原料ガスをトーナメント状に８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈに分岐する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、導入室１１１に導入された原料ガスをトーナメント状に１６個の吐出室に分岐してもよく、３２個の吐出室に分岐してもよい。このように、導入室１１１に導入された原料ガスをトーナメント状に２の累乗の数の吐出室に分岐してもよい。分岐する吐出室の数を大きくすることにより、複数の吐出室から吐出される原料ガスの質量流量及び分解度合いの均一性をより高めることができる。
また、トーナメントノズル１００においては、原料ガスの淀みの発生を抑制するという観点から、導入室１１１における連通部Ａ１よりも上方の空間の容積を極力小さくすることが好ましい。同様の観点から、分岐室１３１における連通部Ａ２よりも上方の空間、分岐室１３１における連通部Ａ３よりも下方の空間の容積を極力小さくすることが好ましい。また、同様に、分岐室１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄにおける端部（上方及び下方）の空間の容積を極力小さくすることが好ましい。
次に、図５及び図６を参照し、実施形態のトーナメントノズル１００の具体例について説明する。図５は、処理容器１０の横断面であり、トーナメントノズル１００を含む断面を示す。図６は、処理容器１０の周方向に沿った断面であり、トーナメントノズル１００を含む断面を示す。
トーナメントノズル１００は、内管１１の収容部１３内に設けられる。トーナメントノズル１００は、導入部１１０、吐出部１２０及び分岐部１３０を有する。
導入部１１０、分岐部１３０及び吐出部１２０は、内管１１の収容部１３内にこの順に周方向に沿って一列になるように配置されている。
導入部１１０は、板材１１５を内管１１の内壁に溶接することにより、導入室１１１を区画する。板材１１５は、耐熱性を有する材料、例えば石英により形成されている。導入室１１１は、下端が開口し、開口がガスノズル１１２の先端を覆うように形成されている。
吐出部１２０は、板材１２５を内管１１の内壁に溶接することにより、８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈを区画する。板材１２５は、例えば板材１１５と同じ材料により形成されている。複数のガス孔１２２ａ～１２２ｈは、処理容器１０の長さ方向に沿って間隔を有して配置されている。複数のガス孔１２２ａ～１２２ｈが設けられる高さ範囲は、例えばウエハ搭載領域ＡＷの高さ範囲と同じであってよい。複数のガス孔１２２ａ～１２２ｈは、例えば内管１１の中心Ｃと排気スリット１５の中心とを結ぶ直線Ｌ上に配置されている。
分岐部１３０は、板材１３５を内管１１の内壁及び板材１１５、１２５に溶接することにより、分岐室１３１、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄを区画する。板材１３５は、例えば板材１１５と同じ材料により形成されている。
以上に説明したように、実施形態のトーナメントノズル１００は、板材１１５、１２５、１３５を溶接することにより製造できる。
次に、図７及び図８を参照し、実施形態のトーナメントノズル１００の別の具体例について説明する。図８において、矢印は、ガスの流れを示す。
トーナメントノズル１００は、内管１１の収容部１３内に設けられる。トーナメントノズル１００は、導入部１１０、吐出部１２０及び分岐部１３０を有する。
吐出部１２０及び分岐部１３０は、導入部１１０の周囲に配置されている。
導入部１１０は、管材１１６により、導入室１１１を区画する。管材１１６は、耐熱性を有する材料、例えば石英により形成されている。
分岐部１３０は、管材１３６ａ～１３６ｃにより、分岐室１３１、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄを区画する。管材１３６ａは、内部に１つの空間を含み、該空間が分岐室１３１を構成する。管材１３６ｂは、内部にその長さ方向において分離された２つの空間を含み、該２つの空間が分岐室１３２ａ、１３２ｂを構成する。管材１３６ｃは、内部にその長さ方向において分離された４つの空間を含み、該４つの空間が分岐室１３３ａ～１３３ｄを構成する。管材１３６ａ～１３６ｃは、例えば管材１１６と同じ材料により形成されている。
管材１３６ａは、管材１１６と隣接して配置され、接続管１４１を介して管材１１６に溶接されている。接続管１４１は、連通部Ａ１として機能する。
管材１３６ｂは、管材１１６及び管材１３６ａと隣接して配置され、接続管１４２を介して管材１３６ａに溶接されている。接続管１４２は、連通部Ａ２、Ａ３として機能する。
