JP2024065244A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】断熱部の冷却時間を短縮させる基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法及びプログラムを提供する。【解決手段】基板処理装置は、基板を処理する処理室２１と、処理室の下方の開口を閉塞する蓋と、該蓋を上下に移動させるエレベータと、蓋と基板との間に設置され、上端が閉塞した筒形状に形成された筒部を備えた断熱部３３と、蓋が開口を閉塞している状態で筒部内の吐出口からパージガスを供給して断熱部内をパージし、且つ、蓋が開口を閉塞していない状態で吐出口から冷却ガスを供給して前記断熱部を冷却する冷却ガス供給部４４と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法及びプログラムに関するものである。

半導体装置の製造方法に於いて、基板を処理する装置として、縦型基板処理装置を使用する場合がある。又、基板を保持するボート、基板を処理する処理室を備え、各処理室に対してボートを順次搬入出し、基板を処理する基板処理装置がある。

ボートは、処理室内の温度を維持する為、下部に筒状の断熱部を有している。基板の冷却工程では、ボートに対して冷却ガスを吹付け、基板と断熱部の冷却が行われることがある。断熱部は基板よりも熱容量が大きい為、冷却工程では、断熱部の冷却時間に合わせて冷却時間を設定する必要がある。

特開２０１８－４９８５３号公報

本開示は、断熱部の冷却時間を短縮させることを可能とする技術を提供するものである。

本開示の一態様によれば、基板を処理する処理容器と、該処理容器の下方の開口を閉塞する蓋と、該蓋を上下に移動させるエレベータと、前記蓋と前記基板との間に設置され、上端が閉塞した筒形状に形成された筒部を備えた断熱部と、前記蓋が前記開口を閉塞している状態で前記筒部内の吐出口からパージガスを供給して前記断熱部内をパージし、且つ、前記蓋が前記開口を閉塞していない状態で前記吐出口から冷却ガスを供給して前記断熱部を冷却する冷却ガス供給部と、を備える技術が提供される。

本開示によれば、断熱部の冷却時間を短縮させることが可能となる。

本開示の実施例に係る基板処理装置の一例を示す横断面図である。 本開示の実施例に係る処理炉の一例を示す縦断面図である。 本開示の実施例に係る断熱部の一例を示す縦断面図である。 本開示の実施例に係る基板処理装置のコントローラの制御系を示すブロック図である。 本開示の実施例に係る基板処理方法を説明するフローチャートである。 本開示の実施例に係る供給配管の変形例を示す斜視図である。

以下、本開示の一態様について、主に図１～図５を参照しつつ説明する。尚、以下の説明に於いて用いられる図面は、何れも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。又、複数の図面の相互間に於いても、各要素の寸法等の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。尚、全図面中、同一又は対応する構成については、同一又は対応する符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施例に於いて、基板処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造方法に於ける製造工程の一工程として、熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置（以下、基板処理装置と称する）１として構成されている。

図１に示される様に、基板処理装置１は、処理モジュール２を備え、処理モジュール２は、おおよそ直方体の輪郭を有する筐体又は躯体を有している。処理モジュール２は、処理炉４と搬送室５により構成される。

処理炉４の下方には、搬送室５が配置され、搬送室５の正面側に隣接して、移載室１１が配置されている。移載室１１は、おおよそ直方体の外形の筐体を有し、基板としてのウェーハ８を移載する移載機９が備えられる。移載室１１の正面側には、ウェーハ８を複数枚収納するポッド（ＦＯＵＰ）１２を収納する収納室１３が連結されている。収納室１３、処理モジュール２、移載室１１は、互いに直交する面から構成される多面体を基調とした外径を有し、それぞれ着脱可能に構成され、その接続部は適切な気密性を有する。収納室１３の前面には、Ｉ／Ｏポート１４が設置され、Ｉ／Ｏポート１４を介して基板処理装置１の内外にポッド１２が搬入出される。又、移載室１１に隣接して、載置台１６が設置され、載置台１６に載置されたポッド１２からウェーハ８が搬送される。

搬送室５と移載室１１との境界壁（隣接面）には、両者の間で基板を搬入する為のゲートバルブ１５が設置される。移載室１１内及び搬送室５内には圧力検知器がそれぞれ設置されており、移載室１１内の圧力は、搬送室５内の圧力よりも低くなる様に設定されている。又、移載室１１内及び搬送室５内には酸素濃度検知器がそれぞれ設置されており、移載室１１内及び搬送室５内の酸素濃度は大気中に於ける酸素濃度よりも低く維持されている。移載室１１の天井部には、移載室１１内にクリーンエアを供給するクリーンユニット１７が設置されており、移載室１１内にクリーンエアとして、例えば不活性ガスを循環させる様に構成されている。移載室１１内を不活性ガスにて循環パージすることにより、移載室１１内を清浄な雰囲気とすることができる。この様な構成により、移載室１１内に搬送室５内のパーティクル等が混入することを抑制することができ、移載室１１内及び搬送室５内でウェーハ８上に自然酸化膜が形成されるのを抑制することができる。

図２に示される様に、処理炉４は、円筒形状の処理容器１８（反応管１８）と、反応管１８の外周に設置された加熱手段（加熱機構）としてのヒータ１９とを備える。反応管１８は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）によって形成される。反応管１８の内部には、基板としてのウェーハ８を処理する処理室２１が形成される。又、反応管１８には、温度検出器としての温度検出部２２が反応管１８の内壁に沿って立設されている。

