JP5545061B2 - 処理装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に成膜処理を施す処理装置及び成膜方法に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理は、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の処理装置や複数枚のウエハを一度に処理するバッチ式の処理装置で行われる。例えばこれらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。

このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが２５〜１５０枚程度のウエハを載置できる。上記ウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。この熱処理で例えば成膜処理を例にとれば、成膜処理の方法としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（特許文献２）やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。

そして、回路素子の特性の向上を目的として半導体集積回路の製造工程における熱履歴も低減化することが望まれており、このため、ウエハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、原料ガス等を間欠的に供給しながら原子レベルで１層〜数層ずつ、或いは分子レベルで１層〜数層ずつ繰り返し成膜するＡＬＤ法が多用される傾向にある（特許文献３、４等）。

ここで従来のバッチ式の処理装置の一例について説明する。図１０は従来のバッチ式の処理装置の一例を示す概略構成図である。図１０に示すように、このバッチ式の処理装置は、有天井の石英製の処理容器２と、この周囲を同芯状に覆う有天井の石英製のカバー容器４とよりなる処理容器構造６を有している。上記処理容器２内が処理空間７として構成される。この処理容器構造６の下端の開口部は、蓋部８により気密に開閉可能になされている。

上記処理容器２内には、石英製のウエハボート１０に多段に支持されたウエハＷが、処理容器構造６の下方より挿脱可能に収容されている。また上記処理容器２内には、その下方よりガスノズル１２が挿入されており、このガスノズル１２に、その長手方向に沿って設けた多数のガス孔１２Ａから必要なガスを流量制御しつつ水平方向へ向けて供給できるようになっている。図示例ではガスノズルは１本しか記載していないが、実際には、複数本、例えば使用するガス種に応じた３本のガスノズルが設けられる。

上記ガスノズル１２に対向する処理容器２の側壁には、上下方向に延びるスリット状の排気口１６が形成されており、この排気口１６より排出したガスをカバー容器４の下部側壁に設けたガス出口１８から系外へ排気できるようになっている。このガス出口１８には、排気系１９が接続されている。この排気系１９は、ガス出口１８に接続された排気通路２０を有しており、この排気通路２０には、圧力調整弁２２及び真空ポンプ２４が介設されている。また処理容器構造６の外周側には、筒体状の加熱ヒータ１９が設けられており、ウエハボート１０に支持されたウエハＷを加熱するようになっている。上記ウエハボート１０は、複数本の石英製の支柱よりなる保温台２６上に載置されている。

このような処理装置において、上記各ガスノズル１２のガス孔１２Ａから原料ガスと、この原料ガスと反応して薄膜を形成する反応ガス、例えば酸化ガスとを交互に繰り返し水平方向へ噴射させることにより、各ウエハＷの表面に薄膜をＡＬＤ法によって堆積させるようになっている。また原料ガスの供給と反応ガスの供給との間には、Ｎ_２ ガス等をパージガスとして供給して残留ガスを排出するようにしている。そして、処理容器２内のガスはスリット状の排気口１６から排出され、最終的にカバー容器４の下部側壁に設けたガス出口１８より系外へ排出されて行く。

特開平６−２７５６０８号公報特開２００４−００６５５１号公報特開平６−４５２５６号公報特開平１１−８７３４１号公報

ところで、最近にあっては、半導体ウエハ上に、半導体素子を多層に形成する場合が多くなり、これに伴ってウエハ表面の凹凸のアスペクト比も４０程度まで大きくなって、しかも線幅や溝幅も更に微細化されている。このような状況下において、上述したようなＡＬＤ法による成膜処理では、原料ガスの供給と反応ガスの供給との間に行われるパージ工程では、スループット向上の必要から処理容器２内に残留するガスや反応によって生じた脱ガスを迅速に且つ効率的に排気してガス分子の平均自由工程が十分に長くなる１Ｔｏｒｒ程度まで迅速に減圧しなければならない。この際、残留ガスや脱ガスを効率的に排気するためには、多量のパージガスを供給して処理容器２内のガスを置換する必要がある。

