(57)【要約】【課題】パーティクル低減効果に優れ、生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、ウェハ１０を反応炉１内にロードする工程と、反応炉１内でウェハ１０に成膜を行う工程と、成膜後のウェハ１０を反応炉１よりアンロードする工程と、ウェハ１０をアンロード後、反応炉１内にウェハ１０がない状態で、反応炉１を覆って設けられた断熱カバー４１と反応炉１との間の空間に冷却媒体を流して反応炉１内温度を１０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下させつつ、反応炉１内にパージガスを流して反応炉１内をガスパージする工程と、を有する。【選択図】図２
2010109387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を反応炉内にロードする工程と、
前記反応炉内で前記基板に成膜を行う工程と、
成膜後の前記基板を前記反応炉よりアンロードする工程と、
前記基板をアンロード後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉を覆って設けられた断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却媒体を流して前記反応炉内温度を１０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下させつつ、前記反応炉内にパージガスを流して前記反応炉内をガスパージする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反応炉内をガスパージする工程では、前記反応炉内温度を２０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反応炉内をガスパージする工程では、前記反応炉内温度を１０℃／ｍｉｎ以上、１００℃／ｍｉｎ以下の降温レートで降下させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記反応炉内をガスパージする工程では、前記反応炉内温度を２０℃／ｍｉｎ以上、１００℃／ｍｉｎ以下の降温レートで降下させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板に対して成膜を行う反応炉と、
前記反応炉内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給ラインと、
前記反応炉内にパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記反応炉内を排気する排気ラインと、
前記反応炉内に対して前記基板をロード／アンロードする搬送手段と、
前記反応炉を覆って設けられた断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却媒体を流すことで前記反応炉内を強制冷却する強制冷却手段と、
前記反応炉より前記基板をアンロードさせた後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却媒体を流して前記反応炉内温度を１０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下させつつ、前記反応炉内にパージガスを流して前記反応炉内をガスパージするよう前記各部の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関し、特に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理による半導体装置の製造方法及び基板処理装置であって、製造過程で発生する微細パーティクルの低減を目的とする半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程に於いて、ウェハ等の被処理基板に化学気相成長（ＣＶＤ）法により成膜処理をすることが行われている。
【０００３】
この成膜処理は例えば次の様になされる。すなわち、所定枚数のウェハがボートに装填される。ボートに装填されたウェハは反応炉内に装入（ロード）される。反応炉内部が真空排気され、反応炉内に反応ガスが導入され、ウェハに成膜処理がなされる。
【０００４】
