JP7055173B2

JP7055173B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理プログラム

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Publication number: JP7055173B2
Application number: JP2020117977A
Authority: JP
Inventors: 正導谷内; 高行中田
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-07-08
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Description

本開示の技術は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理プログラムに関する。

半導体装置（半導体デバイス）の製造工程では、半導体を含む被処理体である半導体基板（以下、単に基板ともいう）に対する処理を行う装置として、縦型の基板処理装置が用いられることがある。特に、特許文献１には、減圧状態下で基板処理を行う基板処理装置において、排気装置の前後を渡るバイパスラインを設置し、該バイパスラインに開閉バルブ、ＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌ）バルブを設けると共に、この開閉バルブをバイパスして、開閉バルブを有するバイパスラインを設けた点、及び、メインラインとバイパスラインの両方に、ＡＰＣバルブを備える点が記載されている。

特許文献１では、バイパスラインにＡＰＣバルブを配置することで、反応室とターボ分子ポンプとの差圧によって反応室内のパーティクル（石英）を拡散させないように、反応室が所定圧力になるまで大気圧からゆっくり減圧していることが記載されている。

しかし、この場合、バイパスラインの配管の口径がメインラインの配管の口径よりかなり小さいため、大気圧から所定圧力に減圧するまでに時間を要することがある。一方、近年の基板処理では、従来に比べて処理室を高真空状態とした成膜処理が要求されることがある。

特開平１１－３００１９３号公報

本開示は、処理室のパーティクルを拡散させず、短時間で処理室を高真空状態とすることを目的とする。

本開示によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室からガスを排出する第１配管と、前記第１配管に設けられた第１開度調整バルブと、前記第１配管に設けられた開閉バルブと、前記第１配管に設けられ、前記処理室の圧力を検出する圧力センサと、を備えたメイン排気ラインと、前記メイン排気ラインに接続された第２配管と、前記第２配管に設けられた第２開度調整バルブと、を備えたバイパス排気ラインと、前記圧力センサからの情報に基づき、前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室が第１圧力になるまで減圧し、前記第１圧力に至ると前記第２開度調整バルブを閉止させて前記開閉バルブ及び前記第１開度調整バルブを開放して、前記処理室が第２圧力になるまで減圧し、前記処理室が第２圧力に至ると前記開閉バルブ及び前記第１調整バルブを閉止させて前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室を処理圧力にすることが可能なよう構成される制御部と、を有する構成が提供される。

本開示に係る基板処理装置によれば、処理室のパーティクルを拡散させず、短い時間で処理室を高真空状態とすることができる。

本開示の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す概略図である。本開示の一実施形態に係る排気系を示す正面図である。本開示の一実施形態に係る排気系の、大気圧から第１圧力まで減圧する際の動作及び第２圧力から高真空域まで減圧する際の動作の一例を示す概略図である。本開示の一実施形態に係る排気系の、第１圧力から第２圧力まで減圧する際の動作の一例を示す概略図である。本開示の一実施形態に係る排気系の動作における減圧状態を示すグラフである。本開示の一実施形態に係る排気系の動作を示すフローチャートである。

以下、本実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、図面の上方向を上方又は上部、下方向を下方又は下部として説明する。また、本実施形態において記載する圧力は、すべて気圧を意味する。

＜基板処理装置の全体構成＞
図１に示すように、基板処理装置１００は、基板３０を処理する処理室２０を有する反応炉１０と、基板３０を処理室２０に搬送するボート２６を有する予備室２２と、処理室２０にガスを導入するガス導入ライン４０と、処理室２０のガスを排出する排気系５０と、基板処理装置１００の動作を制御する主制御部７０と、を有する。

〔反応炉〕
反応炉１０内には、図１に示すように、上下方向に軸を有する筒状に形成された反応管１２と、反応管１２の下部に気密部材１２Ａを挟んで連結され、上下方向に軸を有する筒状に形成された炉口フランジ１４と、を含む処理室２０が形成されている。また、反応炉１０は、反応管１２の内部に、反応管１２と同芯に内管１６が支持されている。また、反応管１２の外周には、反応管１２の軸と同芯、かつ、反応管１２の外面と間隔を有してヒータ１８が設けられている。ヒータ１８は、後述する主制御部７０からの信号を得て発熱し、反応管１２を加熱する機能を有する。このように、反応管１２と、炉口フランジ１４と、内管１６と、ヒータ１８と、処理室２０により反応炉１０が構成されている。また、処理室２０には、基板３０が配置される。