管材１３６ｃは、管材１１６及び管材１３６ｂと隣接して配置され、接続管１４３を介して管材１３６ｂに溶接されている。接続管１４３は、連通部Ａ４～Ａ７として機能する。
吐出部１２０は、管材１２６により、８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈを区画する。管材１２６は、内部にその長さ方向において８つの分離された空間を含み、該８つの空間が吐出室１２１ａ～１２１ｈを構成する。管材１２６は、例えば管材１１６と同じ材料により形成されている。管材１２６は、管材１１６及び管材１３６ｃと隣接して配置され、接続管１４４を介して管材１３６ｃに溶接されている。接続管１４４は、連通部Ａ８～Ａ１５として機能する。
以上に説明したように、実施形態のトーナメントノズル１００は、管材１１６、１２６、１３６ａ～１３６ｃを溶接することにより製造できる。また、実施形態のトーナメントノズル１００は、管材１１６を中心として、管材１１６の周囲に管材１２６、１３６ａ～１３６ｃを設けているので、トーナメントノズル１００が占有するスペースを小さくできる。
次に、図９を参照し、実施形態のトーナメントノズル１００の更に別の具体例について説明する。図９において、矢印は、ガスの流れを示す。
トーナメントノズル１００は、内管１１の収容部１３内に設けられる。トーナメントノズル１００は、導入部１１０、吐出部１２０及び分岐部１３０を有する。
吐出部１２０及び分岐部１３０は、導入部１１０の周囲に配置されている。
導入部１１０、吐出部１２０及び分岐部１３０は、１本の管材１１７の内部を仕切材１１８で仕切ることにより、導入室１１１、吐出室１２１ａ～１２１ｈ及び分岐室１３１、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄを区画する。管材１１７及び仕切材１１８は、耐熱性を有する材料、例えば石英により形成されている。仕切材１１８には、貫通孔（図示せず）が形成され、該貫通孔が連通部Ａ１～Ａ１５として機能する。
以上に説明したように、実施形態のトーナメントノズル１００は、１本の管材１１７の内部を仕切材１１８で仕切ることにより製造できる。また、実施形態のトーナメントノズル１００は、１本の管材１１７の内部を仕切材１１８で仕切ることにより製造されるので、トーナメントノズル１００が占有するスペースを小さくできる。
〔処理方法〕
実施形態の処理方法の一例として、図１に示される処理装置１を用いて原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、ウエハＷにシリコン酸化膜を成膜する方法について説明する。
まず、制御部９０は、昇降機構２５を制御して、複数のウエハＷを保持したボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体２１により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ、密閉する。
続いて、制御部９０は、原料ガスを供給する工程Ｓ１、パージする工程Ｓ２、反応ガスを供給する工程Ｓ３及びパージする工程Ｓ４を含むサイクルを、予め定めた回数繰り返すことにより、複数のウエハＷに所望の膜厚を有するシリコン酸化膜を成膜する。
工程Ｓ１では、トーナメントノズル１００から処理容器１０内に原料ガスであるシリコン含有ガスを吐出することにより、複数のウエハＷにシリコン含有ガスを吸着させる。
工程Ｓ２では、ガス置換及び真空引きを繰り返すサイクルパージにより、処理容器１０内に残留するシリコン含有ガス等を排出する。ガス置換は、分散ノズル３１から処理容器１０内にパージガスを供給する動作である。真空引きは、真空ポンプ５３により処理容器１０内を排気する動作である。なお、ガス置換では、トーナメントノズル１００から処理容器１０内にパージガスを供給してもよい。
工程Ｓ３では、分散ノズル３１から処理容器１０内に反応ガスである酸化ガスを吐出することにより、酸化ガスにより複数のウエハＷに吸着したシリコン原料ガスを酸化させる。
工程Ｓ４では、ガス置換及び真空引きを繰り返すサイクルパージにより、処理容器１０内に残留する酸化ガス等を排出する。工程Ｓ４は、工程Ｓ２と同じであってよい。
工程Ｓ１～Ｓ４を含むＡＬＤサイクルが予め定めた回数繰り返された後、制御部９０は、昇降機構２５を制御して、ボート１６を処理容器１０内から搬出する。
実施形態の処理方法の別の一例として、図１に示される処理装置１を用いて化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により、ウエハＷにシリコン膜を成膜する方法について説明する。
まず、制御部９０は、昇降機構２５を制御して、複数のウエハＷを保持したボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体２１により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ、密閉する。