しかしながら、上述した従来の処理装置の排気系１９では、例えば内径が３インチ（１インチ＝２．５４ｃｍ）、或いは４インチ程度の排気通路２０が用いられており、排気能力不足のために迅速な真空引きができなかった。特に、処理容器２内の迅速なガス置換を行うためにはウエハ１枚当たり１リットル／ｍｉｎ程度の流量のパージガスを供給する必要があり、このような多量のパージガスの供給に対応できる処理装置が望まれていた。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、排気能力の向上を図ることによって大流量のガス供給時においても処理容器内の圧力を迅速に且つ効率的に減圧雰囲気に維持することが可能な処理装置及び成膜方法である。

請求項１に係る発明は、複数枚の被処理体に所定の処理を施すための処理装置において、下端が開口され、処理空間の一側にノズル収容エリアが設けられると共に他側に前記ノズル収容エリアより水平方向に放出されたガスを排気させるためのスリット状の排気口が形成された処理容器を有する処理容器構造と、前記処理容器構造の下端の開口部側を塞ぐ蓋部と、前記複数枚の被処理体を支持すると共に、前記処理容器構造内へ挿脱可能になされた支持体構造と、前記ノズル収容エリア内に収容されてガスを導入するガスノズルを有するガス導入手段と、前記処理容器構造内の雰囲気を排気するために前記処理容器構造の下部に設けた排気通路を有する第１の排気系と前記処理容器構造の上部に設けられて前記排気通路とは内径が異なる排気通路を有する第２の排気系との複数の排気系を有する排気手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、装置全体を制御する制御手段とを備え、前記第１の排気系と第２の排気系の内、内径が大きい排気通路を有する排気系は、該排気通路を開閉することができる開閉弁を有し、内径が小さい排気通路を有するは排気系は、弁開度を制御することができる圧力調整弁を有していることを特徴とする処理装置である。

このように、処理容器内の雰囲気を排気するために第１の排気系と第２の排気系の複数の排気系を有する排気手段を設けるようにしたので、排気能力の向上を図ることができ、よって大流量のガス供給時においても処理容器内の圧力を迅速に且つ効率的に減圧雰囲気に維持することが可能となる。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の処理装置を用いて複数の被処理体の表面に薄膜を形成する成膜方法において、処理容器構造内へ原料ガスを供給する第１工程と前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する第２工程とを、間に前記処理容器構造内へパージガスを供給して残留ガスを排気するパージ工程を挟んで交互に複数回繰り返し行うと共に、前記第１工程と第２工程を行う時には、内径が小さい排気通路を有する排気系を用いて前記処理容器構造内の雰囲気を排気し、前記パージ工程を行う時には内径が大きい排気通路を有する排気系を用いて前記処理容器構造内の雰囲気を排気するようにしたことを特徴とする成膜方法である。

本発明に係る処理装置及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器内の雰囲気を排気するために第１の排気系と第２の排気系の複数の排気系を有する排気手段を設けるようにしたので、排気能力の向上を図ることができ、よって大流量のガス供給時においても処理容器内の圧力を迅速に且つ効率的に減圧雰囲気に維持することができる。

本発明に係る支持体構造を有する処理装置の第１実施例の一例を示す断面構成図である。処理装置の処理容器構造の部分を示す横断面図である。処理容器を示す斜視図である。カバー容器を示す斜視図である。複数の排気系を有する排気手段を示す図である。各ガスの供給態様と排気手段の弁操作との関係を示すタイミングチャートである。８インチ配管のシミュレーション結果を示す図である。スリット状の排気口の幅とウエハ間の圧力との関係を示すグラフである。本発明の第２実施例の処理容器構造を示す模式図である。従来のバッチ式の処理装置の一例を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る処理装置及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る支持体構造を有する処理装置の第１実施例の一例を示す断面構成図、図２は処理装置の処理容器構造の部分を示す横断面図、図３は処理容器を示す斜視図、図４はカバー容器を示す斜視図、図５は複数の排気系を有する排気手段を示す図である。

ここでは処理装置として薄膜を形成する成膜処理を行う場合を例にとって説明する。図１に示すように、この処理装置３２は、被処理体を収容する処理容器構造３４と、この処理容器構造３４の下端の開口部側を気密に塞ぐ蓋部３６と、被処理体である複数枚の半導体ウエハＷを所定のピッチで支持して上記処理容器構造３４内へ挿脱される支持体構造３８と、処理容器構造３４内へ必要なガスを導入するガス導入手段４０と、処理容器構造３４内の雰囲気を排気する排気手段４１と、半導体ウエハＷを加熱する加熱手段４２とを主に有している。ここで、本発明の特徴として上記排気手段４１は、複数、ここでは２つの排気系、すなわち第１の排気系４１Ａと第２の排気系４１Ｂとを有している。

