JP4652408B2 - 基板処理装置、反応管、基板処理方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置、反応管、基板処理方法及び半導体装置の製造方法に関し、特に、ハロゲンガスを有するSelf-CleaningガスやＤＣＳ（ジクロロシラン）等の成膜プロセスガスを使用する縦型ＣＶＤ(Chemical Vapor deposition)装置、当該装置に好適に使用される反応管ならびにその装置を用いて基板を処理する工程を有する基板処理方法及び半導体装置の製造方法に関するものである。

従来の縦型ＣＶＤ装置では、図９に示すように、炉口部が石英反応管２０４、２０５と金属フランジ２０９から構成されている。
炉口部に金属部品が従来より長く使用されてきた理由は、石英材料が欠けやすく耐久性に問題があるからである。

しかしながら、ハロゲン原子を有するプロセスガスを高温で頻繁に使用する場合には、炉口部に金属を使用していると、金属汚染の制御が困難であるという問題がある。

従って、本発明の主な目的は、腐食性のハロゲン原子を有するプロセスガスを使用する場合であっても、金属汚染を防止または抑制でき、しかも耐久性に優れる炉口構造を備える基板処理装置、当該装置に好適に使用される反応管ならびにそのような装置に好適に適用される基板処理方法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、
反応管内で基板を処理する基板処理装置であって、
前記反応管は、アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部とを有し、
前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けた基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部とを有し、
前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、
アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部と、を有し、前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、
前記反応管内から処理後の基板を搬出する工程と、を有する基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、
前記インナーチューブを支持する支持部と、を有し、前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、
前記反応管内から処理後の基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。 本発明の実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置の緩衝部材の交換方法を説明するための概略横断面図である。 本発明の実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置の緩衝部材の交換方法を説明するための概略横断面図である。 本発明の実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置においてアウターチューブの下端部に緩衝部材を設けた場合を説明するための概略横断面図である。 本発明の実施例２の第１例の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例２の第２例の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例２の第３例の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例３の第１例の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例３の第２例の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例４の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の実施例５の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 従来の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。

発明を実施するための好ましい形態

本発明の好ましい実施の形態によれば、
反応管内で基板を処理する基板処理装置であって、
前記反応管は、アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部とを有し、
前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けた基板処理装置が提供される。

好ましくは、前記緩衝部材は、石英が変形または破損する力よりも小さな力で変形または破損する物質からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材は、石英よりも硬度の小さい物質からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材は、カーボン（Ｃ）を含む物質またはシリコン（Ｓｉ）を含む物質からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材は、黒鉛、ガラス状炭素、表面をガラス状炭素で覆った黒鉛からなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材は、石英よりも硬度の小さい物質の表面にＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ からなる群から選択される少なくとも一つの物質をコートした部材からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材は、カーボン（Ｃ）を含む物質の表面にＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ からなる群から選択される少なくとも一つの物質をコートした部材からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材は、単結晶シリコンからなる。

また、好ましくは、前記アウターチューブと前記支持部は石英からなり、前記支持部は前記アウターチューブの内壁に溶接されてなる。

また、好ましくは、前記インナーチューブと前記アウターチューブと前記支持部は石英からなる。

また、好ましくは、前記緩衝部材、前記支持部、または前記インナーチューブのうち少なくとも何れか一つには、前記緩衝部材または前記インナーチューブの水平方向への動きを規制する段差部が設けられる。

好ましくは、前記段差部は前記緩衝部材に設けられる。

好ましくは、前記段差部は、前記緩衝部材と、前記支持部に設けられる。

好ましくは、前記段差部は、前記インナーチューブと、前記支持部に設けられる。

好ましくは、前記段差部は、前記緩衝部材と、前記インナーチューブに設けられる。

本発明の他の好ましい実施の形態によれば、
反応管内で基板を処理する基板処理装置であって、
前記反応管は、アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部とを有し、
前記支持部と前記インナーチューブとの間に、それらを構成する物質が変形または破損する力よりも小さな力で変形または破損する物質からなる緩衝部材を設けた基板処理装置が提供される。

本発明のさらに他の好ましい実施の形態によれば、
アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部と、を有し、前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内に成膜ガスを供給してＣＶＤ法により基板上に膜を形成する工程と、
前記反応管内から膜形成後の基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

