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1. (WO2019044013) PROTECTION PLATE, SUBSTRATE TREATMENT DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE
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明 細 書

発明の名称 保護プレート、基板処理装置及び半導体装置の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079  

産業上の利用可能性

0080  

符号の説明

0081  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 保護プレート、基板処理装置及び半導体装置の製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、基板に薄膜の生成等の処理を行う保護プレート、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。

背景技術

[0002]
 半導体装置の製造工程に於ける基板処理を行う基板処理装置として、縦型基板処理装置がある。縦型基板処理装置では、複数枚の基板を多段に積層させて保持した状態で、処理室内に装入し、複数枚の基板を一括して処理する様になっている。
[0003]
 処理中、処理室の下部の炉口部は、処理室内で最も低温になり得る。そこへ原料ガスが拡散すると、原料ガスの反応副生成物が付着し、パーティクル発生の原因となる。従来、処理ガス濃度の高くなる炉口部にパージガスを供給し、金属部品への副生成物の付着を抑制する基板処理装置が知られる。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : WO2017/37937号公報
特許文献2 : 特開2006-310857号公報
特許文献3 : 特開2006-269646号公報
特許文献4 : 特開2002-009010号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 然し乍ら、ある種の基板処理装置では、炉口部の構成に起因して原料ガスの希釈が不充分となり、炉口部に原料ガスによる副生成物が付着することがあった。特に炉口部に金属部品が使われていると、副生成物が付着しやすい。この為、クリーニング周期が短くなると共に、パーティクルが発生する虞れがあった。
[0006]
 本発明は、炉口部への原料ガスによる副生成物の付着を抑制する保護プレート、基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明の一態様は、筒状の反応管の下端開口を気密に閉塞する蓋部上に設けられる保護プレートであって、前記蓋部の上面に少なくとも下面の一部が接する様設けられた略円盤状の円板部(45,28)と、該円板部の外周端から垂直に延出する側壁部(12)と、前記下面に形成された略環状の溝(27)と、前記下面の前記溝よりも外周側に形成され、前記蓋部の上面との間に所定の隙間を生じさせる段差部(52)とを具備し、前記蓋部に形成されたガス供給口から前記溝に供給されたガスが、前記蓋部と前記段差部との間を通って前記側壁部の外側全体に供給される様構成された保護プレートの技術に係るものである。

