基板処理装置
【課題】副次的問題を発生させることなく、膜品質を向上させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】複数の基板を収容する処理室と、前記基板を積層して支持する基板支持具と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記複数の基板間に供給して該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御する。
【解決手段】複数の基板を収容する処理室と、前記基板を積層して支持する基板支持具と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記複数の基板間に供給して該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造工程に用いられている基板上に薄膜を形成する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の１つに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて基板上に所定の薄膜を堆積する成膜工程がある。ＣＶＤ法とは、ガス状原料の気相および表面での反応を利用して、原料分子に含まれる元素を構成要素とする薄膜を被処理基板上へ堆積する方法である。ＣＶＤ法のなかで、薄膜堆積が原子層レベルで制御されているものはＡＬＤ法、或いはサイクリックＣＶＤ法と呼ばれている。ＡＬＤ法では、二種類以上の原料を交互に基板へ供給する方法が用いられ、その繰り返し回数（サイクル数）によって膜厚が制御される。
【０００３】
従来から、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスとアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いて、ＡＬＤ法、或いはサイクリックＣＶＤ法によってＤＣＳ照射処理とＮＨ3照射処理を繰り返すことにより、基板上に所定膜厚のアモルファスシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の形成が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４７１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の方法によって形成されるＣＶＤ膜は、低温化するほど成膜速度が遅くなり、膜品質が悪くなってしまう。また、膜中へ副生成物が混入することによって絶縁性不良、パーティクル不良が発生してしまうといった問題があった。
【０００６】
上述の問題は、主に、ＮＨ3の窒化不足によって引き起こされるものであり、例えば、サイクル処理の時間を短くしたり、基板温度を下げたり、被処理基板上のパターンを微細化したり、処理枚数を増やしたりすると、より顕著に生ずることとなる。
しかしながら、ＮＨ3照射処理におけるガス供給量や圧力を増加したり、プラズマによる励起エネルギーを印加して窒化力を強化しても、より低温での成膜になるほど副次的な問題が発生してしまっていた。すなわち、ＮＨ3照射処理におけるガス供給量や圧力を増加することで、低温化に伴ってガス利用効率が大幅に悪くなり、プラズマによる励起エネルギーを印加してプラズマ照射エネルギーを高めることで、基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）を引き起こし、パーティクルを発生しやすくしてしまい、メンテナンス周期が短くなってしまっていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、副次的問題を発生させることなく、膜品質を向上させることができる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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の基板を収容する処理室と、前記基板を積層して支持する基板支持具と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記複数の基板間に供給して該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、副次的問題を発生させることなく、膜品質を向上させることができる基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。
【図２】本発明の実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態における第２のノズルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の横断面（Ａ−Ａ線断面）図である。
【図４】本発明の実施形態に係る第２のノズルとウエハの位置対応図である。
【図５】本発明の実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態におけるプロセスシーケンスを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における第２のノズルの横断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における第２のノズルの横断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における第２のノズルの側面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態における第２のノズルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態における半導体装置の製造方法及び基板処理装置を図面に基づいて説明する。ここでは、ＳｉＮ薄膜を成膜する成膜工程を行う実施形態について説明する。
【００１２】
本発明の実施形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（例えばＩＣ等）の製造方法における基板処理工程としての成膜工程を実施する半導体製造装置として構成されている。なお、以下の説明では、基板処理装置として基板に対して酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行うバッチ式縦型装置（以下、単に処理装置という場合もある）を用いた場合について述べる。
【００１３】
図１は、本実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図２は本実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分のＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
図１に示されているように、処理炉２０２は、加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が設けられる。
【００１５】
反応管２０３の下方には、反応管２０３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は反応管２０３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の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０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を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップを貫通して、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５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内に対し搬入搬出することが可能となっている。
【００１６】
シールキャップ２１９には断熱部材としての石英キャップ２１８を介して基板支持具としてのボート２１７が立設されている。石英キャップ２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを保持する保持体となっている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて管軸方向に多段に支持されるように構成されている。
【００１７】
