基板処理装置
【課題】排気手段内部への生成物の付着を防止しながら、スループットを向上できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、ウェハを処理する処理室内に、トリメチルアルミニウムを含む第１の処理ガスと、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスとを交互に供給するガス供給系と、排気系２５０とを有し、ウェハ上に酸化アルミニウムの薄膜を形成する。排気系２５０は、処理室側の雰囲気を吸気する吸気口２２および吸気した雰囲気を排気する排気口２３を有する筐体２１と、筐体２１内であって吸気口２２と排気口２３との間に設けられ吸気口２２側の雰囲気を排気口２３側へ移送する移送手段とを有する真空ポンプと、真空ポンプの排気口２３付近の筐体２１内に室温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを備える。
【解決手段】基板処理装置は、ウェハを処理する処理室内に、トリメチルアルミニウムを含む第１の処理ガスと、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスとを交互に供給するガス供給系と、排気系２５０とを有し、ウェハ上に酸化アルミニウムの薄膜を形成する。排気系２５０は、処理室側の雰囲気を吸気する吸気口２２および吸気した雰囲気を排気する排気口２３を有する筐体２１と、筐体２１内であって吸気口２２と排気口２３との間に設けられ吸気口２２側の雰囲気を排気口２３側へ移送する移送手段とを有する真空ポンプと、真空ポンプの排気口２３付近の筐体２１内に室温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の処理ガスを処理室内に交互に供給して、基板に成膜等の処理を行なう基板処理装置に係り、特に処理室内の雰囲気を排気する排気系の改善を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置、例えば半導体製造装置は、半導体基板を処理する処理室を内部に形成する反応容器と、複数の処理ガスを処理室内に供給するガス供給系と、処理室内の雰囲気を排気する排気系と、処理室内の基板を加熱するヒータとを備えている。前記排気系は、排気管と排気手段である真空ポンプとから構成される。
【０００３】
排気系に生成物が付着すると、排気系を構成する真空ポンプ及び排気管のメンテナンス頻度が増加し、メンテナンス費用が増加するばかりでなく、装置稼働率が低下するため、これを回避する必要がある。
【０００４】
ＣＶＤ法を採用した半導体製造装置（以下、ＣＶＤ装置）では、基板処理方法が、複数のガスを同時に供給する処理法であるため、処理室から排気管、真空ポンプに至る部分で複数のガスが共存することになり、これらの部分に生成物が付着するのが避けられない。特に、真空ポンプ内部に生成物が付着すると、真空ポンプに大きな負荷がかかり、最悪の場合、真空ポンプが停止してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、ＣＶＤ装置では、処理室から排気管全体、及び全ての真空ポンプ内（吸気口側、排気口側を含む）に、温度低下防止用の不活性ガスを導入し、生成物の付着を防止している。
しかし、所定の真空度を達成するために排気手段の背圧がある程度の真空度を有している必要があるが、排気手段の吸気口側にガスを導入すると、排気手段の背圧が上がって排気能力が低下してしまう。このため、生成物の付着は防止できるものの、排気速度の低下によるスループットの低下という新たな問題が生じていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板処理法には、ＣＶＤ法の他に、複数のガスを交互に供給する処理方法、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法がある。このＡＬＤ法では、ＣＶＤ法とは異なり、複数のガスが排気系で共存することがないので、本来排気系に生成物が付着しないはずである。しかし、排気手段の排気口側は、排気作用が弱く、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが混合し易い領域になり、この領域での温度がいずれかの処理ガスの分解温度付近にあると、第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応が促進され、生成物が排気手段内に付着しやすくなる。特に、処理ガスに、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、酸化種例えば水（Ｈ2Ｏ）や酸素（Ｏ）、オゾン（Ｏ3）を使用する場合、アルミニウム酸化膜が付着するので問題となる。
【０００７】
そこで、これを回避するために、ＡＬＤ法を用いた半導体製造装置（以下、ＡＬＤ装置）に、前述したＣＶＤ装置で採用されている従来の排気系をそのまま適用して、生成物の付着を抑制することが考えられる。すなわち、処理室から排気管全体、及び全ての排気手段内に、不活性ガスを導入して、生成物の付着を防止する方法である。
しかしながら、そうすると、ＣＶＤ装置の排気系で問題となっているスループットの低下が生じるため、好ましくない。特にＡＬＤ法では、処理室内を一旦排気してから処理ガスを供給するサイクルを何回も繰り返して基板を処理するため、スループットが大幅にダウンすることになる。
【０００８】
本発明の課題は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む第１の処理ガスと、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスとを交互に供給して基板を処理する基板処理装置において、上述した従来技術の問題点を解消して、生成物の排気手段への付着を有効に防止しながら、スループットを向上する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】
【０００９】
第１の発明は、基板を処理する処理室内に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む第１の処理ガスと、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスとを交互に供給するガス供給系と、排気系とを有し、前記基板上に酸化アルミニウムの薄膜を形成する基板処理装置であって、前記排気系は、前記処理室側の雰囲気を吸気する吸気口および吸気した雰囲気を排気する排気口を有する筐体と、前記筐体内であって前記吸気口と前記排気口との間に設けられ吸気口側の雰囲気を排気口側へ移送する移送手段とを有する排気手段と、前記排気手段の排気口付近の前記筐体内に室温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【００１０】
本発明によれば、室温の不活性ガスを排気手段の筐体内に供給して、排気手段の温度を下げているので、ＴＭＡと酸素（Ｏ）との反応を抑制し、生成物が排気手段の筐体内に付着するのを防止できる。また、不活性ガスを筐体内の排気口付近に供給しているので、排気手段の排気能力が低下するのを防止できる。したがって、生成物の排気手段への付着を有効に防止しながら、スループットを向上することができる。
なお、室温ではなく高温に加熱した不活性ガスを供給することも可能であるが、室温の不活性ガスを供給するようにすると、加熱手段を必要としない。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、不活性ガス供給手段から供給する室温の不活性ガスの流量は、ＴＭＡの分解温度よりも高くならない流量以上であって、前記排気口側の温度が該排気口側の圧力におけるＴＭＡの沸点よりも低くならない流量以下とすることを特徴とする基板処理装置である。