発明の効果

[0008]
 一態様によれば、副生成物の付着及びパーティクルの発生を抑制でき、生産性の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 本発明の第1の実施例に係る基板処理装置を示す縦断面図である。
[図2] 該基板処理装置の炉口部を示す縦断面図である。
[図3] (A)は前記基板処理装置に用いられる保護プレートを示す平面斜視図であり、(B)は該保護プレートを示す下面斜視図である。
[図4] (A)は前記基板処理装置に用いられる保護プレートを示す平面図であり、(B)は(A)のA-A矢視図を示している。
[図5] 前記炉口部に於ける第2パージガスの流速分布を示す説明図である。
[図6] (A)は従来構造の前記炉口部の処理ガス濃度分布を示す縦断面図であり、(B)は従来構造の前記炉口部の処理ガス濃度分布を示す横断面図である。
[図7] (A)は第1の実施例の前記炉口部の処理ガス濃度分布を示す縦断面図であり、(B)は第1の実施例の前記炉口部の処理ガス濃度分布を示す横断面図である。
[図8] 第1の実施例に於ける炉口部の処理ガス濃度分布と、従来構造に於ける炉口部の処理ガス濃度分布とを比較したグラフである。
[図9] (A)は本発明の第2の実施例に係る基板処理装置に用いられる保護プレートを示す平面図であり、(B)は該保護プレートを示す下面図であり、(C)は(A)のB-B矢視図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。尚、以下の図面に於いて、同一又は対応する構成については、同一又は対応する符号を付し、その説明を省略する。
[0011]
 第1の実施例に於いて、基板処理装置は、半導体装置(デバイス)の製造方法に於ける製造工程の一工程として、熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置(以下、処理装置と称する)1として構成されている。
[0012]
 図1に示される様に、処理装置1は、円筒状の反応管2と、反応管2の外周に設置された加熱手段(加熱機構)としてのヒータ3とを備える。反応管2は、例えば石英(SiO)やシリコンカーバイド(SiC)等により形成される。反応管2には、温度検出器4が設置される。温度検出器4は、反応管2の内壁に沿って立設される。
[0013]
 反応管2の下端開口部には、筒状のマニホールド5が、Oリング等のシール部材6を介して連結され、反応管2の下端を支持している。マニホールド5は、例えばステンレス等の金属により形成される。反応管2とマニホールド5とで処理容器7が形成される。処理容器7の内部には、基板としてのウェーハWを処理する処理室8が形成される。
[0014]
 又、反応管2は、外側(半径方向)に突出する様に、供給バッファ室2Aと排気バッファ室2Bとがそれぞれ対向して形成されている。供給バッファ室2A及び排気バッファ室2Bは、隔壁によって複数の空間に区画されている。供給バッファ室2Aの各区画には、ノズル23a、ノズル23b、ノズル23c(後述)がそれぞれ設置される。供給バッファ室2A及び排気バッファ室2Bと処理室8との境界壁は、供給バッファ室2A等が設けられていない箇所における反応管の内径と同じ内径に形成され、両側を連通させる複数のスリットが設けられる。供給バッファ室2Aの内壁下方には、ノズル23a、ノズル23b、ノズル23cを挿脱する為の開口部2Eが形成されている。開口部2Eは、供給バッファ室2Aと略同じ幅に形成されている。ここで、開口部2Eとノズル23a、ノズル23b、ノズル23cの基部との間の間隙をなくすことは難しい為、該間隙からの反応ガス等の流出を防止するのは困難である。
[0015]
 マニホールド5の下端開口部(処理容器7の下端開口部)は、円盤状の蓋部9によって開閉される。蓋部9は、例えば金属により形成される。蓋部9の上面には、Oリング等のシール部材11が設置され、シール部材11により反応管2と外気とが気密にシールされる。蓋部9の上面には、後述する蓋部カバーとしての保護プレート12が設置される。蓋部9の中央には孔が形成され、後述する回転軸13が挿通される。シール部材6やシール部材11の保護のため、それらは200℃以下に保たれることが望ましく、反応管2やマニホールド5のフランジにはウォータージャケット(不図示)が取り付けられうる。
[0016]
 処理室8は、複数枚、例えば25~150枚のウェーハWを垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート14を内部に収納する。ボート14は例えば石英やSiC等により形成され、ボート14は断熱構造体15の上方に支持される。
[0017]
 断熱構造体15の外形は円柱状となっており、蓋部9を貫通する回転軸13によって支持される。回転軸13は、蓋部9の下方に設置された回転機構16に接続される。回転軸13の蓋部9を貫通した部分には、例えば磁性流体シールが設けられており、回転軸13は反応管2の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成されている。回転軸13が回転されることにより、断熱構造体15とボート14が一体に回転される。蓋部9は昇降機としてのボートエレベータ17により上下方向に駆動される。ボートエレベータ17により、基板保持体及び蓋部9が一体に昇降され、反応管2に対してボート14が搬入出される。
[0018]
 処理装置1は、基板処理に使用される処理ガスとして原料ガス、反応ガスや不活性ガスを処理室8内に供給するガス供給機構18を有している。ガス供給機構18が供給する処理ガスは、成膜される膜の種類に応じて選択される。第1の実施例では、ガス供給機構18は、原料ガス供給部、反応ガス供給部、不活性ガス供給部、第1パージガス供給部、第2パージガス供給部を含む。
[0019]
 原料ガス供給部は、ガス供給管19aを具備している。ガス供給管19aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)21a及び開閉弁であるバルブ22aが設けられている。ガス供給管19aの下流端は、マニホールド5の側壁を貫通するノズル23aに接続されている。ノズル23aは、反応管2内に反応管2の内壁に沿って上下方向に立設し、ボート14に保持されるウェーハWに向って開口する複数の供給孔が形成されている。ノズル23aの供給孔を介して、ウェーハWに対して原料ガスが供給される。
