JP2011238832A

JP2011238832A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2011238832A
Application number: JP2010110097A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Toyoda; 一行豊田; Takeshi Ito; 伊藤　　剛; Yuji Takebayashi; 雄二竹林
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】各基板の中心付近への処理ガスの供給を促進させ、処理速度を増大させ、基板処理の面内均一性を向上させる。
【解決手段】複数の基板２００を水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して収容する処理室２０１と、処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系２２２ａ，２２２ｂと、を有し、処理ガス供給系は、基板の上表面に対してそれぞれ垂直に処理ガスを供給するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板に処理ガスを供給して処理する基板処理装置に関する。

例えばＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成する基板処理工程が実施されてきた。係る基板処理工程は、複数の基板を水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、を有する基板処理装置により実施されてきた。そして、基板を収容した処理室内に処理ガス供給系から処理ガスを供給することにより、各基板の間に処理ガスを通過させ、基板上に薄膜を形成していた。

上述の基板処理装置においては、水平姿勢で支持した基板の主面に対し平行に処理ガスを供給するようにしていた。しかしながら、処理ガスをこのように平行に供給すると、処理ガスがコンダクタンスの低い基板間の空間に流れずに、基板の外周と処理室内壁との隙間に流れてしまう場合があった。そして、各基板の中心付近まで処理ガスが流れず、処理速度が低下してしまう場合があった。また、各基板の外周付近と中心付近とで処理ガスの供給量に差異が生じてしまい、基板処理の面内均一性が低下してしまう場合があった。例えば、基板の外周付近に形成される薄膜が、基板の中心付近に形成される薄膜に比べて厚くなってしまう場合があった。

本発明は、各基板の中心付近への処理ガスの供給を促進させ、処理速度を増大させ、基板処理の面内均一性を向上させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
複数の基板を水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、を有し、
前記処理ガス供給系は、前記基板の上表面に対してそれぞれ垂直に処理ガスを供給するように構成されている
基板処理装置が提供される。

本発明に係る基板処理装置によれば、各基板の中心付近への処理ガスの供給を促進させ、処理速度を増大でき、基板処理の面内均一性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を例示する概略構成図である。本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉を例示する縦断面図である。図２に示す処理炉の横断面図である。本発明の一実施形態に係るボートの斜視図である。本発明の一実施形態に係る処理炉内外にボートが搬送される様子を例示する概略図である。従来の基板処理装置が備える処理炉を例示する縦断面図である。図６に示す処理炉の横断面図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本実施形態に係る基板処理装置の基本構成、及び該基板処理装置により実施される基板処理工程について説明する。

（１）基板処理装置の構成
図１は、本実施形態に係る基板処理装置１０１の全体構成を例示する概略構成図である。図１に示すように、基板処理装置１０１は筐体１１１を備えている。シリコン等からなる基板としてのウエハ２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数枚のウエハ２００を収納可能なウエハキャリア（基板搬送容器）としてのカセット１１０が使用される。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方には、筐体１１１内をメンテナンス可能なように開口された開口部としての正面メンテナンス口（図示せず）が開設されている。筐体１１１の正面壁１１１ａには、この正面メンテナンス口を開閉する正面メンテナンス扉（図示せず）が設けられている。メンテナンス扉には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が、筐体１１１内外を連通するように開設されている。カセット搬入搬出口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。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側には、カセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０は、工程内搬送装置（図示せず）によってカセットステージ１１４上に搬入され、また、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１１０は、図示しない工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５には、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０が保管されるように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構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。また、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（基板収容器搬送装置）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（基板収容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これら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、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７の間で、カセット１１０を搬送するように構成される。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）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（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、を備えている。なお、ウエハ移載装
置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用治具）１２５ｃを備えている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧性を有する筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、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、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板支持部材）２２０へ装填（チャージ）したり、ウエハ２００をボート２２０から脱装（ディスチャージ）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口（炉口）が設けられている。係る開口は、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。なお、処理炉２０２の構成については後述する。

処理炉２０２の下方には、ボート２２０を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２２０を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２２０が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する真空気密板としての蓋体であるシールキャップ２１９が水平に設けられている。

ボート２２０は、複数枚（例えば、１０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して保持するように構成されている。ボート２２０の構成については後述する。

カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気である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。

また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ及びボート２２０の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

（２）基板処理装置の動作
次に、本実施形態に係る基板処理装置１０１の動作について説明する。

カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、カセット１１０がカセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から筐体１１１内に搬入される。なお、カセット１１０は、ウエハ２００が垂直姿勢となりカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。

