JP2009088308A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全かつメンテナンス性が高く、メンテナンス頻度を低下することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ１を処理する処理室１４と、処理室１４内にＨＣＤガス３６を供給する成膜ガス供給ライン５１と、処理室１４内を排気する排気ライン４２と、排気ライン４２に設けられ処理室１４内を排気するポンプ４１と、ポンプ４１よりも下流側に設けられ排気ガスを除害処理する除害装置４５とを備えたＣＶＤ装置１０において、ポンプ４１の下流側に除害装置４５を直結する。ポンプの後段において液化したＨＣＤを除害装置によって直ちに除去できるので、ポンプの背圧異常等が起こるのを未然に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
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、半導体素子（デバイス）を含む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。）にドープドポリシリコン（Doped-Poly Si ）膜やノンドープドポリシリコン（NonDoped-Poly Si）膜や窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜等の膜を熱ＣＶＤ装置を使用して堆積（デポジション）させる工程に利用して有効な技術に関する。

ＩＣの製造方法においては、ウエハにドープドポリシリコン膜やノンドープドポリシリコン膜や窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等のＣＶＤ膜を形成する工程にバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が、広く使用されている。
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。）は、ウエハが収容されるインナチューブおよび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て縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブによって形成された処理室に成膜ガス等を供給するガス供給管と、処理室を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを複数段の保持溝によって保持して処理室に対して搬入搬出するボートと、処理室への搬入搬出に対してボートが待機する待機室とを備えている。
待機室において複数枚のウエハがボートに装填（ウエハチャージング）された後に、待機室から予熱された処理室に搬入（ボートローディング）され、処理室に成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄ ）やジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）およびジクロロシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）がガス供給管から供給されるとともに、処理室が所定の熱処理温度にヒータユニットによって加熱されることにより、ウエハの上にシリコン膜またはシリコン化合物膜が堆積される。例えば、特許文献１参照。

特開２００１−２１７１９４号公報

しかしながら、ジクロロシランやヘキサクロロジシランを用いて成膜した場合、これらのガスは蒸気圧が低いために、成膜装置から排気システムを通り真空ポンプから排出された後に、ポンプと除害装置とを結ぶ配管の中で再液化を起こしてしまう可能性がある。
再液化を起こすと、ポンプの背圧異常を発生させたり、再液化により生じた液化物がメンテナンス時に大気中成分と反応することで、爆発性の化合物を生成する可能性がある。

本発明の目的は、安全かつメンテナンス性が高く、メンテナンス頻度を低下することができる基板処理装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記排気ラインに設けられ前記処理室内を排気するポンプと、
前記ポンプよりも下流側に設けられ排気ガスを除害処理する除害装置と、を有し、
前記ポンプと前記除害装置とが直結されていることを特徴とする基板処理装置。

本発明によれば、安全かつメンテナンス性が高く、メンテナンス頻度を低下することができる基板処理装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態においては、本発明に係る基板処理装置は、図１および図２に示された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。

図１に示されたＣＶＤ装置１０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１１を備えており、プロセスチューブ１１はインナチューブ１２とアウタチューブ１３とから構成されている。インナチューブ１２は石英（ＳｉＯ₂ ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ１３は石英または炭化シリコンが使用されて円筒形状に一体成形されている。
インナチューブ１２は上下両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１２の筒中空部はボートによって垂直方向に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１４を形成している。インナチューブ１２の下端開口は被処理基板としてのウエハを出し入れするための炉口１５を構成している。したがって、インナチューブ１２の内径は取り扱うウエハ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１３は内径がインナチューブ１２の外径よりも大きく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１２にそ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１２の下端とアウタチューブ１３の下端との間は円形リング形状に形成されたマニホールド１６によって気密封止されており、マニホールド１６がＣＶＤ装置１０の筐体３１によって支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられている。マニホールド１６の下端開口は炉口ゲートバルブ２９によって開閉されるようになっている。

