(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の面内均一性に影響を与えることなく、炉口部に対する副生成物の付着の抑制を図る。【解決手段】基板処理装置の処理炉において、下端に開口部を有し、基板保持具１７を内部に収容する反応管２とマニホールド７から成る反応容器と、基板保持具を回動可能に保持する軸と、反応容器の内面との間に所定の間隙を保つ様に形成された側面部１４ｂと、側面部の中心部に於いて軸を挿通させる筒部１４ｄと、側面部の上端と筒部の上端とに接続する円環状の上板部１４ａと、側面部の下端に接続するフランジ部１４ｃとを有し、フランジ部を開口部と直接又は間接に当接させて反応容器を気密に閉塞するキャップ１４と、筒部の上端より上に於いて軸と接続し、キャップの上面及び側面を覆うキャップカバー１９とを備える。下方から供給されたパージガスは、軸と筒部との間、上板部とキャップカバーとの間、側面部とキャップカバーとの間の順に流れる。【選択図】図２
2020092163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に開口部を有し、基板を保持する基板保持具を内部に収容する反応容器と、前記基板保持具を回動可能に保持する軸と、前記反応容器の内部に挿入された際に、前記反応容器の内面との間に所定の間隙を保つ様に形成された側面部と、該側面部の中心部に於いて前記軸を挿通させる筒部と、前記側面部の上端と前記筒部の上端とに接続する円環状の上板部と、前記側面部の下端に接続するフランジ部とを有し、前記フランジ部を前記開口部と直接又は間接に当接させて前記反応容器を気密に閉塞するキャップと、前記筒部の上端より上に於いて前記軸と接続し、前記キャップの上面及び側面を覆うキャップカバーとを備え、前記軸の周囲に下方から供給されたパージガスが、前記軸と前記筒部との間の空間、前記上板部と前記キャップカバーとの間の空間、前記側面部と前記キャップカバーとの間の空間の順に流れる様に構成された基板処理装置。
【請求項２】
前記キャップは、前記側面部と前記筒部との間に形成される環状空間に設けられる断熱材と、前記断熱材と前記側面部との間、前記上板部との間、前記筒部との間にそれぞれ設けられるキャップヒータとを更に有する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記軸は、前記反応容器に挿入される側の端が閉塞した管状に形成され、内部には断熱材が設けられ、内部の前記端寄りには補助ヒータが設けられる請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記フランジ部と前記開口部との間に設けられるシール部材と、前記筒部と気密に接続されると共に、前記軸を回転導入器に結合させるアダプターと、前記フランジ部の前記反応容器と当接する側と反対側に当接してキャップを保持すると共に、前記アダプターを固定させるキャップ保持板とを更に備え、前記側面部及び前記反応容器の前記側面部に面する部分は、前記軸方向に於いて一定断面形状に形成され、前記環状空間は大気若しくは大気圧の周辺雰囲気と連通し、前記キャップ保持板は、前記シール部材に近接する箇所に、前記シール部材を冷却する為の冷媒流路を有する請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項５】
反応容器の内面との間に所定の間隙を保つ様に形成された側面部を有するキャップを、前記反応容器の開口から挿入し、前記側面部と、前記キャップの中心部に於いて軸を挿通させる筒部と、前記側面部の上端と前記筒部の上端とに接続する上板部と、前記側面部の下端に接続するフランジ部とによって前記反応容器の開口を閉塞する工程と、前記軸によって保持され、前記反応容器内に収容された基板保持具を回転させつつ、前記基板保持具に保持された基板を処理する工程とを有し、前記処理する工程では、前記軸の周囲からパージガスを供給し、前記パージガスが前記軸と前記筒部との間の空間を流れた後、前記筒部の上端よりも上に於いて前記軸と接続し前記キャップの前記上板部及び前記側面部を覆うキャップカバーと、前記キャップとの間の空間を流れ、前記反応容器の開口付近から前記反応容器内へ放出され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、基板に薄膜の生成等の処理を行う基板処理装置及び基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程に於ける基板の熱処理では、例えばバッチ処理にて基板を処理する縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では、所定枚数の基板を積載して基板保持具に保持し、基板保持具を処理室内に装入し、処理室外周に設置されたヒータにより基板を加熱した状態で処理室内に処理ガスを導入して所要の処理が行われる。
【０００３】
従来の縦型基板処理装置には、特許文献１に示される様に、処理室の下部の断熱領域に於いて、基板保持具を回動可能に保持するＲ軸の周囲に断熱材とヒータとを設けている。Ｒ軸は、処理室の蓋（キャップ）との間を磁性流体シール等によって気密を維持した状態で、蓋を貫通して設けられる。処理室内で用いられる反応性のガスから守る為、磁性流体シール付近には窒素ガス等がパージガスとして供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１８／１５０５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した縦型基板処理装置では、磁性流体シールを保護する為のパージガスが、Ｒ軸に沿って上昇し、基板の直近から放出される構成である為、基板保持領域の下部に於いて基板の面内均一性が悪化し、生産性が低下する虞れがあった。
