TW202420485A - 基板處理裝置、半導體裝置的製造方法、基板處理方法及程式 - Google Patents

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小前泰彰
岡宮弘樹
本田剛一
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日商國際電氣股份有限公司
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本發明提供能夠縮短隔熱部的冷卻時間的技術，涉及基板處理裝置、半導體裝置的製造方法、基板處理方法以及程式。具有：處理容器，其處理基板；蓋，其封閉該處理容器的下方的開口；升降機，其使該蓋上下移動；隔熱部，其被設置在前述蓋與前述基板之間，具有形成為上端封閉的筒形狀的筒部；冷卻氣體供給部，其在前述蓋封閉前述開口的狀態下從前述筒部內的噴出口供給淨化氣體來對前述隔熱部內進行淨化，且在前述蓋未封閉前述開口的狀態下從前述噴出口供給冷卻氣體來對前述隔熱部進行冷卻。

Description

基板處理裝置、半導體裝置的製造方法、基板處理方法及程式
本公開涉及基板處理裝置、半導體裝置的製造方法、基板處理方法及程式。
在半導體裝置的製造方法中，作為處理基板的裝置，有時使用立式基板處理裝置。另外，存在如下的基板處理裝置，具有保持基板的晶舟、處理基板的處理室，相對於各處理室依次搬入搬出晶舟，處理基板。
為了維持處理室內的溫度，晶舟在下部具有筒狀的隔熱部。在基板的冷卻工序中，有時對晶舟吹送冷卻氣體，進行基板和隔熱部的冷卻。隔熱部的熱容量比基板大，因此，在冷卻工序中，需要與隔熱部的冷卻時間匹配地設定冷卻時間。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-49853號公報
(發明所欲解決的課題)
本公開提供一種能夠縮短隔熱部的冷卻時間的技術。 (用於解決課題的手段)
根據本公開的一形態，提供一種技術，具有：處理容器，其處理基板；蓋，其封閉該處理容器的下方的開口；升降機，其使該蓋上下移動；隔熱部，其被設置在前述蓋與前述基板之間，具有形成為上端封閉的筒形狀的筒部；冷卻氣體供給部，其在前述蓋封閉前述開口的狀態下從前述筒部內的噴出口供給淨化氣體來對前述隔熱部內進行淨化，且在前述蓋未封閉前述開口的狀態下從前述噴出口供給冷卻氣體來對前述隔熱部進行冷卻。 [發明效果]
根據本公開，能夠縮短隔熱部的冷卻時間。
以下，主要參照圖1~圖5對本公開的一形態進行說明。此外，在以下的說明中使用的附圖都是示意性的，附圖所示的各要素的尺寸的關係、各要素的比率等未必與現實的一致。另外，在多個附圖的相互之間，各要素的尺寸等的關係、各要素的比率等也未必一致。另外，在所有附圖中，對相同或對應的結構標注相同或對應的附圖標記，省略重複的說明。
在本實施例中，基板處理裝置構成為作為半導體裝置(器件)的製造方法中的製造工序的一工序，實施熱處理等基板處理工序的立式基板處理裝置(以下，稱為基板處理裝置)1。
如圖1所示，基板處理裝置1具有處理模組2，處理模組2具備具有大致長方體的輪廓的框體或主體。處理模組2由處理爐4和搬送室5構成。
在處理爐4的下方配置有搬送室5，與搬送室5的正面側相鄰地配置有移載室11。移載室11具有大致長方體的外形的框體，具有移載作為基板的晶圓8的移載機9。在移載室11的正面側連結對收納多個晶圓8的晶圓盒(FOUP)12進行收納的收納室13。收納室13、處理模組2、移載室11具有以由相互正交的面構成的多面體為基調的外徑，分別構成為能夠裝卸，其連接部具有適當的氣密性。在收納室13的前表面設置有I/O埠14，經由I/O埠14相對於基板處理裝置1的內外搬入搬出晶圓盒12。另外，與移載室11相鄰地設置有載置台16，從載置於載置台16的晶圓盒12搬送晶圓8。
在搬送室5與移載室11的邊界壁(相鄰面)設置有用於在兩者之間搬入基板的閘閥15。在移載室11內以及搬送室5內分別設置有壓力探測器，移載室11內的壓力被設定為比搬送室5內的壓力低。另外，在移載室11內和搬送室5內分別設置有氧濃度探測器，移載室11內和搬送室5內的氧濃度被維持為比大氣中的氧濃度低。在移載室11的頂部設置有向移載室11內供給清潔空氣的清潔單元17，構成為例如使惰性氣體作為清潔空氣在移載室11內循環。藉由利用惰性氣體對移載室11內進行循環淨化，能夠使移載室11內成為清潔的氣氛。藉由這樣的結構，能夠抑制搬送室5內的顆粒等混入到移載室11內，能夠抑制在移載室11內及搬送室5內在晶圓8上形成自然氧化膜。
如圖2所示，處理爐4具有圓筒形狀的處理容器18(反應管18)和設置於反應管18的外周的作為加熱單元(加熱機構)的加熱器19。反應管18例如由石英(SiO 2)、碳化矽(SiC)形成。在反應管18的內部形成有對作為基板的晶圓8進行處理的處理室21。另外，在反應管18沿著反應管18的內壁豎立設置有作為溫度檢測器的溫度檢測部22。