具体的には、まず、上記処理容器構造３４は、下端部が開放された有天井の円筒体状の処理容器４４と、下端部が開放されて上記処理容器４４の外側を覆う有天井の円筒体状のカバー容器４６とを有している。上記処理容器４４とカバー容器４６は共に耐熱性の石英よりなり、同軸状に配置されて二重管構造になされている。この処理容器４４内が処理空間４５として形成されている。

ここでは上記処理容器４４の天井部は平坦になされている。上記処理容器４４の一側には、その長さ方向に沿って後述するガスノズルを収容するノズル収容エリア４８が形成されている。ここでは図２にも示すように、処理容器４４の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部５０を形成し、この凸部５０内を上記ノズル収容エリア４８として形成している。

また、上記ノズル収容エリア４８に対向させて上記処理容器４４の反対側の側壁には、その長さ方向（上下方向）に沿って一定の幅Ｌ１（図３参照）のスリット状の排気口５２（図３参照）が形成されており、処理容器４４内の雰囲気を排気できるようになっている。ここで、このスリット状の排気口５２の長さは、排気をより円滑に行うために上記支持体構造３８の長さと同じか、これよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されており、この排気口５２の上端は、支持体構造３８の上端に対応する位置以上の高さに延びて位置され、排気口５２の下端は、支持体構造３８の下端に対応する位置以下の高さに延びて位置されている。

このスリット状の排気口５２の幅Ｌ１は、例えば１５〜３０ｍｍの範囲が好ましい。また、このスリット状の排気口５２に対応するカバー容器４６の側壁は、図４にも示すように円弧状に外側に突出させて部分的に容積が大きくなされた排気空間部５３が上下方向に沿って形成されており、排気を円滑に行うようにしている。

上記処理容器４４の下端とカバー容器４６の下端は、例えばステンレススチールよりなる円筒体状のマニホールド５４によって支持されている。このマニホールド５４は、円筒状になされており、処理容器構造３４の一部として形成されている。

このマニホールド５４の上端部にはフランジ部５６が形成されており、このフランジ部５６上に上記カバー容器４６の下端部を設置して支持するようになっている。そして、このフランジ部５６とカバー容器４６との下端部との間にはＯリング等のシール部材５８を介在させてカバー容器４６内を気密状態にしている。また、上記マニホールド５４の上部の内壁には、リング状の支持部６０が設けられており、この支持部６０上に上記処理容器４４の下端部を設置してこれを支持するようになっている。このマニホールド５４の下端の開口部には、上記蓋部３６がＯリング等のシール部材６２を介して気密に取り付けられており、上記処理容器構造３４の下端の開口部側、すなわちマニホールド５４の開口部を気密に塞ぐようになっている。この蓋部３６は例えばステンレススチールにより形成される。

この蓋部３６の中央部には、磁性流体シール部６４を介して回転軸６６が貫通させて設けられている。この回転軸６６の下部は、ボートエレベータよりなる昇降手段６８のアーム６８Ａに回転自在に支持されており、図示しないモータによって回転されるようになっている。また回転軸６６の上端には回転プレート７０が設けられる。そして、この回転プレート７０上に、石英製の保温台７２を介してウエハＷを保持する上記支持体構造３８が載置されるようになっている。従って、上記昇降手段６８を昇降させることによって蓋部３６と支持体構造３８とは一体的に上下動し、この支持体構造３８を処理容器構造３４内に対して挿脱できるようになっている。

上記石英製の保温台７２は、基台７４上に起立させた４本の支柱７６（図１及び図４では２本のみ記す）を有しており、この支柱７６上に上記支持体構造３８を設置して支持するようになっている。また上記支柱７６の長さ方向の途中には、複数枚の保温プレート７８が適宜間隔で設けられている。

上記支持体構造３８の全体は、前述したように耐熱性の石英によって形成されている。この支持体構造３８は、上端部に位置する天板部８０と、下端部に位置する底部８２と、これら天板部８０と底部８２とを連結すると共に、上記複数枚のウエハＷを多段に支持する複数の支持支柱８４とを有している。ここでは支持支柱８４として３本の支持支柱８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ（図２参照）を有しており、これらの３本の支持支柱８４Ａ〜８４Ｃは、ウエハＷのほぼ半円弧の軌跡上に沿って等間隔で配置されている。

