(57)【要約】【課題】ガス供給系の配管や該配管に設けられる各部品の加熱ムラを小さくする構成を提供することにある。【解決手段】基板を処理する処理室と、処理ガスを基板に供給するためのガス供給系と、処理室から処理ガスの排気を行う排気系と、ガス供給系及び排気系のうち少なくともどちらか一方に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて配管容器内に作動液の蒸気を充満させ、配管容器内に格納されるガス供給系または排気系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱する加熱部と、を備えた構成が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、処理ガスを前記基板に供給するためのガス供給系と、前記処理室から処理ガスの排気を行う排気系と、前記ガス供給系及び前記排気系のうち少なくともどちらか一方に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて前記配管容器内に前記作動液の蒸気を充満させ、前記配管容器内に格納される前記ガス供給系または前記排気系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱させる加熱部と、を備えた基板処理装置。
【請求項２】
更に、前記配管容器は、前記作動液を格納する溜部を有し、
凝集した後の前記作動液は、前記溜部に戻るように流路が構成されている請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
処理ガスを基板に供給するためのガス供給系及び処理室から処理ガスの排気を行う排気系のうち少なくともどちらか一方に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて前記配管容器内に前記作動液の蒸気を充満させ、前記配管容器内に格納される前記ガス供給系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱させる加熱部と、を備えた基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記加熱部で前記ガス供給系の配管の表面を加熱しつつ前記処理ガスを加熱する工程と、
該加熱された前記処理ガスにより前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの表面に薄膜を形成する場合、内部にウエハ載置部を備えた反応炉を有する基板処理装置が使用される。反応炉には原料ガス等を導入するガス配管が接続されており、原料を収納した原料供給用タンクからガス配管を経由して、原料ガスが反応炉内に導入される。
【０００３】
例えば、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）膜形成のため、ＡｌＣｌ３（三塩化アルミニウム）のような常温常圧において固体である物質を原料として使用し、外部より原料ガスとして反応炉内へ供給する場合、固体原料を収納したタンクを設け、該タンク内で原料を加熱して昇華させ、ガス配管を通して反応炉へ原料ガスとして供給するようにしている。ＡｌＣｌ３は、常温常圧において、約１８０℃で昇華する。このように、固体のＡｌＣｌ3から気体のＡｌＣｌ３ガスを得るには、固体のＡｌＣｌ３を加熱するための加熱気化機構が必要であるとともに、気体のＡｌＣｌ３ガスが固化しないように、ガス配管やガス配管の途中に設けられた開閉バルブ等を加熱するための加熱機構が必要である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ガス供給系の少なくとも一部を囲み、加熱ガス導入口と加熱ガス排気口を有する加熱容器と、加熱容器内に加熱されたガスを供給する加熱ガス供給手段とを有する加熱機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１００８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の課題はガス供給系の配管や該配管に設けられる各部品の加熱ムラを小さくする構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、処理ガスを前記基板に供給するためのガス供給系と、前記処理室から処理ガスの排気を行う排気系と、前記ガス供給系及び前記排気系のうち少なくともどちらか一方に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて前記配管容器内に前記作動液の蒸気を充満させ、前記配管容器内に格納される前記ガス供給系または前記排気系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱させる加熱部と、を備えた構成が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、ガス供給系の配管や該配管に設けられる各部品の加熱ムラを小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。
【図２】本開示の実施形態に係る基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【図３】本開示の実施形態に係る加熱機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本開示の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。図２は、本開示の実施形態に係る基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【００１１】
［基板処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る基板処理装置１００を概略的に説明する。図１に示すように、基板処理装置１００の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は、図示しない外部搬送装置との間で、基板収納容器としてのカセット１０２の授受を行う。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１０２を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１０２を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。
【００１２】