【０００６】
本開示は、基板の面内均一性に影響を与えることなく、炉口部に対する副生成物の付着の抑制を図る基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、下端に開口部を有し、基板を保持する基板保持具を内部に収容する反応容器と、前記基板保持具を回動可能に保持する軸と、前記反応容器の内部に挿入された際に、前記反応容器の内面との間に所定の間隙を保つ様に形成された側面部と、該側面部の中心部に於いて前記軸を挿通させる筒部と、前記側面部の上端と前記筒部の上端とに接続する円環状の上板部と、前記側面部の下端に接続するフランジ部とを有し、前記フランジ部を前記開口部と直接又は間接に当接させて前記反応容器を気密に閉塞するキャップと、前記筒部の上端より上に於いて前記軸と接続し、前記キャップの上面及び側面を覆うキャップカバーとを備え、前記軸の周囲に下方から供給されたパージガスが、前記軸と前記筒部との間の空間、前記上板部と前記キャップカバーとの間の空間、前記側面部と前記キャップカバーとの間の空間の順に流れる様に構成された基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、基板の面内均一性に影響を与えることなく回転軸のパージを行うと共に、炉口部に対する副生成物の付着の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施例に係る基板処理装置の処理炉の縦断面図である。
【図２】実施例に係る基板処理装置の処理炉の炉口部を示す要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】第１の変形例に係る基板処理装置の処理炉の炉口部を示す要部拡大図である。
【図５】第２の変形例に係る基板処理装置の処理炉の炉口部を示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本開示の実施例を説明する。尚、以下の図面に於いて、同一又は対応する構成については、同一又は対応する符号を付し、その説明を省略する。
【００１１】
先ず、図１〜図３に於いて、本開示の実施例について説明する。
【００１２】
本開示に於いて、基板処理装置は、半導体装置の製造方法に於ける製造工程の一工程として、熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置（以下、処理装置と称する）１として構成されている。
【００１３】
図１に示される様に、処理装置１は、円筒形状の反応管２と、反応管２の外周に設置された加熱手段（加熱機構）としてのメインヒータ（ヒータ）３とを備える。反応管２は、例えば石英（ＳｉＯ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等により形成される。後述する反応容器４の内部には、基板としてのウェーハＷを処理する処理室５が形成される。反応管２には、温度検出器としての温度検出部６が設置される。温度検出部６は、反応管２の内壁に沿って立設される。
【００１４】
反応管２の下端開口部には、円筒形のマニホールド７が、Ｏリング等のシール部材８を介して連結され、反応管２の下端を支持している。マニホールド７は、例えばステンレス等の金属により形成される。反応管２とマニホールド７とにより反応容器４が形成される。
【００１５】
反応容器４の下端開口部（炉口部）は円盤状の蓋部９によって開閉される。蓋部９は、例えば金属により形成される。蓋部９の中心部には反応管２の管軸と同一軸上に、ボート受け１８の回転軸１８ａが貫通しており、回転軸１８ａは蓋部９の下面に設けられた回転機構２２によって軸支されている。
【００１６】
蓋部９の上面には、Ｏリング等のシール部材１３を介して、キャップ１４が設置されている。キャップ１４は、例えば石英によって、開口から反応容器４内部へ入り込む様な形状に形成され、十分な強度を有する様に構成される。キャップ１４のフランジ１４ｃ上面にはＯリング等のシール部材１５が設置される。シール部材１５を介してマニホールド７の下端が前記キャップ１４で閉塞されることで、反応容器４内と外気とが気密にシールされる。炉口部の詳細な構成については後述する。
【００１７】
処理室は、複数枚、例えば２５〜１５０枚のウェーハＷを垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート１７を内部に収納する。ボート１７は、例えば石英やＳＩＣ等により形成される。ボート１７は、ボート受け１８により、キャップ１４の上方に支持される。ボート受け１８は、例えば石英製であり、回転軸１８ａと、回転軸１８ａの上端に接続されて軸に垂直な面（ボート保持面）を有する円盤状のボート載置部１８ｂとを有する。
【００１８】
ボート受け１８のボート載置部１８ｂは、その周縁に於いて、２段階に厚みが減少する。第１の段差には、リング形状を有する底板１７ａが嵌合する。第２の段差には、下向きに伸びる円筒状で石英製のキャップカバー１９が設けられる。尚、ボート載置部１８ｂとキャップカバー１９とを併せてキャップカバーと称してもよい。ボート載置部１８ｂの底面は、赤外線が散乱されやすくする様に不透明化されうる。
【００１９】
又、蓋部９は昇降機構としてのボートエレベータ２３により上下方向に駆動される。これにより、ボート１７及び蓋部９が一体的に昇降され、反応容器４に対してボート１７が搬入出される。
