JP4879041B2

JP4879041B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP4879041B2
Application number: JP2007038982A
Authority: JP
Inventors: 敦彦須田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: JP2008205151A

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に処理ガスの供給の切替えを必要とする基板処理装置に関する。

この種の基板処理装置は、複数の処理ガスをノズル等の供給系から交互に処理室に供給してその処理室中の基板に成膜をおこなうような成膜技術分野において使用されており、その成膜技術の一例としてＡＬＤ（atomic layer deposition）法という手法が好適に使用されている。当該ＡＬＤ法は単一原子レベルの膜を積層する手法であり、高均質な膜やカバレッジ特性に優れた膜等を形成することができるという理由で、成膜技術分野で特に注目を集めている。

しかしながら、ＡＬＤ法等を採用する上記基板処理装置では、単に処理ガスを切り替えながら処理室に供給するだけではなく、その切替えに際してその前に使用した処理ガスをノズル等の供給系からパージする必要がある。そのため、成膜に係る複雑な反応処理とあいまってパージ時間が拡大する可能性があり、この場合にはスループット（単位時間当たりの処理量）が低下する。

したがって、本発明の主な目的は、パージ時間を短縮してスループットが低下するの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。

本発明の一態様によれば、
複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室に収容される前記基板の積層方向に沿って設けられ、前記基板表面に所望の膜を形成するための処理ガスを前記処理室に供給するノズルと、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、
前記ノズルは、中心管と外周管とから構成される二重管構造を有し、
前記中心管と前記外周管との間には前記処理ガスが供給され、
前記中心管にはパージガスが供給され、
前記外周管は、前記処理室に収容される前記基板に向けて開口する少なくとも１つの第１のガス供給孔を有し、
前記中心管は、少なくとも２つの第２のガス供給孔を有し、
前記第１のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向において前記第２のガス供給孔の間の位置に配置されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の一態様によれば、第１のガス供給孔が第２のガス供給孔の間の位置に配置され、第２のガス供給孔が基板の積層方向において第１のガス供給孔を介在させる位置に配置されているから、第２のガス供給孔から流出するパージガスが第１のガス供給孔を挟み込むように第１のガス供給孔に向けて流通し、中心管と外周管との間に残留した処理ガスを漏れのないように短時間で十分にパージすることができる。そのため、パージ時間を短縮することができ、ひいてはスループットが低下するのを防止することができる。

始めに、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
本実施例に係る基板処理装置は、半導体装置集積回路（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、基板に対し熱処理等をおこなう縦型の装置を使用した場合について述べる。

図１に示す通り、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００はシリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工場内搬送装置（図示略）によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。

カセットステージ１１４は、工場内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。

カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。

処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。

ボート２１７は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。

筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

次に、基板処理装置１０１の主な動作について説明する。

工場内搬送装置（図示略）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に右周り縦方向９０°回転させられる。

その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット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、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、後続のウエハ１１０をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタが開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１１５の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に対し任意の熱処理が実施される。その熱処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０が筐体１１１の外部に搬出される。

次に、本実施例１に係る処理炉２０２とそれに付随する部材との概略構成について説明する。

図２に示す通り、処理炉２０２には加熱手段として機能するヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７の内側には、基板の一例となるウエハ２００を処理する反応管２０３が設けられている。反応管２０３の下端には、気密部材であるＯリング２２０を介してステンレス等で構成されたフランジ２０９が設けられている。フランジ２０９の下端開口は、Ｏリング２２０を介して蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に閉塞されている。処理炉２０２では、少なくとも、反応管２０３、フランジ２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。

シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して複数枚のウエハ２００を保持可能なボート２１７が立設されている。ボート支持台２１８はボート２１７を支持する支持体であり、ボート２１７はボート支持体２１８により支持されながら処理室２０１に挿入されるようになっている。ボート２１７にはバッチ処理される複数枚のウエハ２００が空隙層を介在させながら水平姿勢で管軸方向に多段に積層されており（所定の間隔を開けて配列されている）、ウエハ２００の積層方向が図２中上下方向と平行な関係を有している。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ようになっている。

処理炉２０２では、処理室２０１に対し、複数種類（本実施例では２種類）の処理ガスを供給する２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂと、パージガスを供給する２本のパージガス供給管２３４ａ，２３４ｂとが接続されている。

