JP2018056300A

JP2018056300A - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP2018056300A
Application number: JP2016189951A
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Inventors: 学本間; Manabu Honma
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
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Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-04-05
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Also published as: JP6747220B2

Abstract

【課題】処理容器内にて加熱されたウエハに処理ガスを供給するにあたり、簡易な方法で処理ガスを加熱してウエハに供給すること。【解決手段】処理容器内にて、ＤＣＳガスを吸着させたウエハＷを加熱し、Ｏ３ガスを供給するにあたって、Ｏ３ガス供給ノズル４を外管４１と内管４０との二重管とする。さらに、内管４０の先端側部分の管壁部分を多孔質材４０ａで構成し、Ｏ３ガスをウエハＷの加熱により加熱された多孔質材４０ａを通過させ、Ｏ３ガスを加熱する。また、外管４１を内管４０の多孔質材４０ａを囲むように設け、内管４０と外管４１との間に緩衝空間を形成し、内管４１から吐出されたＯ３ガスを緩衝空間にて圧力を高めて、吐出口４２からウエハＷに向けて吐出する。この構造により、Ｏ３ガスの流速を高めてウエハＷに向けて吐出する。【選択図】図４

Description

本発明は、処理容器内にて加熱された基板に処理ガスを供給して処理を行う技術に関する。

基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に対して例えばシリコン酸化膜などの薄膜の成膜を行う手法の一つとして、原料ガスと反応ガスとをウエハの表面に順番に供給して反応生成物を積層するＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。このＡＬＤ法を用いて成膜処理を行う成膜装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、複数枚のウエハを周方向に並べて公転させるための回転テーブルを処理容器内に設けた構成が挙げられる。

このような成膜装置においては、回転テーブルの径方向に水平に伸びるようにガスノズルを設け、ウエハの通過領域に対応する領域にてガスノズルの下部側に多数のガス吐出孔を配列している。そして回転テーブルの下方に設けられた加熱部によりウエハを加熱しながら回転テーブルを回転させ、夫々回転テーブルの周方向に離間して設けられた原料ガス供給部及び反応ガス供給部から下方にガスを吐出することにより原料ガス及び反応ガスの各々をウエハの全面に供給している。

成膜プロセスの一例としては、例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）などの原料ガスとＯ_３（オゾン）などの酸化ガスと交互にウエハに供給して、ＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）を成膜するプロセスが挙げられる。しかしながらＤＣＳガスと、Ｏ_３ガスとでは、適切なウエハ温度が異なり、ウエハの加熱温度を、例えばＤＣＳガスの吸着効率を高める観点から設定した場合には、Ｏ_３ガスの活性化が低くなってしまう。この結果ＳｉＯ_２膜に要求されるスペックによっては十分な膜質が確保できない場合があるため、例えばＯ_３ガスの活性化を促進するためにＯ_３ガスを励起（プラズマ化）したり、Ｏ_３ガスを供給した後にプラズマにより膜の改質を行う場合があった。一方Ｏ_３ガスの活性を高めるという観点からウエハの加熱温度を設定するとＤＣＳガスがガスノズル内で自己分解してガスノズル内に付着してパーティクルの発生要因となるおそれがあった。
またウエハに処理ガスを供給する際に温度の低いガスを供給すると、プロセスの種別によっては、ウエハの温度が下がり膜質が悪くなるおそれがある。そのため処理ガスを加熱して供給する技術が求められる場合がある。

特開２０１０−２３９１０３号公報

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、処理容器内にて加熱された基板に処理ガスを供給するにあたり、処理ガスを適切な温度に加熱して基板に供給することができる技術を提供することにある。

本発明の基板処理装置は、処理容器内にて加熱された基板に対して処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置において、
前記処理容器内にて基板を載置するための載置部と、
前記載置部に載置された基板を加熱するための加熱部と、
前記処理容器内に設けられ、処理ガス供給源から送られた処理ガスを吐出するためのガス供給部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、
前記ガス供給部は、ガスの通過空間を区画すると共に、基板が置かれている雰囲気と前記通過空間との間に介在する部位が多孔質材からなる区画部材を備え、
前記区画部材内を通ってきた処理ガスが前記多孔質材を介して当該区画部材の外に吐出するように構成されていることを特徴とする。

