JP5967845B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents
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Description
基板を収容する処理容器と、前記処理容器を閉塞する蓋体と、前記基板に反応物を供給する供給部と、前記基板を加熱する第1の加熱部と、前記蓋体付近を流れる気体状態の前記反応物を加熱する第2の加熱部と、前記蓋体を加熱する発熱体と、を有する基板処理装置が提供される。
処理用器内に収容された基板を第1の加熱部により加熱する工程と、前記処理容器内に反応物を供給する工程と、前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第2の加熱部と発熱体により加熱する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
処理用器内に収容された基板を第1の加熱部により加熱する手順と、前記処理容器内に反応物を供給する手順と、前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第2の加熱部と発熱体により加熱する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、主に図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面で示している。図2は、本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉202の縦断面概略図である。基板処理装置では、例えば、半導体装置を製造するための一工程が行われる。
図1に示すように、処理炉202は処理容器としての反応管203を備えている。反応管203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管203の筒中空部には処理室201が形成され、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。
ンレス(SUS)等の金属や石英等により形成してもよい。支柱217a、天板217cの構成材料として金属が用いられる場合、金属にテフロン(登録商標)加工が施されているとより良い。
反応管203の外側には、反応管203の側壁面を同心円状に囲うように、反応管203内のウエハ200を加熱する第1の加熱部207が設けられている。第1の加熱部207は、ヒータベース206により支持されて設けられている。図2に示すように、第1の加熱部207は第1のヒータユニット207a、第2のヒータユニット207b、第3のヒータユニット207c、第4のヒータユニット207dを備えている。各ヒータユニット207a,207b,207c,207dは、それぞれ反応管203内でのウエハ200の積層方向に沿って設けられている。
図1及び図2に示すように、反応管203と第1の加熱部207との間には、反応物が通過する供給ノズル230が設けられている。ここで、反応物とは、反応管203内のウエハ200上に供給され、ウエハ200と反応する物質を言う。反応物としては、例えば酸化剤として用いられる過酸化水素(H2O2)や水(H2O)を用いることができる。供給ノズル230は、例えば熱伝導率の低い石英等により形成されている。供給ノズル230は二重管構造を有していてもよい。供給ノズル230は、反応管203の外壁の側部に沿って配設されている。供給ノズル230の上端(下流端)は、反応管203の頂部(上端開口)に気密に設けられている。反応管203の上端開口に位置する供給ノズル230には、供給孔231が上流側から下流側にわたって複数設けられている(図2参照)。供給孔231は、反応管203内に供給された反応物を反応管203内に収容されたボート217の天板217cに向かって噴射させるように形成されている。
反応管203の上部には、第3の加熱部209が設けられている。ここでは、第3の加熱部209を反応管203の外側に設けた例を示すが、これに限らず、反応管203内に設けても良い。第3の加熱部209は、ボート217の天板217cを加熱するように構成されている。第3の加熱部209としては、例えばランプヒータユニット等を用いることができる。第3の加熱部209には、後述するコントローラ121が電気的に接続されている。コントローラ121は、ボート217の天板217cが所定の温度となるように、第3の加熱部209への供給電力を所定のタイミングにて制御するように構成されている。主に、第3の加熱部209、天板217cにより状態変換部が構成される。状態変換部は、例えば、反応管203内に供給された液体状態の反応物や反応物を溶媒に溶解させて生成された液体原料を気体状態に状態変換させる。なお、以下、これらを総称して単に液体状態の反応物ともいう。
反応管203には、反応管203内(処理室201内)の雰囲気を排気する第1の排気管241の上流端が接続されている。第1の排気管241には、上流方向から順に、反応管203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、圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242、真空排気装置としての真空ポンプ246aが設けられている。第1の排気管241は、真空ポンプ246aにより、反応管203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。なお、APCバルブ242は弁を開閉して反応管203内の真空排気及び真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。