〔予備室〕
予備室２２は、図１に示すように、炉口フランジ１４の下部に気密に連通された搬送筐体２４が設けられている。搬送筐体２４の内部には、基板３０を載置して、基板３０を処理室２０に搬送して挿入するボート２６が上下方向に移動可能に設けられている。また、搬送筐体２４の下部に、後述するガス導入ライン４０と同様の構成を有する第２ガス導入ライン４４が連通されており、処理室２０に導入するガスを、この第２ガス導入ライン４４から導入してもよい構成を有している。また、搬送筐体２４の下部、かつ、ボート２６の下方に、搬送筐体２４を気密に閉塞する炉口蓋２８が設けられている。

〔ガス導入ライン〕
ガス導入ライン４０は、図１に示すように、図示しないガス供給部と、ガス供給部と炉口フランジ１４とを連通するガス導入管４０Ａと、ガス導入管の、ガス供給部と炉口フランジ１４との間に設けられた流量制御器４２と、を有する。流量制御器４２は、後述する主制御部７０からの信号によって、内部に設けられた図示しない弁を開閉してガスの導入量を制御する機能を有する。また、第２ガス導入ライン４４は、ガス供給部と搬送筐体２４の下部とを連通する点を除いて、ガス導入ライン４０と同様の構成を有し、ガス導入ライン４０の予備として設けられている。なお、ここで用いられるガスは不活性ガスであり、具体的には窒素が用いられる。

〔主制御部〕
主制御部７０は、基板処理装置１００の全体の動作を制御する。主制御部７０は、図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ、入力部、表示部、通信インターフェイス等を有し、それぞれがバスに接続されたコンピュータを内蔵している。主制御部７０は、入力部からの入力情報に基づいて、基板処理装置１００における各種処理を行うための基板処理プログラムが実行される。例えば、主制御部７０は、基板処理プログラムの一つであるプロセスレシピを実行して、半導体装置を製造する一つの工程である基板処理工程の制御を行う。このとき、主制御部７０は、排気系５０のゲートバルブ５６の開閉を制御するとともに、ＡＰＣコントローラ７２と協働して、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ、及び第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整し、処理室２０の圧力を制御する。ここで、主制御部７０は、後述するＡＰＣコントローラ７２とともに構成される制御部の一例である。また、以後、ＡＰＣバルブを閉塞もしくは閉止するという記載は、ＡＰＣバルブの開度は０％と同意義であり、ＡＰＣバルブを開放するという記載は、ＡＰＣバルブの開度は１００％と同意義である。

＜要部の構成＞
≪排気系≫
排気系５０は、図１から図３に示すように、処理室２０からガスを排出する第１配管としての大口径の配管５２Ａと、配管５２Ａに設けられた第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６と、配管５２Ａに設けられ、処理室２０の圧力を検出する圧力センサ群６２と、を少なくとも備えたメイン排気ライン５２と、配管５２Ａに接続され、配管５２Ａの口径をＤとしたとき、口径がＤ×（０．５～０．９）の第２配管としての配管５４Ａと、配管５４Ａに設けられた第２ＡＰＣバルブ５８Ｂと、を少なくとも備えたバイパス排気ライン５４と、を有する。ここで、ゲートバルブ５６は開閉バルブの一例であり、第１ＡＰＣバルブ５８Ａは第１開度調整バルブの一例であり、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂは第２開度調整バルブの一例である。また、メイン排気ライン５２の処理室２０と反対側の端部となる流末部はポンプ６０の吸引側に接続されており、ポンプ６０は排気系５０に含むようにしてもよい。

更に、排気系５０は、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及び第２ＡＰＣバルブ５８Ｂを制御するＡＰＣコントローラ７２と主制御部７０に制御されるよう構成されている。