マニホールド１６の側壁の上部には排気管１７が接続されており、排気管１７はインナチューブ１２とアウタチューブ１３との間に形成された隙間からなる排気路１８に連通した状態になっている。排気路１８はインナチューブ１２とアウタチューブ１３との隙間によって横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されており、排気管１７はマニホールド１６に接続されているため、排気路１８の最下端部に配置された状態になっている。
排気管１７には処理室１４を排気するポンプ４１が排気ライン４２を介して接続されており、排気ライン４２には流量制御弁４３と圧力計４４とが設備されている。流量制御弁４３は制御装置４０によって制御されるように構成されており、圧力計４４は計測結果を制御装置４０に送信するように構成されている。
ポンプ４１の吐出口側（下流側）には除害装置４５が直結されている。すなわち、ポンプ４１のアウトレット（出口）には除害装置４５のインレット（入口）が直接接続されており、ポンプ４１と除害装置４５との間には、ポンプ４１と除害装置４５とを接続する配管が設けられていない。
除害装置４５は排気ガスに含まれる有害物質を燃焼させたり、触媒に潜らせて中和させたり、溶媒に溶かし込んだりすることにより、排気ガスを無害化したり有害物質を除去したりするように構成されている。
排気管１７および排気ライン４２の配管の外周には、加熱機構としてのヒータ４６が敷設されている。ヒータ４６は排気管１７および排気ライン４２が１５０℃以上の温度を維持するように構成されている。

マニホールド１６の側壁の下部にはガス供給管１９が、インナチューブ１２の炉口１５に連通するように接続されている。ガス供給管１９によって炉口１５に供給されたガスは、インナチューブ１２の処理室１４を流通して排気路１８を通って排気管１７によって排気される。
ガス供給管１９には成膜ガス供給源５０と窒素ガス供給源６０とが、成膜ガス供給ライン５１と窒素ガス供給ライン６１とを介してそれぞれ接続されている。
成膜ガス供給ライン５１と窒素ガス供給ライン６１とには、制御装置４０によってそれぞれ制御される成膜ガス流量制御弁５２と窒素ガス流量制御弁６２とがそれぞれ設けられている。
ガス供給管１９および成膜ガス供給ライン５１の配管の外周には、加熱機構としてのヒータ５３が敷設されている。ヒータ５３はガス供給管１９および成膜ガス供給ライン５１が１５０℃以上の温度を維持するように構成されている。

マニホールド１６の下端面には処理室１４を閉塞するシールキャップ２０が、下側から当接されるようになっている。シールキャップ２０はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に形成されており、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２０の中心線上には、被処理基板としてのウエハ１を保持するためのボート２１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２１は石英または炭化シリコンが全体的に使用されて形成されており、上下で一対の端板２２、２３と、上側端板２２と下側端版２３との間に架設されて垂直に配設された複数本（図示例では三本）の保持部材２４とを備えている。各保持部材２４には多数条の保持溝２５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刻設されている。

アウタチューブ１３の外部にはプロセスチューブ１１内を加熱するヒータユニット３０が、アウタチューブ１３の周囲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３０はプロセスチューブ１１内を全体にわたって均一または予め設定された温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット３０はＣＶＤ装置１０の筐体３１に支持されることによって垂直に据え付けられた状態になっている。

図１に示されているように、筐体３１はヒータユニット設置室３２と、ボート２１が処理室１４に対しての搬入搬出に待機する待機室３３とを備えている。
待機室３３はロードロック方式に構成されている。ロードロック方式とは、ゲートバルブ等の隔離バルブを用いて処理室と被処理物の搬入搬出室とを隔離し、処理室への空気の流入を防止したり、温度、圧力等の外乱を小さくして品質の安定化を目的とした方式、である。
筐体３１の待機室３３の側壁には待機室３３を排気する排気管３４と、待機室３３にパージガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給管３５とがそれぞれ接続されている。排気管３４は流量制御弁４８および圧力計４９が設備された排気ライン４７を介してポンプ４１に接続されている。流量制御弁４８は制御装置４０によって制御されるように構成されており、圧力計４９は計測結果を制御装置４０に送信するように構成されている。
窒素ガス供給管３５は窒素ガス流量制御弁６４が設備された窒素ガス供給ライン６３を介して窒素ガス供給源６０に接続されており、窒素ガス流量制御弁６４は制御装置４０によって制御されるように構成されている。
なお、待機室３３の他の側壁にはゲートバルブによって開閉されるウエハ搬入搬出口が開設されている。待機室３３の内部にはシールキャップ２０を昇降させるボートエレベータ（図示せず）が設置されている。