成膜処理完了後、反応炉内を大気圧に復帰させ、ボートをアンロードする。炉内からボートを完全に引き出した状態でボートを冷却する。それと同時に反応炉内の温度を降下させ、ガスパージ（減圧Ｎ２パージ）を行う。これにより反応炉内壁に付着した堆積膜の応力を増大させて堆積膜に亀裂を発生させ、亀裂発生時に生じる微細パーティクルをガスパージにより排出する（日本国公開公報−特開２０００−３０６９０４号参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この場合、反応炉内から処理済基板をアンロードした状態で炉内温度を降下させる際、例えば自然空冷の降温レート（≒３℃／ｍｉｎ）にて炉内温度を成膜温度から１５０℃程度、数十分、例えば５０分程度かけて降下させていた。しかしながら、３℃／ｍｉｎ程度の降温レートでは、堆積膜に強制的に亀裂（堆積膜と石英反応管の間の熱膨張率の相違による熱応力が、許容限界値（堆積膜の機械的破壊強度）を越えることで発生する膜亀裂）を発生させることによる、パーティクル排出効果は低く、特にφ３００ｍｍウェハの処理においては、累積膜厚が１．２μｍを超えたところでパーティクルが多数発生し、特にφ３００ｍｍウェハの処理ではパーティクル低減効果が極めて低いことが判明した。また、自然空冷の温度降下（≒３℃／ｍｉｎ）においては５０分程度の時間が必要となることから基板処理装置（半導体製造装置）の稼働率が低下し、生産性が悪化するという問題があった。
【０００６】
本発明の主な目的は、パーティクル低減効果に優れ、生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
基板を反応炉内にロードする工程と、
前記反応炉内で前記基板に成膜を行う工程と、
成膜後の前記基板を前記反応炉よりアンロードする工程と、
前記基板をアンロード後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉を覆って設けられた断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却媒体を流して前記反応炉内温度を１０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下させつつ、前記反応炉内にパージガスを流して前記反応炉内をガスパージする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
基板に対して成膜を行う反応炉と、
前記反応炉内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給ラインと、
前記反応炉内にパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記反応炉内を排気する排気ラインと、
前記反応炉内に対して前記基板をロード／アンロードする搬送手段と、
前記反応炉を覆って設けられた断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却媒体を流すことで前記反応炉内を強制冷却する強制冷却手段と、
前記反応炉より前記基板をアンロードさせた後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却媒体を流して前記反応炉内温度を１０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下させつつ、前記反応炉内にパージガスを流して前記反応炉内をガスパージするよう前記各部の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置を説明するための示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置を説明するための示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に係るウェハ処理フローを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るＬＴＰ実施時の温度降下幅とパーティクルとの関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るＬＴＰ実施時の温度降下レートとパーティクルとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係るＬＴＰ実施時の累積膜厚とパーティクルとの関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、反応炉内より基板を取り出した状態で急冷機構を具備したヒータにて反応炉内を１０℃／ｍｉｎ以上、好ましくは２０℃／ｍｉｎ以上の降温レートにて急速急冷することにより半導体製造過程で反応炉内に形成された堆積膜に亀裂を強制的に発生させ、亀裂発生時に生じる微細パーティクルを大気圧ガスパージにより強制的に排出し、ウェハへの微細パーティクルの付着を低減させることで、反応炉の洗浄の頻度を少なくして生産性を向上させようとするものである。
