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JP5921168B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に半導体シリコンウエハを処理する基板処理装置および当該装置を使用する半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等に好適に用いられるキャパシタを半導体シリコンウエハ等の基板に作成する際に使用する基板処理装置が特許文献１に開示されている。
特開２０１０−５０４３９号公報
半導体装置は近年ますます微細化されており、半導体装置等を製造する際に用いられる基板処理装置は、微細化に伴うガス吸着特性改善のために低圧化が求められている。低圧化するためには、真空ポンプの排気速度を上昇させることが有効な手段であるが、基板処理装置の排気速度は、排気系のコンダクタンスに律速されるので、排気系のコンダクタンスの改善も併行して行う必要がある。しかしながら、コンダクタンスを増すために、単純に従来の装置の排気系を大口径化したのでは、装置のフットプリントが大きくなってしまうという問題があった。
本発明の主な目的は、装置のフットプリントの増大を防止または抑制しつつ、排気系の
コンダクタンスを増加させて低圧化を図れる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器を収容する筐体と、
前記基板に対して、処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記処理容器を排気する排気手段と、
を有し、
前記排気手段は、
前記処理容器に接続される第１の排気配管と、前記第１の排気配管と真空ポンプとの間に設けられ、前記第１の排気配管に接続する第２の排気配管と、を備え、
前記第１の排気配管は、前記第１の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が円形であり、
前記第２の排気配管は、前記第２の排気配管の排気方向が鉛直方向に延びるように設けられ、前記第２の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が、長方形または楕円形状であり、少なくとも一部がリブ構造を有し、
前記筐体は、水平方向の断面が矩形状である配管収容部を備え、前記第２の排気配管は前記配管収容部に収容されている、
基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
処理容器に収容された基板に対して、処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器に接続される第１の排気配管、及び前記第１の排気配管と真空ポンプとの間に設けられ、前記第１の排気配管に接続する第２の排気配管から前記処理ガスを排気する工程と、
を行う工程を有し、
う前記第１の排気配管は、前記第１の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が円形であり、
前記第２の排気配管は、前記第２の排気配管の排気方向が鉛直方向に延びるように設けられ、前記第２の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が長方形または楕円形状であり、少なくとも一部がリブ構造を有し、
前記処理容器を収容する筐体は、水平方向の断面が矩形状である配管収容部を備え、前記第２の排気配管は前記配管収容部に収容されている、
半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、装置のフットプリントの増大を防止または抑制しつつ、排気系のコンダクタンスを増加させて低圧化を図れる基板処理装置および半導体装置の製造方法が提供される。
図１は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置の構成を説明するための概略斜透視図である。 図２は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置で好適に用いられる処理炉の一例とそれに付随する部材の概略構成図であって、処理炉部分を概略縦断面で示す図である。 図３は、図２に示す処理炉のＣ−Ｃ線概略横断面図である。 図４は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置の構成を説明するための概略斜透視図である。 図５は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置で好適に用いられる排気配管を説明するための概略斜視図である。 図６は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置で好適に用いられる排気配管の他の例を説明するための概略横断面図である。 図７は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を説明するための概略平面図である。 図８は、比較のための基板処理装置を説明するための概略平面図である。 図９は、比較のための基板処理装置を説明するための概略平面図である。 図１０は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用してジルコニウム酸化膜を製造するプロセスを説明するためのフローチャートである。 図１１は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用してジルコニウム酸化膜を製造するプロセスを説明するためのタイミングチャートである。
以下、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置について図面を参照しながら説明する。この基板処理装置は、一例として、半導体装置（半導体デバイス）としてのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に対して酸化、窒化、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。
図１を参照すれば、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００は半導体シリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されたりする。
カセットステージ１１４上にはカセット１１０が、工程内搬送装置（図示せず）によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１の後方を向かせるような動作が可能となるよう構成されている。
筐体１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。
カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとを備えている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連動動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７と移載棚１２３との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとを備えている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップし、水平姿勢で保持するためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連動動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０からボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）して移載棚１２３上のカセット１１０に収容したりするように構成されている。
筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。
処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン（図示せず）および防塵フィルタ（図示せず）を備えており、クリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン（図示せず）および防塵フィルタ（図示せず）を備えており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
筐体１１１は、後方に、後側部３０１、３０２を備えている。後側部３０１と後側部３０２の間は、基板処理装置１０１のメンテナンスの際に使用されるメンテナンススペース３０３となっている。
続いて、基板処理装置１０１の主な動作について説明する。
工程内搬送装置（図示略）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにカセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に向かって縦方向に９０°回転させられる。
その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってカセット１１０のウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連動動作によって、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、後続のウエハ２００をボート２１７に装填する。
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１１５の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に対し任意の処理が実施される。その処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０が筐体１１１の外部に搬出される。
次に、図２を参照して、前述した基板処理装置１０１に使用される処理炉２０２について説明する。
図２を参照すれば、処理炉２０２にはウエハ２００を加熱するための加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７は、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。また、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２９０が設けられている。ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に、ウエハ２００を処理するための反応容器（処理容器）を構成する石英製の反応管２０３が設けられている。
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。反応管２０３の下部開口端部に設けられた環状のフランジとシールキャップ２１９の上面との間には気密部材（以下Ｏリング）２２０が配置され、両者の間は気密にシールされている。少なくとも、反応管２０３及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。
シールキャップ２１９にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台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支持する支持体となっている。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ている。ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有している(図１参照）。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持した状態で反応管２０３の管軸方向に多段にかつ互いに中心を揃えた状態で整列した状態で積載配置されボート２１７の支柱２１２に支持されている。
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ボート支持台２１８に接続されており、基板処理の均一性を向上するために、回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。
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、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。
以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１に挿入され、ヒータ２０７が処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。
処理室２０１内であって反応管２０３の下部には、ノズル２４９ａおよびノズル２４９ｂが反応管２０３を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａおよびノズル２４９ｂにはガス供給管２３２ａおよび２３２ｂがそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル２４９ａおよび２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａおよび２３２ｂが設けられており、処理室２０１内へ複数の種類のガスを供給することができるように構成されている。また、後述のように、ガス供給管２３２ａおよびガス供給管２３２ｂには、それぞれ不活性ガス供給管２３２ｅおよび２３２ｆ等が接続されている。
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、気化装置（気化手段）であり液体原料を気化して原料ガスとしての気化ガスを生成する気化器２７１ａおよび開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。バルブ２４３ａを開けることにより、気化器２７１ａ内にて生成された気化ガスがノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給されるように構成されている。ガス供給管２３２ａには気化器２７１ａとバルブ２４３ａの間に、後述の排気管２４７に接続されたベントライン２３２ｉが接続されている。このベントライン２３２ｉには開閉弁であるバルブ２４３ｉが設けられており、原料ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２４３ｉを介して原料ガスをベントライン２３２ｉへ供給する。バルブ２４３ａを閉め、バルブ２４３ｉを開けることにより、気化器２７１ａにおける気化ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内への気化ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、バルブ２４３ａとバルブ２４３ｉの切り替え動作によって、処理室２０１内への気化ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。さらにガス供給管２３２ａには、バルブ２４３ａの下流側に不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｅ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２４１ｅおよび開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。
