JP5247528B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法及びガス導入手段 - Google Patents
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Description
前記ガス導入ノズルの先端に接続され、前記処理室内に処理ガスを導入するガス導入口を有するガス整流ノズルと、前記ガス整流ノズルの内部に配置されたフィルタと、を有し、前記処理ガスは、前記ガス導入ノズルから前記フィルタを介して前記ガス整流ノズルへ導入され、前記ガス導入口から前記処理室内に導入されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、処理室内に基板を搬入する工程と、内部にフィルタが配置されておりガス導入口を有するガス整流ノズルが先端に接続されたガス導入ノズルから、前記処理室内に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、前記処理室から基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
さらに、本発明の他の態様によれば、処理室内に基板を搬入する工程と、内部にフィルタが配置されておりガス導入口を有するガス整流ノズルが先端に接続されたガス導入ノズルから、前記処理室内に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、前記処理室から基板を搬出する工程と、を有する基板処理方法が提供される。
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置101の構成例について、図1を用いて説明する。
ている。
次に、本実施形態にかかる基板処理装置101の動作について説明する。
方を向く。
続いて、本発明の一実施形態にかかる処理炉202の構成について、図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える処理炉202の概略構成図であり、(a)は処理炉の縦断面概略図を、(b)は図2(a)に示す処理炉202の横断面概略図をそれぞれ示している。
本発明の一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とを有している。反応管203は、例えば石英(SiO2)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。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、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Oリングなどの封止部材220が設けられている。
、処理室201内の気密を保持しつつ、シールキャップ219の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ219の下方には、回転軸255を回転させる回転機構267が設けられている。回転機構267により回転軸255を回転させることにより、処理室201内の気密を保持したまま、複数のウエハ200を搭載したボート217を回転させることが出来るように構成されている。
マニホールド209には、気化ガスノズル233aが設けられている。気化ガスノズル233aは、垂直部と水平部とを有するL字形状に構成されている。気化ガスノズル233aの垂直部は、反応管203の内壁に沿うように鉛直方向に配設されている。気化ガスノズル233aの垂直部側面(筒部)には、処理室201内に処理ガスとしての気化ガスを導入するガス導入口としての気化ガス供給孔248aが、鉛直方向に複数設けられている。気化ガス供給孔248aの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一とされていてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされていてもよい。気化ガスノズル233aの水平部は、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。
る気化ガスの流量)は、液体流量コントローラ242cによって制御可能なように構成されている。
マニホールド209には、反応ガスノズル233bが設けられている。反応ガスノズル233bは、垂直部と水平部とを有するL字形状に構成されている。反応ガスノズル233bの垂直部は、反応管203の内壁を沿うように鉛直方向に配設されている。反応ガスノズル233bの垂直部側面には、反応ガス供給孔248bが鉛直方向に複数設けられている。反応ガス供給孔248bの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一とされていてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされていてもよい。反応ガスノズル233bの水平部は、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。
ガス供給系が構成される。
気化ガス供給管240aにおける気化器260と開閉バルブ241aとの間には、気化ガスベント管240iの上流側が接続されている。気化ガスベント管240iの下流側は、後述する排気管231の下流側(後述するAPCバルブ231aと真空ポンプ231bとの間)に接続されている。気化ガスベント管240iには開閉バルブ241iが設けられている。開閉バルブ241aを閉め、開閉バルブ241iを開けることにより、気化器260における気化ガスの生成を継続したまま、処理室201内への気化ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、開閉バルブ241a、開閉バルブ241iの切り替え動作によって、処理室201内への気化ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。
気化ガス供給管240aにおける開閉バルブ241aの下流側には、第1パージガス管240gの下流側が接続されている。第1パージガス管240gには、上流側から順に、N2ガス等の不活性ガスを供給する図示しないパージガス供給源、流量コントローラ(MFC)242g、開閉バルブ241gが設けられている。開閉バルブ241aを閉め、開閉バルブ241i及び開閉バルブ241gを開けることにより、気化ガスの生成を継続したまま処理室201内への気化ガスの供給を停止すると共に、処理室201内へのパージガスの供給を開始することが可能なように構成されている。処理室201内へパージガスを供給することにより、処理室201内からの気化ガスの排出を促すことが可能となる。
