基板処理装置
【課題】 ガス供給ノズル内の反応生成物の堆積レートを遅くして、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを、処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができるようにする。
【解決手段】 反応管（処理室）を構成するインナチューブ２０４の内側に沿ってロングノズル（ガス供給ノズル）２３２が延在される。Ｌ字型のロングノズル２３２は、立上り部分内に圧力差が生じない程度に、立上り部分に十分大きな口径を持ち、それにより立上り部分内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように構成される。例えば、立上り部分の口径（φ）が４ｍｍと小さいと、その部分のノズル２３２内の圧力差が大きく、その部分のノズル内の圧力は処理室内の圧力と略同等とならないが、立上り部分の口径がφ１２ないしφ１６ｍｍと大きくなると、その部分のノズル内の圧力差が小さく、ノズル内の圧力は処理室内の圧力と略同等となる。
【解決手段】 反応管（処理室）を構成するインナチューブ２０４の内側に沿ってロングノズル（ガス供給ノズル）２３２が延在される。Ｌ字型のロングノズル２３２は、立上り部分内に圧力差が生じない程度に、立上り部分に十分大きな口径を持ち、それにより立上り部分内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように構成される。例えば、立上り部分の口径（φ）が４ｍｍと小さいと、その部分のノズル２３２内の圧力差が大きく、その部分のノズル内の圧力は処理室内の圧力と略同等とならないが、立上り部分の口径がφ１２ないしφ１６ｍｍと大きくなると、その部分のノズル内の圧力差が小さく、ノズル内の圧力は処理室内の圧力と略同等となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置に係り、特にガス供給ノズルを改善したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置を構成する成膜装置として、複数のウェハに同時に成膜処理を施すバッチ式の縦型ＣＶＤ処理炉がある。
図６は、そのような縦型ＣＶＤ処理炉を示す概略断面図である。処理炉は、主にヒータ１と処理室（以下反応管２）より構成される。反応管２は、アウタチューブ３とインナチューブ４の二重管で構成される。ヒータ１により加熱された反応管２内に、複数のウェハＷを載置したボート５を挿入し、反応管２内を真空にし、ガス供給ノズルからプロセスガスを供給しつつ排気管７から排気して、ウェハＷ上に薄膜を形成する。
【０００３】
ガス供給ノズル６は、ヒータ１が設けられる領域の下方に設けられるショート構成のものもあるが、図示例のものは、ヒータ１が設けられる領域と同じ領域に設けられるようなロング構成となっている。すなわち、反応管２内にプロセスガスを供給するガス供給ノズル６は、インナチューブ４の内側に沿って上方に延在させたノズル（以下、ロングノズル）としてある。これにより、プロセスガスの輸送速度も上がり、成膜（堆積）レートが向上する。ここで、ロングノズル６とは、その長短にかかわらず、ヒータ１が設けられる領域と同じ領域に設けられるガス供給ノズルをいう。
ここで、ヒータ１が設けられる領域とは、ガスを反応管に供給してウェハを処理する際に、少なくともウェハの有する領域であって、処理中に反応管内の温度を均一に保つ領域である。また、温度を均一に保つとは、少なくとも処理中に所望の反応生成物がウェハ等に生成される温度範囲に保つことをいう。
【０００４】
ところが、このロングノズル６を用いた処理炉であっても、プロセスガスをウェハ配置領域全体に均一に供給することが困難であった。そのため従来から、ノズル６の方式や形状については、種々の提案がなされている。その代表的なものに多系統ノズル（例えば、特許文献１参照）と多孔ノズルがある。
【０００５】
図７は、多系統ノズル（ゾーンノズルともいう）型のＣＶＤ処理炉を示す。この処理炉は、ノズル６１〜６４を１つまたは複数のプロセスガスについて複数ずつ設け、これらをウェハ配置領域の異なる位置に配設したものである。多系統ノズル型のＣＶＤ処理炉によれば、プロセスガスを複数箇所から出力することができるので、プロセスガスをウェハ配置領域全体に均一に供給することができる。したがって、複数のウェハＷの間で膜厚等を均一にすることができる。
【０００６】
図８は、多孔ノズル型のＣＶＤ処理炉を示す。この処理炉は、ノズル６０をボート５の最頂部近傍まで延在させ、ボート５に載置された各ウェハＷに対向したノズル位置に複数の孔５９が設けられているものである。多孔ノズル型のＣＶＤ処理炉によれば、プロセスガスを各ウェハＷに向けて供給することができるので、プロセスガスをウェハ配置領域全体に均一に供給することができる。したがって、複数のウェハＷの間で膜厚等を均一にすることができる。
【特許文献１】特開２０００−６８２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ガス供給ノズルが、ヒータが設けられる領域の下方に設けられるようなショート構成では、ノズルの内部の温度が成膜温度まで上昇することはなく、ノズルの内壁に反応生成物が堆積することがない。したがって、この装置では、ノズルの内壁をクリーニングする必要がない。
【０００８】
しかし、ガス供給ノズルが、ヒータが設けられる領域と同じ領域に設けられるようなロング構成では、ノズルの内部の温度が成膜温度まで上昇することにより、ノズルの内壁に反応生成物が堆積する。この堆積量が多くなると、反応生成物が剥がれてパーティクルとなる。したがって、ノズルの内壁は、処理室の内壁等と同様にクリーニングする必要がある。
【０００９】
この場合において、ガス供給ノズルの長さが長くなってくると、圧損のため、ノズル内は成膜する際の処理室の圧力に比べ高圧となり、ノズル内壁に反応生成物が処理室より高レートで堆積される。このため、処理室内を構成する構成部材の膜剥がれによるパーティクル管理基準（メンテナンスサイクル）より、はるかに早くノズル内からパーティクルが発生し、基板を汚染するという欠点があった。その結果、ガス供給ノズルのメンテナンス回数が増加するという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、ガス供給ノズル内のメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことが可能な基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、前記処理室内を排気する排気手段とを備えて、前記処理室内に前記ガスを供給しつつ排気して前記基板を処理する基板処理装置であって、前記ガス供給ノズルは、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等とな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である。
【００１２】