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を説明する。まず図１、図２を参照して本発明の好ましい実施の形態に係るＣＶＤ成膜処理を行う基板処理装置としての半導体製造装置を説明する。図１、図２に示す半導体製造装置はホットウォールタイプのバッチ処理式の縦型半導体製造装置である。
【００１２】
図１は、ウェハ１０を搭載したボート９を反応炉１内にロードし、炉口フランジ２の下側開口部を炉口シールキャプ１２で閉じた状態を示し、図２は、ウェハ１０を搭載したボート９を反応炉１から基板移載室１１にアンロードし、炉口フランジ２の下側開口部を炉口ゲートバルブ１３で閉じた状態を示している。
【００１３】
反応炉１は、金属製の炉口フランジ２、炉口フランジ２に気密に立設された石英アウタチューブ３、石英アウタチューブ３内に同心に立設された石英インナチューブ４、石英アウタチューブ３の外側に石英アウタチューブ３を囲繞する様に設けられたヒータ５等によりホットウォールタイプの反応炉として構成されている。
【００１４】
石英アウタチューブ３およびヒータ５を覆って強制冷却機構４０が設けられている。強制冷却機構４０は、石英アウタチューブ３およびヒータ５を覆って設けられた断熱カバー４１と、断熱カバー４１の内部空間に連通して設けられた供給ライン４２と、断熱カバー４１の天井部の排気孔４４を介して断熱カバー４１の内部空間に連通して設けられた排気ライン４３とを備えている。供給ライン４２には導入ブロア４５とシャッタ４６が設けられている。排気ライン４３にはシャッタ４７とラジエータ４８と排気ブロア４９とが設けられている。
【００１５】
反応炉１の内部には反応ガスを導入するガス導入ライン６、７が連通すると共に、排気ライン３０が連通している。ガス導入ライン６、７は炉口フランジ２の石英インナチューブ４下端よりも下方の部分に接続している。排気ライン３０は炉口フランジ２の石英アウタチューブ３下端よりも下方であって石英インナチューブ４下端よりも上方の部分に接続している。排気ライン３０は、真空ポンプ等の排気装置８に連通するメイン排気ライン３１、メイン排気ライン３１から分岐して設けられるハイフローベント（ＨＦＶ：Ｈｉｇｈ Ｆｌｏｗ Ｖｅｎｔ）ライン３２、メイン排気ライン３１から分岐して設けられるスロー排気ライン（図示せず）、メイン排気ライン３１から分岐して設けられる過加圧防止ライン３３および窒素ガス導入ライン３４を有している。メイン排気ライン３１のハイフローベントライン３２との分岐点よりも下流側には、メインバルブとしてのＡＰＣバルブが設けられている。スロー排気ラインはこのＡＰＣバルブをバイパスするように設けられている。
【００１６】
ハイフローベントライン３２は建屋付帯設備の排気設備に連通している。ハイフローベントライン３２は、メイン排気ライン３１、スロー排気ライン（図示せず）、過加圧防止ライン３３よりも排気流量が大きくなるよう設定されており、大気圧で大流量のガスを流すことができる。ハイフローベントライン３２の内径は、メイン排気ライン３１の内径よりも小さく、スロー排気ライン（図示せず）、過加圧防止ライン３３の内径よりも大きい。ハイフローベントライン３２はバルブ３５を備えておりこのバルブ３５とＡＰＣバルブとを切り換えることにより排気ルートをメイン排気ライン３１とハイフローベントライン３２とで切り換えることができるようになっている。
【００１７】
過加圧防止ライン３３はバルブ３６およびチェックバルブ３７を備え、メイン排気ライン３１内、すなわち反応炉１内が大気圧以上となると、チェックバルブ３７が開き、チェックバルブ３７を介してメイン排気ライン３１内の雰囲気が排気されるので、メイン排気ライン３１内、すなわち反応炉１内が大気圧以上の過加圧となるのを防止する。
【００１８】
反応炉１下方の基板移載室１１にはボート搬送（昇降）手段としてのボートエレベータ１５が設けられ、ボート９を昇降させ反応炉１内にボート９をロード・アンロードする様になっている。被処理基板であるウェハ１０はボート９に水平姿勢で互いに隙間をもって多段に装填される。ボート９は、例えば石英製とすることができる。
【００１９】
図１に示すように、ボート９を反応炉１内にロードし、炉口フランジ２の下側開口部を炉口シールキャプ１２で閉じた状態の時は、炉口ゲートバルブ１３が退避位置１４に退避している。図２に示すように、ボート９を反応炉１から基板移載室１１にアンロードした時には、炉口フランジ２の下側開口部を炉口ゲートバルブ１３で閉じる。