処理室２０１内であって反応管２０３の下部には、第１のノズル２４９ａ及び第２のノズル２４９ｂが反応管２０３を貫通するように設けられている。第１のノズル２４９ａには第１のガス供給管２３２ａが接続され、さらに第１のガス供給管２３２ａには第１のノズル２４９ａとの接続箇所（接続部）よりも上流側に不活性ガス供給管２３２ｂが接続されている。また第２のノズル２４９ｂには第２のガス供給管２３２ｃが接続され、さらに第２のガス供給管２３２ｃには後述のように第２のノズル２４９ｂとの接続箇所（接続部）よりも上流側に不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。
【００１８】
第１のガス供給管２３２ａ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）２４１ａ、開閉弁であるバルブ５４３、バッファタンク５００及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、不活性ガス供給管２３２ｂが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｂ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）２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１のノズル２４９ａが接続されている。第１のノズル２４９ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第１のノズル２４９ａはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。第１のノズル２４９ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第１のガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ５４３、２４３ａ、バッファタンク５００、第１のノズル２４９ａにより第１のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより第１の不活性ガス供給系が構成される。
【００１９】
第２のガス供給管２３２ｃ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）２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｄ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２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｃの先端部には、後述する第２のノズル２４９ｂが接続されている。
【００２０】
主に、第２のガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、及び第２のノズル２４９ｂにより第２のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
【００２１】
第１のガス供給管２３２ａからは、例えば、シリコン原料ガス、すなわち第１の元素としてシリコン（Ｓｉ）を含むガス（シリコン含有ガス）が第１の処理ガスとして、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ５４３、バッファタンク５００、バルブ２４３ａ、第１のノズル２４９ａを介して処理室２０１内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＤＣＳ）ガスを用いることができる。
【００２２】
第２のガス供給管２３２ｃからは、例えば第２の元素として窒素（Ｎ）を含むガス（窒素含有ガス）が原料ガスを改質する第２の処理ガスとして、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、第２のノズル２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いることができる。
【００２３】
不活性ガス供給管２３２ｂ及び２３２ｄからは、不活性ガスとして例えば窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれマスフローコントローラ２４１ｂ及び２４１ｄ、バルブ２４３ｂ及び２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ及び２３２ｃ、ノズル２４９ａ、２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。
【００２４】
なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１のガス供給系により原料ガス供給系、すなわちシリコン含有ガス供給系（シラン系ガス供給系）が構成される。また、第２のガス供給系により改質ガス供給系、すなわち窒素含有ガス供給系が構成される。
【００２５】
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には処理室２０１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２４５及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
【００２６】
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
【００２７】
次に、本発明の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂについて詳述する。
図３には、本発明の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂが示されている。
本発明の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂは、第１のノズル２４９ａ同様、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第２のノズル２４９ｂはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。第２のノズル２４９ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。
【００２８】
第２のノズル２４９ｂの内部には、紫外線光（ＵＶ光）をＮＨ3ガスとともに処理室２０１内に照射する紫外線（ＵＶ）照射部９８が設けられている。ＵＶ照射部９８は、ＵＶ光の入口としてのＵＶ導入部１０６と、ＵＶ光の通路としてのＵＶ導波路１００と、ＵＶ光の出口としてのＵＶ開口部１１０から構成される。
【００２９】
ＵＶ導波路１００は、第２のノズル２４９ｂの下部より上部に沿って、ノズル２４９ｂと同心円上に設けられている。第２のノズル２４９ｂの下方には、ＵＶ光入口としてのＵＶ導入部１０６がＵＶ導波路１００に接続されて設けられている。また、ガス供給孔２５０ｂと対向する側には、ＵＶ光出口としてのＵＶ開口部１１０がＵＶ導波路１００に接続されて設けられている。ＵＶ導波路１００は、例えば、高純度の石英からなる石英ロッド１０２で構成される。
【００３０】
ＵＶ導入部１０６には、光ファイバ１０３でＵＶ光源１０４が接続されている。ＵＶ光源１０４として、例えばフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が用いられる。これにより、ＮＨ3ガスは効率よく励起される。
【００３１】
ＵＶ開口部１１０は、図３（ｂ）に示されているように三角状のスリットで形成され、ＵＶ光が干渉しあうようにされている。また、ＵＶ開口部１１０からＵＶ光の出口の進路となる空間線上にガス供給孔２５０ｂが配置される。また、図４に示されているように複数のガス供給孔２５０ｂが、それぞれウエハ２００間に配置される。
すなわち、ＵＶ光は、ＵＶ光源１０４から光ファイバ１０３を介して、ＵＶ導入部１０６を通過し、ＵＶ導波路１００、ＵＶ開口部１１０を介して、ガス供給孔２５０ｂから排出されるＮＨ3ガスとともに処理室２０１内へ照射される。すなわち、ＮＨ3ガスは、第２のノズル２４９ｂ内壁と石英ロッド１０２外壁の間を流れ、ガス供給孔２５０ｂからＵＶ光とともにウエハ２００方向に水平に照射される。
【００３２】
これにより、ウエハ２００近傍でＮＨ3ガス（窒化ガス）を励起させることで窒化処理の効率を高めることができる。通常、励起したＮＨ3ガスは、ウエハ２００との距離に対応して指数関数的に失活するからである。
