(57)【要約】【課題】  処理室内に供給するガスを予備加熱ユニットにより予め加熱する場合において、基板や処理室内における金属汚染の発生を抑制する。【解決手段】  基板を収容する処理室と、処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、処理室内を排気する排気ラインと、を備え、ガス供給ラインは、ガスを処理室内に供給する前に予め加熱する予備加熱ユニットと、予備加熱ユニットにより予め加熱されたガスを処理室内に供給する金属配管と、金属配管に形成された屈曲部の外周を覆う放熱部材と、を備える。【選択図】  図２
2010034283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記ガス供給ラインは、
前記ガスを前記処理室内に供給する前に予め加熱する予備加熱ユニットと、
前記予備加熱ユニットにより予め加熱されたガスを前記処理室内に供給する金属配管と、
前記金属配管に形成された屈曲部の外周を覆う放熱部材と、を備える
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、基板を処理する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を処理する基板処理装置は、基板を収容する処理室と、処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、処理室内を排気する排気ラインと、を備えていた。そして、処理室内に基板を搬入し、処理室内にガスを供給しつつ処理室内を排気することにより、基板上にガスを供給して基板を処理していた。なお、ガスの種類によっては、ガスの反応速度を高めるため、処理室内に供給する前にガスを予め加熱（予熱）する場合があった。ガスの加熱は、ガス供給ライン上に設けられた予備加熱ユニットにより行うこととしていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２９５５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、処理室内に供給するガスを予備加熱ユニットにより予め加熱すると、基板や処理室内に金属汚染が生じてしまう場合があった。
【０００４】
本発明は、処理室内に供給するガスを予備加熱ユニットにより予め加熱する場合において、基板や処理室内における金属汚染の発生を抑制する基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板を収容する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、前記ガス供給ラインは、前記ガスを前記処理室内に供給する前に予め加熱する予備加熱ユニットと、前記予備加熱ユニットにより予め加熱されたガスを前記処理室内に供給する金属配管と、前記金属配管に形成された屈曲部の外周を覆う放熱部材と、を備える基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかる基板処理装置によれば、処理室内に供給するガスを予備加熱ユニットにより予め加熱する場合において、基板や処理室内における金属汚染の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明者等は、上述の金属汚染が発生する原因について鋭意研究を行った。その結果、予め加熱されたガスを処理室内に供給する金属配管の屈曲部において、温度が局所的に上昇してしまっており、かかる温度上昇が金属汚染の一要因となっていることを突き止めた。すなわち、屈曲部が金属配管に存在すると、屈曲部を構成する金属配管の内壁に加熱されたガスが衝突し、屈曲部の温度が局所的に上昇し、金属配管から金属成分が脱離し、脱離した金属成分がガスと共に処理室内に流れこんでしまい、これにより基板や処理室内に金属汚染が発生してしまう場合があることを突き止めた。そして発明者等は、金属配管に形成された屈曲部の外周を覆う放熱部材を設けることにより、屈曲部の局所的な温度上昇を抑制でき、金属汚染の発生を抑制できるとの知見を得た。本発明は、かかる知見を基になされた発明である。
【０００８】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のガス供給ラインの断面構成図である。図４は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のガス供給ラインの斜視図である。図５は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉の断面構成図である。図６は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。
【００１０】
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０１の構成例について、図６を用いて説明する。なお、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は、例えば縦型の窒化処理装置として構成されている。
【００１１】