ガス供給管２３２ａには、上流方向（基端部）から順に液体用のマスフローコントローラ２４０、気化器２４２及びバルブ２４３ａが設けられており、ガス供給管２３２ａの先端部がノズル３００に接続されている。パージガス供給管２３４ａには、上流方向（基端部）から順にマスフローコントローラ２４１ｂとバルブ２４３ｃとが設けられており、パージガス供給管２３４ａの先端部もノズル３００に接続されている。

図２では、ガス供給管２３２ａとパージガス供給管２３４ａとを紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写しており、ガス供給管２３２ａとパージガス供給管２３４ａとの各先端部は別個にノズル３００に接続されている。

図２及び図３に示す通り、ノズル３００は、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中を反応管２０３の内壁に沿ってウエハ２００の積層方向に延在している。

図４及び図５に示す通り、ノズル３００は外周管３１０と中心管３２０とから構成された２重管構造を有している。

外周管３１０は断面径が中心管３２０のそれより大きく（中心管３２０より太く）、中心管３２０を被覆した状態で延在している。外周管３１０の側面には複数のガス供給孔３１２が形成されている。各ガス供給孔３１２は同一の開口面積を有した貫通孔であり、所定の間隔を開けながらウエハ２００の積層方向に沿って１列に配列されている。ガス供給孔３１２はボート２１７に保持されるウエハ２００に向けて開口している。

中心管３２０は断面径が外周管３１０のそれより小さく（外周管３１０より細く）、外周管３１０と交差することなく外周管３１０の中心軸上に延在している。中心管３２０の側面には２つのガス供給孔３２２，３２４が形成されている。ガス供給孔３２２，３２４も同一の開口面積を有した貫通孔であり、ガス供給孔３１２を間に介在させる位置であって中心管３２０の図４中上部と下部とにそれぞれ配置されている。

ガス供給孔３２２は、図４中最も上に配置されたガス供給孔３１２より上方の位置に配置されている。ガス供給孔３２２は、ボート２１７に保持されるウエハ２００の積層方向と直交する面内においてガス供給孔３１２の開口の向きとは反対の向きに開口している。すなわち、ガス供給孔３２２とガス供給孔３１２とがウエハ２００の積層方向と直交する面内においてノズル３００の中心線を基準の軸として互いに逆向きに開口している。

ガス供給孔３２４は、図４中最も下に配置されたガス供給孔３１２より下方の位置に配置されている。ガス供給孔３２４も、ボート２１７に保持されるウエハ２００の積層方向と直交する面内においてガス供給孔３１２の開口の向きとは反対の向きに開口している。すなわち、ガス供給孔３２４とガス供給孔３１２もウエハ２００の積層方向と直交する面内においてノズル３００の中心線を基準の軸として互いに逆向きに開口している。

以上のノズル３００では、外周管３１０に対しガス供給管２３２ａの先端部が接続されており、処理ガスが外周管３１０（外周管３１０と中心管３２０との間の空間部）中を流通しながらガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出するようになっている。中心管３２０に対してはパージガス供給管２３４ａの先端部が接続されており、パージガスが中心管３２０中を流通しながらガス供給管３２２，３２４から外周管３１０と中心管３２０との間の空間部に流出し、その後外周管３１０のガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出するようになっている。

なお、外周管３１０と中心管３２０とは互いに固定された状態で構成されてもよいし、互いに着脱自在な状態で構成されてもよい。外周管３１０と中心管３２０とが互いに着脱自在な構成を有していれば、ノズル３００は組立て性やメンテナンス性等に優れ、ノズル３００をアッセンブリパーツとして取り扱うことができる。

図２に示す通り、ガス供給管２３２ｂには、上流方向（基端部）から順にマスフローコントローラ２４１ａとバルブ２４３ｂとが設けられており、ガス供給管２３２ｂの先端部がノズル４００に接続されている。パージガス供給管２３４ｂには、上流方向（基端部）から順にマスフローコントローラ２４１ｃとバルブ２４３ｄとが設けられており、パージガス供給管２３４ｂの先端部もノズル４００に接続されている。

図２では、ガス供給管２３２ｂとパージガス供給管２３４ｂとを紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写しており、ガス供給管２３２ｂとパージガス供給管２３４ｂとの各先端部は別個にノズル４００に接続されている。ノズル４００についても図２中紙面の表側と裏側とでノズル３００と重複した状態で描写している。

ノズル４００は図４〜図６に示す通りにノズル３００と同様の構成を有しており、外周管４１０に対しガス供給管２３２ｂの先端部が接続され、中心管４２０に対しパージガス供給管２３４ｂの先端部が接続されている。

