JP4969127B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
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、処理室を形成す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、処理室を排気する排気管および処理室にガスを供給するガス導入管が接続されたマニホールドと、プロセスチューブの外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを垂直方向に整列させて保持して処理室に搬入するボートとを備えている。
そして、複数枚のウエハを保持したボートが処理室に下端の炉口から搬入(ボートローディング)され、処理室に成膜ガスがガス導入管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にCVD膜が堆積される。
しかし、高温域(例えば、950℃)でのアンモニアアニール工程の後に、連続して低温域(例えば、750℃)での窒化シリコン成膜工程等を行うと、冷却し過ぎた密閉部材周辺では副生成物の付着や堆積が顕著に起こる。
したがって、副生成物を除去するためのメンテナンス作業を頻繁に実施する必要があり、ランニングコストが上昇してしまうという問題点がある。
(1)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、
上端開口および下端開口を有し、前記プロセスチューブを保持するマニホールドと、
該マニホールドの側壁に設けられ、前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインが接続されるガス供給ポートと、
該ガス供給ポートの内側に設けられ、該ガス供給ポートと前記ガス供給ラインとを密閉する第一密閉部材と、
前記マニホールドの前記下端開口を閉塞する蓋体と、
該蓋体に設けられ、該蓋体と前記マニホールドとの間を密閉する第二密閉部材と、
前記ガス供給ポートと前記マニホールドの前記下端開口との間であって、前記マニホールドの側壁を囲うように設けられた冷却流体流路と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
(2)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、
上端開口および下端開口を有し、前記プロセスチューブを保持するマニホールドと、
該マニホールドの側壁に設けられ、前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインが接続されるガス供給ポートと、
該ガス供給ポートの内側に設けられ、該ガス供給ポートと前記ガス供給ラインとを密閉する第一密閉部材と、
前記マニホールドの前記下端開口を閉塞する蓋体と、
該蓋体に設けられ、該蓋体と前記マニホールドとの間を密閉する第二密閉部材と、
前記ガス供給ポートと前記マニホールドの前記下端開口との間であって、前記マニホールドの側壁を囲うように設けられた冷却流体流路と、
前記冷却流体流路と前記マニホールドの前記下端開口との間に設けられる温度検出手段と、
該温度検出手段の検出する温度に基づいて前記冷却流体流路に流す冷却流体の流量を制御する冷却流体流量制御手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
他方、処理温度が高温域では冷却流体を流通させることにより、シールリング等の劣化を防止することができる。
図1に示されているように、CVD装置10はロードロック方式の予備室である待機室11を形成した筐体12を備えている。
待機室11にはボートを昇降させるボートエレベータ13が設置されており、ボートエレベータ13はモータ駆動方式の送りねじ軸装置やベローズ等によって構築されている。ボートエレベータ13の昇降台14には、蓋体としてのシールキャップ16がアーム15を介して支持されている。
詳細な図示は省略するが、ヒータユニット20はガラスウール等の断熱材が使用されて円筒形状に構築された断熱槽と、断熱槽の内周面に螺旋状または互いに平行な環帯状に敷設された発熱体(ヒータ)とを備えている。
発熱体はニクロム線や二珪化モリブデン等の線形の抵抗発熱体によって形成されて、断熱槽の内周面に敷設されている。発熱体は複数のゾーンに分割されており、所謂ゾーン加熱制御されるように構成されている。
アウタチューブ22は石英ガラスが使用されて、内径がインナチューブ23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23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23は石英ガラスまたは炭化シリコン(SiC)が使用されて、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ23の筒中空部はボートによって保持された複数枚のウエハが搬入される処理室24を形成しており、インナチューブ23の内径は取り扱うウエハの最大外径(例えば、三百mm)よりも大きくなるように設定されている。