基板を処理する際、処理室内に所望のガス量が供給され、そのときの排気量により処理室内の圧力が所望の圧力に保たれる。その処理室内の圧力とガス供給ノズル内の圧力とが略同等となるように、ガス供給ノズルが構成されていると、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理されるので、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ガス供給ノズルと処理室内の他の構成部材とを一度にメンテナンスすることができるようになるため、効率のよいメンテナンスが可能となる。
この場合において、ノズル内に圧力差が生じない程度にガス供給ノズルに十分大きな口径を持たせることにより、ガス供給ノズル内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように構成することができる。
【００１３】
第２の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルに供給するガス量を制御するガス供給手段と、該ガス供給手段を制御するガス制御手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記処理室内の圧力を制御する圧力調節手段と、前記圧力検出手段の検出圧力にもとづいて前記圧力調節手段を制御する圧力制御部と、前記処理室内を加熱する加熱手段とを備え、前記ガス制御手段と前記圧力制御手段は、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等となるように、前記ガス供給手段と前記圧力調節手段を制御することを特徴とする基板処理装置である。
【００１４】
基板を処理する際、ガス制御手段でガス供給手段を制御して処理室内に所望のガス量を供給する。そのとき圧力制御手段で圧力調節手段を制御して処理室内の圧力を所望の圧力に保つ。したがって、ガス制御手段と圧力制御手段が、ガス供給ノズル内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように、ガス供給手段と圧力調節手段を制御すると、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理されるので、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ガス供給ノズルと処理室内の他の構成部材とを一度にメンテナンスすることができるようになるため、効率のよいメンテナンスが可能となる。
この場合において、ノズル内に圧力差が生じない程度にガス供給ノズルに十分大きな口径を持たせた上で、そのガス供給ノズル内の圧力が、処理室内の圧力と略同等となるように、ガス供給手段と圧力調節手段を制御することができる。
【００１５】
第３の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルに供給するガス量を制御するガス供給手段と、該ガス供給手段を制御するガス制御手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記処理室内の圧力を制御する圧力調節手段と、前記圧力検出手段の検出圧力にもとづいて前記圧力調節手段を制御する圧力制御手段と、前記処理室内を加熱する加熱手段とを備え、前記ガス制御手段と前記圧力制御手段は、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等となるように、前記ガス供給手段と前記圧力調節手段を制御する基板処理装置を用いて、前記処理室内の圧力を前記圧力検出手段により検出する工程と、前記ガス制御手段で前記ガス供給手段を制御して、前記処理室内に所望のガス量を供給する工程と、前記処理室内を前記排気手段により排気する工程と、前記圧力検出手段の検出圧力にもとづいて前記圧力制御手段で前記圧力調節手段を制御して、前記処理室内を所望の処理圧とする工程と、前記加熱手段で加熱された基板を処理する工程とを行なうことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００１６】
ガス制御手段と圧力制御手段が、ガス供給ノズル内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように、ガス供給手段と圧力調節手段を制御すると、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理されるので、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ガス供給ノズルと処理室内の他の構成部材とを一度にメンテナンスすることができるようになるため、効率のよいメンテナンスが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス供給ノズル内の圧力は処理室内の圧力と同等となるので、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理され、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を説明する。基板処理装置は、基板に気相成長による薄膜形成を行なう他に、液体原料を用いて基板を加工する処理を行なう。基板処理装置は、そのために処理炉、例えば減圧ＣＶＤ処理炉を有する。
図５を用いて、そのような減圧ＣＶＤ処理炉について説明する。処理炉は処理室（以下反応管２０２）と加熱手段（以下ヒータ２０７）とから主に構成される。
【００１９】
反応管２０２は外管（以下アウタチューブ２０５）と内管（以下インナチューブ２０４）とを有する。アウタチューブ２０５は例えば石英（ＳｉＯ2）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。インナチューブ２０４は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、アウタチューブ２０５内に同心円状に配置されている。アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４の間の空間は筒状空間２５０を成す。インナチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気されるようになっている。
【００２０】
アウタチューブ２０５及びインナチューブ２０４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウタチューブ２０５及びインナチューブ２０４が保持されている。このマニホールド２０９は保持手段（以下ヒータベース２５１）に固定される。アウタチューブ２０５の下端部及びマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング２２０）が配置され、両者の間が気密にシールされている。
【００２１】
マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）がＯリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に取付けられている。
【００２２】