[0020]
 以下、同様の構成にて、反応ガス供給部からは、ガス供給管19b、MFC21b、バルブ22b、ノズル23bを介して反応ガスがウェーハWに対して供給される。不活性ガス供給部からは、ガス供給管19c,19d,19e、MFC21c,21d,21e、バルブ22c,22d,22e、ノズル23a,23b,23cを介してウェーハWに対して不活性ガスが供給される。
[0021]
 第1パージガス供給部(供給機構)は、ガス供給管19fを具備している。ガス供給管19fには、上流方向から順にMFC21f及びバルブ22fが設けられている。ガス供給管19fの下流端は、回転軸13の周囲に形成された中空部24に接続されている。中空部24は、磁性流体シールにより軸受けの手前でシールされ、上端、即ち反応管2の内部に開放されている。又、中空部24から保護プレート12の上面まで連通した空間が形成され、該空間は断熱構造体15と保護プレート12との間に形成された間隙41(後述、図2参照)と連続しており、第1パージガス流路25(図2参照)を形成している。
[0022]
 第2パージガス供給部(供給機構)は、ガス供給管19gを具備している。ガス供給管19gには、上流方向から順にMFC21g及びバルブ22gが設けられている。ガス供給管19gの下流端は、蓋部9を貫通し、蓋部9の上面に第2パージガス供給口が形成される。従って、第2パージガス供給口は、蓋部9の上面に形成され、第2パージガス流路27に開口する。第2パージガス供給口の開口位置は、ノズル23a,23b,23cの近傍である(図3b参照)。バルブ22gから第2パージガス供給口の間のガス供給管19aには、ベローズ管の様なフレキシブルな配管が用いられる。第2パージガス流路27は略環状(ループ状)であり、保護プレート12の下面の全周に亘って形成されている。
[0023]
 マニホールド5の排気口26には、排気管32が取付けられている。排気管32には、処理室8内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ33、及び圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ34を介して、真空排気装置としての真空ポンプ35が接続されている。この様な構成により、処理室8内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。排気管32は、ノズル23a,23b,23cと対向する位置に設置される。
[0024]
 回転機構16、ボートエレベータ17、ガス供給機構18のMFC21a~21g、バルブ22a~22g及びAPCバルブ34には、これらを制御するコントローラ36が接続される。コントローラ36は、例えばCPUを備えたマイクロプロセッサ(コンピュータ)からなり、処理装置1の動作を制御する様に構成される。コントローラ36には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置37が接続されている。
[0025]
 コントローラ36には、記憶媒体としての記憶部38が接続されている。記憶部38には、処理装置1の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置1の各構成部に処理を実行させるプログラム(レシピとも言う)が、読出し可能に格納される。
[0026]
 記憶部38は、コントローラ36に内蔵された記憶装置(ハードディスクやフラッシュメモリ)であってもよいし、可搬性の外部記録装置(磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁器ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)であってもよい。又、コンピュータへのプログラムの提供は、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。プログラムは、必要に応じて入出力装置37からの指示等にて記憶部38から読出され、読出されたレシピに従った処理をコントローラ36が実行することで、処理装置1はコントローラ36の制御のもと、所望の処理を実行する。
[0027]
 蓋部9の上面に設けられた保護プレート12は、例えば石英等の耐熱耐腐食材料(耐食材料)で形成されている。保護プレート12が金属製の蓋部9を覆うことにより、蓋部9への処理ガスの接触が抑制され、処理ガスによる蓋部9の腐食や劣化が抑制される。
[0028]
 図2は、炉口部及び断熱構造体15の内部構造を示している。断熱構造体15は、円柱状の筒体39と、回転軸13によって支えられた金属製の円盤状の底板40を有している。筒体39は、例えば石英等の耐熱材料で形成され、下端が開放された中空構造となっており、底板40に載せられる。又、筒体39内には、中空筒状の断熱板支持柱42が底板40の上に設けられている。
[0029]
 断熱板支持柱42は、例えば石英等の耐熱材料で形成された円板状の断熱板43を多段に積層して保持している。断熱板支持柱42内には、サブヒータ44が挿通されている。サブヒータ44は、断熱板支持柱42の上方でリング状となっており、サブヒータ44により筒体39の上面、及び処理室8の下部を加熱する様になっている。サブヒータ44を挿通する為、回転軸13も中空構造を有しており、回転軸13の磁気シール付近の側部に設けた貫通孔13cから、第1パージガスから分岐した第3パージガスが回転軸13内に導入される。
[0030]
 第1パージガス供給部から供給された第1パージガスは、回転軸13の外周を上昇した後、進路を水平に変えて、底板40と保護プレート12の間の狭い間隙41をパージしながら、炉口部である処理容器7下方に対して供給される。つまり、第1パージガスは、上流に於いて回転軸13の周囲をパージし、下流では保護プレート12の露出面やノズル23a~23cの基部をパージした後、最終的に反応管2の下端に形成された排気口26より排出される。
[0031]