基板處理中使用的氣體由作為氣體供給系統的氣體供給機構23供給到處理室21內。氣體供給機構23供給的氣體根據成膜的膜的種類而改變。在此，氣體供給機構23包含：原料氣體供給部、反應氣體供給部以及惰性氣體供給部。氣體供給機構23收納於後述的供給箱24(氣體箱24)。
原料氣體供給部具有氣體供給管25a，在氣體供給管25a從上游方向起依次設置有作為流量控制器(流量控制部)的質量流量控制器(MFC)26a及作為開閉閥的閥28a。氣體供給管25a與貫通歧管27的側壁的噴嘴29a連接。噴嘴29a在反應管18內沿著上下方向豎立設置，形成有多個供給孔，該多個供給孔朝向保持於作為基板保持件的晶舟31的晶圓8開口。藉由噴嘴29a的供給孔向晶圓8供給原料氣體。
以下，藉由同樣的結構，從反應氣體供給部經由氣體供給管25b、MFC26b、閥28b以及噴嘴29b對晶圓8供給反應氣體。從惰性氣體供給部經由氣體供給管25c、25d、MFC26c、26d、閥28c、28d以及噴嘴29a、29b對晶圓8供給惰性氣體。另外，將氣體供給管25a~25d合稱為氣體供給管25，將MFC26a~26d合稱為MFC26，將閥28a~28d並稱為閥28，將噴嘴29a、29b合稱為噴嘴29。
在反應管18的下端開口部，圓筒形的歧管27經由O型環等密封構件連結，支承反應管18的下端。歧管27的下端開口部與搬送室5的頂部對應地配置，下端開口與搬送室5連通，由圓盤狀的蓋部32開閉。在蓋部32的上表面設置有O型環等密封構件，由此反應管18與外部氣體被氣密地密封。在蓋部32上載置有隔熱部33。另外，將反應管18和歧管27合稱為反應管(處理容器)18。該情況下，反應管18的下端的開口由蓋部32封閉。
在歧管27形成有沿與軸心正交的方向，即與反應管18的管軸正交的方向延展的排氣口30，經由排氣口30安裝有排氣管34。排氣管34經由作為檢測處理室21內的壓力的壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力感測器35和作為壓力調整器(壓力調整部)的流導可變閥36，與作為真空排氣裝置的增壓泵38連接。另外，流導可變閥36是將APC (Auto Pressure Controller)閥和閘閥這兩個閥串聯連接而構成的兩級結構的閥。另外，APC閥成為能夠以與排氣管34的截面積同等或其以上的流路截面積開放的蝶閥。藉由這樣的結構，能夠使處理室21內的壓力成為與處理對應的處理壓力。主要由排氣管34、壓力感測器35、流導可變閥36構成排氣系統39。也可以將增壓泵38包含於排氣系統39。
處理室21在內部收納作為基板保持件的晶舟31，該晶舟31將多片、例如10~150片晶圓8垂直地支承為棚架狀。晶舟31被貫通蓋部32和隔熱部33的旋轉軸41支承於隔熱部33的上方，將晶圓8保持在反應管18內。旋轉軸41為中空，能夠旋轉地支承於在蓋部32的下方設置的旋轉機構42。旋轉軸41構成為能夠在將反應管18的內部氣密地密封的狀態下旋轉。蓋部32由配置於搬送室5的作為升降機構(升降機)的晶舟升降機43沿上下方向驅動。由此，晶舟31及蓋部32一體地升降，對於反應管18搬入搬出晶舟31。下降的晶舟31收容於搬送室5，晶圓8向晶舟31移載通過搬送室5進行。
構成為經由冷卻氣體供給部44向隔熱部33內導入冷卻氣體和淨化氣體。冷卻氣體供給部44具有：導入部45、與導入部45連接的供給配管46、與供給配管46連接的氣體供給管47a、從氣體供給管47a分支的氣體供給管47b。
在氣體供給管47a從上游方向起依次設置有作為流量控制器(流量控制部)的質量流量控制器(MFC)48a和作為控制閥的閥49a。在氣體供給管47b從上游方向起依次設置有作為流量控制器(流量控制部)的質量流量控制器(MFC)48b和作為控制閥的閥49b。氣體供給管47a、47b和MFC48a、48b、閥49a、49b收納於氣體箱24。冷卻氣體供給部44也可以是氣體供給機構23的一部分。此外，將氣體供給管47a、47b合稱為氣體供給管47，將MFC48a、48b合稱為MFC48，將閥49a、49b合稱為閥49。
導入部45具有沿著旋轉機構42的上下方向豎立設置的導入管45a和與形成於旋轉機構42的側方的導入管45a連接的埠45b。因此，導入管45a相對於旋轉機構42固定地設置，構成為藉由晶舟升降機43而與蓋部32一體地沿上下方向移動。此外，前述導入管45a也可以固定地設置於蓋部32。