〔メイン排気ライン〕
メイン排気ライン５２には、図１に示すように、処理室２０からポンプ６０までを連通する配管５２Ａと、処理室２０とポンプ６０との間に第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６と、が設けられている。ゲートバルブ５６は、主制御部７０と電気的に接続され、後述する圧力センサ群６２と電気的に接続された主制御部７０からの信号に基づいて開閉動作が行われる。また、第１ＡＰＣバルブ５８Ａは、ＡＰＣコントローラ７２と電気的に接続され、後述する圧力センサ群６２と電気的に接続されたＡＰＣコントローラ７２からの信号に基づいて開閉動作及び開度調整が行われる。メイン排気ライン５２は、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６が開状態のとき、ポンプ６０の吸引動作により、処理室２０のガスを排気するように構成されている。本実施形態では、配管５２Ａの口径は、一例として２００ｍｍ（２００φ）としている。

〔バイパス排気ライン〕
バイパス排気ライン５４は、図１に示すように、配管５２Ａにおいて、処理室２０とゲートバルブ５６との間で分岐する分岐部５４Ｂと、ゲートバルブ５６とポンプ６０との間で合流する合流部５４Ｃとの間を連通する配管５４Ａと、配管５４Ａの、分岐部５４Ｂと合流部５４Ｃとの間に第２ＡＰＣバルブ５８Ｂと、が設けられている。第２ＡＰＣバルブ５８Ｂは、ＡＰＣコントローラ７２と電気的に接続され、後述する圧力センサ群６２と電気的に接続された主制御部７０からの処理室２０の圧力情報を受信したＡＰＣコントローラ７２の動作指令に基づいて第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整しながら開閉動作が行われる。バイパス排気ライン５４は、ゲートバルブ５６が閉状態のとき、ポンプ６０の吸引動作により、処理室２０のガスを排気するように構成されている。配管５４Ａの口径は、４０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下であり、好ましくは、８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下であり、特に、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下（８０φ以上１００φ以下）が好ましく、本実施形態では、一例として１００ｍｍ（１００φ）としている。バイパス排気ライン５４は、メイン排気ライン５２より配管５４Ａの径が小さければ、１８０ｍｍより大きくてもよいが、あまりに径が大きくなりすぎるとバイパス排気ライン５４を設ける必要がなくなる。また、配管５４Ａの口径が１４０ｍｍより大きくなると、後述する大気圧からの排気の際にＡＰＣバルブの調整にも拘らずパーティクルの発生が懸念される。一方、配管５４Ａが小さすぎると排気ラインの排気能力の影響により、プロセスへの影響が生じる。例えば、配管５４Ａの口径が４０ｍｍ以下になると、排気能力がプロセスへ影響する可能性が懸念される。

〔圧力センサ群〕
圧力センサ群６２は、図１に示すように、配管５２Ａの分岐部５４Ｂに対応する位置より処理室２０側に配置された複数本の配管６２Ａによって互いに連通されて設けられている。圧力センサ群６２は、主制御部７０と電気的に接続され、処理室２０の圧力情報を送信する機能を有する。また、圧力センサ群６２は、後述する大気圧センサ６４と、第１真空センサ６８と、第２真空センサ６６とで構成されている。図２に示すように、第１真空センサ６８、第２真空センサ６６及び大気圧センサ６４は、分岐部５４Ｂに近い側から、分岐部５４Ｂから遠い側（処理室２０側）に向かって、この順に、配管５２Ａに接続されたそれぞれの配管６２Ａに設けられている。ここで、大気圧センサ６４、第１真空センサ６８、第２真空センサ６６は、それぞれ圧力センサの一例である。

（大気圧センサ）
大気圧センサ６４は、図２に示すように、処理室２０に最も近い位置の配管５２Ａに接続された配管６２Ａに設けられ、大気圧に近い領域の圧力を検知する機能を有する。

（第１真空センサ）
第１真空センサ６８は、図２に示すように、配管６２Ａに設けられ、大気圧に近い領域の圧力から所定の真空領域の圧力（１０^－１～１０^５Ｐａ）までを検知する広域圧力センサとしての機能を有する。ここでは、大気圧から第２圧力Ｐ２(例えば、１０Ｔｏｒｒ）までを検知するよう構成されている。