【００２０】
処理装置１は、基板処理に使用されるガスを処理室５内に供給するガス供給機構２４を備えている。ガス供給機構２４が供給するガスは、成膜する膜の種類に応じて変えられる。ここではガス供給機構２４は、原料ガス供給部、反応ガス供給部及び不活性ガス供給部を含む。
【００２１】
原料ガス供給部は、ガス供給管２５ａを備えている。ガス供給管２５ａには、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２６ａ及び開閉弁であるバルブ２７ａが設けられている。ガス供給管２５ａの下流端はマニホールド７の側壁を貫通するノズル２８ａに接続される。ノズル２８ａは、反応管２内の上下方向に沿って立設し、ボート１７に保持されるウェーハＷに向けて開口する複数の供給孔が形成されている。ノズル２８ａの供給孔を通して、ウェーハＷに対して原料ガスが供給される。
【００２２】
以下、同様の構成にて、反応ガス供給部からは、ガス供給管２５ｂ、ＭＦＣ２６ｂ、バルブ２７ｂ及びノズル２８ｂを介して、反応ガスがウェーハＷに対して供給される。不活性ガス供給部からは、ガス供給管２５ｃ，２５ｄ、ＭＦＣ２６ｃ，２６ｄ、バルブ２７ｃ，２７ｄ及びノズル２８ａ，２８ｂを介してウェーハＷに対して不活性ガスが供給される。
【００２３】
反応容器４には、排気管２９が取付けられている。排気管２９には、処理室５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３１及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３３が接続されている。上記の様な構成により、処理室５内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。尚、排気管２９は、マニホールド７、反応管２の炉口部寄り、若しくは上端（閉塞端）の１つ以上に対して、流体連通可能に接続されうるが、上端に主となる排気管２９を設けた場合であっても、パージガスを排気する為の細い（補助的な）排気管をウェーハ処理領域下方に設けることが望ましい可能性がある。
【００２４】
回転機構２２には、パージガス２０のガス供給管３７が接続されている。ガス供給管３７には、上流側から順に、ＭＦＣ３８及びバルブ３９が設けられ、ガス供給管３７、ＭＦＣ３８、バルブ３９によりパージガス供給部が構成される。パージガス２０は、回転機構２２から回転軸１８ａに沿って上方に向って導入される。パージガス２０としては、例えば不活性ガスであるＮ2 ガスが用いられる。
【００２５】
次に、炉口部について説明する。図２に示される様に、本実施例では、ウェーハ処理領域下方の断熱領域に於いて、断熱部３４を処理室５の外側に配置する、外断熱式の構成を有している。図２に示される様に、キャップ１４は、ボート載置部１８ｂとの間に所定の大きさの間隙を形成する上板部１４ａと、上板部１４ａの周縁より下方に延出し、キャップカバー１９との間に所定の大きさの間隙を形成する側面部１４ｂと、側面部１４ｂの下端より半径方向外側に延出するフランジ１４ｃと、中央部に形成された貫通孔である筒部１４ｄとにより構成される。キャップ１４は、上板部１４ａと側面部１４ｂが反応管２内部に突出する様に、即ち処理室５内部に入れ込む様に形成され、側面部１４ｂの円筒の直径は、反応管２の直径よりも十分小さい。図３に示される様に、キャップ１４は断面円形であり、筒部１４ｄには回転軸１８ａが貫通する様になっている。
【００２６】
キャップ１４の内側である空洞部分、即ち側面部１４ｂと筒部１４ｄとの間に形成される環状空間には断熱部３４が設けられている。断熱部３４は、例えばカーボンフェルトやセラミックスファイバー成形体で構成される。断熱部３４とキャップ１４との間には、加熱機構（キャップヒータ）としての加熱部３６が設けられている。加熱部３６は、キャップ１４を通過する熱逃げを補償することを意図して設けられ、キャップ１４の内側を覆う様に設置される。尚、環状空間は、大気若しくは実質的に大気圧の周辺雰囲気と連通しうる。加熱部３６は、キャップ１４から離して設けられうる。又断熱部３４は、蓋部９（キャップ保持板９ｂ）の上に載せて固定されうる。
【００２７】
加熱部３６は、第１加熱部３６ａと、第２加熱部３６ｂと、第３加熱部３６ｃとから構成されている。第１加熱部３６ａは、上板部１４ａの内面を覆う様に設置され、ボート１７の下方に位置するウェーハＷを加熱する様に構成されている。第２加熱部３６ｂは、図３に示される様に、側面部１４ｂの内面を覆う様に設置され、反応容器４下方の炉口部を加熱する様に構成されている。第３加熱部３６ｃは、筒部１４ｄの周囲を覆う様に設置され、回転軸１８ａを加熱する様に構成されている。加熱部３６は、電熱線（抵抗体）、電熱線を担持する又はその形状を維持する様に支える絶縁部材、温度のムラを軽減する金属板、電熱線と金属板とを電気的に絶縁する耐熱クロス等を積層して構成することができる。第１加熱部３６ａは、ウェーハ処理領域に近い為、６００℃若しくはそれ以上の温度に耐えることが望ましい。第１加熱部３６ａから第３加熱部３６ｃの単位面積当たりの発熱量（発熱密度）は、キャップ１４を通過する単位面積当たりの熱逃げ量に対応することが望ましいが、簡易的には、同じにすることができる。例えば、第２加熱部３６ｂを、温度が比較的低い（熱逃げが少ない）炉口部寄りに於いても十分発熱させることで、マニホールド７の内周面を輻射によって直接加熱し、低温に起因する副生成物の付着を抑制できる効果がある。又、第１加熱部３６ａから第３加熱部３６ｃの電熱線は、直列又は並列に接続し、共通の給電線とすることができる。又加熱部３６（例えば第２加熱部３６ｂ）には、温度制御の為に、熱電対等の温度検出器が併設されうる。