ガス供給管２３２ａの先端部には、上述のノズル２４９ａが接続されている。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。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。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、ガス供給管２３２ａ、ベントライン２３２ｉ、バルブ２４３ａ、２４３ｉ、気化器２７１ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、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２３２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより第１の不活性ガス供給系が構成される。
ガス供給管２３２ｂには上流方向から順に、オゾン（Ｏ３）ガスを生成する装置であるオゾナイザ５００、バルブ２４３ｃ、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および開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。ガス供給管２３２ｂの上流側は、酸素（Ｏ２）ガスを供給する図示しない酸素ガス供給源に接続されている。オゾナイザ５００に供給されたＯ２ガスは、オゾナイザ５００にてＯ３ガスとなり、処理室２０１内に供給されるように構成されている。ガス供給管２３２ｂにはマスフローコントローラ２４１ｂとバルブ２４３ｂの間に、後述の排気管２４７に接続されたベントライン２３２ｈが接続されている。このベントライン２３２ｈには開閉弁であるバルブ２４３ｈが設けられており、Ｏ３ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２４３ｈを介して原料ガスをベントライン２３２ｈへ供給する。バルブ２４３ｂを閉め、バルブ２４３ｈを開けることにより、オゾナイザ５００によるＯ３ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。Ｏ３ガスを安定して精製するには所定の時間を要するが、バルブ２４３ｂ、バルブ２４３ｈの切り替え動作によって、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。さらにガス供給管２３２ｂには、バルブ２４３ｂの下流側に不活性ガス供給管２３２ｆが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｆ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２４１ｆ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｆが設けられている。
ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述のノズル２４９ｂが接続されている。ノズル２４９ｂ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。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。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、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、ガス供給管２３２ｂ、ベントライン２３２ｈ、オゾナイザ５００、バルブ２４３ｃ、２４３ｂ、２４３ｈ、マスフローコントローラ２４１ｂ、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２３２ｆ、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ２４３ｆにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
ガス供給管２３２ａからは、例えば、ジルコニウム原料ガス、すなわちジルコニウム（Ｚｒ）を含むガス（ジルコニウム含有ガス）が原料ガスとして、マスフローコントローラ２４１ａ、気化器２７１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。ジルコニウム含有ガスとしては、例えばテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）を用いることができる。なお、この原料ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良いが、ここでは液体として説明する。原料ガスが常温常圧で気体の場合は気化器５００を設ける必要はない。
ガス供給管２３２ｂには、酸素（Ｏ）を含むガス（酸素含有ガス）であって例えばＯ２ガスが供給され、オゾナイザ５００にてＯ３ガスとなり、酸化ガス（酸化剤）として、バルブ２４３ｃ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。また、オゾナイザ５００にてＯ３ガスを生成せずに酸化ガスとしてＯ２ガスを処理室２０１内へ供給することも可能である。
不活性ガス供給管２３２ｅおよび２３２ｆからは、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれマスフローコントローラ２４１ｅおよび２４１ｆ、バルブ２４３ｅおよび２４３ｆ、ガス供給管２３２ａおよび２３２ｂ、ノズル２４９ａおよび２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。
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および２４９ｂ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。
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系３００が設けられている。排気系３００には、上流側（処理室２０１側）から順に、排気管２３１、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４、排気管３２０、排気管３３０、排気管３４０、真空排気装置としての真空ポンプ２４６および排気管２４７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が設けられている。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２４７は廃ガス処理装置（図示せず）等に接続されている。排気系３００は、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２４３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コンダクタンスを調整して処理室２０１内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。
制御部（制御手段）であるコントローラ１２１が、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｅおよび２４１ｆ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｈおよび２４３ｉ、気化器２７１ａ、オゾナイザ５００、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、加熱用電源２５０、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５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、２４１ｅおよび２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｈおよび２４３ｉ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２７１ａおよびオゾナイザ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の昇降動作等の制御等が行われる。