本発明の基板処理方法は、処理容器内に設けられ、処理ガス供給源から送られたガスの通過空間を区画すると共に、基板が置かれている雰囲気と前記通過空間との間に介在する部位が多孔質材からなる区画部材を備えたガス供給部を備え、処理容器内にて加熱された基板に対して処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置を用い、
前記基板を処理容器内に載置する工程と、
前記処理容器内に載置された基板を加熱する工程と、
前記処理ガス供給源から送られた処理ガスを基板に向けて吐出する工程と、
前記処理容器内を排気する工程と、を含み、
前記基板の加熱により前記多孔質材が加熱され、前記処理ガスを基板に向けて吐出する工程は、前記区画部材内を通ってきた処理ガスが前記加熱された多孔質材を介して当該区画部材の外に吐出することを特徴とする。

本発明は、処理容器内にて加熱された基板にガス供給部から吐出される処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置において、ガス供給部に供給された処理ガスがガスの通過空間と基板が置かれた雰囲気との間に設けられた多孔質材を介して吐出されるように構成している。そのため処理ガスがガスの通過空間から基板が置かれた雰囲気に供給されるまでの時間が長くなると共に、多孔質材と処理ガスとの接触面積が広くなり効率よく熱交換が行われる。従って基板の加熱により加熱された多孔質材により、処理ガスを適切な温度に加熱して基板に供給することができる。

第１の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。第１の実施の形態に係る成膜装置の平面図である。Ｏ_３ガス供給ノズルの断面斜視図である。Ｏ_３ガス供給ノズルの側断面図である。Ｏ_３ガス供給ノズルの断面図である。Ｏ_３ガス供給ノズルの作用を示す説明図である。Ｏ_３ガス供給ノズルの作用を示す説明図である。ガス供給部の他の例を示す分解斜視図である。ガス供給部の他の例を示す構成図である。ガス供給部の他の例の作用を示す説明図である。ガス供給部の更に他の例を示す断面図である。第２の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。前記成膜装置における酸化ガス供給ノズルの側断面図である。第３の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。

本発明の基板処理装置を成膜装置に適用した実施の形態について説明する。この成膜装置は、図１及び図２に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器である処理容器１と、この処理容器１内に設けられ、当該処理容器１の中心に回転中心を有すると共にウエハＷを公転させるための例えば石英製の回転テーブル２と、を備えている。処理容器１は、天板部１１及び容器本体１２を備えており、天板部１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板部１１の上面側における中央部には、処理容器１内の中央部において互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、窒素（Ｎ_２）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では上方から見て時計周りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。

回転テーブル２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が形成されており、図２に示すようにこの凹部２４は、回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウエハＷを当該凹部２４に収納すると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。

図１に示すように回転テーブル２と処理容器１の底面部との間の空間には、加熱部である加熱部７が全周に亘って設けられている。図１中７１は加熱部７の側方側に設けられたカバー部材、７０はこの加熱部７の上方側を覆う石英製の覆い部材である。そして加熱部７から放射される熱及び加熱部７により加熱された回転テーブル２の輻射熱により、ウエハＷが、例えば４００℃に加熱される。また加熱部７の下方側において、処理容器１の底面部を貫通するパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。

処理容器１の側壁には、図２に示すように図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより気密に開閉自在に構成されている。回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われ、当該受け渡し位置に対応する部位には、回転テーブル２の下方側に凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

図２に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガス供給ノズル３４、シリコン化合物を含むガス、例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）を供給するＤＣＳガス供給ノズル３０、分離ガス供給ノズル３７及びガス供給部であるＯ_３（オゾン）ガス供給ノズル４がこの順番で処理容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて配置されている。

ＤＣＳガス供給ノズル３０は、処理容器１の外周壁から中心部に向かって伸び、回転テーブル２を回転させた時にウエハＷが通過する領域を跨ぐように設けられている。ＤＣＳガス供給ノズル３０は、先端が封止された筒状に構成され、ＤＣＳガス供給ノズル３０の下面には、図１に示すようにウエハＷが通過する領域を跨ぐ範囲に複数のガス吐出孔３１が設けられている。

図２に示すようにＤＣＳガス供給ノズル３０の基端側は、容器本体１２に形成されたポート１２ａに接続されている。ポート１２ａには、容器本体１２外側からＤＣＳガス供給管３２の一端側が接続され、ＤＣＳガス供給管３２の他端側には、ＤＣＳガス供給源３３が接続されている。またＤＣＳガス供給管３２には、ＤＣＳガス供給ノズル３０側からバルブＶ３２及び流量調整部Ｍ３２がこの順で介設されている。