（第２真空センサ）
第２真空センサ６６は、図２に示すように、配管６２Ａに設けられ、また、第２真空センサ６６には、所定の圧力にまで減圧されると開となる弁６６Ａが設けられている。本実施の形態においては、第２圧力Ｐ２にあると弁６６Ａが開となるように構成される。第２真空センサ６６は、高真空域（高真空状態）の圧力を検知する圧力センサとしての機能を有する。ここでは、第２圧力Ｐ２(例えば、１０Ｔｏｒｒ）で弁６６Ａが開となり、圧力を検知するよう構成されている。

これら、大気圧センサ６４、第１真空センサ６８、第２真空センサ６６は、それぞれ主制御部７０と電気的に接続されていることは上述のとおりである。

〔ＡＰＣコントローラ〕
ＡＰＣコントローラ７２は、図１及び図２に示すとおり、メイン排気ライン５２の配管５２Ａにおいて、ゲートバルブ５６と配管６２Ａ又は分岐部５４Ｂとの間に設けられ、主制御部７０及びＡＰＣコントローラ７２と電気的に接続されている。ＡＰＣコントローラ７２は、上述したとおり、主制御部７０から処理室２０の圧力情報を受信し、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及び第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整する機能を有する。ここで、ＡＰＣコントローラ７２は、主制御部７０とともに構成される制御部の一例である。

＜要部の作用＞
ここで、本実施形態の要部である排気系５０による基板処理方法、半導体装置の製造方法及び基板処理プログラムの動作並びに手順を図３から図６を参照しながら説明する。

本実施形態の排気系５０は、主制御部７０とＡＰＣコントローラ７２とが、圧力センサ群６２からの情報に基づき、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整して処理室２０が第１圧力Ｐ１になるまで減圧し、第１圧力Ｐ１に至ると第２ＡＰＣバルブ５８Ｂを閉止させて第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６を開放して、処理室２０が第２圧力Ｐ２になるまで減圧し、処理室２０が第２圧力Ｐ２に至ると第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６を閉止させて第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整して処理室２０が所定の高真空状態となるまで減圧する。ここで、第２圧力Ｐ２より低い圧力を高真空状態と呼ぶ。また、排気系５０は、処理室２０の圧力を高真空域における第２圧力Ｐ２よりも低い圧力まで減圧させ、基板３０を処理する処理圧力に維持させる。

図５では、縦軸が処理室２０の圧力、横軸が減圧に要した時間であり、本実施形態における減圧ラインＡを太線で示し、比較例における減圧ラインＢを細線で示す。また、大気圧Ｐ０は約１．０２３×１０^５Ｐａ（約７６０Ｔｏｒｒ）であり、第１圧力Ｐ１は約９．０６６×１０^４Ｐａ（約６８０Ｔｏｒｒ）であり、第２圧力Ｐ２は約１．３３３×１０^３Ｐａ（約１０Ｔｏｒｒ）である。なお、大気圧から減圧を開始する際は、スロー排気を行っている。但し、スロー排気は、実際に要する時間は数秒程度であり、大気圧Ｐ０から第２圧力Ｐ２まで５分～１０分程度と比べると無視できる時間のため、本明細書において図５には反映されていない。以下スロー排気に関する説明は省略する。

〔大気圧から第１圧力までの減圧〕
先ず、処理室２０の圧力を、大気圧Ｐ０から第１圧力Ｐ１まで所定の比率で減圧を行う工程である。

最初に、処理室２０には、ボート２６に載置された複数の基板３０が、ボート２６によって処理室２０の内部に搬送され挿入される。このとき、処理室２０の圧力は大気圧で準備されている（ステップＳ０１）。また、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ、ゲートバルブ５６（５６１）、及び第２ＡＰＣバルブ５８Ｂ（５８１）は、ともに閉鎖されている。

図３及び図６に示すように、先ずポンプ６０が作動される。次に、メイン排気ライン５２の配管５２Ａに設けられた第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６は、主制御部７０からの閉指令により閉鎖されている。図３では、理解を助けるために、バルブ５６１で表現し、バルブ５６１が閉鎖状態であることを示している。また、バイパス排気ライン５４の配管５４Ａに設けられた第２ＡＰＣバルブ５８Ｂは、ＡＰＣコントローラ７２からの開指令により閉鎖状態から開放状態に向けて、開度を調整しながら開放される。図３では、理解を助けるために、バルブ５８１で表現し、バルブ５８１が開度を調整しながら開放状態に向けて開放されている状態を示している（ステップＳ０２）。