図2に示すように、第1の加熱部207の外周には、反応管203及び第1の加熱部207を覆うように断熱部材210が設けられている。断熱部材210は、反応管203の側壁を囲うように設けられる側部断熱部材210aと、反応管203の上方端を覆うように設けられる上部断熱部材210bと、を備えて構成されている。側部断熱部材210aと上部断熱部材210bとはそれぞれ気密に接続されている。なお、断熱部材210は、側部断熱部材210aと上部断熱部材210とが一体に形成されていてもよい。断熱部材210は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料で構成されている。
例えば、反応物として過酸化水素が用いられ、処理ガスとして、液体状態の過酸化水素である過酸化水素水を気化又はミスト化させた過酸化水素ガスが用いられる場合、過酸化水素ガスが、反応管203内で過酸化水素の気化点よりも低い温度に冷却されて再液化してしまう場合があった。
図9に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
続いて、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図10を用いて説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置により実施される。本実施形態では、かかる基板処理工程の一例として、反応物として過酸化水素を用い、基板としてのウエハ200上に形成されたSi膜をSiO膜に改質する(酸化する)工程(改質処理工程)を行う場合について説明する。なお、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121により制御される。
まず、予め指定された枚数のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータによって持ち上げて反応管203内(処理室201内)に搬入(ボートロード)する。この状態で、処理炉202の開口部である炉口はシールキャップ219によりシールされた状態となる。
反応管203内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246a又は真空ポンプ246bの少なくともいずれかによって真空排気する。この際、反応管203内の圧力は、圧力センサで測定し、この測定した圧力に基づきAPCバルブ242の開度又はバルブ240の開閉をフィードバック制御する(圧力調整)。
ウエハ200を加熱して所望とする温度に達し、ボート217が所望とする回転速度に到達したら、反応物供給管232aから反応管203内へ過酸化水素水の供給を開始する。すなわち、バルブ235c,235d,235eを閉じ、バルブ235bを開ける。次に、圧送ガス供給源238bから反応物供給タンク233内に、マスフローコントローラ239bにより流量制御しながら圧送ガスを供給する。さらにバルブ235a及びバルブ237を開け、反応物供給タンク233内に貯留されている過酸化水素水を、液体流量コントローラ234により流量制御しながら、反応物供給管232aからセパレータ236、供給ノズル230、供給孔231を介して反応管203内に供給する。圧送ガスとしては、例えば窒素(N2)ガス等の不活性ガスや、Heガス、Neガス、Arガス等の希ガスを用いることができる。
改質処理工程(S30)が終了した後、APCバルブ242を閉じ、バルブ240を開けて反応管203内を真空排気し、反応管203内に残留している過酸化水素ガスを排気する。すなわち、バルブ235aを閉じ、バルブ235c,237を開け、不活性ガス供給管232cから供給ノズル230を介して反応管203内に、パージガスとしてのN2ガス(不活性ガス)を、マスフローコントローラ239cにより流量制御しながら供給する。パージガスとしては、例えば窒素(N2)ガス等の不活性ガスや、例えばHeガス、Neガス、Arガス等の希ガスを用いることができる。これにより、反応管203内の残留ガスの排出を促すことができる。また、供給ノズル230内をN2ガスが通過することで、供給ノズル230内に残留する過酸化水素水(液体状態の過酸化水素)を押し出して除去することもできる。このとき、APCバルブ242の開度及びバルブ240の開閉を調整し、真空ポンプ246aから排気してもよい。
パージ工程(S40)が終了した後、バルブ240又はAPCバルブ242の少なくともいずれかを開け、反応管203内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ200を所定の温度(例えば室温程度)に降温させる。具体的には、バルブ235cを開けたままとし、反応管203内に不活性ガスであるN2ガスを供給しつつ、反応管203内の圧力を大気圧に昇圧させる。そして、第1の加熱部207及び第3の加熱部209への供給電力を制御して、ウエハ200の温度を降温させる。
その後、ボートエレベータによりシールキャップ219を下降させて反応管203の下端を開口するとともに、処理済みウエハ200をボート217に保持した状態で反応管203の下端から反応管203(処理室201)の外部へ搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済みウエハ200はボート217より取り出され(ウエハディスチャージ)、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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変更可能である。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器を閉塞する蓋体と、