Ｏ_３ガス供給ノズル４について、図３〜５も参照して説明する。Ｏ_３ガス供給ノズル４は、内管４０と、外管４１とを備えた二重管となっている。内管４０は、先端側が閉じられた管状に構成され、酸化ガス、ここではＯ_３ガスの通過空間とウエハＷの置かれた雰囲気を区画する区画部材に相当する。内管４０の先端側の管壁部分は、例えば不透明で輻射率の高い石英のビーズを焼結させた壁部の厚さが１ｍｍ〜１０ｍｍの多孔質材４０ａとなっており、通過空間を流れた処理ガスが、多孔質材４０ａを介して内管４０の外側に吐出されるように構成されている。多孔質材４０ａは全部の部位が多孔質ではなく、一部が管壁であってもよい。

外管４１は、例えば石英により、内管４０における多孔質材４０ａの部分の周囲を覆う、管壁の厚さが１ｍｍ〜４ｍｍの円筒形状に構成され、外管４１と内管４０との間は、Ｏ_３ガスの圧力を高めるための緩衝空間（バッファ空間）になっている。外管４１の下面には、直径０．１〜１ｍｍの吐出口４２が外管４１の長さ方向に１ｍｍ〜１０ｍｍの間隔に複数形成され緩衝空間により圧力が高められたＯ_３ガスが吐出口４２から吐出されるように構成されている。

Ｏ_３ガス供給ノズル４は、内管４０の基端側が、処理容器１の外周壁に設けられたポート１２ｂに接続され、先端側が処理容器１の中心部に向かって伸び、外管４１における吐出口４２が回転テーブル２を回転させた時にウエハＷが通過する領域を跨いで並ぶように設けられている。図２に示すようにポート１２ｂには、Ｏ_３ガス供給管４３の一端側が接続され、Ｏ_３ガス供給管４３の基端側には、Ｏ_３ガス供給源４４が接続されている。またＯ_３ガス供給管４３には、Ｏ_３ガス供給ノズル４側からバルブＶ４３及び流量調整部Ｍ４３がこの順で介設されている。

２つの分離ガス供給ノズル３４、３７は、各々ＤＣＳガス供給ノズル３０と同様に構成されたノズルで構成され、分離ガス供給ノズル３４、３７の基端側は、処理容器１を貫通するガス供給管３５、３８が接続され、Ｎ_２ガス供給源３６、３９に接続されている。各分離ガス供給ノズル３４、３７の上方には、図２に示すように平面形状が概略扇形の凸状部３４ａ、３７ａが各々設けられている。分離ガス供給ノズル３４から吐出されたＮ_２ガスは、分離ガス供給ノズル３４から処理容器１の周方向両側に広がり、ＤＣＳガス供給ノズル３０の回転テーブル２回転方向に対して上流側にて、ＤＣＳガスの雰囲気と、Ｏ_３ガスの雰囲気とを分離する。また分離ガス供給ノズル３７から吐出されたＮ_２ガスは、分離ガス供給ノズル３７から処理容器１の周方向両側に広がり、ＤＣＳガス供給ノズル３０の回転テーブル２回転方向に対して下流側にて、ＤＣＳガスの雰囲気と、Ｏ_３ガスの雰囲気とを分離する。

図１、図２に示すように回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下方の位置には、溝部をなすガス流路１０１が形成されたカバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００には、ＤＣＳガス供給ノズル３０の下流側及びＯ_３ガス供給ノズル４の下流側の２か所に互いに周方向に離間するように排気口６１が形成されている。これら排気口６１は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

また成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部９０が設けられている。制御部９０のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体によりインストールされる。

上述の実施の形態の作用について説明する。まずゲートバルブを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない外部の搬送アームにより搬送口１５を介して処理容器１に搬入し、既述の図示しない昇降ピンの昇降動作を伴って、回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを順次載置する。次いで、ゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４及び圧力調整部６５により処理容器１内を引き切りとすると共に、回転テーブル２を時計周りに例えば１０ｒｐｍの回転数で回転させながら加熱部７によりウエハＷを例えば４００℃に加熱する。

続いてＤＣＳガス供給ノズル３０から、例えば１０〜３００ｓｃｃｍの流量のＤＣＳガスを供給する。さらにＯ_３ガス供給ノズル４からＯ_３ガスを例えば１０００ｓｃｃｍの流量で供給する。ここでＯ_３ガス供給ノズル４から供給されるＯ_３ガスについて説明する。既述のようにＯ_３ガス供給ノズル４における内管４０は石英製の多孔質材４０ａを備えている。そのため図６に示すようにウエハＷが加熱部７により加熱されたときに加熱部７から照射される熱及び加熱されたウエハＷから放射される輻射熱により多孔質材４０ａの温度が上がる。