 保護プレート12には、ノズル23a,23b,23cが配設された箇所を除き、マニホールド5の近傍迄延出する第1薄肉部28が形成されている。又、第1薄肉部28の外周端には、マニホールド5の内壁に沿って垂直に延出する側壁部29が形成されている。第1薄肉部28と蓋部9との間には所定の間隔の隙間が形成され、側壁部29とマニホールド5との間にも、所定の間隔の隙間31が形成されている。
[0032]
 第2パージガス流路27に供給された第2パージガスは、第2パージガス流路27から半径方向に流出して隙間31を通りながら保護プレート12の裏面やマニホールド5の内面をパージした後、排気口26より排出される。
[0033]
 中空部24に於いて第1パージガスから分岐した第3パージガスは、回転軸13とサブヒータ44との間隙及び断熱板支持柱42とサブヒータ44との間隙を通して、断熱構造体15内に導入される。これらの間隙が第3パージガス流路30を構成する。尚、第3パージガスの排出孔として、底板40には、例えば等角度ピッチで複数の開口40Aが形成されている。第3パージガスは、第3パージガス流路30を通って、断熱板支持柱42の上端より筒体39内に供給される。筒体39内の第3パージガスは、筒体39の内周面に沿って降下し、開口40Aより排出されて第1パージガスと合流し、炉口部内に放出される。第3パージガスが炉口部内に放出される過程で、筒体39内がパージされる。第3パージガスの流量は第1パージガスよりも多くなる様に、それぞれの流路のコンダクタンスが設計される。尚、パージガスとしては、原料ガスや反応ガスと反応しないガスであればよい。
[0034]
 次に、炉口部の処理ガスの濃度(分圧)について説明する。図6(A)、図6(B)は、従来の炉口部、即ち第2パージガス54(後述)によるパージを行わない場合の炉口部の処理ガス濃度(ガス分圧)分布を示している。図6(A)、図6(B)に示される様に、従来の構成の場合、炉口部に於いては、排気口26の反対側(対向する側)に位置するノズル23a~23cの基部の部分(ノズル23側)で、処理ガス濃度が高くなることが判明した。又、ノズル23a~23cの基部の部分で、副生成物の付着が顕著に見られることを確認した。
[0035]
 この時のマニホールド5の内周面に於ける処理ガス濃度は、ノズル23側では2.5Pa以上である一方、、ノズル23の反対側(排気口26側)では1Pa以下となり、当該部分に於いては副生成物の付着が実質的に見られなかった。なおマニホールドの温度は全周においてほぼ一定であり、200℃程度である。これらにより、炉口部に於いて処理ガス濃度を副生成物が発生しない臨界値(1~2.5Paの間の値。例えば2Pa)よりも低い値(例えば、1Pa)とすれば、炉口部への副生成物の付着を十分に抑制することができると考えられる。
[0036]
 排気口26側で処理ガス濃度が低くなるのは、パージガスが排気口26に向けて流れ易い為と考えられる。一方で、パージガスが排気口26へと流れる分、ノズル23a~23c側へは充分にパージガスが供給され難い為、ノズル23a~23c側では処理ガス濃度が高くなると考えられる。従って、ノズル23a~23c側に対しても充分な流量のパージガスを供給し、ノズル23a~23c側の処理ガスを充分に希釈することで、ノズル23側の処理ガス濃度を副生成物が発生しない臨界値よりも低い値とすることができると考えられる。
[0037]
 炉口部の処理ガス濃度は、パージガスの流量が多い程低下する。然し乍ら、パージガスの流量がある臨界値以上の場合(例えば、500sccmよりも大きい場合)には、ウェーハ処理領域に迄炉口部のパージガスが到達してしまい、成膜処理(例えば、面間均一性)に悪影響を及ぼしてしまうことが分った。成膜処理の品質を保つ為には、パージガス流量を500sccm以下とするのが好ましい。然し乍ら、この場合、炉口部の処理ガス濃度が臨界値(例えば、1Pa)以上となってしまい、炉口部に副生成物が付着してしまうことがあることが分った。ここで、面間均一性とは、基板毎の処理均一性のことを意味する。例えば、ボート14の下方に位置した基板の処理状態と、上方に位置した基板の処理状態とが同じ状態に近づくことを意味している。
[0038]
 そこで発明者等は、処理ガス濃度が高く、副生成物が付着し易い部分、例えば炉口部のうちノズル23a~23c基部の周辺部分に対して、他の部分よりも供給するパージガス流量を多くすることで、即ち局所的にパージガスの流量を増やすことで、成膜処理に悪影響を及ぼすことなく、炉口部全体の副生成物の付着を抑制できることを見出した。又、発明者等は、ノズル23a~23cの基部とその周辺部に第1パージガス53の大部分を供給し、その他の部分についてはマニホールド5の内壁面に沿って第2パージガス54を供給することで、パージガス流量を臨界値以下に抑えつつ、処理ガス濃度の高い箇所に集中的にパージガスを供給すると共に、その他の部分についてもパージガスを供給でき、副生成物の付着を抑制できると考えた。
[0039]
 以下、図3(A)、図3(B)及び図4(A)、図4(B)に於いて、第1パージガス53をノズル23a~23cの基部に集中的に供給し、それ以外の部分に第2パージガス54を供給する為の保護プレート12の構造について説明する。尚、図3(A)、図3(B)、図4(A)中、第1パージガス53の流れを実線の矢印で示し、第2パージガス54の流れを破線の矢印で示している。又、図3(A)、図3(B)及び図4(A)、図4(B)では、便宜上ノズル23a~23c(ノズル23a~23cの設置位置)を孔として示している。
[0040]
 図3(A)、図4(B)に示される様に、保護プレート12の表面には、厚肉部45と、第1薄肉部28と、第2薄肉部47と、第3薄肉部48とが形成されている。厚肉部45は、一部が切り欠かれた略円形となっており、中心部には断熱板支持柱42が挿通される為の孔46が穿設されている。尚、厚肉部45と、第1薄肉部28と、第2薄肉部47と、第3薄肉部48とで円盤状の円板部が構成される。
[0041]