【００３３】
制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、バルブ５４３、２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、バッファタンク５００、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、ＵＶ光源１０４等に接続されている。コントローラ１２１により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ５４３、２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、気化器５００の制御、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５の昇降動作、ＵＶ光源１０４の起動・停止等の制御が行われる。
【００３４】
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜を成膜するシーケンス例について説明する。尚、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１２１により制御される。
【００３５】
ここでは第１の元素をシリコン（Ｓｉ）、第２の元素を窒素（Ｎ）とし、第１の元素を含む第１の処理ガスとしてシリコン含有ガスであるＤＣＳガスを、第２の元素を含む第２の処理ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを用い、基板上に絶縁膜としてＳｉＮ膜を形成する例について図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートであり、図６は本実施形態におけるプロセスシーケンスを示す図である。尚、この例では、第１のガス供給系によりシリコン含有ガス供給系（第１の元素含有ガス供給系）が構成され、第２のガス供給系により窒素含有ガス供給系（第２の元素含有ガス供給系）が構成される。
【００３６】
まず、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ、Ｓ１）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード、Ｓ２）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
【００３７】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４４が、フィードバック制御される（圧力調整、Ｓ３）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。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２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整、Ｓ４）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００３８】
そして、ＤＣＳガスとＮＨ3ガスを処理室２０１内に供給することによりＳｉＮ膜を成膜する。成膜工程Ｓ５では次の４つのステップを順次実行する。
【００３９】
＜ステップＳ５ａ＞
ステップＳ５ａでは、まずＤＣＳガスを流す。あらかじめバッファタンク５００に溜められたＤＣＳガスは、バルブ２４３ａが開かれることで、第１のガス供給管２３２ａを介して第１のノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａからウエハ２００へ照射される。この際、第２のノズル２４９ｂからは不活性ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄが開かれマスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整された不活性ガスであるＮ2ガスが処理室２０１内に供給される。ここで、バッファタンク５００にＤＣＳガスを溜める場合には、バルブ２４３ａを閉め、バルブ５４３を開けて、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＤＣＳガスを所定時間、所定量（１サイクル分）バッファタンク５００へ溜めておく。
【００４０】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を閉じておくとよい。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＤＣＳガスの供給流量は、例えば５０〜３００ｃｃの範囲内の流量とする。ＤＣＳガスをウエハ２００に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば２〜１０秒が好適である。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００度程度の温度となるよう設定する。
【００４１】
＜ステップＳ５ｂ＞
ステップＳ５ｂでは、シリコン含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４を開いて、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｄは開いたままとし、バルブ２４３ｂを開いて、第１のノズル２４９ａ及び第２のノズル２４９ｂからＮ2ガスを処理室２０１内へ供給する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。不活性ガスとしては、Ｎ2ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００４２】
＜ステップＳ５ｃ＞
ステップＳ５ｃでは、処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第２のガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを開き、第２のガス供給管２３２ｃ内にＮＨ3ガスを流す。第２のガス供給管２３２ｃ内を流れたＮＨ3ガスは、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。流量調整されたＮＨ3ガスは第２のノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内に供給される。このとき、ＵＶ光源１０４からＵＶ光を流すことでＵＶ導波路１００を介してＵＶ光が照射され、ＮＨ3ガスは励起され、活性種としてガス供給孔２５０ｂからウエハ２００の水平方向に向けて処理室２０１内に供給される。この時同時にバルブ２４３ｂを開き、第１のノズル２４９ａから処理室２０１内にＮ2ガスを流す。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開閉どちらでもよい。
【００４３】
ＮＨ3ガスにＵＶ光を照射して励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば５〜３０秒が好適であるが、ウエハ２００の温度が低いほど、このＮＨ3ガスにＵＶ光を照射して励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間を長くすることで不足したエネルギーを補完できる。また、ＵＶ光源１０４の出力を上げてもエネルギーを補完できる。
【００４４】
＜ステップＳ５ｄ＞
その後、第２のガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを閉じて、ＮＨ3ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いて、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ3ガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｄは開いたままとして、Ｎ2ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ3ガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。
【００４５】
上述したステップＳ５ａ〜Ｓ５ｄを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン（第１の元素）および窒素（第２の元素）を含むＳｉＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