次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、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自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚１０５又は予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは移載棚１２３に直接搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、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カセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって、移載室１２４の後方に設けられたボート２２０に装填（チャージ）される。ボート２２０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、次のウエハ２００をボート２２０に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２２０に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２２０が処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。

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。かかる処理については後述する。処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払い出される。

（３）処理炉の構成
次に、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について説明する。

図２は、本実施形態に係る基板処理装置１０１が備える処理炉２０２を例示する縦断面図である。図３は、図２に示す処理炉２０２の横断面図である。図４は、本実施形態に係るボート２２０の斜視図である。図５は、本実施形態に係る処理炉２０２内外にボート２２０が搬送される様子を例示する概略図である。

（反応容器）
本実施形態にかかる処理炉２０２は、反応管２０３とマニホールド２０９とを備えている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状となっている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状となっている。反応管２０３は、マニホールド２０９により下端部側から縦向きに支持されている。反応管２０３とマニホールド２０９とは、同心円状に配置されている。反応管２０３とマニホールド２０９との間には、封止部材としてのＯリング２０４が設けられている。マニホールド２０９の下端部は、上述したボートエレベータ１１５が上昇した際に、真空気密板としてのシールキャップ２１９により気密に封止されるように構成されている。マニホールド２０９の下端部とシールキャップ２１９との間には、処理室２０１内を気密に封止する封止部材としての図示しないＯリングが設けられている。反応管２０３の内部には、基板としてのウエハ２００を収容して処理する処理室２０１が形成されている。主に、反応管２０３及びマニホールド２０９により本実施形態に係る反応容器が構成されている。

（ボート）
処理室２０１内には、基板保持具としてのボート２２０が下方から挿入されるように構成されている。反応管２０３及びマニホールド２０９の内径は、ウエハ２００を装填したボート２２０の最大外径よりも大きくなるように構成されている。

ボート２２０は、複数枚（例えば１０枚から１５０枚）のウエハ２００を水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して保持するように構成されている。具体的には、ボート２２０は、ウエハ２００をそれぞれ下方から支持する複数の支持部材２２６と、支持部材２２６を水平姿勢で所定の間隔で多段に保持する複数（本実施形態では２本）の柱状部材２２３と
、柱状部材２２３を立設するように保持する一対の端板としての天板２２５ａ及び底板２２５ｂを備えている。

なお、本実施形態に係る支持部材２２６は、図２に示すようにウエハ２００下表面を下方から支持する円形の板材として構成されている。支持部材２２６の外縁部には、切り欠き部２２４が複数（本実施形態では３つ）設けられている（図３参照）。例えばウエハ移載機構１２５のツイーザ１２５ｃが備える図示しないピン等を、切り欠き部２２４を下方から貫通するように移動させることで、支持部材２２６上へのウエハ２００の移載を容易に行える。なお、支持部材２２６は図２に示すような板材として構成されている場合に限らず、ウエハ２００の外縁部のみを点で支持する複数個の突起物として構成されていてもよく、或いは柱状部材２２３側部に設けられた切り欠け部として構成されていてもよい。

ボート２２０には複数の分散板２２１が設けられている。分散板２２１は、支持部材２２６によって支持されるウエハ２００の上方に、それぞれ水平姿勢で設けられている。従って、ウエハ２００と、ウエハ２００の上方に設けられた支持部材２２６と、の間の空間（すなわち積層されたウエハ２００間の空間）は、分散板２２１によってそれぞれ上下に区画されている。また、最上段のウエハ２００と、ボート２２０の天板２２５ａとの間の空間も、分散板２２１によって上下に区画されている。なお、分散板２２１には、複数のガス噴出口２２１ａが例えば千鳥状に分散配置されている。

また、シールキャップ２１９、底板２２５及び柱状部材２２３には、これらの内部を連通するようにガス供給路２２２ａ，２２２ｂが設けられている。ガス供給路２２２ａ，２２２ｂ内には、後述するようにガス供給路２２２ａ，２２２ｂの上流側（シールキャップ２１９側）から処理ガスが供給されるように構成されている。ガス供給路２２２ａ，２２２ｂの下流側はウエハ２００毎（分散板２２１毎）に分岐しており、分散板２２１よりも上方の空間（すなわち、分散板２２１によって上下に区画される空間のうち上側の空間であって、分散板２２１と支持部材２２６との間の空間）に処理ガスをそれぞれ供給するように構成されている。

