特許 6780557 ガス供給部材及びガス処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6780557

(24)【登録日】2020年10月19日

(45)【発行日】2020年11月4日

(54)【発明の名称】ガス供給部材及びガス処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20201026BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20201026BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20201026BHJP

   H01L 21/316 20060101ALN20201026BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   C23C16/455

   C23C16/44 J

   !H01L21/316 X

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-54662(P2017-54662)

(22)【出願日】2017年3月21日

(65)【公開番号】特開2018-157148(P2018-157148A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2019年8月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】特許業務法人弥生特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】池田 恭子

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０２８２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４５１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３１５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線状に形成され、一端からガスが供給される直線流路と、
前記直線流路が分岐して形成されたガス吐出口と、
前記直線流路の延長線に沿って形成されると共に当該直線流路の他端に接続された、前記直線流路に供給されたガスに含まれる異物を捕集するためのガスの循環路と、
を備えたことを特徴とするガス供給部材。

【請求項2】

前記循環路に臨む異物の収容領域が設けられたことを特徴とする請求項１記載のガス供給部材。

【請求項3】

前記異物の収容領域は、ガスの循環方向と直交する方向に見て、前記循環路の一部が当該循環路の外側へ引き出されるように形成されることを特徴とする請求項２記載のガス供給部材。

【請求項4】

前記直線流路は縦方向に沿って形成され、
前記循環路は縦方向にガスを循環させる循環路であり、
前記異物の収容領域は、前記循環路の下方に形成されることを特徴とする請求項３記載のガス供給部材。

【請求項5】

前記循環路は、ガスの循環方向と直交する方向に見て、円環状に形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のガス供給部材。

【請求項6】

真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板を加熱すると共に当該複数の基板に処理ガスを供給して処理を行うガス処理装置において、
縦方向に沿って直線状に形成され、一端から前記処理ガスが供給される直線流路と、前記直線流路が分岐して横方向に開口するように形成されたガス吐出口と、前記直線流路の延長線に沿って形成されると共に当該直線流路の他端に接続された、前記直線流路に供給された前記処理ガスに含まれる異物を捕集するための前記処理ガスの循環路と、を備えるガス供給部材を備えたことを特徴とするガス処理装置。

【請求項7】

前記反応容器は、上方が開放された内管と、当該内管を囲むと共に当該反応容器の天井を備える外管とを含む二重管であり、
前記直線流路は前記内管の内側に設けられ、前記処理ガスの循環路は、前記内管の上端と前記外管の天井との間に設けられることを特徴とする請求項６記載のガス処理装置。

【請求項8】

前記ガス供給部材は前記循環路に臨む前記異物の収容領域を備え、
当該異物の収容領域は前記内管の側壁と前記外管の側壁との間に設けられることを特徴とする請求項７記載のガス処理装置。

【請求項9】

真空雰囲気が形成される反応容器内にて回転テーブルの一面側に載置された基板に処理ガスを供給すると共に当該基板を加熱して処理を行うガス処理装置において、
前記回転テーブルの一面側において当該回転テーブルの回転方向と交差して伸びるように直線状に形成され、一端から前記処理ガスが供給される直線流路と、前記直線流路が分岐して前記回転テーブルの一面に向けて開口するように形成されたガス吐出口と、前記直線流路の延長線に沿って形成されると共に当該直線流路の他端に接続された、前記直線流路に供給された前記処理ガスに含まれる異物を捕集するための前記処理ガスの循環路と、を備えるガス供給部材を備えたことを特徴とするガス処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直線流路に供給されたガスに含まれる異物を捕集することができるガス供給部材及びこのガス供給部材が適用されたガス処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置を製造するために、真空雰囲気を形成する反応容器内に基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）を搬入し、処理ガスを供給してＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、エッチングなどの各種のガス処理が行われる。このガス処理を行う装置については、例えば多数のウエハを棚状に保持した基板保持具を格納することができるように上記の反応容器が縦型に形成されること、及び基板保持具の側方に配置されたガスインジェクタから各ウエハに向けて処理ガスを供給することによって、各ウエハに一括で処理を行えるように構成される場合がある。このガスインジェクタは、上下方向に伸びる直線状の流路と、横方向に開口して当該直線状の流路に接続されるガス吐出口とを備え、ガス吐出口は各ウエハに処理ガスを吐出することができるように上下方向に多数、分散して開口している。例えば特許文献１に、このガスインジェクタが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１９７３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のガスインジェクタを備えたガス処理装置で処理を行うと、基板保持部の上部側に保持されたウエハに異物（パーティクル）が付着する場合が有ることが確認された。ウエハに成膜処理を行う場合においては、ウエハへの成膜処理によってガスインジェクタ内にも成膜がなされ、この膜の剥がれによりガスインジェクタ内に異物が生じる。ガスインジェクタに処理ガスを比較的大きな流量で供給する際に、この異物が、処理ガスによって直線状の流路を押し上げられ、ガスインジェクタの上部側のガス吐出口から吐出されて、上記のようにウエハに付着したものと考えられる。また、成膜処理を行わない場合において、ガスインジェクタの上流側からガスインジェクタ内に流入した異物が、そのように処理ガスによって直線状の流路を押し上げられて、上部側のガス吐出口から吐出されることで、ウエハに付着することが考えられる。