筐体１０１の後部上方には、処理炉（処理炉）２０２が設けられている。処理炉２０２の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウエハ２００を搭載したボート２１７を、処理炉２０２の内と外の間で昇降させる。ボート２１７は、ウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉２０２の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持する。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウエハ２００を搬送するウエハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉２０２の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が処理炉２０２の外にあるときに、処理炉２０２の下端を閉塞することができる。
【００１３】
ウエハ２００が装填されたカセット１０２は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１０２は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１０２が収納される移載棚１２３がある。ボート２１７に対してウエハ２００が移載されるカセット１０２は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１０２が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７に、ウエハ２００を移載する。
【００１４】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート２１７が処理炉２０２内に挿入され、シールキャップ２１９により、処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内では、ウエハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に加熱等の処理がなされる。
ウエハ２００の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウエハ２００は、ウエハ移載機１１２により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１０２に移載され、カセット１０２は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。ボート２１７が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉２０２の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００１５】
［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１００は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は、石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、基板（本例ではウエハ２００）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２０３は、加熱部（本例ではヒータ２０７）の内側に設けられている。反応管２０３は、その下端開口をシールキャップ２１９により、気密部材（本例ではＯリング２２０）を介して気密に閉塞される。
ヒータ２０７、反応管２０３およびシールキャップ２１９により、処理炉２０２が形成されている。また、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により、処理室２０１が形成されている。シールキャップ２１９の上には、基板保持部材（ボート２１７）が、石英キャップ２１８を介して立設されている。石英キャップ２１８は、ボート２１７を保持する保持体（ボート支持台）である。ボート２１７は、処理炉２０２内に、処理炉２０２の下端開口から挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される複数のウエハ２００が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は、処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を、所定の温度に加熱する。
【００１６】
［ガス供給系］
図２に示すように、処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給するガス供給系としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられている。ガス供給管２３２ａ、２３２ｂの端部は、マニホールド２０９の下部を貫通するように設けられている。第１のガス供給管２３２ａからは、第１のガス供給源２４０ａから、流量制御手段としてのＭＦＣ(マスフローコントローラ)２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２５１ａを介し、更に処理室２０１に設置された多孔ノズル２３３を通して、処理室２０１に反応ガスとして例えばオゾン（Ｏ３）ガスが供給される。なお、オゾンガスの代わりに、Ｈ２ＯやＨ２＋ＣＯ２ガス等を供給しても良い。  
ガス供給管２３２ａの途中には、不活性ガス供給管２３２ｄが、バルブ２５１ａの下流側に接続されている。不活性ガス供給管２３２ｄには、上流側から順に、不活性ガス供給源２４０ｄ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２５１ｄが設けられている。
【００１７】
また、第２のガス供給管２３２ｂの他端には、固体原料容器を含む加熱気化装置２６０が接続されており、この加熱気化装置２６０で昇華された原料ガスとして、例えばＡｌＣｌ３ガスが、バルブ２５１ｂ、及び多孔ノズル２３３を介して処理室２０１に供給される。加熱気化装置２６０からマニホールド２０９までのガス供給管２３２ｂには、原料ガスの再固化による管内壁への原料の付着を防止するため、ヒータ２８１が設けられ、ガス供給管２３２ｂを加熱可能としている。  
また、加熱気化装置２６０には、不活性ガス供給管２３０が接続されている。不活性ガス供給管２３０には、上流側から順に、不活性ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２５２が設けられている。  