【００２８】
ボート受け１８の回転軸１８ａは、外径及び内径がほぼ一定の筒状に形成されており、その上端はボート載置部１８ｂによって閉塞され、下端は開口している。又回転軸１８ａ内には、その上端側に於いて補助加熱機構としての放熱体（補助加熱部（補助ヒータ））５２が設けられ、放熱体５２の下方には、軸断熱部５３が装填されており、放熱体５２により中心部からもボート１７の下方に位置するウェーハＷを加熱できる様になっている。放熱体５２は、加熱部３６と同様の抵抗線による電熱式、ランプ加熱式、若しくは、自ら発熱するのではなく第３加熱部３６ｃ等からの熱を吸収し、上方へ熱を放散する疑似黒体を用いる間接加熱式として構成されうる。軸断熱部５３の内部には放熱体５２の給電線が挿通される。放熱体５２及び軸断熱部５３は、回転軸１８ａとともに回転するのではなく固定して設けることができ、その場合軸断熱部５３は自立可能な（一定の形状を有する）硬い素材で構成されうる。
【００２９】
又、ボート受け１８のボート載置部１８ｂは、その周縁に於いて、２段階に厚みが減少する。第１の段差には、リング形状を有する底板１７ａが嵌合する。第２の段差には、キャップカバー１９の上端が嵌合する。
【００３０】
キャップカバー１９は、軸方向全長に亘って所定の大きさの間隙をあけてキャップ１４の周囲を覆っており、この間隙は軸方向に於いて一定断面形状となっている。キャップカバー１９の上端は、半径方向内側に向かって突出する突起を有し、この突起がボート載置部１８ｂの第２の段差によって釣支される。このとき、キャップカバー１９の下端とフランジ１４ｃの上面との間に所定の大きさの排出口２１が形成されている。筒部１４ｄ内と、上板部１４ａとボート載置部１８ｂの下面との間に形成される間隙と、側面部１４ｂとキャップカバー１９との間に形成される間隙とで、パージガス２０が流通するパージガス流路３５が形成される。つまりパージガス２０は、回転機構２２から回転軸１８ａに沿って上方に向って導入され、パージガス流路３５内を上昇した後、半径方向外側に、次いで下方に流動し、排出口２１より炉口部に放出される。
【００３１】
蓋部９は、蓋ベース９ａとキャップ保持板（キャップ保持具）９ｂとが重ねられて構成される。蓋ベース９ａとキャップ保持板９ｂは、どちらも金属製で中央が開口した円形の板として構成される。反応容器４側に設けられるキャップ保持板９ｂは、処理室５内からの伝熱によって３００℃程度迄加熱されうる。キャップ保持板９ｂは、中心寄りに於いて蓋ベース９ａと接合し、接合面以外では蓋ベース９ａとの間に隙間が設けられている。蓋ベース９ａやキャップ保持板９ｂには、加熱部３６の給電線（リード線）を挿通する為の孔や、袋ナット３０（後述）を締緩する為のアクセス孔が適宜設けられる。
【００３２】
キャップ１４は、そのフランジ１４ｃが、キャップ保持板９ｂとマニホールド７とによって挟まれて固定される。キャップ保持板９ｂの前記シール部材１３の近傍には、冷媒流路１６が形成されている。冷媒流路１６には、冷却水等の冷媒が流通し、前記シール部材１３，１５を冷却できる様になっている。
【００３３】
次に、回転機構２２とその周辺について説明する。回転機構２２は、アダプター（固定具）１２を介して、蓋ベース９ａと固定される。アダプター（固定具）１２は略筒状であり、中央付近で蓋ベース９ａと結合し、上端側では、筒部１４ｄの外周が挿嵌される。上端側の外周にはネジが切られている。袋ナット３０は、アダプター１２の上端部に螺合し、Ｏリング等のシール部材４０を、アダプター１２及び筒部１４ｄに圧接し、それらの間をシールする。尚袋ナット３０とシール部材４０の間又は筒部１４ｄの外周には、回転軸１８ａからの軸方向の加重を負担できるフェルールが設けられうる。又、アダプター１２の側面には、後述の袋ナット５６を締緩する為の閉塞可能なアクセス孔が設けられうる。
【００３４】
回転機構２２は、例えば真空用の回転導入器としての磁性流体シールが設けられ、これにより回転軸１８ａは反応容器４の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成される。回転機構２２は、上端が開口し下端が閉塞した略円筒形状に形成されたケーシング（ボディ）４１を備えており、ケーシング４１はボルト等によりアダプター１２に固定される。又、ケーシング４１には、パージガス２０の導入ポート３７ａが形成されている。ケーシング４１の内部では、内側から順に、円筒形状の内軸４２と、内軸４２の直径よりも大きな直径の円筒形状に形成された外軸４３が同軸に設けられている。又、外軸４３は、内軸４２との間に介設された上下で一対の内側ベアリング４４，４５と、ケーシング４１との間に介設された上下で一対の外側ベアリング４６，４７によって回転自在に支承されている。一方、内軸４２は、ケーシング４１に固定され、回転不能となっている。尚、内側ベアリング４４，４５は必須ではない。
【００３５】
外側ベアリング４６の上方、即ち処理室５側には、真空と大気圧の空気とを隔てる磁性流体シール４９が設けられている。外軸４３は、電動モータ（図示せず）等によって駆動される、ウオームホイール或はプーリ５１が装着される。
【００３６】
内軸４２の内側には、耐熱樹脂で形成された支持棒５４が垂直に挿通され固定される。支持棒５４は、回転軸１８ａの内径よりも小さい直径の丸棒であり、内部に補助加熱部５２の給電線を挿通する穴が設けられ、又上端に於いて軸断熱部５３を支えている。
【００３７】