【0005】

特許文献１に記載のガスインジェクタについては横方向に開口するガス吐出口の他に、ガスインジェクタの上端にて上方に向かって開口するガス吐出口（以降、上方ガス吐出口とする）が形成され、異物が当該上方ガス吐出口から排出される構成とされている。しかし、そのような構成とした場合、当該上方ガス吐出口から吐出される処理ガスはウエハに向かわずに無駄になってしまうし、上方ガス吐出口から排出された異物は反応容器の壁面に衝突して跳ね返り、ウエハに付着するおそれが有るので、ウエハの汚染を防ぐには不十分である。

【0006】

本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、直線流路から分岐して形成されるガス吐出口から吐出されるガスに異物が含まれることを防ぐことができる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のガス供給部材は、直線状に形成され、一端からガスが供給される直線流路と、
前記直線流路が分岐して形成されたガス吐出口と、
前記直線流路の延長線に沿って形成されると共に当該直線流路の他端に接続された、前記直線流路に供給されたガスに含まれる異物を捕集するためのガスの循環路と、
を備えたことを特徴とする。

【0008】

本発明のガス処理装置は、真空雰囲気が形成される縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板を加熱すると共に当該複数の基板に処理ガスを供給して処理を行うガス処理装置において、
縦方向に沿って直線状に形成され、一端から前記処理ガスが供給される直線流路と、前記直線流路が分岐して横方向に開口するように形成されたガス吐出口と、前記直線流路の延長線に沿って形成されると共に当該直線流路の他端に接続された、前記直線流路に供給された前記処理ガスに含まれる異物を捕集するための前記処理ガスの循環路と、を備えるガス供給部材を備えたことを特徴とする。

【0009】

本発明の他のガス処理装置は、真空雰囲気が形成される反応容器内にて回転テーブルの一面側に載置された基板に処理ガスを供給すると共に当該基板を加熱して処理を行うガス処理装置において、
前記回転テーブルの一面側において当該回転テーブルの回転方向と交差して伸びるように直線状に形成され、一端から前記処理ガスが供給される直線流路と、前記直線流路が分岐して前記回転テーブルの一面に向けて開口するように形成されたガス吐出口と、前記直線流路の延長線に沿って形成されると共に当該直線流路の他端に接続された、前記直線流路に供給された前記処理ガスに含まれる異物を捕集するための前記処理ガスの循環路と、を備えるガス供給部材を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、一端からガスが供給される直線流路の他端に接続されるように、当該直線流路の延長線に沿ってガスの循環路が形成される。この循環路に異物が捕集されることで、直線流路から分岐して形成されるガス吐出口から、当該異物が吐出されることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のガスインジェクタが適用された成膜装置の縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置の横断平面図である。

【図3】前記成膜装置に設けられるガスインジェクタの縦断側面図である

【図4】前記ガスインジェクタの斜視図である。

【図5】ガスインジェクタ内におけるパーティクルの動きを示す説明図である。

【図6】ガスインジェクタにおけるパーティクルの動きを示す説明図である。

【図7】ガスインジェクタにおけるパーティクルの動きを示す説明図である。

【図8】ガスインジェクタにおけるパーティクルの動きを示す説明図である。

【図9】ガスインジェクタにおけるパーティクルの動きを示す説明図である。

【図10】ガスインジェクタにおけるパーティクルの動きを示す説明図である。

【図11】ガスインジェクタの他の構成例を示す正面図である。

【図12】ガスインジェクタの他の構成例を示す斜視図である。

【図13】ガスインジェクタの他の構成例を示す縦断側面図である。

【図14】ガスインジェクタの他の構成例を示す縦断側面図である。

【図15】ガスインジェクタの他の構成例を示す縦断側面図である。

【図16】ガスインジェクタの他の構成例を示す縦断側面図である。

【図17】ガスインジェクタの他の構成例を示す縦断側面図である。

【図18】ガスインジェクタの他の構成例を示す縦断側面図である。

【図19】本発明のガスインジェクタが適用された他の成膜装置の縦断側面図である。

【図20】前記成膜装置の横断平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係る基板処理装置の実施形態の一例である成膜装置１について、図１の縦断側面図及び図２の縦断側面図を参照しながら説明する。この成膜装置１は、基板であるウエハＷに例えばトリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）などのＳｉ（シリコン）を含むＳｉ原料ガスと、例えばオゾン（Ｏ_３）などのＳｉを酸化する酸化ガスとを交互に供給し、ＡＬＤによってＳｉＯ_２膜を形成する。

【0013】

成膜装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の縦型の容器である反応容器１１を備えている。反応容器１１は、内管１２と、当該内管１２を囲むように形成された外管１３とから構成された二重管構造を有する。内管１２は上方が開放され、外管１３は天井を備えている。なお、図中内管１２と外管１３との隙間については誇張して描いている。外管１３の下方には、筒状に形成されたマニホールド１４が配置されており。マニホールド１４は、外管１３の下端と気密に接続されている。また、内管１２は、マニホールド１４の内壁から突出するとともに、マニホールド１４と一体に形成された支持リング１５に支持されている。