インナチューブ23とアウタチューブ22との間にはドーナツ形状の排気路25が形成されており、排気路25の下端部は多段の略円筒形状に構築されたマニホールド26によって気密封止されている。
マニホールド26の下端開口によって炉口27が形成されている。
プロセスチューブ21はマニホールド26が筐体12に支持されることによって垂直に支持された状態になっている。
マニホールド26の内周の中間部には円形リング形状の隔壁28が水平かつ同心円に突設されており、隔壁28はマニホールド26の内側空間を、処理室空間の上流側と下流側との上下に仕切っている。隔壁28の上にはインナチューブ23が同心円に配置されている。
インレットアダプタ32の上面にはシールリング収納溝33が同心円に没設されており、シールリング収納溝33には、例えば弗素系のゴムからなるシールリング34が収納されている。
インレットアダプタ32のシールリング収納溝33の真下の部位には、冷却流体としての冷却水46を流通させるための冷却水流路35が同心円に敷設されており、図示しないが、冷却水流路35には冷却水を導入する冷却水導入管と、冷却水を導出する冷却水導出管とがそれぞれ接続されている。
下側導水管36の一端には冷却水流路37へ冷却水46を導入する冷却水導入管38が接続され、他端には冷却水流路37から冷却水46を導出する冷却水導出管39(図2の想像線参照)が接続されている。
図3に示されているように、下側導水管36の冷却水導入管38には冷却水46の流量を制御する流量制御装置40が接続されており、流量制御装置40は冷却流体流量制御手段としてのコントローラ47によって制御されるように構成されている。
上側導水管41の一端には冷却水流路42に冷却水を導入する冷却水導入管43が接続され、他端には冷却水流路42から冷却水を導出する冷却水導出管44(図2の参照)が接続されている。
図3に示されているように、上側導水管41の冷却水導入管43には冷却水46の流量を制御する流量制御装置45が接続されており、流量制御装置45はコントローラ47によって制御されるように構成されている。
コントローラ47は熱電対48の温度検出結果に基づいて、下側導水管36の流量制御装置40と上側導水管41の流量制御装置45とをそれぞれ適宜に制御するように構成されている。
管継手51は一次管52と二次管53とキャップ54とシールリング55とノズル56とを備えている。一次管52がガス供給ライン57に接続されており、二次管53がマニホールド26の側壁に固着されている。
一次管52と二次管53とがシールリング55を挟んで突き合わされた状態で、キャップ54が一次管52側から二次管53の雄ねじ部にねじ込まれることにより、一次管52と二次管53とがシールを維持しつつ連結されている。この状態で、ノズル56が二次管53内に処理室24の内側から挿入されて、シールリング55によって熱膨張を許容された状態で片持ち支持されている。
したがって、シールリング55はガス供給ポート50とガス供給ライン57とを密閉する第一密閉部材を構成している。
なお、ガス供給ポート50とガス供給ライン57とは、マニホールド26の側壁における下側導水管36と上側導水管41との間に、周縁方向に並設して複数個、例えば、異なるガス種の数だけ設備されている。
排気管58はアウタチューブ22とインナチューブ23との隙間によって形成された排気路25を排気するように構成されている。
ボート60が処理室24に搬入されている時には、炉口27はシールキャップ16によって閉塞されるように構成されている。
ボート60は上下で一対の端板61および62と、両端板61、62間に垂直に配設された複数本の保持部材63とを備えており、各保持部材63には複数条の保持溝64が長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。
そして、ウエハ1は複数条の保持溝64間に外周辺部が挿入されることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボート60に保持されるようになっている。
すなわち、ボート60が搬入されている時には、炉口27はシールキャップ16のシールリング収納溝17に収納されているシールリング18とマニホールド26の下側フランジ29Bとが接触し、炉口27を密閉、閉塞するように構成されている。
シールキャップ16のシールリング収納溝17の真下の部位には、冷却水46を流通させるための冷却水流路71がシールリング収納溝17と同心円状に敷設されており、図3に示されているように、冷却水流路71には冷却水導入管72と、冷却水を導出する冷却水導出管73(図2参照)とがそれぞれ接続されている。