ガス供給路２２２ａ，２２２ｂから供給される処理ガスは、分散板２２１よりも上方の空間内でそれぞれ拡散され、ガス噴出口２２１ａを介して分散板２２１よりも下側の空間に流れ、ウエハ２００の上表面に垂直に供給されるように構成されている。このようにウエハ２００の直上から処理ガスを供給することで、ウエハ２００の中心付近への処理ガスの供給が促進され、ウエハ２００面内に渡りガスの供給量が均一化される。すなわち、処理ガスを、水平姿勢で支持したウエハ２００の主面に対し平行に供給するのではなく、分散板２２１よりも上方の空間で拡散させた後にウエハ２００に対して垂直に供給することで、ウエハ２００の中心付近へのガスの供給量を増大させることができ、ウエハ２００の外周付近と中心付近とでガスの供給量を均一化させることができる。なお、ガス噴出口２２１ａの個数、配置、口径等は、分散板２２１とウエハ２００との距離や、ウエハ２００に供給するガスの種類や流量等の条件によって適宜調整される。

（処理ガス供給系）
シールキャップ２１９に設けられたガス供給路２２２ａの上流端には、接合部材２１１を介して、第１処理ガス供給管２３０ａの下流端が接続されている。第１処理ガス供給管２３０ａには、上流側から順に、気化器２３２ａ、バルブ２３１ａが設けられている。気化器２３２ａには、液体原料供給管２４０ａの下流端が接続されている。液体原料供給管２４０ａには、上流側から順に、常温で液体である液体原料としてのテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［ＮＣＨ_３Ｃ_２Ｈ_５］_４；ＴＥＭＡＺ）を供給する図示しない液体原料供給源、液体流量制御装置としての液体マスフローコントローラ２４１ａが設けられている。また、第１処理ガス供給管２３０ａのバルブ２３１ａよりも下流側には
、不活性ガス供給管２３０ｃの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３０ｃには、上流側から順に、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを供給する図示しない不活性ガス供給源、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２３２ｃ、バルブ２３１ｃが設けられている。

液体マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＴＥＭＡＺを気化器２３２ａに供給して気化させることで、処理ガスとしてのＴＥＭＡＺガス（原料ガス）を生成させることが可能なように構成されている。そして、バルブ２３１ａを開くことにより、生成したＴＥＭＡＺガスを、ガス供給路２２２ａを介して分散板２２１よりも上方の空間にそれぞれ供給することが可能なように構成されている。ガス供給路２２２ａから供給されるＴＥＭＡＺガスは、分散板２２１よりも上方の空間で拡散され、ガス噴出口２２１ａを介してウエハ２００の上表面に垂直に供給される。そして、ウエハ２００の上表面にＴＥＭＡＺガス分子の吸着層が形成される。なお、上述したように、このようにＴＥＭＡＺガスを垂直に供給することで、ウエハ２００の中心付近へのＴＥＭＡＺガスの供給が促進され、ＴＥＭＡＺガス分子の吸着層の形成時間が短縮される。また、ＴＥＭＡＺガスの供給量がウエハ２００面内に渡り均一化されるため、ウエハ２００の上表面に形成される吸着層の膜厚が面内に渡り均一化される。

なお、ＴＥＭＡＺガスを供給する際にバルブ２３１ｃを開き、マスフローコントローラ２３２ｃにより流量調整された窒素ガスを併せて供給することで、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの拡散を促したり、処理室２０１内へ供給するＴＥＭＡＺガスの濃度を調整したりすることが可能となる。また、バルブ２３１ａを閉じたままバルブ２３１ｃを開けることにより、処理室２０１内、第１処理ガス供給管２３０ａ内及びガス供給路２２２ａ内を窒素ガスでパージすることが可能となる。

また、シールキャップ２１９に設けられたガス供給路２２２ｂの上流端には、接合部材２１１を介して、第２処理ガス供給管２３０ｂの下流端が接続されている。第２処理ガス供給管２３０ｂには、上流側から順に、処理ガスとしてのオゾン（Ｏ_３）ガス（酸化剤）を供給する図示しない酸化剤供給源、マスフローコントローラ２３２ｂ、バルブ２３１ｂが設けられている。また、第２処理ガス供給管２３０ｂのバルブ２３１ｂよりも下流側には、不活性ガス供給管２３０ｄの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３０ｄには、上流側から順に、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを供給する図示しない不活性ガス供給源、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２３２ｄ、バルブ２３１ｄが設けられている。

