JP4566787B2

JP4566787B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4566787B2
Application number: JP2005053970A
Authority: JP
Inventors: 修司米満
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006237532A

Description

本発明は基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、Ｓｉ半導体デバイスを製造する際に用いられるＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜を行う基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。

まず、ＡＬＤ法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
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。

即ち、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（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ジクロルシラン）とＮＨ_３（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。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。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。）

このようなＡＬＤ法では、反応性ガスの少なくとも１種類を供給する際には、その反応性ガスの供給ラインの途中にガス溜を設けることが提案されている。

このようにガス溜を設けると、ガス溜に溜めた反応性ガスを一気に処理室に供給することができ、希望する一定量の反応性ガスを瞬間的に飽和吸着させることができるので、処理時間を短くできる。

しかしながら、この反応性ガスの供給ラインのガス溜より下流側から反応性ガスをパージして取り除こうとしても、ガス溜内を完全には置換・除去できず、そのまま長期成膜、又は長時間休止・放置した場合、ガス溜内に残留したガスはガス溜内に吸着し異常反応、または内部材質と反応、更にはメンテナンス等で配管を大気開放した場合その大気との反応で腐食するなどして異物発生の原因となっていた。

従って、本発明の主な目的は、基板処理用の反応性ガスの供給ラインの途中にガス溜を設けた基板処理装置のガス溜より下流側の反応性ガスを効率よく置換または処理できる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室に基板を処理する処理ガスを供給する第１のガス供給ライン及び前記第１のガス供給ラインに上流側から順に設けられた第１の流量制御手段、第１バルブ、第１のガス溜、第２のバルブを有する処理ガス供給手段と、
前記第１のガス溜の上流側で前記第１のガス供給ラインに接続され、不活性ガスを供給する第２のガス供給ライン及び前記第２のガス供給ラインに上流側から順に設けられた不活性ガス流量制御手段、第３のバルブ、第２ガス溜、第４バルブを有する第２のガス供給手段と、
前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記処理ガス供給手段、前記不活性ガス供給手段を制御し、前記処理室に前記第１のガス溜を介して前記処理ガスを供給した後、前記第２のガス溜を介して前記不活性ガスを前記第１のガス溜に供給して、前記ガス溜の内部に残留する前記処理ガスを置換する基板処理装置が提供される。
また、本発明によれば、
処理室に処理ガスを供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に接続された処理ガス供給ラインに設けられた第１のガス溜に所定量まで前記処理ガスを充填する処理ガス充填工程と、
基板が収容された前記処理室に、前記第１のガス溜に充填された前記処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
前記処理ガス供給ラインであって前記第１のガス溜の上流側に接続された不活性ガス供給ラインに設けられた第２のガス溜に所定量まで不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程と、
前記第１のガス溜に、前記第２のガス溜に充填された前記不活性ガスを供給して前記第１のガス溜に残留する処理ガスを置換する不活性ガス供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、基板処理用の反応性ガスの供給ラインの途中にガス溜を設けた基板処理装置のガス溜より下流側の反応性ガスを効率よく置換または処理できる基板処理装置および半導体装置の製造方法が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例においては、ガス溜が設けられた基板処理用の反応性ガスの供給ラインに、パージ用またはこの反応性ガス処理用のガスを供給するガス供給ラインを接続し、このガス供給ラインに別のガス溜を設けている。

そして、好ましい一実施例では、ガス溜の上流側で基板処理用の反応性ガスの供給ラインに、別のガス溜を設けたガス供給ラインを接続している。このようにすれば、基板処理用の反応性ガスの供給ラインのガス溜を別のガス溜を封じ込めたガスで一気に置換、または処理できる。

好ましくは、別のガス溜の容積を、基板処理用の反応性ガスの供給ラインのガス溜の容積と同じまたはそれ以上とする。

好ましい他の実施例では、ガス溜の下流側で基板処理用の反応性ガスの供給ラインに、別のガス溜を設けたガス供給ラインを接続している。

次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい一実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図２は、本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図であり、処理炉部分を横断面で示す。

加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として石英製の反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９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。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８はヒータ２０７の上方端を覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３、シールキャップ２１９および後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２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垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。

そして、処理炉２０２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。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。

２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂには、反応副生成物であるＮＨ_４Ｃｌの付着を防ぐために、１２０℃程度まで加熱できる配管ヒータ（図示せず。）を装着している。