導入管45a與旋轉機構42的內部經由埠45b連通，旋轉機構42與隔熱部33內經由沿上下方向貫通旋轉軸的孔45c連通。由導入管45a、埠45b、旋轉機構42內部與旋轉軸41之間的空間、貫通旋轉軸41的孔45c構成導入部45，因此，旋轉軸41構成導入部45的一部分。因此，旋轉軸41的內部(孔45c)與隔熱部33的內部流體連通，並且隔熱部33與旋轉機構42內經由孔45c流體連通。
供給配管46例如為包含氟的合成樹脂製，具有撓性。另外，供給配管46具有預定的長度，以撓曲的狀態與導入管45a及氣體供給管47a連接。在此，供給配管46具有無論晶舟31的位置如何都能夠維持與導入管45a及氣體供給管47a的連接狀態的長度。因此，即使是在導入部45與晶舟31一起沿上下方向升降的情況下，也在導入部45、供給配管46、氣體供給管47a之間維持流體連通。該情況下，供給配管46的氣體供給管47a側(上游側)的端部成為不移動的固定端，導入管45a側(下游側)的端部成為與晶舟31一起上下的移動端。
氣體供給管47a與冷卻氣體供給源連接，經由氣體供給管47a、供給配管46、導入部45向隔熱部33內供給冷卻氣體。氣體供給管47b與淨化氣體供給源連接，經由氣體供給管47b、氣體供給管47a、供給配管46、導入部45向隔熱部33內供給淨化氣體。因此，藉由作為控制閥的閥49a、49b的開閉，能夠對冷卻氣體和淨化氣體的供給進行接通/斷開，即切換供給和供給停止，並且能夠選擇冷卻氣體和淨化氣體來向隔熱部33內供給。
作為冷卻氣體，例如能夠使用常溫的工業用氮氣、空氣(人工空氣)等。另外，作為淨化氣體，能夠使用半導體工藝用的純氮氣、通常的氮氣等。因此，不需要氣體的加熱、冷卻等，因此，能夠廉價地應用。工業用氮氣能夠使工業用液氮氣化而準備，這樣的氣體由於純度高因此也能夠用作淨化氣體。
此外，導入管45a也可以構成為供給配管46的一部分。該情況下，供給配管46成為具有撓性的撓性部，導入管45a成為用於將供給配管46的移動端與旋轉機構42連接的不具有撓性的非撓性部。
在旋轉機構42、晶舟升降機43、氣體供給機構23的MFC26a~26d、閥28a~28d、流導可變閥36、冷卻氣體供給部44的MFC48a、48b及閥49a、49b連接控制它們的控制器51(後述)。控制器51構成為具有例如具備CPU的微處理器(電腦)，控制處理模組2的動作。
參照圖4，對隔熱部33及旋轉機構42的詳細情況進行說明。旋轉機構42具有形成為上端開口且下端封閉的大致圓筒形狀的殼體53，殼體53配置於蓋部32的下表面。在殼體53的內部配置有細長的圓筒形狀的內軸54。在殼體53的內部配置有形成為直徑比內軸54的外徑大的圓筒形狀的外軸55，外軸55由夾設在與內軸54之間的上下一對內側軸承56a、56b和夾設在與殼體53之間的上下一對外側軸承57a、57b支承為旋轉自如。
在內側軸承56a和外側軸承57a分別設置有作為密封部的磁性流體密封件58a、58b。在殼體53的封閉壁下表面固定有密封外軸55的下端部的帽59。利用磁性流體密封件58a、58b維持旋轉軸41與蓋部32之間的氣密，並且利用磁性流體密封件58a、58b和帽59使殼體53成為密封構造。在外軸55的外周的外側軸承57a與外側軸承57b之間固定有蝸輪61。由電動馬達62旋轉驅動的蝸桿軸63與蝸輪61嚙合。
在殼體53的比磁性流體密封件58a、58b更靠處理室21側的位置形成有埠45b。因此，在比磁性流體密封件58a、58b更靠處理室21側的位置，殼體53與旋轉軸41之間的空間45d經由埠45b與導入管45a連通。另外，空間45d與隔熱部33內經由形成於旋轉軸41的孔45c連通。
在內軸54的內側垂直地插通有作為第二加熱單元(加熱機構)的加熱器即副加熱器64，該副加熱器64在處理室21內從下方對晶圓8進行加熱。副加熱器64具有垂直延伸的支柱部65和與支柱部65水平連接的發熱部66。支柱部65在內軸54的上端位置被由耐熱樹脂形成的支持部68支承。另外，支柱部67的下端部在比殼體53的封閉壁下表面更靠下的位置經由O型環被作為真空用接頭的支持部68支承。
發熱部66形成為直徑比晶圓8的外徑小的大致環狀，以與晶圓8平行的方式被支柱部65連接支承。在發熱部66的內部封入有構成線圈狀的電阻發熱體即發熱體69的加熱器線材。發熱體69例如由Fe-Cr-Al合金、二矽化鉬等形成。
在外軸55的上表面固定有在下端具有凸緣的圓筒形狀的旋轉軸41。在旋轉軸41的中心形成有供副加熱器64貫通的貫通孔。在旋轉軸41的上端部，在中心形成有供副加熱器64貫通的貫通孔的圓盤形狀的承接部71與蓋部隔開預定的間隔h1而固定。h1理想設定為2~10mm。若h1小於2mm，則有時在晶舟旋轉時構件彼此接觸，或因流導降低而導致後述的筒部即圓筒部70內的氣體排氣速度降低。若h1大於10mm，則有時處理氣體大量侵入到圓筒部70內。