【００１２】
不活性ガスの流量が少ないと、排気口付近の温度がＴＭＡの分解温度よりも高くなり、ＴＭＡと酸素（Ｏ）との反応が促進され、生成物が筐体内に付着しやすくなるという虞があるが、本発明によれば、ＴＭＡの分解温度よりも高くならないように、不活性ガス流量の下限を抑えているので、そのような虞がなくなる。
【００１３】
一方、不活性ガスを室温の状態で供給しているので、不活性ガスの流量が多すぎると、筐体内の低温化を招き、ＴＭＡが液化して筐体内に生成物として付着するという虞があるが、本発明によれば、排気口付近の温度が、排気口側の圧力下におけるＴＭＡの沸点よりも低くならないように、不活性ガス流量の上限を抑えているので、そのような虞もなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排気手段内部への生成物付着を有効に防止しつつ、スループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図３、図４において本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
半導体製造装置は、シリコン等のウェハよりＩＣ等の半導体デバイスを製造する。
【００１７】
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ１１５の後側には、前記カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に前記カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。前記予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを前記筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１８】
前記筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、該ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１２１と前記カセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。又、前記ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１９】
前記ウェハ２００が装填された前記カセット１００は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１０５に該ウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、前記カセット１００は、前記カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ１０５から前記カセット棚１０９又は前記予備カセット棚１１０に搬送される。
【００２０】
前記カセット棚１０９には前記ウェハ移載機１１２の搬送対象となる前記カセット１００が収納される移載棚１２３があり、前記ウェハ２００が移載に供される該カセット１００は前記カセットエレベータ１１５、前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。
【００２１】
前記カセット１００が前記移載棚１２３に移載されると、前記ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態の前記ボート２１７に前記ウェハ２００を移載する。
【００２２】
前記ボート２１７に所定枚数の前記ウェハ２００が移載されると前記ボートエレベータ１２１により該ボート２１７が前記処理炉２０２に挿入され、前記シールキャップ２１９により前記処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉２０２内では前記ウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、前記ウェハ２００に処理がなされる。
【００２３】
前記ウェハ２００への処理が完了すると、該ウェハ２００は上記した作動の逆の手順により、前記ボート２１７から前記移載棚１２３の前記カセット１００に移載され、該カセット１００は前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３から前記カセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体１０１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ１１６は、前記ボート２１７が降下状態の際に前記処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００２４】
図１は、本実施の形態にかかる半導体製造装置を構成する縦型の減圧処理炉の概略図であり、処理炉部分を縦断面で示したものである。加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウェハ２００を処理する反応容器としての反応管２０３が設けられる。反応管２０３は炉口フランジ２３０上に気密部材であるＯリング２２０を介して気密に支持される。この炉口フランジ２３０の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞される。
シールキャップ２１９にはボート受台２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設されている。そして、ボート２１７は反応管２０３内に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウェハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３内に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けられており、ボート回転機構２６７を回転することにより、ボート受台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。前記ヒータ２０７は処理炉２０２内に挿入されたウェハ２００を所定の温度に加熱する。
上述した少なくともヒータ２０７、反応管２０３により処理炉２０２が構成される。
【００２５】
そして、処理炉２０２に、処理室２０１内に処理ガスを供給するガス供給系２４０が設けられる。ガス供給系２４０は、複数種類、ここでは２種類のガスを供給する２本のガス供給ライン２３２ａ、２３２ｂから構成される。第１のガス供給ライン２３２ａからは処理炉２０２内に第１の処理ガスを供給し、第２のガス供給ライン２３２ｂからは処理炉２０２内に第２の処理ガスを供給するようになっている。２本のガス供給ライン２３２ａ、２３２ｂは反応管２０３の内部で１本のノズル２３３に共通接続される。このノズル２３３は、反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔が設けられ、積載された各ウェハ２００に処理ガスを均等に供給できるようになっている。
【００２６】
また、処理炉２０２に、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系２５０が設けられる。排気系２５０は、炉口フランジ２３０に接続された排気管２３１と、排気管２３１に設けられた排気手段としての真空ポンプ２４６と、真空ポンプ２４６内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段３０とから構成される。