バルブ２３１ｂを開くことにより、マスフローコントローラ２３２ｂにより流量調整された処理ガスとしてのオゾンガスを、ガス供給路２２２ｂを介して分散板２２１よりも上方の空間にそれぞれ供給することが可能なように構成されている。ガス供給路２２２ｂから供給されるオゾンガスは、分散板２２１よりも上方の空間で拡散され、ガス噴出口２２１ａを介してウエハ２００の上表面に垂直に供給される。そして、ウエハ２００の上表面に供給されたオゾンガスがＴＥＭＡＺガス分子の吸着層と反応することで、ウエハ２００上に１原子層未満から数原子層のＺｒ酸化膜（ＺｒＯｘ膜）が形成される。なお、上述したように、このようにオゾンガスを垂直に供給することで、ウエハ２００の中心付近へのオゾンガスの供給が促進され、ＺｒＯｘ膜の形成時間が短縮される。また、オゾンガスの供給量がウエハ２００面内に渡り均一化されるため、ウエハ２００の上表面に形成されるＺｒＯｘ膜の膜厚や膜質が面内に渡り均一化される。

なお、オゾンガスを供給する際にバルブ２３１ｄを開き、マスフローコントローラ２３２ｄにより流量調整された窒素ガスを併せて供給することで、処理室２０１内へのオゾンガスの拡散を促したり、処理室２０１内へ供給するオゾンガスの濃度を調整したりするこ
とが可能となる。また、バルブ２３１ｂを閉じたままバルブ２３１ｄを開けることにより、処理室２０１内、第２処理ガス供給管２３０ｂ内及びガス供給路２２２ｂ内を窒素ガスでパージすることが可能となる。

上述したように、本実施形態ではＴＥＭＡＺガスとオゾンガスとを処理室２０１内に別々に供給し、ガス供給路２２２ａ，２２２ｂ内及びその上流側では混合させないようにしている。そのため、ガス供給路２２２ａ，２２２ｂ内及びその上流側でのＴＥＭＡＺガスとオゾンガスとが反応してしまうことが回避され、これらの内壁への薄膜の形成を防ぐことができ、異物の発生を抑制することができる。

主に、接合部材２１１、第１処理ガス供給管２３０ａ、気化器２３２ａ、バルブ２３１ａ、液体原料供給管２４０ａ、図示しない液体原料供給源、液体マスフローコントローラ２４１ａ、不活性ガス供給管２３０ｃ、図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ２３２ｃ及びバルブ２３１ｃにより、本実施形態に係る第１処理ガス供給ラインが構成される。また主に、接合部材２１１、第２処理ガス供給管２３０ｂ、図示しない酸化剤供給源、マスフローコントローラ２３２ｂ、バルブ２３１ｂ、不活性ガス供給管２３０ｄ、図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ２３２ｄ及びバルブ２３１ｄにより、本実施形態に係る第２処理ガス供給ラインが構成されている。

そして主に、第１処理ガス供給ライン、第２処理ガス供給ライン、ガス供給路２２２ａ，２２２ｂを形成するシールキャップ２１９、底板２２５及び柱状部材２２３、分散板２２１及びガス噴出口２２１ａにより、本実施形態に係る処理ガス供給系が構成されている。

（ガス排気系）
マニホールド２０９の側壁には排気管２５０が接続されている。排気管２５０には、上流側から順に、図示しない圧力センサ、圧力調整装置としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２５１、真空排気装置としての真空ポンプ２５２が設けられている。ＡＰＣバルブ２５１は、弁を開閉して処理室２０１の真空排気の開始・停止を制御でき、更に、弁開度を調節することにより処理室２０１内の圧力を調整可能な自動圧力調節として構成されている。主に、図示しない圧力センサ、排気管２５０、ＡＰＣバルブ２５１及び真空ポンプ２５２により、処理室２０１内を排気するガス排気系が構成されている。

（ヒータ）
反応管２０３の外周には、反応管２０３と同心円状に加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は、円筒形状であり、図示しない保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。ウエハ２００及び処理室２０１内の雰囲気は、ヒータ２０７からの輻射熱によって加熱されるように構成されている。ヒータ２０７の外周には断熱部材２０７ｂが設けられている。処理室２０１内には、処理室２０１内の温度を検出する図示しない温度センサが設けられている。

（コントローラ）
本実施形態に係る基板処理装置１０１は、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０を備えている。コントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ２４１ａ、マスフローコントローラ２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄ、バルブ２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄ、図示しない圧力センサ、ＡＰＣバルブ２５１、真空ポンプ２５２、ヒータ２０７、図示しない温度センサ、ボートエレベータ１１５、ウエハ移載機構１２５等に接続されている。コントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ２４１ａ及びマスフローコントローラ２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄの流量調整動作、バルブ２３１ａ，２３１
ｂ，２３１ｃ，２３１ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２５１の開閉及び開度調整動作、真空ポンプ２５２の起動・停止、ヒータ２０７の温度調整動作、ボートエレベータ１１５やウエハ移載機構１２５の動作をそれぞれ制御するように構成されている。