上記構成に係る一例として、ガス供給管２３２ａには液体原料が処理ガスとして導入されるようになっており、バルブ２４３ａが開いた状態で液体原料がガス供給管２３２ａに流入すると、当該液体原料は液体用のマスフローコントローラ２４０に流量制御されながら気化器２４２に至り、気化器２４２で気化され、その気化ガスがノズル３００を介して処理室２０１内に供給されるようになっている。

他方、ガス供給管２３２ｂには気体原料が処理ガスとして導入されるようになっており、バルブ２４３ｂが開いた状態で気体原料がガス供給管２３２ｂに流入すると、当該気体原料はマスフローコントローラ２４１ａに流量調整されながらガス供給管２３２ｂを流通し、その後はノズル４００を介して処理室２０１に供給されるようになっている。

図２に示す通り、処理室２０１にはバルブ２４３ｅを介して処理室２０１の内部のガスを排気するガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１には真空ポンプ２４６が接続されており、真空ポンプ２４６の作動で処理室２０１内を真空排気することができるようになっている。

バルブ２４３ｅは開閉動作により処理室２０１の真空排気の起動とその停止とをすることができる開閉弁であり、それに加えて弁開度が調節可能であって処理室２０１の内部の圧力調整をも可能とする開閉弁である。

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したボート２１７が設けられている。ボート２１７は、ボートエレベータ機構（図示略）により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート２１７の下端部には、処理の均一性を向上するために当該ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができるようになっている。

基板処理装置１０１には上記各部材の動作を制御するコントローラ２８０が設けられている。コントローラ２８０は主には、液体用のマスフローコントローラ２４０と、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃと、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅと、ヒータ２０７と、真空ポンプ２４６と、ボート回転機構２６７と、ボートエレベータ機構とに接続されている。

コントローラ２８０は主には、液体マスフローコントローラ２４０の流量調整と、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃの流量調整と、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉動作と、バルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作と、ヒータ２０７の温度調整と、真空ポンプ２４６の起動・停止と、ボート回転機構２６７の回転速度調節と、ボートエレベータ１１５の昇降動作とを、制御するようになっている。

次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例について、半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨとＯ_３とを用いたＨｆＯ_２膜を形成する例を基に説明する。

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類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原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、処理ガスを供給するサイクル数で行う（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、２０サイクル行う）。

ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ_２膜を形成する場合、ＴＥＭＡＨ（Hf[NCH₃C₂H₅]₄：テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）とＯ_３（オゾン）とを用いて１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。

ＨｆＯ_２膜の形成に際して、始めに、上述したようにウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入したら、後述する４つのステップを順次実行する。

（ステップ１）
真空ポンプ２４６を作動させた状態において、ガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＨを流入させ、ガス供給管２３２ｂにＯ_３を流入させ、パージガス供給管２３４ａ，２３４ｂにパージガスを流入させる。本実施例では、パージガスの一例として不活性ガスを使用しており、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎ_２等を使用することができる。

この状態で、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａと、パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃと、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅとを、開ける。更に、マスフローコントローラ２４０で液体のＴＥＭＡＨの流量を調整し、マスフローコントローラ２４１ｂでＴＥＭＡＨの流量を超えない程度（１〜２ｓｌｍ程度）にパージガスの流量を調整する。

ガス供給管２３２ａから流入した液体のＴＥＭＡＨは、マスフローコントローラ２４０によって流量調整されながら気化部２４０に至り気化される。その後、ＴＥＭＡＨの気化ガスは、処理ガスとしてガス供給管２３２ａからノズル３００の外周管３１０と中心管３２０との間に流入し、ガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。

パージガス供給管２３４ａから流入したパージガスは、マスフローコントローラ２４１ｂによって（ＴＥＭＡＨの流量を超えない程度に）流量調整されながら、パージガス供給管２３４ａからノズル３００の中心管３２０に流入し、その後、ガス供給孔３２２，３２４を介してガス供給孔３１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。

このとき、バルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。液体用のマスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎとする。ＴＥＭＡＨの気化ガスをウエハ２００に晒す時間は３０〜１８０秒間とする。ヒータ２０７の温度はウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲内の最適な値になるよう設定する。

以上のステップ１では、上記の通りにＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内に供給し、ＴＥＭＡＨをウエハ２００上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）させるようになっている。これと同時に、パージガスをノズル３００の中心管３２０に供給し、ＴＥＭＡＨの気化ガスがノズル３００の中心管３２０に逆流するのを防止している。