マニホールド２０９の下部には、複数のＬ字型のロングノズル２３２が挿入され（図示例では便宜上１本のロングノズルのみが描かれている）、その立上り部分がインナチューブ２０４の内側に沿って上方に延在されており、プロセスガスがアウタチューブ２０５内に供給されるようになっている。ロングノズル２３２も反応管２０２と同様に石英（ＳｉＯ2）等の耐熱性材料からなる。これらのロングノズル２３２は、その水平部分がガス供給手段（以下ＭＦＣ２４１）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス制御手段（以下ガス流量制御部１２２）に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得る。
【００２３】
マニホールド２０９の上部には、圧力調節手段（例えばＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器があり、以下ここではＡＰＣ２４２とする）及び、排気手段（以下真空ポンプ２４６）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４との間の筒状空間２５０を流れるガスを排出し、アウタチューブ２０５内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力の減圧雰囲気にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部１２３により制御する。
【００２４】
シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、基板保持手段（以下ボート２１７）及びボート２１７上に保持されている基板（以下ウェハ２００）を回転させる。また、シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部１２４により制御する。
【００２５】
アウタチューブ２０５の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７は、アウタチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部１２１により制御する。
上述した温度制御部１２１、ガス流量制御部１２２、圧力制御部１２３、駆動制御部１２４は主制御部１２０によって統括制御される。
【００２６】
図５に示した処理炉による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウェハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、アウタチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にする。ロングノズル２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予めアウタチューブ２０５内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させてアウタチューブ２０５内に移し、アウタチューブ２０５の内部温度を所定の処理温度に維持する。アウタチューブ２０５内を所定の真空状態まで排気した後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウェハ２００を回転させる。同時にロングノズル２３２からプロセスガスを供給する。供給されたガスは、インナチューブ２０４内を上昇し、ウェハ２００に対して均等に供給される。
【００２７】
減圧ＣＶＤ処理中のアウタチューブ２０５内は、排気管２３１を介して排気され、所定の真空になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行なう。
【００２８】
このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウェハ２００の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、アウタチューブ２０５内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウェハ２００をアウタチューブ２０５から取り出す。アウタチューブ２０５から取り出されたボート２１７上の処理済のウェハ２００は、未処理のウェハ２００と交換され、再度前述同様にしてアウタチューブ２０５内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理が成される。
【００２９】
なお、一例まで、本実施例の処理炉にて処理される処理条件は、ドープトポリシリコン膜の成膜において、プロセスガス種はＳｉＨ4及びＰＨ3、成膜圧力は３００Ｐａである。
【００３０】
ところで、ロングノズル２３２からプロセスガスをインナチューブ２０４内に供給すると、ロングノズル２３２内に反応生成物が堆積する。このノズル内の堆積が、パーティクル管理基準（メンテナンスサイクル）より早くなると、ノズル内からパーティクルが発生し、ウェハを汚染するため好ましくないことは前述した通りである。
【００３１】
そこで、実施の形態では、ウェハ２００を処理する際、ロングノズル２３２内の圧力が反応管２０２内の圧力（以下炉内圧力ないし成膜圧力ともいう）と略同等となるように、ロングノズル２３２の口径を、その部分のノズル内に圧損による圧力差が生じない程度に、十分大きくなるように構成している。
【００３２】
ウェハ２００を処理する際、ガス流量制御部１２２でＭＦＣ２４１を制御して所望の流量のプロセスガスを反応管２０２内に供給しつつ排気管２３１から排気する。また、圧力制御部１２３でＡＰＣ２４２を制御することにより排気量を調節して反応管２０２内を所望の成膜圧力に安定化する。ロングノズル２３２の口径は、このようなガス流量と成膜圧力の規定されたウェハ処理条件で、ロングノズル内の圧力が反応管２０２内の圧力と略同等となるような値に設定される。
【００３３】
ここで、ノズル口径の求め方を説明する。図４に示すノズルの内圧力分布を求める一般式は次の通りである。ｖはガス平均流速、Ｌはノズル長、ｄはノズル口径、ΔＰはノズル入口圧力Ｐｉ（ガス供給源圧力）とノズル出口圧力Ｐｏ（成膜圧力）との圧力差、Ｑはガス流量、Ａはノズル断面積である。
ΔＰ＝Ｐｉ−Ｐｏ＝ｆ・（Ｌ／ｄ）・（ρ／２）ｖ2 （１）
ｖ＝Ｑ／Ａ＝Ｑ／（π・ｄ2／４） （２）
ｆ＝６４／Ｒｅ＝６４／（ ｖ・ｄ／ν）
＝（１２８μＬＱ）／（π・ｄ4） （３）
但し、ρはガスの密度、ｆは層流の場合の管摩擦係数、Ｒｅはレイノルズ数、νは動粘度、μは絶対粘度である。
これを整理すると、
ΔP=Pi-Po={(128μLQ)/(π・d4)}・(L/d)・(ρ/2)・Q/(π・d2/4) （４）
となる。
【００３４】
式（４）からわかるように、ノズル口径ｄは、成膜圧力Ｐｏ、ノズル長Ｌ、ガス流量Ｑの関係式で表せる。したがって、ノズル長が一定であれば、ウェハを処理する際（ウェハ処理条件）、すなわち、圧力制御部１２３で制御されるＡＰＣ２４２によって成膜圧力Ｐｏに制御された反応管２０２内に、ガス流量制御部１２２で制御されるＭＦＣ２４１によって所定流量Ｑに制御されたガスをノズルから供給するときに、ノズル内の圧力Ｐが成膜圧力Ｐｏと略同等とするためのノズル口径ｄを、式（４）から求めることができる。
【００３５】