承接部71例如由不銹鋼等金屬形成。在承接部71的上表面載置有作為保持隔熱體72的隔熱體保持件的保持部73和圓筒部70。由承接部71、保持部73、圓筒部70以及隔熱體72構成隔熱部33。圓筒部70形成為上端封閉以將副加熱器64收納於內部的筒形狀。如圖3所示，在俯視圖中，在保持部73與圓筒部70之間的區域形成有對圓筒部70內進行排氣的孔徑h2的排氣孔74。排氣孔74例如沿著承接部71的同心圓上等間隔地形成有多個。h2理想設定為10~40mm。若h2小於10mm，則有時因流導降低導致圓筒部70內的氣體排氣速度降低。若h2大於40mm，則有時承接部71的耐載荷強度降低，導致破損。
如圖3所示，保持部73構成為在中心具有供副加熱器64貫通的貫通孔75的圓筒狀。導入管45a與設置於殼體53的側面的埠45b連接，埠45b與貫通蓋部32(旋轉軸41)及承接部71的貫通光連通，經由該貫通孔向貫通孔75開口。即，導入部45與貫通孔75流體連通。
保持部73的下端具有外徑比承接部71小的朝外凸緣形狀。保持部73的上端形成為比上下端之間的柱部分的直徑大的直徑，構成淨化氣體和冷卻氣體的噴出口76。貫通孔75的直徑構成為比副加熱器64的支柱部65的外壁的直徑大，藉由這樣的結構，在保持部73與支柱部65之間形成圓環狀的空間，能夠將圓筒狀的空間作為向隔熱部33內供給冷卻氣體及淨化氣體的氣體供給路第一流路。
保持部73例如由石英、SiC等耐熱性材料形成。保持部73形成為下端的凸緣與柱的連接面為曲面。藉由這樣的結構，能夠抑制應力集中於連接面，能夠提高保持部73的強度。另外，藉由將連接面設為平滑的形狀，能夠不妨礙淨化氣體的流動地抑制圓筒部70內的淨化氣體的停滯產生。
從噴出口76朝向圓筒部70的內側上方供給例如淨化氣體。藉由將噴出口76設為圓環狀的開口，能夠遍及圓筒部70的上端和圓環狀的平面徑向的整周方向均勻地供給淨化氣體。另外，藉由使噴出口76的直徑比柱部分的直徑大，能夠朝向圓筒部70內的徑向和圓筒部70內的上方空間大範圍地供給淨化氣體。這樣，藉由利用淨化氣體積極地對圓筒部70內的、特別是設置有發熱部66的上端部(頂部)附近進行淨化，能夠抑制處理氣體暴露於發熱部66。從噴出口76供給的淨化氣體經由保持部73與圓筒部70的內壁之間的空間即第二流路向圓筒部70外排出。
在保持部73的柱設置有反射板72A和隔熱板72B作為隔熱體72。反射板72A例如藉由焊接而固定地保持於保持部73的上部。隔熱板72B例如藉由焊接而被固定保持於保持部73的中間部。在隔熱板72B的上下的保持部73形成有保持架77，能夠追加保持隔熱板72B。保持架77構成為從保持部73的柱的外壁朝向外側水平地延伸。藉由這樣的結構，能夠將隔熱板72B排列成水平且彼此中心對齊的狀態而多段地保持。在反射板72A與隔熱板72B之間形成有預定的間隔h3。h3理想設定為50~300mm。
反射板72A是直徑比晶圓8的直徑小的圓板形狀，例如由不透明石英形成，以預定的間隔h4保持於上方的保持架77。h4理想設定為2~10mm。若h4小於2mm，則有時氣體滯留在反射板72A之間。另外，若h4大於10mm，則有時熱反射性能降低。
隔熱板72B是外徑比晶圓8的外徑小的圓板形狀，由熱容量和熱傳導率小的材料形成為理想，例如由石英、矽(Si)、SiC等形成。在此，四片隔熱板72B以預定的間隔h5保持於下方的保持架77。h5理想設定為2mm以上。若h5小於2mm，則有時氣體滯留在隔熱板72B之間。
反射板72A和隔熱板72B的保持片數不限於上述片數，只要至少隔熱板72B的保持片數為反射板72A的保持片數以上即可。這樣，在上方設置反射板72A，在下方設置隔熱板72B，由此，利用反射板72A對來自副加熱器64的輻射熱進行反射，另外，利用隔熱板72B在遠離晶圓8的位置對來自加熱器19和副加熱器64的輻射熱進行隔熱，由此，能夠改善晶圓8的溫度響應性，能夠縮短升溫時間。
在圓筒部70的上表面設置有晶舟31。在圓筒部70的上表面的外周遍及整周地形成槽，在該槽載置晶舟31的環狀的底板。藉由設為這樣的結構，能夠在不使副加熱器64旋轉的情況下使圓筒部70和晶舟31旋轉。
圓筒部70的上端形成為凸狀。圓筒部70的上端的內周(內壁)側由比側面的內周面更向內側突出的水平面S1、與水平面S1連續設置的傾斜面S2、從傾斜面S2沿鉛垂方向連續設置的垂直面S3、從垂直面S3連續設置的水平面S4形成。即，凸狀的水平面S1與垂直面S3的連接部分(角部)成為錐狀，形成為隨著接近圓筒部上部而在俯視圖中的截面積逐漸變小。另外，垂直面S3與水平面S4的連接部分形成為曲面。藉由設為這樣的結構，能夠使圓筒部70內的氣體的流動良好，能夠抑制凸狀部分處的氣體的滯留。另外，從噴出口76供給的淨化氣體與圓筒部70上表面的內壁碰撞而沿圓周方向流動後，沿著圓筒部70內的側壁從上方向下方流動，因此，容易在圓筒部70內形成淨化氣體的下降流。即，能夠在第二流路中形成下降流。並且，藉由水平面S1，能夠使晶舟載置部分的下側的厚度比圓筒部70的圓柱部分的厚度厚，因此，能夠增加圓筒部70的強度。