図６に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。シリコン等からなるウエハ（基板）２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数のウエハ２００を収納するウエハキャリア（基板収納容器）としてのカセット１１０が使用される。筐体１１１内側の前方（図中の右側）には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。
【００１２】
カセット１１０は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。
【００１３】
筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
【００１４】
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
【００１５】
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用治具）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板支持部材）２１７へ装填（チャージング）したり、ウエハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して移載棚１２３上のカセット１１０内
へ収納したりするように構成されている。
【００１６】
筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口（炉口）が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。
【００１７】
処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板支持部材昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体としてのシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。
【００１８】
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。
【００１９】
カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
【００２０】
また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット（図示せず）が設置されている。図示しない前記クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ及びボート２１７の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。
【００２１】
（２）基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。
【００２２】
まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。
【００２３】
次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚１０５又は予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
【００２４】
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２５】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）される。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払出される。
【００２６】
（３）処理炉の構成
続いて、本実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、図２，４，５を用いて説明する。図５は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉２０２の縦断面図である。
【００２７】
（処理室）
図５に示すように、処理炉２０２は、反応管としてのプロセスチューブ２０３を備えている。プロセスチューブ２０３は、内部反応管としてのインナチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウタチューブ２０５と、を備えている。インナチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ２０４内の筒中空部には、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。処理室２０１内は後述するボート２１７を収容可能なように構成されている。アウタチューブ２０５は、インナチューブ２０４と同心円状に設けられている。アウタチューブ２０５は、内径がインナチューブ２０４の外径よりも大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなる。
【００２８】