上述したように、実施の形態によれば、ノズル内の圧力が反応管２０２内の成膜圧力と略同等となるような圧力分布を示す口径を持つロングノズル２３２を用いるようにしたので、ウェハを処理する際、ロングノズルの内壁に反応生成物が高レートで堆積されることもなく、反応管２０２内を構成する他の構成部材の膜剥がれによるパーティクル管理基準より早くノズル内からパーティクルが発生したり、ウェハを汚染したりするということもなくなる。したがって、反応管２０２内の他の構成部材と比べて、ロングノズル２３２のメンテナンス回数が増加するということがなくなる。
【００３６】
また、パーティクル管理基準（メンテナンスサイクル）に達すると、反応管及びノズル内にクリーニングガスを供給して、エッチングにより反応生成物を除去するクリーニングを行なうが、ロングノズル内は反応管内の他の構成部材と同じ条件で反応生成物が堆積されるので、他の構成部材と比べてノズルの寿命だけが短くなることもない。
【００３７】
なお、上述したノズル内の圧力分布は、Ｌ字型ロングノズルの全長にわたって、反応管内の成膜圧力と略同等となるようにする必要はない。少なくとも、処理室内でウェハを処理している際に、処理室内の温度を均一に保つ領域に存在しているノズル部分のみが略同等となればよい。例えば、ノズル口径を処理室内の温度を均一に保つ領域のみ大きくし、それ以外は小さくする。具体的には、Ｌ字型ロングノズルの立上り部分の口径のみを大きくするようにしてもよい。
【００３８】
なお、実施の形態では、多系統型のロングノズルについて説明したが、１系統型のロングノズルにも適用できる。また、孔の開いた多孔ロングノズルについても適用できる。また、反応管が二重管の場合について説明した、単管の場合にも適用可能である。また、実施の形態では、ノズルを備えた装置として、ＣＶＤ処理炉の場合について説明したが、本発明は、ウェハに所定の処理を施すことによって、ノズル内壁に反応生成物が堆積されるような基板処理装置一般に適用することができる。
【実施例】
【００３９】
一例として、Ｌ字型ノズルの立上り部分の全長を３６０ｍｍとし、炉内圧力（成膜圧力）を３００Ｐａ、ロングノズルへの供給圧を約３２５０Ｐａとして、ノズル口径をφ４ｍｍ、φ８ｍｍ、φ１２ｍｍ、φ１６ｍｍと変えたときのノズル内の圧力分布を求めた。数値シミュレーションには汎用熱流体解析ソフトＦＬＵＥＮＴ（米国フルーエント社）を用いた。
図３は、そのときの縦型ＣＶＤ処理炉モデルと、そのモデルで用いたノズル内の圧力分布を求めた結果である。これより、立上り部分の口径が小さいφ４ｍｍのときは、ノズル内の圧力分布は最も悪く、０．３６ｍ位置のノズル出口からノズル入口に向かって、ノズル内圧力は直線的に増加し、０ｍｍ位置での圧力は約３２５０Ｐａにも達し、ノズル出口との圧力差（３２５０Ｐａ−３００Ｐａ）が極端に大きいことがわかる。これに対して、立上り部分の口径が比較的大きいφ８ｍｍ、φ１２ｍｍ、φ１６ｍｍのときは、ノズル内の圧力分布は良好で、炉内圧力３００Ｐａと略同等となることがわかる。ただし、ノズル内の圧力分布は良好とはいえ、０ｍｍ位置での圧力を見ると、φ８ｍｍのときは５００Ｐａ、φ１２ｍｍのときは略３００Ｐａ、φ１６ｍｍのときは３００Ｐａとなっていることから、反応生成物の堆積レートはφ８ｍｍよりはφ１２ｍｍの方が低く、φ１２ｍｍよりはφ１６ｍｍの方がより低くなり好ましいことがわかる。
【００４０】
図１は、口径の異なるノズル内の圧力を説明した図であって、図３にて示した口径の異なる複数のノズル内の圧力分布を求めた結果の中で、特にノズルの立上り部分の口径がφ１２ｍｍないしφ１６ｍｍのものと、φ４ｍｍのものとにおいて、その立上り部分の全長が３６０ｍｍのときの０ｍｍ位置での圧力を示したノズルの概略説明図である。
Ｌ字型ノズル２３２は、その水平部分がガス源（図示せず）と連通する供給配管２３０に接続され、供給配管２３０よりも大きな口径を立上り部分の全長に持つように構成される。
図１（ｂ）に示すような、立上り部分の口径の小さなφ４ｍｍのノズル２３２では、ノズル内が約３２５０Ｐａから３００Ｐａまで大きく変化する圧力場になっているので、成膜圧力３００Ｐａ一定の反応管内の構成部材（インナチューブ２０４、ノズル２３２外壁等）で堆積する場合と比べ、ノズル内を流れるプロセスガス（例えば、モノシラン：ＳｉＨ4）により反応生成物５０がノズル２３２内壁に高レートで堆積される。したがって、前述したようにノズル内の膜剥がれが早期に起こり、パーティクルとなる。
【００４１】
これに対して、図１（ａ）に示すような、立上り部分の口径の大きなφ１２ｍｍ、φ１６ｍｍのノズル２３２では、ノズル内が成膜圧力と略同等になっているので、反応管内の構成部材と同じ堆積レートでノズル２３２内壁に反応生成物が堆積されることになる。したがって、ノズル２３２の早期膜剥がれに起因するパーティクルの発生がなく、ノズルだけがメンテナンスサイクルが短くなることはなく、ロングノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。
【００４２】
図２にφ１６ｍｍの実施例とφ４ｍｍの比較例によるウェハ２００のパーティクル分布の比較図を示す。多系統ノズル型のＣＶＤ処理炉を用いて、４本のロングノズル２３２Ａ〜２３２ＤからＳｉＨ4及びＰＨ3ガスを反応管内に供給して、φ３００ｍｍのシリコンウェハ２００上にドープトポリシリコン膜を成膜し、処理炉から取り出してウェハ２００上のパーティクルを観察した。図２から、立上り部分のノズル口径φ４ｍｍの場合に比して、立上り部分口径φ１６ｍｍのときの方が、パーティクル数が大幅に減少していることがわかる。
【００４３】
パーティクル管理基準は、例えば、ウェハ３００ｍｍにおいて、０．１８μｍ以上の粒径のパーティクルにあってはその数が１００個以下、０．２μｍ以上の粒径のパーティクルにあっては、その数が５０個以下であるとされている。図２の結果から、φ１６ｍｍのロングノズルを用いるとき、他の反応管構成部材が、この管理基準を超えてパーティクルが発生するより、はるかに早くロングノズル内からパーティクルが発生するということがなくなることがわかる。
したがって、上述したウェハ処理条件において、ロングノズル内の圧力を成膜圧力と略同等とするには、装置の大型化を招かない範囲で、立上り部分ノズル口径はφ８ｍｍ以上、好ましくはφ１２ｍｍ以上、さらに好ましくはφ１６ｍｍ以上がよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る口径に応じたロングノズル内の立上り部での圧力を示す説明図であって、（ａ）は大口径のノズル、（ｂ）は小口径のノズルの場合をそれぞれ示す。
【図２】実施例と比較例によるウェハのパーティクル分布の比較図である。
【図３】実施の形態によるノズル内の圧力分布の説明図であって、（ａ）はノズル口径をパラメータとしたノズル長に対するノズル内圧力分の計算結果、（ｂ）は縦型ＣＶＤ処理炉のモデルを示す。
【図４】ノズル内圧力分布計算のためのノズルモデルを示す説明図である。
【図５】実施の形態による基板処理装置を構成する縦型減圧ＣＶＤ処理炉の概略断面図である。
【図６】従来例によるＣＶＤ処理炉の概略構成図である。
【図７】従来例による多系統型ノズルを備えたＣＶＤ処理炉の概略構成図である。