【００４６】
所定膜厚のＳｉＮ膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ、Ｓ６）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰、Ｓ７）。
【００４７】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード、Ｓ８）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ、Ｓ９）。
【００４８】
なお、ここでは本実施形態の具体例として、ＤＣＳガスとＮＨ3ガスを用いてＳｉＮ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、ＤＣＳガスのかわりに、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6、略称：ＨＣＤ）ガスを用いてもよい。
【００４９】
なお、ここでは本実施形態の具体例として、アモルファスシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する例について説明したが、これに限らず、アモルファス酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する場合にも適用できる。その際、ＮＨ3ガスのかわりにオゾン（Ｏ3）ガス、ＤＣＳガスのかわりにトリスジメチルアミノシラン（（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））３Ｈ、ＴＤＭＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２（ＮＨ（Ｃ４Ｈ９））２、ＢＴＢＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（ＳｉＨ２（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）２、ＢＤＥＡＳ）ガスなどの有機原料を用いても良い。すなわち、本実施形態においては窒化処理に対してＵＶエネルギーを印加していたが、この場合には、酸化処理に対してＵＶエネルギーを印加する。Ｏ3はＮＨ3同様にＵＶ光によって効率よく励起される。
【００５０】
また、本実施の具体例として、Ｓｉ原料の窒化、酸化を挙げＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）等のＨｉｇｈ−ｋ誘電体膜、或いは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）等の電極材料にも適用できる。
【００５１】
また、低温処理が可能であるので、半導体基板に限定されず、ＬＣＤ基板、ＥＬ等のプラスチック基板、紙等の低温で処理可能な基板にも適用できる。
【００５２】
以上のように、本発明では、ＵＶ照射部９８を用いてＵＶ光を基板近傍へ窒化ガス（酸化ガス）とともに導くので、従来のプラズマを用いたときのような基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）や、パーティクルの発生を抑制し、膜品質を向上させることができる。すなわち、４５０度以下〜常温に至るまでの低温における成膜処理（窒化膜、酸化膜）が可能となる。
【００５３】
図７には、本発明の第２の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの横断面図が示されている。第１の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂとは、ＵＶ光出口であるＵＶ開口部の形状が異なっている。第２の実施形態のＵＶ開口部１２０は、図７に示されているように、コの字形状のスリットで形成されている。本実施形態においても、窒化ガスや酸化ガスを励起することができ、従来のプラズマを用いたときのような基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）や、パーティクルの発生を抑制し、膜品質を向上させることができる。
【００５４】
図８には、本発明の第３の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの横断面図が示されている。第３の実施形態のＵＶ開口部１３０は、図８に示されているように、円錐状のスリットで形成されている。本実施形態においても、窒化ガスや酸化ガスを励起することができ、従来のプラズマを用いたときのような基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）や、パーティクルの発生を抑制し、膜品質を向上させることができる。また、製作上のコスト面、強度の観点からみてもよい。
【００５５】
図９には、本発明の第４の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの側面図が示されている。第４の実施形態のＵＶ開口部１４０は、ＵＶ光の出力をガス供給孔２５０ｂ毎に調整するために第２のノズル２４９ｂの下方から上方にむけて角度θの傾斜をスリットに設ける。このθを調整することにより、より多くのウエハ２００をボート２１７に積載した場合に、ＵＶ光を均等にウエハ２００へ照射することができる。
【００５６】
図１０には、本発明の第５の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの側面図が示されている。第５の実施形態においては、ループ構造の第２のノズル２４９ｂを用いる。第２のノズル２４９ｂの内部には、紫外線光（ＵＶ光）をＮＨ3ガスとともに処理室２０１内に照射するループ形状の紫外線（ＵＶ）照射部９８が設けられている。このように、図１０に示されているようなループ構造のノズルを用いることで、ＵＶ光の多くがノズルの先端部から出力されることを防ぐことができる。
【００５７】
また、本発明は色々な形態で実施され得るので、本発明の範囲は、上述の実施形態や実施例に限定されるものではなく、第１の実施形態と第４の実施形態、第２の実施形態と第４の実施形態、第３の実施形態と第４の実施形態、第５の実施形態と第４の実施形態、第５の実施形態と第２若しくは第３の実施形態をそれぞれ組み合わせても良い。
【００５８】
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【００５９】
（付記１）
本発明の一態様によれば、複数の基板を収容する処理室と、前記基板を積層して支持する基板支持具と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記処理室に供給することにより該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
（付記２）
本発明の他の一態様によれば、複数の基板を処理室内の基板支持具へ積載する工程と、前記複数の基板を加熱手段により加熱する工程と、前記処理室内を所定の圧力で排気する工程と、ＮＨ3又はＯ3を含むガスを紫外線照射部を具備するノズルを経由させて、該ガスと紫外線光を前記複数の基板に対して略水平方向から供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記３）
好ましくは、前記紫外線照射部に光干渉型の開口部となるスリットを設け、前記開口部から紫外線光の出口の進路となる空間線上に前記ガス供給孔が配置される。
（付記４）
好ましくは、前記スリットに傾斜角θで示す傾斜を設ける。
（付記５）
好ましくは、前記ガス供給孔が前記複数の基板間の中央に配置される。
【符号の説明】
【００６０】
９８ 紫外線（ＵＶ）照射部
１００ ＵＶ導波路
１０４ ＵＶ光源
１１０、１２０、１３０、１４０ ＵＶ開口部
１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ（加熱機構）
２４９ａ 第１のノズル
２４９ｂ 第２のノズル
２５０ａ、２５０ｂ ガス供給孔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造工程に用いられている基板上に薄膜を形成する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の１つに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて基板上に所定の薄膜を堆積する成膜工程がある。ＣＶＤ法とは、ガス状原料の気相および表面での反応を利用して、原料分子に含まれる元素を構成要素とする薄膜を被処理基板上へ堆積する方法である。ＣＶＤ法のなかで、薄膜堆積が原子層レベルで制御されているものはＡＬＤ法、或いはサイクリックＣＶＤ法と呼ばれている。ＡＬＤ法では、二種類以上の原料を交互に基板へ供給する方法が用いられ、その繰り返し回数（サイクル数）によって膜厚が制御される。