アウタチューブ２０５の下方には、アウタチューブ２０５と同心円状になるように、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナチューブ２０４の下端部とアウタチューブ２０５の下端部とにそれぞれ係合しており、これらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウタチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９により反応容器が形成される。
【００２９】
（ガス供給ライン）
図２に示すように、マニホールド２０９には、ガス導入部としてのノズル２３０が、処理室２０１内に連通するように垂直方向に接続されている。ノズル２３０の上流端には、金属からなる金属配管３０３の下流端が接続されている。金属配管３０３の上流端は、継手３０２を介して石英からなる石英配管３０１の下流端に接続されている。石英配管３０１の上流端は、予備加熱ユニット３５０に接続されている。予備加熱ユニット３５０には図示しないガス供給源からガス供給管３１０ａを介してＮ２Ｏガス等のガスが供給されるように構成されている。ガス供給管３１０ａには開閉バルブ３１０ｂが設けられている。開閉バルブ３１０ｂを開けると、図示しないガス供給源から予備加熱ユニット３５０内にガスが供給され、予備加熱ユニット３５０によりガスが加熱され、予備加熱ユニット３５０にて加熱された高温のガスが、石英配管３０１、金属配管３０３、ノズル２３０を介して処理室２０１内に供給されるように構成されている。主に、ノズル２３０、金属配管３０３、継手３０２、石英配管３０１、予備加熱ユニット３５０、及び図示しないガス供給源により、処理室２０１内にガスを供給するガス供給ラインが構成される。
【００３０】
図２、図４に示すように、金属配管３０３には屈曲部３０３ａが形成されている。また、金属配管３０３には、屈曲部３０３ａの外周を覆う放熱部材３０５が設けられている。放熱部材３０５は、金属配管３０３に形成された屈曲部３０３ａの外周を両端から挟み込むように構成された一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂと、金属部材３０５ａと金属部材３０５ｂとを引き合わせて固定するクランプ３０５ｃと、を備えている。なお、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂの対向面には、屈曲部３０３ａの外周と金属部材３０５ａ，３０５ｂとの接触面積を増大させ、熱伝導による屈曲部３０３ａの放熱効率を向上させるように、屈曲部３０３ａの外形と同形状の刳り抜き加工がそれぞれ施されている。また、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂは、熱伝導率や輻射による放熱特性の高い金属材料を用いることが好ましく、例えばアルミや銅などの金属を用いることができる。また、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂには、表面積を増大させる溝構造（ヒートシンク構造）等が形成されていてもよい。なお、屈曲部３０３ａは、本実施形態のように９０度に屈曲している場合（屈曲部３０３ａがエルボ形状に形成されている場合）に限定されず、例えば４０度や６０度に屈曲していてもよい。
【００３１】
図２に示すように、継手３０２は、石英配管３０１の下流端に設けられる第１のフランジ３０２ａと、金属配管３０３の上流端に設けられる第２のフランジ３０２ｂと、を備えている。第１のフランジ３０２ａと第２のフランジ３０２ｂとが、シール部材としてのＯリング３０２ｃを介してクランプ３０２ｆにより対向するように接合されることにより、石英配管３０１の下流端と金属配管３０３の上流端とが気密に接続されるように構成されている。また、第１のフランジ３０２ａと第２のフランジ３０２ｂとの間には、Ｏリング３０２ｃの外周を囲うようにテフロンリング３０２ｅが設けられている。なお、シール部材としてのＯリング３０２ｃの内径は、石英配管３０１内から金属配管３０３内へと流れる高温のガス流１０が、Ｏリング３０２ｃに直接接触することのないように、石英配管３０１の内径及び金属配管３０３の内径よりも大きく構成されている。
【００３２】
図２に示すように、第２のフランジ３０２ｂの内部には、冷却液あるいは冷却ガスを流通させることが可能な冷却媒体流路３０２ｄが形成されている。第２のフランジ３０２ｂには、冷却媒体流路３０２ｄ内に冷却媒体としての冷却液あるいは冷却ガスを供給する冷却媒体供給管３０４ａと、冷却媒体流路３０２ｄ内から冷却液あるいは冷却ガスを排出する冷却媒体排出管３０４ｂとが、それぞれ接続されている。冷却媒体排出管３０４ｂは、放熱部材３０５への熱伝導が可能なように、放熱部材３０５に接触している。具体的には、冷却媒体排出管３０４ｂは、金属配管３０３と共に一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂにより両端から挟み込まれている。なお、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂの対向面には、冷却媒体排出管３０４ｂと金属部材３０５ａ，３０５ｂとの接触面積を増大させ、熱伝導による金属部材３０５ａ，３０５ｂの放熱効率を向上させるように、冷却媒体排出管３０４ｂの外形と同形状の刳り抜き加工がそれぞれ施されていてもよい。また、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂには、冷却媒体排出管３０４ｂではなく、冷却媒体供給管３０４ａが挟み込まれていてもよい。