（４）基板処理工程
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一つとして実施される基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、上述の基板処理装置１０１により実施される。以下の説明において、基板処理装置１０１を構成する各部の動作は、コントローラ２８０により制御される。

本実施形態に係る基板処理工程では、処理ガスとしてＴＥＭＡＺガス及びオゾンガスを用い、ＡＬＤ法によりウエハ２００上にＺｒＯｘ膜を成膜する。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、成膜に用いる少なくとも２種類の処理ガスを１種類ずつ交互にウエハ２００上に供給し、１サイクルあたり１原子層未満から数原子層単位のＺｒＯｘ膜を形成する手法である。このとき、膜厚の制御は、処理ガスを供給するサイクル数を制御することで行う（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）。

（ウエハ搬入工程（Ｓ１））
まず、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、マニホールド２０９の下端を開口させる（図５参照）。そして、処理対象の複数枚のウエハ２００を、ボート２２０に装填（ウエハチャージ）する。そして、複数枚のウエハ２００を支持したボート２２０を、ボートエレベータ１１５によって上昇させて、処理室２０１内に搬入（ボートローディング）する。そして、マニホールド２０９の下端開口部を、シールキャップ２１９により気密に封止する（図２参照）。なお、この際、バルブ２３１ｃ，２３１ｄを開け、反応容器内に窒素ガスを常に流しておくことが好ましい。

（圧力調整工程（Ｓ２）及び温度調整工程（Ｓ３））
続いて、真空ポンプ２５２を作動させ、ＡＰＣバルブ２５１を開けることにより、排気管２５０により処理室２０１内を真空排気する。この際、処理室２０１内が所望の圧力（処理圧力）となるように、図示しない圧力センサで検知（測定）した圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２５１の開度をフィードバック制御する（Ｓ２）。また、ヒータ２０７を通電加熱してウエハ２００表面の温度を昇温させる。この際、ウエハ２００表面が所望の温度（１８０℃〜２７０℃、例えば２３０℃）となるように、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２０７への通電量をフィードバック制御する（Ｓ３）。

また、液体マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＴＥＭＡＺを気化器２３２ａに供給して気化させることで、処理ガスとしてのＴＥＭＡＺガス（原料ガス）の生成を開始させておく。このようにすることで、後述するＴＥＭＡＺガス供給工程（ステップ１）を迅速に開始することができ好ましい。

（ＴＥＭＡＺガス供給工程（Ｓ４））
続いて、処理ガスとしてのＴＥＭＡＺガスの処理室２０１内への供給を開始する。

具体的には、第１処理ガス供給管２３０ａのバルブ２３１ａを開くことにより、予め生成を開始しておいた処理ガスとしてのＴＥＭＡＺガスを、ガス供給路２２２ａを介して分散板２２１よりも上方の空間にそれぞれ供給する。ガス供給路２２２ａから供給されるＴＥＭＡＺガスは、分散板２２１よりも上方の空間で拡散され、ガス噴出口２２１ａを介してウエハ２００の上表面に垂直に供給される。そして、ウエハ２００の上表面にＴＥＭＡ
Ｚガス分子の吸着層が形成される。吸着層の形成に寄与しないＴＥＭＡＺガスの余剰分は、排気ガスとして排気管２５０から排気される。このとき、不活性ガス供給管２３０ｃのバルブ２３１ｃを開き、マスフローコントローラ２３２ｃにより流量調整された窒素ガスを併せて供給する。これにより、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの拡散が促され、処理室２０１内へ供給するＴＥＭＡＺガスの濃度が調整される。

上述したように、このようにＴＥＭＡＺガスを垂直に供給することで、ウエハ２００の中心付近へのＴＥＭＡＺガスの供給が促進され、ＴＥＭＡＺガス分子の吸着層の形成時間が短縮される。また、ＴＥＭＡＺガスの供給量がウエハ２００面内に渡り均一化され、ウエハ２００の上表面に形成される吸着層の膜厚が面内に渡り均一化される。

工程Ｓ４では、ＡＰＣバルブ２５１の開度を、処理室２０１内の圧力が０．１〜４００Ｐａの範囲であって、例えば２００Ｐａに維持されるように設定する。また、液体マスフローコントローラ２４１ａが制御するＴＥＭＡＺの流量を例えば０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎとし、ＴＥＭＡＺガスにウエハ２００を晒す時間を例えば３０〜１８０秒間とする。また、ヒータ２０７の温度を、ウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば２３０℃になるように設定する。