【００２０】
制御装置２０によって、ヒータ５による加熱、強制冷却機構４０による冷却、ガス導入ライン６、７によるガス導入、バルブ切り換えによる排気ラインの選択、排気ラインによる排気等が制御される。
【００２１】
以下、上記装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として半導体シリコンウェハにＣＶＤ法により成膜処理を施す方法について図１乃至３を参照して説明する。なお、以下の説明において、本装置を構成する各部の動作は制御装置２０によりコントロールされる。
【００２２】
上述のように反応炉１の下方には、基板移載室１１が存在し、ボート９が基板移載室１１内に降下した状態で、図示しない基板移載機によりボート９に所定枚数のウェハ１０が装填される（Ｗａｆｅｒ Ｃｈａｒｇｅ）。この状態では、反応炉１内の雰囲気は大気圧に保持されており、ボート９へのウェハ１０の装填と並行して反応炉１内への不活性ガス、例えばＮ２導入がなされている。なお、このとき反応炉１内の温度は６００℃に設定されている。
【００２３】
次に、ボートエレベータ１５によりボート９が上昇され、ボート９が６００℃の温度に設定された反応炉１内にロードされる（Ｂｏａｔ Ｌｏａｄ）。ボート９を反応炉１内にロードした後、スロー排気ラインを介して排気装置８により緩やかに反応炉１の内部が真空排気される（Ｓｌｏｗ Ｐｕｍｐ）。反応炉１内の圧力が所定の圧力まで低下すると、ＡＰＣバルブを開いてメイン排気ライン３１を介して排気装置８により反応炉１の内部が真空排気され所定の圧力に達する。
反応炉１内の温度を６００℃から７３０℃〜８００℃、例えば、７６０℃の成膜温度まで昇温させ（Ｒａｍｐ Ｕｐ）、ウェハ温度が成膜温度に達し安定化したところ（Ｐｒｅ Ｈｅａｔ）で反応ガスがガス導入ライン６、７より反応炉１内に導入され、ウェハ１０に成膜処理がなされる（Ｄｅｐｏ）。例えば、ウェハ１０上にＳｉ３Ｎ４膜（窒化シリコン膜、以下、ＳｉＮという。）を成膜する場合には、ＤＣＳ（ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２））、ＮＨ３等のガスが用いられる。この場合、反応炉１内は、７３０℃〜８００℃の成膜温度に保たれることとなる。
【００２４】
成膜処理完了後、反応炉１内に不活性ガス（例えばＮ２）を導入しつつ排気することにより反応炉１内をガスパージし、残留ガスを除去する（Ｐｕｒｇｅ）。その後、メインバルブを閉じ、不活性ガスの導入を維持することにより反応炉１内を大気圧に復帰させる（Ｂａｃｋ Ｆｉｌｌ）。その後、ボートエレベータによりボート９により支持された成膜後のウェハ１０を反応炉１内より降下させ基板移載室１１内にアンロードする（Ｂｏａｔ Ｄｏｗｎ）。
【００２５】
なお、ボート９のアンロード前に炉内温度を７６０℃から７００℃に降温しているが、これは、ボートアンロード速度を上げるためである。すなわち、ボートアンロード時における反応炉１内温度を成膜温度（７６０℃）よりも低い温度（７００℃）とする方が、ボートアンロード時におけるウェハ面内の温度差を小さくすることができ、ウェハのたわみ量も小さくなる。そのような状態であれば、ウェハに悪影響を及ぼすことなく、ある程度速くボートダウンできる。また、ボートアンロード時の周辺部材への熱影響を緩和するためにも温度を若干下げている。
アンロード後、反応炉の開口（ボート出し入れ口）、すなわち炉口フランジ２の開口を、炉口ゲートバルブ１３により気密に閉塞する（図２参照）。その後、基板移載室１１内で、成膜処理後のウェハ１０を冷却する（Ｗａｆｅｒ Ｃｏｏｌ）。基板移載室１１内でのウェハ１０冷却が完了すると、図示しない基板移載機により、ウェハ１０をボート９から払出す（Ｗ／Ｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）。
【００２６】
このウェハ１０の冷却（Ｗａｆｅｒ Ｃｏｏｌ）、払出し（Ｗ／Ｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）と並行して、気密に閉塞した反応炉１内を大気圧状態にて不活性ガスを用いてガスパージする。例えばＮ２パージを行う。パージを行う際は、ガス導入ライン６、７より反応炉１内に２０Ｌ／ｍｉｎ以上の大流量のＮ２を供給しつつ、メイン排気ライン３１より分岐して設けられたハイフローベントライン３２を介して排気するようにするのが好ましい。この場合、バルブ３５を開け、メインバルブを閉じることとなる。
【００２７】