【００３３】
図２に示すように、石英配管３０１の下流端の周辺（継手３０２周辺における石英配管３０１の上流側）には、加熱されたガスの石英配管３０１への衝突（衝突による放熱）を促すように、屈曲部３０１ａが設けられている。但し、本発明に係る石英配管３０１はかかる形態に限定されず、図３に示すように屈曲部３０１ａが設けられていなくてもよい。
【００３４】
（排気ライン）
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に連通している。排気管２３１の下流側（マニホー
ルド２０９との接続側と反対側）には、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｏｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が上流側から順に接続されている。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、及び真空ポンプ２４６により、処理室２０１内を排気する排気ラインが構成される。なお、ＡＰＣバルブ２４２及び圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検出された圧力値に基づいて、処理室２０１内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２を制御するように構成されている。
【００３５】
（シールキャップ）
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の中心部付近であって処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。回転機構２５４は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させることが可能なように構成されている。シールキャップ２１９は、プロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ２１９を昇降させることにより、ボート２１７を処理室２０１内外へ搬送することが可能なように構成されている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１５が所望のタイミングにて所望の動作をするように、これらを制御するように構成されている。
【００３６】
（ボート）
上述したように、基板保持具としてのボート２１７は、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。ボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるように構成されている。
【００３７】
（加熱ユニット）
プロセスチューブ２０３の外側には、プロセスチューブ２０３の側壁面を囲うように、加熱ユニットとしてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００３８】
プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３とには、電気的に温度制御部２３８が接続されている。温度制御部２３８は、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいて、処理室２０１内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、ヒータ２０６への通電具合を調整するように構成されている。
【００３９】
（コントローラ）
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている（以下、ガス流量
制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８をＩ／Ｏ制御部とも呼ぶ）。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、及び主制御部２３９は、制御部としてのコントローラ２４０として構成されている。
【００４０】
（４）処理炉の動作
続いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上記構成に係る処理炉２０２を用い、シリコン等からなるウエハ２００上にＮＯガスを供給してシリコン窒化膜等の窒化膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１０１を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
【００４１】
（基板搬入工程（Ｓ１））
まず、処理対象の複数枚のウエハ２００を、ボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、マニホールド２０９の下端を開口させる。そして、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７を、ボートエレベータ１１５によって上昇させ、処理室２０１内に搬入（ボートローディング）する。そして、マニホールド２０９の下端開口（炉口）を、Ｏリング２２０ｂを介してシールキャップ２１９によりシールする。その結果、図２に示す状態となる。