【図８】従来例による多孔ノズルを備えたＣＶＤ処理炉の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
５０ 反応生成物
２０４ インナチューブ（処理室）
２３２ ロングノズル（ガス供給ノズル）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置に係り、特にガス供給ノズルを改善したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置を構成する成膜装置として、複数のウェハに同時に成膜処理を施すバッチ式の縦型ＣＶＤ処理炉がある。
図６は、そのような縦型ＣＶＤ処理炉を示す概略断面図である。処理炉は、主にヒータ１と処理室（以下反応管２）より構成される。反応管２は、アウタチューブ３とインナチューブ４の二重管で構成される。ヒータ１により加熱された反応管２内に、複数のウェハＷを載置したボート５を挿入し、反応管２内を真空にし、ガス供給ノズルからプロセスガスを供給しつつ排気管７から排気して、ウェハＷ上に薄膜を形成する。
【０００３】
ガス供給ノズル６は、ヒータ１が設けられる領域の下方に設けられるショート構成のものもあるが、図示例のものは、ヒータ１が設けられる領域と同じ領域に設けられるようなロング構成となっている。すなわち、反応管２内にプロセスガスを供給するガス供給ノズル６は、インナチューブ４の内側に沿って上方に延在させたノズル（以下、ロングノズル）としてある。これにより、プロセスガスの輸送速度も上がり、成膜（堆積）レートが向上する。ここで、ロングノズル６とは、その長短にかかわらず、ヒータ１が設けられる領域と同じ領域に設けられるガス供給ノズルをいう。
ここで、ヒータ１が設けられる領域とは、ガスを反応管に供給してウェハを処理する際に、少なくともウェハの有する領域であって、処理中に反応管内の温度を均一に保つ領域である。また、温度を均一に保つとは、少なくとも処理中に所望の反応生成物がウェハ等に生成される温度範囲に保つことをいう。
【０００４】
ところが、このロングノズル６を用いた処理炉であっても、プロセスガスをウェハ配置領域全体に均一に供給することが困難であった。そのため従来から、ノズル６の方式や形状については、種々の提案がなされている。その代表的なものに多系統ノズル（例えば、特許文献１参照）と多孔ノズルがある。
【０００５】
図７は、多系統ノズル（ゾーンノズルともいう）型のＣＶＤ処理炉を示す。この処理炉は、ノズル６１〜６４を１つまたは複数のプロセスガスについて複数ずつ設け、これらをウェハ配置領域の異なる位置に配設したものである。多系統ノズル型のＣＶＤ処理炉によれば、プロセスガスを複数箇所から出力することができるので、プロセスガスをウェハ配置領域全体に均一に供給することができる。したがって、複数のウェハＷの間で膜厚等を均一にすることができる。
【０００６】
図８は、多孔ノズル型のＣＶＤ処理炉を示す。この処理炉は、ノズル６０をボート５の最頂部近傍まで延在させ、ボート５に載置された各ウェハＷに対向したノズル位置に複数の孔５９が設けられているものである。多孔ノズル型のＣＶＤ処理炉によれば、プロセスガスを各ウェハＷに向けて供給することができるので、プロセスガスをウェハ配置領域全体に均一に供給することができる。したがって、複数のウェハＷの間で膜厚等を均一にすることができる。
【特許文献１】特開２０００−６８２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ガス供給ノズルが、ヒータが設けられる領域の下方に設けられるようなショート構成では、ノズルの内部の温度が成膜温度まで上昇することはなく、ノズルの内壁に反応生成物が堆積することがない。したがって、この装置では、ノズルの内壁をクリーニングする必要がない。
【０００８】
しかし、ガス供給ノズルが、ヒータが設けられる領域と同じ領域に設けられるようなロング構成では、ノズルの内部の温度が成膜温度まで上昇することにより、ノズルの内壁に反応生成物が堆積する。この堆積量が多くなると、反応生成物が剥がれてパーティクルとなる。したがって、ノズルの内壁は、処理室の内壁等と同様にクリーニングする必要がある。
【０００９】
この場合において、ガス供給ノズルの長さが長くなってくると、圧損のため、ノズル内は成膜する際の処理室の圧力に比べ高圧となり、ノズル内壁に反応生成物が処理室より高レートで堆積される。このため、処理室内を構成する構成部材の膜剥がれによるパーティクル管理基準（メンテナンスサイクル）より、はるかに早くノズル内からパーティクルが発生し、基板を汚染するという欠点があった。その結果、ガス供給ノズルのメンテナンス回数が増加するという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、ガス供給ノズル内のメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことが可能な基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、前記処理室内を排気する排気手段とを備えて、前記処理室内に前記ガスを供給しつつ排気して前記基板を処理する基板処理装置であって、前記ガス供給ノズルは、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等とな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である。
【００１２】
基板を処理する際、処理室内に所望のガス量が供給され、そのときの排気量により処理室内の圧力が所望の圧力に保たれる。その処理室内の圧力とガス供給ノズル内の圧力とが略同等となるように、ガス供給ノズルが構成されていると、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理されるので、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ガス供給ノズルと処理室内の他の構成部材とを一度にメンテナンスすることができるようになるため、効率のよいメンテナンスが可能となる。
この場合において、ノズル内に圧力差が生じない程度にガス供給ノズルに十分大きな口径を持たせることにより、ガス供給ノズル内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように構成することができる。
【００１３】
第２の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルに供給するガス量を制御するガス供給手段と、該ガス供給手段を制御するガス制御手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記処理室内の圧力を制御する圧力調節手段と、前記圧力検出手段の検出圧力にもとづいて前記圧力調節手段を制御する圧力制御部と、前記処理室内を加熱する加熱手段とを備え、前記ガス制御手段と前記圧力制御手段は、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等となるように、前記ガス供給手段と前記圧力調節手段を制御することを特徴とする基板処理装置である。
【００１４】