 第1薄肉部28は、厚肉部45の外周側に形成されている。第1薄肉部28の厚みは、厚肉部45よりも小さくなっており、一部が切り欠かれた環状となっている。又、第1薄肉部28の外周端に連続して、側壁部29が垂直に形成されている。第1薄肉部28が切り欠かれた箇所は、第1薄肉部28よりも厚みが小さい第2薄肉部47となっている。第2薄肉部47は、ノズル23a~23cとの接触を避ける目的で、その設置位置に対応する箇所(ノズル23a~23cの基部及びその周辺部)に形成される。尚、第2薄肉部47の外周端には側壁部29が形成されていない。
[0042]
 厚肉部45が切り欠かれた箇所は、厚肉部45よりも厚みが小さく、第1薄肉部28と同等、又は略同等の厚みを有する第3薄肉部48となっている。第3薄肉部48は、第2薄肉部47の半径方向内側に連続し、第2薄肉部47と同心且つ所定の幅を有する円弧状の部位となっている。又好ましくは、第3薄肉部48の厚みは、第2薄肉部47の厚みよりも厚く構成される。この様に構成することで、保護プレート12の中心側からノズル23a~23cの方への流路抵抗を小さくすることができる。即ち、保護プレート12の中心側からノズル23a~23cの方へガスの供給量を増大させることが可能となる。
[0043]
 尚、底板40の外径は、厚肉部45の外径よりも小さく、第3薄肉部48の内周端の位置は底板40の内周端よりも中心側となっている。従って、底板40と第3薄肉部48との間には、底板40と厚肉部45との間よりも大きな間隙41が形成されるので、該間隙41では底板40と厚肉部45との間よりも流路抵抗が小さくなる。この為、図3(A)及び図4(A)に示される様に、筒体39の内周面に沿って降下した第1パージガス53のうち、大部分が第3薄肉部48を通ってノズル23a~23cの下方に供給され、ノズル23a~23cの基部及び周辺部がパージされる。
[0044]
 尚、原料ガスや反応ガスの濃度が高く、第1パージガス53を集中的に流す必要がある領域の両端部と、保護プレート12の中心とを線で結んで形成される領域は、扇形領域Sとなっており、第2薄肉部47と第3薄肉部48は扇形領域S内に位置している。扇形領域Sの中心角(開放角)αは、例えば60°であり、ノズルの設置本数等に応じて、0°
<α<120°の範囲内で適宜設定される。尚、中心角αが120°を超える場合には、処理ガス濃度が臨界値を超える虞れがあり、処理容器7内に副生成物が付着する可能性がある為、好ましくない。
[0045]
 厚肉部45には、第3薄肉部48との境界(第3薄肉部48の内周端)から、第3薄肉部48の外周端迄半径方向外側に突出する突出部49が形成されている。突出部49が形成される位置は、例えば排気口26と対向する位置(排気口26の反対側)となっている。突出部49の上面は、薄肉部の内側と同じ高さを保っている。
[0046]
 図3(B)に示される様に、厚肉部45及び突出部49の裏面には、厚肉部45及び突出部49の外周端部に沿って、所定の幅、所定の深さを有する溝27(以下第2パージガス流路と称す)が刻設されている。第2パージガス流路27は、突出部49の先端部から中心方向に延出する第1流路27aと、突出部49の基端部で分岐して周方向に湾曲し、第3薄肉部48の内周端部に沿って延出する第2流路27b,27bと、第3薄肉部48の側端部で半径方向外側に湾曲し、更に厚肉部45の外周端部に沿って周方向に湾曲し、厚肉部45の外周端部に沿って延出し、第2流路27b,27bと連続する環状の第3流路27cとから構成されている。
[0047]
 保護プレート12の裏面のうち、第2パージガス流路27よりも外周側(第1薄肉部28、第2薄肉部47、第3薄肉部48の裏面)には厚みを減じる様段差部52が形成される。従って、保護プレート12を蓋部9上に設置した際には、第2パージガス流路27よりも中心側の中心部(厚肉部45の裏面)51と蓋部9の上面とが接触し、蓋部9の上面と段差部52との間には僅かな隙間が形成される。
[0048]
 第2パージガス供給部のガス供給管19gは、第1流路27aの先端部(外周側)に連通し、第1流路27aの先端部から第2パージガス54が供給される。第1流路27aに供給された第2パージガス54は、第1流路27a、第2流路27b、第3流路27cの順に順次流通する。この時、蓋部9の上面と中心部51が接触し、蓋部9の上面と段差部52との間には僅かな隙間が形成されている。従って、第2パージガス54は、第1流路27a、第2流路27b及び第3流路27cを流通する過程で、前記隙間より流出し、蓋部9の上面と段差部52との間、マニホールド5の内周面と側壁部29との間を流通し、パージしつつ炉口部へと放出される。炉口部へ放出された第2パージガス54は、排気口26より排気される。
[0049]
 尚、第1流路27a、第2流路27b及び第3流路27cを炉口部へ連通させる隙間は、全周に於いて一定の間隔となっており、少なくとも第3流路27cに於いて比較的均一にパージガスを炉口部へ流出させうる。一方第2流路27bでは、隙間の長さが倍程度になりコンダクタンスが低下するので、流出は少ない。この減少量よりも、第3薄肉部48によって第1パージガスが増加する量の方が多い為、結果的にノズル23a~23cの基部へのパージガス供給の強化を実現できる。
[0050]
 図5は、第2パージガス流路27に第2パージガス54を供給した際の、第2パージガス54の流通状態を流線で示している。図5に示される様に、第2パージガス54は、第1流路27a、第2流路27bからはほとんど流出せず、半径方向外側に向って流出させながら第3流路27cを流通し、マニホールド5と側壁部29との間をパージしている。尚、厳密には第2パージガス54の流出量は、ノズル23a~23cに近い程多く、排気口26に近づく程少なくなりうる。尚、図5では、排気口26の近傍で、第2パージガス54の流束がない様に示されているが、実際には少量流れている。
[0051]
 図7(A)、図7(B)は、第1の実施例の、ノズル23a~23cの基部に第1パージガス53を集中的に供給し、それ以外の箇所に第2パージガス54を供給する構造に於ける、炉口部の処理ガス濃度(ガス分圧)分布を示している。図7(A)、図7(B)に示される様に、第1の実施例の構成の場合、炉口部の処理ガス濃度が全域に亘って低減され、特にノズル23a~23cの基部及び周辺部(第1測定点、第2測定点付近)に於いて、顕著に処理ガス濃度が低下しているのが分る。
[0052]