【００４２】
（減圧工程及び昇温工程（Ｓ２））
続いて、真空ポンプ２４６を作動させ、ＡＰＣバルブ２４２を開けて、処理室２０１内を排気管２３１により真空排気する。この際、処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるとなるように、圧力センサ２４５の測定値に基づいてＡＰＣバルブ２４２の開度をフィードバック制御する。また、ヒータ２０６に通電して処理室２０１内を加熱する。この際、各ウエハ２００の表面が所望の温度になるように、温度センサ２６３の測定値に基づいてヒータ２０６への通電量を制御する。そして、回転機構２５４を作動させ、ボート２１７とともにウエハ２００を回転させておく。
【００４３】
（ガス供給工程（Ｓ３））
続いて、開閉バルブ３１０ｂを開け、図示しないガス供給源から予備加熱ユニット３５０にＮ２Ｏガスを供給し、予備加熱ユニット３５０によりＮ２Ｏガスを加熱して分解させ、ＮＯガスを生成する。そして、生成した高温のＮＯガス（あるいはＮ２ＯガスとＮＯガスとの混合ガス）を、予備加熱ユニット３５０から石英配管３０１、金属配管３０３、ノズル２３０を介して処理室２０１内に供給する。なお、生成されたＮＯガスは、処理室２０１内に供給される際に温度が低下したとしても、Ｎ２Ｏガスに戻ることなくＮＯガスのまま安定している。なお、予備加熱ユニット３５０によるＮ２Ｏガスの加熱温度は、Ｎ２Ｏガスが最も効率よく分解する温度とすることが好ましく、かかる温度は実験的に求めることができる。
【００４４】
処理室２０１内に供給されたＮＯガスは、処理室２０１内を上昇し、インナチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０へと流通して、ガス排気ラインから排気される。この際、各ウエハ２００表面にＮＯガスがそれぞれ供給され、各ウエハ２００表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）がそれぞれ形成される。
【００４５】
なお、ガス供給工程（Ｓ３）においては、第２のフランジ３０２ｂの内部に形成された冷却媒体流路３０２ｄ内に、冷却媒体として冷却液あるいは冷却ガスを供給する。
【００４６】
（昇圧工程（Ｓ５））
処理室２０１内へのＮＯガスの供給を所定時間継続し、ウエハ２００の表面に所望厚さのシリコン窒化膜が形成されたら、開閉バルブ３１０ｂを閉めて処理室２０１内へのＮＯ
ガスの供給を停止し、処理室２０１内の残留ガスを排気する。この際、図示しない不活性ガス供給ラインにより処理室２０１内にＮ２ガス等の不活性ガスを供給することにより、処理室２０１内からのＮＯガスの排出を促すことができる。その後、処理室２０１内への不活性ガスの供給を継続しつつ、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力を大気圧まで昇圧させる。
【００４７】
（基板搬出工程（Ｓ６））
続いて、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させて、マニホールド２０９の下端を開口させるとともに、処理済のウエハ２００を保持したボート２１７を下降させて、処理室２０１から引き出す（ボートアンローディング）。そして、搬出したボート２１７から処理済のウエハ２００を取り出して（ウエハディスチャージ）、本実施形態にかかる基板処理工程を終了する。
【００４８】
（５）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す（ａ）〜（ｈ）のうち１つ又は複数の効果を奏する。
【００４９】
（ａ）本実施形態によれば、金属配管３０３に形成された屈曲部３０３ａの外周には、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂが屈曲部３０３ａを両端から挟み込むように設けられている。その結果、屈曲部３０３ａから放熱部材３０５への熱伝導により、屈曲部３０３ａの局所的な温度上昇が抑制される。すなわち、ガス供給工程（Ｓ３）において、石英配管３０１内から金属配管３０３内へと流れる高温のＮＯガスは、屈曲部３０３ａを構成する金属配管３０３の内壁に衝突し、屈曲部３０３ａの温度を局所的に上昇させようとするが、屈曲部３０３ａから放熱部材３０５への熱伝導により、屈曲部３０３ａの局所的な温度上昇が抑制され、金属配管３０３からの金属成分の脱離が抑制され、ウエハ２００や処理室２０１内における金属汚染の発生が抑制される。
【００５０】
（ｂ）本実施形態によれば、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを設けることにより、高温のＮＯガスの流量をさらに増加させたり、ＮＯガスの温度をさらに上昇させたりした場合であっても、屈曲部３０３ａの局所的な温度上昇を抑制できる。すなわち、金属汚染の発生を抑制しつつ、より多様な条件（例えばより大流量、より高温）で基板処理を行うことが可能となる。
【００５１】
（ｃ）本実施形態によれば、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂの対向面には、屈曲部３０３ａと同形状の刳り抜き加工がそれぞれ施されている。その結果、屈曲部３０３ａの外周と一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂとの接触面積が増大し、屈曲部３０３ａから放熱部材３０５への伝熱を促進でき、屈曲部３０３ａの温度上昇をさらに抑制できる。