次に、排気系３００についてさらに詳細に説明する。上述したように、排気系３００には、上流側（処理室２０１側）から順に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、排気管３２０、排気管３３０、排気管３４０、真空ポンプ２４６および排気管２４７が設けられている。図４を参照すれば、排気管２３１、３２０、３４０、２４７は断面が円形の丸型管である。排気管３３０は、上流側から順に排気管３３１〜３３４を備えている。
排気管３３１〜３３３は、横断面形状が互いに同じであり、上下に積層されている。排気管３３１〜３３３は横断面が矩形の角型管である。従って、横断面積を大きくしてコンダクタンスを大きくしても、基板処理装置１０１の筐体１１１の後側部３０２内に収容することができ、基板処理装置１０１のフットプリントが拡大することはない（図７参照）。これに対して、断面が円状の丸型管３６０を使用して、コンダクタンスを大きくするため、その横断面積を大きくすると、図８に示すように、丸型管３６０を収容するために筐体１１１の後側部３０２’を大きくする必要が生じ、その分、基板処理装置１０１のフットプリントが拡大してしまう。排気系３００の構成によるが、図９に示すように、筐体１１１の後側部３０２内に収容することができる丸型管３５１と、図７に示すように筐体１１１の後側部３０２内に収容することができる角型排気管３３１〜３３３との比較では、角型排気管３３１〜３３３を使用した場合の方が、Ｎ２、３０ｓｌｍ供給で、数Ｐａ〜数十Ｐａの低圧化が図れた。このように、角型排気管３３１〜３３３を使用することによって、基板処理装置１０１のフットプリントを増大させることなく、排気系３００のコンダクタンスを改善でき、真空ポンプ２４６の排気性能を生かすことができるようになる。その結果、基板処理装置１０１のフットプリントを増大させることなく、低圧化をすることができ、微細化に伴うガス吸着特性改善を図ることができるようになる。なお、排気管３３１〜３３３の断面積は、排気量（処理室２０１内の到達圧力）に応じて決定される。
このように、本実施の形態では、コンダクタンスを改善でき、排気量を大きくできるため、低圧化を達成できるので、本実施の形態の装置は、蒸気圧の低い原料ガスを用いる装置に好適に使用できる。
また、プラズマ処理を行う装置では低圧化が要求されるので、本実施の形態の装置は、プラズマ処理を行う装置に好適に使用できる。
図５を参照すれば、排気管３３１〜３３３は、その縦（Ａ）横（Ｂ）比（Ａ／Ｂ）が、８：１以下であることが好ましい。装置幅を従来の丸型管を用いた場合と同様に維持しつつ所望の到達圧力を達成するために好適だからである。
また、図５に示すように、排気管３３１〜３３３は、補強のために、それぞれ少なくとも一つのリブ３７０を有することが好ましい。リブ３７０は、図５に示すように、排気管３３１〜３３３の内側に設けてもよく、図６に示すように、排気管３３１〜３３３に外付けしてもよい。
なお、筐体１１１は、クリーンルームの床４００の上に設置されているので、筐体１１１の後側部３０２内に収容されている排気管３３１〜３３３も、クリーンルームの床４００の上に設置されている。排気管３３４は、クリーンルームの床４００の下に設置されている。排気管３３４も横断面が矩形の角型排気管であるが、クリーンルームの床４００の下に設置されているので、その大きさは、基板処理装置１０１のフットプリントに直接的には影響を与えない。排気管３４０および真空ポンプ２４６もクリーンルームの床４００の下に設置されている。排気管２４７は、屋外等に設置された廃ガス処理装置等にクリーンルームの床４００の下を介して接続されている。
なお、処理炉２０２と角型の排気管３３０（排気管３３１〜３３３）とを直結させていないのは、セットアップやメンテナンス時に処理炉２０２を出せないためである。
また、排気管３３１〜３３３は、横断面が矩形の角型管であるが、排気管３３１〜３３３の横断面は、長方形でもよく、矩形やＬ字型でもよい。この場合も、補強のために、排気管の内側または外側にリブを有することが好ましい。
さらに、排気管３３１〜３３３として、断面が楕円形の排気管を用いてもよい。この場合も、補強のために、排気管の内側または外側にリブを有することが好ましい。
このように、排気管３３１〜３３３として、排気方向と垂直な方向の断面が、長方形または楕円形状の部分を有する排気管を用いることが好ましく、排気方向と垂直な方向の断面が、長方形または楕円形状の排気管を用いることがより好ましい。この場合も、補強のために、排気管の内側または外側にリブを有することが好ましい。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のキャパシタに好適に用いられる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。
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法では、例えば、ＣＶＤ法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、また、ＡＬＤ法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、プラズマパワーなどの供給条件を制御することによりシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する。それらの技術では、例えばＳｉＮ膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるＮ／Ｓｉ≒１．３３となるように、また例えばＳｉＯ膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるＯ／Ｓｉ≒２となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。
一方、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるようにすることを目的として、供給条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。このように形成する膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ成膜を行うことも可能である。
以下では、図１０、図１１を参照して、２種類の元素（ＺｒとＯ）を含む２種類のガス（ＴＥＭＡＺガスとＯ３ガス）を交互に供給して化学量論組成を有する膜（ＺｒＯ２膜）を、ＤＲＡＭのキャパシタ用高誘電率絶縁膜として形成するシーケンス例について説明する。
ヒータ２０７を制御して処理室２０１内を例えば１５０℃〜２５０℃の範囲の所定の温度に保持しておく。
その後、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）される（ステップＳ２０１）と、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）される（ステップＳ２０２）。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。
その後、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（ステップＳ２０３：圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱されているが、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への加熱用電源２５０からの通電具合がフィードバック制御される（ステップＳ２０３：温度調整）。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。
