(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被処理体を収容する反応室と、
前記反応室と同一温度および同一圧力に設定され、光触媒が担持された触媒板を収容する触媒管部と、
前記反応室と前記触媒管部とを連通する連通部と、
前記触媒管部に挿管され、前記触媒板に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記反応室及び前記触媒管部外に配置され、前記触媒板に光を照射し、前記触媒板に供給された処理ガスを活性化させる活性化手段と、を備え、
前記活性化された処理ガスを前記連通部を介して前記反応室内に収容された前記被処理体に供給する、ことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記触媒板は、網状または、繊維状の材料からなるシート、若しくは、カーボンナノチューブから形成されたシートの表面に前記光触媒をコーティングして構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記活性化手段は、前記触媒板の光触媒にＵＶ光を照射するＵＶランプである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記ＵＶランプは、ＬＥＤＵＶランプである、ことを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程のプロセスの一つである成膜工程において、成膜温度の低温化のため、触媒ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）が用いられている（特許文献１）。触媒ＣＶＤ（以下、Ｃａｔ−ＣＶＤ）では、プラズマＣＶＤで用いられるようなプラズマ放電を用いずに原料ガスを活性化できるため、被処理体、例えば、半導体ウエハへのダメージを軽減させることができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７９７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、Ｃａｔ−ＣＶＤの多くは枚葉式の装置であり、同時に複数枚の半導体ウエハを処理することができないという問題があった。そこで、Ｃａｔ−ＣＶＤにおいて複数の半導体ウエハを同時に処理可能な装置が求められている。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、複数の被処理体を同時に処理可能な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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる処理装置は、
複数の被処理体を収容する反応室と、
前記反応室と同一温度および同一圧力に設定され、光触媒が担持された触媒板を収容する触媒管部と、
前記反応室と前記触媒管部とを連通する連通部と、
前記触媒管部に挿管され、前記触媒板に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記反応室及び前記触媒管部外に配置され、前記触媒板に光を照射し、前記触媒板に供給された処理ガスを活性化させる活性化手段と、を備え、
前記活性化された処理ガスを前記連通部を介して前記反応室内に収容された前記被処理体に供給する、ことを特徴とする。
【０００７】
前記触媒板は、例えば、網状、または、繊維状の材料からなるシート、若しくは、カーボンナノチューブから形成されたシートの表面に前記光触媒をコーティングして構成されている。
前記活性化手段は、例えば、前記触媒板の光触媒にＵＶ光を照射するＵＶランプである。
前記ＵＶランプは、ＬＥＤＵＶランプであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の被処理体を同時に処理可能な処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態の処理装置を模式的に示す図である。
【図２】本実施の形態の処理装置の側面図である。
【図３】本実施の形態の処理装置の平面図である。
【図４】本実施の形態の制御部を模式的に示す図である。
【図５】成膜用レシピの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の処理装置を、バッチ式の縦型の処理装置に適用した場合を例に本実施の形態を説明する。また、本実施の形態では、本発明の処理装置を被処理体（半導体ウエハ）にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置に適用した場合を例に本発明を説明する。
【００１１】
図１に本実施の形態の処理装置１０を模式的に示す。また、図２に処理装置１０の側面図を示し、図３に処理装置１０の平面図を示す。
【００１２】
図１〜図３に示すように、処理装置１０は、反応管１２を備えている。反応管１２は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の筒部２１と、筒部２１の側面に設けられた略直方体状の触媒管部２２とを備えている。反応管１２は、光透過性を有する材料から形成されている。本実施形態では、反応管１２は、触媒管部２２の外側に設けられた、後述するＵＶ（Ultra Violet）ランプ１６からの光を透過する材料である石英により形成されている。
【００１３】
筒部２１は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容し、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜する反応室として機能する。触媒管部２２は、筒部２１内にプロセスガス等を供給する。このため、触媒管部２２に覆われた筒部２１の側面には、少なくとも一つのプロセスガス供給孔２１ａが設けられている。プロセスガス供給孔２１ａの形状は、後述するプロセスガス供給管１７−１、１７−２からのプロセスガスを筒部２１内に供給することが可能であればよく、例えば、方形状や円形状等に形成されていてもよい。
【００１４】
また、触媒管部２２内には、触媒板１３が設けられている。触媒板１３は、表面に光触媒が担持されており、プロセスガス供給管１７−１から供給されたプロセスガスが触媒板１３を通過させることにより、プロセスガスを活性化させる。触媒板１３中で活性化されたプロセスガスは、反応管１２の筒部２１壁面に設けられたプロセスガス供給孔２１ａから、反応管１２の筒部２１内に供給される。
