JP2006080098A

JP2006080098A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2006080098A
Application number: JP2002274752A
Authority: JP
Inventors: Tenwa Yamaguchi; 天和山口; Tatsuhisa Matsunaga; 建久松永; Koichi Noto; 幸一能戸
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】処理室の側壁外周面に異物が付着するのを防止する。
【解決手段】アウタチューブ３と共にプロセスチューブ１を構成したインナチューブ２は複数枚のウエハ１０を保持したボート１１が搬入される処理室４を形成しており、インナチューブ２とアウタチューブ３との下端部を気密封止したマニホールド６には排気口７が開設され、インナチューブ２には原料ガス３０を導入するガス導入ノズル２２が敷設されている。インナチューブ２のガス導入ノズル２２の反対側には排気スリット２５が開設され、インナチューブ２の外周には排気スリット２５を被覆する排気ダクト２６が突設されている。
【効果】排気スリットから排気された処理ガスを排気ダクトに流すことで、処理ガスがインナチューブ外周面に異物を生成するのを防止できるため、生成付着した異物が処理室に逆流してパーティクルになるのを未然に防止できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にポリシリコンやシリコン窒化膜等を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
ＩＣの製造方法において、ウエハにポリシリコンやシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が、広く使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置としては、例えば、特開２０００−３１１８６２号公報に示されているように、インナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚のウエハを保持してインナチューブ内に搬入するボートと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入ノズルと、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気口と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、ガス導入ノズルには複数個の噴出口がボートに保持された各ウエハに対応して開設され、インナチューブの側壁には排気孔が開設されているものがある。
【０００３】
このＣＶＤ装置においては、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入ノズルによって導入されるとともに、ヒータユニットによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。この際、ガス導入ノズルの複数の噴出口から水平に噴出された原料ガスは、ボートに互いに水平に保持された上下のウエハの間を流れてウエハの表面に接触し、インナチューブに開設された排気孔からインナチューブの外部に排気口の排気力によって排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したＣＶＤ装置においては、排気孔から排気された原料ガスの一部がインナチューブとアウタチューブとの間に流れて局所的な淀みが発生すると、インナチューブの外周面に異物が付着しパーティクルが発生し易くなるという問題点がある。例えば、ポリシリコン膜を形成する場合においては、高温領域におけるモノシラン（ＳｉＨ₄）の滞在期間が長くなると、気相中での分解反応が過度に進行してしまうために、シリコンが粉状になって析出しインナチューブの外周面に茶褐色の副生成物が付着しているのが、確認された。この副生成物はシランの中間生成物のシリレンが重合結合したもの［（ＳｉＨ₄）ｎ］であると考えられる。そして、インナチューブの外周面に付着した異物が剥離して処理室に逆流すると、ウエハの表面を汚染するパーティクルになる。
【０００５】
本発明の目的は、処理室の側壁外周面に異物が付着するのを防止することができる基板処理技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、複数枚の基板を処理する処理室と、前記複数枚の基板を保持して前記処理室に搬入するボートと、前記処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記処理室の側壁に開設されて前記処理室を排気する排気孔と、この排気孔を被覆する排気ダクトとを備えており、
前記排気ダクトの周方向の幅Ｄと前記排気孔の周方向の幅との比が「７０」以上に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段において、ガスはガス導入口から処理室に導入される。処理室に導入されたガスは処理室の側壁に開設された排気孔から排気されるため、処理室を流れるガスは各基板にそれぞれ平行に流れる状態になる。各基板にそれぞれ平行に流れることにより、ガスは各基板の全面に均一に接触する状態になるため、各基板内における処理状態は均一になる。排気孔から排気された処理ガスは排気ダクトを流れることにより、処理室の側壁の外周面に沿って流れることはないため、処理ガスが処理室の側壁外周面に接触するのを防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る基板処理装置はＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されている。