 図8は、図6(B)、図7(B)に示された第1測定点~第7測定点に於いて、ガス分圧を測定し、測定結果を比較したグラフを示している。尚、図8中、実線が従来の構造の処理ガス濃度分布を示し、破線が第1の実施例の構造の処理ガス濃度分布を示している。
[0053]
 図8に示される様に、第1の実施例の構造では、第1パージガス53が集中的に供給されるノズル23a~23cの基部及びその近傍(第1測定点、第2測定点近傍)では、処理ガス濃度が従来よりも1/2程度迄低減されているのが分る。又、側壁部29が形成され、第2パージガス流路27を介して側壁部29とマニホールド5の間に第2パージガス54が供給されている部分(第3測定点~第7測定点)では、処理ガス濃度が従来よりも1/4以下に低減されているのが分る。
[0054]
 次に、上述の処理装置1を用い、基板上に膜を形成する処理(成膜処理)について説明する。ここでは、ウェーハWに対して、原料ガスとしてDCS(SiH2 Cl2 :ジクロロシラン)ガスと、反応ガスとしてO2 (酸素)ガスとを供給することで、ウェーハW上にシリコン酸化(SiO2 )膜を形成する例について説明する。尚、以下の説明に於いて、処理装置1を構成する各部の動作は、コントローラ36により制御される。
[0055]
 (ウェーハチャージ及びボートロード)
複数枚のウェーハWがボート14に装填(ウェーハチャージ)されると、ボート14はボートエレベータ17によって処理室8内に搬入(ボートロード)され、反応管2の下部以降は蓋部9によって気密に閉塞(シール)された状態となる。この時、第1パージガス供給部から、第1パージガス53としてN2 ガスを間隙41を介してノズル23a~23cの基部に供給する。又、第2パージガス供給部から、第2パージガス54としてN2 ガスを、第2パージガス流路27を介して側壁部29とマニホールド5との間に供給する。第1パージガス53、第2パージガス54の供給は、少なくとも成膜処理が完了する迄継続される。
[0056]
 (圧力調整及び温度調整)
処理室8内が所定の圧力(真空度)となる様に、真空ポンプ35によって真空排気(減圧排気)される。処理室8内の圧力は、圧力センサ33で測定され、測定された圧力情報に基づきAPCバルブ34がフィードバック制御される。又、処理室8内のウェーハWが所定の温度となる様に、ヒータ3によって加熱される。この際、処理室8が所定の温度分布となる様に、温度検出器4が検出した温度情報に基づきヒータ3への通電具合がフィードバック制御される。又、回転機構16によるボート14及びウェーハWの回転を開始する。
[0057]
 (成膜処理)
[原料ガス供給工程]
処理室8内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室8内のウェーハWに対してDCSガスを供給する。DCSガスは、MFC21aにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管19a及びノズル23aを介して処理室8内に供給される。この時、第1パージガス供給部、第2パージガス供給部から炉口部に対してN2 ガスが供給されている。これにより、ノズル23a~23cの基部と周辺部を第1パージガス53で集中的にパージできると共に、それ以外の部分を第2パージガス54でパージし、炉口部の原料ガス濃度を希釈できる。尚、この工程に於いて、第1パージガス供給部、第2パージガス供給部によるN2 ガスの供給を一時的に増加させてもよい。
[0058]
 [原料ガス排気工程]
次に、DCSガスの供給を停止し、真空ポンプ35により処理室8内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部から、不活性ガスとしてN2 ガスを処理室8内に供給してもよい(不活性ガスパージ)。
[0059]
 [反応ガス供給工程]
次に、処理室8内のウェーハWに対してO2 ガスを供給する。O2 ガスは、MFC21bにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管19b及びノズル23bを介して処理室8内に供給される。この時、第1パージガス供給部、第2パージガス供給部から炉口部に対してN2 ガスが供給されている。これにより、ノズル23a~23cの基部と周辺領域を集中的にパージできると共に、その他の部分についてもパージでき、炉口部に於ける反応ガス濃度を希釈することができる。
[0060]
 [反応ガス排気工程]
次に、O2 ガスの供給を停止し、真空ポンプ35により処理室8内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からN2 ガスを処理室8内に供給してもよい(不活性ガスパージ)。
[0061]
 上述した4つの工程を行うサイクルを所定回数(1回以上)行うことにより、ウェーハW上に、所定組成及び所定膜厚のSiO2 膜を形成することができる。
[0062]
 (ボートアンロード及びウェーハディスチャージ)
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からN2 ガスが供給され、処理室8内がN2 ガスに置換されると共に、処理室8の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ17により蓋部9が降下され、ボート14が反応管2から搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済ウェーハWは、ボート14より取出される(ウェーハディスチャージ)。
[0063]
 ウェーハWにSiO2 膜を形成する際の処理条件としては、例えば下記が例示される。
処理温度(ウェーハ温度):300℃~700℃、
処理圧力(処理室内圧力):1Pa~4000Pa、
DCSガス:100sccm~10000sccm、
O2 ガス:100sccm~10000sccm、
N2 ガス:100sccm~10000sccm、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることができる。
[0064]
 上述の様に、第1の実施例では、厚肉部45のノズル23a~23cと対向する部分に第3薄肉部48を形成し、第1薄肉部28のノズル23a~23cの基部とその周辺部に第2薄肉部47を形成している。