この大気圧状態での炉内パージと同時に、反応炉１内の温度を、強制冷却機構４０にて、自然空冷時の降温レート（≒３℃／ｍｉｎ）よりも大きな降温レートにて降下（低下）させ、炉内温度を急激に変動させる。これにより反応炉１内に付着した堆積膜の応力を自然空冷時よりも増大させて積極的に熱応力を発生させ、堆積膜に自然空冷時以上の強制的な亀裂を発生させる。亀裂の発生により飛散した微細パーティクルは大気圧状態での炉内パージにより強制的に、また効率的に反応炉外に排出されることとなる。強制冷却機構４０にて、炉内温度を降下させる際には、シャッタ４６、４７を開放し、排気ブロア４９で断熱カバー４１内の高温の雰囲気ガスを排気すると共に、導入ブロア４５により空気やＮ２等の冷却媒体を断熱カバー４１内に導入する。
【００２８】
降温レートは少なくとも１０℃／ｍｉｎ以上、好ましくは、２０℃／ｍｉｎ以上とするのがよい。炉内温度降下については、反応炉１内の温度を少なくとも成膜温度の１／２（５０％）程度以下の温度まで降下させる設定とする。すなわち、温度降下幅（量）を、少なくとも成膜温度の１／２（５０％）程度以上とする。例えば、成膜温度が７３０〜８００℃程度である場合、８００℃から４００℃まで、反応炉１内の温度を降下させる設定とする。
【００２９】
なお、反応炉１内の温度を降下させる前に、反応炉１内温度を一旦成膜温度よりも高い温度まで上昇させ、その後成膜温度よりも低い温度まで降下させるようにしてもよい。図３の場合、ボートダウン後、反応炉１内温度を一旦ボートダウン時の炉内温度（７００℃）よりも高く、また成膜温度（７６０℃）よりも高い温度である８００℃まで４０℃／ｍｉｎの昇温レートで上昇させ、その後成膜温度よりも低い温度である４００℃まで２０℃／ｍｉｎの降温レートで降下させるようにしている。このように、炉内温度を降下させる前に、一旦上昇させるようにすると、降温終点温度をそれ程低くすること無く、降下温度幅（温度差）を大きくすることができるので、温度降下後の昇温時間を短くすることができる。
【００３０】
このように、炉内温度降下前の上昇は、降温終点温度をそれ程低くすることなく温度差（降下温度幅）を大きくするために行っている。省略することもできるが、その場合、温度差（降下温度幅）が小さくなり、パーティクル低減効果が落ちる。パーティクル低減効果を落とさないためには温度差（降下温度幅）を大きくするために降温終点温度をより低くする必要があるが、そうすると降温後の昇温時間が長くなり、スループットが悪くなる。
【００３１】
なお、炉内温度降下前の上昇時も、炉内温度を急激に変動させていることから、炉内に付着した堆積膜にはある程度亀裂が発生していると考えられる。ただし、理論計算によると、炉内温度降下時の方が、石英（炉壁）と堆積膜との間のストレス差が大きくなり、より亀裂が発生しているものと考えられる。
【００３２】
なお、強制冷却（急速急冷）を行うことなく炉内温度を８００℃からゆっくりと４００℃まで降下させつつパージする実験を行ったところ、炉内に付着した堆積膜には亀裂はあまり発生せず、効果は不十分だった。すなわち温度差（降下温度幅）を大きくするだけでは十分な効果は得られないことが分かった。十分な効果を得るには、（１）温度差（降下温度幅）と、（２）温度降下速度の両方を大きくする必要がある。
【００３３】
炉内の強制冷却と同時に行う反応炉１内の不活性ガスを用いてのガスパージは、減圧状態で行う場合に比べ、大気圧状態で行う場合の方が、パーティクル除去効果が大きいというメリットがある。これは、減圧状態に比べ、大気圧状態の方が、異物を運ぶ分子、原子が多く、異物を運ぶエネルギーが大きいからと言える。
【００３４】
また、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより減圧下でＮ２分子を排気すると、Ｎ２分子はガス流中に粗に存在し、Ｎ２分子の平均自由行程が大きいため、たとえＮ２ガスの流れを速くしても、パーティクルを分子流として排出することは困難である。熱によりブラウン運動しているパーティクルは、Ｎ２分子に当たらずに、重力落下してしまう確率が高いからである。
【００３５】
これに対して、大気圧排気であると、ガス流速は、例えば、１０ｃｍ／分程度と遅くなるものの、Ｎ２分子は緻密にガス流中に存在し、パーティクルと衝突するため、パーティクルを排出することは容易である。ちょうど、炉内に導入側から排気側に向かうＮ２ガスの風が吹いて、その風と共にパーティクルが炉外へ吹き飛ばされるようになるからである。
【００３６】
実際に炉内のバスパージを減圧状態、大気圧状態で行う比較実験を行ったところ、大気圧で行う場合の方が、減圧で行う場合よりもパーティクル除去効果は遥かに大きいことが判明した。
【００３７】
また、減圧パージの場合、パージ後に炉内を大気圧に戻す工程が必要となり時間のロスとなるが、大気圧パージの場合、その工程が不要となり、時間の短縮が図れるというメリットもある。