真空ポンプ２４６は、処理室２０１側の雰囲気を吸気する吸気口２４１および吸気した雰囲気を排気する排気口２４２を有する筐体２４７と、筐体２４７内であって吸気口２４１と排気口２４２との間に設けられ吸気口２４１側の雰囲気を排気口２４２側へ移送する移送手段としてのロータ２４８とを有する。
また、不活性ガス供給手段３０は、不活性ガス供給路としてのガス供給配管３２と、ガス供給配管３２につながる図示しない不活性ガス源とを有し、この不活性ガス源から室温の不活性ガス、例えば室温のＮ2ガスを真空ポンプ２４６内に供給するようになっている。
以上述べたように実施の形態の基板処理装置が構成される。
【００２７】
次に上述した基板処理装置を用いて半導体装置を製造する工程の一工程として基板を処理する方法を説明する。ここでは、シリコンウェハにアルミニウム酸化膜（Ａｌ2Ｏ3膜）の成膜を行うプロセスを例にとって説明する。成膜方法には、第１処理ガスと第２処理ガスとを交互に供給して、膜を堆積させるＡＬＤ法を用いる。また、第１処理ガスには水分又は酸素と反応する、室温で液体のＴＭＡを用い、第２処理ガスには酸化種としてオゾン（Ｏ3）を用いる。
【００２８】
まず成膜しようとする所定枚数のウェハ２００をウェハ移載機１１２（図３、図４参照）により移載棚１２３からボート２１７に移載し、ボートエレベータ１２１（図３参照）により処理炉２０２内に搬入する。ヒータ２０７によりウェハ２００を一定時間加熱する。処理室２０１内を真空ポンプ２４６で真空引きし、処理室２０１内を所定の圧力に制御する。ウェハ２００が所定温度に加熱され、圧力が安定したら、ウェハ２００上への成膜を開始する。
成膜は次の４つの工程からなり、４つの工程を１サイクルとして、所望厚さの膜が形成されるまで複数サイクル繰り返される。ＡＬＤ法に使用する複数のガスは、それぞれ単独ではウェハ以外（処理室内壁や排気管内、ポンプ内）には吸着又は成膜しないが、複数の処理ガスが混合すると成膜するという性質を持っている。従って、処理室２０１内に第１の処理ガスを供給したあとは、処理室２０１内を真空排気及びＮ2ガスでパージして、処理室から第１の処理ガスを完全に排出した後、第２の処理ガスを処理室２０１内に供給するようにしている。
【００２９】
工程１では、液体原料ＴＭＡから気化された第１の処理ガスとしてのＴＭＡガスが、第１のガス供給ライン２３２ａからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給される。ＴＭＡガスを希釈する場合は、さらにＮ2（Ａｒ）ガスを第１のガス供給ライン２３２ａに流してＴＭＡガスと混合する。ＴＭＡガスはノズル２３３を介してウェハ２００上に供給されて、その表面にＴＭＡを吸着する。余剰ガスは排気管２３１から排気される。
【００３０】
工程２では、第１のガス供給ライン２３２ａからのＴＭＡガスの供給を停止する。Ｎ2（Ａr）ガスを第１のガス供給ライン２３２ａからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給し、第１のガス供給ライン２３２ａ及び、処理室２０１内に残留しているＴＭＡガスをＮ2（Ａｒ）ガスで置換し、排気管２３１から排気する。
【００３１】
工程３では、Ｏ3が第２のガス供給ライン２３２ｂからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給される。Ｏ3ガスを希釈する場合は、キャリアガスＮ2（Ａｒ）ガスを水供給ライン５に流してＯ3と混合する。ウェハ２００上には、工程１で吸着したＴＭＡとＯ3とが反応し、Ａｌ2Ｏ3膜が形成される。余剰ガスは、排気管２３１から排気される。
【００３２】
工程４では、第２のガス供給ライン２３２ｂからのＯ3の供給を停止する。Ｎ2（Ａｒ）ガスを第２のガス供給ライン２３２ｂからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給し、第２のガス供給ライン２３２ｂ、及び処理室２０１内に残留しているＯ3をＮ2（Ａｒ）ガスで置換し、排気管２３１から排気する。
【００３３】
この４つの工程を１サイクルとして、これを複数回繰り返して、所望の膜厚を有するＡｌ2Ｏ3膜をウェハ２００上に成膜する。成膜終了後、ボートエレベータ１２１（図３参照）により処理炉２０２からボート２１７を搬出し、成膜処理後のウェハ２００をウェハ移載機１２１（図３、図４参照）によりボート２１７から移載棚１２３に移載する。
【００３４】
図２は実施の形態における排気手段を概略断面で示した構成図である。ここでの排気手段は、上流側真空ポンプと下流側真空ポンプとの二段構成になっている。
【００３５】
上流側真空ポンプには、例えばロータリ式のメカニカルブースタポンプ１０が使用される。メカニカルブースタポンプ１０は、排気口１３と、処理室側に接続される吸気口１２とを含む筐体１１と、筐体１１内であって、吸気口１２と排気口１３との間に設けられ、吸気口１２側の雰囲気を排気口１３側へ移送する移送手段１４とから構成される。移送手段１４は、高速回転する一対のロータ１５から構成されて、その表面に衝突した気体分子に運動量を与え、一対のロータ１５間の雰囲気を順次排気口１３側に輸送することで、吸気口１２側の雰囲気を排気するようになっている。
【００３６】
下流側真空ポンプには、例えばドライポンプ２０が使用される。これは処理室内への油（ポンプ内機構の密閉用、潤滑用の油）の逆拡散を防止するためである。ドライポンプ２０は、スクリューロータ式のポンプであって、排気口２３と、処理室側の雰囲気に接続される吸気口２２とを含む筐体２１と、筐体２１内であって、吸気口２２と排気口２３との間に設けられ吸気口２２側の雰囲気を排気口２３側へ移送する移送手段２４とから構成される。ここで移送手段２４は、高速回転する一対のスクリューロータ２５から構成され、その表面に衝突した気体分子に運動量を与え、一対のスクリューロータ２５間の雰囲気を順次排気口１３側に輸送することで、吸気口１２側の雰囲気を排気するようになっている。
【００３７】
不活性ガス供給手段３０は、ドライポンプ２０の排気口２３付近の筐体２１に接続されて、室温の不活性ガスが、排気口２３付近の筐体２１内に供給されるようになっている。ここで、排気口２３付近とは、ドライポンプ２０の排気能力の低下しない領域をいう。この領域は、一対のスクリューロータ２５の軸方向の中央から下流側の領域が好ましく、一対のスクリューロータ２５の出口（後段２６）と排気口２３との間の領域がより好ましい。
【００３８】
ＣＶＤ法と同様にＡＬＤ法でも、ウェハ２００への不純物の混入を避けるため、処理室２０１を真空にしてウェハ処理を行っているが、真空を得るためには、客先の排気ライン（排気管）２３１から、処理室２０１に向かって、順次圧力Ｐを下げる方式を採用している（Ｐ1＜Ｐ2＜Ｐ3（≒大気圧））。
このため、処理室２０１からドライポンプ２０の吸気口２２側ないしポンプ前段２７までの区間の雰囲気は、メカニカルブースタポンプ１０及びドライポンプ２０による排気作用（真空ポンプ及びＮ2ガスでのパージによる排出作用）が有効に働いているため、前の処理で使用した処理ガスが残留しにくく、それゆえ、ＡＬＤ処理では、この区間に生成物が付着する虞はない。
しかし、ドライポンプ２０の排気口２３側及びその下流の排気管２３１内については、排気管２３１に通じる客先の排気手段に引かれているにもかかわらず、その排気口２３側の圧力Ｐ3は大気圧より若干陰圧になっている程度であり、排気作用が弱い。したがって、排気口２３側及びその下流の排気管２３１内には、前の処理で使用した処理ガスが残留し、次のガスと混合する虞がある。従って、ＡＬＤ処理であっても、ドライポンプ２０の後段２６及びその下流の排気管２３１内には、生成物が付着し易くなる。