【0014】

マニホールド１４の下方には蓋体１６が配置されており、図示しない昇降機構により当該蓋体１６は上昇位置と、下降位置との間で昇降自在に構成される。図１では、上昇位置に位置する状態の蓋体１６を示しており、この上昇位置において蓋体１６は、マニホールド１４の下方側の反応容器１１の開口部１７を閉鎖し、当該反応容器１１内を気密に閉じる。蓋体１６の上方には基板保持具であるウエハボート３１が載置される載置台１８が設けられている。蓋体１６の昇降によりウエハボート３１を反応容器１１に搬入、搬出することができ、蓋体１６が上昇位置に位置するときにウエハボート３１は内管１２に囲まれるように反応容器１１内に格納される。図中１９は、載置台１８を回転させる回転機構であり、図中２５は、蓋体１６と載置台１８との間に介在する断熱部材である。

【0015】

ウエハボート３１について説明すると、図中３２はウエハボート３１を構成する垂直な３本（図１では２本のみ表示している）の支柱である。図２中３３は各支柱３２から突出するウエハＷの載置部である。載置部３３は上下方向（縦方向）に多段に設けられており、各載置部３３に水平に載置されることで、多数枚の各ウエハＷは、横方向の位置が互いに揃うように棚状に保持される。従って、各載置部３３上は基板の保持領域をなす。上記の回転機構１９によって、縦軸であるウエハＷの中心軸周りにウエハボート３１が回転する。

【0016】

図１に示すように反応容器１１の外側には、反応容器１１を取り囲むように断熱体２１が設けられ、その内壁面には、加熱部であるヒーター２２が設けられており、反応容器１１内を加熱することができる。また、上記のマニホールド１４には、支持リング１５の上方における側面に排気管２３の上流端が開口して排気口をなし、排気管２３の下流端はバタフライバルブなどの図示しない圧力調整部を介して真空ポンプ２４に接続されている。このような構成により、反応容器１１内が排気されて所望の圧力の真空雰囲気とされる。

【0017】

図中４１はウエハＷにＳｉ原料ガスを吐出するガス供給部材であるガスインジェクタであり、図３の縦断側面図、図４の斜視図も参照しながら、その構成について説明する。ガスインジェクタ４１は、本体部４２と、循環路形成部４３と、異物収容領域形成部４４と、を備えている。本体部４２は棒状に形成されており、その基端はマニホールド１４の外側に設けられている。本体部４２の先端側はマニホールド１４内へ水平に伸びた後に上方へ向けて屈曲され、内管１２の内側を当該内管１２の壁面に沿って上方へ垂直に伸びるように構成されている。

【0018】

循環路形成部４３は起立した円環状に形成されており、内管１２の上方に位置している。本体部４２の先端は、循環路形成部４３を開口方向に見たときの横方向の一端部に接続されており、循環路形成部４３について、当該横方向の他端部は内管１２の外側に位置している。従って、循環路形成部４３は内管１２の上端と外管１３の天井との間に設けられており、上方から見たときには、内管１２の内側から外側に突出している。また、異物収容領域形成部４４は循環路形成部４３の下端部から下方へ突出し、内管１２と外管１３との間に位置するように設けられている。

【0019】

後述するように、本体部４２には基端からガスが供給される。本体部４２にはその長さ方向に沿って当該ガスの流路が形成されており、図３中、本体部４２において垂直に伸びる部位に形成された直線流路を４５として示している。そして、本体部４２においてこの垂直に伸びる部位には、直線流路４５に供給されたガスをウエハＷに向けて吐出する多数のガス吐出口４６が、上下方向（縦方向）に間隔を空けて水平方向に開口している。従って、このガス吐出口４６は直線流路４５から分岐するように形成された流路である。上方から見て、ガス吐出口４６は、上記の本体部４２からの循環路形成部４３の突出方向とは反対方向に向けて開口している。また、各ガス吐出口４６は、ウエハボート３１に保持される各ウエハＷの表面にガスを供給することができるように、各ウエハＷに対応する高さ位置に形成されている。

【0020】

循環路形成部４３の内部は空洞であり、直線流路４５に接続されると共に縦方向にガスを循環させるように円環状に形成された循環路４７をなす。上記のように本体部４２と循環路形成部４３とが接続されていることにより、直線流路４５の下流には直線流路４５の延長方向に沿った循環路４７が接続された構成となっている。循環路４７が直線流路４５の延長方向に沿っているとは、言い換えると、当該直線流路４５の延長線をなす流路が、下流側に向かうにつれて徐々に湾曲され、その延長線の端部を直線流路４５の端部、即ち延長線の基端に接続することで循環路４７として形成されることであり、さらに言い換えると、直線流路４５におけるガスの流通と、循環路４７におけるガスの循環とが同一平面上で起こり得るように循環路が形成されることである。