これらの支持支柱８４Ａ〜８４Ｃを設けていない他の半円弧の側よりウエハの移載が行われる。更に、上記天板部８０と底部８２との間には、上記３本の支持支柱８４Ａ〜８４Ｃ間のほぼ中央部に位置させるようにして板状の石英製の補強支柱８６（図２参照）が連結されており、このウエハボート自体の強度を補強している。

そして、上記３本の各支持支柱８４Ａ〜８４Ｃの内周側には、その長さ方向に沿って所定のピッチでウエハＷを支持する支持溝よりなる支持部８８が形成されている。この支持部８８にウエハＷの周縁部を載置させることによってウエハＷを多段に支持できるようになっている。このウエハＷの直径は例えば３００ｍｍであり、最大収容枚数で５０〜１５０枚程度のウエハＷを支持できるようになっている。上記ピッチＰ１は、５．０〜１６．０ｍｍ程度の範囲内であり、ここでは６．５ｍｍ程度に設定されている。この場合、処理容器４４内の容積は、例えば１２０〜１５０リットル程度の範囲であり、ここではウエハを１００枚収容でき、容積は１３０リットルに設定されている。

一方、上記処理容器４４内へガスを導入するガス導入手段４０は、上記マニホールド５４に設けられている。具体的には、このガス導入手段４０は、複数本、図示例では３本の石英製のガスノズル９０、９２、９４を有している。各ガスノズル９０〜９４は、上記処理容器４４内にその長さ方向に沿って設けられると共に、その基端部がＬ字状に屈曲されて上記マニホールド５４を貫通するようにして支持されている。

上記ガスノズル９０〜９４は、図２にも示すように上記処理容器４４のノズル収容エリア４８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。上記各ガスノズル９０〜９４には、その長手方向に沿って所定のピッチで複数のガス孔９０Ａ、９２Ａ、９４Ａが形成されており、各ガス孔９０Ａ〜９４Ａより水平方向に向けて各ガスを放出できるようになっている。ここでは、上記所定のピッチは、支持体構造３８に支持されるウエハＷのピッチと同じになるように設定され、且つ、高さ方向の位置は、各ガス孔９０Ａ〜９４Ａが上下方向に隣り合うウエハＷ間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハＷ間の空間部に効率的に供給できるようになっている。

ここでは用いるガスとしては、原料ガスと反応ガスとパージガスとが用いられ、各ガスを流量制御しつつ必要に応じて上記各ガスノズル９０〜９４を介して供給できるようになっている。ここでは原料ガスとしてジルコニアトラメチルを用い、反応ガスとして酸化ガスであるオゾンを用い、パージガスとしてＮ_２ ガスを用い、ＡＬＤ法によりＺｒＯｘ膜を形成できるようになっている。尚、用いるガス種は成膜すべき膜種に応じて種々変更するのは勿論である。

また、上記マニホールド５４の上部の側壁であって、上記支持部６０の上方には、第１のガス出口９６が形成されると共に、カバー容器４６の上部、具体的には天井部には上記第１のガス出口９６よりも直径が大きくなされた第２のガス出口９８が形成されており、上記処理容器４４内の雰囲気を上記処理容器４４とカバー容器４６との間の空間部を介して両排気口９６、９８より系外へ排気できるようになっている。上記第１の出口９６には、排気手段４１の一部を形成する上記第１の排気系４１Ａが設けられ、上記第２の出口９８には、上記排気手段４１の一部を形成する上記第２の排気系４１Ｂが設けられる。具体的には、上記第１の排気系４１Ａは、図５（Ａ）にも示すように、上記第１のガス出口９６に接続された排気通路１００を有しており、この排気通路１００には、圧力調整弁１０２及び第１の真空ポンプ１０４が順次介設されて、真空引きできるようになっている。

上記圧力調整弁１０２は、完全密閉が可能になされていると共に、その弁開度を調整して容器内の圧力調整ができるようになされている。またこの第１の真空ポンプ１０４の排気能力は、例えば３００００リットル／ｍｉｎ程度である。またこの排気通路１００は、内径が例えば３インチ（１インチ＝２．５４ｃｍ）、或いは４インチ程度の配管を用いることができる。このような第１の排気系４１Ａとしては、従来において一般的に用いられていた排気系を用いることができる。