又、上端がフランジ状に形成された外軸４３の上面には、結合部５０が設けられ、結合部５０の上側に面シール等のシール部材５５ａを介して、回転軸１８ａが嵌装される。結合部５０は、下面が平坦なフランジに形成され、適宜メタルシール等を用いて外軸４３と気密に結合される。又結合部５０の上側には外周にネジが切られ、内周に於いて回転軸１８ａの外周と所定の交差で嵌合する筒部が形成されている。袋ナット５６は、結合部５０の筒部の外周に螺合し、結合部５０との間に設けられたＯリング等のシール部材５５ｂを、結合部５０及び回転軸１８ａに圧接する。この結果、回転軸１８ａ、結合部５０及び外軸４３は、気密性のある１つの筒となる。一方、キャップ１４の筒部１４ｄ、アダプター１２及びケーシング４１も、気密性のある１つの筒を形成する。そして、これらの筒の間の空間（パージガス流路３５となる）は、下端に於いて、磁性流体シール４９によって閉塞される。この結果、パージガス流路３５及びそこに連通する処理室５が気密に維持される。別の言い方をすれば、筒部１４ｄと回転軸１８ａとの間の空間は、回転機構２２内の磁性流体シール４９迄連通している。パージガス２０の導入ポート３７ａは、磁性流体シール４９の上方の空間に連通しており、パージガス流路３５の下端付近からパージガスを導入する。
【００３８】
回転機構２２、ボートエレベータ２３、ガス供給機構２４のＭＦＣ２６ａ〜２６ｄ及びバルブ２７ａ〜２７ｄ、ＡＰＣバルブ３２、真空ポンプ３３、パージガス供給機構のＭＦＣ３８及びバルブ３９、ヒータ３及び加熱部３６及び補助加熱部５２には、これらを制御するコントローラ５７が接続される。コントローラ５７は、例えばＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなり、処理装置１の動作を制御する様構成される。コントローラ５７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５８が接続されている。
【００３９】
コントローラ５７には、記憶媒体としての記憶部５９が接続されている。記憶部５９には、処理装置１の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置１の各構成部に処理を実行させる為のプログラム（レシピともいう）が、読出し可能に格納される。
【００４０】
記憶部５９は、コントローラ５７に内蔵された記憶装置（ハードディスクやフラッシュメモリ）であってもよいし、可搬性の外部記録装置（磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）であってもよい。又、コンピュータへのプログラムの提供は、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。プログラムは、必要に応じて、入出力装置５８からの指示等により記憶部５９から読出され、読出されたレシピに従った処理をコントローラ５７が実行することで、処理装置１はコントローラ５７の制御の元、所望の処理を実行する。
【００４１】
次に、上述の処理装置１を用い、基板上に膜を形成する処理（成膜処理）について説明する。ここでは、ウェーハＷに対して、原料ガスとしてＨＣＤＳ（Ｓｉ2 Ｃｌ6 ：ヘキサクロロジシラン）ガスと、反応ガスとしてＨ2 Ｏ（水蒸気）ガスとを供給することで、ウェーハＷ上にシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜を形成する例について説明する。尚、以下の説明に於いて、処理装置１を構成する各部の動作はコントローラ５７により制御される。
【００４２】
（ウェーハチャージ及びボートロード）
複数枚のウェーハＷがボート１７に装填（ウェーハチャージ）されると、ボート１７はボートエレベータ２３によって処理室５内に搬入（ボートロード）され、反応容器４の開口部は蓋部９によって気密に閉塞（シール）された状態となる。
【００４３】
（圧力調整及び温度調整）
処理室５内が所定の圧力（真空度）となる様に、真空ポンプ３３によって真空排気（減圧排気）される。処理室５内の圧力は、圧力センサ３１で測定され、測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３２がフィードバック制御される。又、処理室５内のウェーハＷが所定の温度となる様に、ヒータ３、第１加熱部３６ａ及び補助加熱部５２によって加熱される。この際、処理室５が所定の温度分布となる様に、温度検出部６が検出した温度情報に基づき、ヒータ３、第１加熱部３６ａ及び補助加熱部５２への通電具合がフィードバック制御される。又、第２加熱部３６ｂ及び第３加熱部３６ｃによる加熱も開始される。又、回転機構２２によるボート１７及びウェーハＷの回転を開始する。
【００４４】
更に、バルブ３９を開放し、パージガス供給部からパージガス２０が供給される。パージガス２０は、ケーシング４１に形成された導入ポート３７ａから導入され、ケーシング４１や磁性流体シール４９等により囲まれた空間に充満する。その後、パージガス２０は、回転軸１８ａに沿って筒部１４ｄ内を上昇し、パージガス流路３５内に流入する。パージガス流路３５内に流入したパージガス２０は、ボート載置部１８ｂの下面に沿って径方向に広がり、キャップカバー１９の内周面に沿って降下し、排出口２１より炉口部に排出される。
【００４５】
（成膜処理）
［原料ガス供給工程］
処理室５内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室５内のウェーハＷに対してＨＣＤＳガスを供給する。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２６ａにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管２５ａ及びノズル２８ａを介して処理室５内に供給される。