（パージ工程（Ｓ５））
所定時間が経過してＴＥＭＡＺガス分子の吸着層が形成されたら、ＴＥＭＡＺガスの処理室２０１内への供給を停止して、処理室２０１内に残留するＴＥＭＡＺガスおよびＴＥＭＡＺガスの中間体を除去する。

具体的には、第１処理ガス供給管２３０ａのバルブ２３１ａを閉め、処理室２０１内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止する。このとき、排気管２５０のＡＰＣバルブ２５１は開いたままとし、真空ポンプ２５２により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴＥＭＡＺガスおよびＴＥＭＡＺガスの中間体を処理室２０１内から排除する。なお、不活性ガス供給管２３０ｃのバルブ２３１ｃを開けておき、マスフローコントローラ２３２ｃにより流量調整しながらパージガスとしての窒素ガスを処理室２０１内へ供給するようにすれば、処理室２０１内から残留ＴＥＭＡＺガスおよびＴＥＭＡＺガスの中間体を排除する効果が更に高まる。

（オゾンガス供給工程（Ｓ６））
処理室２０１内のパージが完了したら、処理ガスとしてのオゾンガスの処理室２０１内への供給を開始する。

具体的には、第２処理ガス供給管２３０ｂのバルブ２３１ｂを開くことにより、マスフローコントローラ２３２ｂにより流量調整された処理ガスとしてのオゾンガスを、ガス供給路２２２ｂを介して分散板２２１よりも上方の空間にそれぞれ供給する。ガス供給路２２２ｂから供給されるオゾンガスは、分散板２２１よりも上方の空間で拡散され、ガス噴出口２２１ａを介してウエハ２００の上表面に垂直に供給される。そして、ウエハ２００の上表面に供給されたオゾンガスがＴＥＭＡＺガス分子の吸着層と反応することで、ウエハ２００上に１原子層未満から数原子層のＺｒ酸化膜（ＺｒＯｘ膜）が形成される。ＺｒＯｘ膜の形成に寄与しないオゾンガスの余剰分は、排気ガスとして排気管２５０から排気される。

上述したように、このようにオゾンガスを垂直に供給することで、ウエハ２００の中心付近へのオゾンガスの供給が促進され、ＺｒＯｘ膜の形成時間が短縮される。また、オゾンガスの供給量がウエハ２００面内に渡り均一化され、ウエハ２００の上表面に形成されるＺｒＯｘ膜の膜厚や膜質が面内に渡り均一化される。

工程Ｓ６では、ＡＰＣバルブ２５１の開度を、処理室２０１内の圧力が０．１〜４００Ｐａの範囲であって、例えば２００Ｐａに維持されるように設定する。また、オゾンガスにウエハ２００を晒す時間を、例えば１０〜１２０秒間に設定する。また、ヒータ２０７の温度を、ＴＥＭＡＺガスの供給時と同じくウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば２３０℃となるように設定する。

（パージ工程（Ｓ７））
所定時間が経過してＺｒＯｘ膜が形成されたら、オゾンガスの処理室２０１内への供給を停止して、処理室２０１内に残留するオゾンガスおよび中間生成物を除去する。

具体的には、第２処理ガス供給管２３０ｂのバルブ２３１ｂを閉め、処理室２０１内へのオゾンガスの供給を停止する。このとき、排気管２５０のＡＰＣバルブ２５１は開いたままとし、真空ポンプ２５２により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留オゾンガスおよび中間生成物を処理室２０１内から排除する。なお、不活性ガス供給管２３０ｄのバルブ２３１ｄを開けておき、マスフローコントローラ２３２ｄにより流量調整しながらパージガスとしての窒素ガスを処理室２０１内へ供給するようにすれば、処理室２０１内から残留オゾンガスおよび中間生成物を排除する効果が更に高まる。

（繰り返し工程（Ｓ８））
その後、上述した工程Ｓ４〜Ｓ７を１サイクルとし、このサイクルを複数回実施することにより、ウエハ２００上に所望膜厚のＺｒＯｘ膜を形成する。

（降温工程（Ｓ９）及び大気圧復帰工程（Ｓ１０））
所望膜厚のＺｒＯｘ膜の形成が完了したら、ヒータ２０７への通電を停止して処理室２０１内及びウエハ２００を所定温度（例えば室温程度）にまで降温させる（Ｓ９）。また、バルブ２３１ｃ，２３１ｄを開けたまま、更にＡＰＣバルブ２５１の開度を調整することで、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させる（Ｓ１０）。