そして、処理室２０は、大気圧Ｐ０から第１圧力Ｐ１に向けて第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整しつつ減圧される（ステップＳ０３）。本実施形態では、配管５４Ａの口径が、配管５２Ａの口径の０．５～０．９倍の口径を有しているから、０．５倍未満の細い配管を用いる場合と比較して、排気効率が良好である。換言すれば、大気圧Ｐ０から第１圧力Ｐ１までの減圧に要する時間が短縮される（図５の減圧ラインＡとＢを参照）。

〔第１圧力から第２圧力までの減圧〕
次は、処理室２０の圧力を、第１圧力Ｐ１から第２圧力Ｐ２まで減圧を行う工程である。

第１圧力から第２圧力までの減圧では、大気圧センサ６４はオフとし、第２真空センサの弁６６は閉のままで、第１真空センサ６８が第１圧力Ｐ１まで減圧されたことを検知する（ステップＳ０４）。この情報は、主制御部７０に送信され、また、主制御部７０からＡＰＣコントローラ７２に送信される。

この時点で、図４に示すように、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６（５６１）は、主制御部７０からの開信号により開放される。また、同時に、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂ（５８１）は、ＡＰＣコントローラ７２からの閉信号により閉鎖される（ステップＳ０５）。

そして、処理室２０は、第１圧力Ｐ１から第２圧力Ｐ２に向けて減圧される（ステップＳ０６）。

〔第２圧力から高真空域までの減圧〕
次は、処理室２０の圧力を、第２圧力Ｐ２から更に高真空域に至る圧力まで減圧を行う工程である。

第２圧力から高真空域までの減圧では、大気圧センサ６４と第１真空センサ６８はオフとし、弁６６が第２圧力Ｐ２に到達すると開となり、第２真空センサ６６がオンすることによって、処理室２０の圧力が第２圧力Ｐ２まで減圧されたことを検知する（ステップＳ０７）。この情報は、主制御部７０に送信され、また、主制御部７０からＡＰＣコントローラ７２に送信される。

この時点で、図３に示すように、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ及びゲートバルブ５６（５６１）は、主制御部７０からの閉信号により閉鎖される。また、同時に、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂ（５８１）は、ＡＰＣコントローラ７２からの開信号により開度を調整しながら開放される（ステップＳ０８）。

そして、処理室２０は、第２圧力Ｐ２から所定の処理圧力（例えば、後述する成膜工程において成膜温度が形成される際の圧力）に保持される（ステップＳ０９）。ここで処理圧力は、高真空状態でなくてもよく、第２圧力Ｐ２よりも高い圧力であってもよいのは言うまでもない。例えば、第２圧力Ｐ２から更に高真空域に至るまで減圧した後に、処理室２０を処理圧力にしてもよいし、真空到達圧力まで減圧した状態で処理室２０のリークをチェック後、処理室２０を処理圧力にしてもよい。この場合、真空到達圧力から処理圧力まで調圧する際、パージガス(不活性ガス)を供給するようにした方が好ましい。

その後、処理室２０の圧力を所定の処理圧力に維持して、基板３０の処理が行われる（ステップＳ１０）。

次に、基板３０の処理が終了したことが検知される（ステップＳ１０）。基板処理工程が終了後、その情報が主制御部７０に送信されると、主制御部７０は、不活性ガス（例えば、窒素ガス）を処理室に供給させ、処理室２０を窒素雰囲気に置換させる（ステップＳ１１）。続けて、主制御部７０及びＡＰＣコントローラ７２からの閉信号により、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ、ゲートバルブ５６、及び第２ＡＰＣバルブ５８Ｂが閉塞されて、処理室２０の圧力が上昇する。このようにして、処理室２０の圧力は大気圧に戻される。また、主制御部７０が、ある圧力（例えば、大気圧以下の任意の圧力）に到達すると、ＡＰＣコントローラ７２に、任意の圧力（この場合、大気圧）指示を送信し、受信したＡＰＣコントローラ７２からの開信号により、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂを開放させてもよい。この時、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂ（５８１）は、図３に示す場合と同様に、開度を調整しつつ処理室２０の圧力を大気圧にするように制御するのが好ましい（ステップＳ１２）。