【００４６】
［原料ガス排気工程］
次に、ＨＣＤＳガスの供給を停止し、真空ポンプ３３により処理室５内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からＮ2 ガスを処理室５内に供給してもよい（不活性ガスパージ）。
【００４７】
［反応ガス供給工程］
次に、処理室５内のウェーハＷに対してＨ2 Ｏガスを供給する。Ｈ2 Ｏガスは、ＭＦＣ２６ｂにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管２５ｂ及びノズル２８ｂを介して処理室５内に供給される。
【００４８】
［反応ガス排気工程］
次に、Ｈ2 Ｏガスの供給を停止し、真空ポンプ３３により処理室５内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からＮ2 ガスを処理室５内に供給してもよい（不活性ガスパージ）。
【００４９】
上述した４つの工程を行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、ウェーハＷ上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯ2 膜を形成することができる。尚、パージガス供給部からのパージガス２０の供給は、上述した４つの工程中常時実行される。或は、パージガス２０の供給は、ウェーハチャージを行う前のスタンバイ状態から開始されてもよい。
【００５０】
（ボートアンロード及びウェーハディスチャージ）
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からＮ2 ガスが供給され、処理室５内がＮ2 ガスに置換されると共に、処理室５の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ２３により蓋部９が降下され、ボート１７が反応容器４から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウェーハＷはボート１７より取出される（ウェーハディスチャージ）。
【００５１】
ウェーハＷにＳｉＯ2 膜を形成する際の処理条件としては、例えば、下記が例示される。
処理温度（ウェーハ温度）：３００℃〜７００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１Ｐａ〜４０００Ｐａ、
ＨＣＤＳ含有ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｈ2 Ｏ含有ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ2 ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
【００５２】
成膜処理時の加熱部３６の加熱温度は、第１加熱部３６ａを処理温度と同等程度、第２加熱部３６ｂを第１加熱部３６ａより低い温度であり、炉口部に副生成物が付着しない程度の温度、例えば２００℃〜３００℃とする。第２加熱部３６ｂが第１加熱部３６ａよりも高い温度の場合、炉口部付近で処理ガスが分解してしまったり、処理室５内の温度均一性が悪化してしまったりする場合がある。又、第３加熱部３６ｃを第２加熱部３６ｂよりも低い温度、例えば１５０℃程度とする。第３加熱部３６ｃが第２加熱部３６ｂよりも高い温度の場合、回転軸１８ａに副生成物が付着してしまう場合がある。尚、補助加熱部５２の加熱温度は、第１加熱部３６ａの温度と同程度とする。
【００５３】
本実施例によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
【００５４】
キャップ１４を入れ子形状（中央凸状）とすることにより、断熱部３４を処理室５の外部に設置することができる。これにより、断熱部３４の材質に起因するウェーハＷの悪影響を抑制することができ、品質を向上させることができる。更に、断熱部３４を処理室５の外部に位置させることで、処理室５内部の容積を低減することができるので、減圧・昇圧時間を短縮させることができ、スループットを向上させることができる。
【００５５】
又、キャップ１４の周囲を覆うキャップカバー１９を設けたことで、回転軸１８ａに沿って導入されたパージガス２０は、パージガス流路３５をボート載置部１８ｂ、キャップカバー１９に沿って順次流動し、排出口２１より炉口部に排出される様になっている。従って、炉口部に於ける原料ガスが希釈され、原料ガスのガス濃度を低下させることができるので、炉口部への副生成物の付着を抑制することができる。
【００５６】
又、パージガス２０がボート１７の下端部、即ちウェーハ処理領域下方に放出されることがない。従って、パージガス２０によりウェーハ処理領域下部の原料ガス濃度が希釈されることがないので、ウェーハＷ面間の膜厚均一性の悪化を抑制することができる。又、パージガス２０によるウェーハ処理領域下部の温度低下を防止することができるので、処理室５の昇温時間を短縮でき、生産性を向上させることができる。
【００５７】
又、パージガス２０がボート載置部１８ｂ、キャップカバー１９に沿ってパージガス流路３５を流通することで、パージガス２０の流路が長くなるので、パージガス２０によるパージ効果を向上させることができる。
【００５８】