次に、図面を参照し本発明の好ましい実施例をさらに詳細に説明する。
本発明の好ましい実施例では、従来のアウターチューブ２０５とインレットフランジ（マニホールド）２０９とを一体としすべて石英製とした。
さらに、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５のインナーチューブを支持する部分２７１との間に緩衝部材２７２を設け、石英部材同士が接触しないようにした。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図であり、図２は、実施例１の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。なお、図中、反応炉を構成する各部材の大きさ、形状、厚さ等は、これらをより明確に表すために誇張して示している。他の実施例についても同様である。

本実施例の減圧縦型ＣＶＤ装置の処理炉２０２は、主制御部３００によって制御される構成となっており、主制御部３００は、温度制御部３０１、ガス流量制御部３０２、圧力制御部３０３、駆動制御部３０４を備えている。これら主制御部３００、温度制御部３０１、ガス流量制御部３０２、圧力制御部３０３、駆動制御部３０４は、コントローラ３０５として構成されている。

処理炉２０２は加熱機構としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、耐熱性材料である石英（ＳｉＯ_２）からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。アウターチューブ２０５は、耐熱性材料である石英からなり、内径がインナーチューブ２０４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、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。なお、インナーチューブ２０４は、耐熱性材料である炭化珪素（ＳｉＣ）により構成してもよい。インナーチューブ２０４を炭化珪素製とすることにより、インナーチューブ２０４に堆積する膜とインナーチューブ２０４との熱膨張率の差を小さくできる場合があり、パーティクルが発生するまでの累積膜厚を大きくすることができる場合がある。また、アウターチューブ２０５も炭化珪素製としてもよいが、温度制御性を考慮すると石英製とするのが好ましい。

アウターチューブ２０５の下端部には、環状のフランジ２７５が設けられている。アウターチューブ２０５の下端開口部には、炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が、シール部材としてのＯリング２２０を介してこの下端開口部を気密シール可能に、また着脱自在に設けられている。シールキャップ２１９はアウターチューブ２０５の下端部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。なお、Ｏリング２２０はシールキャップ２１９の上面外周に取り付けられている。

アウターチューブ２０５の下部側壁から内側に向けて環状のインナーチューブ支持部２７１が突き出している。このインナーチューブ支持部２７１も石英製である。インナーチューブ支持部２７１は、アウターチューブ２０５の内壁に溶接により取り付けられている。インナーチューブ支持部２７１は、強度を確保するためにある程度の厚みをもたせている。例えば、アウターチューブ２０５の厚みが数ｍｍ程度である場合、インナーチューブ支持部２７１の厚みはそれ以上、好ましくは２倍以上、例えば１０ｍｍ程度とするのがよい。インナーチューブ支持部２７１上には、インナーチューブ２０４が搭載されている。インナーチューブ支持部２７１とインナーチューブ２０４との間には環状の緩衝部材２７２が設けられている。すなわち、インナーチューブ支持部２７１上に緩衝部材２７２が載置され、緩衝部材２７２上にインナーチューブ支持部２０４が載置されている。

緩衝部材２７２としては、好ましくはＬｉｎｅｒが用いられ、Ｌｉｎｅｒ材料としては、柔軟なもの（石英よりも硬度の小さいもの）を使用して石英部材同士の接触による石英部材の欠けを防ぐと共に、潤滑性をもつものを使用してアウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４とを脱着しやすいようにしている。Ｌｉｎｅｒは、材料が安価で、形状も簡単に加工しやすく、破損してもすぐ交換できるものがよい。Ｌｉｎｅｒ材料は高純度のカーボン（黒鉛）等、炉内で欠けてもプロセスの汚染にならないものがよい。

緩衝部材２７２は、好ましくは、石英が変形または破損する力よりも小さな力で変形または破損する物質からなる。力が加わった場合に、石英より先に変形・破損するので、石英部材の変形・破損を防止できる。石英が変形・破損する程度の力よりも小さな力で変形・破損する物質であれば、ＳｉＣが変形・破損する程度の力よりも小さな力で変形・破損するので、アウターチューブ２０５、インナーチューブ２０４のうち少なくともいずれか一方がＳｉＣである場合でも、同様の効果が得られる。