基板を処理する際、ガス制御手段でガス供給手段を制御して処理室内に所望のガス量を供給する。そのとき圧力制御手段で圧力調節手段を制御して処理室内の圧力を所望の圧力に保つ。したがって、ガス制御手段と圧力制御手段が、ガス供給ノズル内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように、ガス供給手段と圧力調節手段を制御すると、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理されるので、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ガス供給ノズルと処理室内の他の構成部材とを一度にメンテナンスすることができるようになるため、効率のよいメンテナンスが可能となる。
この場合において、ノズル内に圧力差が生じない程度にガス供給ノズルに十分大きな口径を持たせた上で、そのガス供給ノズル内の圧力が、処理室内の圧力と略同等となるように、ガス供給手段と圧力調節手段を制御することができる。
【００１５】
第３の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、該ガス供給ノズルに供給するガス量を制御するガス供給手段と、該ガス供給手段を制御するガス制御手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記処理室内の圧力を制御する圧力調節手段と、前記圧力検出手段の検出圧力にもとづいて前記圧力調節手段を制御する圧力制御手段と、前記処理室内を加熱する加熱手段とを備え、前記ガス制御手段と前記圧力制御手段は、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等となるように、前記ガス供給手段と前記圧力調節手段を制御する基板処理装置を用いて、前記処理室内の圧力を前記圧力検出手段により検出する工程と、前記ガス制御手段で前記ガス供給手段を制御して、前記処理室内に所望のガス量を供給する工程と、前記処理室内を前記排気手段により排気する工程と、前記圧力検出手段の検出圧力にもとづいて前記圧力制御手段で前記圧力調節手段を制御して、前記処理室内を所望の処理圧とする工程と、前記加熱手段で加熱された基板を処理する工程とを行なうことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００１６】
ガス制御手段と圧力制御手段が、ガス供給ノズル内の圧力が処理室内の圧力と略同等となるように、ガス供給手段と圧力調節手段を制御すると、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理されるので、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ガス供給ノズルと処理室内の他の構成部材とを一度にメンテナンスすることができるようになるため、効率のよいメンテナンスが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス供給ノズル内の圧力は処理室内の圧力と同等となるので、ガス供給ノズル内は処理室内の他の構成部材と同じ条件で処理され、ガス供給ノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を説明する。基板処理装置は、基板に気相成長による薄膜形成を行なう他に、液体原料を用いて基板を加工する処理を行なう。基板処理装置は、そのために処理炉、例えば減圧ＣＶＤ処理炉を有する。
図５を用いて、そのような減圧ＣＶＤ処理炉について説明する。処理炉は処理室（以下反応管２０２）と加熱手段（以下ヒータ２０７）とから主に構成される。
【００１９】
反応管２０２は外管（以下アウタチューブ２０５）と内管（以下インナチューブ２０４）とを有する。アウタチューブ２０５は例えば石英（ＳｉＯ2）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。インナチューブ２０４は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、アウタチューブ２０５内に同心円状に配置されている。アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４の間の空間は筒状空間２５０を成す。インナチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気されるようになっている。
【００２０】
アウタチューブ２０５及びインナチューブ２０４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウタチューブ２０５及びインナチューブ２０４が保持されている。このマニホールド２０９は保持手段（以下ヒータベース２５１）に固定される。アウタチューブ２０５の下端部及びマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング２２０）が配置され、両者の間が気密にシールされている。
【００２１】
マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）がＯリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に取付けられている。
【００２２】
マニホールド２０９の下部には、複数のＬ字型のロングノズル２３２が挿入され（図示例では便宜上１本のロングノズルのみが描かれている）、その立上り部分がインナチューブ２０４の内側に沿って上方に延在されており、プロセスガスがアウタチューブ２０５内に供給されるようになっている。ロングノズル２３２も反応管２０２と同様に石英（ＳｉＯ2）等の耐熱性材料からなる。これらのロングノズル２３２は、その水平部分がガス供給手段（以下ＭＦＣ２４１）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス制御手段（以下ガス流量制御部１２２）に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得る。
【００２３】
マニホールド２０９の上部には、圧力調節手段（例えばＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器があり、以下ここではＡＰＣ２４２とする）及び、排気手段（以下真空ポンプ２４６）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４との間の筒状空間２５０を流れるガスを排出し、アウタチューブ２０５内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力の減圧雰囲気にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部１２３により制御する。
【００２４】
シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、基板保持手段（以下ボート２１７）及びボート２１７上に保持されている基板（以下ウェハ２００）を回転させる。また、シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部１２４により制御する。
