(57)【要約】    【課題】  処理ガス供給ノズル内での処理ガスの反応を抑制し、該処理ガス供給ノズルに反応生成物が付着することを防止し、パーティクルの発生を抑制し、製品品質の向上、歩留りの向上、更に前記処理ガス供給ノズルの洗浄の保守間隔を延長して歩留りの向上を図る。    【解決手段】  基板２７を処理する処理室６と、該処理室を加熱する加熱手段５と、前記処理室内に配置され、処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給ノズル１１とを備え、該処理ガス供給ノズルは、断熱構造を有している。    【選択図】          図１
2006186015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内に配置され、処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給ノズルとを備え、該処理ガス供給ノズルは、断熱構造を有してい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、ウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等所要の処理を行う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の１つにウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等所要の処理を行う基板処理工程がある。又、基板処理を行う基板処理装置には、基板を一枚ずつ処理する枚葉式基板処理装置と、所定枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置があり、更にバッチ式の基板処理装置としては縦型処理炉を具備し、縦型処理炉の処理室に基板保持具（ボート）により基板が水平姿勢で多段に保持され処理が行われる縦型の基板処理装置がある。
【０００３】
バッチ式の基板処理装置では、処理する基板、例えばウェーハ間での処理の均一性、或は歩留りの向上が要求される。又、処理の均一性を向上させる為には、各ウェーハに対して反応ガスの輸送速度を増大し、高速成膜を行うことが求められ、処理ガスの供給に際しては、ウェーハに供給する処理ガスの供給位置から排気迄の距離を短くすることが必要となる。この為、縦型の基板処理装置では処理ガスを供給する処理ガス供給ノズルがウェーハ近傍に設けられ、更に処理ガス供給位置がウェーハの近傍となる様に、即ち高い位置のウェーハに対しては高い位置から処理ガスが供給される様に、ノズルはウェーハが収納されている高さに対応する高さを有している。
【０００４】
例えば、特許文献１にはボートの上部に達する高さを有する１本の処理ガス供給ノズルが示され、該処理ガス供給ノズルには高さに応じて開口径、或は数が異なるガス導入孔が設けられ、均一に処理ガスが導入されることが示され、又他の例として複数の高さの異なる処理ガス供給ノズルが設けられ、複数の処理ガス供給ノズルから複数のウェーハ全体に均一に処理ガスが導入されることが示されている。
【０００５】
従来の処理ガス供給ノズルは石英製の単管ノズルであり、又ヒータにより加熱される処理室に設けられていることから、前記処理ガス供給ノズルが高温に加熱され、該処理ガス供給ノズルの高さが高くなると、該処理ガス供給ノズルを通過する過程で処理ガスが加熱され、該処理ガス供給ノズル内で処理ガスの反応が促進され、反応生成物が生成され、生成された反応物は前記処理ガス供給ノズルの内面に付着堆積する。
【０００６】
付着堆積して形成される堆積膜は、ウェーハの成膜処理を繰返すことで厚みを増し、炉内の温度変化等によって亀裂が入易くなり、更に膜剥がれが起易くなる。膜剥がれはパーティクル発生の要因であり、発生したパーティクルは処理ガスと共に処理中の処理室内に流入し、ウェーハに付着し基板を汚染する虞れがある。
【０００７】
ウェーハにパーティクルが付着すると、処理品質の低下、或は歩留りの低下を招き、又パーティクルの発生を防止する為には、前記処理ガス供給ノズルの内面から堆積膜を除去する洗浄を定期的、或は処理回数に応じて実施しなければならず、洗浄中は基板処理装置を停止しなければならず、稼働率の低下を招いていた。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−４５５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、処理ガス供給ノズル内での処理ガスの反応を抑制し、該処理ガス供給ノズルに反応生成物が付着することを防止し、パーティクルの発生を抑制し、製品品質の向上、歩留りの向上、更に前記処理ガス供給ノズルの洗浄の保守間隔を延長して歩留りの向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内に配置され、処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給ノズルとを備え、該処理ガス供給ノズルは、断熱構造を有している基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内に配置され、処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給ノズルとを備え、該処理ガス供給ノズルは、断熱構造を有しているので、処理ガスが前記処理ガス供給ノズル内を流通する際に加熱されることが抑制され、該処理ガス供給ノズルでの処理ガスの反応が抑制され、反応生成物が前記処理ガス供給ノズル内面に付着堆積されることが抑制され、付着堆積物の剥離に起因するパーティクルの発生が防止され、基板の処理品質が向上し、又保守の間隔が延長されて基板処理装置の稼働率が向上する等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１３】