【００５２】
（ｄ）本実施形態によれば、屈曲部３０３ａの外周を一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂにより両側から挟み込むことにより、屈曲部３０３ａ周辺の機械的強度を向上させることができる。また、一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂの対向面に屈曲部３０３ａの外形と同形状の刳り抜き加工を施すことにより、屈曲部３０３ａ周辺の機械的強度をさらに向上させることができる。
【００５３】
（ｅ）金属配管３０３の局所的な温度上昇に起因する金属汚染の発生を抑制するには、処理室２０１内にガスを供給する配管を、金属配管３０３から石英製の配管に変更する方法も考えられる。しかしながら、石英製の配管は金属配管と比較して引き回しが困難であり、また金属配管と比較して高価である。本実施形態によれば、金属配管３０３の屈曲部３０３ａに放熱部材３０５を追加することのみで、金属配管３０３の材質を変更することなく、また、引き回しを変更することなく（限られたスペースで）、金属汚染の発生を安価かつ容易に抑制することが可能である。
【００５４】
（ｆ）本実施形態によれば、第１のフランジ３０２ａと第２のフランジ３０２ｂとの間に設けられるＯリング３０２ｃの内径が、石英配管３０１の内径及び金属配管３０３の内径よりも大きくなるように構成されている。その結果、石英配管３０１内から金属配管３０３内へと流れる高温のＮＯガスがＯリング３０２ｃに直接接触しなくなり、Ｏリング３０２ｃの温度上昇が抑制される。その結果、Ｏリング３０２ｃの劣化を抑制し、基板処理装置１０１のメンテナンス頻度を低減させることができる。また、Ｏリング３０２ｃからの成分の脱離が抑制され、ウエハ２００や処理室２０１内の汚染を抑制できる。
【００５５】
（ｇ）本実施形態によれば、第２のフランジ３０２ｂの内部に冷却媒体流路３０２ｄを形成し、ガス供給工程（Ｓ３）において冷却媒体流路３０２ｄ内に冷却液あるいは冷却ガスを供給している。これにより、Ｏリング３０２ｃの温度上昇を抑制し、Ｏリング３０２ｃの劣化を抑制し、基板処理装置１０１のメンテナンス頻度を低減させることができる。また、第２のフランジ３０２ｂの周辺の各部材の冷却を促し、金属配管３０３内に供給されるＮＯガスの温度を低下させ、屈曲部３０３ａの局所的な温度上昇を抑制できる。
【００５６】
（ｈ）本実施形態においては、石英配管３０１の下流端の周辺（継手３０２周辺における石英配管３０１の上流側）には屈曲部３０１ａが設けられている。このように構成することで、屈曲部３０１ａを構成する石英配管３０１の側壁に高温のＮＯガスを衝突させ、ＮＯガスから石英配管３０１への放熱を促し、金属配管３０３内に供給されるＮＯガスの温度を低下させ、金属配管３０３の屈曲部３０３ａの温度上昇を抑制できる。なお、ＮＯガスとの衝突により屈曲部３０１ａが局所的に高温になったとしても、屈曲部３０１ａは石英により構成されているため、石英配管３０１から金属成分が脱離することはなく、金属汚染は発生し難い。
【００５７】
なお、従来の基板処理装置のガス供給ラインの構成について、参考までに図１に示す。
【００５８】
従来の基板処理装置のガス供給ラインは、主に、加熱されたガスが排出される石英配管４０１と、加熱されたガスを処理室内に供給する金属配管４０３と、石英配管４０１及び金属配管４０３を接続する継手４０２と、を備えていた。継手４００は、石英配管４０１の下流端に設けられた第１のフランジ４０２ａと、金属配管４０３の上流端に設けられた第２のフランジ４０２ｂと、第１のフランジ４０２ａと第２のフランジ４０２ｂとの間を気密に封止するＯリング４０２ｃと、を備えていた。
【００５９】
従来の基板処理装置では、金属配管４０３に形成された屈曲部４０３ａには放熱部材が設けられていなかった。従って、屈曲部４０３ａを構成する金属配管４０３の内壁に加熱されたガスが衝突すると、屈曲部４０３ａを構成する金属配管４０３の温度が局所的に上昇し、金属配管４０３から金属成分が脱離し、脱離した金属成分がガスと共に処理室内に流れこんでしまい、これにより基板や処理室内に金属汚染が発生してしまう場合があった。
【００６０】
また、従来の基板処理装置では、Ｏリング４０２ｃの内径が、石英配管４０１の内径と同程度に構成されていた。そのため、石英配管４０１内から金属配管４０３内へと流れる高温のＮＯガスがＯリング４０２ｃに直接接触し、Ｏリング４０２ｃの耐熱限界を超えてしまう場合があった。また、従来の基板処理装置では、第２のフランジ４０２ｂの内部に冷却媒体流路が形成されておらず、冷却媒体を第２のフランジ４０２ｂ内に流すことによりＯリング４０２ｃの温度上昇を抑制することは困難であった。
【実施例】
【００６１】
以下に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
【００６２】
（実施例１）
一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを備え、石英配管３０１の下流端の周辺に屈曲部３０１ａが設けられた上述の基板処理装置を用い、上述の基板処理工程と同様の工程を実施した。Ｎ２Ｏガスの加熱温度を１０００℃とし、Ｎ２Ｏガスの流量を１５Ｌ／ｍｉｎとし、冷却液（冷却水）の流量を１．５Ｌ／ｍｉｎとした結果、ガス供給工程（Ｓ３）におけるＯリング３０２ｃの表面温度は１６８℃となり、Ｏリング３０２ｃの耐熱限界である３２７℃を大きく下回った。