【００３８】
また、減圧パージの場合、排気系やその周辺に付着した副生成物が昇華して炉内に逆流することもあるが、大気圧パージの場合、そのような問題も生じない。
【００３９】
なお、炉内を強制冷却するだけでパージしない場合、発生したパーティクルは炉口ゲートバルブ１３上に落下することとなる。炉口ゲートバルブ１３上に落下したパーティクルは、次の成膜を行う際には、炉口ゲートバルブ１３上に保持されたまま炉外の退避位置１４へ退避することとなる。すなわち次の成膜を行う際には、炉内にはパーティクルが存在しない状態とすることができ、次の処理に影響を与えることはない。なお、炉口ゲートバルブ１３の上面には溝（凹部）が設けられており、この溝により落下したパーティクルを収容できるので炉口ゲートバルブ１３を退避位置１４へ移動させる際、パーティクルの落下を防止することができる。なお、退避位置１４にパーティクル除去機構（吸引手段等）を設け、炉口ゲートバルブ１３を退避させている間に炉口ゲートバルブ上のパーティクルを除去するようにしてもよい。
【００４０】
以上のような、反応炉１からウェハ１０をアンロードさせ、反応炉１を気密に閉塞した状態で、反応炉１内の温度を少なくとも１０℃／ｍｉｎ以上、好ましくは２０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで成膜温度の１／２程度以上降下させつつ、反応炉１内を大気圧状態にて不活性ガスパージする一連の動作は、制御装置２０により、ヒータ５や強制冷却機構４０、ガス供給系、排気系等を制御することにより行う。このようにして行う炉内パージを、低温パージまたはＬＴＰ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｕｒｇｅ）と呼ぶこととする。
【００４１】
ＬＴＰにおける炉内温度降下前の上昇時における好ましい昇温レートは、３℃／ｍｉｎ以上、より好ましくは１０〜１００℃／ｍｉｎ、更に好ましくは３０〜１００℃／ｍｉｎである。また、炉内温度降下時の好ましい降温レートは、３℃／ｍｉｎ以上、より好ましくは１０〜１００℃／ｍｉｎ、更に好ましくは２０〜１００℃／ｍｉｎである。
【００４２】
基板移載室１１内でのウェハ１０のボート９からの払出しが完了すると、次のバッチのウェハ１０が、基板移載機によりボート９に所定枚数装填される（Ｗａｆｅｒ ｃｈａｒｇｅ）。これと並行して、炉内温度をスタンバイ温度、例えば６００℃まで昇温する。ボート９にウェハ１０が装填されると、ボートエレベータ１５によりボート９が上昇され、ボート９が反応炉１内にロードされ（Ｂｏａｔ Ｌｏａｄ）、次バッチの処理が続行される。
【００４３】
ＬＴＰ後、ボートロード前に炉内温度を４００℃から６００℃に昇温するのは、次の成膜におけるボートロード後の炉内昇温時間を短縮し、トータルでの成膜時間を短縮するためである。仮に、ＬＴＰ後に炉内温度をＬＴＰの降下終点温度である４００℃に保持した場合、次の成膜では４００℃でボートロードし、その後炉内温度を４００℃から７６０℃まで３６０℃昇温させる必要があり、昇温時間が長くなる。ＬＴＰ後に炉内温度を６００℃まで昇温し保持しておけば、次の成膜では６００℃でボートロードし、その後炉内温度を６００℃から７６０℃まで１６０℃だけ昇温させればよく、昇温時間を短くすることができる。なお、ボートロード時の炉内温度を高くし過ぎると、ウェハが跳ねる問題があり、それも考慮し炉内温度を６００℃に保持している。
【００４４】
上記ウェハ処理に於いて、ボートアンロード後反応炉１を気密に閉塞した状態で（反応炉１内にウェハ１０がない状態で）、反応炉１内を大気圧Ｎ２パージの状態にて、大気圧排気する。並行して炉内温度を８００℃から４００℃まで強制冷却機構４０にて２０℃／ｍｉｎ以上の降温レートで降下（低下）させる。斯かる温度降下処理をすることで、反応炉１内面に付着した反応副生成物堆積膜の応力を自然空冷（降温レート≒３℃／ｍｉｎ）時よりも増大させて積極的に熱応力を発生させ、堆積膜に自然空冷時以上の強制的な亀裂を発生させる。更に、反応炉１内を大気圧ガスパージすることで、亀裂発生により飛散した微細パーティクルを強制的に、また効率的に反応炉１外に排出させる。
【００４５】
成膜時の炉内温度は、ＬＴＰにおける降温終点温度（４００℃）よりも、数百度高く、一度降温処理（４００℃）した堆積膜は、応力緩和がなされているため、次バッチ処理のＳｉＮ成膜時に新たな亀裂が発生することが避けられる。更に又、温度が高くなると前記堆積膜の応力は減少することが分かっており、成膜処理時には堆積膜の応力が低減する状態となるので、成膜処理時には新たな亀裂の発生の可能性は更に低くなる。