【００１５】
触媒板１３は、所定の耐熱性、通気性を有するシート状の部材、例えば、網状、または、繊維状の材料からなるシート、若しくは、カーボンナノチューブから形成されたシートの表面に、光触媒、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）をコーティングして構成されている。このように構成することにより、触媒板１３中の光触媒の活性化力が大きくなるためである。
【００１６】
反応管１２の周囲には、反応管１２を取り囲むように、略円筒状の断熱体１１が設けられている。断熱体１１の内壁面には、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１４が設けられている。この昇温用ヒータ１４により反応管１２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
【００１７】
断熱体１１の側面には断熱体１１の上端から下端にかけてＵＶランプカバー１５が設けられている。ＵＶランプカバー１５の内部には、複数のＵＶランプ１６が配置されている。ＵＶランプ１６に面する断熱体１１の側面には、ＵＶランプ１６の数に対応するＵＶ窓１１ａが設けられている。そして、ＵＶランプ１６から照射されるＵＶ光は、ＵＶ窓１１ａを介して触媒板１３に到達することにより、触媒板１３中の光触媒の光触媒機能が発現される。このＵＶランプ１６の照射強度は、後述する制御部１００によって制御されている。
【００１８】
ＵＶランプ１６は、ＵＶ光を発する光源であり、その波長が３００ｎｍ〜３８０ｎｍの光を発することが好ましく、３５０ｎｍ〜３８０ｎｍの光を発することがさらに好ましい。かかる範囲の波長の光を発することにより、ＴｉＯ２の光触媒機能がより効果的に発現されるためである。
【００１９】
また、ＵＶランプ１６として、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ＵＶランプを用いることが好ましい。ＵＶランプ１６としてＬＥＤＵＶランプを用いると、熱が発生しにくく、水冷等の冷却設備が不要となり、必要とされるスペースも抑制することができるためである。
【００２０】
反応管１２の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド１９が配置されている。マニホールド１９は、反応管１２の下端と気密に接続されている。
【００２１】
マニホールド１９の下方には蓋体２０が配置され、図示しないボートエレベータにより蓋体２０は上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータにより蓋体２０が上昇すると、マニホールド１９の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータにより蓋体２０が下降すると、マニホールド１９の下方側（炉口部分）が開口される。
【００２２】
蓋体２０には、例えば、石英からなるウエハボート１８が載置されている。ウエハボート１８は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。
【００２３】
蓋体２０の下方には、ウエハ回転機構２４が設けられ、反応管１２内のウエハＷが回転する。
【００２４】
プロセスガス供給管１７（１７−１、１７−２）は、マニホールド１９の側面に挿通（接続）されている。本実施の形態では、図２及び図３に示すように、高さの異なる３本のプロセスガス供給管１７−１を用いて、同じプロセスガスを触媒板１３に供給する。また、同様に、３本のプロセスガス供給管１７−２を用いて、同じプロセスガスを直接筒部２１に供給する。各プロセスガス供給管１７−１、１７−２は、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）等を介して、図示しないプロセスガス供給源が接続されている。プロセスガス供給管１７−２から供給されるプロセスガスとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、プロセスガス供給管１７−１から供給されるプロセスガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）などが挙げられる。
【００２５】
マニホールド１９の側面には反応管１２内のガスを排気するための図示しない排気口が設けられている。排気口には排気管が気密に接続されている。排気管には、その上流側から、バルブと、真空ポンプとが介設されている。バルブは、排気管の開度を調整して、反応管１２内の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプは、排気管を介して反応管１２内のガスを排気するとともに、反応管１２内の圧力を調整する。
【００２６】
なお、排気管には、図示しないトラップ、スクラバー等が介設されており、反応管１２から排気された排ガスを、無害化した後、処理装置１０外に排気するように構成されている。
【００２７】
また、処理装置１０は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図４に制御部１００の構成を示す。図４に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、ＵＶランプ制御部１２７等が接続されている。
【００２８】
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
【００２９】
温度センサ１２２は、反応管１２内、排気管内等の各部の温度を測定し、その測定値をヒータコントローラ１２４に通知する。
圧力計１２３は、反応管１２内の圧力を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
【００３０】
ヒータコントローラ１２４は、昇温用ヒータ１４を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、これらに通電してこれらを加熱し、また、これらの消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
【００３１】
ＭＦＣ制御部１２５は、プロセスガス供給管１７−１、１７−２等に設けられた図示しないＭＦＣを制御して、これらに流れるガスの流量を制御部１００から指示された量にするとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