【0021】

後述するように、上記の循環路４７には直線流路４５から供給されるガスと共に異物であるパーティクルが進入する。仮に循環路４７が水平方向にガスを循環させるように構成されるものとすると、直線流路４５の下流端に対向するように循環路４７を形成する壁面が設けられることになる。その場合、直線流路４５から循環路４７にガス流に乗って進入したパーティクルは、この壁面に衝突して跳ね返り、直線流路４５に戻り、ガス吐出口４６からウエハＷに吐出されてしまうおそれが有る。そのようにパーティクルの壁面への衝突が抑えられ、ガス流が滞らずに直線流路４５から循環路４７に導入されて当該循環路４７を流通することで、異物を循環路４７に捕集することができるように、循環路４７は既述のように直線流路４５の延長方向に沿って形成されている。

【0022】

上記の異物収容領域形成部４４の内部も空洞であり、当該内部は上記の循環路４７に進入した異物を収容する直方体状の異物収容領域４８として構成されている。上記のように異物収容領域形成部４４が循環路形成部４３の下方に設けられることで、この異物収容領域４８は、循環路４７の下端部に接続されている。つまり、循環路４７の下端部が、当該循環路４７をガスの循環方向と直交する方向に見たときに外側下方に向けて引き出されることで、循環路４７に臨む異物収容領域４８が形成されている。以降の説明では循環路４７についてガスの循環方向に直交して見たときの横方向について、直線流路４５が接続される側を前方側、その反対側を後方側とする。異物収容領域４８については縦長に形成され、その前後の幅Ｌ１よりも高さＨ１の方が大きい。

【0023】

図１、図２に戻って説明を続ける。ガスインジェクタ４１の本体部４２の基端には、配管５１の下流端が接続され、配管５１の上流端はバルブＶ１、タンク５２、バルブＶ２をこの順に介してＳｉ原料ガスの供給源５３に接続されている。また、配管５１においてバルブＶ１の下流側には、配管５４の下流端が接続されており、配管５４の上流端はバルブＶ３を介してＮ２（窒素）ガスの供給源５５に接続されている。このような配管構成により、後述の成膜処理時において、ガスインジェクタ４１から反応容器１１内に吐出するガスを処理ガスであるＳｉ原料ガスとＮ２ガスとの間で切り替えることができる。

【0024】

また、Ｓｉ原料ガスはタンク５２に貯留された後に、ガスインジェクタ４１から吐出される。つまりバルブＶ１が閉じられ、バルブＶ２が開かれた状態でＳｉ原料ガスがタンク５２に供給されて貯留され、然る後バルブＶ２が閉じられ、バルブＶ１が開かれてＳｉ原料ガスがガスインジェクタ４１に供給される。このようにＳｉ原料ガスをタンク５２に貯留した後にガスインジェクタ４１に供給するのは、短時間で多くの量のＳｉ原料ガスを反応容器１１内に供給して、成膜速度を向上させるためである。このように短時間に多くの量のガスをガスインジェクタ４１に供給する場合、発明が解決しようとする課題の項目で述べたように、ガスインジェクタ４１内におけるパーティクルが上方へ押し上げられやすくなり、上部側のガス吐出口４６からウエハＷに吐出されやすくなるので、上記した異物捕集用の循環路４７を設けることが特に有効である。

【0025】

図１、図２に示す４９は、ウエハＷに酸化ガスを吐出するガスインジェクタである。このガスインジェクタ４９は、ウエハＷに吐出するガスが異なる他はガスインジェクタ４１と同様に構成されている。図２に示すように、ガスインジェクタ４９は、ガスインジェクタ４１と同様にウエハＷの一端側から他端側に向けてガス吐出口４６からガスを吐出する、つまりガスインジェクタ４１、４９は同方向にガスを吐出するように反応容器１１内に設けられているが、図１では図示の便宜上、ガスインジェクタ４９はガスインジェクタ４１とは逆方向にガスを吐出するように配置されるように示している。

【0026】

ガスインジェクタ４９の本体部４２の基端には、配管６１の下流端が接続され、配管５１の上流端はバルブＶ４、タンク６２、バルブＶ５をこの順に介して酸化ガスの供給源６３に接続されている。また、配管６１においてバルブＶ１の下流側には、配管６４の下流端が接続されており、配管６４の上流端はバルブＶ６を介してＮ２（窒素）ガスの供給源６５に接続されている。このような配管構成により、後述の成膜処理時において、ガスインジェクタ４９から反応容器１１内に吐出するガスを処理ガスである酸化ガスとＮ２ガスとの間で切り替えることができる。成膜速度を向上させるために、酸化ガスについても、Ｓｉ原料ガスと同様にバルブＶ４、Ｖ５の開閉によって、タンク６２に貯留された後にガスインジェクタ４９に供給される。

【0027】

この成膜装置１には、コンピュータにより構成された制御部１０が設けられており、制御部１００はプログラムを備えている。このプログラムは、ウエハＷに対して後述の一連の成膜処理を行うことができるように、成膜装置１の各部に制御信号を出力して、当該各部の動作を制御することができるようにステップ群が組まれている。このプログラムは例えばハードディスク、コンパクトディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部１０に格納される。