【００３９】
この点で、実施の形態では、ドライポンプ２０の排気口２３付近に室温のＮ2ガスを供給して、ドライポンプ２０の排気口２３及びその下流の排気管２３１内のＴＭＡの濃度を低下しているので、排気口２３側の筐体２１内での生成物の付着を低減することができる。また、実施の形態では、ドライポンプ２０の吸気口２２ではなく、排気口２３付近にガスを導入させるので、ドライポンプ２０の背圧が上がらず、ドライポンプ２０の排気能力の低下を防止できるので、排気能力の低下による到達圧力の低下が生じない。したがって、上述した工程１〜４に要する時間も短縮することも可能となり、生成物の付着を低減しながら、スループットの向上をはかることができる。
【００４０】
なお、ドライポンプ２０の排気口２３付近ではなく、ドライポンプ２０の下流にある排気管２３１へ室温のＮ2ガスを供給した場合には、ドライポンプ２０の後段２６の筐体２１内及びその付近の排気管２３１内のＴＭＡの濃度は低下しないので、ドライポンプ２０の後段の筐体２１内及びその付近の排気管２３１内に生成物が付着してしまうことになる。したがって、ドライポンプ２０の排気口２３付近のみにＮ2ガスを導入させることが重要である。
【００４１】
Ｎ2ガスをドライポンプ２０の排気口２３付近に供給するとき、Ｎ2ガスの流量が少ないと、ドライポンプ２０の排気口２３付近の温度がＴＭＡの分解温度よりも高くなり、ＴＭＡと酸素（Ｏ）との反応が促進され、生成物がドライポンプ２０の筐体２１内に付着しやすくなるという虞がある。そこで、Ｎ2ガス流量については、ＴＭＡの分解温度よりも高くならないようにＮ2ガス流量の下限を定める必要があり、それ以上の大量のＮ2ガスを流して、排気口２３付近の温度がＴＭＡの分解温度よりも低くなるようにする。
【００４２】
一方、室温の状態でＮ2ガスをドライポンプ２０内に供給しているため、Ｎ2ガスを大量に流し過ぎると、ドライポンプ２０の筐体内の低温化を招き、ＴＭＡが液化してドライポンプ２０自体の内部に生成物が付着するという虞がある。そこで、ドライポンプ２０の排気口２３付近の筐体２１内温度が、排気口２３付近の筐体２１内の圧力下におけるＴＭＡの沸点よりも低くならないように、Ｎ2ガス流量の上限を抑えるようにする。具体的には、図５のＴＭＡ蒸気圧曲線からも分かるように、真空ポンプの排気口側の圧力が大気圧（１０１，０８０Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ））程度とすると、沸点が１２７℃なので、ＴＭＡの排気ガスが当該温度よりも低くならないように、少なくともＮ2ガス流量の上限を維持する必要がある。
【００４３】
本実施の形態においては、ドライポンプ２０内の雰囲気は、吸気口２２から排気口２３へ向かう一方向の流れのみでなく、排気口２３側の雰囲気の一部が吸気口２２側に戻る循環流れが生じている。通常、真空ポンプ内では、かき出される大量の分子と逆流する分子とが存在する。この総和が排気量となる。また、分子の逆流が、排気口側の雰囲気の一部が吸気口側に戻る循環流れとなる。この逆流する分子の循環流れが形成されるので、真空ポンプの吸気口側もＴＭＡ濃度を低下させることが可能になる。
ドライポンプ２０内には、このような循環流が生じているので、ドライポンプ２０の排気口２３付近の筐体２１内部に室温のＮ2ガスを導入すれば、Ｎ2ガスの一部が循環流れ（矢印Ｒ）に乗って、ドライポンプ２０全体に行き渡る。従って、本来ならば、ドライポンプ２０の筐体２１内で排気作用が徐々に低下することが原因で、筐体２１内にガスが残留する可能性が大きくなり、その結果、複数のガスが共存し、生成物が発生しやすくなるが、前述した循環流れを利用して筐体２１内のＴＭＡ濃度を低下させることができるので、筐体２１内の生成物の付着を有効に抑えることができる。
【００４４】
本実施の形態の基板処理装置の処理炉にて、基板を処理する成膜条件としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3膜を１〜５０ｎｍの膜厚に成膜する場合、ウェハ温度は１００〜５００℃（例えば４００℃）、処理室内圧力は１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１．０Ｔｏｒｒ）（例えば、５０Ｐａ）、ＴＭＡ流量０．１〜０．５ｓｌｍ（例えば０．３５ｓｌｍ）、キャリアＮ2ガス流量０．５〜４．０ｓｌｍ（例えば４．０ｓｌｍ）である。また、Ｏ3流量０．５〜５．０ｌ（例えば５．０ｌ）、キャリアＮ2ガス流量０．５〜２．０ｌ（例えば２．０ｌ）である。
また、ドライポンプ２０内のスクリューロータ２５の軸パージと排気ガスの希釈としてＮ2ガスを３０ｓｌｍ程度流す。スクリューロータ２５と筐体２１との隙間に流す温度低下防止用のＮ2ガスの流量は、好ましくは２０ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ未満であり、より好ましくは１００ｓｌｍである。
【００４５】
実施の形態によれば、室温のＮ2ガスを真空ポンプ内部に供給したことにより、真空ポンプ及びそれより下流の排気管のメンテナン頻度を低減することが可能となり、メンテナンス費用を低減できるはかりでなく、装置稼働率向上にも寄与することができる。なお、室温ではなく高温に加熱したＮ2ガスを供給することも可能であるが、室温のＮ2ガスを供給するようにしたので、Ｎ2ガスを高温にするための加熱手段を必要とせず、構造の簡素化を図ることができる。
【００４６】
なお、実施の形態では、下流側の真空ポンプ内に室温のＮ2ガスを供給するようにしたが、排気能力が低下しない程度の流量であれば、ドライポンプ２０に代えて、またはドライポンプ２０に加えてメカニカルブースタポンプ１０の排気口１３付近の筐体１１内に室温のＮ2ガスを供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、実施の形態では、酸素を含む第２の処理ガスとしてＯ3の場合を例示したが、本発明は、その他、水（Ｈ2Ｏ）、や酸素（Ｏ）を使用した場合にも適用できる。
また、排気手段は、ドライポンプの他に油回転真空ポンプを使用した場合にも適用可能である。
【００４８】
また、実施の形態では、ＡＬＤ法について述べたが、本発明は、複数の処理ガスを交互に供給する方法として、数原子層のＭＯＣＶＤ成膜と活性酸素の導入とを繰り返すサイクリックＭＯＣＶＤ法にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態における縦型の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図２】実施の形態における排気手段を具体的に示した概略断面図である。
【図３】実施の形態における基板処理装置を示す斜視図である。
【図４】実施の形態における基板処理装置を示す断面図である。
【図５】ＴＭＡの蒸気圧の温度特性図である。
【符号の説明】
【００５０】
２１ 筐体
３０ 不活性ガス供給手段
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２４０ ガス供給系
２４１ 吸気口
２４２ 排気口
２４６ 真空ポンプ（排気手段）
２４７ 筐体
２４８ ロータ（移送手段）
２５０ 排気系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の処理ガスを処理室内に交互に供給して、基板に成膜等の処理を行なう基板処理装置に係り、特に処理室内の雰囲気を排気する排気系の改善を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置、例えば半導体製造装置は、半導体基板を処理する処理室を内部に形成する反応容器と、複数の処理ガスを処理室内に供給するガス供給系と、処理室内の雰囲気を排気する排気系と、処理室内の基板を加熱するヒータとを備えている。前記排気系は、排気管と排気手段である真空ポンプとから構成される。