続いて、制御部９０は、トーナメントノズル１００から処理容器１０内に原料ガスであるシリコン含有ガスを吐出することにより、ウエハＷ上に所望の膜厚を有するシリコン膜を成膜する。
続いて、制御部９０は、昇降機構２５を制御して、ボート１６を処理容器１０内から搬出する。
以上に説明した実施形態によれば、内管１１内に原料ガスを吐出する際、トーナメントノズル１００からガスを吐出する。トーナメントノズル１００によれば、８つの吐出室１２１ａ～１２１ｈに導入された時点での原料ガスは同じ経路を辿っているため、各吐出室１２１ａ～１２１ｈにおける原料ガスの質量流量及び分解度合いは均一となる。そのため、内管１１の長さ方向における原料ガスの質量流量及び分解度合いを均一にできる。その結果、処理容器１０内に多段に収容された複数のウエハＷ間における膜厚の均一性（面間均一性）が向上する。
〔シミュレーション結果〕
実施形態のトーナメントノズル１００の効果を確認するために、トーナメントノズルから吐出される原料ガスの質量流量及びトーナメントノズル近傍の反応活性種のモル分率について、熱流体解析によるシミュレーションを実施した。なお、反応活性種の濃度分布を解析の対象としたのは、ウエハＷ上に成膜される所定の膜の膜厚は、原料ガスが熱分解して生成される反応活性種の濃度に起因することを考慮したことによる。
本シミュレーションでは、比較対象として、内径が１６ｍｍの分散ノズル及び内径が６．４ｍｍの分散ノズルについても、同様に熱流体解析によるシミュレーションを実施した。本シミュレーションでは、トーナメントノズルに対して導入する原料ガスの流量、内径が１６ｍｍの分散ノズルに対して導入する原料ガスの流量、及び内径が６．４ｍｍの分散ノズルに対して導入する原料ガスの流量を同じ流量に設定した。また、原料ガスとしては、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）ガスを用いる場合について解析した。
図１０は、ＨＣＤガスの質量流量の分布を解析した結果を示す図である。図１０において、横軸はガス孔の位置を示し、縦軸はＨＣＤガスの質量流量［ｋｇ／ｓ］を示す。また、図１０において、菱形印は内径が６．４ｍｍの分散ノズルの結果を示し、四角印は内径が１６ｍｍの分散ノズルの結果を示し、三角印は内径が６．４ｍｍのトーナメントノズルの結果を示す。
図１０に示されるように、トーナメントノズル及び内径が１６ｍｍの分散ノズルでは、ノズルの先端（上端）から基端（下端）までの全ての範囲において略同じ質量流量になっている。これに対し、内径が６．４ｍｍの分散ノズルでは、ノズルの先端から基端に向かうにつれて質量流量が大きくなっている。
図１１は、ＳｉＣｌ２のモル分率の分布を解析した結果を示す図である。図１１において、横軸はガス孔の位置を示し、縦軸はＳｉＣｌ２のモル分率を示す。また、図１１において、菱形印は内径が６．４ｍｍの分散ノズルの結果を示し、四角印は内径が１６ｍｍの分散ノズルの結果を示し、三角印は内径が６．４ｍｍのトーナメントノズルの結果を示す。
図１１に示されるように、トーナメントノズルでは、ノズルの先端から基端までの全ての範囲において、ＳｉＣｌ２のモル分率が０．０２５～０．０４の範囲に含まれていることから、ＨＣＤガスの分解度合いのバラツキが小さい。これに対し、内径が６．４ｍｍの分散ノズルでは、ノズルの先端のＳｉＣｌ２のモル分率は０．０３であり、ノズルの基端のＳｉＣｌ２のモル分率は０．００３であり、ノズルの先端から基端に向かうにつれてＳｉＣｌ２のモル分率が小さくなっている。また、内径が１６ｍｍの分散ノズルでは、ノズルの先端のＳｉＣｌ２のモル分率は０．５８であり、ノズルの基端側のＳｉＣｌ２のモル分率は０．１４であり、ノズルの先端から基端に向かうにつれてＳｉＣｌ２のモル分率が小さくなっている。
以上に説明した図１０及び図１１の結果から、トーナメントノズルを用いることにより、ノズルの先端から基端までの全ての範囲において、ＨＣＤガスの質量流量を均一にでき、かつ、ＨＣＤガスの分解度合いのバラツキを小さくできることが示された。これに対し、分散ノズルを用いる場合、内径を６．４ｍｍから１６ｍｍへと大きくすると、ＨＣＤガスの質量流量の均一性を高めることができるが、ＨＣＤガスの分解度合いのバラツキが大きくなることが示された。すなわち、分散ノズルを用いる場合、ＨＣＤガスの質量流量の均一性とＨＣＤガスの分解度合いのバラツキとがトレードオフの関係にあることが示された。
なお、上記の実施形態において、トーナメントノズル１００はガス導入構造の一例である。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、トーナメントノズルから原料ガスを供給する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、トーナメントノズルから反応ガス、エッチングガス、パージガスを供給するようにしてもよい。