[0065]
 従って、断熱構造体15と保護プレート12との間に形成される間隙41は、保護プレート12の中心からノズル23a~23cへと向う方向で、開口面積が大きくなる。即ち、間隙41を通過する際の流路抵抗が小さくなるので、断熱構造体15内の第1パージガス53は、大部分が第3薄肉部48を通過する。又、第2薄肉部47が第1薄肉部28よりも厚みが小さくなっているので、第3薄肉部48を通過した第1パージガス53は、周方向に広がることなくノズル23a~23cの基部と周辺部に供給される。
[0066]
 従って、ノズル23a~23cの基部とその周辺部の処理ガス濃度が低減され、副生成物の付着を抑制することができる。これにより、パーティクルの発生が抑制でき、生産性の向上を図ることができる。
[0067]
 又、第1の実施例では、保護プレート12の裏面に第2パージガス流路27を形成すると共に、保護プレート12の外周端に、垂直に立設する側壁部29を形成し、保護プレート12と蓋部9の間、側壁部29とマニホールド5との間に所定の間隙が形成される様、保護プレート12を配置している。
[0068]
 従って、第2パージガス流路27に供給された第2パージガス54は、保護プレート12と蓋部9との間、側壁部29とマニホールド5との間を通り、炉口部へと放出される。側壁部29を形成したことで、第2パージガス54の流路断面積を小さくすることができるので、第2パージガス54の供給量を抑えつつ、マニホールド5の内周面を充分にパージでき、処理ガス濃度を大幅に低減させることができる。これにより、マニホールド5の内周面に対する副生成物の付着、パーティクルの発生を抑制でき、生産性の向上を図ることができる。
[0069]
 又、第2パージガス54の供給量を抑えることができるので、パージガスの総流量を必要以上に増やす必要がない。従って、パージガスによるウェーハ処理への悪影響を抑制することができ、成膜品質を向上させることができる。
[0070]
 更に、第2パージガス54は、ノズル23a~23c側に向って突出した第1流路27aから供給されるので、第2パージガス流路27からの第2パージガス54の流出量は、ノズル23a~23cに近い程多くなる(図5参照)。即ち、処理ガス濃度の高いノズル23a~23c側に、より多くの第2パージガス54が供給されるので、処理ガス濃度の分布に合わせて効率よく第2パージガス54を供給することができる。
[0071]
 以上、本発明の実施例を具体的に説明した。然し乍ら、本発明は上述の実施例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。
[0072]
 次に、図9(A)~図9(C)に於いて、本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例では、温度検出器4が蓋部9及び保護プレート12を下方から貫通して設けられている。
[0073]
 温度検出器4を下方から貫通させる場合、図9(B)に示される様に、温度検出器4の貫通位置は、保護プレート12の裏面に形成された第2パージガス流路27(第3流路27c)内に位置する。
[0074]
 そこで、第2の実施例では、温度検出器4を中心側から迂回する様に第3流路27cを半円状に屈曲させ、迂回流路27dを形成している。蓋部9に設けられた温度検出器4の導入孔は、シール性能を維持する為パージされることが望ましい。導入孔は迂回流路27dと連通しており、第2パージガス54が迂回流路27dを流通する際には、導入孔の周囲をパージすることができる。
[0075]
 第2の実施例に於いても、第1の実施例と同様に、第1パージガス53をノズル23a~23cの基部及び周辺部に集中的に供給できると共に、第3流路27cから流出した第2パージガス54により蓋部9と段差部52との間、マニホールド5と側壁部29との間をパージすることができる。
[0076]
 尚、第1及び第2の実施例では、第3薄肉部48を避けるように第2パージガス流路(第2流路27b)を形成したが、第3薄肉部48に於いても十分な肉厚を確保できる場合には、第2パージガス流路は、第3薄肉部48を避けずに一定の半径の円形に形成されてもよい。
[0077]
 尚、上述した第1の実施例、第2の実施例では、原料ガスとしてDCSガスを用いる例について説明したが、本発明はこの様な態様に限定されない。例えば、原料ガスとしては、DCSガスの他、HCDS(Si2 Cl6 :ヘキサクロロジシラン)ガス、MCS(SiH3 Cl:モノクロロシラン)ガス、TCS(SiHCl3 :トリクロロシラン)ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、3DMAS(Si[N(CH3 )2 ]3 H:トリスジメチルアミノシラン)ガス、BTBAS(SiH2 [NH(C4 H9 )]2 :ビスターシャリブチルアミノシラン)ガス等のハロゲン基非含有のアミノ系(アミン系)シラン原料ガスや、MS(SiH4 :モノシラン)ガス、DS(Si2 H6 :ジシラン)ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを用いることができる。
[0078]
 又、上述の実施例では、SiO2 膜を形成する例について説明した。然し乍ら、本発明はこの様な態様に限定されない。例えば、これらの他、若しくはこれらに加え、アンモニア(NH3 )ガス等の窒素(N)含有ガス(窒化ガス)、プロピレン(C3 H6 )ガス等の炭素(C)含有ガス、三塩化硼素(BCl3 )ガス等の硼素(B)含有ガス等を用い、SiN膜、SiON膜、SiOCN膜、SiOC膜、SiCN膜、SiBN膜、SiBCN膜等を形成することができる。これらの成膜を行う場合に於いても、上述の実施例と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施例と同様の効果が得られる。
[0079]
 又、本発明は、ウェーハW上に、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属元素を含む膜、即ち金属系膜を形成する場合に於いても、好適に適用可能である。