次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を使用した本発明の一実施形態に係るＩＣの製造方法の成膜工程を、ウエハにシリコン膜を形成する場合について説明する。

複数枚のウエハ１がボート２１に装填されるウエハチャージングステップにおいては、図１に示されているように、ボート２１が待機室３３に待機され、炉口ゲートバルブ２９が閉じられた状態で、複数枚のウエハ１がボート２１にウエハ移載装置によって装填されて行く。
この際、待機室３３は窒素ガス供給管３５によって供給された窒素ガスによってパージされる。すなわち、制御装置４０は窒素ガス流量制御弁６４を制御することによって、窒素ガス供給源６０の窒素ガスを窒素ガス供給ライン６３を通じて窒素ガス供給管３５から待機室３３に供給させ、待機室３３の圧力を大気圧（約１０１３ｈＰａ）に維持する。
この待機室３３の窒素ガスパージによって、ウエハ１における自然酸化膜の生成を防止しつつ、大気圧下でのウエハチャージング作業を実施することができる。

所定の枚数のウエハ１が装填されたボート２１が処理室１４にボートローディングされるボートローディングステップにおいては、炉口ゲートバルブ２９が開けられ炉口１５が開口された後に、ボート２１はボートエレベータによって差し上げられてインナチューブ１２の炉口１５から処理室１４にボートローディングされて行き、図２に示されているように、炉口１５を気密シールしたシールキャップ２０に支持されたままの状態で、処理室１４に存置される。
このボートローディングに際して、待機室３３および処理室１４はそれぞれ２００Ｐａとなるように、窒素ガス供給管３５およびガス供給管１９から窒素ガスを供給しつつ、排気管３４および排気管１７によってそれぞれ排気される。
すなわち、制御装置４０は窒素ガス流量制御弁６４を制御することによって窒素ガス供給管３５から待機室３３への窒素ガス流量を制御し、流量制御弁４８を制御することによって待機室３３を排気し、待機室３３を２００Ｐａまで減圧して維持する。
また、制御装置４０は窒素ガス流量制御弁６２を制御することによってガス供給管１９から処理室１４への窒素ガス流量を制御し、流量制御弁４３を制御することによって処理室１４を排気し、処理室１４の圧力を２００Ｐａに維持する。
この状態すなわち待機室３３と処理室１４との圧力が略等しくなった状態で、炉口ゲートバルブ２９が開けられることにより、処理室１４と待機室３３が連通し、２００Ｐａの圧力のもとボートローディングが行われる。
この際、炉口ゲートバルブ２９が閉じられて、炉口１５が気密にシールされている。
また、処理室１４の温度は熱処理温度を維持するように制御されている。
さらに、ガス供給管１９および成膜ガス供給ライン５１がヒータ５３によって１５０℃以上に加熱され、排気管１７および排気ライン４２がヒータ４６によって１５０℃以上に加熱されている。

処理室１４においてボート２１によって保持されたウエハ１を処理する処理ステップにおいては、処理室１４の内部が所定の真空度となるようにガス供給管１９から窒素ガスを流しつつ、排気管１７によって排気される。
すなわち、制御装置４０は窒素ガス流量制御弁６２を制御することによってガス供給管１９から処理室１４への窒素ガス流量を制御し、流量制御弁４３を制御することによって処理室１４を排気し、処理室１４内を所定の圧力に減圧する。