次に、ＴＥＭＡＺガスとＯ３ガスを処理室２０１内に供給することにより絶縁膜であるＺｒＯ２膜をＡＬＤ法で成膜するＺｒＯ２膜形成工程を行う。ＺｒＯ２膜形成工程では次の４つのステップを順次実行する。
＜ステップＳ２０４＞
ステップＳ２０４では、まずＴＥＭＡＺガスを流す。ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを開き、ベントライン２３２ｉのバルブ２４３ｉを閉じることで、気化器２７１ａを介してガス供給管２３２ａ内にＴＥＭＡＺガスを流す。ガス供給管２３２ａ内を流れたＴＥＭＡＺガスは、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＴＥＭＡＺガスはノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気系３００から排気される。このとき、同時にバルブ２４３ｅを開き、不活性ガス供給管２３２ｅ内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。不活性ガス供給管２３２ｅ内を流れたＮ２ガスは、マスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスはＴＥＭＡＺガスと一緒に処理室２０１内に供給されつつガス排気系３００から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば５０〜４００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＴＥＭＡＺガスの供給流量は、例えば０．１〜０．５ｇ/分の範囲内の流量とする。ウエハ２００をＴＥＭＡＺガスに晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば３０〜２４０秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１５０〜２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
ＴＥＭＡＺガスの供給により、ウエハ２００表面上に、ジルコニウムを含む層が形成される。すなわち、ウエハ２００上に１原子層未満から数原子層のジルコニウム含有層としてのジルコニウム層（Ｚｒ層）が形成される。ジルコニウム含有層はＴＥＭＡＺの化学吸着（表面吸着）層であってもよい。なお、ジルコニウムは、それ単独で固体となる元素である。ここでジルコニウム層とはジルコニウムにより構成される連続的な層の他、不連続な層やこれらが重なってできる薄膜をも含む。なお、ジルコニウムにより構成される連続的な層を薄膜という場合もある。また、ＴＥＭＡＺの化学吸着層とはＴＥＭＡＺ分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、ウエハ２００上に形成されるジルコニウム含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ２０６での酸化の作用がジルコニウム含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なジルコニウム含有層の最小値は１原子層未満である。よって、ジルコニウム含有層の厚さは１原子層未満から数原子層とするのが好ましい。なお、ウエハ温度及び処理室２０１内の圧力等の条件を調整することにより、ＴＥＭＡＺガスが自己分解する条件下では、ウエハ２００上にジルコニウムが堆積することでジルコニウム層が形成され、ＴＥＭＡＺガスが自己分解しない条件下では、ウエハ２００上にＴＥＭＡＺが化学吸着することでＴＥＭＡＺガスの化学吸着層が形成されるよう、形成される層を調整することができる。なお、ウエハ２００上にＴＥＭＡＺの化学吸着層を形成する場合と比較して、ウエハ２００上にジルコニウム層を形成する方が、成膜レートを高くすることができる。また、ウエハ２００上にジルコニウム層を形成する方が、ウエハ２００上にＴＥＭＡＺの化学吸着層を形成する場合と比較して、より緻密な層を形成することができる。
＜ステップＳ２０５＞
ステップＳ２０５では、ジルコニウム含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、バルブ２４３ｉを開けて処理室内へのＴＥＭＡＺガスの供給を停止し、ＴＥＭＡＺガスをベントライン２３２ｉへ流す。このとき、ガス排気系３００のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、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ジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｅ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ジルコニウム含有層形成に寄与した後のＴＥＭＡＺガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。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。
＜ステップＳ２０６＞
ステップＳ２０６では、処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ガス供給管２３２ｂ内にＯ２ガスを流す。ガス供給管２３２ｂを流れたＯ２ガスは、オゾナイザ５００によりＯ３ガスとなる。ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｃおよびバルブ２４３ｂを開き、ベントライン２３２ｈのバルブ２４３ｈを閉めることで、ガス供給管２３２ｂ内を流れたＯ３ガスは、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整され、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気系３００から排気される。この時同時にバルブ２４３ｆを開き、不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＯ３ガスと一緒に処理室２０１内に供給されつつガス排気系３００から排気される。
Ｏ３ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば５０〜４００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば１０〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｏ３ガスにウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば６０〜３００秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップＳ２０４と同様、ウエハ２００の温度が１５０〜２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
このとき、処理室２０１内に流しているガスはＯ３ガスであり、処理室２０１内にはＴＥＭＡＺガスは流していない。したがって、Ｏ３ガスは気相反応を起こすことはなく、ステップＳ２０４でウエハ２００上に形成されたジルコニウム含有層の一部と反応する。これによりジルコニウム含有層は酸化されて、ジルコニウムおよび酸素を含む層、すなわち、ジルコニウム酸化層（ＺｒＯ２層）へと改質される。
＜ステップＳ２０７＞