そして、処理後の基板３０が処理室２０から排出される。

なお、図５では、時刻ｔとｔ’及び時刻５ｔと５ｔ’との間の減圧されない時間は、第１ＡＰＣバルブ５８Ａ、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂ、及びゲートバルブ５６の切り換えに要する時間として減圧されない時間として示したが、これは、実際に要する時間は微小であり、バルブ切り換え時間があることの理解を助けるためのものである。

＜比較例＞
図５に、比較例における処理室の減圧に要する時間を減圧ラインＢとして示す。比較例では、バイパス排気ラインの細い口径の配管及びＡＰＣバルブの流量が、本実施形態における中径配管の口径及びＡＰＣバルブの流量よりも小さい。具体的には、比較例におけるバイパス排気ラインの口径は、メイン排気ラインの口径の０．２倍とされている。このため、減圧ラインＢでは、大気圧Ｐ０から第１圧力Ｐ１までの減圧に要する時間が約５ｔである。また、大気圧Ｐ０から第２圧力Ｐ２までの減圧に要する時間は約１０ｔである。

これに対し、本実施形態では、上述のとおり、バイパス排気ライン５４の口径は、メイン排気ライン５２の口径Ｄの０．５～０．９倍で構成されている。このため、処理室２０の減圧に要する時間は、図５において減圧ラインＡで示すように、大気圧Ｐ０から第１圧力Ｐ１までの減圧に要する時間が約ｔであり、また、大気圧Ｐ０から第２圧力Ｐ２までの減圧に要する時間は約５ｔである。そして、第２圧力Ｐ２未満の高真空領域を更に減圧する領域においては、比較例では、減圧ラインＢの点線で示すように、減圧が極めて困難であるが、本実施形態では、比較例よりも減圧効率が高いバイパス排気ライン５４を有していることにより、第２圧力Ｐ２未満の高真空領域までも減圧することができる。従い、高真空状態とした基板処理（例えば、成膜処理）が可能である。

このように、本実施形態では、処理室２０を減圧して所定の真空状態とするとき、主制御部７０が、バイパス排気ライン５４の第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整して処理室２０が第１圧力Ｐ１になるまで減圧する。

ここで、バイパス排気ライン５４の配管５４Ａの口径は、メイン排気ライン５２の配管５２Ａの口径の０．４～０．９倍であるので、排気量は比較例と比べて小さくなく、このため、処理室２０が第１圧力Ｐ１に至るまでの時間を従来の基板処理装置に比べて短縮できる。また、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂの開度を調整して減圧するため、メイン排気ライン５２のゲートバルブ５６及び第１ＡＰＣバルブ５８Ａを開放して初期排気するより、処理室２０のパーティクルの拡散を抑制できる。

また、処理室２０が第１圧力Ｐ１に至ると第２ＡＰＣバルブ５８Ｂを閉止させてゲートバルブ５６及び第１ＡＰＣバルブ５８Ａを開放して、配管５２Ａを備えたメイン排気ライン５２で排気する。このため、時間当たりの排気量が増加して処理室が第２圧力Ｐ２に減圧するまでの時間を短縮できる。つまり、高真空状態に減圧するまでの時間を短縮できるため、近年の高真空状態における基板処理に適用できる。

さらに、処理室２０が第２圧力Ｐ２に至るとゲートバルブ５６及び第１ＡＰＣバルブ５８Ａを閉止させ、第２ＡＰＣバルブ５８Ｂを開放して処理室２０を更に真空度の高い高真空域になるまで減圧する。第２ＡＰＣバルブ５８Ｂはゲートバルブ５６や第１ＡＰＣバルブ５８Ａと比較して応答性がよいので、メイン排気ライン５２で処理室２０を真空状態とするよりも口径が小さいので、空気の漏れがなく高真空状態とすることができる。

＜基板処理工程＞
次に、本実施形態に係る基板処理装置１００を用いて実施する、所定の処理工程を有する基板処理方法について説明する。ここで、所定の処理工程は、半導体デバイスの製造工程の一工程である基板処理工程を実施する場合を例に挙げる。