マニホールド209の側壁には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が接続されている。排気管231には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ245、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ231a、真空排気装置としての真空ポンプ231bが設けられている。真空ポン
プ231bを作動させつつ、APCバルブ242の開閉弁の開度を調整することにより、処理室201内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ231a、真空ポンプ231bにより、本実施形態に係る排気系が構成される。
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ219は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。シールキャップ219の処理室201と反対側には、ボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217を下方から支持しており、回転機構267を作動させることでウエハ200を回転させることが可能なように構成されている。シールキャップ219は、反応管203の外部に垂直に配置された昇降機構としてのボートエレベータ215によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート217を処理室201内外に搬送することが可能となっている。
制御部(制御手段)であるコントローラ280は、ヒータ207、APCバルブ231a、真空ポンプ231b、回転機構267、ボートエレベータ215、通電加熱ヒータ264、開閉バルブ241a,241b,242c,243c,241d,241e,241f,241g,241h,241i,241j、液体流量コントローラ242c、流量コントローラ242b、242f、242g、242h等に接続されている。コントローラ280により、ヒータ207の温度調整動作、APCバルブ231aの開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ231bの起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ215の昇降動作、開閉バルブ241a,241b,242c,243c,241d,241e,241f,241g,241h,241i,241jの開閉動作、液体流量コントローラ242c、流量コントローラ242b,242f,242g,242hの流量調整等の制御が行われる。
続いて、気化ガスノズル233a及びその周辺の詳細構造について、図面を参照しながら説明する。図3は、本発明の一実施形態にかかる気化ガスノズル233a及びその周辺の部分拡大図であり、図4は、本発明の一実施形態にかかるフィルタの概略構成図である。
ガス整流ノズル347との接続箇所は、処理室201内に設けられている。ガス整流ノズル347は、反応管203の内壁に沿うように鉛直方向に配設され、気化ガスノズル233aの垂直部を構成している。ガス整流ノズル347の上端は閉塞しており、ガス整流ノズル347の筒部には上述の気化ガス供給孔248aが鉛直方向に複数設けられている。
能となる。なお、フィルタ346の交換作業の際に処理室201内を不活性ガス等でパージし続けることにより、気化ガス供給経路内への大気の侵入を更に効果的に抑制できる。
続いて、本発明の一実施形態に係る基板処理工程について説明する。なお、本実施形態に係る基板処理工程は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法の中の1つであるALD法を用いてウエハ200の表面に高誘電率膜を成膜する方法であり、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置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。
まず、複数枚のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。そして、複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータ215によって持ち上げて処理室201内に搬入(ボートローディング)する。この状態で、シールキャップ219はOリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。基板搬入工程(S10)においては、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを開けて、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。
続いて、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを閉め、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように、処理室201内を真空ポンプ231bにより排気する(S20)。この際、処理室201内の圧力を圧力センサ245で測定して、この測定された圧力に基づき、APCバルブ231aの開度をフィードバック制御する。また、処理室201内が所望の温度となるように、ヒータ207によって加熱する(S20)。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合をフィードバック制御する。また、気化ガス供給経路であるガス導入ノズル325の上流側及び気化ガス供給管240a内がそれぞれ所定温度以上になるように、配管ヒータ238aによって加熱する。そして、回転機構267によりボート217を回転させ、ウエハ200を回転させる。