ガス供給管２３２ｂには、ガス溜２４７の上流側であって、ガス溜２４７とバルブ２４３ｂとの間にガス供給管２３２ｃが接続されている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｃ、開閉弁であるバルブ２４３ｆ、ガス溜２５１、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅがこの順に設けられている。ガス溜２５１の容積は、ガス溜２４７の容積と同じまたはガス溜２４７の容積よりも大きい。ガス供給管２３２ｃからは、ガス供給管２３２ｂに、パージ用またはガス供給管２３２ｂから流すガスを安全且つ確実に処理するためのガスを供給する。

処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、このバルブ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、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。

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、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、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側の壁の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわた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。

そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部近傍には、ノズル２３３が、やはり反応管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。そしてノズル２３３にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。複数のガス供給孔２４８ｂは、ガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたってウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ａとをそれぞれ1対1で対応させて配置している。

また、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２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。

ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。

すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各ガス供給孔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棒状電極２６９及び棒状電極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、この棒状電極２６９又は棒状電極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、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。

この電極保護管２７５は、棒状電極２６９及び棒状電極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。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（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棒状電極２６９及び棒状電極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の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて棒状電極２６９又は棒状電極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、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、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ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。

このガス供給部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ガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。

ガス供給孔２４８ｃ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。

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鉛直方向に載置するボート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が設けてあり、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３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、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、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｈの開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、レギュレータ３０２の開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、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、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電極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、ＤＣＳ及びＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。

まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２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ＮＨ_３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。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ_３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９及び棒状電極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ＮＨ_３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。ＮＨ_３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、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ_３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ_３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の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ_３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ＮＨ_３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、ガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ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ＮＨ_３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、ＮＨ_３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ＮＨ_３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。

また、このＮＨ_３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に、ガス供給管２３２ｃの上流側のバルブ２４３ｆを開け、下流側のバルブ２４３ｅを閉めて、ガス溜２５１にＤＣＳと異なるガスを溜める。このＤＣＳと異なるガスとしては、Ｎ_２等の不活性ガス、あるいは平均自由工程の長いガス、例えばＡｒガス、Ｈｅ、さらにはガス供給管２３２ｂから流すＤＣＳを安全且つ確実に処理するためガスの場合などがある。

［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ_３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７および２５１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バルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。ガス溜め２５１に所定圧、所定量の不活性ガス等が溜まったら上流側のバルブ２４３ｆも閉めて、ガス溜め５２１に不活性ガス等を閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のバルブ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ＮＨ_３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ_３を排除する効果が高まる。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^−３ｍ^３／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の容積１００１（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のバルブ２４３ｃを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ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ＮＨ_３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ_３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。

成膜後、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。このとき、ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｅを開けて、ガス溜２５１に溜めていた不活性ガス等を、ガス溜２４７に一気に供給し、処理室２０１に一気に供給する。

その後、バルブ２４３ｃおよびバルブ２４３ｅを閉じバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。また、バルブ２４３ｆを開いてガス溜め２５１への不活性ガス等の供給を開始する。

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。

なお、ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。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、本実施例では、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、本実施例では、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ＮＨ_３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２０１の排気をしているので、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ＮＨ_３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ＮＨ_３とのみ有効に反応させることができる。

図３は、比較例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。この比較例では、ガス供給管２３２ｃには、マスフローコントローラ２４１ｃおよびバルブ２４３ｅのみを設け、ガス溜２５１およびバルブ２４３ｆは設けていない。この比較例では、ガス供給管２３２ｂのガス溜２４７を含む下流側に残留したガスをパージすることを目的としてガス供給系２３２ｃより不活性ガスを流す。しかしながら、この比較例では、ガス供給系２３２ｂを不活性ガスでパージしても、ガス溜２４７内部のコーナー部やよどみ部には十分な置換・処理ガスが行き渡らず、ガス溜２４７内のＤＣＳを完全には置換・除去できず、そのまま長期成膜、または長時間休止・放置した場合、ガス溜２４７内に残留したガスはガス溜２４７内に吸着し異常反応、または内部材質と反応、さらにはメンテナンス等で配管を大気開放した場合その大気との反応で腐食するなどして異物発生の原因となる。

ガス溜２４７内のＤＣＳを完全には置換・除去するには、置換・処理ガスの流量を上げるか、時間を延ばすことが考えられる。しかし、流量を上げることによって、反応室２０１内の圧力変動が発生し、新たな異物発生の問題が懸念される。また時間を延ばすことは生産性の悪化を招いてしまう。

これに対して、上述した好ましい一実施例では、ガス溜２５１に溜めていた不活性ガス等をガス溜２４７に一気に供給するので、ガス溜２４７内のＤＣＳを十分置換・除去できる。そして、ガス溜２５１の容積をガス溜２４７と同等或いはそれ以上の容積とすることで、置換・処理もより確実、短時間に処理できるようになる。さらにはガス溜２５１に不活性ガス等を、ガス溜２４７にＤＣＳを溜める前からまたはガス溜２４７にＤＣＳを溜めると同時に溜めることで比較例の置換・処理ガス流れ時間よりはるかに短縮することが可能となる。