【００１０】
図１に示されたＣＶＤ装置は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１を備えており、プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチューブ３とから構成されている。インナチューブ２およびアウタチューブ３はいずれも、石英ガラスや炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料が用いられて円筒形状にそれぞれ一体成形されている。インナチューブ２は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を形成している。インナチューブ２の内径は取り扱うウエハ１０の最大外径よりも大きくなるように設定されている。アウタチューブ３はインナチューブ２に対して大きめに相似し上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナチューブ２とアウタチューブ３との間には隙間５が一定幅の円形リング形状に形成されている。
【００１１】
インナチューブ２とアウタチューブ３との間の下端部は円形リング形状に形成されたマニホールド６によって気密封止されており、マニホールド６はインナチューブ２およびアウタチューブ３についての保守点検作業や清掃作業のためにインナチューブ２およびアウタチューブ３に着脱自在に取り付けられている。マニホールド６がＣＶＤ装置の筐体（図示せず）に支持されることにより、プロセスチューブ１は垂直に据え付けられた状態になっている。マニホールド６の側壁の一部には排気口７が開設されており、排気口７は排気装置（図示せず）に接続されて処理室４の内部を所定の真空度に減圧し得るように構成されている。図２（ｂ）に示されているように、排気口７には排気ダクト部８が連設されており、排気ダクト部８はアウタチューブ３に形成された後記する排気ダクト２６に連結するように構成されている。
【００１２】
マニホールド６には下端開口を閉塞するシールキャップ９が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９はアウタチューブ３の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ９の中心線上には被処理物としてのウエハ１０を保持するためのボート１１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。ボート１１は上下で一対の端板１２、１３と、両端板１２、１３間に架設されて垂直に配設された複数本の保持部材１４とを備えており、各保持部材１４には多数条の保持溝１５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように没設されている。ウエハ１０の円周縁が複数本の保持部材１４の同一の段の保持溝１５間に挿入されることにより、複数枚のウエハ１０は水平かつ互いに中心を揃えた状態に整列されて保持される。ボート１１とシールキャップ９との間には上下で一対の補助端板１６、１７が複数本の補助保持部材１８によって支持されて配設されており、各補助保持部材１８には多数条の保持溝１９が没設されている。
【００１３】
アウタチューブ３の外部にはプロセスチューブ１内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するヒータユニット２０が、アウタチューブ３を包囲するように同心円に設備されており、ヒータユニット２０はＣＶＤ装置の筐体に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１４】
図１および図２に示されているように、処理室４の側壁であるインナチューブ２の側壁の排気口７と１８０度反対側の位置には、チャンネル形状の予備室２１が径方向外向きに膨出されて垂直方向に長く延在するように形成されており、予備室２１の内部にはガス導入ノズル２２が垂直方向に延在するように配管されている。ガス導入ノズル２２の入口部２３はマニホールド６の側壁を径方向外向きに貫通してプロセスチューブ１の外部に突き出されており、入口部２３には原料ガス供給装置や窒素ガス供給装置等（図示せず）が接続されている。ガス導入ノズル２２にはガス導入口としての複数個の噴出口２４が垂直方向に並べられて開設されており、噴出口２４群の個数はボート１１に保持されたウエハ１０の枚数に一致されており、各噴出口２４の高さ位置はボート１１に保持された上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。
【００１５】
図１および図３に示されているように、インナチューブ２の側壁の予備室２１と１８０度反対側の位置すなわち排気口７側の位置には、排気スリット２５が垂直方向に細長く開設されており、排気スリット２５の長さはボート１１に保持されたウエハ１０群の全長よりも長く延在するように設定されている。インナチューブ２の側壁の外周には排気スリット２５を被覆する排気ダクト２６が突設されている。排気ダクト２６は横断面形状が略長方形の樋形状に形成されており、排気ダクト２６の径方向の寸法はインナチューブ２とアウタチューブ３との隙間５の径方向の寸法以下に設定されている。図２（ａ）に示された排気ダクト２６の周方向の幅Ｄと排気スリット２５の周方向の幅Ｓとの比は「７０」すなわち「Ｄ／Ｓ＝７０」に設定されている。排気ダクト２６の下端面はマニホールド６の排気ダクト部８の上面に当接されており、排気ダクト２６の内部は排気ダクト部８を通じて排気口７によって排気されるようになっている。また、図２（ｂ）に示されているように、マニホールド６の側壁には、隙間５に窒素ガスを供給する窒素ガス供給管２７が接続されている。