【００４６】
而して、堆積膜の亀裂を事前に発生させ、亀裂発生に伴う、微細パーティクルをボートロード前に反応炉１外へ強制的に排出するので、微細パーティクルのない状態でウェハ処理が行われる。また、堆積膜亀裂により発生するパーティクルを効率的に除去することができるので、反応炉１の洗浄は、堆積膜が剥離する状態前に行えばよい。また、本発明により堆積膜が剥離する状態となるまでの期間を大幅に延長することができるので、反応炉１の洗浄時期の間隔を大幅（堆積膜の膜厚が２５μｍとなるまで）に延長することができる。
【００４７】
なお、ＳｉＣはＳｉＮと熱膨張率が近いので、ＳｉＣとＳｉＮとの間には応力差はあまり生じない。よって、石英アウタチューブ３や石英インナチューブ４等の反応管をＳｉＣ製とした場合、ＬＴＰの効果はあまり期待できない。これに対して、ＳｉＯ２（石英）はＳｉＮと熱膨張率の差が大きいので、ＳｉＯ２とＳｉＮとの間の応力差は大きくなる。すなわち、ＬＴＰは石英製の反応管を用い、ＳｉＮ膜の成膜を行う場合に特に有効となる。
【実施例１】
【００４８】
次に、第１の実施例として、ＬＴＰにおける降温幅と発生するパーティクルの関係を究明するために行った実験について説明する。
【００４９】
上記実施形態におけるウェハ処理方法によりφ３００ｍｍのシリコンウェハにＳｉＮ膜、特に１回に成膜する膜厚が１５００Å以上であるＳｉ３Ｎ４膜を生成した。反応ガスとしてはＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＮＨ３を用い、成膜処理温度は７３０℃〜８００℃とした。ＬＴＰにおける降温レートを２０℃／ｍｉｎに固定した。降温幅を３００℃、４００℃、８００℃の３通りに変化させてそれぞれ処理を行い、それぞれの場合における処理後のパーティクル数を測定した。
【００５０】
その測定結果（ＬＴＰにおける降温幅とパーティクルの関係）を図４に示す。横軸はＬＴＰにおける降温幅（℃）を示しており、縦軸はウェハに付着した０．１３μｍ以上のパーティクル数（個／ｗａｆｅｒ）を示している。図中、ＴとはＴＯＰ（頂部）のウェハ、ＢとはＢＯＴＴＯＭ（底部）のウェハを示している。図４より、降温幅を３００℃としたときは、パーティクル数が６０〜７０個程度であるのに対し、降温幅を４００℃以下としたときは、パーティクル数は４０個以下となることが分かる。すなわち、成膜温度７３０℃〜８００℃に対して、降温幅を４００℃（成膜温度の５０％程度）以上とすれば、パーティクルを大幅に（少なくとも４０個以下に）低減することができる。
【実施例２】
【００５１】
次に、第２の実施例として、ＬＴＰにおける降温レートと発生するパーティクルの関係を究明するために行った実験について説明する。
【００５２】
上記実施形態におけるウェハ処理方法によりφ３００ｍｍのシリコンウェハにＳｉＮ膜、特に１回に成膜する膜厚が１５００Å以上であるＳｉ３Ｎ４膜を生成した。反応ガスとしてはＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＮＨ３を用い、成膜処理温度は７３０℃〜８００℃とした。ＬＴＰにおける降温幅を４００℃に固定した。降温レートを０℃／ｍｉｎ、４℃／ｍｉｎ、２０℃／ｍｉｎの３通りに変化させてそれぞれ処理を行い、それぞれの場合における処理後のパーティクル数を測定した。
【００５３】
その測定結果（ＬＴＰにおける降温レートとパーティクルの関係）を図５に示す。横軸はＬＴＰにおける降温レート（℃／ｍｉｎ）を示しており、縦軸はウェハに付着した０．１３μｍ以上のパーティクル数（個／ｗａｆｅｒ）を示している。図中、ＴとはＴＯＰ（頂部）のウェハ、ＢとはＢＯＴＴＯＭ（底部）のウェハを示している。図５より、降温レートを０℃／ｍｉｎとしたとき（すなわち降温させなかった場合）は、パーティクル数はＴＯＰで４６０個程度、ＢＯＴＴＯＭで６０個程度となった。降温レートを４℃／ｍｉｎとしたときは、パーティクル数はＴＯＰで１００個以上、ＢＯＴＴＯＭで７０個程度となった。これに対して、降温レートを２０℃／ｍｉｎとしたときは、パーティクル数はＴＯＰ、ＢＯＴＴＯＭ共に３０個以下となった。すなわち、ＬＴＰにおける降温レートを２０℃／ｍｉｎ以上とすれば、パーティクル数を大幅に（少なくとも３０個以下に）低減することができる。なお、別の実験では、降温レートを少なくとも１０℃／ｍｉｎ以上とすれば、自然空冷する場合よりもパーティクル数を大幅に低減することができることを確認できた。
【実施例３】
【００５４】
次に、第３の実施例として、ＬＴＰ実施時の累積膜厚とパーティクルの関係を究明するために行った連続成膜の実験について説明する。
【００５５】