次いで、処理ガス３６としてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂ Ｃｌ₆ 、以下、ＨＣＤという。）ガスが処理室１４に、ガス供給管１９によって供給され、ウエハ１の表面に所望の薄膜としてのシリコン膜が熱ＣＶＤ法により堆積（デポジション）される。
すなわち、制御装置４０は成膜ガス流量制御弁５２を制御することによって、処理ガス３６としてのＨＣＤガスを処理室１４へガス供給管１９によって供給する。
供給された処理ガス３６はインナチューブ１２の処理室１４を上昇し、上端開口からインナチューブ１２とアウタチューブ１３との隙間によって形成された排気路１８に流出して排気管１７から排気される。

予め設定された処理時間が経過すると、シールキャップ２０が下降されて処理室１４の炉口１５が開口されるとともに、ボート２１に保持された状態でウエハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
このボートアンローディングステップにおいては、処理室１４の圧力は２００Ｐａに増圧され、２００Ｐａに維持されている待機室３３の圧力と略同一となる。
すなわち、制御装置４０は窒素ガス流量制御弁６２を制御することによって、ガス供給管１９から処理室１４への窒素ガス流量を制御し、流量制御弁４３を制御することによって、処理室１４の圧力を２００Ｐａに増圧し維持する。
このようにして、ボートアンローディングステップが２００Ｐａのような低圧下において実施されると、処理済のウエハ１の自然酸化膜の生成をきわめて効果的に防止することができる。

待機室３３にボートアンローディングされたボート２１から処理済のウエハ１が脱装されるウエハディスチャージングステップにおいては、待機室３３は窒素ガス供給管３５によって供給された窒素ガスによってパージされる。
すなわち、制御装置４０は窒素ガス流量制御弁６４を制御することによって、窒素ガス供給源６０の窒素ガスを窒素ガス供給ライン６３を通じて窒素ガス供給管３５から待機室３３に供給させ、待機室３３の圧力を大気圧まで増圧して維持する。
この待機室３３の窒素ガスパージによって、高温になった処理済のウエハ１を強制的に冷却することができる。
処理済のウエハ１の温度がウエハ移載装置の取扱可能温度まで低下すると、処理済のウエハ１群がボート２１からウエハ移載装置によって脱装される。この際、待機室３３は窒素ガスパージされているので、処理済のウエハ１における自然酸化膜の生成を防止しつつ、大気圧下でのウエハディスチャージング作業を実施することができる。

以降、前述した各ステップが反復されることにより、成膜工程が繰り返し実施されて行く。

以上の成膜工程において処理ガス３６として使用されたＨＣＤガスには水素原子（Ｈ）が含有しないために、ＨＣＤガスの熱ＣＶＤ法によってウエハ１上に形成されたシリコン膜には水素が含有しない。
したがって、ＨＣＤによってシリコン膜が形成されたウエハが、この後の工程において、ＨＣＤガスによる成膜温度以上の温度に曝された時に、残留水素が周囲の膜に拡散し、デバイス特性を劣化させることはない。
なお、次の成膜条件の例によれば、水素が含有していないシリコン膜を、１Å／分の成膜レートをもって形成できることが確認された。
温度：６００℃、圧力：６．５Ｔｏｒｒ（約８．６６４５ｈＰａ）、ＨＣＤガスの流量：０．１ｓｌｍ。

ところで、ＨＣＤは蒸気圧以下になると、液化するために、ガス供給管１９や成膜ガス供給ライン５１や排気管１７および排気ライン４２に付着する可能性がある。
しかし、本実施の形態においては、ガス供給管１９や成膜ガス供給ライン５１をヒータ５３によって１５０℃以上に加熱し、排気管１７および排気ライン４２をヒータ４６によって１５０℃以上に加熱することにより、ＨＣＤが液化するのを防止することができるので、その付着を防止することができる。
万一、ＨＣＤが液化したとしても、窒素ガス供給源６０の窒素ガスを窒素ガス供給ライン６１を通じて、ガス供給管１９や成膜ガス供給ライン５１や排気管１７および排気ライン４２に流すことにより、付着を防止することができる。