なお、ステップ１では、パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開けてパージガスをノズル４００から処理室２０１に供給してもよく、この場合にはＴＥＭＡＨの気化ガスがノズル４００に逆流するのを防止することができる。

（ステップ２）
パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開けたまま、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めてＴＥＭＡＨの気化ガスの供給を停止する。

この状態において、マスフローコントローラ２４１ｂでパージガスの流量をステップ１より大きくし、ノズル３００の外周管３１０と中心管３２０との間に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスをパージする。このとき、パージガスは図５に示す通りにノズル３００の中心管３２０のガス供給孔３２２，３２４から外周管３１０と中心管３２０との間に流入し、そこに残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを背面から押し出すようにパージする。

これと同時に、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅも開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、処理室２０１等に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内から排除する。

なお、ステップ２では、パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開けてパージガスをノズル４００から処理室２０１に供給してもよく、この場合、処理室２０１等に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１から排除する効果が更に高まる。

（ステップ３）
ガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを閉めてパージガスの供給を停止するとともに、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂと、パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄとを、開ける。更に、マスフローコントローラ２４１ａでＯ_３の流量を調整し、マスフローコントローラ２４１ｃでＯ_３の流量を超えない程度（１〜２ｓｌｍ程度）にパージガスの流量を調整する。

ガス供給管２３２ｂから流入したＯ_３は、マスフローコントローラ２４１ａによって流量調整されながら、処理ガスとしてガス供給管２３２ｂからノズル４００の外周管４１０と中心管４２０との間に流入し、ガス供給孔４１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。

パージガス供給管２３４ｂから流入したパージガスは、マスフローコントローラ２４１ｃによって（Ｏ_３の流量を超えない程度に）流量調整されながら、パージガス供給管２３４ｂからノズル４００の中心管４２０に流入し、その後、ガス供給孔４２２，４２４を介してガス供給孔４１２から処理室２０１の内部に流出し、最終的にガス排気管２３１から排気される。

このとき、バルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。Ｏ_３をウエハ２００に晒す時間は１０〜１２０秒間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がステップ１のＴＥＭＡＨの気化ガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲内の最適な温度となるように設定する。

以上のステップ３では、上記の通りにＯ_３の処理ガスを処理室２０１に供給し、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ_３とを反応させ、ウエハ２００上にＨｆＯ_２膜を形成するようになっている。これと同時に、パージガスをノズル４００の中心管４２０に供給し、Ｏ_３がノズル４００の中心管４２０に逆流するのを防止している。

なお、ステップ３では、パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開けてパージガスをノズル３００から処理室２０１に供給してもよく、この場合にはＯ_３がノズル３００に逆流するのを防止することができる。

（ステップ４）
パージガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開けたまま、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉めてＯ_３の供給を停止する。

この状態において、マスフローコントローラ２４１ｃでパージガスの流量をステップ３より大きくし、ノズル４００の外周管４１０と中心管４２０との間に残留したＯ_３をパージする。このとき、パージガスは図５に示す通りにノズル４００の中心管４２０のガス供給孔４２２，４２４から外周管４１０と中心管４２０との間に流入し、そこに残留したＯ_３を背面から押し出すようにパージする。

これと同時に、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅも開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１等に残留したＯ_３であって成膜に寄与した後のガスを排除する。

なお、ステップ４では、パージガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開けてパージガスをノズル３００から処理室２０１に供給してもよく、この場合、処理室２０１等に残留したＯ_３であって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更に高まる。

以後、上述したステップ１〜４を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＨｆＯ_２膜を形成することができる。

以上の本実施例１では、ノズル３００の構成において、中心管３２０のガス供給孔３２２，３２４がガス供給孔３１２の上下に配置され（図４参照）、ガス供給孔３１２がガス供給孔３２２とガス供給孔３２４との間の位置に配置されているから、ガス供給孔３２２，３２４から流出するパージガスがガス供給孔３１２を上下から挟み込むようにガス供給孔３１２に向けて流通し、外周管３１０と中心管３２０との間に残留した処理ガスを漏れのないように短時間でパージすることができる。

例えば、本実施例１の比較例として、ノズル３００が一重管構造を有し処理ガスの供給とパージガスの供給とを同一の単一管で併用するという構成を想定した場合、ステップ２に相当するパージステップにおいては、パージガスがノズル３００の下流（図４中上方）に流通するに従ってその濃度が次第に低減していく（ノズル３００中に残留した処理ガスの濃度が大きくなる）と考えられ、ノズル３００の下流に残留した処理ガスを十分にパージするのには時間がかかり、パージ時間が拡大する可能性がある。