基板処理工程の実施にあたって、プロセスレシピが、図示しないメモリ等に展開され、必要に応じて主制御部７０からＡＰＣコントローラ７２へ制御指示が与えられると共に、図示しないプロセス系コントローラや搬送系コントローラへ動作指示が与えられる。このようにして実施される基板処理工程は、搬入工程と、成膜工程と、搬出工程と、を少なくとも有する。

（移載工程）
主制御部７０は、図示しない基板移載機構にボート２６への基板３０の移載処理を開始する。この移載処理は、予定された全ての基板３０のボート２６への装填（ウエハチャージ）が完了するまで行われる。

（搬入工程）
所定枚数の基板３０がボート２６に装填されると、ボート２６は、図示しないボートエレベータによって上昇されて、反応炉１０内に形成される処理室２０に装入（ボートロード）される。ボート２６が完全に装入されると、炉口蓋２８は、反応炉１０の炉口フランジ１４の下端を気密に閉塞する。

（成膜工程）
次に、処理室２０は、上述のようにＡＰＣコントローラ７２からの指示に従いつつ、所定の成膜圧力（処理圧力）となるように、真空ポンプなどの真空排気装置によって真空排気される。また処理室２０は、図示しない温度制御部からの指示に従いつつ、所定の温度となるようにヒータ１８によって加熱される。続いて、図示しない回転機構によるボート２６および基板３０の回転を開始する。そして、所定の圧力、所定の温度に維持された状態で、ボート２６に保持された複数枚の基板３０に所定のガス（処理ガス）を供給して、基板３０に所定の処理（例えば成膜処理）がなされる。なお、次の搬出工程前に、処理温度（所定の温度）から温度を降下させる場合がある。

（搬出工程）
ボート２６に載置された基板３０に対する成膜工程が完了すると、回転機構によるボート２６および基板３０の回転を停止させ、処理室２０を窒素雰囲気に置換し（窒素置換工程）、大気圧復帰させる。そして、炉口蓋２８を下降させて炉口フランジ１４の下端を開口させるとともに、処理済の基板３０を保持したボート２６を反応炉１０の外部に搬出（ボートアンロード）する。

（回収工程）
そして、処理済の基板３０を保持したボート２６は、クリーンユニットから吹出されるクリーンエアによって極めて効果的に冷却される。そして、例えば１５０℃以下に冷却されると、ボート２６から処理済の基板３０を脱装（ウエハディスチャージ）して図示しないポッドに移載される。連続してバッチ処理を行う場合、再度、新たな未処理基板３０のボート２６への移載が行われる。

上述のように、本実施形態では、大気圧付近の圧力から第１圧力になるまで減圧する工程、第１圧力から第２圧力になるまで減圧する工程、第２圧力から処理圧力にする工程のうちいずれかの工程で、真空排気を行っているが、該いずれかの工程でパージガスを供給するようにしてもよい。

上述のように、本実施形態では、大気圧付近の圧力から第１圧力になるまで減圧する工程、第１圧力から第２圧力になるまで減圧する工程、第２圧力から処理圧力にする工程を第１真空センサと第２真空センサの２つで圧力検出を行っているが、例えば、大気圧付近の圧力から第１圧力になるまで減圧する工程を真空センサＡ、第１圧力から第２圧力になるまで減圧する工程を真空センサＢ、第２圧力から高真空状態の処理圧力にする工程を真空センサＣで行うようにしてもよい。

このように、本実施形態によれば、大気圧付近の圧力からある程度の負圧(例えば、第１圧力)になるまでＡＰＣバルブにより開度を調整しながら減圧しているので、処理室にパーティクルを拡散させず、短時間で処理室を高真空状態とすることができる。

＜他の実施形態＞
上述では処理圧力が第２圧力Ｐ２より低い圧力について記載していたが、ここでは、処理圧力が第２圧力Ｐ２より高い圧力について簡単に記載する。なお、大気圧から第１圧力Ｐ１まで減圧する過程は既に上述した内容と同じであるため省略する。この場合、処理室２０が第１圧力Ｐ１に至ると第２ＡＰＣバルブ５８Ｂを閉止させてゲートバルブ５６を開放し、第１ＡＰＣバルブ５８Ａの開度を調整しつつ、配管５２Ａを備えたメイン排気ライン５２で排気して、処理圧力になるまで減圧する。