【０００３】
従来から、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスとアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いて、ＡＬＤ法、或いはサイクリックＣＶＤ法によってＤＣＳ照射処理とＮＨ3照射処理を繰り返すことにより、基板上に所定膜厚のアモルファスシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の形成が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４７１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の方法によって形成されるＣＶＤ膜は、低温化するほど成膜速度が遅くなり、膜品質が悪くなってしまう。また、膜中へ副生成物が混入することによって絶縁性不良、パーティクル不良が発生してしまうといった問題があった。
【０００６】
上述の問題は、主に、ＮＨ3の窒化不足によって引き起こされるものであり、例えば、サイクル処理の時間を短くしたり、基板温度を下げたり、被処理基板上のパターンを微細化したり、処理枚数を増やしたりすると、より顕著に生ずることとなる。
しかしながら、ＮＨ3照射処理におけるガス供給量や圧力を増加したり、プラズマによる励起エネルギーを印加して窒化力を強化しても、より低温での成膜になるほど副次的な問題が発生してしまっていた。すなわち、ＮＨ3照射処理におけるガス供給量や圧力を増加することで、低温化に伴ってガス利用効率が大幅に悪くなり、プラズマによる励起エネルギーを印加してプラズマ照射エネルギーを高めることで、基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）を引き起こし、パーティクルを発生しやすくしてしまい、メンテナンス周期が短くなってしまっていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、副次的問題を発生させることなく、膜品質を向上させることができる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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の基板を収容する処理室と、前記基板を積層して支持する基板支持具と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記複数の基板間に供給して該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、副次的問題を発生させることなく、膜品質を向上させることができる基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。
【図２】本発明の実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態における第２のノズルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の横断面（Ａ−Ａ線断面）図である。
【図４】本発明の実施形態に係る第２のノズルとウエハの位置対応図である。
【図５】本発明の実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態におけるプロセスシーケンスを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における第２のノズルの横断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における第２のノズルの横断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における第２のノズルの側面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態における第２のノズルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態における半導体装置の製造方法及び基板処理装置を図面に基づいて説明する。ここでは、ＳｉＮ薄膜を成膜する成膜工程を行う実施形態について説明する。
【００１２】
本発明の実施形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（例えばＩＣ等）の製造方法における基板処理工程としての成膜工程を実施する半導体製造装置として構成されている。なお、以下の説明では、基板処理装置として基板に対して酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行うバッチ式縦型装置（以下、単に処理装置という場合もある）を用いた場合について述べる。
【００１３】
図１は、本実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図２は本実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分のＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
図１に示されているように、処理炉２０２は、加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が設けられる。
【００１５】
反応管２０３の下方には、反応管２０３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は反応管２０３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の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０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を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップを貫通して、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５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内に対し搬入搬出することが可能となっている。
【００１６】
シールキャップ２１９には断熱部材としての石英キャップ２１８を介して基板支持具としてのボート２１７が立設されている。石英キャップ２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを保持する保持体となっている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて管軸方向に多段に支持されるように構成されている。
【００１７】
処理室２０１内であって反応管２０３の下部には、第１のノズル２４９ａ及び第２のノズル２４９ｂが反応管２０３を貫通するように設けられている。第１のノズル２４９ａには第１のガス供給管２３２ａが接続され、さらに第１のガス供給管２３２ａには第１のノズル２４９ａとの接続箇所（接続部）よりも上流側に不活性ガス供給管２３２ｂが接続されている。また第２のノズル２４９ｂには第２のガス供給管２３２ｃが接続され、さらに第２のガス供給管２３２ｃには後述のように第２のノズル２４９ｂとの接続箇所（接続部）よりも上流側に不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。
【００１８】