【００１６】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置の作用および効果を、本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法における成膜工程を例にして説明する。
【００１７】
ウエハチャージングステップにおいて、ウエハ１０はボート１１に、その円周縁部が対向する複数箇所において保持部材１４の保持溝１５間にそれぞれ係合するように挿入されて行き、複数箇所の円周縁部が各保持溝１５に係合されて自重を支えられるように装填（チャージング）されて保持される。複数枚のウエハ１０はボート１１におけるチャージング状態においてその中心を揃えられて互いに平行かつ水平に整列されている。
【００１８】
ボートローディングステップにおいて、複数枚のウエハ１０を整列保持したボート１１はボートエレベータにより差し上げられるようにして、インナチューブ２の処理室４に搬入（ボートローディング）されて行き、処理室４に図１および図３に示されているように存置される。この状態において、シールキャップ９は処理室４をシールした状態になる。
【００１９】
続いて、減圧ステップにおいて、プロセスチューブ１の内部が排気口７に作用する排気力によって所定の真空度（例えば、２００Ｐａ）に減圧されるとともに、昇温ステップにおいて、プロセスチューブ１の内部がヒータユニット２０によって所定の温度（例えば、４００℃）に昇温される。
【００２０】
次いで、成膜ステップにおいて、所定の原料ガス３０がガス導入ノズル２２の入口部２３に常圧（大気圧）で供給されると、原料ガス３０は、ガス導入ノズル２２を流通して複数個の噴出口２４からインナチューブ２の処理室４に導入される。例えば、ドープドポリシリコンが拡散される場合においては、原料ガス３０としてはモノシラン（ＳｉＨ₄ ）およびホスフィン（ＰＨ₃ ）が処理室４に導入される。また、図２（ｂ）に示されているように、窒素ガス３１が隙間５に窒素ガス供給管２７によって供給される。
【００２１】
処理室４に導入された原料ガス３０はインナチューブ２の側壁に垂直方向に細長く開設された排気スリット２５から排気ダクト２６に流出して排気ダクト部８を経由してマニホールド６に開設された排気口７から排気される。この際、ガス導入ノズル２２と排気スリット２５とは互いに１８０度離れて対向するようにそれぞれ配置されているために、ガス導入ノズル２２の各噴出口２４からそれぞれ噴出された原料ガス３０は処理室４を反対側の排気スリット２５に向かって水平に流れ、各ウエハ１０に対してそれぞれ平行に流れる。しかも、複数個の噴出口２４のそれぞれは上下で隣合うウエハ１０と１０との間に対向するようにそれぞれ配置されているため、各噴出口２４からそれぞれ噴出された原料ガス３０は上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間のそれぞれに流れ込んで確実に平行に流れる。ウエハ１０の表面に接触しながら上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガス３０のＣＶＤ反応によって、ウエハ１０の表面にはＣＶＤ膜が堆積する。例えば、モノシランとホスフィンとが導入された場合には、ドープドポリシリコン膜がウエハ１０に堆積する。この際、原料ガス３０は各ウエハ１０内の全面にわたってそれぞれ均一に接触するため、ＣＶＤ膜の堆積状態は各ウエハ１０内において全体にわたって膜厚および膜質共に均一になる。
【００２２】
本実施の形態においては、排気孔が細長い排気スリット２５によって構成され、かつ、排気ダクト２６の周方向の幅Ｄと排気スリット２５の周方向の幅Ｓとの比が「７０」すなわち「Ｄ／Ｓ＝７０」に設定されていることにより、排気スリット２５の全長にわたって一定の流量を発生させることができるため、ボート１１によって保持されたウエハ１０群の各ウエハ１０に形成された膜厚および膜質は、ウエハ１０群におけるボート１１の全長にわたって均一になる。
【００２３】
ここで、排気ダクト２６の周方向の幅Ｄと排気スリット２５の周方向の幅Ｓとの比（以下、Ｄ／Ｓという。）をパラメータとして排気スリット２５の上下におけるガスの流速をシミュレーションしたところ、図４に示されたグラフが得られた。図４において、横軸にはＤ／Ｓが取られ、縦軸には排気スリット２５の上部におけるガスの流量Ａと下部におけるガスの流量Ｂとの比（以下、Ａ／Ｂという。）によって表される流れの均一性が取られている。なお、シミュレーションにおける条件は、次の通りである。排気ダクト２６の径方向の寸法は１５ｍｍ。排気スリット２５の長さはボート１１に保持されたウエハ群の長さと略同一。処理室の圧力は３００Ｐａ。ガスの種類はシラン。ガス導入ノズル２２の流速は４００ｃｃ／分（立方センチメートル毎分）、８００ｃｃ／分、１２００ｃｃ／分。
【００２４】
図４によれば、４００ｃｃ／分、８００ｃｃ／分、１２００ｃｃ／分のいずれの流速においても、ガスが排気スリット２５で均一に流れる場合すなわちＡ／Ｂが「１」になる場合のＤ／Ｓは「７０」であることが、理解される。したがって、「Ｄ／Ｓ＝７０」に設定されていると、原料ガス３０は排気スリット２５をその上下の全長にわたって一定の流量をもって流れることになる。
【００２５】
そして、本実施の形態においては、排気スリット２５が排気ダクト２６によって被覆されていることにより、排気スリット２５から排気された原料ガス３０はインナチューブ２とアウタチューブ３との間の隙間５に流出することがないため、インナチューブの外周面にシランの副生成物が付着することはない。したがって、インナチューブ２の外周面に付着した副生成物が剥離して処理室４に逆流する現象が発生することはなく、そのパーティクルの飛散によるウエハ１０の表面の汚染の危険性を解消することができる。また、排気ダクト２６からの原料ガス３０の漏洩は、窒素ガス供給管２７から隙間５に供給された窒素ガス３１によって確実に防止される。