（ウエハ搬出工程（Ｓ１１））
続いて、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、マニホールド２０９の下端を開口させるとともに、処理済のウエハ２００を保持したボート２２０を下降させ、処理室２０１から引き出す（ボートアンローディング）。この際、バルブ２３１ｃ，２３１ｄは開けたままとし、反応容器内に窒素ガスを常に流しておくことが好ましい。また、ウエハ搬出工程（Ｓ７）においても、真空ポンプ２４６による真空排気は継続させたままとし、ＡＰＣバルブ２５１の開度を調整して処理室２０１内の圧力を制御することが好ましい。そして、搬出したボート２２０から処理済のウエハ２００を取り出して（ウエハディスチャージ）、本実施形態にかかる基板処理工程を終了する。

（５）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、処理ガスとしてのＴＥＭＡＺガスを、ガス供給路２２２ａを介して分散板２２１よりも上方の空間にそれぞれ供給する。ガス供給路２２２ａから供給されるＴＥＭＡＺガスは、分散板２２１よりも上方の空間で拡散され、ガス噴出口２２１ａを介してウエハ２００の上表面に垂直に供給される。このようにウエハ２００の直上から処理ガスを供給することで、ウエハ２００の中心付近へのＴＥＭＡＺガスの供給が促進され、ＴＥＭＡＺガス分子の吸着層の形成時間を短縮でき、基板処理速度を増大させることができる。また、ＴＥＭＡＺガスの供給量がウエハ２００面内に渡り均一化され、ウエハ２００の上表面に形成される吸着層の膜厚を面内に渡り均一化でき、ウエハ２００の上
表面に形成されるＺｒＯｘ膜の膜厚や膜質の面内均一性を向上させることができる。

（ｂ）本実施形態によれば、処理ガスとしてのオゾンガスを、ガス供給路２２２ｂを介して分散板２２１よりも上方の空間にそれぞれ供給する。ガス供給路２２２ｂから供給されるオゾンガスは、分散板２２１よりも上方の空間で拡散され、ガス噴出口２２１ａを介してウエハ２００の上表面に垂直に供給される。このようにウエハ２００の直上から処理ガスを供給することで、ウエハ２００の中心付近へのオゾンガスの供給が促進され、ＺｒＯｘ膜の形成時間を短縮でき、基板処理速度を増大させることができる。また、オゾンガスの供給量がウエハ２００面内に渡り均一化され、ウエハ２００の上表面に形成されるＺｒＯｘ膜の膜厚や膜質の面内均一性を向上させることができる。

（ｃ）本実施形態によれば、ＴＥＭＡＺガスとオゾンガスとを処理室２０１内に別々に供給し、ガス供給路２２２ａ，２２２ｂ内及びその上流側では混合させないように構成している。そのため、ガス供給路２２２ａ，２２２ｂ内及びその上流側でのＴＥＭＡＺガスとオゾンガスとの反応が回避され、これらの内壁への薄膜の形成を防ぐことができ、異物の発生を抑制することができる。

なお、参考までに、従来の基板処理装置の構成について図６及び図７を用いて説明する。図６は、従来の基板処理装置が備える処理炉３０２を例示する縦断面図である。図７は、図６に示す処理炉３０２の横断面図である。

図７に示すように、従来の処理炉３０２では、処理室３０１内への処理ガスの供給をウエハ２００の積層方向に沿って延在されたガス供給ノズル３１０を用いて行っていた。具体的には、ガス供給ノズル３１０に複数設けられたガス供給口３１５から処理室３０１内に処理ガスを水平方向に噴射し、水平姿勢で支持したウエハ２００の主面に対して平行に処理ガスを供給するようにしていた。

しかしながら、ウエハ２００間の間隔が例えば６〜２０ｍｍと狭いのに対し、ウエハ２００と処理室３０１内壁との距離が例えば５０ｍｍ程度と広いことから、処理ガスがコンダクタンスの小さいウエハ２００間の空間に流れずに、コンダクタンスの大きなウエハ２００の外周と処理室３０１内壁との隙間に流れてしまうことがあった。係る様子を図７に示す。その結果、ウエハ２００の中心付近まで処理ガスが流れず、成膜速度が低下してしまう場合があった。また、ウエハ２００の外周付近と中心付近とで処理ガスの供給量に差異が生じてしまい、基板処理の面内均一性が低下してしまう場合があった。例えば、ウエハ２００の外周付近に形成される薄膜が、ウエハ２００の中心付近に形成される薄膜に比べて厚くなってしまう場合があった。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明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。