【００２５】
アウタチューブ２０５の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７は、アウタチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部１２１により制御する。
上述した温度制御部１２１、ガス流量制御部１２２、圧力制御部１２３、駆動制御部１２４は主制御部１２０によって統括制御される。
【００２６】
図５に示した処理炉による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウェハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、アウタチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にする。ロングノズル２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予めアウタチューブ２０５内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させてアウタチューブ２０５内に移し、アウタチューブ２０５の内部温度を所定の処理温度に維持する。アウタチューブ２０５内を所定の真空状態まで排気した後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウェハ２００を回転させる。同時にロングノズル２３２からプロセスガスを供給する。供給されたガスは、インナチューブ２０４内を上昇し、ウェハ２００に対して均等に供給される。
【００２７】
減圧ＣＶＤ処理中のアウタチューブ２０５内は、排気管２３１を介して排気され、所定の真空になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行なう。
【００２８】
このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウェハ２００の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、アウタチューブ２０５内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウェハ２００をアウタチューブ２０５から取り出す。アウタチューブ２０５から取り出されたボート２１７上の処理済のウェハ２００は、未処理のウェハ２００と交換され、再度前述同様にしてアウタチューブ２０５内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理が成される。
【００２９】
なお、一例まで、本実施例の処理炉にて処理される処理条件は、ドープトポリシリコン膜の成膜において、プロセスガス種はＳｉＨ4及びＰＨ3、成膜圧力は３００Ｐａである。
【００３０】
ところで、ロングノズル２３２からプロセスガスをインナチューブ２０４内に供給すると、ロングノズル２３２内に反応生成物が堆積する。このノズル内の堆積が、パーティクル管理基準（メンテナンスサイクル）より早くなると、ノズル内からパーティクルが発生し、ウェハを汚染するため好ましくないことは前述した通りである。
【００３１】
そこで、実施の形態では、ウェハ２００を処理する際、ロングノズル２３２内の圧力が反応管２０２内の圧力（以下炉内圧力ないし成膜圧力ともいう）と略同等となるように、ロングノズル２３２の口径を、その部分のノズル内に圧損による圧力差が生じない程度に、十分大きくなるように構成している。
【００３２】
ウェハ２００を処理する際、ガス流量制御部１２２でＭＦＣ２４１を制御して所望の流量のプロセスガスを反応管２０２内に供給しつつ排気管２３１から排気する。また、圧力制御部１２３でＡＰＣ２４２を制御することにより排気量を調節して反応管２０２内を所望の成膜圧力に安定化する。ロングノズル２３２の口径は、このようなガス流量と成膜圧力の規定されたウェハ処理条件で、ロングノズル内の圧力が反応管２０２内の圧力と略同等となるような値に設定される。
【００３３】
ここで、ノズル口径の求め方を説明する。図４に示すノズルの内圧力分布を求める一般式は次の通りである。ｖはガス平均流速、Ｌはノズル長、ｄはノズル口径、ΔＰはノズル入口圧力Ｐｉ（ガス供給源圧力）とノズル出口圧力Ｐｏ（成膜圧力）との圧力差、Ｑはガス流量、Ａはノズル断面積である。
ΔＰ＝Ｐｉ−Ｐｏ＝ｆ・（Ｌ／ｄ）・（ρ／２）ｖ2 （１）
ｖ＝Ｑ／Ａ＝Ｑ／（π・ｄ2／４） （２）
ｆ＝６４／Ｒｅ＝６４／（ ｖ・ｄ／ν）
＝（１２８μＬＱ）／（π・ｄ4） （３）
但し、ρはガスの密度、ｆは層流の場合の管摩擦係数、Ｒｅはレイノルズ数、νは動粘度、μは絶対粘度である。
これを整理すると、
ΔP=Pi-Po={(128μLQ)/(π・d4)}・(L/d)・(ρ/2)・Q/(π・d2/4) （４）
となる。
【００３４】
式（４）からわかるように、ノズル口径ｄは、成膜圧力Ｐｏ、ノズル長Ｌ、ガス流量Ｑの関係式で表せる。したがって、ノズル長が一定であれば、ウェハを処理する際（ウェハ処理条件）、すなわち、圧力制御部１２３で制御されるＡＰＣ２４２によって成膜圧力Ｐｏに制御された反応管２０２内に、ガス流量制御部１２２で制御されるＭＦＣ２４１によって所定流量Ｑに制御されたガスをノズルから供給するときに、ノズル内の圧力Ｐが成膜圧力Ｐｏと略同等とするためのノズル口径ｄを、式（４）から求めることができる。
【００３５】
上述したように、実施の形態によれば、ノズル内の圧力が反応管２０２内の成膜圧力と略同等となるような圧力分布を示す口径を持つロングノズル２３２を用いるようにしたので、ウェハを処理する際、ロングノズルの内壁に反応生成物が高レートで堆積されることもなく、反応管２０２内を構成する他の構成部材の膜剥がれによるパーティクル管理基準より早くノズル内からパーティクルが発生したり、ウェハを汚染したりするということもなくなる。したがって、反応管２０２内の他の構成部材と比べて、ロングノズル２３２のメンテナンス回数が増加するということがなくなる。
【００３６】
また、パーティクル管理基準（メンテナンスサイクル）に達すると、反応管及びノズル内にクリーニングガスを供給して、エッチングにより反応生成物を除去するクリーニングを行なうが、ロングノズル内は反応管内の他の構成部材と同じ条件で反応生成物が堆積されるので、他の構成部材と比べてノズルの寿命だけが短くなることもない。
【００３７】
なお、上述したノズル内の圧力分布は、Ｌ字型ロングノズルの全長にわたって、反応管内の成膜圧力と略同等となるようにする必要はない。少なくとも、処理室内でウェハを処理している際に、処理室内の温度を均一に保つ領域に存在しているノズル部分のみが略同等となればよい。例えば、ノズル口径を処理室内の温度を均一に保つ領域のみ大きくし、それ以外は小さくする。具体的には、Ｌ字型ロングノズルの立上り部分の口径のみを大きくするようにしてもよい。
【００３８】
なお、実施の形態では、多系統型のロングノズルについて説明したが、１系統型のロングノズルにも適用できる。また、孔の開いた多孔ロングノズルについても適用できる。また、反応管が二重管の場合について説明した、単管の場合にも適用可能である。また、実施の形態では、ノズルを備えた装置として、ＣＶＤ処理炉の場合について説明したが、本発明は、ウェハに所定の処理を施すことによって、ノズル内壁に反応生成物が堆積されるような基板処理装置一般に適用することができる。