【0028】

続いて、成膜装置１にて実施される成膜処理について説明する。上記のように多数のウエハＷが保持されたウエハボート３１が載置台１８に載置された状態で蓋体１６が下降位置から上昇位置に向けて上昇し、ウエハボート３１が反応容器１１内に搬入されると共に蓋体１６によって反応容器１１が閉鎖されて、当該反応容器１１内が気密となる。続いて、反応容器１１内が排気されて所定の圧力の真空雰囲気とされると共に、ヒーター２２によって反応容器１１内が所定の温度になるように加熱される。さらに、ウエハボート３１が回転する。

【0029】

ガスインジェクタ４１、４９からＮ２ガスが吐出され、然る後、ガスインジェクタ４１から吐出されるガスがＮ２ガスからＳｉ原料ガスに切り替わり、各ウエハＷにＳｉ原料ガスが吸着される。その後、ガスインジェクタ４１から吐出されるガスがＳｉ原料ガスからＮ２ガスに切り替わる。つまり、ガスインジェクタ４１、４９からＮ２ガスが吐出される状態となり、ウエハＷに吸着されずに反応容器１１内に残留するＳｉ原料ガスがパージされる。

【0030】

続いて、ガスインジェクタ４９から吐出されるガスがＮ２ガスから酸化ガスに切り替わり、各ウエハＷに吸着されたＳｉ原料ガス中のＳｉが酸化ガスにより酸化されて、ＳｉＯ_２の薄膜が形成される。その後、ガスインジェクタ４１から吐出されるガスが酸化ガスからＮ２ガスに切り替わる。つまり、ガスインジェクタ４１、４９からＮ２ガスが吐出された状態となり、反応容器１１内に残留する酸化ガスがパージされる。以降、上記したウエハＷにＳｉ原料ガスをウエハＷに吸着させるステップ、反応容器１１内をパージするステップ、酸化ガスによるＳｉを酸化するステップ、反応容器１１内をパージするステップからなるサイクルが繰り返し行われ、ＳｉＯ_２の膜厚が上昇する。

【0031】

上記のようにサイクルが繰り返されて成膜が行われるにあたり、ガスインジェクタ４１から供給されるガスがＮ２ガスからＳｉ原料ガスに切り替わるときのガスインジェクタ４１内の様子を、当該ガスインジェクタ４１の縦断側面図である図５〜図１０を参照して説明する。図５〜図１０では矢印でガスの流れを示している。図５は、ガスインジェクタ４１からＮ２ガスが吐出されている状態を示しており、このときにガスインジェクタ４１内の下部には、パーティクルＰが存在しているものとする。このパーティクルＰは、例えば発明が解決しようとする項目で述べたように、ガスインジェクタ４１内に成膜されたＳｉＯ_２膜が剥がれることで生じたものである。

【0032】

ガスインジェクタ４１にＳｉ原料ガスが供給されると、上記のようにＳｉ原料ガスはタンク５２から比較的高い流量でガスインジェクタ４１に供給されるので、急激に直線流路４５を上昇し、パーティクルＰを直線流路４５の上端へと押し上げ、パーティクルＰはこのＳｉ原料ガスと共に循環路４７に流入する。そして、Ｓｉ原料ガスは直線流路４５に充満し、ガス吐出口４６からウエハＷに向けて吐出される（図６）。

【0033】

循環路４７に流入したＳｉ原料ガス及びパーティクルＰは当該循環路４７に沿って流通し、循環路４７を周回する（図７）。この周回中、遠心力の作用を受けることによってパーティクルＰは、循環路４７の外側下方に形成された異物収容領域４８に流れ込む（図８）。循環路４７の外側に設けられることで異物収容領域４８ではＳｉ原料ガスの流れが抑えられており、異物収容領域４８に流入したパーティクルＰは、重力の作用により異物収容領域４８を沈降し、当該異物収容領域４８の底部に蓄積される（図９）。循環路４７におけるＳｉ原料ガスの周回が続けられ、循環路４７に流入した全てのパーティクルＰが異物収容領域４８に流れ込んで蓄積される（図１０）。

【0034】

上記のサイクルが所定の回数行われ、ウエハＷに所望の膜厚を有するＳｉＯ_２膜が形成されると、ガスインジェクタ４１、４９からのガスの吐出及びウエハボート３１の回転が停止し、蓋体１６が下降位置に移動して反応容器１１内からウエハボート３１が搬出されて、成膜処理が終了する。ところで上記の成膜処理中において、ガスインジェクタ４１にＳｉ原料ガスが供給されるときにパーティクルＰが捕集されるものとして説明したが、Ｎ２ガスもＳｉ原料ガスと同様にガスインジェクタ４１内を流通するので、ガスインジェクタ４１にＮ２ガスが供給されるときにガスインジェクタ４１内にパーティクルＰが存在する場合も、循環路４７に当該パーティクルＰを捕集することができる。また、ガスインジェクタ４９についても既述のようにガスインジェクタ４１と同様に構成されることにより、酸化ガス及びＮ２ガスを吐出する際に、パーティクルＰを捕集することができる。