なお、処理圧力に応じて、第１ＡＰＣバルブ５８Ａを開放しつつ、ある程度の圧力まで減圧されると、第１ＡＰＣバルブ５８Ａの開度を調整して処理圧力にしてもよく、第１ＡＰＣバルブ５８Ａの開放によって減圧される圧力は、処理圧力付近まで減圧すればよいので処理圧力より高くても低くても構わない。

この実施形態であっても、大気圧付近の圧力からある程度の負圧(例えば、第１圧力)になるまでＡＰＣバルブにより開度を調整しながら減圧しているので、処理室にパーティクルを拡散させず、短時間で処理圧力に調整することができる。

１００基板処理装置
２０処理室
５２メイン排気ライン
５４バイパス排気ライン
５６ゲートバルブ（開閉バルブの一例）
５８Ａ第１ＡＰＣバルブ（第１開度調整バルブの一例）
５８Ｂ第２ＡＰＣバルブ（第２開度調整バルブの一例）
６２圧力センサ群
７０主制御部（ＡＰＣコントローラとともに構成される制御部の一例）
７２ＡＰＣコントローラ（主制御部とともに構成される制御部の一例）

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室からガスを排出する第１配管と、前記第１配管に設けられた第１開度調整バルブと、前記第１配管に設けられた開閉バルブと、前記第１配管に設けられ、前記処理室の圧力を検出する圧力センサと、を備えたメイン排気ラインと、
前記メイン排気ラインに接続された第２配管と、前記第２配管に設けられた第２開度調整バルブと、を備えたバイパス排気ラインと、
前記圧力センサからの情報に基づき、前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室が第１圧力になるまで減圧し、前記第１圧力に至ると前記第２開度調整バルブを閉止させて前記開閉バルブ及び前記第１開度調整バルブを開放して、前記処理室が第２圧力になるまで減圧し、前記処理室が第２圧力に至ると前記開閉バルブ及び前記第１開度調整バルブを閉止させて前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室を処理圧力にすることが可能な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配管は、前記第１配管より口径が小さい請求項１に記載の基板処理装置。
前記圧力センサは、第１真空センサと第２真空センサを備え、
前記第１真空センサからの情報に基づいて、前記第２圧力になるまで減圧し、前記第２真空センサからの情報に基づいて、前記第２圧力から処理圧力にする請求項１に記載の基板処理装置。
基板を処理する処理室と、前記処理室からガスを排出する第１配管と、前記第１配管に設けられた第１開度調整バルブと、前記第１配管に設けられた開閉バルブと、前記第１配管に設けられ、前記処理室の圧力を検出する圧力センサと、を備えたメイン排気ラインと、前記メイン排気ラインに接続された第２配管と、前記第２配管に設けられた第２開度調整バルブと、を備えたバイパス排気ラインと、を備えた前記処理室を大気圧に準備する工程と、
前記圧力センサからの情報に基づき、前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室が第１圧力になるまで減圧する工程と、
前記第１圧力に至ると前記第２開度調整バルブを閉止させて前記開閉バルブ及び前記第１開度調整バルブを開放して、前記処理室が第２圧力になるまで減圧する工程と、
前記処理室が前記第２圧力に至ると前記開閉バルブ及び前記第１開度調整バルブを閉止させて前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室を処理圧力にする工程と、
前記基板を処理する基板処理工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
基板を処理する処理室と、
前記処理室からガスを排出する第１配管と、前記第１配管に設けられた第１開度調整バルブと、前記第１配管に設けられた開閉バルブと、前記第１配管に設けられ、前記処理室の圧力を検出する圧力センサと、を備えたメイン排気ラインと、前記メイン排気ラインに接続された第２配管と、前記第２配管に設けられた第２開度調整バルブと、を備えたバイパス排気ラインと、を有する基板処理装置で実行される基板処理プログラムであって、
前記圧力センサからの情報に基づき、前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室が第１圧力になるまで減圧する手順と、
前記第１圧力に至ると前記第２開度調整バルブを閉止させて前記開閉バルブ及び第１開度調整バルブを開放して、前記処理室が第２圧力になるまで減圧する手順と、
前記処理室が第２圧力に至ると前記開閉バルブ及び第１開度調整バルブを閉止させて前記第２開度調整バルブの開度を調整して前記処理室を処理圧力にする手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させる基板処理プログラム。