發熱部66設置於支柱部65的上端與圓筒部70上表面的內壁之間的區域，理想設置為發熱部66的至少一部分收納於傾斜面S2的高度位置中。即，設置為在高度方向上，發熱部66被收納於水平面S1與傾斜面S2的接點和傾斜面S2與垂直面S3的接點之間的區域。
在上述中，為了方便，在隔熱部33中包含圓筒部70。另一方面，主要進行隔熱的是副加熱器64以下的區域，即隔熱體72的區域，因此，也可以將隔熱體72稱為隔熱部。該情況下，也可以說副加熱器64被設置在晶舟31與隔熱部之間。
如圖4所示，控制器51與MFC26a~26d、48a、48b、閥28a~28d、49a、49b、壓力感測器35、流導可變閥36、增壓泵38、加熱器19、副加熱器64、溫度檢測部22、旋轉機構42、晶舟升降機43等各結構電連接，對它們進行自動控制。控制器51構成為具有CPU(Central Processing Unit，中央處理器)78、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)79、記憶裝置81、I/O埠82的電腦。RAM79、記憶裝置81、I/O埠82構成為能夠經由內部匯流排83與CPU78進行資料交換。I/O埠82與上述的各結構連接。在控制器51連接例如觸控面板等的輸出入裝置84。
記憶裝置81例如由快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)等構成。在記憶裝置81內以能夠讀出的方式儲存有控制基板處理裝置1的動作的控制程式、用於根據處理條件使基板處理裝置1的各結構執行成膜處理等的程式(製程處方、清潔處方等處方)。RAM79構成為暫時保持由CPU78讀出的程式、資料等的記憶體區域(工作區域)。
CPU78從記憶裝置81讀出控制程式並執行，並且根據來自輸出入裝置84的操作命令的輸入等從記憶裝置81讀出處方，以按照處方的方式控制各結構。
控制器51能夠藉由將持續地儲存於外部記憶裝置(例如，USB記憶體、存儲卡等半導體記憶體、CD、DVD等光碟、HDD)85的上述程式安裝於電腦而構成。記憶裝置81、外部記憶裝置85構成為電腦可讀取的有形的媒體。以下，也將它們統稱為記錄媒體。此外，也可以不使用外部記憶裝置85，而使用網際網路、專用線路等通訊單元進行程式向電腦的提供。
接著，參照圖5的流程圖，對使用上述基板處理裝置1在基板上形成膜的處理(成膜處理)進行說明。在此，對藉由向晶圓8供給作為原料氣體的DCS(SiH 2Cl 2：二氯矽烷)氣體和作為反應氣體的O 2(氧)氣體而在晶圓8上形成氧化矽(SiO 2)膜的例子進行說明。此外，本說明書中的處理溫度是指晶圓8的溫度或處理室21的溫度，處理壓力是指處理室21內的壓力。另外，在以下的說明中，構成基板處理裝置1的各部的動作由控制器51控制。
(晶圓裝入及晶舟裝載) 打開閘閥15，相對於晶舟31搬送晶圓8(步驟：01)。當將多片晶圓8裝填(晶圓裝入)於晶舟31時，關閉閘閥15。晶舟31被晶舟升降機43搬入(晶舟裝載)到處理室21內，反應管18的下部開口成為被蓋部32氣密地封閉(密封)的狀態(步驟：02)。
(壓力調整和溫度調整) 利用增壓泵38進行真空排氣(減壓排氣)，以使處理室21成為預定的壓力(真空度)。處理室21內的氣氛在排氣管34內呈直線狀或大致直線狀流通，藉由增壓泵38內被排出。處理室21內的壓力由壓力感測器35測定，根據該測定出的壓力資訊，流導可變閥36被回饋控制。另外，利用加熱器19從周圍對處理室21進行加熱，並且利用副加熱器64從下方對處理室21進行加熱，以使處理室21內的晶圓8成為預定的溫度。藉由從周圍和下方雙方進行加熱，能夠高效地對處理室21內進行加熱。此時，根據溫度檢測部22檢測出的溫度資訊，對向加熱器19和副加熱器64的通電情況進行回饋控制，以使處理室21成為預定的溫度分佈。另外，開始根據旋轉機構42的晶舟31及晶圓8的旋轉。
(成膜處理) [原料氣體供給工序] 當處理室21內的溫度穩定在預先設定的處理溫度時，對處理室21內的晶圓8供給DCS氣體。DCS氣體被MFC26a控制為期望的流量，經由氣體供給管25a和噴嘴29a被供給到處理室21內。另外，與DCS氣體的供給並行地，即在蓋部32將反應管18的開口封閉的狀態下，冷卻氣體供給部44將由MFC48b控制為期望的流量的淨化氣體經由氣體供給管47b、氣體供給管47a、供給配管46、導入部45、貫通孔75從噴出口76供給到隔熱部33內。淨化氣體在被直接吹送到圓筒部70的頂部(上端的封閉部)之後，沿著頂部在周向上擴散，沿著周面下降，經由排氣孔74排出到處理室21內。