【００６３】
（実施例２）
一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを備え、石英配管３０１の下流端の周辺に屈曲部３０１ａが設けられた上述の基板処理装置を用い、上述の基板処理工程と同様の工程を実施した。Ｎ２Ｏガスの加熱温度を１０００℃とし、Ｎ２Ｏガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎとし、冷却液（冷却水）の流量を１．５Ｌ／ｍｉｎとした結果、ガス供給工程（Ｓ３）における屈曲部３０３ａの表面温度を１５５℃に抑制することができた。
【００６４】
（実施例３）
一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを備え、石英配管３０１の下流端の周辺に屈曲部３０１ａが設けられていない上述の基板処理装置を用い、上述の基板処理工程と同様の工程を実施した。Ｎ２Ｏガスの加熱温度を１０００℃とし、Ｎ２Ｏガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎとし、冷却液（冷却水）の流量を２．５Ｌ／ｍｉｎとした結果、ガス供給工程（Ｓ３）におけるテフロンリング３０２ｅの表面温度を１３２℃に抑制することができた。
【００６５】
（実施例４）
一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを備え、石英配管３０１の下流端の周辺に屈曲部３０１ａが設けられた上述の基板処理装置を用い、上述の基板処理工程と同様の工程を実施した。Ｎ２Ｏガスの加熱温度を１０００℃とし、Ｎ２Ｏガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎとし、冷却液（冷却水）の流量を２．５Ｌ／ｍｉｎとした結果、ガス供給工程（Ｓ３）におけるテフロンリング３０２ｅの表面温度を９３℃に抑えることができた。すなわち、石英配管３０１の下流端の周辺に屈曲部３０１ａを設けることにより、金属配管３０３内に流れるガスの温度を低下させ、金属配管３０３の屈曲部３０３ａの温度上昇をさらに抑制することができた。
【００６６】
（比較例１）
一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを備えていない従来の基板処理装置を用い、実施例１とほぼ同様の工程を実施した。Ｎ２Ｏガスの加熱温度を１０００℃とし、Ｎ２Ｏガスの流量を５Ｌ／ｍｉｎとした結果、ガス供給工程（Ｓ３）におけるＯリング４０２ｃの表面温度は３３５℃となり、また、Ｏリング４０２ｃの耐熱限界である３２７℃を上回った。
【００６７】
（比較例２）
一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂを備えていない従来の基板処理装置を用い、実施例２とほぼ同様の工程を実施した。Ｎ２Ｏガスの加熱温度を１０００℃とし、Ｎ２Ｏガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎとした結果、ガス供給工程（Ｓ３）におけるＯリング４０２ｃの表面温度は３１５℃となった。
【００６８】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、予備加熱ユニット３５０にＮ２Ｏガスを供給してＮＯガスを生成する場合を例にとって説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。すなわち、予備加熱ユニット３５０にＮ２Ｏガス以外の他のガスを供給して加熱することとしてもよい。また、本発明は１種類のガスを処理室２０１内に供給する場合に限定されず、複数種類の
ガスを処理室２０１内に同時あるいは交互に供給する場合にも好適に適用可能である。かかる場合において、一部の種類のガスのみを予備加熱ユニットにより加熱することとしてもよく、全ての種類のガスを予備加熱ユニットにより加熱することとしてもよい。
【００６９】
また、本発明は、金属配管３０３の屈曲部３０３ａ以外にも適用可能である。すなわち、屈曲部３０３ａ以外にも、加熱されたガスの衝突により局所的に温度上昇し得る箇所が存在する場合には、かかる箇所にも本発明を好適に適用可能である。例えば、ガス流１０の流路上に設けられた開閉バルブや真空管等の構成部品に高温のガスが衝突して、これら構成部材の温度が局所的に上昇し得る場合には、かかる構成部品を一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂによって挟み込むことにより、局所的な温度上昇を抑制させ、金属汚染の発生を抑制できる。
【００７０】
上述の実施形態では、放熱部材３０５として、主に一対の金属部材３０５ａ，３０５ｂにより構成される場合について説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。すなわち、放熱部材３０５が、主に一片の金属部材により構成されていてもよく、主に３個以上の金属部材により構成されていてもよい。また、放熱部材３０５が主に金属部材により構成される場合に限定せず、伝熱性を有するセラミック等の非金属材料から構成されていてもよい。
【００７１】