また上記第２の排気系４１Ｂは、図５（Ｂ）にも示すように、上記第２のガス出口９８に接続された排気通路１０６を有しており、この排気通路１０６には、開閉弁１０８及び第２の真空ポンプ１１０が順次介設されて、真空引きできるようになっている。上記開閉弁１０８は、完全密閉が可能になされている。この開閉弁１０８としては、複数段階に弁開度を制御できるものを用いてもよい。また、上記第２の真空ポンプ１１０の排気能力は、上記第１の真空ポンプ１０４と比較して非常に大きく設定され、例えば８００００〜１６００００リットル／ｍｉｎ程度の排気能力を有し、処理容器４４内へガスを多量に供給しても迅速に且つ効率的に排気できるようになっている。

このため、上記排気通路１０６は、先の第１の排気系４１Ａの排気通路１００の内径とは異なり、これよりもかなり大きく設定されており、ここでは例えば内径が８インチの配管が用いられている。この第２の排気系４１Ｂは後述するように、ＡＬＤ成膜時のパージ工程での排気に用いられることになる。ここで上記第２の排気系４１Ｂの排気通路１０６のサイズは、大流量のパージガスを流す時の排気コンダクタンスの低下を防止するためには６インチ以上が必要であり、より好ましくは８インチ以上である。

そして、図１へ戻って、上記カバー容器４６の外周を覆うようにして円筒体状になされた上記加熱手段４２が設けられており、ウエハＷを加熱するようになっている。このように形成された処理装置３２の全体の動作、例えば各ガスの供給開始と供給停止、排気手段４１の制御等は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段１１２により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体１１４に記憶されている。この記憶媒体１１４は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。

＜動作説明＞
次に、以上のように構成された処理装置３２を用いて行なわれる成膜方法について図６も参照して説明する。図６は各ガスの供給態様と排気手段の弁操作との関係を示すタイミングチャートである。ここでは原料ガス、例えばジルコニアテトラメチルと反応ガス、例えばオゾンとをそれぞれ一定の供給期間でパルス状に供給する１サイクルを複数回繰り返し実行して薄膜、例えばＺｒＯｘ膜をＡＬＤ法で形成するようにしたものである。またパージガスとして、例えばＮ_２ ガスが用いられる。

まず、常温の多数枚、例えば５０〜１５０枚の３００ｍｍサイズのウエハＷが載置された状態のウエハボートよりなる支持体構造３８を予め所定の温度になされた処理容器構造３４の処理容器４４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部３６でマニホールド５４の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。

そして、排気手段４１の第１の排気系４１Ａ及び第２の排気系４１Ｂの各真空ポンプ１０４、１１０を連続的に駆動させることにより、処理容器４４内を連続的に真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段４２への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。そして、上記原料ガスをガス導入手段４０のガスノズル９０から供給し、反応ガス（オゾン）をガスノズル９２から供給し、そして、パージガス（Ｎ_２ ガス）をガスノズル９４から供給する。具体的には、原料ガスはガスノズル９０の各ガス孔９０Ａから水平方向へ噴射され、また、反応ガスはガスノズル９２の各ガス孔９２Ａから水平方向へ噴射され、またパージガスはパージガスノズル９４の各ガス孔９４Ａから水平方向へ噴射される。これにより、原料ガスと反応ガスとが反応して回転している支持体構造３８に支持されているウエハＷの表面にＺｒＯｘ薄膜を形成する。

図６に示すように、この場合、上述したように原料ガスと反応ガスとは交互にパルス状に繰り返し供給され、且つ上記両ガスの供給期間の間にパージ期間が設けられて残留ガスがその都度、排出されている。上記パージ期間の時に、パージガスが流されて残留ガスの排出が促進されることになる。各ガスノズル９０〜９４の各ガス孔９０Ａ〜９４Ａより噴射された各ガスは多段に支持された各ウエハＷ間を水平方向へ流れて反対側に位置するスリット状の排気口５２に向かい、この排気口５２を介して処理容器４４とカバー容器４６との間の空間部である排気空間部５３に流れ込み、これより第１のガス出口９６、或いは第２のガス出口９８を介して処理容器構造３４の外側へ排出されて行くことになる。