緩衝部材２７２は、好ましくは、石英よりも硬度の小さい物質からなる。

緩衝部材２７２は、単結晶シリコンからなってよい。単結晶シリコンの硬度は石英と同等もしくはそれ以上であるが、その結晶構造により、力を加えた場合に石英が変形・破損する程度の力よりも小さな力で変形・破損する場合がある。よって、単結晶シリコンを緩衝部材として用いることができる。

緩衝部材２７２は、より好ましくは、石英よりも硬度の小さい物質として、カーボン（Ｃ）を含む物質またはシリコン（Ｓｉ）を含む物質からなる。

さらに好ましくは、緩衝部材２７２は、黒鉛、ガラス状炭素、表面をガラス状炭素で覆った黒鉛からなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる。ガラス状炭素はパーティクルの発生量が少ない材料である。

また、緩衝部材２７２は、石英よりも硬度の小さい物質の表面にＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ からなる群から選択される少なくとも一つの物質をコートした部材からなってもよい。

Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣの硬度は、石英と同等もしくはそれ以上であるが、コートする物質の厚さを薄くすることにより、緩衝部材全体としての硬度を下地（コートされる物質）の硬度に近づけることができる。つまり、石英よりも硬度の小さい物質をＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ 等の物質で薄くコートすれば、緩衝部材全体としての硬度を、コートする物質自身の硬度よりも小さくすることができ、下地である「石英よりも硬度の小さい物質」の硬度に近づけることができる。

また、Ｌｉｎｅｒ材料は、カーボン（Ｃ）を含む物質の表面にＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ からなる群から選択される少なくとも一つの物質をコートした部材からなってもよい。

表１に、石英、黒鉛、ガラス状炭素、表面をガラス状炭素で覆った黒鉛、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣのビッカース硬度を示す。

なお、緩衝部材２７２の厚さは、３ｍｍ〜４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とするのが好ましい。

シールキャップ２１９は金属製であるが、その上に石英カバー２７７を設けて、処理室２０１内において金属製シールキャップ２１９が露出しないようにしている。

シールキャップ２１９にはガス導入部としてのノズル２３０が処理室２０１内に連通するように接続されており、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続されている。ノズル２３０はインナーチューブ２０４より下方に位置するように設けられている。ノズル２３０先端のガス供給口２３３より、ガスがインナーチューブ２０４内に供給されるようになっている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１、バルブ２４４を介してガス供給源２４３が接続されている。例えば、ガス供給管２３２には、ＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４４ａ、バルブ２４４ｂ、バルブ２４４ｃを介して第１処理ガス供給源２４３ａ、第２処理ガス供給源２４３ｂ、クリーニングガス供給源２４３ｃがそれぞれ接続される。また、図示しない不活性ガス供給源も接続される。このように、ノズル２３０からは処理ガスすなわち成膜用のガスやクリーニング用のガスが供給される。また、ノズル２３０からは、ハロゲンを含んだガスも供給される。ハロゲンを含んだガスはジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等の成膜用のガスの場合もあれば、三フッ化窒素（ＮＦ_３）等のクリーニング（エッチング）用のガスの場合もある。ＭＦＣ２４１（ＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ）には、ガス流量制御部３０２が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。なお、ノズル２３０は複数のガス種で共用としたが、ガス種ごとに設けるようにしてもよい。また、ノズル２３０は、アウターチューブ２０５のインナーチューブ支持部２７１よりも下方の側壁に設けるようにしてもよい。

インナーチューブ２０４の下部から供給されたガスは、インナーチューブ２０４内を上昇し、その後インナーチューブ２０４の上部開口から筒状空間２５０を通過（降下）して排気管２３１から排気されるようになっている。

アウターチューブ２０５の下部側壁には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のアウターチューブ２０５との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５およびＡＰＣやＮ_２バラスト制御器等の圧力調整器２４２（ここではＡＰＣ２４２）を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、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。ＡＰＣ２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部３０３が電気的に接続されており、圧力制御部３０３は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいてＡＰＣ２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、ボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９はプロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備さ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るように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部３０４が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。

基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なおボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるよう構成されている。

プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての熱電対等の温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０７と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部３０１が接続されており、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により処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。