図3に示されているように、冷却水流路71の冷却水導入管72には冷却水の流量を制御する流量制御装置74が接続されており、流量制御装置74はコントローラ47によって接続されるように構成されている。
回転軸挿通部81の外周には導水管82が円形環状に敷設されており、導水管82の内部には冷却水46を流通させるための冷却水流路83が形成されている。
便宜上、図示は省略するが、導水管82には冷却水流路83へ冷却水46を導入する冷却水導入管と、冷却水流路83から冷却水46を導出する冷却水導出管とがそれぞれ接続されている。また、冷却水導入管と冷却水導出管とはシールキャップ16の冷却水流路71の冷却水導入管72と冷却水導出管73とにそれぞれ接続されており、冷却水流路71とともに流量制御装置74およびコントローラ47によって制御されるように構成されている。
複数枚のウエハ1が装填されたボート60は、シールキャップ16のボートエレベータ13による上昇に伴ってマニホールド26の炉口27から処理室24に搬入されて行き、図2に示されているように、シールキャップ16に支持されたままの状態で処理室24に存置される。
この時、処理室24の温度が所定の温度(約600℃)に均一または所定の温度分布になるように、ヒータユニット20によって加熱される。
この状態で、シールキャップ16のシールリング18は炉口27を気密シールした状態になる。
この際、冷却水46が冷却水流路35、37、42、71、83にそれぞれ流通され、シールリング18、31、34、55やガス供給ポート50やマニホールド26やインレットアダプタ32やシールキャップ16の外周縁辺部および回転軸挿通部81が冷却される。
このとき、コントローラ47は熱電対48からの温度検出結果に基づいて、各流量制御装置40、45、74を制御することにより、ガス供給ポート50、マニホールド26およびシールキャップ16の外周縁辺部および回転軸挿通部81の温度を予め設定された所定値に維持する。
また、処理室24の温度が所定の温度(約950℃)に均一または所定の温度分布になるように、ヒータユニット20によって昇温される。
この際、冷却水46が冷却水流路35、37、42、71、83にそれぞれ流通され、シールリング18、31、34、55やガス供給ポート50やマニホールド26やインレットアダプタ32やシールキャップ16の外周縁辺部および回転軸挿通部81が冷却される。
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処理室24の温度や圧力が安定すると、アニール用ガスがインナチューブ23の処理室24にガス供給ライン57およびガス供給ポート50を通じて供給される。
本実施の形態においては、アニール用ガスとしては、アンモニアガスが使用される。
また、少なくともアニール処理中は、ボート60がモータ80によって回転される。
供給されたアニール用ガスはインナチューブ23の処理室24を上昇し、上端開口からインナチューブ23とアウタチューブ22との隙間によって形成された排気路25に流出して排気管58から排気される。
アニール用ガスが処理室24内に充填された状態で、ウエハ1の表面がアニール処理される。
処理室24の温度が所定の温度(約750℃)に均一または所定の温度分布になるように、ヒータユニット20によって降温される。
この際、冷却水46がマニホールド26の冷却水流路35、37、42、71および回転軸挿通部81の冷却水流路83にそれぞれ流通され、シールリング18、31、34、55やガス供給ポート50やマニホールド26やシールキャップ16の外周縁辺部および回転軸挿通部81が冷却される。
このとき、コントローラ47は熱電対48からの温度検出結果に基づいて、各流量制御装置40、45、74を制御することにより、ガス供給ポート50やマニホールド26およびシールキャップ16の外周縁辺部および回転軸挿通部81の温度を予め設定された所定値に維持する。
本実施の形態においては、成膜ガスとしては、ジクロルシラン(SiH2 Cl2 )ガスとアンモニア(NH3 )ガスとが使用される。
ちなみに、アンモニアガスはアンモニアアニール処理時に使用された分が残留しているのと合わせ、ジクロルシランガスが供給される以前から供給される。
また、処理中には、ボート60がモータ80によって回転される。
成膜ガスは処理室24を通過する際にウエハ1の表面に接触する。
このウエハ1との接触に伴う成膜ガスによる熱CVD反応により、ウエハ1の表面には窒化シリコン膜が堆積(デポジション)する。
完全に置換され、プロセスチューブ21内が大気圧状態になると、シールキャップ16が下降されて炉口27が開口されるとともに、ボート60に保持された状態でウエハ1群が炉口27からプロセスチューブ21の真下の待機室11に搬出(ボートアンローディング)される。
