JP4969127B2

JP4969127B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP4969127B2
Application number: JP2006089885A
Authority: JP
Inventors: 誠世中嶋; 訓生丸山; 有紀彦武隈; 徹加賀谷
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007266337A

Description

本発明は、熱化学反応を利用して被処理基板に所望の処理を施す基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜や金属膜や半導体膜を形成する成膜、アニール、酸化、拡散およびリフロー等の熱処理（thermal treatment ）に使用される熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）およびポリシリコン等をウエハに堆積（デポジション）するのに、熱処理装置の一例である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、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。

従来のこの種のＣＶＤ装置として、シールリングやマニホールド等の劣化を防止するために、シールキャップやマニホールド等に冷却流体を流通させるものがある。例えば、特許文献１参照。
特開２００５−２４４０１９号公報

前記した冷却流体を流通させるＣＶＤ装置においては、高温域（例えば、９５０℃）でのアンモニア（ＮＨ₃）アニール工程等ではシールリング等の耐熱性の劣る密閉部材の劣化の防止をするためには、密閉部材周辺を冷却し、密閉部材周辺の温度を劣化しない温度まで下げるようにすれば、防止することができる。
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。

本発明の目的は、高温域でのシールリングの劣化を防止してシールリングを長寿命化することができるとともに、低温域での副生成物の付着や堆積を防止してランニングコストを低減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。

前記（１）によれば、処理温度が低温域では冷却流体の流通を停止することにより、処理室内に副生成物が付着したり堆積したりするのを防止することができる。
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。

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、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法における成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置）として構成されている。
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。

図１に示されているように、筐体１２の上には処理室の周りでウエハの主面に対して水平方向に位置し処理室を加熱するヒータユニット２０が、垂直に設置されている。
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。

図１および図２に示されているように、ヒータユニット２０の内部にはプロセスチューブ２１が中心線が垂直になるように縦に設置されている。プロセスチューブ２１はアウタチューブ２２とインナチューブ２３とから構成されている。
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は金属材料、例えば、ステンレス材が使用されて上端開口および下端開口を有する短尺の略円筒形状に形成されており、プロセスチューブ２１と同心円に配設されている。
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。

図２に示されているように、マニホールド２６の上端開口２６ａの外側には、上側フランジ２９Ａが径方向外向きに突出されているとともに、上側フランジ２９Ａの上面にはシールリング収納溝３０が同心円に没設されており、シールリング収納溝３０には、例えば弗素系のゴムからなるシールリング３１が収納されている。

図２に示されているように、上側フランジ２９Ａの上にはアウタチューブ２２が円形リング形状に形成されたインレットアダプタ３２を挟んで載置されており、アウタチューブ２２は上側フランジ２９Ａの上にインレットアダプタ３２を挟んで垂直に支持された状態になっている。
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。

図２および図３に示されているように、マニホールド２６の外周の下端部付近にはＣリング形状に形成された下側導水管３６が密着されて環状に敷設されており、下側導水管３６の内部には冷却水４６を流通させるための冷却水流路３７が形成されている。
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。

図２および図３に示されているように、マニホールド２６の外周の下側導水管３６の上方にはＣリング形状に形成された上側導水管４１が密着されて環状に敷設されており、上側導水管４１の内部には冷却水４６を流通させるための冷却水流路４２が形成されている。
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。

図２および図３に示されているように、マニホールド２６の下端開口２６ｂの外側には下側フランジ２９Ｂが径方向外向きに突出されている。下側フランジ２９Ｂの上面には温度検出手段としての熱電対４８が配置されており、熱電対４８は温度検出結果をコントローラ４７に送信す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。

図３に示されているように、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との間には、処理室２４に処理ガスを供給するガス供給ポート５０が設けられており、ガス供給ポート５０には管継手５１が設備されている。
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。

図１に示されているように、マニホールド２６の側壁には他端が真空排気装置（図示せず）に接続された大口径の排気管５８が、隔壁２８が仕切ったマニホールド２６の内側空間のうち上側空間に連通するように接続されている。
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。

図１に示されているように、待機室１１にはマニホールド２６の炉口２７を開閉するシャッタ５９が設置されており、シャッタ５９はボート６０が処理室２４から搬出されている時に炉口２７を閉塞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。