基板処理に使用されるガスは、ガス供給系としてのガス供給機構２３によって処理室２１内に供給される。ガス供給機構２３が供給するガスは、成膜される膜の種類に応じて換えられる。ここでは、ガス供給機構２３は、原料ガス供給部、反応ガス供給部及び不活性ガス供給部を含む。ガス供給機構２３は、後述する供給ボックス２４（ガスボックス２４）に収納されている。

原料ガス供給部は、ガス供給管２５ａを備え、ガス供給管２５ａには、上流方向から順次、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）２６ａ及び開閉弁であるバルブ２８ａが設けられている。ガス供給管２５ａはマニホールド２７の側壁を貫通するノズル２９ａに接続されている。ノズル２９ａは、反応管１８内に上下方向に沿って立設し、基板保持具としてのボート３１に保持されるウェーハ８に向って開口する複数の供給孔が形成されている。ノズル２９ａの供給孔を通してウェーハ８に対して原料ガスが供給される。

以下、同様の構成にて、反応ガス供給部からは、ガス供給管２５ｂ、ＭＦＣ２６ｂ、バルブ２８ｂ及びノズル２９ｂを介して、反応ガスがウェーハ８に対して供給される。不活性ガス供給部からは、ガス供給管２５ｃ，２５ｄ、ＭＦＣ２６ｃ，２６ｄ、バルブ２８ｃ，２８ｄ、及びノズル２９ａ，２９ｂを介して、ウェーハ８に対して不活性ガスが供給される。尚、ガス供給管２５ａ～２５ｄを合わせてガス供給管２５とも称し、ＭＦＣ２６ａ～２６ｄを合わせてＭＦＣ２６とも称し、バルブ２８ａ～２８ｄを併せてバルブ２８とも称し、ノズル２９ａ，２９ｂを合わせてノズル２９とも称す。

反応管１８の下端開口部に於いて、円筒形のマニホールド２７は、Ｏリング等のシール部材を介して連結され、反応管１８の下端を支持している。マニホールド２７の下端開口部は、搬送室５の天井に対応して配置されており、下端開口は搬送室５と連通し、円盤状の蓋部３２によって開閉される。蓋部３２の上面にはＯリング等のシール部材が設置されており、これにより反応管１８と外気とが気密にシールされる。蓋部３２上には、断熱部３３が載置される。尚、反応管１８とマニホールド２７とを合わせて反応管（処理容器）１８とも称す。この場合、反応管１８の下端の開口は蓋部３２によって閉塞される。

マニホールド２７には、軸心に対して直交する方向、即ち反応管１８の管軸に対して直交する方向に延出する排気ポート３０が形成され、排気ポート３０を介して排気管３４が取付けられている。排気管３４には、処理室２１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３５と、圧力調整器（圧力調整部）としてのコンダクタンス可変バルブ３６を介して、真空排気装置としてのブースタポンプ３８に接続されている。尚、コンダクタンス可変バルブ３６は、ＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブとゲートバルブの２つのバルブを直列に接続して構成された２段構成のバルブとなっている。又、ＡＰＣバルブは、排気管３４の断面積と同等若しくはそれ以上の流路断面積で開放可能なバタフライバルブとなっている。この様な構成により、処理室２１内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。主に、排気管３４、圧力センサ３５、コンダクタンス可変バルブ３６により、排気系３９が構成される。ブースタポンプ３８を排気系３９に含めてもよい。

処理室２１は、複数枚、例えば１０～１５０枚のウェーハ８を垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート３１を内部に収納する。ボート３１は、蓋部３２及び断熱部３３を貫通する回転軸４１により、断熱部３３の上方に支持され、ウェーハ８を反応管１８内で保持する。回転軸４１は、中空であり、蓋部３２の下方に設置された回転機構４２に回転可能に支持される。回転軸４１は反応管１８の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成される。蓋部３２は、搬送室５に配置された昇降機構（エレベータ）としてのボートエレベータ４３により上下方向に駆動される。これにより、ボート３１及び蓋部３２が一体的に昇降され、反応管１８に対してボート３１が搬入出される。下降されたボート３１は搬送室５に収容され、ボート３１へのウェーハ８の移載は搬送室５で行われる。

断熱部３３内には、冷却ガス供給部４４を介して冷却ガス及びパージガスが導入される様構成されている。冷却ガス供給部４４は、導入部４５と、導入部４５に接続された供給配管４６と、供給配管４６に接続されたガス供給管４７ａ、ガス供給管４７ａから分岐するガス供給管４７ｂを備えている。

ガス供給管４７ａには、上流方向から順次、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）４８ａ及び制御弁であるバルブ４９ａが設けられている。ガス供給管４７ｂには、上流方向から順次、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）４８ｂ及び制御弁であるバルブ４９ｂが設けられている。ガス供給管４７ａ，４７ｂ及びＭＦＣ４８ａ，４８ｂ、バルブ４９ａ，４９ｂは、ガスボックス２４に収納される。冷却ガス供給部４４は、ガス供給機構２３の一部であってもよい。尚、ガス供給管４７ａ，４７ｂを合わせてガス供給管４７とも称し、ＭＦＣ４８ａ，４８ｂを合わせてＭＦＣ４８とも称し、バルブ４９ａ，４９ｂを合わせてバルブ４９とも称す。

導入部４５は、回転機構４２の上下方向に沿って立設された導入管４５ａと、回転機構４２の側方に形成された導入管４５ａと接続されるポート４５ｂとを有している。従って、導入管４５ａは回転機構４２に対して固定的に設けられ、ボートエレベータ４３によって、蓋部３２と一体に上下方向に移動する様構成されている。尚、前記導入管４５ａは、蓋部３２に固定的に設けられてもよい。