これに対し、本実施例１では、特に、ノズル３００が二重管構造を有し中心管３２０をパージガスの専用の供給管とし、かつ、ガス供給孔３２２，３２４がガス供給孔３１２より下流と上流（図４中下方）との位置に配置されているから、ガス供給孔３１２の上方と下方とから濃度が低減していない状態の新鮮なパージガスが外周管３１０と中心管３２０との間に流出し、ノズル３００の下流と上流との両方からノズル３００に残留した処理ガスをパージすることができ、パージ時間を短縮することができる（このことは、ノズル４００やステップ４に相当するパージステップにおいても同様である。）。

以上から、本実施例１では、パージ時間を短縮して成膜処理に係るサイクルタイムを短縮することができ、ひいてはスループットが低下するのを防止することができる。

更に本実施例１では、ガス供給孔３２２，３２４とガス供給孔３１２とがウエハ２００の積層方向と直交する面内において互いに逆向きに開口しているから、ガス供給孔３２２，３２４から流出したパージガスは中心管３２０を回り込むように外周管３１０と中心管３２０との間を流通し、そこに残留した処理ガスを全体的に背面から押し出すように十分にパージすることができる。そのため、ステップ２に相当するパージステップにおいて、パージ時間を更に短縮することができる（このことは、ノズル４００やステップ４に相当するパージステップにおいても同様である。）。

なお、本発明は上記実施例１に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計変更をおこなってもよい。

一の改良・設計変更事項として、外周管３１０のガス供給孔３１２の配置や数、孔径等は適宜変更してもよい。例えば、ガス供給孔３１２をジグザグ状に配置してもよいし、ガス供給孔３１２同士の間隔を異ならせてもよい。また外周管３１０には、少なくとも１つのガス供給孔３１２を設ければよく、ガス供給孔３１２の数を１つにしてもよい。更に図６に示す通りに、ガス供給孔３１２をウエハ２００の積層方向と直交する面内に２つ配置してウエハ２００の積層方向に沿って２列にわたり配列させてもよい。

このような改良・設計変更事項は外周管４１０においても同様に考えることができ、この場合にはガス供給孔３１２とガス供給孔４１２とで互いに異なる態様（配置や数、孔径等）を有していてもよい。

他の改良・設計変更事項として、中心管３２０のガス供給孔３２２，３２４の配置や数、孔径等も適宜変更してよい。例えば、ガス供給孔３２２，３２４を、ウエハ２００の積層方向において、すべてのガス供給孔３１２を介在させる位置に配置するのが好ましいが（図４参照）、ガス供給孔３２２，３２４の間隔を狭めて少なくとも１つのガス供給孔３１２を介在させるような位置に配置してもよく、終局的にはウエハ２００の積層方向において上下に所定の間隔を開けた位置に配置すればよい。

また中心管３２０には、ウエハ２００の積層方向において少なくとも２つのガス供給孔３２２，３２４を設ければよく（図４参照）、これ以外に少なくとも１つの他のガス供給孔を設けてもよい。当該他のガス供給孔は、ガス供給孔３２２の図４中上方に配置してもよいし、ガス供給孔３２２とガス供給孔３２４との間に配置してもよいし、ガス供給孔３２４の図４中下方に配置してもよい。

更に、例えば、ガス供給孔３２２，３２４を、ウエハ２００の積層方向と直交する面内においてノズル３００の中心線を基準の軸としてガス供給孔３１２に対し１８０°反対側の位置に配置するのが好ましいが（図５参照）、図７に示す通りに、その位置より多少ずれた位置に配置してもよい。また、ウエハ２００の積層方向と直交する面内において、ガス供給孔３２２，３２４以外に少なくとも１つの他のガス供給孔を設けてもよい。

このような改良・設計変更事項は中心管４２０においても同様に考えることができ、この場合にはガス供給孔３２２，３２４とガス供給孔４２２，４２４とで互いに異なる態様（配置や数、孔径等）を有していてもよい。

本実施例２に係る基板処理装置１０１は、主にはノズル３００，４００の数や長さ等の構成が実施例１と異なっており、それ以外の事項（上記改良・設計変更事項を含む。）は実施例１と同じである。

図８に示す通り、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中において、複数のノズル３００が設けられている。ノズル３００の長さはそれぞれ異なっており、ノズル３００同士で段差が形成されている。ガス供給管２３２ａとパージガス供給管２３４ａはノズル３００の数に応じて分岐しており、各先端部がノズル３００にそれぞれ接続されている。