前記基板に反応物を供給する供給部と、
前記基板を加熱する第1の加熱部と、
前記蓋体付近を流れる気体状態の前記反応物を加熱する第2の加熱部と、
を有する基板処理装置が提供される。
付記1に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第2の加熱部は、抵抗加熱体と放射加熱体のいずれか若しくは両方で構成される。
付記1又は付記2に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第2の加熱部は、前記第1の加熱部で加熱される領域以外の領域を加熱する。
付記1乃至付記3のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理容器内での気体状態の前記反応物の液化を抑制するように前記第2の加熱部の温度を制御する制御部を有する。
付記1乃至付記4のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理容器は、前記基板を複数枚収容可能な反応管であって、
前記第2の加熱部は、少なくとも前記反応管の下部の外側に設けられている。
付記1乃至付記5のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第2の加熱部は、前記蓋体の内部に埋め込まれている。
付記1乃至付記6のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第2の加熱部は、前記蓋体の下方外側に設けられている。
付記1乃至付記7のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記蓋体は、熱伝導性の良い非金属材料により形成されている。
付記1乃至付記8のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は常温で固体又は液体であり、前記反応物を溶媒に溶解させた溶液は気化される性質を有する。
付記9に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物の気化点が前記溶媒の気化点と異なる。
付記1乃至付記10のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は、液体状態で前記処理容器内に供給された後、前記処理容器内で気体状態に気化される。
付記1乃至付記11のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理容器に第3の加熱部と状態変換部が設けられており、
前記処理容器内に液体状態の前記反応物が供給される場合、液体状態の前記反応物は、前記状態変換部により前記反応管内で気体状態に変換された後、前記反応管内を前記排気部へ向かって流れる。
付記1乃至付記11のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記反応物は前記処理容器の外で気体状態に気化された後、前記処理容器内に供給される。
更に他の態様によれば、
処理用器内に収容された基板を第1の加熱部により加熱する工程と、
前記処理容器内に反応物を供給する工程と、
前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第2の加熱部により加熱する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記14に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第2の加熱部が、前記処理容器内で液化されることを抑制するように制御される工程を有する。
更に他の態様によれば、
処理用器内に収容された基板を第1の加熱部により加熱する手順と、
前記処理容器内に反応物を供給する手順と、
前記処理容器を閉塞する蓋体付近を流れる気体状態の反応物を第2の加熱部により加熱する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する手順と、
前記処理用器内の前記基板を第1の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記処理容器内に供給して前記基板を処理する手順と、
前記処理容器内から処理後の前記基板を搬出する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記供給部から前記排気部へと向かって前記処理容器内を流れる気体状態の前記反応物が前記し内で液化されることを抑制するように、第2の加熱部により気体状態の前記反応物を前記処理用器内の下流側で加熱する手順を
コンピュータに実行させるプログラムが提供される。
更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する手順と、
前記反応管内の前記基板を第1の加熱部により加熱し、供給部より反応物を前記処理容器内に供給して前記基板を処理する手順と、
前記処理容器内から処理後の前記基板を搬出する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記供給部から前記排気部へと向かって前記処理容器内を流れる気体状態の前記反応物が前記処理容器内で液化されることを抑制するように、第2の加熱部により気体状態の前記反応物を前記処理容器内の下流側で加熱するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
Claims (9)
- 複数枚の基板を多段で保持するボートと、
前記ボートの下部に設けられ、前記ボートを保持する断熱体と、