次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。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３０５により制御される。

複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート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に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してアウターチューブ２０５の下端をシールした状態となる。

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ＡＰＣ２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。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への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４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。

次いで、処理ガス供給源２４３から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。例えば、第１処理ガス供給源２４３ａ、第２処理ガス供給源２４３ｂから供給され、ＭＦＣ２４１ａ、ＭＦＣ２４１ｂにて所望の流量となるように制御された第１処理ガス、第２処理ガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入された処理ガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。処理ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。

予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。

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、アウターチューブ２０５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に保持された状態でアウターチューブ２０５の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）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）。処理済ウエハ２００がボート２１７より取出された後、未処理のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）され、再度前述と同様にして処理室２０１に搬入（ボートローディング）され、ウエハ２００に対して処理がなされる。

なお、一例まで、本実施例の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の成膜においては、処理温度６５０〜８００℃、処理圧力２０〜１３０Ｐａ、第１処理ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）流量２００〜５００ｓｃｃｍ、第２処理ガス（ＮＨ_３）流量８００〜５０００ｓｃｃｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに処理がなされる。

また、例えば、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜としてのＳｉＯ_２膜の成膜においては、処理温度７００〜８００℃、処理圧力２０〜５０Ｐａ、第１処理ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）流量１００〜２００ｓｃｃｍ、第２処理ガス（Ｎ_２Ｏ）流量８００〜５０００ｓｃｃｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに処理がなされる。

上記成膜を繰り返すと、反応管２０３の内壁等に膜が付着するが、この内壁等に付着した膜の膜厚が所定の厚さに達した時点で、反応管２０３内のクリーニングが行われる。

クリーニングは次のように行われる。
空のボート２１７、すなわちウエハ２００を装填していないボート２１７が、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してアウターチューブ２０５の下端をシールした状態となる。

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ＡＰＣ２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。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への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転される。なお、ボート２１７は回転させなくてもよい。

次いで、クリーニングガス供給源２４３ｃから供給され、ＭＦＣ２４１ｃにて所望の流量となるように制御されたハロゲン系ガス等のクリーニングガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたハロゲン系ガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。このようにして、処理室２０１内のクリーニングが行われる。クリーニングガスは処理室２０１内を通過する際に反応管２０３の内壁やボート２１７に堆積した膜と接触し、この際に熱化学反応によって膜が除去（クリーニング）される。

予め設定されたクリーニング時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換される。

なお、クリーニング条件としては、例えば、クリーニング温度５００〜６５０℃、クリーニング圧力１００〜２００００Ｐａ、クリーニングガス（ＮＦ_３）流量１〜５ｌ／ｍｉｎが例示され、それぞれのクリーニング条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでクリーニングがなされる。

また、上記成膜やクリーニングを繰り返すうちに、緩衝部材２７２が変形または破損したり、消耗したりすることがあるが、その場合、緩衝部材２７２を交換することとなる。緩衝部材２７２の交換は次のように行う。

図３Ａ、図３Ｂは緩衝部材２７２の交換方法を示す図であり、インナーチューブ支持部２７１と緩衝部材２７２とインナーチューブ２０４を上方から見た図である。便宜上インナーチューブ支持部２７１と緩衝部材２７２とインナーチューブ２０４のみ抜き出して示している。

図３Ａに示すように、緩衝部材２７２には、複数（ここでは４つ）の爪部２９０が設けられており、インナーチューブ支持部２７１には複数の爪部２９０のそれぞれに対応する複数（ここでは４つ）の切欠部２９１が設けられている。図２のようにインナーチューブ２０４を、緩衝部材２７２を介してインナーチューブ支持部２７１上に設置した状態では、緩衝部材２７２の爪部２９０は、図３Ａに示すように、インナーチューブ支持部２７１の切欠部２９１とは重ならない位置に配置される。すなわち、爪部２９０はインナーチューブ支持部２７１の切欠部２９１以外の部分に載置される。なお、インナーチューブ支持部２７１の裏面側には、インナーチューブ支持部２７１の切欠部２９１や、インナーチューブ支持部２７１と緩衝部材２７２との間の隙間を塞ぐための図示しないリング部材が取り付けられる。この状態で上記成膜やクリーニングが繰り返されることとなる。