【００３２】
バルブ制御部１２６は、排気管に配置されたバルブの開度を制御部１００から指示された値に制御する。
【００３３】
ＵＶランプ制御部１２７は、ＵＶランプ１６を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、これらに通電してＵＶ光を発光させ、また、これらの光度を個別に測定して、制御部１００に通知する。
【００３４】
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、Ｉ／Ｏ（Input/Output）ポート１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
【００３５】
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１０の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各熱処理装置の据付やメンテナンスを行う際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、例えば、反応管１２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管１２内の圧力変化、プロセスガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
【００３６】
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
【００３７】
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、ＵＶランプ制御部１２７等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
【００３８】
ＣＰＵ１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１０の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ１２２、圧力計１２３、ＭＦＣ制御部１２５等に反応管１２内、プロセスガス供給管１７−１、１７−２内、及び、排気管内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、ＵＶランプ制御部１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
【００３９】
次に、以上のように構成された処理装置１０の効果を確認するため、処理装置１０を用いて半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜した。本実施の形態では、図５に示す処理レシピを実行し、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜する場合を例に説明する。
【００４０】
なお、以下の説明において、処理装置１０を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管１２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（昇温用ヒータ１４）、ＭＦＣ制御部１２５（処理ガス供給管１７−１、１７−２）、バルブ制御部１２６、ＵＶランプ制御部１２７（ＵＶランプ１６）等を制御することによりレシピに従った条件になる。
【００４１】
まず、ＣＰＵ１１５は、反応管１２内を所定の温度、例えば、図５（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、図５（ｃ）に示すように、反応管１２内に所定量の窒素を供給し、シリコン窒化膜を形成する被処理体としての半導体ウエハＷが収容されているウエハボート１８を蓋体２０上に載置する。そして、ボートエレベータにより蓋体２０を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート１８）を反応管１２内にロードする（ロード工程）。
【００４２】
次に、図５（ｃ）に示すように、反応管１２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管１２内を所定の温度、例えば、図５（ａ）に示すように、４００℃に設定する。また、反応管１２内のガスを排出し、反応管１２を所定の圧力、例えば、図５（ｂ）に示すように、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管１２内の温度及び圧力操作を、反応管１２内が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
【００４３】
反応管１２内が所定の圧力及び温度で安定すると、窒素の供給を停止する。次に、処理ガス供給管１７−１からアンモニアを触媒管部２２内（触媒板１３）に供給するとともに、ＵＶランプ１６を発光させる。本実施の形態では、図５（ｄ）に示すように、アンモニアを２リットル／分を触媒管部２２内（触媒板１３）に供給するとともに、図５（ｆ）に示すように、ＵＶランプ制御部１２７を制御してＵＶランプ１６を発光（ＯＮ）させる。また、図５（ｅ）に示すように、処理ガス供給管１７−２からＤＣＳを０．２リットル／分を反応管１２内に供給する。
【００４４】
ＵＶランプ１６から照射されるＵＶ光は、ＵＶ窓１１ａを介して触媒板１３に到達する。プロセスガス供給管１７−１から供給されたアンモニアは、触媒板１３を通過することにより活性化する。このように、活性化されたアンモニアは、反応管１２の筒部２１壁面に設けられたプロセスガス供給孔２１ａから、反応管１２の筒部２１内の半導体ウエハＷに供給される。このため、反応管１２内が高温に加熱されていなくても活性化されたアンモニアが半導体ウエハＷに供給され、処理ガス供給管１７−２から供給されたＤＣＳと反応し、半導体ウエハＷの表面にシリコン窒化膜が形成される（成膜工程）。
【００４５】
半導体ウエハＷの表面に、所定の厚さのシリコン窒化膜が形成されると、処理ガス供給管１７−１、１７−２からのプロセスガスの供給を停止する。そして、図５（ｃ）に示すように、反応管１２内のガスを排出し、さらに所定量の窒素を供給して、反応管１２内のガスを排気管に排出する（パージ工程）。なお、反応管１２内のガスを確実に排出するために、反応管１２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