第１のガス供給管２３２ａ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）２４１ａ、開閉弁であるバルブ５４３、バッファタンク５００及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、不活性ガス供給管２３２ｂが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｂ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）２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１のノズル２４９ａが接続されている。第１のノズル２４９ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第１のノズル２４９ａはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。第１のノズル２４９ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第１のガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ５４３、２４３ａ、バッファタンク５００、第１のノズル２４９ａにより第１のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより第１の不活性ガス供給系が構成される。
【００１９】
第２のガス供給管２３２ｃ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）２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｄ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２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｃの先端部には、後述する第２のノズル２４９ｂが接続されている。
【００２０】
主に、第２のガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、及び第２のノズル２４９ｂにより第２のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
【００２１】
第１のガス供給管２３２ａからは、例えば、シリコン原料ガス、すなわち第１の元素としてシリコン（Ｓｉ）を含むガス（シリコン含有ガス）が第１の処理ガスとして、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ５４３、バッファタンク５００、バルブ２４３ａ、第１のノズル２４９ａを介して処理室２０１内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＤＣＳ）ガスを用いることができる。
【００２２】
第２のガス供給管２３２ｃからは、例えば第２の元素として窒素（Ｎ）を含むガス（窒素含有ガス）が原料ガスを改質する第２の処理ガスとして、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、第２のノズル２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いることができる。
【００２３】
不活性ガス供給管２３２ｂ及び２３２ｄからは、不活性ガスとして例えば窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれマスフローコントローラ２４１ｂ及び２４１ｄ、バルブ２４３ｂ及び２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ及び２３２ｃ、ノズル２４９ａ、２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。
【００２４】
なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１のガス供給系により原料ガス供給系、すなわちシリコン含有ガス供給系（シラン系ガス供給系）が構成される。また、第２のガス供給系により改質ガス供給系、すなわち窒素含有ガス供給系が構成される。
【００２５】
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には処理室２０１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２４５及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
【００２６】
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
【００２７】
次に、本発明の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂについて詳述する。
図３には、本発明の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂが示されている。
本発明の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂは、第１のノズル２４９ａ同様、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第２のノズル２４９ｂはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。第２のノズル２４９ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。
【００２８】
第２のノズル２４９ｂの内部には、紫外線光（ＵＶ光）をＮＨ3ガスとともに処理室２０１内に照射する紫外線（ＵＶ）照射部９８が設けられている。ＵＶ照射部９８は、ＵＶ光の入口としてのＵＶ導入部１０６と、ＵＶ光の通路としてのＵＶ導波路１００と、ＵＶ光の出口としてのＵＶ開口部１１０から構成される。
【００２９】
ＵＶ導波路１００は、第２のノズル２４９ｂの下部より上部に沿って、ノズル２４９ｂと同心円上に設けられている。第２のノズル２４９ｂの下方には、ＵＶ光入口としてのＵＶ導入部１０６がＵＶ導波路１００に接続されて設けられている。また、ガス供給孔２５０ｂと対向する側には、ＵＶ光出口としてのＵＶ開口部１１０がＵＶ導波路１００に接続されて設けられている。ＵＶ導波路１００は、例えば、高純度の石英からなる石英ロッド１０２で構成される。
【００３０】
ＵＶ導入部１０６には、光ファイバ１０３でＵＶ光源１０４が接続されている。ＵＶ光源１０４として、例えばフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が用いられる。これにより、ＮＨ3ガスは効率よく励起される。
【００３１】
ＵＶ開口部１１０は、図３（ｂ）に示されているように三角状のスリットで形成され、ＵＶ光が干渉しあうようにされている。また、ＵＶ開口部１１０からＵＶ光の出口の進路となる空間線上にガス供給孔２５０ｂが配置される。また、図４に示されているように複数のガス供給孔２５０ｂが、それぞれウエハ２００間に配置される。
すなわち、ＵＶ光は、ＵＶ光源１０４から光ファイバ１０３を介して、ＵＶ導入部１０６を通過し、ＵＶ導波路１００、ＵＶ開口部１１０を介して、ガス供給孔２５０ｂから排出されるＮＨ3ガスとともに処理室２０１内へ照射される。すなわち、ＮＨ3ガスは、第２のノズル２４９ｂ内壁と石英ロッド１０２外壁の間を流れ、ガス供給孔２５０ｂからＵＶ光とともにウエハ２００方向に水平に照射される。
【００３２】
これにより、ウエハ２００近傍でＮＨ3ガス（窒化ガス）を励起させることで窒化処理の効率を高めることができる。通常、励起したＮＨ3ガスは、ウエハ２００との距離に対応して指数関数的に失活するからである。
【００３３】
制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、バルブ５４３、２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、バッファタンク５００、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、ＵＶ光源１０４等に接続されている。コントローラ１２１により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ５４３、２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、気化器５００の制御、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５の昇降動作、ＵＶ光源１０４の起動・停止等の制御が行われる。
【００３４】
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜を成膜するシーケンス例について説明する。尚、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１２１により制御される。
【００３５】