【０００３】
排気系に生成物が付着すると、排気系を構成する真空ポンプ及び排気管のメンテナンス頻度が増加し、メンテナンス費用が増加するばかりでなく、装置稼働率が低下するため、これを回避する必要がある。
【０００４】
ＣＶＤ法を採用した半導体製造装置（以下、ＣＶＤ装置）では、基板処理方法が、複数のガスを同時に供給する処理法であるため、処理室から排気管、真空ポンプに至る部分で複数のガスが共存することになり、これらの部分に生成物が付着するのが避けられない。特に、真空ポンプ内部に生成物が付着すると、真空ポンプに大きな負荷がかかり、最悪の場合、真空ポンプが停止してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、ＣＶＤ装置では、処理室から排気管全体、及び全ての真空ポンプ内（吸気口側、排気口側を含む）に、温度低下防止用の不活性ガスを導入し、生成物の付着を防止している。
しかし、所定の真空度を達成するために排気手段の背圧がある程度の真空度を有している必要があるが、排気手段の吸気口側にガスを導入すると、排気手段の背圧が上がって排気能力が低下してしまう。このため、生成物の付着は防止できるものの、排気速度の低下によるスループットの低下という新たな問題が生じていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板処理法には、ＣＶＤ法の他に、複数のガスを交互に供給する処理方法、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法がある。このＡＬＤ法では、ＣＶＤ法とは異なり、複数のガスが排気系で共存することがないので、本来排気系に生成物が付着しないはずである。しかし、排気手段の排気口側は、排気作用が弱く、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが混合し易い領域になり、この領域での温度がいずれかの処理ガスの分解温度付近にあると、第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応が促進され、生成物が排気手段内に付着しやすくなる。特に、処理ガスに、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、酸化種例えば水（Ｈ2Ｏ）や酸素（Ｏ）、オゾン（Ｏ3）を使用する場合、アルミニウム酸化膜が付着するので問題となる。
【０００７】
そこで、これを回避するために、ＡＬＤ法を用いた半導体製造装置（以下、ＡＬＤ装置）に、前述したＣＶＤ装置で採用されている従来の排気系をそのまま適用して、生成物の付着を抑制することが考えられる。すなわち、処理室から排気管全体、及び全ての排気手段内に、不活性ガスを導入して、生成物の付着を防止する方法である。
しかしながら、そうすると、ＣＶＤ装置の排気系で問題となっているスループットの低下が生じるため、好ましくない。特にＡＬＤ法では、処理室内を一旦排気してから処理ガスを供給するサイクルを何回も繰り返して基板を処理するため、スループットが大幅にダウンすることになる。
【０００８】
本発明の課題は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む第１の処理ガスと、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスとを交互に供給して基板を処理する基板処理装置において、上述した従来技術の問題点を解消して、生成物の排気手段への付着を有効に防止しながら、スループットを向上する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】
【０００９】
第１の発明は、基板を処理する処理室内に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む第１の処理ガスと、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスとを交互に供給するガス供給系と、排気系とを有し、前記基板上に酸化アルミニウムの薄膜を形成する基板処理装置であって、前記排気系は、前記処理室側の雰囲気を吸気する吸気口および吸気した雰囲気を排気する排気口を有する筐体と、前記筐体内であって前記吸気口と前記排気口との間に設けられ吸気口側の雰囲気を排気口側へ移送する移送手段とを有する排気手段と、前記排気手段の排気口付近の前記筐体内に室温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【００１０】
本発明によれば、室温の不活性ガスを排気手段の筐体内に供給して、排気手段の温度を下げているので、ＴＭＡと酸素（Ｏ）との反応を抑制し、生成物が排気手段の筐体内に付着するのを防止できる。また、不活性ガスを筐体内の排気口付近に供給しているので、排気手段の排気能力が低下するのを防止できる。したがって、生成物の排気手段への付着を有効に防止しながら、スループットを向上することができる。
なお、室温ではなく高温に加熱した不活性ガスを供給することも可能であるが、室温の不活性ガスを供給するようにすると、加熱手段を必要としない。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、不活性ガス供給手段から供給する室温の不活性ガスの流量は、ＴＭＡの分解温度よりも高くならない流量以上であって、前記排気口側の温度が該排気口側の圧力におけるＴＭＡの沸点よりも低くならない流量以下とすることを特徴とする基板処理装置である。
【００１２】
不活性ガスの流量が少ないと、排気口付近の温度がＴＭＡの分解温度よりも高くなり、ＴＭＡと酸素（Ｏ）との反応が促進され、生成物が筐体内に付着しやすくなるという虞があるが、本発明によれば、ＴＭＡの分解温度よりも高くならないように、不活性ガス流量の下限を抑えているので、そのような虞がなくなる。
【００１３】
一方、不活性ガスを室温の状態で供給しているので、不活性ガスの流量が多すぎると、筐体内の低温化を招き、ＴＭＡが液化して筐体内に生成物として付着するという虞があるが、本発明によれば、排気口付近の温度が、排気口側の圧力下におけるＴＭＡの沸点よりも低くならないように、不活性ガス流量の上限を抑えているので、そのような虞もなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排気手段内部への生成物付着を有効に防止しつつ、スループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図３、図４において本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
半導体製造装置は、シリコン等のウェハよりＩＣ等の半導体デバイスを製造する。
【００１７】
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ１１５の後側には、前記カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に前記カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。前記予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを前記筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１８】