そして図７に示すように内管４０に供給されたＯ_３ガスは、内管４０内を流れ多孔質材４０ａの隙間から内管４０の外に吐出される。その際にＯ_３ガスは、多孔質材４０ａに蓄積されている熱により加熱される。この時多孔質材４０ａの隙間は狭いため流速が下がり、内管４０の内から外に流れるまでの時間が長くなる。また多孔質材４０ａであることからＯ_３ガスが接する表面積が大きくなっており、Ｏ_３ガスと多孔質材４０ａとの間の熱交換の効率が高くなっている。従ってＯ_３ガスは、加熱された多孔質材４０ａにより高い効率で長い時間加熱され、例えば３５０〜４００℃に加熱される。さらに内管４０から吐出されたガスは外管４１内の緩衝空間において圧力が高くなり、吐出口４２から下方に向けて吐出される。

そして回転テーブル２を例えば１０ｒｐｍの回転数で回転させる。ここで一のウエハＷに着目すると、まずウエハＷは、ＤＣＳガス供給ノズル３０の下方を通過する。ＤＣＳガス供給ノズル３０から吐出されたＤＣＳガスは、回転テーブル２上を径方向に広がりながら、回転テーブル２あるいはウエハＷからの熱により昇温して活性化されてウエハＷに吸着する。

そしてＤＣＳガスが吸着したウエハＷは、回転テーブル２の回転により、Ｏ_３ガス供給ノズル４の下方を通過する。Ｏ_３ガスは、多孔質材４０ａを通過するときに加熱され、さらに緩衝空間により昇圧されることにより速い速度でウエハＷに供給される。従ってＯ_３ガスは、高い活性状態でウエハＷに供給され、ウエハＷの表面においてウエハＷ上に吸着したＤＣＳガスが速やかに酸化される。そして速やかに酸化が進行することにより良好なシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が成膜される。
こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面へのＤＣＳガスの吸着、ウエハＷ表面に吸着したＤＣＳガスの成分の酸化がこの順番で多数回に亘って行われて、反応生成物が積層されてＳｉＯ_２膜の薄膜が形成される。

上述の実施の形態によれば処理容器１内にて、ＤＣＳガスを吸着させたウエハＷを加熱し、Ｏ_３ガスを供給するにあたって、Ｏ_３ガス供給ノズル４を外管４１と内管４０との二重管としている。さらに内管４０の先端側部分の管壁部分を多孔質材４０ａで構成し、Ｏ_３ガスをウエハＷ及び回転テーブル２からの輻射熱により加熱された多孔質材４０ａを通過させている。多孔質材４０ａは、隙間が狭いためＯ_３ガスが内管４０の外に吐出されるまでの時間が長くなり、流速が遅くなる。また多孔質材４０ａは、熱容量が高く、さらに通過するＯ_３ガスとの接触面積が大きい。従って内管４０に多くの量の熱量を蓄熱させることができると共にＯ_３ガスが加熱された多孔質材４０ａから伝熱される時間が長くなり、Ｏ_３ガスを効率よく加熱することができる。そして一旦流速が遅くなったＯ_３ガスは、外管４１内で昇圧されて外管の吐出口４２から速い流速で吐出される。従ってウエハＷに活性の高いＯ_３ガスを供給することができるため、良好な膜質のＳｉＯ_２膜が得られる。

またＯ_３ガスを電力による励起を行うことなく高い活性状態とすることができるのでＯ_３ガスをプラズマ化するための装置を用いる必要がなく、基板処理装置の低廉化に寄与する。なお本発明では、Ｏ_３ガスを励起するように構成してもよいがこの場合には、プラズマ化のための電力を小さくできることが期待できる。また原料ガスの供給−Ｏ_３ガスの供給を１サイクルとすると、例えば各サイクルで、あるいは所定の膜厚になったサイクルにおいて、プラズマを用いてＳｉＯ_２膜の改質処理を行うことが知られているが、この改質処理を不要にできるか、あるいはプラズマの供給電力を小さくできることが期待できる。さらにまたＯ_３ガスのプラズマ化及びプラズマによる改質処理の少なくとも一方を利用することで更なる良好な膜質が期待できる。

またＤＣＳガス供給ノズル３０をＯ_３ガス供給ノズル４と同じ構成としてもよい。ウエハＷにガスを吹き付けるときにガスの温度が低いとウエハＷの温度下がり、ウエハＷ面内における温度の不均一化や膜質の悪化のおそれがある。そのためＤＣＳガスをウエハＷの加熱により加熱された多孔質材４０ａを通過させて吐出することにより、ウエハの温度の低下を防ぐことができる。