ポート４５ｂを介して導入管４５ａと回転機構４２の内部が連通され、回転軸を上下方向に貫通する穴４５ｃを介して回転機構４２と断熱部３３内が連通する。導入管４５ａと、ポート４５ｂと、回転機構４２内部と回転軸４１との間の空間と、回転軸４１を貫通する穴４５ｃとにより導入部４５が構成されるので、回転軸４１は、導入部４５の一部を構成する。従って、回転軸４１の内部（穴４５ｃ）と断熱部３３の内部とが流体連通すると共に、穴４５ｃを介して断熱部３３と回転機構４２内とが流体連通する。

供給配管４６は、例えばフッ素を含む合成樹脂製であり、可撓性を有する。又、供給配管４６は、所定の長さを有し、撓んだ状態で導入管４５ａ及びガス供給管４７ａに接続されている。ここで、供給配管４６は、ボート３１の位置に拘らず、導入管４５ａ及びガス供給管４７ａとの接続状態が維持可能な長さを有している。従って、ボート３１と共に導入部４５が上下方向に昇降した場合であっても、導入部４５、供給配管４６、ガス供給管４７ａとの間で流体連通が維持される。この場合、供給配管４６のガス供給管４７ａ側（上流側）の端部が移動しない固定端となり、導入管４５ａ側（下流側）の端部がボート３１と共に上下する移動端となる。

ガス供給管４７ａは冷却ガス供給源に接続され、ガス供給管４７ａ、供給配管４６、導入部４５を介して断熱部３３内に冷却ガスを供給する。ガス供給管４７ｂはパージガス供給源に接続され、ガス供給管４７ｂ、ガス供給管４７ａ、供給配管４６、導入部４５を介して断熱部３３内にパージガスを供給する。従って、制御弁としてのバルブ４９ａ，４９ｂの開閉により、冷却ガス及びパージガスの供給をＯＮ／ＯＦＦする、つまり供給とその停止を切り替えることが可能であると共に、冷却ガス及びパージガスを選択して断熱部３３内に供給可能となっている。

冷却ガスとしては、例えば常温の工業用窒素ガスや空気（人工空気）等が使用可能である。又、パージガスとしては、半導体プロセス用の純窒素ガスや通常の窒素ガス等が使用可能である。従って、ガスの加熱や冷却等が不要であるので、安価に適用することができる。工業用窒素ガスは、工業用液化窒素を気化させて用意することができ、そのようなガスは純度が高いためパージガスとしても利用できる。

尚、導入管４５ａは、供給配管４６の一部として構成してもよい。この場合、供給配管４６が可撓性を有する可撓部となり、導入管４５ａは供給配管４６の移動端と回転機構４２とを接続する為の可撓性を有さない非可撓部となる。

回転機構４２、ボートエレベータ４３、ガス供給機構２３のＭＦＣ２６ａ～２６ｄ、バルブ２８ａ～２８ｄ、コンダクタンス可変バルブ３６、冷却ガス供給部４４のＭＦＣ４８ａ，４８ｂ及びバルブ４９ａ，４９ｂには、これらを制御するコントローラ５１（後述）が接続される。コントローラ５１は、例えばＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）を有し、処理モジュール２の動作を制御する様に構成される。

図４を参照して、断熱部３３及び回転機構４２の詳細について説明する。回転機構４２は、上端が開口し、下端が閉塞した略円筒形状に形成されたケーシング５３を備えており、ケーシング５３は蓋部３２の下面に配置されている。ケーシング５３の内部には細長い円筒形状の内軸５４が配置されている。ケーシング５３の内部には、内軸５４の外径よりも大径の円筒形状に形成された外軸５５が配置されており、外軸５５は内軸５４との間に介設された上下で一対の内側ベアリング５６ａ，５６ｂと、ケーシング５３との間に介設された上下で一対の外側ベアリング５７ａ，５７ｂとによって回転自在に支承されている。

内側ベアリング５６ａ及び外側ベアリング５７ａにはそれぞれシール部としての磁性流体シール５８ａ，５８ｂが設置されている。ケーシング５３の閉塞壁下面には外軸５５の下端部をシールするキャップ５９が固定されている。磁性流体シール５８ａ，５８ｂにより、回転軸４１と蓋部３２との間の気密が維持されると共に、磁性流体シール５８ａ，５８ｂとキャップ５９とにより、ケーシング５３が密封構造となる。外軸５５の外周に於ける外側ベアリング５７ａと外側ベアリング５７ｂとの間にはウオームホイール６１が固定されている。ウオームホイール６１には電動モータ６２によって回転駆動されるウオーム軸６３が噛合されている。

ケーシング５３の磁性流体シール５８ａ，５８ｂよりも処理室２１側には、ポート４５ｂが形成される。従って、磁性流体シール５８ａ，５８ｂよりも処理室２１側で、ケーシング５３と回転軸４１との間の空間４５ｄがポート４５ｂを介して導入管４５ａと連通する。又、回転軸４１に形成された穴４５ｃを介して空間４５ｄと断熱部３３内とが連通する。

内軸５４の内側には、処理室２１内にてウェーハ８を下方から加熱する第２の加熱手段（加熱機構）としてのヒータであるサブヒータ６４が垂直に挿通されている。サブヒータ６４は垂直に延伸する支柱部６５と、支柱部６５に対して水平に接続された発熱部６６とを備えている。支柱部６５は、内軸５４の上端位置に於いて耐熱樹脂で形成された支持部６８によって支持される。又、支柱部６７の下端部はケーシング５３の閉塞壁下面より下の位置に於いてＯリングを介して真空用継手としての支持部６８によって支持される。