前記筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、該ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１２１と前記カセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。又、前記ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１９】
前記ウェハ２００が装填された前記カセット１００は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１０５に該ウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、前記カセット１００は、前記カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ１０５から前記カセット棚１０９又は前記予備カセット棚１１０に搬送される。
【００２０】
前記カセット棚１０９には前記ウェハ移載機１１２の搬送対象となる前記カセット１００が収納される移載棚１２３があり、前記ウェハ２００が移載に供される該カセット１００は前記カセットエレベータ１１５、前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。
【００２１】
前記カセット１００が前記移載棚１２３に移載されると、前記ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態の前記ボート２１７に前記ウェハ２００を移載する。
【００２２】
前記ボート２１７に所定枚数の前記ウェハ２００が移載されると前記ボートエレベータ１２１により該ボート２１７が前記処理炉２０２に挿入され、前記シールキャップ２１９により前記処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉２０２内では前記ウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、前記ウェハ２００に処理がなされる。
【００２３】
前記ウェハ２００への処理が完了すると、該ウェハ２００は上記した作動の逆の手順により、前記ボート２１７から前記移載棚１２３の前記カセット１００に移載され、該カセット１００は前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３から前記カセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体１０１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ１１６は、前記ボート２１７が降下状態の際に前記処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００２４】
図１は、本実施の形態にかかる半導体製造装置を構成する縦型の減圧処理炉の概略図であり、処理炉部分を縦断面で示したものである。加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウェハ２００を処理する反応容器としての反応管２０３が設けられる。反応管２０３は炉口フランジ２３０上に気密部材であるＯリング２２０を介して気密に支持される。この炉口フランジ２３０の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞される。
シールキャップ２１９にはボート受台２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設されている。そして、ボート２１７は反応管２０３内に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウェハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３内に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けられており、ボート回転機構２６７を回転することにより、ボート受台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。前記ヒータ２０７は処理炉２０２内に挿入されたウェハ２００を所定の温度に加熱する。
上述した少なくともヒータ２０７、反応管２０３により処理炉２０２が構成される。
【００２５】
そして、処理炉２０２に、処理室２０１内に処理ガスを供給するガス供給系２４０が設けられる。ガス供給系２４０は、複数種類、ここでは２種類のガスを供給する２本のガス供給ライン２３２ａ、２３２ｂから構成される。第１のガス供給ライン２３２ａからは処理炉２０２内に第１の処理ガスを供給し、第２のガス供給ライン２３２ｂからは処理炉２０２内に第２の処理ガスを供給するようになっている。２本のガス供給ライン２３２ａ、２３２ｂは反応管２０３の内部で１本のノズル２３３に共通接続される。このノズル２３３は、反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔が設けられ、積載された各ウェハ２００に処理ガスを均等に供給できるようになっている。
【００２６】
また、処理炉２０２に、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系２５０が設けられる。排気系２５０は、炉口フランジ２３０に接続された排気管２３１と、排気管２３１に設けられた排気手段としての真空ポンプ２４６と、真空ポンプ２４６内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段３０とから構成される。
真空ポンプ２４６は、処理室２０１側の雰囲気を吸気する吸気口２４１および吸気した雰囲気を排気する排気口２４２を有する筐体２４７と、筐体２４７内であって吸気口２４１と排気口２４２との間に設けられ吸気口２４１側の雰囲気を排気口２４２側へ移送する移送手段としてのロータ２４８とを有する。
また、不活性ガス供給手段３０は、不活性ガス供給路としてのガス供給配管３２と、ガス供給配管３２につながる図示しない不活性ガス源とを有し、この不活性ガス源から室温の不活性ガス、例えば室温のＮ2ガスを真空ポンプ２４６内に供給するようになっている。
以上述べたように実施の形態の基板処理装置が構成される。
【００２７】
次に上述した基板処理装置を用いて半導体装置を製造する工程の一工程として基板を処理する方法を説明する。ここでは、シリコンウェハにアルミニウム酸化膜（Ａｌ2Ｏ3膜）の成膜を行うプロセスを例にとって説明する。成膜方法には、第１処理ガスと第２処理ガスとを交互に供給して、膜を堆積させるＡＬＤ法を用いる。また、第１処理ガスには水分又は酸素と反応する、室温で液体のＴＭＡを用い、第２処理ガスには酸化種としてオゾン（Ｏ3）を用いる。
【００２８】
まず成膜しようとする所定枚数のウェハ２００をウェハ移載機１１２（図３、図４参照）により移載棚１２３からボート２１７に移載し、ボートエレベータ１２１（図３参照）により処理炉２０２内に搬入する。ヒータ２０７によりウェハ２００を一定時間加熱する。処理室２０１内を真空ポンプ２４６で真空引きし、処理室２０１内を所定の圧力に制御する。ウェハ２００が所定温度に加熱され、圧力が安定したら、ウェハ２００上への成膜を開始する。