またＯ_３ガス供給ノズル４に外管４１を設けない構成でも、多孔質材４０ａによりＯ_３ガスを加熱してウエハＷに供給することができるため効果を得ることができる。しかしながらＯ_３ガス供給ノズル４から吐出するガスの時間当たりの吐出量を増加させ、ウエハＷ直上のガスの濃度を高める観点から、処理ガスの流速を高めてウエハＷに供給することが好ましい。上述の実施の形態においては、内管４０の周囲を外管４１で覆った二重管とし、内管４０から吐出される処理ガスを外管４１内の緩衝空間にて圧力を高めて吐出している。そのためウエハＷに向けて吐出される処理ガスの流速を高めることができ、ウエハＷ直上のガスの濃度を高めることができる。

また成膜装置をクリーニングするために、処理容器１内にパージガスやクリーニングガスを供給するノズルを設け、処理容器１内にパージガスやクリーニングガスを供給しての付着物の除去を行っている。この時クリーニングガスやパージガスが内管４０に吹き付けられると、多孔質材４０ａが削られるおそれがある。そのため内管４０における多孔質材４０ａの周囲を外管４１で覆うことにより、多孔質材４０ａの削れを防ぐことができ、ガス供給部の交換周期を長くすることができる。
なお吐出口４２を外管４１の長さ方向に沿って形成するとは、複数の吐出口４２が配列されている構成、長さ方向にガスを吐出するスリットが形成された構成のいずれかであってもよい。

［第１の実施の形態の他の例］
また第１の実施の形態に係る基板処理装置の他の例として、図３〜図５に示すガス供給部を加熱する補助加熱部を設けてもよい。このような例としては図８に示すようにＯ_３ガス供給ノズル４の長さ方向に伸びる補助加熱部４００を設けた構成が挙げられる。例えば補助加熱部４００は、棒状の抵抗発熱体からなるヒータで構成され、Ｏ_３ガス供給ノズル４の上方において、Ｏ_３ガス供給ノズル４の幅方向に補助加熱部４００、熱電極からなる温度測定部４０１、補助加熱部４００の順番に並べて処理容器１の天板部１１から伸び出すように設ける。なお図８において天板部１１及び補助加熱部４００、温度測定部４０１の接続部分は省略した。

そして図９に示すように、例えばＰＩＤ制御を行う温度制御部４０２を設け、温度測定部４０１により測定された温度と、制御部９０から入力される設定温度とを比較して補助加熱部４００の加熱温度を制御するように構成してもよい。このように構成することで図１０に示すようにＯ_３ガス供給ノズル４における多孔質材４０ａをウエハＷや回転テーブル２からの輻射熱により加熱すると共に、補助加熱部４００を用いて加熱温度を一定に制御できるため、多孔質材４０ａの加熱温度を安定させ、ウエハＷに供給するガスの温度を安定させることができる。さらに補助加熱部４００を用いることにより、よりＯ_３ガス供給ノズル４における処理ガスの加熱温度を広い範囲の温度に調整できる。

また処理容器１内において、ウエハＷに複数種のガスを供給して処理を行うにあたって、各々のガスを異なる温度に設定するために、第１の実施の形態においては、一の処理ガスをガスの通過空間から多孔質材４０ａを介してウエハＷに供給している。しかし本発明では、複数の処理ガスを供給する各々のガス供給部をガスの通過空間から多孔質材４０ａを介してウエハＷに供給する構成とし、例えば一方のガス供給部を補助加熱部４００により加熱し、他方のガス供給部を補助加熱部４００を設けない構成として各処理ガスを異なる温度に調整してもよい。あるいは、すべてのガス供給部にも補助加熱部４００を設け、各々の処理ガスを異なる温度に調整するように設定しウエハＷに供給するようにしてもよい。

また処理ガスは、例えば焼結させるビーズ体の輻射率を変えたり、ビーズの大きさを変えてガスが多孔質材４０ａの隙間を通過する時間を変えることにより、多孔質材４０ａを介して吐出されるガスの温度を変えることができる。そのため各処理ガスの供給温度を変えるにあたっては、各々のガス供給部のビーズ体の輻射率を変えたり、ビーズ体の大きさを変えて調整するようにしてもよい。
また処理ガス供給ノズルは、図１１の横断面図に示すように角筒状の内管４１０及び外管４１１で構成されていてもよい。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る基板処理装置として、縦型熱処理装置に適用した例について説明する。図１２に示すように縦型熱処理装置は、両端が開口した石英製の管状に構成され、内部に成膜ガスが供給される反応管である内側反応管１１１を備えており、内側反応管１１１の周囲には、上端側が塞がれ、下端側が開口した石英製の円筒状の外側反応管１１２が設けられている。外側反応管１１２の下方には、外側反応管１１２と開口部に気密に接続され、外側反応管１１２と連続するステンレス製の筒状のマニホールド１１５が設けられ、マニホールド１１５の下端は、フランジ１１７が形成されている。またマニホールド１１５の内側には、リング状の支持部１１６が形成され、内側反応管１１１は、その下端が支持部１１６の内側の周縁に沿って起立して接続されている。内側反応管１１１、外側反応管１１２及びマニホールド１１５は処理容器に相当する。