ここで、ポンプ４１の後段においては常圧になるために、未反応のＨＣＤが液化する。液化したＨＣＤはポンプ４１の背圧異常等を引き起こすので、除去する必要がある。
本実施の形態においては、ポンプ４１と、その後段に設けられる除害装置４５とが直結されており、両者間には両者を接続する配管が設けられていないので、ポンプ４１の後段においてＨＣＤが液化したとしても、液化したＨＣＤをポンプ４１の吐出側に直結された除害装置４５によって直ちに除去することができるので、ポンプ４１の背圧異常等が起こるのを未然に防止することができ、また、液化したＨＣＤがメンテナンス時に大気中成分と反応することで爆発性の化合物を生成するのを未然に防止することができる。
性る。

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。

例えば、付着した原料を不活性化または除去するためのアンモニア（ＮＨ₃ ）ガスパージ機構を設けてもよい。
ＨＣＤは大気中の水分と反応し、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）や塩酸（ＨＣｌ）やポリシロキサン等を生成する可能性があるため、ＣＶＤ装置の状態維持や安全性確保の観点から、ＣＶＤ装置のメンテナンス前には残留成分の除去や失活処理が必要になる。
そこで、メンテナンスの大気開放前にアンモニアを供給することにより、残留成分を除去または失活処理することが好ましい。アンモニアガスパージ機構は、ガス供給管１９、成膜ガス供給ライン５１、排気管１７、排気ライン４２の少なくともいずれかに設けるのが好ましく、成膜ガス供給ライン５１および排気管１７に設けるのがより好ましい。

未反応ＨＣＤを除去または不活性化するためのアンモニアガスパージ機構やクリーニングガス（例えば、三弗化塩素（ＣｌＦ₃ ）ガス）パージ機構を設けてもよい。

ＣＶＤ装置はシリコン膜の成膜工程に限らず、ドープドポリシリコン膜、窒化シリコン、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜、ドープドアモルファスシリコン膜、酸化シリコン膜、さらには、酸化タンタル膜、酸化ジルコニウム膜等の金属酸化膜等、ＣＶＤによる成膜工程全般に適用することができる。

アウタチューブとインナチューブとからなるプロセスチューブを備えたバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、本発明はアウタチューブだけのプロセスチューブを備えたものや枚葉式ＣＶＤ装置等の他のＣＶＤ装置、さらには、各種の熱処理工程を実施する熱処理装置（furnace ）等の基板処理装置全般に適用することができる。

前記実施の形態ではウエハに処理が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。

本発明の第一の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。 ボートローディングステップ後の主要部を示す正面断面図である。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、
１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…インナチューブ、１３…アウタチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気管、１８…排気路、１９…ガス供給管、２０…シールキャップ、
２１…ボート、２２、２３…端板、２４…保持部材、２５…保持溝、
２９…炉口ゲートバルブ、
３０…ヒータユニット、３１…筐体、３２…ヒータユニット設置室、３３…待機室、
３４…排気管、３５…窒素ガス供給管、３６…処理ガス（ＨＣＤガス）、
４０…制御装置、４１…ポンプ、４２…排気ライン、４３…流量制御弁、４４…圧力計、４５…除害装置、４６…ヒータ（加熱機構）、
４７…排気ライン、４８…流量制御弁、４９…圧力計、
５０…成膜ガス供給源、５１…成膜ガス供給ライン、５２…成膜ガス流量制御弁、５３…ヒータ（加熱機構）、
６０…窒素ガス供給源、６１、６３…窒素ガス供給ライン、６２、６４…窒素ガス流量制御弁。

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、
   前記処理室内を排気する排気ラインと、
   前記排気ラインに設けられ前記処理室内を排気するポンプと、
   前記ポンプよりも下流側に設けられ排気ガスを除害処理する除害装置と、を有し、
   前記ポンプと前記除害装置とが直結されていることを特徴とする基板処理装置。

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