ガス供給管２３２ｂの途中には、不活性ガス供給管２３２ｃが、バルブ２５１ｂの下流側に接続されている。不活性ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、不活性ガス供給源２４０ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２５１ｃが設けられている。
【００１８】
上記のバルブ２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ、２５２は、後述する配管容器２７１内に収容されている。配管容器２７１には、配管容器２７１内に作動液を導入するバルブ２５１ｅと、配管容器２７１内の雰囲気を排気する排気口２７１ｂが設けられている。バルブ２５１ｅには、作動液配管２３２ｅが接続されており、作動液配管２３２ｅには、上流から順に、加熱可能な作動液供給源２４０ｅ、バルブ２５１ｅが設けられている。作動液供給源２４０ｅには、通常の加熱手段により加熱することによって蒸気になる液体であって該蒸気よりも低い温度の箇所で凝集熱を発生させる液体、例えば水や油を用いることができる。作動液供給源２４０ｅから供給された作動液の蒸気は、バルブ２５１ｅを経て、配管容器２７１内に導入される。  
また、図２に示すように作動液配管２３２ｅには、作動液の蒸気の凝集を防止するため、ヒータ２８１とは異なるヒータ２８２が取付けられている。但し、液体原料を気化させる温度にすることが目的である配管ヒータであり、ヒータ２８２とヒータ２８１は同じものであってもよい。  
なお、上記の例では、バルブ２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ、２５１ｅ、２５２を配管容器２７１内に収容したが、処理ガスの種類により、加熱する必要のあるバルブが異なるのは勿論である。
【００１９】
反応管２０３内の中央部には、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータ１２１（図１参照）により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２２７が設けてあり、このボート回転機構２２７によってボート支持台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００２０】
［排気部］
処理室２０１には、処理室２０１のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、真空ポンプ２４６（排気装置）にＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ２５５を介して接続されている。処理室２０１は、真空ポンプ２４６によって排気される。  
なお、ＡＰＣバルブ２５５は、弁の開閉により処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。
【００２１】
［制御部］
コントローラ２８０（制御部）は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、バルブ２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ、２５１ｅ、２５２、ＡＰＣバルブ２５５、ヒータ２０７、ヒータ２７２、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２２７、ボートエレベータ１２１等、基板処理装置１００の各構成部に電気的に接続されている。  
コントローラ２８０は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄの流量調整、バルブ２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ、２５１ｅ、２５２の開閉動作、ＡＰＣバルブ２５５の開閉および圧力調整動作、ヒータ２０７、後述するヒータ２７２、ヒータ２８１、ヒータ２８２の加熱制御、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２２７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御等、基板処理装置１００の各構成部の制御を行う。
【００２２】
［ガス供給系加熱手段］
本実施形態のガス供給系加熱手段（加熱機構）について図３を用いて説明する。図３に示すように、配管容器２７１は、配管容器２７１内へ作動液の蒸気を導入するためのバルブ２５１ｅと、配管容器２７１内の雰囲気２７１ｃを排気する排気口２７１ｂと、配管容器２７１の底の部分に形成された作動液を格納する溜部２７１ａと、を備える。配管容器２７１は、作動液により変質せず、耐熱性および気密性を有する材料、例えば、ステンレスで構成される。ガス供給系加熱手段は、主に、配管容器２７１の他に、作動液を加熱する加熱部としてのヒータ２７２を備える。配管容器２７１は、バルブ２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ、２５１ｅ、２５２と、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂおよび不活性ガス供給管２３０，２３２ｃ，２３２ｄの一部と、を収納する。  
なお、配管容器２７１はバルブに加えてＭＦＣも収納するようにしてもよいし、ガス供給管または不活性ガス供給管等の配管のみを収納するようにしてもよい。
【００２３】
ガス供給系加熱手段の動作について以下説明する。  
一旦、配管容器２７１は排気口２７１ｂから真空に排気され、封止される。  
その後、図２に示す作動液供給源２４０ｅから作動液の蒸気が、作動液配管２３２ｅおよびバルブ２５１ｅを介して配管容器２７１内に導入されて、容器内で凝集し、溜部２７１ａに戻ってくる。  
ヒータ２７２に通電することで、溜部２７１ａに格納された作動液が気化した蒸気が配管容器２７１内部に充満する。作動液の液温は図示していない温度検出器により、温度管理されている。  
溜部２７１ａの作動液量が適量になるまで、作動液供給源２４０ｅの温度を上げ、供給する作動液蒸気を増やしていく。  
溜部２７１ａの作動液量が適量になったら、バルブ２５１ｅを閉じる。  