また縦型熱処理装置は、外側反応管１１２を上方側から覆う断熱体１１３を備え、断熱体１１３の下方は、反応容器１１０を固定している基体１０９に固定されている。断熱体１１３の内側には、全周に亘って抵抗発熱体からなる加熱部１１４が設けられている。

マニホールド１１５におけるフランジ１１７に囲まれる開口部１１８には、開口部１１８を開閉する石英製の円形の蓋体１１９が設けられ、蓋体１１９は、蓋体１１９を昇降させるボートエレベータ１２０の上に設けられている。蓋体１１９の上面側には、回転台１２１が設けられ、回転台１２１は、ボートエレベータ１２０の下方に設けられた駆動部１２２により鉛直軸周りに回転自在に設けられている。

回転台１２１の上方には、断熱ユニット１２３が設けられている。断熱ユニット１２３の上方には、基板保持具であるウエハボート１０２が設けられている。ウエハボート１０２は、天板１２４ａと、底板１２４ｂと、を備え、天板１２４ａと底板１２４ｂとを互いに接続する支柱１２５には、ウエハＷ挿入して、ウエハＷを棚状に保持するための保持溝１２６が形成されている。

マニホールド１１５における支持部１１６の下方側には、ＤＣＳガス供給ノズル１２７及びガス供給部であるＯ_３ガス供給ノズル１２８が設けられている。ＤＣＳガス供給ノズル１２７は、水平に伸びその先端がガス供給口として開口している。ＤＣＳガス供給ノズル１２７の基端側はマニホールド１１５に形成されたポート１１５ａに接続されている。またポート１１５ａには、マニホールド１１５の外周側からＤＣＳガス供給管１３１の一端が接続され、ＤＣＳガス供給管１３１の他端側は、バルブＶ１３１、流量調整部Ｍ１３１を介してＤＣＳガス供給源１３２に接続されている。

またＯ_３ガス供給ノズル１２８は、水平部分とウエハＷの配列方向に伸びる垂直部分とを備え、垂直部分は図１３に示すように内管１４０及び外管１４１を備えた二重管となっている。内管１４０の先端側、この例では上下方向で見てウエハＷの配列領域を含む高さ領域に相当する部分は、図３〜図５に示したＯ_３ガス供給ノズル４と同様に不透明の石英ビーズを焼結させた多孔質材１４０ａとなっており、石英製の円筒形状の外管１４１が、内管１４０の多孔質材１４０ａの部位の周囲を覆うように設けられている。そして外管１４１におけるウエハボート１０２側には、各ウエハＷ間の隙間にＯ_３ガスを供給するための吐出口１４２がウエハＷ間の隙間に各々対応するように設けられている。

Ｏ_３ガス供給ノズル１２８の基端側はマニホールド１１５に形成されたポート１１５ｂに接続されている。またポート１１５ｂには、マニホールド１１５の外周側からＯ_３ガス供給管１３３の一端が接続され、Ｏ_３ガス供給管１３３の他端側は、バルブＶ１３３、流量調整部Ｍ１３３を介してＯ_３ガス供給源１３４に接続されている。

またマニホールド１１５における支持部１１６の上方側には、他端側に真空排気機構１３５が接続された排気管１３６の一端側が接続され、マニホールド１１５における支持部１１６の上方側、即ち外側反応管１１２と内側反応管１１１との隙間から排気するように構成されている。
このような縦型熱処理装置においては、ウエハボート１０２における各保持溝１２６にウエハＷを挿入し、加熱部１１４により、例えばウエハＷを７８０℃に加熱する。そして排気を開始し、ＤＣＳガス供給ノズル１２７からＤＣＳガスを供給する。これにより内側反応管１１１内がＤＣＳガスで満たされ、さらにＯ_３ガス供給ノズル１２８からＯ_３ガスを供給する。従って内側反応管１１１内においてウエハＷの表面に吸着したＤＣＳガスがＯ_３ガスにより酸化されてＳｉＯ_２となりウエハＷの表面に堆積してＳｉＯ_２膜が成膜される。