そして、各ガス孔９０Ａ〜９４Ａは、ウエハＷ間の空間部に対応させて、その水平方向の同一レベル上に配置されているので、各ガスはウエハＷ間の空間部に乱流を生ずることなくほぼ層流状態になって流れて行くことになる。ここで各ガスの供給態様につてい詳しく説明すると、図６において、図６（Ａ）は原料ガスの供給態様を示し、図６（Ｂ）は反応ガスの供給態様を示し、図６（Ｃ）はパージガスの供給態様を示し、それぞれパルスが立っている期間でガスが供給されている。すなわち、原料ガスを供給する第１工程Ｔ１と反応ガスを供給する第２工程Ｔ２とを、間にパージガスを供給するパージ工程Ｔ３、Ｔ４を挟んで交互に複数回繰り返し行っている。ここで原料ガスの供給開始から、次の原料ガスの供給開始までの間を１サイクルと称し、成膜すべき膜厚に対応させてサイクル数を制御する。

すなわち、上記第１工程で原料ガスを供給するとウエハ表面に原料ガスが原子レベル、或いは分子レベルの厚さで付着し、次のパージ工程Ｔ３でパージガスを供給しつつ残留ガスを排気し、次に第２工程で反応ガスを供給することにより、この反応ガスが先に付着していた原料ガスと反応して薄膜が形成され、更に、次のパージ工程Ｔ４でパージガスを供給しつつ残留ガスを排気して最初に戻ることになる。これにより、１サイクルで原子レベル、或いは分子レベルの厚さの薄膜が一層形成されることになる。以後、上記１サイクルの操作を繰り返し行うことにより薄膜が積層される。

ここで本発明の成膜方法では、残留ガス（反応によって生じた脱ガスも含む）を迅速に且つ効率的に排除するために排気系を２系統設け、且つ大流量のパージガスを流している。すなわち、図６（Ｄ）は第１の排気系４１Ａの圧力調整弁１０２の動作を示し、図６（Ｅ）は第２の排気系４１Ｂの開閉弁１０８の動作を示している。

図示するように、原料ガスを供給する第１工程や反応ガスを供給する第２工程の時には、開閉弁１０８を完全に閉状態として第２の排気系４１Ｂからはガスが流れないようにし、この状態で圧力調整弁１０２の弁開度を調整して第１の排気系４１Ａからガスを排気しつつ圧力を制御するようにしている。この時、第１工程及び第２工程における各ガス流量は少なく、例えば原料ガスが２０ｓｃｃｍ程度、反応ガスが２０ｓｃｃｍ程度であり、またプロセス圧力は、共に例えば０．５〜２．０Ｔｏｒｒ程度である。

これに対して、パージ工程Ｔ３、Ｔ４では、上記とは逆に、圧力調整弁１０２は完全に閉状態として、第１の排気系４１Ａからはガスが排気されないようにし、他方の開閉弁１０８は開状態としてパージガス及び残留ガスを第２の排気系４１Ｂから排気する。この時、パージガスの流量は、上記原料ガスや反応ガスの流量と比較すると非常に多くなっており、例えばウエハ１枚当たり１リットル／ｍｉｎ程度の流量でパージガスを供給する。従って、ウエハＷを処理容器４４内に１００枚程度収容している場合には、１００リットル／ｍｉｎの大流量でパージガスを流すことになる。

この場合、前述したように、大口径の排気通路１０６と大きな排気能力の真空ポンプ１１０を有する第２の排気系４１Ｂを設けてあるので、大流量のパージガスを供給しても、このパージガスや容器内の残留ガスを迅速に且つ効率的に排気することができる。この結果、大流量のパージガスを流しても処理容器４４内の圧力を１Ｔｏｒｒ程度、或いはそれ以下の減圧雰囲気に維持することができることになる。

従って、ウエハ表面の凹凸のアスペクト比が例えば４０程度になっても、ＡＬＤ法による成膜を十分に行うことができるのみならず、膜質も高く維持することが可能となる。
ここで上記パージ工程Ｔ３、Ｔ４の時に、圧力調整弁１０２を閉状態とする理由は、第２の排気系４１Ｂの第２の真空ポンプ１１０の排気能力が他方の第１の真空ポンプ１０４よりもかなり大きいので、上記圧力調整弁１０２を開状態としていると第１の排気系４１Ａからパーティクル等を含んだ気体が逆流する危惧があるので、この現象を阻止するためである。