【0035】

上記の成膜装置１によれば、ガスインジェクタ４１、４９内のパーティクルＰが当該ガスインジェクタ４１、４９に設けられた循環路４７に捕集されるように構成されている。従って、直線流路４５を上昇したパーティクルＰがガス吐出口４６からウエハＷに吐出されて付着することを防ぐことができる。ところで、パーティクルＰは既述のように膜が剥がれることによってガスインジェクタ４１、４９内に生じる場合の他に、ガスインジェクタ４１、４９の上流側に接続される配管からガスインジェクタ４１、４９内に流入する場合も考えられる。そのように配管から流入したガスインジェクタ４１、４９に流入したパーティクルＰについてもガスインジェクタ４１、４９は、膜の剥がれによって生じたパーティクルＰと同様に捕集することができる。従って、ガスインジェクタ４１、４９は成膜装置以外のガス処理装置にも適用することができる。具体的には、上記の成膜装置１において例えばガスインジェクタ４１、４９から成膜用の処理ガスを吐出する代わりにエッチングガスやアニール処理用の不活性ガスを吐出し、ウエハＷにエッチングやアニール処理を行ってもよい。このように、成膜装置１として説明した構成の装置は、成膜装置として使用する代わりにエッチング装置やアニール装置として使用することができる。

【0036】

なお、上方から見たときのガス吐出口４６の開口方向に対する本体部４２から循環路形成部４３が突出する方向については、上記のように反対方向とすることに限られず、どのような向きであってもよい。例えば図１１に示すようにガス吐出口４６の開口方向に対して９０°異なる向きに循環路形成部４３が突出していてもよいし、ガス吐出口４６の開口方向と同じ向きに循環路形成部４３が突出していてもよい。ただし循環路形成部４３については、上記のように内管１２の上端と外管１３との間のスペースに設置することで、この循環路形成部４３の専用の設置スペースを設ける必要が無くなり、成膜装置１の大型化や装置構成の複雑化を防ぐことができるので好ましい。また、このように循環路形成部４３を設置することで、上記のように内管１２の側壁と外管１３の側壁との間のスペースに異物収容領域形成部４４を配置することができるので、異物収容領域形成部４４の専用の設置スペースを設ける必要が無くなり、成膜装置１の大型化及び装置構成の複雑化を防ぐことができる。ただし、上記の成膜装置１の反応容器１１は二重管として構成されていなくてもよい。例えば内管１２が設けられず、外管１３に相当する部材によってのみ反応容器１１が構成される成膜装置においても、ガスインジェクタ４１、４９を適用することができる。

【0037】

ところで、循環路形成部としては上記の循環路形成部４３のように構成されることには限られない。図１２の斜視図及び図１３の縦断側面図は、ガスインジェクタ４１において循環路形成部４３の代わりに球状の循環路形成部７１が、本体部４２の上方に設けられた例を示している。この循環路形成部７１の内部は空洞であり、球状空間７２を構成しており、この球状空間７２の中心を通る縦断側面で見たときに、当該球状空間７２の横方向の一端部に下側から直線流路４５が接続される。従って、直線流路４５から供給されたガスは、図１２中に矢印で示すように球状空間７２の周壁に沿って直線流路４５の延長方向に沿って流れ、球状空間７２内を循環する。つまり、球状空間７２は、直線流路４５の延長方向に沿った循環路として構成されている。

【0038】

このように循環路形成部７１においては循環路形成部４３と異なり、ガスの循環方向に沿った断面で見たときに、中心部と周縁部とを区画する仕切りが設けられない構成となっている。つまり、このような仕切りは設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。従って、循環路形成部としては４３、７１のような内部が空洞の円環や球として構成とする他に、例えば内部が空洞で起立した円板状の部材により構成されていてもよい。なお、循環路形成部４３、７１については、循環路は略真円を描くように形成されているが、楕円を描くように形成されていてもよい。

【0039】

ところで、異物収容領域４８は、既述のように循環路を流れるパーティクルＰが遠心力により進入できるように、当該循環路をガスの循環方向と直交する方向から見たときに当該循環路の一部が外側へ突出するように構成されていればよい。従って、異物収容領域４８は、循環路４７の下方に設けられることには限られない。図１４に示すガスインジェクタ４１は、図１〜図４で説明したガスインジェクタ４１に対して異物収容領域形成部４４が設けられる位置について異なっている。この図１４に示すガスインジェクタ４１の循環路４７においては、その後方側の上部がさらに後方に向けて引き出されることで異物収容領域４８をなすように、異物収容領域形成部４４が設けられている。このように形成された異物収容領域４８においても、図に示すように収容されたパーティクルＰが重力により当該異物収容領域４８の底部に沈降する。

【0040】

また、図１５に示すガスインジェクタ４１も図１〜図４で説明したガスインジェクタ４１に対して異物収容領域形成部４４の位置について異なっており、この図１５に示すガスインジェクタ４１においては、循環路４７の後方端の高さ中央部が後方側へ向けて引き出され、さらに下方へ向かうことで異物収容領域４８をなすように異物収容領域形成部４４が設けられている。