この時ウエハＷを加熱部１１４により加熱するときにＯ_３ガス供給ノズル１２８の多孔質材１４０ａも加熱される。そのためＯ_３ガスを多孔質材１４０ａを通過させて内側反応管１１１内に供給したときにＯ_３ガスが加熱され、活性が高められた状態で供給されるため同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
続いて第３の実施の形態に係る基板処理装置として、枚葉式の成膜装置に適用した例について説明する。図１４に示すように成膜装置は、処理容器２１１を備えている処理容器２１１は、天板２１２と、容器本体２１３とを備え、概略扁平な円筒形状の処理容器として構成されている。容器本体２１３の側壁にはウエハＷの搬入出が行われる搬入出口２１４と、当該搬入出口２１４を開閉するゲートバルブ２１５とが設けられている。

処理容器２１１の内部には、成膜対象のウエハＷを載置する載置台２２１が設けられ、載置台２２１の上面には、成膜対象のウエハＷを収容可能な円形の凹部が形成されている。載置台２２１の下面側中央部には、回転軸２２２が設けられ、回転軸２２２は容器本体２１３の底板を貫通し、その下端部には、載置台２２１を鉛直軸周りに回転させると共に載置台２２１を成膜処理が行われる位置と、ウエハＷの受け渡しを行う受け渡し位置との間を昇降させるための駆動部２２３がもうけられている。なお図１４中の２２４は、軸受部である。また容器本体２１３の底板と載置台２２１との間には、載置台２２１の上面側のウエハＷの載置領域に対応させた加熱部２０７が配置されている。

載置台２２１の上方側には、ウエハＷに対してＤＣＳガスを吐出するためのガス供給部であるＤＣＳガス供給部２０３が設けられている。ＤＣＳガス供給部２０３は、例えば処理容器２１１内における搬入出口２１４から見て奥側における載置台２２１の上方に、ウエハＷの中心の上方からウエハＷの周縁の上方に亘る位置に設けられている。ＤＣＳガス供給部２０３は、断面がウエハＷの径方向に伸びる楕円状の空間を形成するための石英製の区画部材２４０を備えている。なお区画部材２４０は断面が円柱形状、あるいは矩形であってもよい。区画部材２４０は、載置台２２１と対向する面、即ち区画部材２４０の底面部が、不透明の石英ビーズを焼結させた多孔質材２４０ａになっている。区画部材２４０の天井部には、ＤＣＳガス供給管２４１の一端が接続され、ＤＣＳガス供給管２４１の他端側は、バルブＶ２４１、流量調整部Ｍ２４１を介して、ＤＣＳガス供給源２４２が接続されている。

また載置台２２１と処理容器２１１の天井面との隙間に側方から酸化ガスを吐出するＯ_３ガス供給ノズル２０４が設けられている。Ｏ_３ガス供給ノズル２０４は、Ｏ_３ガス供給管２４３の一端が接続され、Ｏ_３ガス供給管２４３の他端側は、バルブＶ２４３、流量調整部Ｍ２４３を介して、Ｏ_３ガス供給源２４４が接続されている。

さらにＤＣＳガス供給部２０３の周囲を囲むように排気口２４５が形成されており、排気口２４５から排気することにより、処理容器２１１内にてＤＣＳガス供給部２０３から供給されるＤＣＳガスとＯ_３ガス供給管２４３から供給されるＯ_３ガスとが混合されないように区画されている。

この成膜装置は、載置台２２１に載置されたウエハＷを加熱すると共に排気を開始する。さらにウエハＷを鉛直軸周りに回転させながら、ウエハＷの上方からＤＣＳガスを供給すると共にＯ_３ガスを供給する。排気口２４５から排気を行っているため、ＤＣＳガスは、ウエハＷの表面における排気口２４５に囲まれた領域にのみ付着する。そしてウエハＷ回転させると、ウエハＷの表面におけるＤＣＳガスが吸着した領域が排気口２４５に囲まれた領域に移動し、処理容器内に供給されているＯ_３ガスに曝される。

この結果ウエハＷの表面に吸着したＤＣＳガスが酸化されて酸化シリコンの層が形成される。このようにウエハＷを回転させることで、ウエハＷの表面にＤＣＳガスとＯ_３ガスとが交互に供給されてＳｉＯ_２膜が成膜される。このような成膜装置においても、ＤＣＳガス供給部２０３における区画部材２４０がウエハＷを加熱する加熱部２０７による熱及び加熱されたウエハＷから放射される熱により加熱される。そのためＤＣＳガスを多孔質材２４０ａを通過させることにより加熱してウエハＷに供給することができるため同様の効果を得ることができる。