また、パージガスの排気に際しては、スリット状の排気口５２に対応するカバー容器４６の側壁部分を例えば円弧状に外側へ膨らませて排気空間部５３を設けることにより、この部分の排気コンダクタンスが低下しないようにしているので、その分、パージガスや残留ガスの排気をより迅速に且つ効率的に行うことができる。尚、パージガスとしてはＮ_２ ガスに限定されず、Ｈｅ等の希ガスを用いることができる。

このように、処理容器４４内の雰囲気を排気するために複数の排気系４１Ａ、４１Ｂを有する排気手段４１を設けるようにしたので、排気能力の向上を図ることができ、よって大流量のガス供給時においても処理容器４４内の圧力を迅速に且つ効率的に減圧雰囲気に維持することができる。

＜８インチ配管のシミュレーション評価＞
次に、実際に８インチ配管を排気通路１０６として用いた時の真空引きのシミュレーションを行ったので、その時の評価結果について説明する。図７は８インチ配管のシミュレーション結果を示す図であり、図７（Ａ）は処理容器（Ｔｕｂｅ）内の圧力分布を示す図、図７（Ｂ）は真空ポンプ（Ｐｕｍｐ）で排気されている８インチ配管内の圧力分布を示す図である。ここでは、処理容器の容積を１３０リットルとし、パージガスとしてＮ_２ ガスを１００ｓｌｍの流量で流し、８インチ配管の長さを１０ｍに設定している。また真空ポンプの排気能力は１６０００リットル／ｍｉｎを用いた。この結果、処理容器（Ｔｕｂｅ）内の圧力をほぼ１Ｔｏｒｒ程度まで減圧できることを確認することができた。

＜スリット状の排気口の幅のシミュレーション評価＞
次にスリット状の排気口５２の幅Ｌ１を変化させた時のウエハ間（処理容器内）における圧力の変化についてシミュレーションを行ったので、その時の評価結果について説明する。図８はスリット状の排気口の幅とウエハ間の圧力との関係を示すグラフである。ここでは図７で示した処理容器と同じものを用い、パージガスとしてＮ_２ ガスを１００ｓｌｍの流量で流した。そして、排気口５２の幅Ｌ１を５〜３０ｍｍの範囲で変化させた。

図８から明らかなように、排気口５２の幅Ｌ１が５〜１５ｍｍまでの間は、幅Ｌ１の増加に伴ってウエハ間の圧力は急激に且つ直線的に低下しており、最低値は１．２Ｔｏｒｒ程度になっている。しかし、幅Ｌ１が１５以上になると、ウエハ間の圧力の低下の傾向は非常に少なくなり、幅Ｌ１が３０ｍｍになるまでウエハ間の圧力は僅かずつしか低下せず、圧力低下はほぼ飽和状態となっている。従って、上記排気口５２の幅Ｌ１は、１５〜３０ｍｍの範囲内に設定するのがよいことが判る。

＜第２実施例＞
先の実施例にあっては、処理容器構造として、内側の処理容器４４と、この外側を囲むカバー容器４６との二重管構造を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば特開２００８−２２７４６０号公報に示すように、処理容器構造を単管構造とし、この単管構造に本発明を適用するようにしてもよい。

図９は本発明の第２実施例の処理容器構造を示す模式図である。図９においては処理容器構造のみを記載し、他の部分の記載は省略する。ここでは処理容器構造として単管構造になっている処理容器４４の一側に上下方向に延びる開口１２２とこれを覆う区画壁１２４を設けてノズル収容エリア４８を形成している。また、上記ノズル収容エリア４８に対向する反対側の容器側壁にスリット状の排気口５２を形成し、更にこの排気口５２を覆うようにして排気カバー部材１２６を設けている。そして、この排気カバー部材１２６の上方に形成した第２のガス出口９８に第２の排気系４１Ｂを接続し、マニホールド５４の第１のガス出口９６に第１の排気系４１Ａを接続する。

ここで、単管構造の処理容器構造の場合には、マニホールド５４を用いないで全体を石英製の処理容器で構成した形状のものも用いることができる。このように構成した処理容器構造に先に説明した本発明を適用しても、前述したと同じような作用効果を発揮することができる。