図１、図２に於いて、本基板処理装置が具備する処理炉１について説明する。
【００１４】
該処理炉１は気密室であるロードロック室（図示せず）に気密に連設されている。
【００１５】
該ロードロック室等の減圧気密室（図示せず）の上部にステンレス等の材質からなる炉口フランジ２が気密に設けられ、該炉口フランジ２は炉口部を形成する。該炉口フランジ２の内面の所要位置にインナチューブ３が同心に支持され、前記炉口フランジ２の上端に前記インナチューブ３と同心にアウタチューブ４が設けられ、更に該アウタチューブ４の周囲を囲繞する様に処理炉の加熱手段である円筒状のヒータ５が前記アウタチューブ４と同心に設けられている。
【００１６】
前記インナチューブ３は上端、下端が開放された円筒形状であり、耐熱性を有しウェーハを汚染しない材料である石英或は炭化珪素を材料としており、前記ヒータ５からの熱を蓄熱することで、ウェーハへの加熱が均一化する。前記アウタチューブ４は下端が開放され上端が閉塞された有天円筒形状であり、前記インナチューブ３と同様に、石英或は炭化珪素を材料としている。
【００１７】
該インナチューブ３と前記アウタチューブ４により反応管が構成され、前記炉口フランジ２、前記インナチューブ３、前記アウタチューブ４、前記ヒータ５等により、縦型炉が構成され、前記インナチューブ３内部は後述するボート２６を収納する処理室６となっており、前記インナチューブ３と前記アウタチューブ４との間には円筒状のガス排気路７が画成され、該ガス排気路７は上端で前記処理室６と連通している。
【００１８】
前記炉口フランジ２を水平方向から気密に貫通し、前記インナチューブ３の内面に沿い、上方、好ましくは該インナチューブ３の軸心と平行に延出する複数本（図中では４本）の処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１が設けられる。該処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１は石英製であり、上端が開放され供給口となっている。該処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１は長さ（高さ）が段階的に変更され、即ち該処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の供給口が段階的に変更されている。
【００１９】
前記炉口フランジ２にはガス供給管１２，１３，１４，１５が気密に貫通し、該ガス供給管１２，１３，１４，１５はそれぞれ前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１に接続されている。
【００２０】
該処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１は２重管構造になっており、特に垂直部分を有する少なくとも処理ガス供給ノズル９，１０，１１については２重管構造になっている。
【００２１】
図３により、前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の一例について説明する。尚、図３では処理ガス供給ノズル１１を代表的に示している。
【００２２】
該処理ガス供給ノズル１１は断熱構造を有しており、例えばウェーハを汚染しない材質の石英製の内管１６及び外管１７からなる２重管構造であり、前記内管１６と前記外管１７とが成す空間１８は気密な空間となっており、又該空間１８を真空とし、内部には断熱材１９、例えばシリカ粉末（ＳｉＯ2 ）を封入する。特に、シリカ粉末（ＳｉＯ2 ）は、熱伝導率約０．００１〜０．０５Ｗ／ｍ・Ｋであり、非常に効果的に断熱する。又、シリカ粉末（ＳｉＯ2 ）は、有機汚染等の汚染源となることもないので、その点からも有効である。更に、ガラスウール（ＳｉＯ2 ）(熱伝導率約０．０３６〜０．０４５Ｗ／ｍ・Ｋ)等でも同様の効果が得られる。尚、前記空間１８には断熱材を封入せず真空状態のままとしてもよい。真空状態にて封入する時は、６００℃にて処理ガス供給ノズルをベーキングしつつ、空間１８内を排気後、封入すれば、より０Ｐａに近い真空を得られ、好ましくは、このような真空状態とすれば断熱効果は高まるが、少なくとも処理室内に処理ガス供給ノズルを入れ、処理ガス供給ノズルから処理ガスを供給する際の処理室内の温度状態にて、常圧より減圧状態であれば、同等の効果が得られる。
【００２３】
前記炉口フランジ２には前記ガス排気路７の下端部に連通する排気管２１が設けられる。前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１から導入された処理ガスは前記処理室６を上昇し、該インナチューブ３の上端で折返し、前記ガス排気路７を降下し、処理済みガスは前記排気管２１より排気される。
【００２４】
前記炉口フランジ２の下端開口（炉口）はシールキャップ２２によって気密に閉塞される様になっており、該シールキャップ２２はボートエレベータ２３によって昇降可能に支持されている。該ボートエレベータ２３は前記ボート２６を昇降させ前記処理室６内に装入、引出しするボート装入出手段となっている。