又、断熱材を処理室５の内部に配置する場合、断熱材の材質に起因する汚染が発生する為、断熱材の材質は石英やシリコンカーバイド等に限られてしまうことがある。本実施例では、断熱部３４を処理室５の外部に設置することにより、断熱部３４の素材を任意に選択することができる。例えば、断熱材として断熱効果の高い材質を選択することにより、断熱領域を短くすることができ、プロダクト領域を拡大することができる。これにより、生産性を向上させることができる。又、より高温のプロセスに対応することが可能となる。更に、断熱材として熱容量の小さな材質を選択することで、昇温時のリカバリ時間を短縮することができ、生産性を更に向上させることができる。
【００５９】
又、キャップ１４の内側に加熱部３６を設置することにより、ヒータ３による処理室５内の加熱を補助させることができ、プロセスの安定性を向上させることができる。又、回転軸１８ａの内側に補助加熱部５２を設置することにより下方からの加熱の加熱ムラを抑制することができ、加熱の均一性を向上させることができる。
【００６０】
又、キャップ１４内に第２加熱部３６ｂ（外側ヒータ）を設置することにより、断熱領域の処理ガスが接触する壁表面を加熱し、表面温度を高めることができ、キャップ１４に対する副生成物の付着を抑制することができる。これにより、パーティクルの発生を抑制することができ、メンテナンスサイクルを長くすることができる。又、第２加熱部３６ｂを高さ方向に複数の分割加熱部に分割し、各分割加熱部毎に温度調整可能とすることで、任意の高さを任意の温度に設定することができ、より効果的に副生成物の付着を抑制することができる。
【００６１】
又、キャップ１４内に第１加熱部３６ａを設置することにより、処理室５下方のウェーハＷを高速に昇温でき、リカバリ時間を短くすることができる。他の基板処理装置では、ウェーハ領域の温度を均一に保つ為、ボート１７の最下部にダミーウェーハを設置することもあるが、本実施例では、第１加熱部３６ａによる加熱を好適に制御することができる為、ウェーハＷから逃げる分の熱を補完でき、ダミーウェーハを設置する必要がない。これにより、均熱長をのばすことができる為、ウェーハＷの処理枚数を増加させることができ、生産性を向上させることができる。
【００６２】
更に、キャップ保持板９ｂのシール部材１３の近傍に冷媒流路を設けたことで、シール部材１３，１５を冷却することができ、処理室５の昇温に伴う焼損を抑制することができる。
【００６３】
以上、本開示の実施例を具体的に説明した。然し乍ら、本開示は上述の実施例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。
【００６４】
次に、図４に於いて、本開示の第１の変形例について説明する。
【００６５】
第１の変形例は、第１加熱部３６ａが内側加熱部３６ａ1 と外側加熱部３６ａ2 とに分割され、発熱量を別々に制御可能な構成となっている。第１加熱部３６ａが分割されることで、例えば内側加熱部３６ａ1 の温度を外側加熱部３６ａ2 の温度よりも高くすることで、処理室５下方のウェーハＷ面内の温度均一性を向上させ、結果的に膜の厚みや品質の均一性が向上する。
【００６６】
又、第１加熱部３６ａは、３つ以上に分割した構成としてもよい。第１加熱部３６ａを半径方向に複数ゾーンに分割することで、ウェーハ処理領域最下部の面内温度分布を調整することができる。
【００６７】
尚、図４中では、内側加熱部３６ａ1 と外側加熱部３６ａ2 とを面状の加熱部としているが、内側加熱部３６ａ1 と外側加熱部３６ａ2 とをそれぞれ環状の加熱部としてもよい。或は、内側加熱部３６ａ1 と外側加熱部３６ａ2 の高さを異ならせてもよい。例えば、外側加熱部３６ａ2 の高さを内側加熱部３６ａ1 の高さよりも低くすることで、即ち内側加熱部３６ａ1 を処理室５に近づけることで、処理室５下方のウェーハＷの成膜均一性を向上させてもよい。
【００６８】
次に、図５に於いて、本開示の第２の変形例について説明する。
【００６９】
第２の変形例では、キャップ６１が半円状或は楕円状の断面形状を有する、即ち凸曲面を有する曲面部６１ａと、側面部６１ｂと、フランジ部６１ｃと、筒部６１ｄとから構成されている。尚、側面部６１ｂ、フランジ部６１ｃ、筒部６１ｄについては、側面部１４ｂ、フランジ１４ｃ、筒部１４ｄと同様であるので説明を省略する。
【００７０】
又、加熱部６２は、曲面部６１ａの内面を覆う様に設けられた凸曲面を有する第１加熱部６２ａと、側面部６１ｂの内面を覆う様に設けられた第２加熱部６２ｂと、筒部６１ｄの周囲を覆う様に設けられた第３加熱部６２ｃとから構成されている。
【００７１】
第２の変形例では、キャップ６１の上部を凸曲面を有する曲面部６１ａとしたことで、ウェーハ処理領域を下部から均等に加熱することができ、処理室５下方のウェーハＷの成膜均一性を向上させることができる。
【００７２】
尚、上述の実施例や変形例は、適宜組合わせて用いることができる。以上の様に断熱部３４を処理室５の外部に配置することによって、断熱材の材質の選択が自由となり、又加熱機構を自在に設置することができる様になり、昇温・降温時の応答性や定常時の断熱性制御性等を向上させることが可能となる。
【００７３】
本開示の技術は、集積回路、電子デバイスの他、半導体基板上に又は半導体微細加工技術を利用して製作されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を含む半導体装置の製造分野に於いて利用できるほか、メタマテリアル等の各種薄膜の形成に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１              処理装置
２              反応管
４              反応容器
５              処理室
９              蓋部
１２            アダプター