[原料氣體排氣工序] 接著，停止DCS氣體的供給，利用增壓泵38對處理室21內進行真空排氣。處理室21內的DCS氣體在排氣管34內呈直線狀或大致直線狀流通，經由增壓泵38被排出。此時，也可以從惰性氣體供給部向處理室21內供給作為惰性氣體的N 2氣體(惰性氣體淨化)。
[反應氣體供給工序] 接著，對處理室21內的晶圓8供給O 2氣體。O 2氣體被MFC26b控制為期望的流量，經由氣體供給管25b和噴嘴29b供給到處理室21內。
[反應氣體排氣工序] 接著，停止O 2氣體的供給，利用增壓泵38對處理室21內進行真空排氣。處理室21內的O 2氣體在排氣管34內呈直線狀或大致直線狀流通，經由增壓泵38被排出。此時，也可以從惰性氣體供給部向處理室21內供給作為惰性氣體的N 2氣體(惰性氣體淨化)。此外，在原料氣體排氣工序、反應氣體供給工序、反應氣體排氣工序中也繼續向隔熱部33內的淨化氣體的供給。
藉由將進行上述的4個工序的循環進行預定次數(1次以上)，能夠在晶圓8上形成預定組成和預定膜厚的SiO 2膜(步驟：03)。
(晶舟卸載以及晶圓取出) 在形成預定膜厚的膜後，從惰性氣體供給部供給N 2氣體，處理室21內被N 2氣體置換，並且處理室21內的壓力恢復至常壓。之後，利用晶舟升降機43使蓋部32下降，將晶舟31從反應管18搬出(晶舟卸載)。之後，從晶舟31取出處理完成晶圓8(晶圓取出)(步驟：04)。
在取出晶舟31後，即，在蓋部32未封閉反應管18的開口的狀態下，執行晶圓8及隔熱部33的冷卻處理(步驟：05)。從未圖示的冷卻氣體供給機構向晶圓8供給冷卻氣體。另外，與晶圓8的冷卻並行地，冷卻氣體供給部44將由MFC48a控制為期望的流量的冷卻氣體經由氣體供給管47a、供給配管46、導入部45、貫通孔75從噴出口76向隔熱部33內供給。冷卻氣體在被直接吹送到圓筒部70的上端的封閉部(頂部)之後，沿著頂部在周向上擴散，沿著周面下降，對隔熱體72和圓筒部70進行冷卻，並且經由排氣孔74排出到搬送室5內。
向隔熱部33內供給的冷卻氣體例如是常溫的N 2氣體，成為與淨化氣體同等的流量。另一方面，冷卻氣體的流量能夠增大到在搬送室5內不卷起顆粒的程度。該情況下，冷卻氣體的品質流量大於淨化氣體的品質流量。
當晶圓8及隔熱部33降低至預定的溫度時，藉由移載機9將裝填於晶舟31的處理完成的晶圓8向晶圓盒12搬送(步驟：06)。將收納於晶圓盒的晶圓8向基板處理裝置1外搬出，成膜處理結束。
此外，在使用了上述的基板處理裝置1的一系列的處理中，在基板處理裝置1緊急停止的情況下，或者在搬送室5的維護門開放的情況下，也可以構成為將閥49a、49b聯鎖，強制地停止冷卻氣體或淨化氣體的供給。該情況下，控制器51作為聯鎖控制部發揮功能。藉由強制性地停止冷卻氣體或淨化氣體，能夠防止氣體向基板處理裝置1外的洩漏、處理室21等的壓力的增大等。
作為在晶圓8形成SiO 2膜時的處理條件，例如例示下述條件。 處理溫度(晶圓溫度)：300℃~700℃， 處理壓量(處理室內壓力)：1Pa~4000Pa， DCS氣體：100sccm~10000sccm， O 2氣體：100sccm~10000sccm， N 2氣體：100sccm~10000sccm， 藉由將各個處理條件設定為各自的範圍內的值，能夠適當地進行成膜處理。此外，上述的“1Pa~4000Pa”這樣的數值範圍的表述是指下限值及上限值包含在該範圍內。例如，“1Pa~4000Pa”是指“1Pa以上且4000以下”。對於其他數值範圍也一樣。
根據本形態，能夠得到以下所示的一個或多個效果。
在本實施例中，在晶圓8形成薄膜後的冷卻工序中，經由導入部45和貫通孔75從噴出口76向隔熱部33的內部供給冷卻氣體，使冷卻氣體流通，能夠從內部對隔熱體72和圓筒部70進行冷卻。
因此，能夠縮短熱容量比晶圓8大的隔熱部33的冷卻時間，因此，能夠縮短冷卻工序和基板處理工序整體的時間，能夠實現處理能力的提高。
另外，冷卻氣體是被直接吹送到來自處理室21的輻射熱的影響大的圓筒部70上端的封閉部的結構，因此，能夠進一步提高隔熱部33的冷卻效率。另外，能夠使冷卻氣體的品質流量大於淨化氣體的品質流量，因此，能夠進一步提高隔熱部33的冷卻效率。
另外，在成膜處理中，即在晶舟31被裝入到處理室21內的狀態下，向隔熱部33的內部供給淨化氣體，對隔熱部33內進行淨化。因此，能夠防止原料氣體、反應氣體流入到隔熱部33內，能夠防止在隔熱體72、副加熱器64生成膜。
另外，供給配管46具有撓性，能夠經由撓曲狀態的供給配管將氣體供給管47a與固定於旋轉機構42的導入管45a連接。因此，供給配管46能夠追隨晶舟31的升降而移動，因此，無論晶舟31的位置如何，都能夠確保氣體供給管47a與導入部45的流體連通。
此外，在本實施例中，供給配管46為包含氟的合成樹脂製。另一方面，供給配管46的構造不限於此。例如，也可以如圖6所示的變形例那樣，藉由將不具有撓性的金屬製配管86與具有撓性的金屬製的波紋管87交替地連接，從而構成一部分具有撓性的供給配管88。