上述の実施形態では、反応管としてのプロセスチューブ２０３が、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０５とを備えた２重管として構成される場合について説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。例えば、反応管としてのプロセスチューブ２０３が１重管として構成されていてもよい。
【００７２】
上述の実施形態では、処理室２０１内に高温のＮＯガス（あるいはＮ２ＯガスとＮＯガスとの混合ガス）を供給して各ウエハ２００表面に窒化膜を形成する場合について説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。例えば、処理室２０１内に酸素（Ｏ）含有ガスを供給して各ウエハ２００表面にＢＩＯ，ＳｉＯ２，ＨＴＯ等の酸化膜を形成する場合にも本発明は好適に適用可能である。また、窒化膜や酸化膜以外の膜を形成する場合にも本発明は好適に適用可能である。
【００７３】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００７４】
本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記ガス供給ラインは、
前記ガスを前記処理室内に供給する前に予め加熱する予備加熱ユニットと、
前記予め加熱されたガスを前記処理室内に供給する金属配管と、
前記金属配管に形成された屈曲部の外周を覆う放熱部材と、を備える
基板処理装置が提供される。
【００７５】
好ましくは、
前記放熱部材は、クランプにより前記金属配管に形成された屈曲部の外周を両端から挟み込むように構成された一対の金属部材を備える。
【００７６】
好ましくは、
前記一対の金属部材の対向面には、前記屈曲部の外周と前記金属部材との接触面積が増
大するように、前記屈曲部と同形状の刳り抜き加工が施されている。
【００７７】
好ましくは、
前記一対の金属部材には、前記一対の金属部材の表面積を増大させる溝構造が形成されている。
【００７８】
好ましくは、
前記ガス供給ラインは、
前記予め加熱されたガスを前記予備加熱ユニット内から排出する石英配管と、
前記石英配管の下流端と前記金属配管の上流端とを接続する継手部と、を備える。
【００７９】
好ましくは、
前記継手部は、
前記石英配管の下流端に設けられる第１のフランジと、
前記金属配管の上流端に設けられる第２のフランジと、を備え、
前記第１のフランジと前記第２のフランジとがシール部材を介して対向するように接合されることにより前記石英配管の下流端と前記金属配管の上流端とが気密に接続される。
【００８０】
好ましくは、
前記シール部材の内径は、前記石英配管内から前記金属配管内へと流れる高温のガス流が前記シール部材に直接接触することのないように、前記石英配管の内径及び前記金属配管の内径よりも大きく構成されている。
【００８１】
好ましくは、
前記第２のフランジの内部には、冷却液あるいは冷却ガスを流通させることが可能な冷却媒体流路が形成されている。
【００８２】
好ましくは、
前記ガス供給ラインは、
前記冷却媒体流路内から冷却液あるいは冷却ガスを排出させる冷却媒体排出管を備え、
前記冷却媒体排出管は、前記放熱部材への熱伝導が可能なように前記放熱部材に接触している。
【００８３】
好ましくは、
前記ガス供給ラインは、
前記冷却媒体流路内に冷却液あるいは冷却ガスを供給する冷却媒体供給管を備え、
前記冷却媒体供給管は、前記放熱部材への熱伝導が可能なように前記放熱部材に接触している。
【００８４】
好ましくは、
前記冷却媒体排出管は、前記金属配管と共に前記一対の金属部材により両端から挟み込まれる。
【００８５】
好ましくは、
前記冷却媒体供給管は、前記金属配管と共に前記一対の金属部材により両端から挟み込まれる。
【００８６】
好ましくは、
前記石英配管の下流端の周辺には屈曲部が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】従来の基板処理装置のガス供給ラインの断面構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のガス供給ラインの断面構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置のガス供給ラインの断面構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のガス供給ラインの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉の断面構成図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０１    基板処理装置
２０１    処理室
３０１    石英配管
３０１ａ  屈曲部
３０３    金属配管
３０３ａ  屈曲部
３０５    放熱部材
３５０    予備加熱ユニット
【図１】
2010034283.tif 000003
【図２】
2010034283.tif 000004
【図３】
2010034283.tif 000005
【図４】
2010034283.tif 000006
【図５】
2010034283.tif 000007
【図６】
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