産業上の利用可能性

[0080]
 半導体基板等に対して、減圧下若しくは処理ガス雰囲気下或いは高温下で処理する装置に適用でき、例えば、CVD、PVD、ALD、エピタキシャル成長等の堆積や、表面に酸化膜、窒化膜を形成する処理、拡散処理、エッチング処理に適用できる。

符号の説明

[0081]
  1       処理装置
  2       反応管
  5       マニホールド
  7       処理容器
  8       処理室
  9       蓋部
  12      保護プレート
  14      ボート
  15      断熱構造体
  18      ガス供給機構
  26      排気口
  27      第2パージガス流路
  28      第1薄肉部
  29      側壁部
  45      厚肉部
  47      第2薄肉部
  48      第3薄肉部
  49      突出部
  52      段差部

請求の範囲

[請求項1]
 下端が開放された円筒状の反応管の開口を気密に閉塞する蓋部上に設けられる保護プレートであって、前記蓋部の上面に少なくとも下面の一部が接する様設けられた略円盤状の円板部と、該円板部の外周端から垂直に延出する側壁部と、前記下面に形成されたループ状の溝と、前記下面の前記溝よりも外周側に形成され、前記蓋部の上面との間に所定の隙間を生じさせる段差部とを具備し、前記蓋部に形成されたガス供給口から前記溝に供給されたガスが、前記蓋部と前記段差部との間を通って前記側壁部の外側全体に供給される様構成された保護プレート。
[請求項2]
 上面の外周端部の一部に形成され、上方に近接して設けられる部材との間に部分的に広い間隙を生じさせる薄肉部を更に具備し、前記部材内に供給されたガスが集中的に前記間隙より流出する様構成された請求項1に記載の保護プレート。
[請求項3]
 処理される基板を内部に収容し、下端が開口する処理容器と、前記開口を気密に閉塞する蓋部と、前記処理容器内で前記基板を保持する基板保持具と、前記蓋部と前記基板保持具との間に設けられる断熱構造体と、前記処理容器内に処理ガスを供給するノズルを含む処理ガス供給機構と、前記蓋部の上面に設けられる保護プレートと、前記断熱構造体と前記保護プレートとの間に形成される間隙を介して、前記処理容器下部の前記ノズルの基部及び基部周辺に第1パージガスを供給する第1パージガス供給機構と、前記蓋部と前記保護プレートとの間に形成される間隙を介して、少なくとも前記処理容器下部の前記ノズルの基部及び基部周辺以外の部分に第2パージガスを供給する第2パージガス供給機構とを具備し、
 前記処理容器は、上端が閉塞した筒状の反応管と、前記反応管の下端に接続される、反応管よりも短い筒状のマニホールドとを有し、該マニホールドに前記ノズルが取付けられ、前記反応管は前記マニホールドを介して前記蓋部に閉塞され、
 前記保護プレートは、前記蓋部の上面に少なくとも下面の一部が接する様設けられた略円盤状の円板部と、該円板部の外周端から垂直に延出する側壁部と、下面に形成されるループ状の溝と、前記下面の少なくとも前記溝よりも外周側に形成されて前記蓋部の上面との間に所定の隙間を生じさせる段差部とを具備し、前記第2パージガス供給機構は、前記蓋部に形成されたガス供給口を介して第2パージガスを前記溝に供給し、前記側壁部の外側を所定の範囲の流量若しくは流速でパージする様構成された基板処理装置。
[請求項4]
 前記蓋部と前記段差部との間は前記第2パージガスの流路の一部となり、前記溝に供給された前記第2パージガスは、前記蓋部と前記段差部との間を半径方向外側に向って流通する様構成され、前記側壁部と前記マニホールドとの間に所定の隙間が形成され、前記側壁部と前記マニホールドとの間が前記第2パージガスの流路の一部となる様構成された請求項3に記載の基板処理装置。
[請求項5]
 前記処理容器は、真空ポンプに接続される排気口を有し、該排気口は前記ノズルの反対側に設けられた請求項3又は4に記載の基板処理装置。
[請求項6]
 前記側壁部は、前記第1パージガス供給機構から供給される前記第1パージガスの供給経路から取除かれた請求項3又は4に記載の基板処理装置。
[請求項7]
 前記保護プレートは、その上面の外周端部の一部に形成されて前記断熱構造体との間に部分的に広い間隙を生じさせる薄肉部を更に具備するに請求項3又は4に記載の基板処理装置。
[請求項8]
 前記保護プレートの上面には、前記薄肉部の内周端から外周端に向って、前記薄肉部の内側と同じ高さを保って突出する突出部が形成され、前記ガス供給口は前記突出部の裏面に設けられた請求項6に記載の基板処理装置。
[請求項9]
 請求項3に記載の基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、基板搬入工程と、基板処理工程と、基板搬出工程とを有し、前記基板処理工程では、前記第1パージガス供給機構と前記第2パージガス供給機構から成膜に影響しない所定量のパージガスを常時供給する半導体装置の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]