【００４６】
続いて、図５（ｃ）に示すように、反応管１２内に所定量の窒素を供給して、図５（ｂ）に示すように、反応管１２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管１２内を所定の温度、例えば、図５（ａ）に示すように、３００℃に設定する。そして、ボートエレベータにより蓋体２０を下降させることにより、半導体ウエハＷ（ウエハボート１８）を反応管１２内からアンロードする（アンロード工程）。これにより、成膜処理が終了する。
【００４７】
このようにシリコン窒化膜が成膜された半導体ウエハＷの状態を確認したところ、プラズマＣＶＤで用いられるようなプラズマ放電を用いた場合に比べて、半導体ウエハＷへのダメージが軽減していることを確認した。このため、複数の半導体ウエハＷを同時に処理可能な処理装置を提供できることを確認した。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、複数の半導体ウエハＷを同時に処理可能な処理装置を提供できる。
【００４９】
本発明は、上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。
【００５０】
上記実施の形態では、本発明の処理装置１０をシリコン窒化膜の成膜装置として用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば、プロセスガスを適宜変更することにより、本発明の処理装置１０をエッチング装置や、表面改質処理装置に用いることも可能である。また、本発明の処理装置１０を成膜装置として用いる場合、その薄膜の種類は任意であり、例えば、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜であってもよい。また、シリコン窒化膜を形成する場合の成膜用ガスはＤＣＳとアンモニアに限定されるものではなく、例えば、ＨＣＤとアンモニアであってもよい。
【００５１】
上記実施の形態では、光触媒としてＴｉＯ２を用いている場合を例に挙げて説明したが、光触媒機能を有していれば、ＴｉＯ２に限定されるものではなく、その他の触媒を用いてもよい。また、光触媒としてのＴｉＯ２は、その結晶構造がルチル型（正方晶）であることが好ましい。ルチル型は最安定構造であり、その活性化力が大きいためである。
【００５２】
上記実施の形態では、光触媒としてのＴｉＯ２にＵＶ光を照射している場合を例に挙げて説明したが、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍの可視光を照射してもよい。この場合、ＴｉＯ２に窒素などをドープしたり、異種金属をイオン注入することにより可視光であっても、ＴｉＯ２に光触媒機能を有することができる。
【００５３】
上記実施の形態では、プロセスガス供給管１７として、アンモニア用（１７−１）、ＤＣＳ用（１７−２）を各３本用いた場合を例に本発明を説明したが、プロセスガス供給管１７−１、１７−２の数は３本に限定されるものではなく、２本であってもよく、４本以上であってもよい。更には、プロセスガス供給管１７−１、１７−２を１本としてもよい。なお、プロセスガス供給管１７−１、１７−２を１本とする場合には、触媒板１３の下端、及び、上端までプロセスガスが十分供給されるように、プロセスガス供給管１７−１、１７−２に孔のようなものを設けることが好ましい。
【００５４】
上記実施の形態では、触媒管部２２でのアンモニアの活性化を促進するため、触媒管部２２から反応管１２にアンモニアを供給するプロセスガス供給孔２１ａのコンダクタンスを小さくして触媒管部２２の圧力が高くなるようにすることが好ましい。
【００５５】
上記実施の形態では、単管構造のバッチ式処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管１２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型処理装置に本発明を適用することも可能である。また、本発明は、半導体ウエハの処理に限定されるものではなく、例えば、ＦＰＤ(Flat Panel Display）基板、ガラス基板、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）基板などの処理にも適用可能である。
【００５６】
本発明の実施の形態に係る制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）など）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
【００５７】
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ：Bulletin Board System）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（Operating System）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、特に触媒化学気相成長法を用いた処理装置に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  処理装置
１１  断熱体
１１ａ  ＵＶ窓
１２  反応管
１３  触媒板
１４  昇温用ヒータ
１５  ＵＶランプカバー
１６  ＵＶランプ
１７（１７−１、１７−２）  プロセスガス供給管
１８  ウエハボート
１９  マニホールド
２０  蓋体
２１  筒部
２１ａ  プロセスガス供給孔
２２  触媒管部
２４  ウエハ回転機構
１００  制御部
１１１  レシピ記憶部
１１２  ＲＯＭ
１１３  ＲＡＭ
１１４  Ｉ／Ｏポート
１１５  ＣＰＵ
１１６  バス
１２１  操作パネル
１２２  温度センサ
１２３  圧力計
１２４  ヒータコントローラ
１２５  ＭＦＣ制御部
１２６  バルブ制御部
１２７  ＵＶランプ制御部
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
0006038739.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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