発熱部６６はウェーハ８の外径よりも小径の略環状に形成されており、ウェーハ８と平行になる様に支柱部６５により接続支持されている。発熱部６６の内部には、コイル状の抵抗発熱体である発熱体６９を構成するヒータ素線が封入されている。発熱体６９は、例えば、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、二珪化モリブデン等により形成される。

外軸５５の上面には下端にフランジを有する円筒形状の回転軸４１が固定されている。回転軸４１には、その中心にサブヒータ６４を貫通させる貫通穴が形成されている。回転軸４１の上端部に於いて、サブヒータ６４を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状の受け部７１は、蓋部と所定の間隔ｈ１を空けて固定されている。ｈ１は２～１０ｍｍに設定されるのが好ましい。ｈ１が２ｍｍよりも小さいと、ボート回転時に部材同士が接触してしまったり、コンダクタンス低下によって後述する筒部である円筒部７０内のガス排気速度が低下してしまったりする場合がある。ｈ１が１０ｍｍよりも大きいと、処理ガスが円筒部７０内に多量に侵入してしまう場合がある。

受け部７１は、例えば、ステンレス等の金属で形成されている。受け部７１の上面には、断熱体７２を保持する断熱体保持具としての保持部７３と、円筒部７０が載置されている。受け部７１、保持部７３、円筒部７０及び断熱体７２により断熱部３３が構成されている。円筒部７０は、サブヒータ６４を内部に収納する様に上端が閉塞した筒形状に形成されている。図３に示す様に、平面視に於いて、保持部７３と円筒部７０との間の領域には、円筒部７０内を排気する穴径ｈ２の排気孔７４が形成されている。排気孔７４は、例えば、受け部７１の同心円上に沿って、等間隔に複数形成されている。ｈ２は１０～４０ｍｍに設定されるのが好ましい。ｈ２が１０ｍｍよりも小さいと、コンダクタンス低下により、円筒部７０内のガス排気速度が低下してしまう場合がある。ｈ２が４０ｍｍよりも大きいと、受け部７１の耐荷重強度が低下してしまい、破損してしまう場合がある。

図３に示す様に、保持部７３は中心にサブヒータ６４を貫通させる貫通穴７５を有する円筒状に構成されている。導入管４５ａは、ケーシング５３の側面に設けられたポート４５ｂに接続され、ポート４５ｂは蓋部３２（回転軸４１）及び受け部７１を貫通する貫通光と連通し、該貫通穴を介して貫通穴７５に開口する。即ち、導入部４５と貫通穴７５とは流体連通している。

保持部７３の下端は、受け部７１よりも小さな外径の外向きフランジ形状を有する。保持部７３の上端は、上下端の間の柱部分の径よりも大きな径に形成され、パージガス及び冷却ガスの吐出口７６を構成している。貫通穴７５の直径は、サブヒータ６４の支柱部６５の外壁の直径よりも大きく構成されており、この様な構成により、保持部７３と支柱部６５との間に、円環状の空間が形成され、円筒状の空間を断熱部３３内に冷却ガス及びパージガスを供給するガス供給路第１流路とすることができる。

保持部７３は、例えば、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料から形成される。保持部７３は下端のフランジと柱との接続面が曲面となる様に形成されている。この様な構成により、接続面に応力が集中することを抑制し、保持部７３の強度を高めることができる。又、接続面を滑らかな形状とすることにより、パージガスの流れを妨げることなく、円筒部７０内に於けるパージガスの淀み発生を抑制することができる。

吐出口７６から円筒部７０の内側上方に向けて、例えばパージガスが供給される。吐出口７６を円環状の開口とすることにより、円筒部７０の上端及び円環状の平面径方向の全周方向にわたって均一にパージガスを供給することができる。又、吐出口７６の径を、柱部分の径よりも大きくすることにより、円筒部７０内の径方向及び円筒部７０内の上方空間に向けて広範囲にパージガスを供給することができる。この様に、円筒部７０内の、特に、発熱部６６が設置される上端部（天井部）付近をパージガスで積極的にパージすることにより、発熱部６６に処理ガスが曝されることを抑制できる。吐出口７６から供給されたパージガスは、保持部７３と円筒部７０の内壁との間の空間である第２流路を経由して円筒部７０外へ排気される。

保持部７３の柱には、断熱体７２として反射板７２Ａと断熱板７２Ｂが設置されている。反射板７２Ａは保持部７３の上部に、例えば、溶接されることにより固定的に保持されている。断熱板７２Ｂは、保持部７３の中間部に、例えば、溶接されることによって固定的に保持されている。断熱板７２Ｂの上下の保持部７３には、保持棚７７が形成されており、断熱板７２Ｂを追加で保持することが可能となっている。保持棚７７は保持部７３の柱の外壁から外方に向けて水平に伸びる様に構成されている。この様な構成により、断熱板７２Ｂを水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されて多段に保持することができる。反射板７２Ａと断熱板７２Ｂとの間には所定の間隔ｈ３が形成されている。ｈ３は５０～３００ｍｍに設定されるのが好ましい。