成膜は次の４つの工程からなり、４つの工程を１サイクルとして、所望厚さの膜が形成されるまで複数サイクル繰り返される。ＡＬＤ法に使用する複数のガスは、それぞれ単独ではウェハ以外（処理室内壁や排気管内、ポンプ内）には吸着又は成膜しないが、複数の処理ガスが混合すると成膜するという性質を持っている。従って、処理室２０１内に第１の処理ガスを供給したあとは、処理室２０１内を真空排気及びＮ2ガスでパージして、処理室から第１の処理ガスを完全に排出した後、第２の処理ガスを処理室２０１内に供給するようにしている。
【００２９】
工程１では、液体原料ＴＭＡから気化された第１の処理ガスとしてのＴＭＡガスが、第１のガス供給ライン２３２ａからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給される。ＴＭＡガスを希釈する場合は、さらにＮ2（Ａｒ）ガスを第１のガス供給ライン２３２ａに流してＴＭＡガスと混合する。ＴＭＡガスはノズル２３３を介してウェハ２００上に供給されて、その表面にＴＭＡを吸着する。余剰ガスは排気管２３１から排気される。
【００３０】
工程２では、第１のガス供給ライン２３２ａからのＴＭＡガスの供給を停止する。Ｎ2（Ａr）ガスを第１のガス供給ライン２３２ａからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給し、第１のガス供給ライン２３２ａ及び、処理室２０１内に残留しているＴＭＡガスをＮ2（Ａｒ）ガスで置換し、排気管２３１から排気する。
【００３１】
工程３では、Ｏ3が第２のガス供給ライン２３２ｂからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給される。Ｏ3ガスを希釈する場合は、キャリアガスＮ2（Ａｒ）ガスを水供給ライン５に流してＯ3と混合する。ウェハ２００上には、工程１で吸着したＴＭＡとＯ3とが反応し、Ａｌ2Ｏ3膜が形成される。余剰ガスは、排気管２３１から排気される。
【００３２】
工程４では、第２のガス供給ライン２３２ｂからのＯ3の供給を停止する。Ｎ2（Ａｒ）ガスを第２のガス供給ライン２３２ｂからノズル２３３を介して処理室２０１内に供給し、第２のガス供給ライン２３２ｂ、及び処理室２０１内に残留しているＯ3をＮ2（Ａｒ）ガスで置換し、排気管２３１から排気する。
【００３３】
この４つの工程を１サイクルとして、これを複数回繰り返して、所望の膜厚を有するＡｌ2Ｏ3膜をウェハ２００上に成膜する。成膜終了後、ボートエレベータ１２１（図３参照）により処理炉２０２からボート２１７を搬出し、成膜処理後のウェハ２００をウェハ移載機１２１（図３、図４参照）によりボート２１７から移載棚１２３に移載する。
【００３４】
図２は実施の形態における排気手段を概略断面で示した構成図である。ここでの排気手段は、上流側真空ポンプと下流側真空ポンプとの二段構成になっている。
【００３５】
上流側真空ポンプには、例えばロータリ式のメカニカルブースタポンプ１０が使用される。メカニカルブースタポンプ１０は、排気口１３と、処理室側に接続される吸気口１２とを含む筐体１１と、筐体１１内であって、吸気口１２と排気口１３との間に設けられ、吸気口１２側の雰囲気を排気口１３側へ移送する移送手段１４とから構成される。移送手段１４は、高速回転する一対のロータ１５から構成されて、その表面に衝突した気体分子に運動量を与え、一対のロータ１５間の雰囲気を順次排気口１３側に輸送することで、吸気口１２側の雰囲気を排気するようになっている。
【００３６】
下流側真空ポンプには、例えばドライポンプ２０が使用される。これは処理室内への油（ポンプ内機構の密閉用、潤滑用の油）の逆拡散を防止するためである。ドライポンプ２０は、スクリューロータ式のポンプであって、排気口２３と、処理室側の雰囲気に接続される吸気口２２とを含む筐体２１と、筐体２１内であって、吸気口２２と排気口２３との間に設けられ吸気口２２側の雰囲気を排気口２３側へ移送する移送手段２４とから構成される。ここで移送手段２４は、高速回転する一対のスクリューロータ２５から構成され、その表面に衝突した気体分子に運動量を与え、一対のスクリューロータ２５間の雰囲気を順次排気口１３側に輸送することで、吸気口１２側の雰囲気を排気するようになっている。
【００３７】
不活性ガス供給手段３０は、ドライポンプ２０の排気口２３付近の筐体２１に接続されて、室温の不活性ガスが、排気口２３付近の筐体２１内に供給されるようになっている。ここで、排気口２３付近とは、ドライポンプ２０の排気能力の低下しない領域をいう。この領域は、一対のスクリューロータ２５の軸方向の中央から下流側の領域が好ましく、一対のスクリューロータ２５の出口（後段２６）と排気口２３との間の領域がより好ましい。
【００３８】
ＣＶＤ法と同様にＡＬＤ法でも、ウェハ２００への不純物の混入を避けるため、処理室２０１を真空にしてウェハ処理を行っているが、真空を得るためには、客先の排気ライン（排気管）２３１から、処理室２０１に向かって、順次圧力Ｐを下げる方式を採用している（Ｐ1＜Ｐ2＜Ｐ3（≒大気圧））。
このため、処理室２０１からドライポンプ２０の吸気口２２側ないしポンプ前段２７までの区間の雰囲気は、メカニカルブースタポンプ１０及びドライポンプ２０による排気作用（真空ポンプ及びＮ2ガスでのパージによる排出作用）が有効に働いているため、前の処理で使用した処理ガスが残留しにくく、それゆえ、ＡＬＤ処理では、この区間に生成物が付着する虞はない。
しかし、ドライポンプ２０の排気口２３側及びその下流の排気管２３１内については、排気管２３１に通じる客先の排気手段に引かれているにもかかわらず、その排気口２３側の圧力Ｐ3は大気圧より若干陰圧になっている程度であり、排気作用が弱い。したがって、排気口２３側及びその下流の排気管２３１内には、前の処理で使用した処理ガスが残留し、次のガスと混合する虞がある。従って、ＡＬＤ処理であっても、ドライポンプ２０の後段２６及びその下流の排気管２３１内には、生成物が付着し易くなる。
【００３９】
この点で、実施の形態では、ドライポンプ２０の排気口２３付近に室温のＮ2ガスを供給して、ドライポンプ２０の排気口２３及びその下流の排気管２３１内のＴＭＡの濃度を低下しているので、排気口２３側の筐体２１内での生成物の付着を低減することができる。また、実施の形態では、ドライポンプ２０の吸気口２２ではなく、排気口２３付近にガスを導入させるので、ドライポンプ２０の背圧が上がらず、ドライポンプ２０の排気能力の低下を防止できるので、排気能力の低下による到達圧力の低下が生じない。したがって、上述した工程１〜４に要する時間も短縮することも可能となり、生成物の付着を低減しながら、スループットの向上をはかることができる。
【００４０】
なお、ドライポンプ２０の排気口２３付近ではなく、ドライポンプ２０の下流にある排気管２３１へ室温のＮ2ガスを供給した場合には、ドライポンプ２０の後段２６の筐体２１内及びその付近の排気管２３１内のＴＭＡの濃度は低下しないので、ドライポンプ２０の後段の筐体２１内及びその付近の排気管２３１内に生成物が付着してしまうことになる。したがって、ドライポンプ２０の排気口２３付近のみにＮ2ガスを導入させることが重要である。
【００４１】
Ｎ2ガスをドライポンプ２０の排気口２３付近に供給するとき、Ｎ2ガスの流量が少ないと、ドライポンプ２０の排気口２３付近の温度がＴＭＡの分解温度よりも高くなり、ＴＭＡと酸素（Ｏ）との反応が促進され、生成物がドライポンプ２０の筐体２１内に付着しやすくなるという虞がある。そこで、Ｎ2ガス流量については、ＴＭＡの分解温度よりも高くならないようにＮ2ガス流量の下限を定める必要があり、それ以上の大量のＮ2ガスを流して、排気口２３付近の温度がＴＭＡの分解温度よりも低くなるようにする。
【００４２】