尚、以上説明した各実施例では、ＺｒＯｘ膜の成膜処理を例にとって説明したが、パージ工程でパージガスを流してＡＬＤ成膜を行う処理装置ならば、成膜すべき膜種に関係なく本発明を適用することができる。また、上記した各実施例では、第１の排気系４１Ａを下部に設け、第２の排気系４１Ｂを上部に設けたが、これに限定されず、第１のガス出口９６を第２のガス出口９８よりも大きく設定し、この第１のガス出口９６に第２の排気系４１Ｂを接続し、第２のガス出口９８に第１の排気系４１Ａを接続するようにしてもよい。

また、上記各実施例では、プラズマを用いない成膜処理について説明したが、これに限定されず、プラズマを用いた成膜処理を行う場合にも本発明を適用することができる。この場合には、例えばノズル収容エリア４８を区画する凸部５０の区画壁の外側に、その長手方向に沿ってプラズマ発生用の高周波電力を印加する電極板を設けてプラズマを発生させるようにする。

また、上記各実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

３２ 処理容器
３４ 処理容器構造
３６ 蓋部
３８ 支持体構造
４０ ガス導入手段
４１ 排気手段
４１Ａ 第１の排気系
４１Ｂ 第２の排気系
４２ 加熱手段
４４ 処理容器
４６ カバー容器
４８ ノズル収容エリア
５２ 排気口
５４ マニホールド
９０，９２，９４ ガスノズル
９０Ａ，９２Ａ，９４Ａ ガス孔
９６ 第１のガス出口
９８ 第２のガス出口
１００ 排気通路
１０２ 圧力調整弁
１０４ 第１の真空ポンプ
１０６ 排気通路
１０８ 開閉弁
１１０ 第２の真空ポンプ
１１２ 制御手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (8)

1. 複数枚の被処理体に所定の処理を施すための処理装置において、
   下端が開口され、処理空間の一側にノズル収容エリアが設けられると共に他側に前記ノズル収容エリアより水平方向に放出されたガスを排気させるためのスリット状の排気口が形成された処理容器を有する処理容器構造と、
   前記処理容器構造の下端の開口部側を塞ぐ蓋部と、
   前記複数枚の被処理体を支持すると共に、前記処理容器構造内へ挿脱可能になされた支持体構造と、
   前記ノズル収容エリア内に収容されてガスを導入するガスノズルを有するガス導入手段と、
   前記処理容器構造内の雰囲気を排気するために前記処理容器構造の下部に設けた排気通路を有する第１の排気系と前記処理容器構造の上部に設けられて前記排気通路とは内径が異なる排気通路を有する第２の排気系との複数の排気系を有する排気手段と、
   前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
   装置全体を制御する制御手段とを備え、
   前記第１の排気系と第２の排気系の内、内径が大きい排気通路を有する排気系は、該排気通路を開閉することができる開閉弁を有し、内径が小さい排気通路を有するは排気系は、弁開度を制御することができる圧力調整弁を有していることを特徴とする処理装置。
2. 前記複数の各排気系には、それぞれ真空ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 前記内径が大きい排気通路の内径は、８インチ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
4. 前記スリット状の排気口の幅は、１５〜３０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理装置。
5. 前記処理容器の容積は、前記被処理体を収容できる最大の枚数が５０〜１５０枚の範囲内となるような大きさに設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の処理装置。
6. 前記被処理体の直径は３００ｍｍ以上の大きさであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の処理装置。
7. 前記所定の処理は、原料ガスを供給する第１工程と反応ガスを供給する第２工程とを、間にパージ工程を挟み込んで交互に複数回繰り返す工程であり、前記制御手段は、前記第１工程と第２工程を行う時には、前記内径が小さい排気通路を有する排気系を用いて前記処理容器構造内の雰囲気を排気し、前記パージ工程を行う時には前記内径が大きい排気通路を有する排気系を用いて前記処理容器構造内の雰囲気を排気するように制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の処理装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の処理装置を用いて複数の被処理体の表面に薄膜を形成する成膜方法において、
   処理容器構造内へ原料ガスを供給する第１工程と前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する第２工程とを、間に前記処理容器構造内へパージガスを供給して残留ガスを排気するパージ工程を挟んで交互に複数回繰り返し行うと共に、
   前記第１工程と第２工程を行う時には、内径が小さい排気通路を有する排気系を用いて前記処理容器構造内の雰囲気を排気し、前記パージ工程を行う時には内径が大きい排気通路を有する排気系を用いて前記処理容器構造内の雰囲気を排気するようにしたことを特徴とする成膜方法。

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