反射板７２Ａは、ウェーハ８の直径よりも小さい直径の円板形状で、例えば、不透明石英で形成されおり、上方の保持棚７７に所定の間隔ｈ４で保持されている。ｈ４は２～１０ｍｍに設定されるのが好ましい。ｈ４が２ｍｍよりも小さいと、反射板７２Ａ間にガスが滞留してしまう場合がある。又、ｈ４が１０ｍｍよりも大きいと、熱反射性能が低下してしまう場合がある。

断熱板７２Ｂは、ウェーハ８の外径よりも小さい外径の円板形状であって、好ましくは熱容量及び熱伝導率が小さい材料により形成され、例えば、石英、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＣ等により形成される。ここでは、４枚の断熱板７２Ｂが下方の保持棚７７に所定の間隔ｈ５で保持されている。ｈ５は２ｍｍ以上に設定されるのが好ましい。ｈ５が２ｍｍよりも小さいと、断熱板７２Ｂ間にガスが滞留してしまう場合がある。

反射板７２Ａと断熱板７２Ｂの保持枚数は上述の枚数に限らず、少なくとも、断熱板７２Ｂの保持枚数が反射板７２Ａの保持枚数以上であれば良い。この様に、上方に反射板７２Ａを設置し、下方に断熱板７２Ｂを設置することにより、反射板７２Ａにてサブヒータ６４からの輻射熱を反射し、又、断熱板７２Ｂによってヒータ１９及びサブヒータ６４からの輻射熱を、ウェーハ８から離れたところで断熱することにより、ウェーハ８の温度応答性を改善する事ができ、昇温時間を短縮することができる。

円筒部７０の上面には、ボート３１が設置される。円筒部７０の上面の外周には全周にわたって溝が形成されており、この溝にボート３１のリング状の底板が載置される。この様な構成とすることにより、サブヒータ６４を回転させることなく、円筒部７０及びボート３１を回転させることが可能となる。

円筒部７０の上端は凸状に形成されている。円筒部７０の上端の内周（内壁）側は、側面の内周面よりも内側に突出した水平面Ｓ１と、水平面Ｓ１に連続して設けられた傾斜面Ｓ２と、傾斜面Ｓ２から鉛直方向に連続して設けられた垂直面Ｓ３と、垂直面Ｓ３から連続して設けられた水平面Ｓ４とで形成されている。即ち、凸状の水平面Ｓ１と垂直面Ｓ３との接続部分（角部）がテーパー状になっており、円筒部上部に近付くにつれて平面視に於ける断面積が漸次小さくなる様に形成されている。又、垂直面Ｓ３と水平面Ｓ４との接続部分は曲面に形成されている。この様な構成とすることにより、円筒部７０内のガスの流れを良くすることができ、凸状部分に於けるガスの滞留を抑制することができる。又、吐出口７６から供給されたパージガスは、円筒部７０上面の内壁にぶつかり円周方向に流れたあと、円筒部７０内の側壁に沿って上方から下方へ流れる為、円筒部７０内でパージガスのダウンフローを形成しやすくなる。即ち、第２流路に於いてダウンフローを形成することができる。更に、水平面Ｓ１により、ボート載置部分の下側の厚さを円筒部７０の円柱部分の厚さよりも厚くすることができる為、円筒部７０の強度を増すことができる。

発熱部６６は支柱部６５の上端と円筒部７０上面の内壁との間の領域に設置されており、好ましくは、発熱部６６の少なくとも一部が傾斜面Ｓ２の高さ位置の中に納まる様に設置されている。即ち、高さ方向に於いて、水平面Ｓ１と傾斜面Ｓ２との接点と傾斜面Ｓ２と垂直面Ｓ３との接点との間の領域に発熱部６６が収まる様に設置される。

上述に於いては、便宜上、断熱部３３に円筒部７０を含めた。一方で、主に断熱を行っているのはサブヒータ６４以下の領域、即ち、断熱体７２の領域であることから、断熱体７２を断熱部と称することもできる。この場合、サブヒータ６４はボート３１と断熱部との間に設けられているとも言える。

図４に示す様に、コントローラ５１は、ＭＦＣ２６ａ～２６ｄ、４８ａ，４８ｂ、バルブ２８ａ～２８ｄ、４９ａ，４９ｂ、圧力センサ３５、コンダクタンス可変バルブ３６、ブースタポンプ３８、ヒータ１９、サブヒータ６４、温度検出部２２、回転機構４２、ボートエレベータ４３等の各構成と電気的に接続され、それらを自動制御する。コントローラ５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７８、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７９、記憶装置８１、Ｉ／Ｏポート８２を備えたコンピュータとして構成される。ＲＡＭ７９、記憶装置８１、Ｉ／Ｏポート８２は、内部バス８３を介して、ＣＰＵ７８とデータ交換可能な様に構成される。Ｉ／Ｏポート８２は、上述の各構成に接続されている。コントローラ５１には、例えばタッチパネル等との入出力装置８４が接続されている。

記憶装置８１は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置８１内には、基板処理装置１の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１の各構成に成膜処理等を実行させる為のプログラム（プロセスレシピやクリーニングレシピ等のレシピ）が読み出し可能に格納されている。ＲＡＭ７９は、ＣＰＵ７８によって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

ＣＰＵ７８は、記憶装置８１から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置８４からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置８１からレシピを読み出し、レシピに沿う様に各構成を制御する。

コントローラ５１は、外部記憶装置（例えば、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＨＤＤ）８５に持続的に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置８１や外部記憶装置８５は、コンピュータ読み取り可能な有体の媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。尚、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置８５を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