【0041】

また、図１６に示すガスインジェクタ４１のように、異物収容領域４８について前後の幅Ｌ１の方が高さＨ１よりも大きくなるように形成してもよい。ただし、遠心力により異物収容領域４８に進入したパーティクルＰが異物収容領域４８に衝突して循環路４７に戻ることを防ぐために、高さＨ１は大きくすることが好ましい。また、前後の幅Ｌ１が大きすぎると循環路４７のガス流が異物収容領域４８に流れ込み、収容された異物が循環路４７へ巻き上げられてしまうおそれが有る。従って、図１〜図４に示すガスインジェクタ４１のように、例えば前後の幅Ｌ１＜高さＨ１とすることが好ましく、例えば高さＨ１が前後の幅Ｌ１の３倍以上の大きさであるとより好ましい。なお、異物収容領域４８は直方体状に形成することには限られず、多くの異物を収容できるように例えば末広がりに形成してもよい。その場合、前後の幅Ｌ１は、循環路４７と接続される位置の前後の幅である。

【0042】

また、図１７に示すガスインジェクタ４１では、図１〜図４で説明したガスインジェクタ４１に対して異物収容領域４８が設けられていない点で異なっている。上記のように循環路４７に流入したパーティクルＰは、ガスインジェクタ４１に比較的大きな流量でガスが供給されている間は、このガスの流れに乗って循環路４７を循環することになる。ガスインジェクタ４１に供給されるガスの流量が比較的小さくなると、重力の作用により循環路４７の底部へ沈降し、蓄積されることになる。つまり、異物収容領域４８が設けられていなくても、パーティクルＰは、循環路４７に捕集され、ガス吐出口４６から排出されることが抑制されるので、当該異物収容領域４８は設けられていなくてもよい。ただし、このパーティクルＰが循環路４７から直線流路４５へ戻り、ガス吐出口４６から吐出されることを、より確実に防ぐためには異物収容領域４８を設けることが好ましい。

【0043】

なお、ガス吐出口４６が形成される領域の下流側から循環路４７の入り口に至るまで直線方向に見て遮蔽されないように空間が形成されておれば、当該空間を介してガス流に乗ったパーティクルＰを流路の壁面に衝突させずに循環路４７へ導入して捕集し得る。具体的に、図１８に示す例では本体部４２の上下方向に伸びる部位を縦断面で見たときに、流路を形成する壁部が波状であり、直線状に構成されていない。しかしこの流路の中心部には、既述した直線方向に見て遮蔽されない空間（図中に点線の枠７３として表示）が形成されており、この空間が直線流路に相当する。つまり、直線流路は、断面が直線状の流路形成部材により形成されることには限られない。

【0044】

ところで、ガスインジェクタ４１、４９は、上記の成膜装置１のような縦型の処理装置に適用されることには限られない。図１９、図２０は、ガスインジェクタ４１、４９が適用された他の成膜装置８の縦断側面図、横断平面図を夫々示しており、この成膜装置８もＡＬＤによってウエハＷにＳｉＯ_２膜を形成する。図中、成膜装置８について、成膜装置１と同様に構成された部位については成膜装置１で使用した符号と同じ符号を付し、説明を省略する。

【0045】

成膜装置８は扁平な形状の反応容器８１を備えている。反応容器８１は平面で見て概ね円形に構成されており、天板８２と、反応容器８１の側壁及び底部をなす容器本体８３とにより構成されている。図中８４はガス供給管であり、反応容器８１内に設けられる水平な回転テーブル９の中心部上にＮ_２ガスを供給し、当該中心部上でガスインジェクタ４１、４９から吐出されるＳｉ原料ガスと酸化ガスとが混合されることを防ぐ。

【0046】

回転テーブル９は平面視円形に構成されており、その中心軸を回転軸として回転機構９１により、平面視時計回りに回転する。回転テーブル９の表面側（一面側）には、回転方向に沿って例えば５つの凹部９２が形成されており、この凹部９２内にウエハＷが載置される。図２０中８５は、反応容器８１の側壁に設けられるウエハＷの搬送口を開閉するゲートバルブである。回転テーブル９の外周側の下方には、図示しない圧力調整部を介して真空ポンプ２４に接続される排気口８６、８７が設けられている。図１９中８８は、回転テーブル９及びウエハＷを加熱するヒーターであり、８９はＮ２ガスを供給して回転テーブル９の下方をパージするパージガス供給管である。

【0047】

回転テーブル９の上方には、ガスインジェクタ４１、ガスインジェクタ９３、ガスインジェクタ４９、ガスインジェクタ９４がこの順に時計回りに配設されている。ガスインジェクタ４１の配置について詳しく述べると、本体部４２の基端側は反応容器８１の外側に位置し、上記の直線流路４５が形成された本体部４２の先端側は反応容器１１の側壁を貫通して当該反応容器１１内を回転テーブル９の径方向に沿って、当該回転テーブル９の中心に向かうように水平に伸びている。つまり、この本体部４２は回転テーブル９の半径上を、当該回転テーブル９の回転方向と交差するように伸びている。そして、この本体部４２の吐出口４２は下方に向けられており、回転テーブル９によって回転するウエハＷの表面全体にガスを供給することができる。

【0048】

他のガスインジェクタ４９、９３、９４についてもガスインジェクタ４１と同様に、ガス吐出口４６からウエハＷの表面全体にガスを吐出することができるように配置されている。ガスインジェクタ９３、９４の基端はＮ２ガスの供給源５５、６５に夫々接続され、ガスインジェクタ４１による処理雰囲気とガスインジェクタ４９による処理雰囲気とを分離する分離ガスとしてＮ２ガスを吐出する。ガスインジェクタ９３、９４は、循環路形成部４３及び異物収容領域形成部４４が設けられていない例を示しているが、これらの各部が設けられた構成であってもよい。