図２および図３に示されているように、シールキャップ１６の上面における周縁部にはシールリング収納溝１７が同心円に没設されており、シールリング収納溝１７にはシールキャップ１６とマニホールド２６との間をシールする第二密閉部材としてのシールリング１８が収納されている。
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。

図２に示されているように、シールキャップ１６の中心線上には回転軸１９が、シールキャップ１６に固着された回転軸挿通部８１に挿通されており、回転軸１９はモータ８０（図１参照）によって回転駆動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。

次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を使用してウエハにアンモニアアニール処理をし、その後、連続して窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）を成膜する場合について説明する。

図１に示されているように、待機室１１において、複数枚のウエハ１はボート６０に互いに平行で中心線が揃った状態にウエハ移載装置（図示せず）によって装填（ウエハチャージング）される。
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。

続いて、処理室２４の圧力が所定の圧力（数十Ｐａ〜大気圧付近）に排気管５８によって排気される。
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。
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。
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。

アニール処理が実施される予め設定された処理時間経過すると、続いて、プロセスチューブ２１の内部が所定の真空度（数十〜数万Ｐａ）に排気管５８によって排気される。
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。

処理室２４の温度や圧力が安定すると、成膜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、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。

供給された成膜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。
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。

窒化シリコン膜が所望の膜厚だけ堆積する予め設定された処理時間が経過すると、ガス供給ポート５０から処理室２４へ置換ガスとして、例えば、窒素ガス等の不活性ガスが供給され、ジクロルシランガスとアンモニアガスとを処理室２４内から排気し、不活性ガスに置換する。
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。

ところで、減圧ＣＶＤ装置を用いて、減圧ＣＶＤ成膜処理を行う場合には、処理室２４の温度を８５０℃以下の温度として行い、その処理を行う際に、マニホールド２６のシールリング３１、インレットアダプタ３２のシールリング３４およびシールキャップ１６のシールリング１８、回転軸１９の軸受やモータ８０の熱による劣化を防止するために、シールリング３１、３４およびシールリング１８、回転軸１９周辺の近傍を強制的に冷却するのが、一般的である。
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。

本実施の形態においては、８５０℃以上のアニール処理を行う際には、アニール処理に際して、冷却水４６が冷却水流路３５、３７、４２、７１、８３に流通されることにより、ガス供給ポート５０、マニホールド２６、インレットアダプタ３２、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ので、シールリング１８、３１、３４、５５、軸受やモータ８０の熱による劣化を防止することができる。
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。

前記した実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 成膜処理に際して、冷却水をマニホールドの外周であって、ガス供給ポートの上下に挟み込むように冷却水流路を設け、さらに、シールキャップの外周縁辺部の冷却水流路に設け、該冷却水流路に流通させることにより、ガス供給ポートやマニホールドおよびシールキャップの温度を所定値に維持することができるので、副生成物のガス供給ポートやマニホールドの内周面およびシールキャップの上面への付着を防止することができる。

2) マニホールドの内周面やシールキャップ（回転軸挿通部含む）に処理冷却水の副生成物が付着するのを防止することにより、これらの表面に副生成物が堆積して行くのを防止することができるため、この堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を未然に防止することができ、その結果、この堆積膜を除去するためのメンテナンス作業を廃止ないしは減少することができるため、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法の製造歩留りやスループットを高めることができる。

3) アニール処理に際して、冷却水をマニホールドの外周であって、ガス供給ポートの上下に挟み込むように冷却水流路を設け、該冷却水流路に流通させることにより、ガス供給ポートのシールリングを強制的に冷却することができるので、シールリングの熱による劣化を防止してシールリングの寿命を延ばすことができ、その結果、ＣＶＤ装置の稼働効率ひいてはＩＣの製造方法の生産性を高めることができる。

4) 処理室に対しガス供給側であるガス供給ポートのシールリングと、マニホールドの下端部のシールリングとを、熱による劣化により汚染源とならないように保護するために、ガス供給ポートのシールリングと、マニホールドの下端側のシールリングとの間であって、マニホールドの側壁に密着して冷却水を流通させる導水管を敷設することにより、マニホールドの内周面を冷却させすぎずに、効率的に冷却することができる。

5) ガス供給ポートのシールリングとマニホールドの下端部のシールリングとの間において、熱電対をマニホールドの外周部に密着して設け、その熱電対の検出温度に基づき冷却水流量を制御するように構成することにより、冷却水は、冷却すべきガス供給ポートのシールリングとマニホールドの下端部のシールリングとの間で、二つのシールリングを同時かつ適切に冷却することができる。