緩衝部材２７２を交換する際は、インナーチューブ支持部２７１の裏面側に取り付けられた上述の図示しないリング部材を取り外した後、緩衝部材２７２上にインナーチューブ２０４を載せた状態で、緩衝部材２７２をインナーチューブ２０４ごと所定角度回転させる。緩衝部材２７２を所定角度回転させることで、図３Ｂに示すように、緩衝部材２７２の爪部２９０とインナーチューブ支持部２７１の切欠部２９１が重なることとなる。すなわち、爪部２９０はインナーチューブ支持部２７１に載置されない状態となる。

この状態で緩衝部材２７２を下方に引き出すことにより、緩衝部材２７２とインナーチューブ２０４を、アウターチューブ２０５内から取り出す。緩衝部材２７２を下方に引き出す際、ボートエレベータ１１５を用いるようにしてもよい。緩衝部材２７２とインナーチューブ２０４をアウターチューブ２０５内から取り出した後、緩衝部材２７２を新しいものに交換する。

緩衝部材２７２を交換した後、新しい緩衝部材２７２上にインナーチューブ２０４を載せ、その状態で、新しい緩衝部材２７２を上昇させ、上記と逆の動作によりインナーチューブ２０４と新しい緩衝部材２７２をインナーチューブ支持部２７１上に設置する。その後、インナーチューブ支持部２７１の裏面側に上述の図示しないリング部材を取り付けることで、インナーチューブ支持部２７１の切欠部２９１やインナーチューブ支持部２７１と緩衝部材２７２との間の隙間を塞ぐ。

上記緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の取り外し動作および設置動作において、インナーチューブ支持部２７１上で緩衝部材２７２を回転させる際、インナーチューブ支持部２７１上で緩衝部材２７２を滑らせながら回転させることとなる。また、緩衝部材２７２、インナーチューブ２０４の設置後において、緩衝部材２７２、インナーチューブ２０４の位置を微調整する際も、インナーチューブ支持部２７１上で緩衝部材２７２を滑らせたり、緩衝部材２７２上でインナーチューブ２０４を滑らせたりすることとなる。このような場合に、インナーチューブ２０４とインナーチューブ支持部２７１との間に緩衝部材を設けなかったり、緩衝部材を設けたとしても緩衝部材が堅硬で潤滑性のない物質である場合、部材同士の滑りが生じにくく、インナーチューブ２０４やインナーチューブ支持部２７１が破損することもある。しかしながら本実施例では、上記のようにインナーチューブ２０４とインナーチューブ支持部２７１との間に、潤滑性があり、石英が変形または破損する力よりも小さな力で変形または破損する物質からなる緩衝部材２７２を設けるようにしているので、部材同士の滑りが生じやすく、上記取り外し動作や設置動作や微調整動作が容易に行え、また、上記取り外し動作や設置動作や微調整動作時におけるインナーチューブ２０４やインナーチューブ支持部２７１の破損を防ぐことができる。

以上説明した本発明の好ましい実施例では、金属製のフランジをなくしたので、高温かつ腐食性ガスの条件下で使用される縦型ＣＶＤ装置の立ち上げ初期段階で、金属汚染物質濃度を早期に１Ｅ１０／ｃｍ²（１ｘ１０^１０／ｃｍ²）以下に制御できる。また、上記の装置が長期に運用されても１Ｅ１０／ｃｍ²（１ｘ１０^１０／ｃｍ²）以上の金属汚染が発生しない。

また、Ｌｉｎｅｒ２７２を配置することにより、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の耐久性が著しく向上し、長期運用コストを低減できる。

なお、本実施例におけるアウターチューブ２０５下端のシール部に本発明を適用することも考えられる。すなわち、図４のように、石英カバー２７７を金属製のシールキャップ２１９の外周部まで伸ばし、石英カバー２７７と石英製のアウターチューブ２０５下端との間に緩衝部材２７２を設けることも考えられる。しかしながら、この部分には反応管内を真空に引いたときに、非常に強い力が加わり、このような構成にした場合、強度上、緩衝部材２７２および石英カバー２７７、アウターチューブ２０５のうち少なくとも何れかの部材が破損してしまう可能性が高く、この部分に本発明を適用することは難しいと考えられる。