またガス供給部は、平面がウエハＷよりも大きな円形のシャワーヘッド構造であり、ウエハＷの表面全体に向けてガスを供給するように構成し、処理容器内におけるガス供給部の周囲に排気口が形成された構成でも良く、さらに処理容器内における排気口で囲まれた領域の外側にパージガス供給口を設け、処理容器に更にパージガスを排気する排気口を設けた構成でも良い。
また本発明はウエハにＤＣＳガス及びＮＨ_３ガスを供給して行うＳｉＮ膜の成膜装置に用いてもよい。また成膜装置に限らずウエハＷに処理ガスを供給してウエハＷのエッチングを行うエッチング装置であってもよい。

１処理容器
２回転テーブル
７加熱部
４Ｏ_３ガス供給ノズル
３０ＤＣＳガス供給ノズル
４０内管
４０ａ多孔質材
４１外管
４２吐出口
Ｗウエハ

Claims

処理容器内にて加熱された基板に対して処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置において、
前記処理容器内にて基板を載置するための載置部と、
前記載置部に載置された基板を加熱するための加熱部と、
前記処理容器内に設けられ、処理ガス供給源から送られた処理ガスを吐出するためのガス供給部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、
前記ガス供給部は、ガスの通過空間を区画すると共に、基板が置かれている雰囲気と前記通過空間との間に介在する部位が多孔質材からなる区画部材を備え、
前記区画部材内を通ってきた処理ガスが前記多孔質材を介して当該区画部材の外に吐出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。
前記ガス供給部内の処理ガスを加熱するために前記加熱部とは別個に設けられた補助加熱機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記区画部材は石英により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
前記区画部材は、管壁部分が多孔質材からなる多孔質管であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
前記ガス供給部は、前記基板が置かれている雰囲気と前記多孔質材との間に、前記多孔質材から吐出された処理ガスの圧力を高めるための緩衝空間を形成する外部材を備え、
前記外部材には、前記雰囲気に処理ガスを吐出するための吐出口が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
前記区画部材は、管壁部分が多孔質材からなる多孔質管であり、
前記外部材は、その長さ方向に沿って前記吐出口が形成された外管であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
基板を載置する前記載置部を公転させるための回転テーブルと、
前記載置部が通過する領域に第１の処理ガスを供給して基板に第１の処理ガスの成分を吸着させるための第１の処理ガス供給部と、
前記第１の処理ガス供給部に対して回転テーブルの回転方向に離間して設けられ、基板に吸着された前記第１の処理ガスの成分と反応して反応層を形成するための第２の処理ガスを供給する第２の処理ガス供給部と、を備え、
前記多孔質管を備えた前記ガス供給部は、前記第２の処理ガス供給部に相当することを特徴とする請求項４または６に記載の基板処理装置。
前記第１の処理ガスは、シリコン化合物を含むガスであり、
前記第２の処理ガスは、酸素を含む酸化用のガスであり、
基板に対して行われる処理はシリコン酸化膜を成膜する処理であることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
前記処理容器は、周囲に前記加熱部が配置された縦型の反応管であり、
前記載置部は、複数の基板を棚状に保持するための基板保持具であり、
前記多孔質管は、前記反応管内にて前記基板保持具に沿って縦方向に配置され、
前記基板保持具を前記反応管に対して搬入出するための昇降機構を備え、縦型熱処理装置として構成されていることを特徴とする請求項４または６に記載の基板処理装置。
処理容器内に設けられ、処理ガス供給源から送られたガスの通過空間を区画すると共に、基板が置かれている雰囲気と前記通過空間との間に介在する部位が多孔質材からなる区画部材を備えたガス供給部を備え、処理容器内にて加熱された基板に対して処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置を用い、
前記基板を処理容器内に載置する工程と、
前記処理容器内に載置された基板を加熱する工程と、
前記処理ガス供給源から送られた処理ガスを基板に向けて吐出する工程と、
前記処理容器内を排気する工程と、を含み、
前記基板の加熱により前記多孔質材が加熱され、
前記処理ガスを基板に向けて吐出する工程は、前記区画部材内を通ってきた処理ガスが前記加熱された多孔質材を介して当該区画部材の外に吐出する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
前記ガス供給部は、前記基板が置かれている雰囲気と前記多孔質材との間に、緩衝空間を形成する外部材を備え、
前記処理ガスを基板に向けて吐出する工程は、前記多孔質材から吐出された処理ガスを前記緩衝空間により圧力を高めて吐出する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法。
基板を加熱する加熱部とは別個に設けられた補助加熱機構を用い、
処理ガスを基板に向けて吐出する工程の前に、前記補助加熱部により、ガス供給部内の処理ガスを加熱することを特徴とする請求項１０または１１に記載の基板処理方法。