作動液の蒸気は作動液の温度に対応する蒸気圧で配管容器２７１内に充満し、作動液の温度よりも温度が低い場所（例えばバルブ２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ、２５１ｅ、２５２、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂおよび不活性ガス供給管２３０，２３２ｃ，２３２ｄ等のガス供給系部品）で凝集し、その場所を加熱する。作動液の温度よりも温度が高い場所では凝集はおこらないため、配管容器２７１の内部は部品形状、熱容量等に関わらず、作動液の温度で一定に保たれる。ガス供給系部品の表面で凝集した作動液は重力等により、溜部２７１ａに戻るような流路が設置されることで循環し、加熱状態が維持できるようになっている。なお、作動液は使用回数または使用時間で管理されず、装置全体のメンテナンス時まで交換されない。
【００２４】
このように、実施形態のガス供給系加熱手段では、加熱対象箇所を容器で覆い、容器内部に、ヒータ等で加熱した作動液の蒸気の凝集熱を利用することにより、複雑な配管構造に対応でき、加熱対象箇所をむらなく加熱することができる。さらに、容器の外側を保温材や断熱材で覆ってもよい。
ガス供給系加熱手段について説明したが、ガス排気系（ガス排気管２３１およびＡＰＣバルブ２５５等）を配管容器２７１と同様な配管容器に収納し、図２に示すように作動液供給源(図２では２４０ｅ)から作動液の蒸気が作動液配管（図２では２３２ｅ）およびバルブ(図２では２５１ｅ)を介して、この配管容器に導入されるよう構成すると共に、凝集した後の作動液を溜める溜部２７１ａと同様な溜部を加熱するヒータ２７２と同様なヒータで構成するガス排気系加熱手段を設けてもよい。ガス供給系加熱手段に代えてガス排気系加熱手段を設けてもよいし、ガス供給系加熱手段およびガス排気系加熱手段の両方を設けてもよい。
【００２５】
本実施形態によれば、配管及び該配管に設けられる各部品の加熱ムラを極力抑えることで配管内の温度を一定に保つことができるので、プロセスガスの液化、分解といった現象を回避でき、結果として、被処理基板の不良ロットを低減することが可能となる。また、本実施形態によれば、配管容器内の部品点数等に関わらず、作動液の温度管理のみで全部品の温度を制御することが可能となる。
【００２６】
本実施形態は、半導体製造装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置でも適用できる。また、上述の実施形態では、ウエハ上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本開示は、このような態様に限定されない。例えば、ウエハやウエハ上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。
【００２７】
＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
【００２８】
（付記１）
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、処理ガスを前記基板に供給するためのガス供給系と、前記処理室から処理ガスの排気を行う排気系と、前記ガス供給系及び前記排気系のうち少なくともどちらか一方に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて前記配管容器内に前記作動液の蒸気を充満させ、前記配管容器内に格納される前記ガス供給系または前記排気系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱させる加熱部と、を備えた構成が提供される。
【００２９】
（付記２）
付記１の基板処理装置において、好ましくは、
更に、前記配管容器は、前記作動液を格納する溜部を有し、
凝集した後の前記作動液は、前記溜部に戻るように流路が構成されている。
【００３０】
（付記３）
付記１の基板処理装置において、好ましくは、
前記配管容器は、気密に設けられ、真空排気及び封止可能に構成されている。
【００３１】
（付記４）
付記１の基板処理装置において、好ましくは、
前記配管容器内に設けられている前記ガス供給系または前記排気系に接続される部品は、前記部品の表面に凝集された前記作動液により加熱されるように構成されている。
【００３２】
（付記５）
付記１の基板処理装置において、好ましくは、
更に、前記配管容器内の雰囲気の温度を検出する温度検出器を設け、
前記作動液の液温は、気化温度に設定されている。
【００３３】
（付記６）
付記２の基板処理装置において、好ましくは、
前記加熱部は、前記溜部に戻ってきた凝集後の前記作動液を加熱するように構成されている。
【００３４】
（付記７）
付記１の基板処理装置において、好ましくは、
更に、前記作動液を供給するバルブを設け、
前記配管容器は、前記溜部に前記作動液を補充可能に構成されている。
【００３５】
（付記８）
本開示の他の態様によれば、
処理ガスを基板に供給するためのガス供給系及び処理室から処理ガスの排気を行う排気系のうち少なくとも前記ガス供給系に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて前記配管容器内に前記作動液の蒸気を充満させ、前記配管容器内に格納される前記ガス供給系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱させる加熱部と、を備えた基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記加熱部で前記配管の表面を加熱しつつ前記処理ガスを加熱する工程と、
該加熱された前記処理ガスにより前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００３６】
（付記９）
本開示のさらに他の態様によれば、
処理ガスを基板に供給するためのガス供給系及び処理室から処理ガスの排気を行う排気系のうち少なくとも一方に設けられる配管の一部を収容する配管容器と、凝集熱を発生する作動液を気化させて前記配管容器内に前記作動液の蒸気を充満させ、前記配管容器内に格納される前記排気系の配管の表面で凝集させて、該配管の表面を加熱させる加熱部と、を備えた基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理ガスにより前記基板を処理する工程と、
前記加熱部で前記排気系の配管の表面を加熱しつつ、前記処理室からの前記処理ガスを排気する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００３７】
１００…基板処理装置
２０１…処理室
２３０…不活性ガス供給管
２３１…ガス排気管
２３２ａ…第１のガス供給管
２３２ｂ…第２のガス供給管
２３２ｃ…不活性ガス供給管
２３２ｄ…不活性ガス供給管、
２７１…配管容器
２７１ａ…溜部
２７２…ヒータ
【図１】
2020150046.tif 000003
【図２】
2020150046.tif 000004
【図３】
2020150046.tif 000005