上記実施形態におけるウェハ処理方法によりφ３００ｍｍのシリコンウェハにＳｉＮ膜、特に１回に成膜する膜厚が１５００Å（１５０ｎｍ）以上であるＳｉ３Ｎ４膜を生成した。反応ガスとしてはＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＮＨ３を用い、成膜処理温度は７３０℃〜８００℃とした。ＬＴＰにおける降温幅を４００℃に、降温レートを２０℃／ｍｉｎに固定した。ウェハクール時間は１５分、ウェハ回収時間は１５分であることから、スループットが低下しないようＬＴＰは、この合計時間（３０分）内に、これらのイベントと並行して行うようにした。本実施例では、ＬＴＰトータル時間３０分（降温前の昇温時間１０分、降温時間２０分）とした。このような条件で、ウェハに対して連続バッチ処理を行い、それぞれのバッチ処理後にウェハに付着したパーティクル数を測定した。
【００５６】
その測定結果（累積膜厚とパーティクルの関係）を図６示す。横軸は連続バッチ処理回数（Ｒｕｎ Ｎｏ．）を、左側の縦軸はウェハに付着した０．１３μｍ以上のパーティクル数（個／ｗａｆｅｒ）を、右側の縦軸は累積膜厚（ｎｍ）を示している。図中、ＴＯＰとは頂部のウェハ、ＢＯＴＴＯＭとは底部のウェハを示している。また棒グラフはパーティクル数を、折れ線グラフは累積膜厚を示している。図５より、Ｒｕｎ Ｎｏ．１１９（１１９回目のバッチ処理）まで、すなわち、累積膜厚が２３μｍ（２３０００ｎｍ）となる迄、パーティクル数が約５０個以下となっていることが分かる。なお、本発明者らが更に実験したところ、累積膜厚が２５μｍ（２５０００ｎｍ）を超えた状態でもパーティクル数は５０個以下となることが確認できた。
【００５７】
本発明を実施しない場合、累積（堆積）膜厚が１μｍ（１０００ｎｍ）を超えるとパーティクルの数は急激に増え、２００個を遥かに超えた値となる。ところが、本発明を実施すると、累積膜厚が２５μｍ（２５０００ｎｍ）を越えた状態でもパーティクル数は５０個以下となる。本実施例の場合、１回のバッチ処理で堆積する膜厚は０．１５μｍ（１５０ｎｍ）であり、従って、パーティクル数を５０個以下に抑えて成膜することが可能な連続バッチ処理回数は、従来例では７回程度であったのが、本発明を実施することで１６７回程度となる。すなわち本発明により、反応炉の洗浄（クリーニング）時期の間隔を大幅に延ばすことができ、反応炉の洗浄の頻度を大幅に少なくすることができる。
【００５８】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００３年９月１９日提出の日本国特許出願２００３−３２７３５８号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００５９】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態によれば、成膜処理前に反応炉内の生成堆積膜に強制的に亀裂を発生させ、亀裂発生に伴う微細パーティクルを排出するので、成膜処理時には微細パーティクルの発生を抑制でき、高品質の成膜処理が行え、又堆積膜が剥離する前に反応炉の洗浄を実施すればよいので洗浄時期の間隔が長くなり、保守性が向上すると共に稼働率が向上し、又従来に比較し処理時間も長くなることはない等の優れた効果を発揮する。
その結果、本発明は、ＣＶＤ法による成膜工程を有する半導体装置の製造方法およびその成膜工程を好適に実施できる基板処理装置に特に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  反応炉
２  炉口フランジ
３  石英アウタチューブ
４  石英インナチューブ
５  ヒータ
６  ガス導入ライン
８  排気装置
９  ボート
１０  ウェハ（基板）
１１  基板移載室
１２  炉口シールキャプ
１３  炉口ゲートバルブ
１４  退避位置
１５  ボートエレベータ
２０  制御装置
３０  排気ライン
３１  メイン排気ライン
３２  ハイフローベントライン
３３  過加圧防止ライン
３４  窒素ガス導入ライン
３５  バルブ
３６  バルブ
３７  チェックバルブ
４０  強制冷却機構
４１  断熱カバー
４２  供給ライン
４３  排気ライン
４４  排気孔
４５  導入ブロア
４６  シャッタ
４７  シャッタ
４８  ラジエータ
４９  排気ブロア
【図１】
2010109387.tif 000003
【図２】
2010109387.tif 000004
【図３】
2010109387.tif 000005
【図４】
2010109387.tif 000006
【図５】
2010109387.tif 000007
【図６】
2010109387.tif 000008