一方、室温の状態でＮ2ガスをドライポンプ２０内に供給しているため、Ｎ2ガスを大量に流し過ぎると、ドライポンプ２０の筐体内の低温化を招き、ＴＭＡが液化してドライポンプ２０自体の内部に生成物が付着するという虞がある。そこで、ドライポンプ２０の排気口２３付近の筐体２１内温度が、排気口２３付近の筐体２１内の圧力下におけるＴＭＡの沸点よりも低くならないように、Ｎ2ガス流量の上限を抑えるようにする。具体的には、図５のＴＭＡ蒸気圧曲線からも分かるように、真空ポンプの排気口側の圧力が大気圧（１０１，０８０Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ））程度とすると、沸点が１２７℃なので、ＴＭＡの排気ガスが当該温度よりも低くならないように、少なくともＮ2ガス流量の上限を維持する必要がある。
【００４３】
本実施の形態においては、ドライポンプ２０内の雰囲気は、吸気口２２から排気口２３へ向かう一方向の流れのみでなく、排気口２３側の雰囲気の一部が吸気口２２側に戻る循環流れが生じている。通常、真空ポンプ内では、かき出される大量の分子と逆流する分子とが存在する。この総和が排気量となる。また、分子の逆流が、排気口側の雰囲気の一部が吸気口側に戻る循環流れとなる。この逆流する分子の循環流れが形成されるので、真空ポンプの吸気口側もＴＭＡ濃度を低下させることが可能になる。
ドライポンプ２０内には、このような循環流が生じているので、ドライポンプ２０の排気口２３付近の筐体２１内部に室温のＮ2ガスを導入すれば、Ｎ2ガスの一部が循環流れ（矢印Ｒ）に乗って、ドライポンプ２０全体に行き渡る。従って、本来ならば、ドライポンプ２０の筐体２１内で排気作用が徐々に低下することが原因で、筐体２１内にガスが残留する可能性が大きくなり、その結果、複数のガスが共存し、生成物が発生しやすくなるが、前述した循環流れを利用して筐体２１内のＴＭＡ濃度を低下させることができるので、筐体２１内の生成物の付着を有効に抑えることができる。
【００４４】
本実施の形態の基板処理装置の処理炉にて、基板を処理する成膜条件としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3膜を１〜５０ｎｍの膜厚に成膜する場合、ウェハ温度は１００〜５００℃（例えば４００℃）、処理室内圧力は１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１．０Ｔｏｒｒ）（例えば、５０Ｐａ）、ＴＭＡ流量０．１〜０．５ｓｌｍ（例えば０．３５ｓｌｍ）、キャリアＮ2ガス流量０．５〜４．０ｓｌｍ（例えば４．０ｓｌｍ）である。また、Ｏ3流量０．５〜５．０ｌ（例えば５．０ｌ）、キャリアＮ2ガス流量０．５〜２．０ｌ（例えば２．０ｌ）である。
また、ドライポンプ２０内のスクリューロータ２５の軸パージと排気ガスの希釈としてＮ2ガスを３０ｓｌｍ程度流す。スクリューロータ２５と筐体２１との隙間に流す温度低下防止用のＮ2ガスの流量は、好ましくは２０ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ未満であり、より好ましくは１００ｓｌｍである。
【００４５】
実施の形態によれば、室温のＮ2ガスを真空ポンプ内部に供給したことにより、真空ポンプ及びそれより下流の排気管のメンテナン頻度を低減することが可能となり、メンテナンス費用を低減できるはかりでなく、装置稼働率向上にも寄与することができる。なお、室温ではなく高温に加熱したＮ2ガスを供給することも可能であるが、室温のＮ2ガスを供給するようにしたので、Ｎ2ガスを高温にするための加熱手段を必要とせず、構造の簡素化を図ることができる。
【００４６】
なお、実施の形態では、下流側の真空ポンプ内に室温のＮ2ガスを供給するようにしたが、排気能力が低下しない程度の流量であれば、ドライポンプ２０に代えて、またはドライポンプ２０に加えてメカニカルブースタポンプ１０の排気口１３付近の筐体１１内に室温のＮ2ガスを供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、実施の形態では、酸素を含む第２の処理ガスとしてＯ3の場合を例示したが、本発明は、その他、水（Ｈ2Ｏ）、や酸素（Ｏ）を使用した場合にも適用できる。
また、排気手段は、ドライポンプの他に油回転真空ポンプを使用した場合にも適用可能である。
【００４８】
また、実施の形態では、ＡＬＤ法について述べたが、本発明は、複数の処理ガスを交互に供給する方法として、数原子層のＭＯＣＶＤ成膜と活性酸素の導入とを繰り返すサイクリックＭＯＣＶＤ法にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態における縦型の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図２】実施の形態における排気手段を具体的に示した概略断面図である。
【図３】実施の形態における基板処理装置を示す斜視図である。
【図４】実施の形態における基板処理装置を示す断面図である。
【図５】ＴＭＡの蒸気圧の温度特性図である。
【符号の説明】
【００５０】
２１ 筐体
３０ 不活性ガス供給手段
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２４０ ガス供給系
２４１ 吸気口
２４２ 排気口
２４６ 真空ポンプ（排気手段）
２４７ 筐体
２４８ ロータ（移送手段）
２５０ 排気系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室内に、トリメチルアルミニウムを含む第１の処理ガスと、酸素を含む第２の処理ガスとを交互に供給するガス供給系と、排気系とを有し、前記基板上に酸化アルミニウムの薄膜を形成する基板処理装置であって、
前記排気系は、
前記処理室側の雰囲気を吸気する吸気口および吸気した雰囲気を排気する排気口を有する筐体と、前記筐体内であって前記吸気口と前記排気口との間に設けられ吸気口側の雰囲気を排気口側へ移送する移送手段とを有する排気手段と、
前記排気手段の排気口付近の前記筐体内に室温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と
を備えた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内に、トリメチルアルミニウムを含む第１の処理ガスと、酸素を含む第２の処理ガスとを交互に供給するガス供給系と、排気系とを有し、前記基板上に酸化アルミニウムの薄膜を形成する基板処理装置であって、
前記排気系は、
前記処理室側の雰囲気を吸気する吸気口および吸気した雰囲気を排気する排気口を有する筐体と、前記筐体内であって前記吸気口と前記排気口との間に設けられ吸気口側の雰囲気を排気口側へ移送する移送手段とを有する排気手段と、
前記排気手段の排気口付近の前記筐体内に室温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と
を備えた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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−５４０７（Ｐ２００７−５４０７Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８１１４１（Ｐ２００５−１８１１４１）
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【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１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【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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