ステップＳ２０７では、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、バルブ２４３ｈを開けて処理室内へのＯ３ガスの供給を停止し、Ｏ３ガスをベントライン２３２ｈへ流す。このとき、ガス排気系３００のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、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酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室２０１内から排除する。尚、この時バルブ２４３ｆ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酸化に寄与した後のＯ３ガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。酸素含有ガスとしては、Ｏ３ガス以外に、Ｏ２ガス等を用いてもよい。
上述したステップＳ２０４〜Ｓ２０７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（ステップＳ２０８）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のジルコニウムおよび酸素を含む絶縁膜、すなわち、ＺｒＯ２膜を成膜することができる。
所定膜厚のＺｒＯ２膜を形成する成膜処理がなされると、バルブ２４３ｅ、バルブ２４３ｆを開き、不活性ガス供給管２３２ｅ、２３２ｆ内にＮ２等の不活性ガスを流して、Ｎ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給しつつ排気することで処理室２０１内を不活性ガスでパージする（ガスパージ：ステップＳ２１０）。その後、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスで置換し（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰する（大気圧復帰：ステップＳ２１２）。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、マニホールド２０９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の下端から処理室２０１の外部に搬出（ボートアンロード：ステップＳ２１４）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：ステップＳ２１６）。
（本発明の好ましい態様）
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本発明の好ましい一態様によれば、
複数の基板を積載配置して収容する処理容器と、
前記処理容器に、前記基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記処理容器を排気する排気手段と、
を有し、
前記排気手段は、真空ポンプと、前記処理容器と真空ポンプを接続する排気配管とを備え、前記排気配管の少なくとも一部が、リブ構造を有すると共に、排気方向と垂直な方向の断面が、長方形または楕円形状の部分を有する配管で構成される基板処理装置が提供される。
（付記２）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記排気配管の前記少なくとも一部が、リブ構造を有すると共に、排気方向と垂直な方向の断面が、長方形または楕円形状の配管で構成される。
（付記３）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記排気配管の前記少なくとも一部が、リブ構造を有すると共に、排気方向と垂直な方向の断面が、長方形の配管で構成される。
（付記４）
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、前記長方形の断面の縦横比を８：１以下とする。
（付記５）
付記１〜４のいずれか一つの基板処理装置であって、好ましくは、前記処理ガス供給手段は、２種の異なる処理ガスを前記処理容器に交互に供給し、高誘電率膜を形成するよう構成される。
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
１０１ 基板処理装置
１１５ ボートエレベータ
１２１ コントローラ
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ 反応管
２０７ ヒータ
２１７ ボート
２１８ ボート支持台
２１９ シールキャップ
２３１、３２０、３４０、２４７ 排気管
２４４ ＡＰＣバルブ
２４５ 圧力センサ
２４６ 真空ポンプ
２５０ 加熱用電源
２６３ 温度センサ
２６７ 回転機構
２３２ａ、２３２ｂ ガス供給管
２４９ａ、２４９ｂ ノズル
２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｅ、２４１ｆ マスフローコントローラ
２７１ａ 気化器
２３２ｅ、２３２ｆ 不活性ガス供給管
３３１〜３３４ 角型排気管

Claims (5)

  1. 基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器を収容する筐体と、
    前記基板に対して、処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
    前記処理容器を排気する排気手段と、
    を有し、
    前記排気手段は、
    前記処理容器に接続される第１の排気配管と、前記第１の排気配管と真空ポンプとの間に設けられ、前記第１の排気配管に接続する第２の排気配管と、を備え、
    前記第１の排気配管は、前記第１の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が円形であり、
    前記第２の排気配管は、前記第２の排気配管の排気方向が鉛直方向に延びるように設けられ、前記第２の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が、長方形または楕円形状であり、少なくとも一部がリブ構造を有し、
    前記筐体は、水平方向の断面が矩形状である配管収容部を備え、前記第２の排気配管は前記配管収容部に収容されている、
    基板処理装置。
  2. 前記第２の排気配管の断面の縦横比が８：１以下である請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第２の排気配管と前記真空ポンプの間に設けられる、第３の排気配管をさらに備え、
    前記第３の排気配管は、
    前記第３の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面積が前記第２の排気配管の断面積より大きく、
    前記配管収容部の外部に設けられる、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 処理容器に収容された基板に対して、処理ガスを供給する工程と、
    前記処理容器に接続される第１の排気配管、及び前記第１の排気配管と真空ポンプとの間に設けられ、前記第１の排気配管に接続する第２の排気配管から前記処理ガスを排気する工程と、
    を行う工程を有し、
    前記第１の排気配管は、前記第１の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が円形であり、
    前記第２の排気配管は、前記第２の排気配管の排気方向が鉛直方向に延びるように設けられ、前記第２の排気配管の排気方向と垂直な方向の断面が長方形または楕円形状であり、少なくとも一部がリブ構造を有し、
    前記処理容器を収容する筐体は、水平方向の断面が矩形状である配管収容部を備え、前記第２の排気配管は前記配管収容部に収容されている、
    半導体装置の製造方法。
  5. 前記処理ガスを供給する工程では、前記基板に対して前記処理ガスを供給することにより、高誘電率膜を形成する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
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