次に、図５のフローチャートを参照して、上述の基板処理装置１を用いて基板上に膜を形成する処理（成膜処理）について説明する。ここでは、ウェーハ８に対して、原料ガスとしてＤＣＳ（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ：ジクロロシラン）ガスと、反応ガスとしてＯ2 （酸素）ガスとを供給することで、ウェーハ８上にシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜を形成する例について説明する。尚、本明細書に於ける処理温度とはウェーハ８の温度又は処理室２１の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２１内の圧力のことを意味する。又、以下の説明に於いて、基板処理装置１を構成する各部の動作はコントローラ５１により制御される。

（ウェーハチャージ及びボートロード）
ゲートバルブ１５を開き、ボート３１に対してウェーハ８を搬送する（ＳＴＥＰ：０１）。複数枚のウェーハ８がボート３１に装填（ウェーハチャージ）されると、ゲートバルブ１５が閉じられる。ボート３１は、ボートエレベータ４３によって処理室２１内に搬入（ボートロード）され、反応管１８の下部開口は蓋部３２によって気密に閉塞（シール）された状態となる（ＳＴＥＰ：０２）。

（圧力調整及び温度調整）
処理室２１が所定の圧力（真空度）となる様に、ブースタポンプ３８によって真空排気（減圧排気）される。処理室２１内の雰囲気は、排気管３４内を直線状又は略直線状に流通し、ブースタポンプ３８内を通って排気される。処理室２１内の圧力は、圧力センサ３５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、コンダクタンス可変バルブ３６がフィードバック制御される。又、処理室２１内のウェーハ８が所定の温度となる様に、ヒータ１９により処理室２１を周囲から加熱すると共にサブヒータ６４によって処理室２１を下方から加熱する。周囲と下方の両方から加熱されることで、処理室２１内を効率よく加熱できる。この際、処理室２１が所定の温度分布となる様に、温度検出部２２が検出した温度情報に基づき、ヒータ１９とサブヒータ６４への通電具合がフィードバック制御される。又、回転機構４２によるボート３１及びウェーハ８の回転を開始する。

（成膜処理）
［原料ガス供給工程］
処理室２１内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室２１内のウェーハ８に対してＤＣＳガスを供給する。ＤＣＳガスは、ＭＦＣ２６ａにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管２５ａ及びノズル２９ａを介して処理室２１内に供給される。又、ＤＣＳガスの供給と並行して、即ち蓋部３２が反応管１８の開口を閉塞した状態で、冷却ガス供給部４４は、ＭＦＣ４８ｂにて所望の流量となる様に制御されたパージガスを、ガス供給管４７ｂ、ガス供給管４７ａ、供給配管４６、導入部４５、貫通穴７５を介して吐出口７６より断熱部３３内に供給する。パージガスは、円筒部７０の天井（上端の閉塞部）に直接吹付けられた後、天井に沿って周方向に拡散し、周面に沿って降下し、排気孔７４を介して処理室２１内に排気される。

［原料ガス排気工程］
次に、ＤＣＳガスの供給を停止し、ブースタポンプ３８により処理室２１内を真空排気する。処理室２１内のＤＣＳガスは、排気管３４内を直線状又は略直線状に流通し、ブースタポンプ３８を介して排気される。この時、不活性ガス供給部から不活性ガスとしてＮ2 ガスを処理室２１内に供給してもよい（不活性ガスパージ）。

［反応ガス供給工程］
次に、処理室２１内のウェーハ８に対してＯ2 ガスを供給する。Ｏ2 ガスは、ＭＦＣ２６ｂにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管２５ｂ及びノズル２９ｂを介して処理室２１内に供給される。

［反応ガス排気工程］
次に、Ｏ2 ガスの供給を停止し、ブースタポンプ３８により処理室２１内を真空排気する。処理室２１内のＯ2 ガスは、排気管３４内を直線状又は略直線状に流通し、ブースタポンプ３８を介して排気される。この時、不活性ガス供給部から不活性ガスとしてＮ2 ガスを処理室２１内に供給してもよい（不活性ガスパージ）。尚、断熱部３３内へのパージガスの供給は、原料ガス排気工程、反応ガス供給工程、反応ガス排気工程に於いても継続されている。

上述した４つの工程を行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、ウェーハ８上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯ2 膜を形成することができる（ＳＴＥＰ：０３）。

（ボートアンロード及びウェーハディスチャージ）
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からＮ2 ガスが供給され、処理室２１内がＮ2 ガスで置換されると共に、処理室２１内の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ４３により蓋部３２が降下され、ボート３１が反応管１８から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウェーハ８は、ボート３１より取出される（ウェーハディスチャージ）（ＳＴＥＰ：０４）。

ボート３１の取出し後、即ち、蓋部３２が反応管１８の開口を閉塞していない状態で、ウェーハ８及び断熱部３３の冷却処理が実行される（ＳＴＥＰ：０５）。図示しない冷却ガス供給機構からウェーハ８に冷却ガスが供給される。又、ウェーハ８の冷却と並行して、冷却ガス供給部４４は、ＭＦＣ４８ａにて所望の流量となる様に制御された冷却ガスを、ガス供給管４７ａ、供給配管４６、導入部４５、貫通穴７５を介して吐出口７６より断熱部３３内に供給する。冷却ガスは、円筒部７０の上端の閉塞部（天井）に直接吹付けられた後、天井に沿って周方向に拡散し、周面に沿って降下し、断熱体７２及び円筒部７０を冷却しつつ、排気孔７４を介して搬送室５内に排気される。