続いて、成膜工程(S30)を実施する。成膜工程(S30)では、ウエハ200上に気化ガスを供給する工程(S31)と、処理室201内をパージする工程(S32)と、ウエハ200上に反応ガスを供給する工程(S33)と、処理室201内をパージする工程(S34)と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返す。
ガスを気化ガスベント管240iから排出しておく。気化ガスが安定して生成されるようになったら、開閉バルブ241iを閉め、開閉バルブ241aを開けて、気化ガスとキャリアガスとの混合ガスを処理室201内へと供給する。その結果、積層されたウエハ200間に混合ガスが供給され、ウエハ200の表面に気化ガスのガス分子が吸着する。混合ガスの供給を所定時間継続したら、開閉バルブ241aを閉め、開閉バルブ241iを開けて、気化ガスの生成を継続したまま処理室201内への混合ガスの供給を停止する。
続いて、APCバルブ231aの開度を小さくし、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを開けて、処理室201内の圧力が大気圧になるまで処理室201内にパージガスを供給する(S40)。そして、基板搬入工程(S10)と逆の手順により、成膜済のウエハ200を処理室201内から搬出する(S50)。基板搬出工程(S50)においては、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを開けて、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。
上述したように、工程S10〜S50を実施すると、気化器260内に炭化物が残留し、気化器260内と処理室201内とを結ぶ気化ガス供給管240a内等に気化ガスの酸化物が形成される。フィルタ346(フィルタ部材346a)は、気化器260内や気化ガス供給管240a内にて発生した炭化物や酸化物をトラップし、処理室201内にパーティクルが拡散することを抑制するが、工程S10〜S50を繰り返し実施すると、トラ
ップされた炭化物や酸化物によりフィルタ部材346aが目詰まりし、処理室201内へ供給される気化ガスの流量が低下してしまう等の場合がある。そのため、本実施形態では、フィルタ346(フィルタ部材346a)を交換する工程(S60)を定期的に実施する。
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。
例えば、上述の実施形態では、気化ガスと反応ガスとをウエハ200上へ交互に供給するALD法を実施する場合について説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。すなわち、液体原料を気化させた気化ガスを用いる限り、例えばCVD(Chemical
Vapor Deposition)法等の他の方法を実施する場合にも好適に適用可能である。また、本発明は、高誘電率膜を形成する場合に限定されず、窒化膜、酸化膜、金属膜、半導体膜等の他の膜を形成する基板処理装置にも好適に適用可能である。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
基板を収容する処理室内に少なくとも1種の処理ガスを導入するガス導入手段を有し、
前記ガス導入手段は、
前記処理室内に配設されるガス導入ノズルと、
前記ガス導入ノズルの先端に接続され、前記処理室内に処理ガスを導入するガス導入口を有するガス整流ノズルと、
前記ガス整流ノズルの内部に配置されたフィルタと、を有し、 前記処理ガスは、前記
ガス導入ノズルから前記フィルタを介して前記ガス整流ノズルへ導入され、前記ガス導入口から前記処理室内に導入される基板処理装置が提供される。
基板を処理する処理室と、
少なくとも1枚の前記基板を前記処理室内外に搬入出する搬入出手段と、
少なくとも1種の処理ガスを前記処理室内に導入するガス導入手段と、を有し、
前記ガス導入手段は、
少なくとも1種の処理ガスを導入するガス導入ノズルと、
前記ガス導入ノズルの先端に接続され、前記処理室内に処理ガスを導入するガス導入口を有するガス整流ノズルと、
前記ガス整流ノズルの内部に配置されたフィルタと、を有する
基板処理装置が提供される。
201 処理室
248a 気化ガス供給孔(ガス導入口)
325 ガス導入ノズル
346 フィルタ
346a フィルタ部材
Claims (5)
- 基板を収容する処理室内に少なくとも1種の処理ガスを導入するガス導入手段を有し、
前記ガス導入手段は、
前記処理室内に配設されるガス導入ノズルと、
前記ガス導入ノズルの先端に接続され、前記処理室内に処理ガスを導入するガス導入口を有するガス整流ノズルと、
前記ガス整流ノズルの内部に配置されたフィルタと、を有し、
前記処理ガスは、前記ガス導入ノズルから前記フィルタを介して前記ガス整流ノズルへ導入され、前記ガス導入口から前記処理室内に導入される
ことを特徴とする基板処理装置。 - 前記ガス整流ノズルの内径は前記フィルタの外径よりも大きい請求項1記載の基板処理装置。
- 処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内に配設され、内部にフィルタが配置されておりガス導入口を有するガス整流ノズルが先端に接続されたガス導入ノズルから、処理ガスを前記フィルタを介して前記ガス整流ノズルへ導入し、前記ガス導入口から前記処理室内に当該処理ガスを導入して基板を処理する工程と、
前記処理室から基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内に配設され、内部にフィルタが配置されておりガス導入口を有するガス整流ノズルが先端に接続されたガス導入ノズルから、処理ガスを前記フィルタを介して前記ガス整流ノズルへ導入し、前記ガス導入口から前記処理室内に当該処理ガスを導入して基板を処理する工程と、
前記処理室から基板を搬出する工程と、
を有する基板処理方法。 - 基板を収容する処理室内に少なくとも1種の処理ガスを導入するガス導入手段であって、
前記処理室内に配設されるガス導入ノズルと、
前記ガス導入ノズルの先端に接続され、前記処理室内に処理ガスを導入するガス導入口を有するガス整流ノズルと、
前記ガス整流ノズルの内部に配置されたフィルタと、を有し、
処理ガスを、前記ガス導入ノズルから前記フィルタを介して前記ガス整流ノズルへ導入し、前記ガス導入口から前記処理室内に導入するガス導入手段。
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