在使用供給配管88的情況下，也能夠得到與使用供給配管46的情況一樣的效果，並且與供給配管46相比能夠提高耐久性。
以上，對本公開的實施例進行了具體說明。然而，本公開並不限定於上述的實施例，在不脫離其主旨的範圍內能夠進行各種變更。
例如，在上述的實施例中，對使用DCS氣體作為原料氣體的例子進行了說明，但本公開並不限定於這樣的形態。例如，作為原料氣體，除了DCS氣體之外，還能夠使用HCDS(Si 2Cl 6：六氯乙矽烷)氣體、MCS(SiH 3Cl：一氯矽烷)氣體、TCS(SiHCl 3：三氯矽烷)氣體等無機系鹵代矽烷原料氣體、3DMAS(Si[N(CH 3) 2] 3H：三(二甲氨基)矽烷)氣體、BTBAS(SiH 2[NH(C 4H 9)] 2：雙叔丁基氨基矽烷)氣體等不含鹵素基的氨基系(胺系)矽烷原料氣體、MS(SiH 4：甲矽烷)氣體、DS(Si 2H 6：乙矽烷)氣體等不含鹵素基的無機系矽烷原料氣體。
另外，例如，在上述的實施例中，對形成SiO 2膜的例子進行了說明。然而，本公開並不限定於這樣的形態。例如，除了這些以外，或者在此基礎上，還能夠使用氨(NH 3)氣體等含氮(N)氣體(氮化氣體)、丙烯(C 3H)氣體等含碳(C)氣體、三氯化硼(BCl 3)氣體等含硼(B)氣體等，形成SiN膜、SiON膜、SiOCN膜、SiOC膜、SiCN膜、SiBN膜、SiBCN膜等。在進行這些成膜的情況下，也能夠以與上述的實施例一樣的處理條件進行成膜，能夠得到與上述的實施例一樣的效果。
另外，例如，在晶圓8上形成包含鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)等金屬元素的膜，即金屬系膜的情況下，也能夠適當地應用本公開。
在上述的實施例中，對在晶圓8上堆積膜的例子進行了說明。另一方面，本公開並不限定於這樣的形態。例如，在對晶圓8或形成於晶圓8上的膜等進行氧化處理、擴散處理、退火處理、蝕刻處理等處理的情況下，也能夠適當地應用。
另外，上述的實施例、變形例能夠適當組合使用。此時的處理條件例如能夠設為與上述的實施例、變形例同樣的處理條件。
另外，在上述實施例中，對使用具有熱壁型處理爐的基板處理裝置形成膜的例子進行了說明。另一方面，在使用具有冷壁型的處理爐的基板處理裝置形成膜的情況下，也能夠適當地應用本公開的形態。
在使用冷壁型的基板處理裝置的情況下，也能夠以與上述形態、變形例一樣的處理過程、處理條件進行各處理，能夠得到與上述形態、變形例一樣的效果。
1:基板處理裝置 8:晶圓 18:反應管 32:蓋部 33:隔熱部 43:晶舟升降機 44:冷卻氣體供給部 76:噴出口
[圖1]是表示本公開的實施例的基板處理裝置的一例的橫剖視圖。 [圖2]是表示本公開的實施例的處理爐的一例的縱剖視圖。 [圖3]是表示本公開的實施例的隔熱部的一例的縱剖視圖。 [圖4]是表示本公開的實施例的基板處理裝置的控制器的控制系統的方塊圖。 [圖5]是對本公開的實施例的基板處理方法進行說明的流程圖。 [圖6]是表示本公開的實施例的供給配管的變形例的立體圖。
8:晶圓
18:反應管
19:加熱器
21:處理室
22:溫度檢測部
23:氣體供給機構
24:氣體箱
25a~25d:氣體供給管
26a~26d:MFC
27:歧管
28a~28d:閥
29a,29b:噴嘴
30:排氣口
31:晶舟
33:隔熱部
34:排氣管
35:壓力感測器
36:流導可變閥
38:增壓泵
39:排氣系統
41:旋轉軸
42:旋轉機構
43:晶舟升降機
44:冷卻氣體供給部
45:導入部
46:供給配管
47a,47b:氣體供給管
48a,48b:質量流量控制器(MFC)
49a,49b:控制閥的閥
51:控制器

Claims (20)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵在於，具有： 處理容器，其處理基板； 蓋，其封閉該處理容器的下方的開口； 升降機，其使該蓋上下移動； 隔熱部，其被設置在前述蓋與前述基板之間，具有形成為上端封閉的筒形狀的筒部； 冷卻氣體供給部，其在前述蓋封閉前述開口的狀態下從前述筒部內的噴出口供給淨化氣體來對前述隔熱部內進行淨化，且在前述蓋未封閉前述開口的狀態下從前述噴出口供給冷卻氣體來對前述隔熱部進行冷卻。
  2. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 前述冷卻氣體供給部具有： 導入部，其貫通前述蓋，將前述淨化氣體和前述冷卻氣體導入到前述隔熱部內； 供給配管，其能夠移動，與前述導入部流體連通並向前述導入部供給前述淨化氣體； 控制閥，其將前述淨化氣體和前述冷卻氣體的供給接通/斷開。