断熱部３３内に供給される冷却ガスは、例えば常温のＮ2 ガスであり、パージガスと同等の流量となっている。一方で、冷却ガスの流量は、搬送室５内でパーティクルを巻上げない程度に増大可能となっている。この場合、冷却ガスの質量流量はパージガスの質量流量よりも大きくなる。

ウェーハ８及び断熱部３３が所定の温度迄低下されると、移載機９によりボート３１に装填された処理済みのウェーハ８をポッド１２へと搬送する（ＳＴＥＰ：０６）。ポッドに収納されたウェーハ８は、基板処理装置１外へと搬出され、成膜処理が終了する。

尚、上記した基板処理装置１を用いた一連の処理に於いて、基板処理装置１が緊急停止した場合、或は搬送室５のメンテナンスドアが開放された場合に、バルブ４９ａ，４９ｂをインターロックし、冷却ガス又はパージガスの供給を強制的に停止させる様に構成してもよい。この場合、コントローラ５１はインターロック制御部として機能する。冷却ガス又はパージガスが強制的に停止されることで、基板処理装置１外へのガスの漏洩や処理室２１等の圧力の増大等が防止される。

ウェーハ８にＳｉＯ2 膜を形成する際の処理条件としては、例えば下記が例示される。
処理温度（ウェーハ温度）：３００℃～７００℃、
処理圧量（処理室内圧力）：１Ｐａ～４０００Ｐａ、
ＤＣＳガス：１００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、
Ｏ2 ガス：１００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ2 ガス：１００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることができる。尚、上述した「１Ｐａ～４０００Ｐａ」の様な数値範囲の表記は、下限値及び上限値がその範囲に含まれることを意味する。例えば、「１Ｐａ～４０００Ｐａ」とは「１Ｐａ以上４０００以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

本態様によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

本実施例では、ウェーハ８に薄膜を形成した後の冷却工程に於いて、導入部４５及び貫通穴７５を介して吐出口７６から断熱部３３の内部に冷却ガスを供給し、冷却ガスを流通させ、断熱体７２及び円筒部７０を内部から冷却可能としている。

従って、ウェーハ８よりも熱容量が大きい断熱部３３の冷却時間を短縮することができるので、冷却工程及び基板処理工程全体の時間を短縮でき、スループットの向上を図ることができる。

又、冷却ガスは、処理室２１からの輻射熱の影響が大きい円筒部７０上端の閉塞部に直接吹付けられる構成であるので、断熱部３３の冷却効率をより向上させることができる。又、冷却ガスの質量流量をパージガスの質量流量よりも大きくできるので、断熱部３３の冷却効率をより向上させることができる。

又、成膜処理中、即ちボート３１が処理室２１内に装入されている状態では、断熱部３３の内部にパージガスを供給し、断熱部３３内をパージしている。従って、原料ガスや反応ガスが断熱部３３内に流入することが防止され、断熱体７２やサブヒータ６４に膜が生成されるのを防止することができる。

又、供給配管４６が可撓性を有し、撓ませた状態の供給配管を介してガス供給管４７ａと回転機構４２に固定された導入管４５ａとを接続可能となっている。従って、供給配管４６はボート３１の昇降に追従して移動可能となっているので、ボート３１の位置に拘らず、ガス供給管４７ａと導入部４５との流体連通を確保することができる。

尚、本実施例では、供給配管４６はフッ素を含む合成樹脂製としている。一方で、供給配管４６の構造はこれに限られるものではない。例えば、図６に示される変形例の様に、可撓性を有さない金属製配管８６と、可撓性を有する金属製のベローズ８７とを交互に接続することで、一部が可撓性を有する供給配管８８を構成してもよい。

供給配管８８を用いる場合にも、供給配管４６を用いる場合と同様の効果を得られると共に、供給配管４６よりも耐久性を向上させることができる。

以上、本開示の実施例を具体的に説明した。然し乍ら、本開示は上述の実施例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変更可能である。

例えば、上述の実施例では、原料ガスとしてＤＣＳガスを用いる例について説明したが、本開示は、この様な態様に限定されない。例えば、原料ガスとしては、ＤＣＳガスの他、ＨＣＤＳ（Ｓｉ2 Ｃｌ6 ：ヘキサクロロジシラン）ガス、ＭＣＳ（ＳｉＨ3 Ｃｌ：モノクロロシラン）ガス、ＴＣＳ（ＳｉＨＣｌ3 ：トリクロロシラン）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、３ＤＭＡＳ（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］３Ｈ：トリスジメチルアミノシラン）ガス、ＢＴＢＡＳ（ＳｉＨ2 ［ＮＨ（Ｃ4 Ｈ9 ）］2 ：ビスターシャリブチルアミノシラン）ガス等のハロゲン基非含有のアミノ系（アミン系）シラン原料ガスや、ＭＳ（ＳｉＨ4 ：モノシラン）ガス、ＤＳ（Ｓｉ2 Ｈ6 ：ジシラン）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを用いることができる。

又例えば、上述の実施例では、ＳｉＯ2 膜を形成する例について説明した。然し乍ら、本開示は、この様な態様に限定されない。例えば、これらの他、若しくは、これらに加え、アンモニア（ＮＨ3 ）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス（窒化ガス）、プロピレン（Ｃ3 Ｈ6 ）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ3 ）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜等を形成することができる。これらの成膜を行う場合に於いても、上述の実施例と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施例と同様の効果が得られる。

又例えば、本開示は、ウェーハ８上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む膜、即ち、金属系膜を形成する場合に於いても、好適に適用可能である。