しかし、アニール処理を行う場合等においては、処理室24の温度を850℃より高温にする必要がある場合があり、シールリング18およびシールリング31、34等よりも処理室24より離れて設けられるガス供給ポート50のシールリング55をも処理室24からの熱によって劣化させてしまう。
そのため、ガス供給ポート50をも冷却する必要がある。
他方、減圧CVD処理を行う場合、処理中には、ガス供給ポート50やマニホールド26やシールキャップ16や回転軸挿通部81の温度が低温、例えば、150℃未満になっていると、塩化アンモン(NH4 Cl)といった副生成物(中間的生成物)がガス供給ポート50やマニホールド26の内周面やシールキャップ16の上面や回転軸挿通部81の表面に付着してしまう。
つまり、ガス供給ポート50やマニホールド26やシールキャップ16および回転軸挿通部81が過度に低温に冷却されていると、副生成物がガス供給ポート50やマニホールド26の内周面やシールキャップ16の上面および回転軸挿通部81の表面に付着してしまう。
そして、これらの面に付着した副生成物は成膜工程が繰り返される毎に累積して行くため、その累積した堆積膜の厚さは成膜のバッチ処理の回数が増えるに従って増加して行くことになる。
この累積した堆積膜は厚さがある値に達すると、剥離し易くなるため、パーティクルの発生が急激に増加する。
特に、ガス供給ポート50やマニホールド26やシールキャップ16および回転軸挿通部81は、処理すべきウエハ1よりガス流の上流側であるため、パーティクルの発生により直接、ウエハ1に影響を及ぼすことになる。
特に、ガス供給ポート50は、異なるガス種毎や異なるガス流量での制御をする必要があると、それぞれ独立してガス供給ポート50をマニホールド26に設けることとなるが、マニホールド26の外周に取り付けるガス供給ポート50周辺は、スペース的にも限度があり、冷却手段を設けることができないため、シールリング55を冷却し難かった。
しかし、本実施の形態においては、マニホールド26の外周に、複数のガス供給ポート50を上下に挟み込むように、冷却水流路としての上側導水管41と下側導水管36とを取り付けたので、簡易的にガス供給ポート50を冷却することができる。
他方、アニール処理後に、ウエハ1を処理室24外に引き出さずに連続して成膜処理をする際にも、冷却水流路37、42、71、83に流通される冷却水46の流量を制御する流量制御装置40、45、74が、熱電対48の検出する温度に基づき、コントローラ47により流量を制御することができるので、ガス供給ポート50、マニホールド26、シールキャップ16、回転軸挿通部81の温度が所定値に維持される。その結果、ガス供給ポート50、マニホールド26、シールキャップ16、回転軸挿通部81への副生成物の付着を防止することができる。
しかも、温度検出手段である熱電対48をガス供給ポート50のシールリング55と、マニホールド26の下端部とシールキャップ16との間のシールリング18との間であって、マニホールド26の外周部に密着して設け、該熱電対48の検出温度に基づき冷却水流量制御するので、処理すべきウエハ1よりガス流の上流側を適切に冷却することができる。
なお、所定の温度とは、ガス供給ポート50のシールリング55およびシールキャップ16のシールリング18とを熱による劣化を防止しつつ、副生成物がガス供給ポート50およびマニホールド26のウエハ1に対しガス流の上流側およびシールキャップ16 の上面に付着するのを防止することができる温度、例えば100℃〜200℃である。
なお、好ましくは、200℃で温度制御するようにするとよい。
さらに、220℃以上になった場合には、異常温度として検出し、アラームや強制的に冷却水の量を増やす等の処理を施すようにするとよい。
したがって、これらの表面に副生成物が堆積して行くのを未然に防止することができ、パーティクルの発生を防止することができる。
なお、前述の実施の形態では、便宜上、シールキャップ16と、回転軸挿通部81とは、別々のものとして示しているが、回転軸挿通部81をシールキャップ16と一体化し、回転軸挿通部81とシールキャップ16とを合わせてシールキャップとしてもよい。
例えば、処理室24内の温度を600℃としてボートアップする工程(ウエハを処理室24内へ搬入する工程)→処理室24内の温度を750℃として窒化シリコン成膜処理する工程→処理室24内の温度を950℃としてアニール処理する工程→処理室24内の温度を600℃としてボートダウンする工程(ウエハを処理室24内へ搬出する工程)というプロセスレシピを実行する際には、まず、処理室24内の温度を600℃から750℃に昇温とするようヒータユニット20の温度設定値が600℃から750℃に切り替えると略同時に、予め測定しておいた処理室24内の温度を750℃として、窒化シリコン成膜処理する際に流す冷却水の流量に切り替えるようコントローラ47により流量制御装置40、45、74を制御し、冷却水流路37、42、71、83に流すようにする。