例えば、上述の実施形態では、ＴＥＭＡＺガスとオゾンガスとをそれぞれウエハ２００の上表面に対して水築に供給するようにしたが、本発明は係る形態に限定されず、これらのガスのうちいずれか一方のみを垂直供給するようにしてもよい。

また、例えば、本発明は、Ｚｒ酸化膜（ＺｒＯｘ）膜以外の膜、すなわちＳｉ窒化膜（ＳｉＮ膜）、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ膜）、Ｈｆ酸化膜（ＨｆＯｘ）、ＡＩ酸化膜、Ｔｉ酸化膜、Ｔａ酸化膜、Ｒｕ酸化膜、ｌｒ酸化膜など）を形成する場合にも適用可能である。

また、処理ガスとしては、ＴＥＭＡＺガスに限らず、例えばテトラキスエチルメチルア
ミノハフニウム（Ｈｆ［ＮＣＨ_３Ｃ_２Ｈ_５］_４；ＴＥＨＡＨ）を気化させたＴＥＭＡＨガスなどの他の有機金属液体原料を気化させたガスを使用することができる。また、酸化ガスとしては、オゾン（Ｏ_３）に限定せず、他の酸素含有ガスを用いることも可能である。

また、ウエハ２００上に形成する薄膜の種類によっては、処理室２０１内に供給する処理ガスとして、常温で液体である原料を気化器２４２によって気化させて得られるガスの他、常温で気体であるガスを用いることが出来る。係る場合、液体原料供給源、液体マスフローコントローラ２４１ａ、気化器２４２の代わりに、原料ガス供給源やマスフローコントローラ（共に図示しない）を設けることとしても良い。

＜本発明の好ましい態様＞
次に、本発明の好ましい態様を付記する。

好ましくは、
前記処理ガス供給系は、
前記基板の上方に水平姿勢でそれぞれ設けられた複数の分散板と、
前記分散板よりも上方の空間にそれぞれ処理ガスを供給するガス供給路と、を備え、
前記ガス供給路を介して前記分散板よりも上方の空間に処理ガスをそれぞれ供給することで、前記分散板に開設されたガス噴出口を介して前記基板の上表面に垂直に処理ガスを供給するように構成されている。

また好ましくは、
前記基板をそれぞれ下方から支持する複数の支持部材、前記支持部材を水平姿勢で所定の間隔で多段に保持する柱状部材、及び前記柱状部材を立設するように保持する一対の端板を備えた基板保持具と、
前記処理室を下方から封止する真空気密板と、を有し、
前記処理ガス供給系が備える分散板は、前記基板の上方に水平姿勢でそれぞれ設けられ、
前記処理ガス供給系が備えるガス供給路は、前記真空気密板、前記底板及び前記柱状部材の内部を連通するように設けられている。

また好ましくは、
前記基板と前記基板の上方に設けられた支持部材との間の空間は、前記分散板によって上下に区画されており、
前記ガス供給路は、前記分散板よりも上方の空間に処理ガスを供給する。

また好ましくは、
積層された前記基板間の空間は、前記分散板によって上下に区画されている。

本発明の他の態様によれば、
処理室の中に処理対象の基板を多段に等間隔に積載して加熱しながら処理する基板処理装置において、各基板の上側に処理ガスを均一に供給する分散板が複数設けられている基板処理装置が提供される。

好ましくは、
前記分散板が前記基板の上方にそれぞれ設けられている。

また好ましくは、
前記基板を水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して保持する柱状部材と、前記柱状部材を立設するように保持する底板と、を備える基板保持具を有し、
前記分散板は、前記柱状部材によって前記基板の上方に水平姿勢でそれぞれ保持され、
前記分散板、前記柱状部材及び前記底板が、誘電体材料によって構成されると共に、一体物として互いに連結されている。

また好ましくは、
前記処理室を下方から封止する真空気密板を有し、
前記真空気密板、前記底板及び前記柱状部材の内部を連通するようにガス供給路が設けられ、
処理ガスは、前記ガス供給路を介して前記分散板よりも上方の空間にそれぞれ供給され、前記分散板に開設されたガス噴出口を介して前記基板の上表面に垂直に供給される。

１０１基板処理装置
２００ウエハ（基板）
２０１処理室
２２０ボート（基板保持具）
２２１分散板
２２１ａガス噴出口
２２２ａガス供給路
２２２ｂガス供給路

Claims

複数の基板を水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、を有し、
前記処理ガス供給系は、前記基板の上表面に対してそれぞれ垂直に処理ガスを供給するように構成されている
ことを特徴とする基板処理装置。