上述の実施例では、ウェーハ８上に膜を堆積させる例について説明した。一方で、本開示は、この様な態様に限定されない。例えば、ウェーハ８やウェーハ８上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。

又、上述の実施例や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施例や変形例と同様な処理条件とすることができる。

又、上述の実施例では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。一方で、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本開示の態様を好適に適用することができる。

コールドウォール型の基板処理装置を用いる場合に於いても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。

１ 基板処理装置
８ ウェーハ
１８ 反応管
３２ 蓋部
３３ 断熱部
４３ ボートエレベータ
４４ 冷却ガス供給部
７６ 吐出口

Claims (20)

1. 基板を処理する処理容器と、該処理容器の下方の開口を閉塞する蓋と、該蓋を上下に移動させるエレベータと、前記蓋と前記基板との間に設置され、上端が閉塞した筒形状に形成された筒部を備えた断熱部と、前記蓋が前記開口を閉塞している状態で前記筒部内の吐出口からパージガスを供給して前記断熱部内をパージし、且つ、前記蓋が前記開口を閉塞していない状態で前記吐出口から冷却ガスを供給して前記断熱部を冷却する冷却ガス供給部と、を備える基板処理装置。
2. 前記冷却ガス供給部は、前記蓋を貫通して前記パージガス及び前記冷却ガスを前記断熱部内に導入する導入部と、前記導入部に流体連通し前記導入部に前記パージガスを供給する移動可能な供給配管と、前記パージガス及び前記冷却ガスの供給をＯＮ／ＯＦＦする制御弁と、を備える請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記供給配管は、少なくとも一部が可撓性を有する請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記冷却ガス供給部の少なくとも一部は、前記蓋に固定されて、前記エレベータによって前記蓋と共に上下に移動する請求項１に記載の基板処理装置。
5. 前記冷却ガスの質量流量は、前記パージガスの質量流量よりも多い請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記処理容器の前記開口と連通し、内部に前記エレベータが配置され、下降された基板保持具を収容する搬送室と、基板処理装置が緊急停止した時又は前記搬送室のメンテナンスドアが開放された時に、前記パージガス及び前記冷却ガスの供給を強制的に停止させることが可能な様に構成されるインターロック制御部を更に備える請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記パージガスは純窒素ガスであり、前記冷却ガスは前記純窒素ガスより純度の低い窒素ガスである請求項１に記載の基板処理装置。
8. 前記蓋と共に上下に移動して前記開口を出し入れ可能であり、前記処理容器内で前記基板を保持する基板保持具を更に備える請求項１に記載の基板処理装置。
9. 前記筒部内に設置され、前記処理容器内を加熱するヒータを更に備える請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記吐出口は、前記筒部の上端の閉塞部に直接前記冷却ガスが当る様に開口している請求項１に記載の基板処理装置。
11. 前記断熱部を下方から支持すると共に、前記導入部の少なくとも一部を構成する中空の回転軸と、前記蓋に設けられ前記回転軸を回転可能に支持する回転機構と、を更に有し、前記断熱部の内部と、前記回転軸の内部は流体連通している請求項２に記載の基板処理装置。
12. 前記回転機構は、密封構造のケーシングと、前記回転軸と前記蓋との間の気密を維持するシール部とを備え、前記供給配管は前記ケーシングに設けられたポートに接続される請求項１１に記載の基板処理装置。
13. 前記ポートは、前記シール部の前記処理容器側に於いて、前記ケーシングと前記回転軸の間の空間に連通し、前記回転軸は、その外側と内部とを連通させる穴を有する請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記供給配管は、上流側の移動しない固定端と、前記エレベータにより前記蓋と共に上下する移動端とを有する可撓部と、前記移動端と前記回転機構とを接続する非可撓部と、を有する請求項１１に記載の基板処理装置。
15. 前記供給配管は、可撓性のある金属製ベローズと、可撓性の無い金属製配管とを交互に接続して構成される請求項３に記載の基板処理装置。
16. 前記供給配管は、フッ素を含む合成樹脂製である請求項３に記載の基板処理装置。
17. 前記制御弁は、前記基板を処理する為の処理ガスの流量制御器又は制御弁が収納されるガスボックス内に配置される請求項２に記載の基板処理装置。
18. 基板を処理する処理容器の下方の開口を蓋が閉塞した状態で、該蓋と前記基板の間に設置され、上端が閉塞した筒形状に形成された筒部を備えた断熱部の前記筒部内の吐出口からパージガスを供給し前記断熱部内をパージする工程と、前記蓋が前記開口を閉塞していない状態で前記吐出口から冷却ガスを供給し、前記断熱部を冷却する工程とを有する半導体装置の製造方法。
19. 基板を処理する処理容器の下方の開口を蓋が閉塞した状態で、該蓋と前記基板の間に設置され、上端が閉塞した筒形状に形成された筒部を備えた断熱部の前記筒部内の吐出口からパージガスを供給し前記断熱部内をパージする工程と、前記蓋が前記開口を閉塞していない状態で前記吐出口から冷却ガスを供給し、前記断熱部を冷却する工程とを有する基板処理方法。
20. 基板を処理する処理容器の下方の開口を蓋が閉塞した状態で、該蓋と前記基板の間に設置され、上端が閉塞した筒形状に形成された筒部を備えた断熱部の前記筒部内の吐出口からパージガスを供給し前記断熱部内をパージする手順と、前記蓋が前記開口を閉塞していない状態で前記吐出口から冷却ガスを供給し、前記断熱部を冷却する手順とをコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。

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