また、処理室24内の温度を750℃から950℃とするようヒータユニット20の温度設定値を750℃から950℃に切替えると略同時に、予め測定しておいた処理室24内の温度を950℃として、アニール処理する際に流す冷却水の流量に切替えるようにコントローラ47により流量制御装置40、45、74を制御する。
このように流量制御することにより、処理温度が段階的に違う処理を連続で行う場合、マニホールド部分に設置した温度検出手段の検出する温度によるフィードバック制御だけではシールリング部分やマニホールド内壁部分の温度制御が追いつかず、シールリングの劣化や内壁への反応生成物の付着が起こってしまう場合であっても、シールリング部分やマニホールド内壁部分の温度制御を適切に行うことができ、シールリングの劣化やマニホールド内壁への反応生成物の付着の問題を抑止することができるとともに、異なる条件のウエハ処理を連続で行うことができ、スループット向上へとつながる。
その場合、例えば、ウエハ領域にある温度検出手段が処理室24内の温度が600℃から50℃昇温したことを検出したと略同時に、予め測定しておいた処理室24内の温度を750℃として、窒化シリコン成膜処理する際に流す冷却水の流量に切り替えるようコントローラ47により流量制御装置40、45、74を制御し、冷却水流路37、42、71、83に流すようにしてもよい。
また、ウエハ領域にある温度検出手段が処理室24内の温度を750℃から50℃昇温検出したと略同時に、予め測定しておいた処理室24内の温度を950℃として、アニール処理する際に流す冷却水の流量に切り替えるようコントローラ47により流量制御装置40、45、74を制御し、冷却水流路37、42、71、83に流すようにしてもよい。
外周縁辺部の冷却水流路71はシールキャップ16に設けられているため、熱伝導により必要以上にシールキャップ16を冷却してしまう。そのため、塩化アンモン等の副生成物を付着することになってしまい不要となる。
一方、冷却水流路71は設けずに、冷却水流路37によってシールリング18を冷却するようにすると、冷却水流路37の冷却効率はマニホールド26には熱伝導により伝わるが、シールキャップ16には熱伝導によって伝わり難く、しかも、マニホールド26の下側フランジ29Bの位置すなわち冷却水流路37とシールリング18との間にあってマニホールド側に熱電対48を設けているので、シールキャップ16を冷却し過ぎず、適正に冷却水流路37の流量制御をすることができる。
Claims (2)
- 基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、
上端開口および下端開口を有し、前記プロセスチューブを保持するマニホールドと、
該マニホールドの側壁に設けられ、前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインが接続されるガス供給ポートと、
該ガス供給ポートの内側に設けられ、該ガス供給ポートと前記ガス供給ラインとを密閉する第一密閉部材と、
前記マニホールドの前記下端開口を閉塞する蓋体と、
該蓋体に設けられ、該蓋体と前記マニホールドとの間を密閉する第二密閉部材と、
前記ガス供給ポートと前記マニホールドの前記下端開口との間であって、前記マニホールドの側壁の外周を囲うように設けられた冷却流体流路と、
前記冷却流体流路に接続され、前記冷却流体流路に流す冷却流体の流量を前記第一密閉部材の温度を予め設定された温度範囲に維持するように制御する冷却流体流量制御手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。 - 基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、
上端開口および下端開口を有し、前記プロセスチューブを保持するマニホールドと、
該マニホールドの側壁に設けられ、前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインが接続されるガス供給ポートと、
該ガス供給ポートの内側に設けられ、該ガス供給ポートと前記ガス供給ラインとを密閉する第一密閉部材と、
前記マニホールドの前記下端開口を閉塞する蓋体と、
該蓋体に設けられ、該蓋体と前記マニホールドとの間を密閉する第二密閉部材と、
前記ガス供給ポートと前記マニホールドの前記下端開口との間であって、前記マニホールドの側壁の外周を囲うように設けられた冷却流体流路と、
前記冷却流体流路と前記マニホールドの前記下端開口との間に設けられる温度検出手段と、
該温度検出手段の検出する温度に基づいて前記冷却流体流路に流す冷却流体の流量を前記第一密閉部材の温度を予め設定された温度範囲に維持するように制御する冷却流体流量制御手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
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