上記の実施形態では、分散ノズルがＬ字管である場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、分散ノズルは、内管の側壁の内側において、内管の長さ方向に沿って延設し、下端がノズル支持部（図示せず）に挿入されて支持されるストレート管であってもよい。
上記の実施形態では、処理装置が処理容器の長さ方向に沿って配置した分散ノズルからガスを供給し、該分散ノズルと対向して配置した排気スリットからガスを排気する装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、処理装置はボートの長さ方向に沿って配置したガスノズルからガスを供給し、該ボートの上方又は下方に配置したガス出口からガスを排気する装置であってもよい。
上記の実施形態では、処理容器が内管及び外管を有する二重管構造の容器である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、処理容器は単管構造の容器であってもよい。
上記の実施形態では、処理装置が非プラズマ装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、処理装置は、容量結合型プラズマ装置、誘導結合型プラズマ装置等のプラズマ装置であってもよい。
１ 処理装置
１０ 処理容器
７０ 加熱部
１００ トーナメントノズル
１１０ 導入部
１１１ 導入室
１２０ 吐出部
１２１ａ～１２１ｈ 吐出室
１２２ａ～１２２ｈ ガス孔
１３０ 分岐部
１３１、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ～１３３ｄ 分岐室
Ｗ ウエハ

Claims (11)

  1. 略円筒形状の処理容器の長さ方向に延在して該処理容器内にガスを供給するガス導入構造であって、
    導入室を区画する導入部と、
    複数の吐出室を区画する吐出部であり、前記複数の吐出室の各々が前記処理容器内にガスを吐出する複数のガス孔を含む吐出部と、
    前記導入室に接続すると共にトーナメント状に前記複数の吐出室の数に対応して分岐して前記複数の吐出室に接続する分岐室を区画する分岐部と、
    を有する、ガス導入構造。
  2. 前記複数の吐出室は、前記処理容器の長さ方向に沿って配置されている、
    請求項１に記載のガス導入構造。
  3. 前記複数の吐出室の数は、２の累乗である、
    請求項１又は２に記載のガス導入構造。
  4. 前記複数のガス孔は、前記処理容器の長さ方向に沿って間隔を有して配置されている、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  5. 前記複数のガス孔は、前記処理容器の中心側に配向する、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  6. 前記分岐室は、前記導入室から前記複数の吐出室の各々までの経路のコンダクタンスが同じである、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  7. 前記導入部、前記分岐部及び前記吐出部は、前記処理容器の周方向に沿ってこの順に配置されている、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  8. 前記分岐部及び前記吐出部は、前記導入部の周囲に配置されている、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  9. 前記処理容器内には、複数の基板が前記処理容器の長さ方向に間隔を有して多段に収容される、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  10. 前記処理容器は、該処理容器の周囲に設けられる略円筒形状の加熱部により加熱される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のガス導入構造。
  11. 略円筒形状の処理容器と、
    前記処理容器の長さ方向に延在して該処理容器内にガスを供給するガス導入構造と、
    を備え、
    前記ガス導入構造は、
    導入室を区画する導入部と、
    複数の吐出室を区画する吐出部であり、前記複数の吐出室の各々が前記処理容器内にガスを吐出する複数のガス孔を含む吐出部と、
    前記導入室に接続すると共にトーナメント状に前記複数の吐出室の数に対応して分岐して前記複数の吐出室に接続する分岐室を区画する分岐部と、
    を有する、
    処理装置。
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