6) ガス供給ポートのシールリングとマニホールドの下端部のシールリングとの間において、上下で一対の冷却水を流通させる導水管をマニホールドの外周に密着させて設けることにより、シールキャップの上面全体を冷却させすぎることなく、かつ、マニホールドの内周面を冷却させすぎずに、効率的に冷却することができる。

7) ８５０℃以上の高温処理であるアンモニアアニール処理と、６５０℃〜８５０℃以下の低温処理であり反応生成物を処理室内に付着させる可能性のある窒化シリコンの成膜処理とを同一処理室にて、処理室から途中ウエハを処理室から引き出すことなく、連続でウエハに処理する場合であっても、ガス供給ポートのシールリング等を劣化させることなく、さらに、ウエハに対しガス流の上流側であるマニホールドの内周面、シールキャップ（回転軸挿通部含む）上面に副生成物を付着させることなく、効率的に冷却することができる。

なお、本実施の形態に係るＣＶＤ装置のアニール処理と成膜処理との連続処理の運用方法として、特に、以下のように運用することが好ましい。

冷却水流路３７、４２、７１、８３への冷却水の流量制御をウエハ処理に先立って、ウエハ処理前の処理室２４内の設定温度が異なる工程中に、予め、当該ウエハ処理時の冷却水流量制御をするよう制御した。
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。

なお、前記実施例では、ヒータユニット２０の設定温度の変化により冷却水流路３７、４２、７１、８３に流す冷却水の流量を変化させたが、これに限らず、処理室２４内のウエハ領域にある温度検出手段の検出する温度に基づき制御してもよい。
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。

なお、これらの制御を行う際には、マニホールド２６に設けてある熱電対の温度を監視するようにし、異常温度を検出する場合、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、より一層よい。

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、マニホールドの外周に密着して敷設した冷却水流路３７によってシールキャップ１６のシールリング１８をも充分に冷却することができるので、図４に示されているように、シールキャップ１６の外周縁辺部の冷却水流路７１は省略してもよい。
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。

成膜する膜種はシリコン窒化膜に限らず、ポリシリコン膜やシリコン酸化膜等であってもよい。

ＣＶＤ装置に限らず、酸化処理や拡散処理、酸化や拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー処理およびアニール処理等にも使用される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。

本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。成膜ステップを示す主要部の正面断面図である。主要部を拡大した正面断面図である。本発明の他の実施の形態を示す図３に相当する一部切断正面図である。

符号の説明

１…ウエハ（被処理基板）、１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…待機室、１２…筐体、１３…ボートエレベータ、１４…昇降台、１５…アーム、１６…シールキャップ（蓋体）、１７…シールリング収納溝、１８…シールリング（第二密閉部材）、１９…回転軸、２０…ヒータユニット、２１…プロセスチューブ、２２…アウタチューブ、２３…インナチューブ、２４…処理室、２５…排気路、２６…マニホールド、２６ａ…上端開口、２６ｂ…下端開口、２７…炉口、２８…隔壁、２９Ａ…上側フランジ、２９Ｂ…下側フランジ、３０…シールリング収納溝、３１…シールリング、３２…インレットアダプタ、３３…シールリング収納溝、３４…シールリング、３５…冷却水流路、３６…下側導水管、３７…冷却水流路、３８…冷却水導入管、３９…冷却水導出管、４０…流量制御装置、４１…上側導水管、４２…冷却水流路、４３…冷却水導入管、４４…冷却水導出管、４５…流量制御装置、４６…冷却水（冷却流体）、４７…コントローラ（冷却流体流量制御手段）、４８…熱電対（温度検出手段）、５０…ガス供給ポート、５１…管継手、５２…一次管、５３…二次管、５４…キャップ、５５…シールリング（第一密閉部材）、５６…ノズル、５７…ガス供給ライン、５８…排気管、５９…シャッタ、６０…ボート、６１、６２…端板、６３…保持部材、６４…保持溝、７１…冷却水流路、７２…冷却水導入管、７３…冷却水導出管、７４…流量制御装置、８０…モータ、８１…回転軸挿通部、８２…導水管、８３…冷却水流路。

Claims

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。