【0049】

反応容器８１の天板８２の下方には、平面視扇状の２つの突状部９５が当該天板８２から下方に突出するように設けられ、ガスインジェクタ９３、９４は各々突状部９５にめり込むように設けられている。突状部９５の下方はガスインジェクタ９３、９４からＮ２ガスが吐出されることにより、回転テーブル９を各々周方向に広がるＳｉ原料ガスと酸化ガスとの混合を阻止するための分離領域Ｄを構成する。図１９中、８０は制御部であり、成膜装置１の制御部１０と同様に構成され、成膜装置８の動作を制御する。

【0050】

上記の成膜装置８では反応容器８１内が排気されて所定の圧力の真空雰囲気とされた状態で、ヒーター８８によりウエハＷが加熱されると共に回転テーブル９が回転する。そして、ガスインジェクタ４１からＳｉ原料ガスが、ガスインジェクタ４９から酸化ガスが、ガスインジェクタ９３、９４及びガス供給管８４、８９からＮ２ガスが並行して吐出される。吐出された各Ｎ２ガスにより、回転テーブル９上においてＳｉ原料ガスが吐出される処理領域Ｒ１の雰囲気と、酸化ガスが吐出される処理領域Ｒ２の雰囲気と、が互いに分離される。回転テーブル９の回転により、処理領域Ｒ１、Ｒ２をウエハＷが交互に繰り返し通過することによって、Ｓｉ原料ガスの吸着とＳｉの酸化とが交互に繰り返し行われ、ウエハＷの表面にＳｉＯ２膜が形成される。

【0051】

このような成膜装置８においても、ガスインジェクタ４１、４９内では直線流路４５内のパーティクルＰが循環路４７に捕集されることで、ウエハＷへ吐出されることを防ぐことができる。従って成膜装置８は成膜装置１と同様の効果を奏する。なお、成膜装置８についても、成膜装置１と同様、ガスインジェクタ４１、４９から成膜用の処理ガスを吐出する代わりにエッチングガスやアニール処理用の不活性ガスを吐出する構成とし、エッチング装置やアニール装置として使用することができる。アニール装置として使用する場合には、上記の分離領域Ｄは形成しなくてもよい。

【0052】

成膜装置１、８に各々適用した例として示したように、ガスインジェクタ４１、４９の直線流路４５としては、縦方向に形成されていてもよいし、横方向に形成されていてもよい。なお、この縦方向、横方向には夫々垂直方向、水平方向の他に斜め方向も含まれる。また、ガス吐出口４６としては直線流路４５と直交する方向に形成されることに限られず、直線流路４５に対して斜め方向に形成されていてもよい。さらにガス吐出口４６は複数設けることに限られず、一つのみ設けられていてもよい。また、成膜装置１、８では、ＳｉＯ２膜を形成するように処理ガスとしてＳｉ原料ガス及び酸化ガスをウエハＷに供給しているが、金属膜などのＳｉＯ２膜以外の膜を形成するための処理ガスを供給するようにしてもよい。また、ＡＬＤによって成膜を行う装置に限られず、ＣＶＤによって成膜を行う装置にもガスインジェクタ４１、４９は適用することができる。なお、本発明は、既述した各実施の形態に限られるものではなく、各実施形態については適宜変更したり、組み合わせたりすることができる。

【0053】

［評価試験］
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
・評価試験１
シミュレーションにより、試験用ガスインジェクタにおいて内部に多数のパーティクルが溜まった状態で、当該ガスインジェクタ内にガスを供給したときのガスインジェクタ内の上部側におけるパーティクルの様子を調べた。この試験用ガスインジェクタについては、循環路形成部４３及び異物収容領域形成部４４が設けられておらず、本体部４２の上端が閉鎖されていることを除いて、既述のガスインジェクタ４１と同様に構成されている。上記のタンク５２の下流側のバルブＶ1を開放したタイミングを基準時とすると、基準時から０．００３秒後、０．００５秒後、０．０１秒後において、試験用ガスインジェクタ内の上部側のパーティクルの個数は夫々１１５個、９６個、７４個であった。つまり、試験用ガスインジェクタの上部側のガス吐出口４６からガスと共にパーティクルが吐出されていることが確認された。

【0054】

・評価試験２
シミュレーションにより評価試験１と同様の試験を行ったが、この評価試験２では、試験用ガスインジェクタの代わりにガスインジェクタ４１を用いた。その結果、発明の実施の形態で説明したように、パーティクルは循環路４７に捕集されて、異物収容領域４８に収容され、当該異物収容領域４８の底部へ沈降することで、ガス吐出口４６からは吐出されないことが確認された。

【符号の説明】

【0055】

Ｗ ウエハ
１、８ 成膜装置
１１、８１ 反応容器
２２、８８ ヒーター
４１、４９ ガスインジェクタ
４５ 直線流路
４６ ガス吐出口
４７ 循環路
４８ 異物収容領域
９ 回転テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】