【実施例】
【００３９】
一例として、Ｌ字型ノズルの立上り部分の全長を３６０ｍｍとし、炉内圧力（成膜圧力）を３００Ｐａ、ロングノズルへの供給圧を約３２５０Ｐａとして、ノズル口径をφ４ｍｍ、φ８ｍｍ、φ１２ｍｍ、φ１６ｍｍと変えたときのノズル内の圧力分布を求めた。数値シミュレーションには汎用熱流体解析ソフトＦＬＵＥＮＴ（米国フルーエント社）を用いた。
図３は、そのときの縦型ＣＶＤ処理炉モデルと、そのモデルで用いたノズル内の圧力分布を求めた結果である。これより、立上り部分の口径が小さいφ４ｍｍのときは、ノズル内の圧力分布は最も悪く、０．３６ｍ位置のノズル出口からノズル入口に向かって、ノズル内圧力は直線的に増加し、０ｍｍ位置での圧力は約３２５０Ｐａにも達し、ノズル出口との圧力差（３２５０Ｐａ−３００Ｐａ）が極端に大きいことがわかる。これに対して、立上り部分の口径が比較的大きいφ８ｍｍ、φ１２ｍｍ、φ１６ｍｍのときは、ノズル内の圧力分布は良好で、炉内圧力３００Ｐａと略同等となることがわかる。ただし、ノズル内の圧力分布は良好とはいえ、０ｍｍ位置での圧力を見ると、φ８ｍｍのときは５００Ｐａ、φ１２ｍｍのときは略３００Ｐａ、φ１６ｍｍのときは３００Ｐａとなっていることから、反応生成物の堆積レートはφ８ｍｍよりはφ１２ｍｍの方が低く、φ１２ｍｍよりはφ１６ｍｍの方がより低くなり好ましいことがわかる。
【００４０】
図１は、口径の異なるノズル内の圧力を説明した図であって、図３にて示した口径の異なる複数のノズル内の圧力分布を求めた結果の中で、特にノズルの立上り部分の口径がφ１２ｍｍないしφ１６ｍｍのものと、φ４ｍｍのものとにおいて、その立上り部分の全長が３６０ｍｍのときの０ｍｍ位置での圧力を示したノズルの概略説明図である。
Ｌ字型ノズル２３２は、その水平部分がガス源（図示せず）と連通する供給配管２３０に接続され、供給配管２３０よりも大きな口径を立上り部分の全長に持つように構成される。
図１（ｂ）に示すような、立上り部分の口径の小さなφ４ｍｍのノズル２３２では、ノズル内が約３２５０Ｐａから３００Ｐａまで大きく変化する圧力場になっているので、成膜圧力３００Ｐａ一定の反応管内の構成部材（インナチューブ２０４、ノズル２３２外壁等）で堆積する場合と比べ、ノズル内を流れるプロセスガス（例えば、モノシラン：ＳｉＨ4）により反応生成物５０がノズル２３２内壁に高レートで堆積される。したがって、前述したようにノズル内の膜剥がれが早期に起こり、パーティクルとなる。
【００４１】
これに対して、図１（ａ）に示すような、立上り部分の口径の大きなφ１２ｍｍ、φ１６ｍｍのノズル２３２では、ノズル内が成膜圧力と略同等になっているので、反応管内の構成部材と同じ堆積レートでノズル２３２内壁に反応生成物が堆積されることになる。したがって、ノズル２３２の早期膜剥がれに起因するパーティクルの発生がなく、ノズルだけがメンテナンスサイクルが短くなることはなく、ロングノズルのメンテナンスサイクルを処理室内の他の構成部材と同程度に延ばすことができる。
【００４２】
図２にφ１６ｍｍの実施例とφ４ｍｍの比較例によるウェハ２００のパーティクル分布の比較図を示す。多系統ノズル型のＣＶＤ処理炉を用いて、４本のロングノズル２３２Ａ〜２３２ＤからＳｉＨ4及びＰＨ3ガスを反応管内に供給して、φ３００ｍｍのシリコンウェハ２００上にドープトポリシリコン膜を成膜し、処理炉から取り出してウェハ２００上のパーティクルを観察した。図２から、立上り部分のノズル口径φ４ｍｍの場合に比して、立上り部分口径φ１６ｍｍのときの方が、パーティクル数が大幅に減少していることがわかる。
【００４３】
パーティクル管理基準は、例えば、ウェハ３００ｍｍにおいて、０．１８μｍ以上の粒径のパーティクルにあってはその数が１００個以下、０．２μｍ以上の粒径のパーティクルにあっては、その数が５０個以下であるとされている。図２の結果から、φ１６ｍｍのロングノズルを用いるとき、他の反応管構成部材が、この管理基準を超えてパーティクルが発生するより、はるかに早くロングノズル内からパーティクルが発生するということがなくなることがわかる。
したがって、上述したウェハ処理条件において、ロングノズル内の圧力を成膜圧力と略同等とするには、装置の大型化を招かない範囲で、立上り部分ノズル口径はφ８ｍｍ以上、好ましくはφ１２ｍｍ以上、さらに好ましくはφ１６ｍｍ以上がよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る口径に応じたロングノズル内の立上り部での圧力を示す説明図であって、（ａ）は大口径のノズル、（ｂ）は小口径のノズルの場合をそれぞれ示す。
【図２】実施例と比較例によるウェハのパーティクル分布の比較図である。
【図３】実施の形態によるノズル内の圧力分布の説明図であって、（ａ）はノズル口径をパラメータとしたノズル長に対するノズル内圧力分の計算結果、（ｂ）は縦型ＣＶＤ処理炉のモデルを示す。
【図４】ノズル内圧力分布計算のためのノズルモデルを示す説明図である。
【図５】実施の形態による基板処理装置を構成する縦型減圧ＣＶＤ処理炉の概略断面図である。
【図６】従来例によるＣＶＤ処理炉の概略構成図である。
【図７】従来例による多系統型ノズルを備えたＣＶＤ処理炉の概略構成図である。
【図８】従来例による多孔ノズルを備えたＣＶＤ処理炉の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
５０ 反応生成物
２０４ インナチューブ（処理室）
２３２ ロングノズル（ガス供給ノズル）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、前記処理室内を排気する排気手段とを備えて、前記処理室内に前記ガスを供給しつつ排気して前記基板を処理する基板処理装置であって、
前記ガス供給ノズルは、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等とな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。
【請求項１】
基板を処理する処理室と、該処理室にガスを供給するガス供給ノズルと、前記処理室内を排気する排気手段とを備えて、前記処理室内に前記ガスを供給しつつ排気して前記基板を処理する基板処理装置であって、
前記ガス供給ノズルは、前記基板を処理する際、前記ガス供給ノズル内の圧力が前記処理室内の圧力と略同等とな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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１９６６４（Ｐ２００６−１９６６４Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９８４５２（Ｐ２００４−１９８４５２）
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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