【００２５】
前記シールキャップ２２にはボート回転装置２４が設けられ、該ボート回転装置２４によって回転されるボート受台２５に基板保持具であるボート２６が立設される様になっている。該ボート２６はウェーハ２７を水平姿勢で多段に保持するものであり、石英等の該ウェーハ２７を汚染しない材質で構成されている。
【００２６】
前記ガス供給管１２，１３，１４，１５には流量制御器２８，２９，３０，３１が設けられ、前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１は前記流量制御器２８，２９，３０，３１を介してＳｉＨ4 等の処理ガスを供給する処理ガス供給源（図示せず）、或は窒素ガス等の不活性ガスを供給するパージガス供給源（図示せず）に接続されている。
【００２７】
前記処理炉１で処理される前記ウェーハ２７の処理状態は主制御部３３によって制御される。該主制御部３３は、前記処理炉１内の温度を制御する温度制御部３４、処理ガスの流量を制御するガス流量制御部３５、前記アウタチューブ４内の圧力を制御する圧力制御部３６、前記ボート回転装置２４、前記ボートエレベータ２３等の駆動部を制御する駆動制御部３７を備えている。
【００２８】
前記インナチューブ３と前記アウタチューブ４との間には１又は複数の温度検出器３８が設けられ、該温度検出器３８は前記アウタチューブ４内の温度を検出し、前記温度制御部３４には前記温度検出器３８より温度検出信号が入力され、前記温度制御部３４は前記ヒータ５が炉内を均一に加熱する様制御している。
【００２９】
前記流量制御器２８，２９，３０，３１は、前記ガス流量制御部３５により制御され、前記各処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１から供給される処理ガスを所要のガス流量に制御する。前記排気管２１には圧力検出器３９が設けられ、前記排気管２１は排気ライン４１を介して排気装置４２に接続され、前記排気ライン４１には圧力制御弁４３が設けられている。前記圧力検出器３９により排気圧力が検出され、検出された圧力検出信号は前記圧力制御部３６に入力され、該圧力制御部３６は前記圧力制御弁４３を制御して前記処理室６の圧力の制御を行う。
【００３０】
以下、作動について説明する。
【００３１】
前記ボートエレベータ２３により前記ボート２６が降下され、降下状態の該ボート２６に対して前記ウェーハ２７が図示しない基板移載機により移載される。前記ウェーハ２７が所定枚数装填された状態で、前記ボートエレベータ２３が前記シールキャップ２２を上昇させ、前記ボート２６を前記処理室６に装入する。該処理室６は前記シールキャップ２２により気密に閉塞され、前記排気管２１を介して前記排気装置４２により処理圧力迄減圧され、前記ヒータ５により前記処理室６が処理温度に加熱される。又、前記ボート回転装置２４により前記ボート２６が、鉛直軸心を中心に回転され、回転速度が所定の速度を保つ様に前記駆動制御部３７によって制御される。
【００３２】
前記ガス流量制御部３５からの指令により前記流量制御器２８，２９，３０，３１が処理ガス（ＳｉＨ4 ）の流量を制御し、処理ガスは前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１より前記処理室６に供給される。
【００３３】
処理ガスは該処理室６内を上昇する過程で、熱反応により反応生成物が前記ウェーハ２７に堆積し、成膜される。又、前記ボート２６が回転されるので、処理ガスの前記ウェーハ２７に対する偏流が防止され、処理の均一化が図られる。
【００３４】
又、成膜により処理ガスが消費されるが、前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の上端位置（ガス導入位置）が上方に向って段階的に開口しているので、消費分を補う様に処理ガスが順次導入されることとなり、前記処理室６の下部から上部に至る迄、処理ガスは均等な濃度で導入される。従って、前記ウェーハ２７面内の膜厚が均一化される。
【００３５】
又、前記流量制御器２８，２９，３０，３１は処理ガスのガス濃度が一定となる様に、前記各処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１からのガス供給量を制御している。
【００３６】
処理ガスは該処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１を通過し、上昇する過程で、前記ヒータ５で加熱される。この為、前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１、特に垂直部分を有する処理ガス供給ノズル９，１０，１１を通過する過程で、加熱され易い。該処理ガス供給ノズル９，１０，１１は上記した様に断熱構造を有するので、処理ガスの反応が抑制される。従って、反応生成物が前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１内面に付着堆積されることが防止される。
【００３７】
従って、成膜処理を繰返し行った場合も、前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１への反応生成物の付着堆積量を軽減でき、該処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の内面に生成された堆積膜の剥離によるパーティクル発生を抑制でき、品質の高い基板処理を行うことができる。又、前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の洗浄時期の間隔を長くでき、基板処理装置の稼働率の向上が図れる。