ここでは第１の元素をシリコン（Ｓｉ）、第２の元素を窒素（Ｎ）とし、第１の元素を含む第１の処理ガスとしてシリコン含有ガスであるＤＣＳガスを、第２の元素を含む第２の処理ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを用い、基板上に絶縁膜としてＳｉＮ膜を形成する例について図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートであり、図６は本実施形態におけるプロセスシーケンスを示す図である。尚、この例では、第１のガス供給系によりシリコン含有ガス供給系（第１の元素含有ガス供給系）が構成され、第２のガス供給系により窒素含有ガス供給系（第２の元素含有ガス供給系）が構成される。
【００３６】
まず、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ、Ｓ１）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード、Ｓ２）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
【００３７】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４４が、フィードバック制御される（圧力調整、Ｓ３）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。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２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整、Ｓ４）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００３８】
そして、ＤＣＳガスとＮＨ3ガスを処理室２０１内に供給することによりＳｉＮ膜を成膜する。成膜工程Ｓ５では次の４つのステップを順次実行する。
【００３９】
＜ステップＳ５ａ＞
ステップＳ５ａでは、まずＤＣＳガスを流す。あらかじめバッファタンク５００に溜められたＤＣＳガスは、バルブ２４３ａが開かれることで、第１のガス供給管２３２ａを介して第１のノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａからウエハ２００へ照射される。この際、第２のノズル２４９ｂからは不活性ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄが開かれマスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整された不活性ガスであるＮ2ガスが処理室２０１内に供給される。ここで、バッファタンク５００にＤＣＳガスを溜める場合には、バルブ２４３ａを閉め、バルブ５４３を開けて、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＤＣＳガスを所定時間、所定量（１サイクル分）バッファタンク５００へ溜めておく。
【００４０】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を閉じておくとよい。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＤＣＳガスの供給流量は、例えば５０〜３００ｃｃの範囲内の流量とする。ＤＣＳガスをウエハ２００に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば２〜１０秒が好適である。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００度程度の温度となるよう設定する。
【００４１】
＜ステップＳ５ｂ＞
ステップＳ５ｂでは、シリコン含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４を開いて、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｄは開いたままとし、バルブ２４３ｂを開いて、第１のノズル２４９ａ及び第２のノズル２４９ｂからＮ2ガスを処理室２０１内へ供給する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。不活性ガスとしては、Ｎ2ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００４２】
＜ステップＳ５ｃ＞
ステップＳ５ｃでは、処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第２のガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを開き、第２のガス供給管２３２ｃ内にＮＨ3ガスを流す。第２のガス供給管２３２ｃ内を流れたＮＨ3ガスは、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。流量調整されたＮＨ3ガスは第２のノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内に供給される。このとき、ＵＶ光源１０４からＵＶ光を流すことでＵＶ導波路１００を介してＵＶ光が照射され、ＮＨ3ガスは励起され、活性種としてガス供給孔２５０ｂからウエハ２００の水平方向に向けて処理室２０１内に供給される。この時同時にバルブ２４３ｂを開き、第１のノズル２４９ａから処理室２０１内にＮ2ガスを流す。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開閉どちらでもよい。
【００４３】
ＮＨ3ガスにＵＶ光を照射して励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば５〜３０秒が好適であるが、ウエハ２００の温度が低いほど、このＮＨ3ガスにＵＶ光を照射して励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間を長くすることで不足したエネルギーを補完できる。また、ＵＶ光源１０４の出力を上げてもエネルギーを補完できる。
【００４４】
＜ステップＳ５ｄ＞
その後、第２のガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを閉じて、ＮＨ3ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いて、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ3ガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｄは開いたままとして、Ｎ2ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ3ガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。
【００４５】
上述したステップＳ５ａ〜Ｓ５ｄを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン（第１の元素）および窒素（第２の元素）を含むＳｉＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
【００４６】
所定膜厚のＳｉＮ膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ、Ｓ６）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰、Ｓ７）。
【００４７】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード、Ｓ８）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ、Ｓ９）。
【００４８】
なお、ここでは本実施形態の具体例として、ＤＣＳガスとＮＨ3ガスを用いてＳｉＮ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、ＤＣＳガスのかわりに、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6、略称：ＨＣＤ）ガスを用いてもよい。
【００４９】