これと同様に、ノズル４００も複数設けられその長さがそれぞれ異なっている。ガス供給管２３２ｂとパージガス供給管２３４ｂもノズル４００の数に応じて分岐しており、各先端部がノズル４００にそれぞれ接続されている。

なお、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂとパージガス供給管２３４ａ，２３４ｂとは上記の通りに分岐してノズル３００，４００に接続されているが、図８ではこれら供給管を紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写している。ノズル３００とノズル４００とについても、紙面の表側と裏側とで重複した状態で描写している。

以上の本実施例２では、複数のノズル３００，４００が設けられ、ノズル３００，４００の長さもそれぞれ異なるから、ウエハ２００の積層位置（高さ位置）に応じて処理ガスの供給量を変更することができ、ボート２１７に保持された複数枚のウエハ２００のうち必要な部位のウエハ２００に対し特定的に処理ガスを供給することができる。その結果、ウエハ２００に対する成膜処理において、ウエハ２００同士で膜厚差が生じるのを抑えることができ、成膜処理の均一化を図ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の好ましい実施の形態によれば、複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、前記処理室に収容される前記基板の積層方向に沿って設けられ、前記基板表面に所望の膜を形成するための処理ガスを前記処理室に供給するノズルと、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、を備え、前記ノズルは、中心管と外周管とから構成される二重管構造を有し、前記中心管と前記外周管との間には前記処理ガスが供給され、前記中心管にはパージガスが供給され、前記外周管は、前記処理室に収容される前記基板に向けて開口する少なくとも１つの第１のガス供給孔を有し、前記中心管は、少なくとも２つの第２のガス供給孔を有し、前記第１のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向において前記第２のガス供給孔の間の位置に配置されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。

好ましくは、前記第２のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向と直交する面内において、前記第１のガス供給孔の開口の向きとは反対の向きに開口している。

本発明の好ましい実施例（実施例１）に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜透視図である。実施例１で使用される縦型の処理炉とそれに付随する部材との概略構成図であり、特に処理炉部分を縦方向に切断した縦断面である。図２のＡ−Ａ線断面図である。図２のＢ部分（点線部）の拡大図である。図４のＣ−Ｃ線断面図である。図５の変形例を示す図面である。図５の変形例を示す図面である。本発明の他の好ましい実施例（実施例２）で使用される縦型の処理炉とそれに付随する部材との概略構成図である。

符号の説明

１０１基板処理装置
１０５カセット棚
１０７予備カセット棚
１１０カセット
１１１筐体
１１４カセットステージ
１１５ボートエレベータ
１１８カセット搬送装置
１１８ａカセットエレベータ
１１８ｂカセット搬送機構
１２３移載棚
１２５ウエハ移載機構
１２５ａウエハ移載装置
１２５ｂウエハ移載装置エレベータ
１２５ｃツイーザ
１２８アーム
１３４ａ，１３４ｂクリーンユニット
１４７炉口シャッタ
２００ウエハ
２０２処理炉
２０３反応管
２０７ヒータ
２０９フランジ
２１７ボート
２１８ボート支持台
２１９シールキャップ
２２０Ｏリング
２３１ガス排気管
２３２ａ，２３２ｂガス供給管
２３４ａ，２３４ｂパージガス供給管
２４０液体用のマスフローコントローラ
２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃマスフローコントローラ
２４２気化器
２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅバルブ
２４６真空ポンプ
２６７ボート回転機構
３００ノズル
３１０外周管
３１２ガス供給孔
３２０中心管
３２２，３２４ガス供給孔
４００ノズル
４１０外周管
４１２ガス供給孔
４２０中心管
４２２，４２４ガス供給孔

Claims

複数の基板を積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室に収容される前記基板の積層方向に沿って設けられ、前記基板表面に所望の膜を形成するための処理ガスを前記処理室に供給するノズルと、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、
前記ノズルは、中心管と外周管とから構成される二重管構造を有し、
前記中心管と前記外周管との間には前記処理ガスが供給され、
前記中心管にはパージガスが供給され、
前記外周管は、前記処理室に収容される前記基板に向けて開口する少なくとも１つの第１のガス供給孔を有し、
前記中心管は、少なくとも２つの第２のガス供給孔を有し、
前記第１のガス供給孔は、前記処理室に収容される前記基板の積層方向において前記第２のガス供給孔の間の位置に配置されていることを特徴とする基板処理装置。