【００２６】
以上のようにして所望のＣＶＤ膜（例えば、ドープドポリシリコン膜）が堆積された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ９が下降されることによって処理室４が開口されるとともに、ボート１１に保持された状態で処理済みのウエハ１０群が処理室４からプロセスチューブ１の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００２７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００２８】
例えば、プロセスチューブはインナチューブとアウタチューブとによって構成するに限らず、アウタチューブは省略してもよい。
【００２９】
Ｄ／Ｓ＝７０に設定するに限らず、例えば、Ａ／Ｂ＝１±５％とすると、Ｄ／Ｓ＝６０以上に設定してもよい。
【００３０】
排気孔は一連の長孔である排気スリットによって構成するに限らず、複数個の孔によって構成してもよい。また、排気スリットおよび複数個の孔によって構成された排気孔の周方向の幅Ｓは、全長にわたって同一に設定するに限らず、増減させてもよい。
【００３１】
排気ダクトの周方向の幅Ｄおよび径方向の深さは、全長にわたって同一に設定するに限らず、増減させてもよい。
【００３２】
ガス導入ノズルに開設する噴出口の個数は、処理するウエハの枚数に一致させるに限らず、処理するウエハの枚数に対応して増減することができる。例えば、噴出口は上下で隣合うウエハ同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、二枚や三枚置きに配設してもよい。
【００３３】
ガス導入ノズルはインナチューブに膨出形成された予備室に敷設するに限らず、処理室の側壁内周に沿って敷設してもよい。また、ガス導入口はガス導入ノズルに開設するに限らず、マニホールドや処理室に開設してもよい。
【００３４】
前記実施の形態では処理がウエハに施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００３５】
前記実施の形態では、ドープドポリシリコン膜の堆積について説明したが、ドープドポリシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜の成膜方法全般に適用することができる。さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は酸化膜形成工程や拡散工程等の半導体装置の製造方法における熱処理（thermal treatment ）工程全般に適用することができる。
【００３６】
前記実施の形態ではバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置や酸化膜形成装置や拡散装置および他の熱処理装置（furnace ）等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理室の側壁外周面に異物が付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】（ａ）は図１のａ−ａ線に沿う平面断面図、（ｂ）は図１のｂ−ｂ線に沿う平面断面図である。
【図３】図１のｃ−ｃ線に沿う側面断面図である。
【図４】Ｄ／Ｓとガスの流れの均一性との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウタチューブ、４…処理室、５…隙間、６…マニホールド、７…排気口、８…排気ダクト部、９…シールキャップ、１０…ウエハ（基板）、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６、１７…補助端板、１８…補助保持部材、１９…保持溝、２０…ヒータユニット、２１…予備室、２２…ガス導入ノズル、２３…入口部、２４…噴出口（ガス導入口）、２５…排気スリット（排気孔）、２６…排気ダクト、２７…窒素ガス供給管、３０…原料ガス、３１…窒素ガス。

Claims

複数枚の基板を処理する処理室と、前記複数枚の基板を保持して前記処理室に搬入するボートと、前記処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記処理室の側壁に前記ボートに保持された前記複数枚の基板の全長よりも長く延びるように開設されて前記処理室を排気する排気スリットとを備えていることを特徴とする基板処理装置。
複数枚の基板を処理する処理室と、前記複数枚の基板を保持して前記処理室に搬入するボートと、前記処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記処理室の側壁に開設されて前記処理室を排気する排気孔と、この排気孔を被覆する排気ダクトとを備えており、
前記排気ダクトの周方向の幅Ｄと前記排気孔の周方向の幅との比が「７０」以上に設定されていることを特徴とする基板処理装置。
前記処理室の側壁の外側にはアウタチューブが設置されており、前記処理室と前記アウタチューブとの間の空間には窒素ガスが供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
複数枚の基板を保持したボートを処理室に搬入するステップと、処理ガスを前記処理室へ前記基板の主面に対して平行に導入し、この処理ガスを前記処理室の側壁に開設された排気孔およびこの排気孔を被覆した排気ダクトを通して排気するステップと、前記処理ガスの供給を停止するステップと、前記処理室から前記ボートを搬出するステップとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。