なお、ここでは本実施形態の具体例として、アモルファスシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する例について説明したが、これに限らず、アモルファス酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する場合にも適用できる。その際、ＮＨ3ガスのかわりにオゾン（Ｏ3）ガス、ＤＣＳガスのかわりにトリスジメチルアミノシラン（（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））３Ｈ、ＴＤＭＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２（ＮＨ（Ｃ４Ｈ９））２、ＢＴＢＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（ＳｉＨ２（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）２、ＢＤＥＡＳ）ガスなどの有機原料を用いても良い。すなわち、本実施形態においては窒化処理に対してＵＶエネルギーを印加していたが、この場合には、酸化処理に対してＵＶエネルギーを印加する。Ｏ3はＮＨ3同様にＵＶ光によって効率よく励起される。
【００５０】
また、本実施の具体例として、Ｓｉ原料の窒化、酸化を挙げＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）等のＨｉｇｈ−ｋ誘電体膜、或いは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）等の電極材料にも適用できる。
【００５１】
また、低温処理が可能であるので、半導体基板に限定されず、ＬＣＤ基板、ＥＬ等のプラスチック基板、紙等の低温で処理可能な基板にも適用できる。
【００５２】
以上のように、本発明では、ＵＶ照射部９８を用いてＵＶ光を基板近傍へ窒化ガス（酸化ガス）とともに導くので、従来のプラズマを用いたときのような基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）や、パーティクルの発生を抑制し、膜品質を向上させることができる。すなわち、４５０度以下〜常温に至るまでの低温における成膜処理（窒化膜、酸化膜）が可能となる。
【００５３】
図７には、本発明の第２の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの横断面図が示されている。第１の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂとは、ＵＶ光出口であるＵＶ開口部の形状が異なっている。第２の実施形態のＵＶ開口部１２０は、図７に示されているように、コの字形状のスリットで形成されている。本実施形態においても、窒化ガスや酸化ガスを励起することができ、従来のプラズマを用いたときのような基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）や、パーティクルの発生を抑制し、膜品質を向上させることができる。
【００５４】
図８には、本発明の第３の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの横断面図が示されている。第３の実施形態のＵＶ開口部１３０は、図８に示されているように、円錐状のスリットで形成されている。本実施形態においても、窒化ガスや酸化ガスを励起することができ、従来のプラズマを用いたときのような基板に対する電気的なダメージ（絶縁破壊）や、パーティクルの発生を抑制し、膜品質を向上させることができる。また、製作上のコスト面、強度の観点からみてもよい。
【００５５】
図９には、本発明の第４の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの側面図が示されている。第４の実施形態のＵＶ開口部１４０は、ＵＶ光の出力をガス供給孔２５０ｂ毎に調整するために第２のノズル２４９ｂの下方から上方にむけて角度θの傾斜をスリットに設ける。このθを調整することにより、より多くのウエハ２００をボート２１７に積載した場合に、ＵＶ光を均等にウエハ２００へ照射することができる。
【００５６】
図１０には、本発明の第５の実施形態にかかる第２のノズル２４９ｂの側面図が示されている。第５の実施形態においては、ループ構造の第２のノズル２４９ｂを用いる。第２のノズル２４９ｂの内部には、紫外線光（ＵＶ光）をＮＨ3ガスとともに処理室２０１内に照射するループ形状の紫外線（ＵＶ）照射部９８が設けられている。このように、図１０に示されているようなループ構造のノズルを用いることで、ＵＶ光の多くがノズルの先端部から出力されることを防ぐことができる。
【００５７】
また、本発明は色々な形態で実施され得るので、本発明の範囲は、上述の実施形態や実施例に限定されるものではなく、第１の実施形態と第４の実施形態、第２の実施形態と第４の実施形態、第３の実施形態と第４の実施形態、第５の実施形態と第４の実施形態、第５の実施形態と第２若しくは第３の実施形態をそれぞれ組み合わせても良い。
【００５８】
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【００５９】
（付記１）
本発明の一態様によれば、複数の基板を収容する処理室と、前記基板を積層して支持する基板支持具と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記処理室に供給することにより該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
（付記２）
本発明の他の一態様によれば、複数の基板を処理室内の基板支持具へ積載する工程と、前記複数の基板を加熱手段により加熱する工程と、前記処理室内を所定の圧力で排気する工程と、ＮＨ3又はＯ3を含むガスを紫外線照射部を具備するノズルを経由させて、該ガスと紫外線光を前記複数の基板に対して略水平方向から供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記３）
好ましくは、前記紫外線照射部に光干渉型の開口部となるスリットを設け、前記開口部から紫外線光の出口の進路となる空間線上に前記ガス供給孔が配置される。
（付記４）
好ましくは、前記スリットに傾斜角θで示す傾斜を設ける。
（付記５）
好ましくは、前記ガス供給孔が前記複数の基板間の中央に配置される。
【符号の説明】
【００６０】
９８ 紫外線（ＵＶ）照射部
１００ ＵＶ導波路
１０４ ＵＶ光源
１１０、１２０、１３０、１４０ ＵＶ開口部
１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ（加熱機構）
２４９ａ 第１のノズル
２４９ｂ 第２のノズル
２５０ａ、２５０ｂ ガス供給孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を収容する処理室と、
前記基板を積層して支持する基板支持具と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、
前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記複数の基板間に供給して該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御するよう構成される基板処理装置。
【請求項１】
複数の基板を収容する処理室と、
前記基板を積層して支持する基板支持具と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有し、
前記ガス供給手段は、前記複数の基板間に開口する複数のガス供給孔と、前記処理ガスを紫外線光により活性化する紫外線照射部を有する前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設するノズルであって、前記制御部は、前記ガス供給孔から紫外線光とともに前記処理ガスを前記複数の基板間に供給して該処理ガスを励起するよう前記ガス供給手段を制御するよう構成される基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１４３５０（Ｐ２０１２−１１４３５０Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３７９１（Ｐ２０１０−２６３７９１）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【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２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【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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