前記複数枚の基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを収容する石英の反応管と、
前記反応管を閉塞する蓋体と、
前記蓋体上面に設けられた石英の蓋体保護部と、
前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体と、
前記反応管内に過酸化水素を含むガスを供給する供給部と、
前記ボートに対向する位置であって、前記反応管の側壁の外周を囲うように設けられた第1の加熱部と、
前記断熱体に対向する位置であって、前記反応管の下部の側壁の外周面上に設けられた第2の加熱部と、
前記ボートに保持された前記基板の温度が40℃〜100℃となるように前記第1の加熱部を制御すると共に、前記反応管の下部と前記断熱体と前記熱伝導体と前記蓋体保護部とを加熱して、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で前記過酸化水素を含むガスの温度が、前記過酸化水素を含むガスが液化しない温度として150℃〜170℃になるように前記第2の加熱部を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記第2の加熱部は、抵抗加熱体と放射加熱体のいずれか若しくは両方で構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記蓋体の下面に前記蓋体を加熱する発熱体を設けた請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記制御部が、
前記反応管内での気体状態の前記過酸化水素を含むガスの液化を抑制するように前記第2の加熱部の温度と前記発熱体の温度とを制御する請求項3記載の基板処理装置。 - 前記蓋体は、熱伝導率が10W/mK以上である非金属材料により形成されている請求項1に記載の基板処理装置。
- 複数枚の前記基板を多段で保持するボートと、
前記ボートの下部に設けられ、前記ボートを保持する断熱体と、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを収容する石英の反応管と、
前記反応管を閉塞する蓋体と、
前記蓋体上面に設けられた石英の蓋体保護部と、
前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体と、
前記反応管内に過酸化水素を含むガスを供給する供給部と、
前記ボートに対向する位置であって、前記反応管の側壁の外周に設けられた第1の加熱部と、
前記断熱体に対向する位置であって、前記反応管下部の側壁の外周面に設けられた第2の加熱部と、
を有する基板処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体と前記反応管に収容する工程と、
前記第1の加熱部により、前記反応管内に収容された前記基板の温度が40℃〜100℃となるように、前記基板を加熱する工程と、
前記反応管内に前記過酸化水素を含むガスを供給する工程と、
前記第2の加熱部により、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で、前記過酸化水素を含むガスが、前記過酸化水素を含むガスが液化しない温度として150℃〜170℃に加熱されるように、前記反応管の下部と前記断熱体と前記熱伝導体と前記蓋体保護部とを加熱する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記基板処理装置に、更に、前記蓋体の下面に前記蓋体を加熱する発熱体を設け、
前記第2の加熱部と前記発熱体が、前記反応管内で前記過酸化水素を含むガスが液化されることを抑制するように制御される工程を有する請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 複数枚の前記基板を多段で保持するボートと、
前記ボートの下部に設けられ、前記ボートを保持する断熱体と、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを収容する石英の反応管と、
前記ボートの下部に設けられた断熱体と、
前記反応管を閉塞する蓋体と、
前記蓋体上面に設けられた石英の蓋体保護部と、
前記蓋体保護部の上面に設けられた熱伝導体と、
前記反応管内に過酸化水素を含むガスを供給する供給部と、
前記ボートに対向する位置であって、前記反応管の側壁の外周を囲うように設けられた第1の加熱部と、
前記断熱体に対向する位置であって、前記反応管の下部の側壁の外周面上に設けられた第2の加熱部と、
を有する基板処理装置に、
前記基板が保持された前記ボートと前記断熱体とを前記反応管に収容する手順と、
前記第1の加熱部により、前記反応管内に収容された前記基板の温度が40℃〜100℃となるように、前記基板を加熱する手順と、
前記反応管内に前記過酸化水素を含むガスを供給する手順と、
前記第2の加熱部により、前記反応管内の前記断熱体が収容される領域で、前記過酸化水素を含むガスが、前記過酸化水素を含むガスが液化しない温度として150℃〜170℃に加熱されるように、前記反応管の下部と前記断熱体と前記熱伝導体と前記蓋体保護部とを加熱する手順と、をコンピュータによって実行させるプログラム。 - 前記基板処理装置に、更に、前記蓋体の下面に前記蓋体を加熱する発熱体を設け、
前記第2の加熱部と前記発熱体が、前記反応管内で前記過酸化水素を含むガスが液化されることを抑制するように制御される手順を、前記コンピュータによって前記基板処理装置に実行させる請求項8に記載のプログラム。
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