１４            キャップ
１７            ボート
１８ａ          回転軸
１９            キャップカバー
２１            排出口
２２            回転機構
３４            断熱部
３５            パージガス流路
３６            加熱部
５７            コントローラ
【図１】
2020092163.tif 000003
【図２】
2020092163.tif 000004
【図３】
2020092163.tif 000005
【図４】
2020092163.tif 000006
【図５】
2020092163.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月10日(2020.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に開口部を有し、基板を保持する基板保持具を内部に収容する反応容器と、
前記基板保持具を回動可能に保持する軸と、
前記反応容器の内部に挿入された際に、前記反応容器の内面との間に所定の間隙を保つ様に形成された側面部と、該側面部の中心部に於いて前記軸を挿通させる筒部と、前記側面部の上端と前記筒部の上端とに接続する円環状の上板部と、前記側面部の下端に接続するフランジ部とを有し、前記フランジ部を前記開口部と直接又は間接に当接させて前記反応容器を気密に閉塞するキャップと、
前記筒部の上端より上に於いて前記軸と接続し、前記キャップの上面及び側面を覆うキャップカバーとを備える基板処理装置。
【請求項２】
前記軸と前記筒部は、前記軸の下端付近において前記軸の周囲に供給されたパージガスが、最初に前記軸と前記筒部との間の空間に流れることを許容し、前記上板部、前記側面部と前記キャップカバーは、前記パージガスが前記上板部と前記キャップカバーとの間の空間、及び前記側面部と前記キャップカバーとの間の空間の順次に流れることを許容する様に構成された請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記キャップは、前記側面部と前記筒部との間に形成される環状空間に設けられる断熱材と、前記断熱材と前記側面部との間、前記上板部との間、前記筒部との間にいずれかにそれぞれ設けられるキャップヒータとを更に有する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記キャップヒータは、前記断熱材と前記側面部との間、前記上板部との間、及び前記筒部との間に亘って設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記軸は、前記反応容器に挿入される側の端が閉塞した管状に形成され、内部には補助断熱材が設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記軸の内部の前記端寄りには補助ヒータが設けられる請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記補助ヒータは、前記断熱材と前記上板部との間に設けられたキャップヒータと、実質的に同じ高さに設けられる請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記フランジ部と前記開口部との間に設けられるシール部材と、
前記筒部と気密に接続されるアダプターと、
前記アダプターに固定され、前記軸を回動可能に保持する回転導入器と、
前記フランジ部の前記反応容器と当接する側と反対側に当接してキャップを保持すると共に、前記アダプターをその中央で固定させる蓋とを更に備え、
前記環状空間は大気若しくは大気圧の周辺雰囲気と連通する請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記回転導入器は、回転可能な外軸と、外軸と同軸に配置された内軸と、を有し、
前記軸は、コネクタによって前記外軸と気密に接続される請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記反応容器に挿入される側の端が閉塞した管状に形成された前記軸の内部に設けられ、前記内軸によって保持される補助断熱材又は補助ヒータを、更に備える請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記側面部及び前記反応容器の前記側面部に面する部分は、前記軸方向に於いて一定断面形状に形成され、
前記蓋は、前記シール部材に近接する箇所に、前記シール部材を冷却する為の冷媒流路を有する請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
反応容器の内面との間に所定の間隙を保つ様に形成された側面部を有するキャップを、前記反応容器の開口から挿入し、前記側面部と前記キャップの中心部に於いて軸を挿通させる筒部と前記側面部の上端と前記筒部の上端とに接続する上板部と前記側面部の下端に接続するフランジ部とによって前記反応容器の開口を閉塞する工程と、
前記軸によって保持され、前記反応容器内に収容された基板保持具を回転させつつ、前記基板保持具に保持された基板を処理する工程とを有し、
前記処理する工程では、前記軸の周囲からパージガスを供給し、前記パージガスが前記軸と前記筒部との間の空間を流れた後、前記筒部の上端よりも上に於いて前記軸と接続し前記キャップの前記上板部及び前記側面部を覆うキャップカバーと、前記キャップとの間の空間を流れ、前記反応容器の開口付近から前記反応容器内へ放出される半導体装置の製造方法。