（実施例２）
図５Ａ〜５Ｃは、本発明の実施例２の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。図５Ａは実施例２の第１例を、図５Ｂは実施例２の第２例を、図５Ｃは実施例２の第３例を示している。

実施例２が実施例１と異なる点は、緩衝部材２７２、アウターチューブ２０５、またはインナーチューブ２０４の少なくとも何れかに、緩衝部材２７２またはインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにした点である。実施例２では、緩衝部材２７２にのみ段差部２８０を設けることで、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制するようにしている。

具体的には図５Ａに示すように、緩衝部材２７２の下面内周縁部、上面内周縁部に、凸部からなる段差部２８０ａ、２８０ｂをそれぞれ設けるようにしている。段差部２８０ａは、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１に対する緩衝部材２７２の水平方向への動きを規制しており、段差部２８０ｂは、緩衝部材２７２に対するインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制している。

この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制することができ、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向へのずれを防止することができる。また、この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の位置決めも容易に行うことができる。

なお、図５Ｂに示すように、緩衝部材２７２の下面内周縁部、上面外周縁部に、凸部からなる段差部２８０ａ、２８０ｂをそれぞれ設けるようにしても同様な効果が得られる。また、図５Ｃに示すように、緩衝部材２７２の外周部をアウターチューブ２０５の内壁付近まで伸ばすと共に、緩衝部材２７２の上面外周縁部に、凸部からなる段差部２８０ｂを設けるようにしても同様な効果が得られる。この場合、緩衝部材２７２の水平方向への動きは、アウターチューブ２０５の内壁により規制されることとなる。

（実施例３）
図６Ａ、６Ｂは、本発明の実施例３の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。図６Ａは実施例３の第１例を、図６Ｂは実施例３の第２例を示している。

実施例３が実施例１と異なる点は、緩衝部材２７２、アウターチューブ２０５、またはインナーチューブ２０４の少なくとも何れかに、緩衝部材２７２またはインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにした点である。実施例３では、緩衝部材２７２およびアウターチューブ２０５に段差部２８０を設けることで、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制するようにしている。

具体的には図６Ａに示すように、緩衝部材２７２の下面内周縁部に凹部からなる段差部２８０ａを、緩衝部材２７２の上面外周縁部に凸部からなる段差部２８０ｂを設けると共に、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１の上面内周縁部（延出部分の先端上部）に凸部からなる段差部２８０ｃを設けるようにしている。段差部２８０ａ、２８０ｃは、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１に対する緩衝部材２７２の水平方向への動きを規制しており、段差部２８０ｂは、緩衝部材２７２に対するインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制している。

この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制することができ、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向へのずれを防止することができる。また、この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の位置決めも容易に行うことができる。

なお、図６Ｂに示すように、緩衝部材２７２の上面外周縁部に凸部からなる段差部２８０ｂを設けると共に、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１の上面外周縁部（延出部分の根元上部）に凸部からなる段差部２８０ｃを設けるようにしても同様な効果が得られる。

（実施例４）
図７は、本発明の実施例４の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。

実施例４が実施例１と異なる点は、緩衝部材２７２、アウターチューブ２０５、またはインナーチューブ２０４の少なくとも何れかに、緩衝部材２７２またはインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにした点である。実施例４では、アウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４に段差部２８０を設けることで、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制するようにしている。

具体的には図７に示すように、緩衝部材２７２には段差部を設けることなく、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１の上面内周縁部（延出部分の先端上部）に凸部からなる段差部２８０ｃを設けると共に、インナーチューブ２０４の下面内周縁部に凸部からなる段差部２８０ｄを設けるようにしている。段差部２８０ｄはインナーチューブ２０４下端から更に下方に延出するように設けられている。段差部２８０ｃは、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１に対する緩衝部材２７２の水平方向への動きを規制しており、段差部２８０ｄは、緩衝部材２７２に対するインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制している。

この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制することができ、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向へのずれを防止することができる。また、この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の位置決めも容易に行うことができる。

（実施例５）
図８は、本発明の実施例５の減圧縦型ＣＶＤ装置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。