このように、本実施例では、ウェーハ上にある原子を飽和吸着させることを目的として、短時間にガスを流す基板処理装置において、残留ガスの置換を効率よく実施、または反応性ガスを安全に処理し異物の発生を確実になくすことで、ガス溜を有する基板処理装置の異物発生の問題を解決することができる。

さらに、市場がますます強く要求している生産性向上、長期停止後の短時間での生産への移行なども確実に且つ簡略化した構造で提供できるようになる。

図４は、本発明の他の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。

この例では、ガス供給管２３２ｂには、ガス溜２４７の上流側であって、ガス溜２４７とバルブ２４３ｂとの間にガス供給管２３２ｃが接続され、バルブ２４３ｃの下流側にはガス供給管２３２ｄが接続されている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｃ及び開閉弁であるバルブ２４３ｅがこの順に設けられている。ガス供給管２３２ｄには、上流側から、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｄ、開閉弁であるバルブ２４３ｈ、ガス溜２５２、及び開閉弁であるバルブ２４３ｇがこの順に設けられている。ガス供給管２３２ｃからは、ガス供給管２３２ｂに、パージ用またはガス供給管２３２ｂから流すガスを安全且つ確実に処理するためのガスを供給する。ガス供給管２３２ｄは、ガス供給管２３２ａで使用するガス種によっては、ガス供給管２３２ｂに変えて単独で、またはガス供給管２３２ｂと併用して使用しても良い。

次に、図５、図６を参照して本発明の好ましい実施例の基板処理装置の概略を説明する。

筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、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、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が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共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筐体１０１の内部を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のウエハ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のボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート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の移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下側を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ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が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、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が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、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は上記した作動の逆の手順により、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。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。

本発明の好ましい一実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。比較例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。本発明の他の好ましい実施例に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。

符号の説明

１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２０８…断熱部材
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２２４…プラズマ生成領域
２３１…ガス排気管
２３２ａ…ガス供給管
２３２ｂ…ガス供給管
２３２ｃ…ガス供給管
２３２ｄ…ガス供給管
２３３…ノズル
２３７…バッファ室
２４１ａ…マスフローコントローラ
２４１ｂ…マスフローコントローラ
２４１ｃ…マスフローコントローラ
２４１ｄ…マスフローコントローラ
２４３ａ…バルブ
２４３ｂ…バルブ
２４３ｃ…バルブ
２４３ｄ…バルブ
２４３ｅ…バルブ
２４３ｆ…バルブ
２４３ｇ…バルブ
２４３ｈ…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４７…ガス溜
２４８ａ…ガス供給孔
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２５１…ガス溜
２５２…ガス溜
２６７…ボート回転機構
２６９…棒状電極
２７０…棒状電極
２７２…整合器
２７３…高周波電源
２７５…電極保護管
３２１…コントローラ

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室に基板を処理する処理ガスを供給する第１のガス供給ライン及び前記第１のガス供給ラインに上流側から順に設けられた第１の流量制御手段、第１バルブ、第１のガス溜、第２のバルブを有する処理ガス供給手段と、
前記第１のガス溜の上流側で前記第１のガス供給ラインに接続され、不活性ガスを供給する第２のガス供給ライン及び前記第２のガス供給ラインに上流側から順に設けられた不活性ガス流量制御手段、第３のバルブ、第２ガス溜、第４バルブを有する第２のガス供給手段と、
前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記処理ガス供給手段、前記不活性ガス供給手段を制御し、前記処理室に前記第１のガス溜を介して前記処理ガスを供給した後、前記第２のガス溜を介して前記不活性ガスを前記第１のガス溜に供給して、前記ガス溜の内部に残留する前記処理ガスを置換する基板処理装置。
処理室に処理ガスを供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に接続された処理ガス供給ラインに設けられた第１のガス溜に所定量まで前記処理ガスを充填する処理ガス充填工程と、
基板が収容された前記処理室に、前記第１のガス溜に充填された前記処理ガスを供給する処理ガス供給工程と、
前記処理ガス供給ラインであって前記第１のガス溜の上流側に接続された不活性ガス供給ラインに設けられた第２のガス溜に所定量まで不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程と、
前記第１のガス溜に、前記第２のガス溜に充填された前記不活性ガスを供給して前記第１のガス溜に残留する処理ガスを置換する不活性ガス供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
少なくとも前記処理ガス充填工程及び前記不活性ガス充填工程を同時に行う請求項２記載の半導体装置の製造方法。