  3. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中， 前述供給配管的至少一部分具有撓性。
  4. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 前述冷卻氣體供給部的至少一部分被固定於前述蓋，利用前述升降機與前述蓋一起上下移動。
  5. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 前述冷卻氣體的品質流量比前述淨化氣體的品質流量多。
  6. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，還具有： 搬送室，其與前述處理容器的前述開口連通，並在內部配置有前述升降機，收容下降的基板保持件； 聯鎖控制部，其構成為在基板處理裝置緊急停止時或前述搬送室的維護門開放時，能夠強制地停止前述淨化氣體和前述冷卻氣體的供給。
  7. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 前述淨化氣體是純氮氣， 前述冷卻氣體是純度比前述純氮氣低的氮氣。
  8. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 還具有：基板保持件，其能夠與前述蓋一起上下移動而在前述開口出入，並在前述處理容器內保持前述基板。
  9. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 還具有：加熱器，其被設置在前述筒部內，對前述處理容器內進行加熱。
  10. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中， 前述噴出口以前述冷卻氣體直接碰到前述筒部的上端的封閉部的方式開口。
  11. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中， 還具有： 中空的旋轉軸，其從下方支承前述隔熱部，並且構成前述導入部的至少一部分； 旋轉機構，其被設置於前述蓋，以能夠旋轉的方式支承前述旋轉軸， 前述隔熱部的內部與前述旋轉軸的內部流體連通。
  12. 如請求項11記載的基板處理裝置，其中， 前述旋轉機構具有： 密封構造的殼體； 密封部，其維持前述旋轉軸與前述蓋之間的氣密， 前述供給配管與設置於前述殼體的埠連接。
  13. 如請求項12記載的基板處理裝置，其中， 前述埠在前述密封部的前述處理容器側與前述殼體和前述旋轉軸之間的空間連通，前述旋轉軸具有使前述旋轉軸的外側和內部連通的孔。
  14. 如請求項11記載的基板處理裝置，其中， 前述供給配管具有： 撓性部，其具有上游側不移動的固定端和藉由前述升降機與前述蓋一起上下的移動端； 非撓性部，其將前述移動端與前述旋轉機構連接。
  15. 如請求項3記載的基板處理裝置，其中， 前述供給配管構成為將具有撓性的金屬製波紋管與沒有撓性的金屬製配管交替地連接。
  16. 如請求項3記載的基板處理裝置，其中， 前述供給配管為包含氟的合成樹脂製。
  17. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中， 前述控制閥被配置在收納有用於對前述基板進行處理的處理氣體的流量控制器或控制閥的氣體箱內。
  18. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵在於，具有： 在蓋封閉了處理基板的處理容器的下方的開口的狀態下，從設置在該蓋與前述基板之間且具有形成為上端封閉的筒形狀的筒部之隔熱部的前述筒部內的噴出口供給淨化氣體，對前述隔熱部內進行淨化的工序； 在前述蓋未封閉前述開口的狀態下從前述噴出口供給冷卻氣體，對前述隔熱部進行冷卻的工序。
  19. 一種基板處理方法，其特徵在於，具有： 在蓋封閉了對基板進行處理的處理容器的下方的開口的狀態下，從設置在該蓋與前述基板之間且具有形成為上端封閉的筒形狀的筒部之隔熱部的前述筒部內的噴出口供給淨化氣體來對前述隔熱部內進行淨化的工序； 在前述蓋未封閉前述開口的狀態下從前述噴出口供給冷卻氣體來對前述隔熱部進行冷卻的工序。
  20. 一種程式，其特徵在於， 藉由電腦使基板處理裝置執行下列程序： 在蓋封閉了對基板進行處理的處理容器的下方的開口的狀態下，從設置在該蓋與前述基板之間且具有形成為上端封閉的筒形狀的筒部之隔熱部的前述筒部內的噴出口供給淨化氣體來對前述隔熱部內進行淨化的程序； 在前述蓋未封閉前述開口的狀態下從前述噴出口供給冷卻氣體來對前述隔熱部進行冷卻的程序。
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