実施例５が実施例１と異なる点は、緩衝部材２７２、アウターチューブ２０５、またはインナーチューブ２０４の少なくとも何れかに、緩衝部材２７２またはインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにした点である。実施例５では、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４に段差部２８０を設けることで、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制するようにしている。

具体的には図８に示すように、緩衝部材２７２の下面内周縁部に凸部からなる段差部２８０ａを設けると共に、インナーチューブ２０４の下面内周縁部に凸部からなる段差部２８０ｄを設けるようにしている。段差部２８０ｄはインナーチューブ２０４下端から更に下方に延出するように設けられている。段差部２８０ａは、アウターチューブ２０５のインナーチューブ２０４を支持する部分２７１に対する緩衝部材２７２の水平方向への動きを規制しており、段差部２８０ｄは、緩衝部材２７２に対するインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制している。

この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制することができ、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向へのずれを防止することができる。また、この構成により、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の位置決めも容易に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、アウターチューブ２０５だけに緩衝部材２７２の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにしてもよい。また例えば、インナーチューブ２０４だけにインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにしてもよい。また例えば、緩衝部材２７２、アウターチューブ２０５、およびインナーチューブ２０４の全てに、緩衝部材２７２およびインナーチューブ２０４の水平方向への動きを規制する段差部２８０を設けるようにしてもよい。

種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、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、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。

以上説明したように、本発明の好ましい形態によれば、腐食性のハロゲン原子を有するプロセスガスを使用する場合であっても、金属汚染を防止または抑制できる。また、本発明の好ましい形態によれば、耐久性に優れる炉口構造を備える基板処理装置を提供できる。
その結果、本発明は、半導体シリコンウエハを処理する基板処理装置および半導体装置の製造方法に特に好適に利用できる。

Claims (18)

1. 反応管内で基板を処理する基板処理装置であって、
   前記反応管は、アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部とを有し、
   前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けた基板処理装置。
2. 前記緩衝部材は、石英が変形または破損する力よりも小さな力で変形または破損する物質からなる請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記緩衝部材は、石英よりも硬度の小さい物質からなる請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記緩衝部材は、カーボンを含む物質またはシリコンを含む物質からなる請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記緩衝部材は、黒鉛、ガラス状炭素、表面をガラス状炭素で覆った黒鉛からなる群から選択される少なくとも一つの物質からなる請求項４記載の基板処理装置。
6. 前記緩衝部材は、石英よりも硬度の小さい物質の表面にＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ からなる群から選択される少なくとも一つの物質をコートした部材からなる請求項４記載の基板処理装置。
7. 前記緩衝部材は、カーボンを含む物質の表面にＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ からなる群から選択される少なくとも一つの物質をコートした部材からなる請求項４記載の基板処理装置。
8. 前記緩衝部材は、単結晶シリコンからなる請求項２記載の基板処理装置。
9. 前記アウターチューブと前記支持部は石英からなり、前記支持部は前記アウターチューブの内壁に溶接されてなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. 前記インナーチューブと前記アウターチューブと前記支持部は石英からなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 前記緩衝部材、前記支持部、または前記インナーチューブのうち少なくとも何れか一つには、前記緩衝部材または前記インナーチューブの水平方向への動きを規制する段差部が設けられる請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
12. 前記段差部は前記緩衝部材に設けられる請求項１１記載の基板処理装置。
13. 前記段差部は、前記緩衝部材と、前記支持部に設けられる請求項１１記載の基板処理装置。
14. 前記段差部は、前記インナーチューブと、前記支持部に設けられる請求項１１記載の基板処理装置。
15. 前記段差部は、前記緩衝部材と、前記インナーチューブに設けられる請求項１１記載の基板処理装置。
16. アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部とを有し、
    前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管。
17. アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部と、を有し、前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管内に基板を搬入する工程と、
    前記反応管内に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、
    前記反応管内から処理後の基板を搬出する工程と、
    を有する基板処理方法。
18. アウターチューブと、前記アウターチューブの内側に配置されるインナーチューブと、前記インナーチューブを支持する支持部と、を有し、前記インナーチューブと前記支持部は石英または炭化珪素からなり、前記支持部と前記インナーチューブとの間に緩衝部材を設けてなる反応管内に基板を搬入する工程と、
    前記反応管内に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、
    前記反応管内から処理後の基板を搬出する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。

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