【００３８】
成膜処理が終了すると、前記処理室６が不活性ガスにより置換され、該処理室６が常圧、或は前記ロードロック室内と均圧にされ、前記ボートエレベータ２３により前記ボート２６が降下される。
【００３９】
該ボート２６の処理済ウェーハ２７は、図示しない基板移載機により未処理ウェーハと交換される。未処理ウェーハが装填された前記ボート２６は前記ボートエレベータ２３により前記処理室６に装入され、基板処理が繰返し行われる。
【００４０】
尚、処理ガス供給ノズルに、処理ガスを流す前のヒータにより処理室が処理温度に加熱される際から、不活性ガスを供給し続ける様にし、処理時に不活性ガスを処理ガスに切替え、更に、処理終了後再び不活性ガスに切替えることにより、ヒータにより処理室を処理温度に加熱している間、処理ガス供給ノズル内にできるだけガスを流通させていることにより、少なくとも処理温度より低い温度で供給されるガスにより、処理ガス供給ノズル内は低温に保たれることになり、より一層処理ガス供給ノズル内でのパーティクルの発生を抑制できる。
【００４１】
図４、図５は処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の他の例を示している。該処理ガス供給ノズル９，１０，１１では処理ガスの分散供給が更に促進される様に複数のガス供給口４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆを前記処理ガス供給ノズル９，１０，１１の側面に高さ方向に所要間隔で設けたものである。
【００４２】
該処理ガス供給ノズル９，１０，１１に於いても、内管１６、外管１７の２重管構造となっており、前記内管１６と前記外管１７との間には気密な空間１８が形成され、該空間１８には断熱材１９が封入されている。
【００４３】
図４、図５で示される処理ガス供給ノズル９，１０，１１では複数のガス供給口４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから処理ガスが分散されて前記処理室６に供給されるので、ウェーハ間の処理の均一性が向上する。
【００４４】
尚、上記実施の形態では、垂直方向に延びる処理ガス供給ノズル９，１０，１１を断熱構造とした例を示したが、処理室６内等ヒータ５で加熱される部分に位置するノズル、処理ガス供給用の配管等に実施してもよいことは言う迄もない。
【実施例】
【００４５】
前記処理ガス供給ノズル８，９，１０，１１の空間１８に封入する断熱材１９をシリカ粉末（ＳｉＯ2 ）、成膜時の温度を５３０℃、処理ガスにＳｉＨ4 、ＰＨ3 （処理ガス流量１６００（sccm）／２００（sccm））を用い、処理圧力は３００Ｐａの条件でＤ−Ｐｏｌｙでの高速成膜処理し、Ｄｅｐｏ．Ｒａｔｅ５０Å／ｍｉｎとした場合のパーティクルの発生状態を図６に示す。
【００４６】
従来の構造の処理ガス供給ノズルを用いた場合、パーティクルの粒径が０．１８μｍ以上で１７５個発生したのに対し、本発明に係る処理ガス供給ノズルを用いた場合では、１４個に減少しており、断熱構造を有する処理ガス供給ノズルを用いることでパーティクルの発生が抑制できる。
【００４７】
その他の処理としては、Ｓｉ3 Ｎ4 を処理する場合等に適用可能であり、例えば、ウェーハ温度７４０℃、処理ガスはＤＣＳ、ＮＨ3 、ガス流量は３０／１５０（sccm）、処理圧力は３０Ｐａの条件で実施される。
【００４８】
（付記）
尚、本発明は以下の実施の形態を含む
【００４９】
（付記１）基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内に配置され、処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給ノズルとを備え、該処理ガス供給ノズルは、断熱構造を有していることを特徴とする基板処理装置。
【００５０】
（付記２）前記処理ガス供給ノズルは、内管、外管から構成される２重管構造であり、内管と外管との間が真空となっている付記１の基板処理装置。
【００５１】
（付記３）前記処理ガス供給ノズルは、内管、外管から構成される２重管構造であり、内管と外管との間に断熱材が封入されている付記１の基板処理装置。
【００５２】
（付記４）基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内に配置され、処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給ノズルとを備え、該処理ガス供給ノズルは断熱構造を有している基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記処理室を加熱手段により加熱する工程と、前記処理室に前記処理ガス供給ノズルを介して処理ガスを供給する工程と、前記処理室にて前記基板を処理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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略正断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図３】該実施の形態に使用される処理ガス供給ノズルの拡大断面図である。
【図４】該実施の形態に使用される他の処理ガス供給ノズルの拡大断面図である。
【図５】該他の処理ガス供給ノズルの上端部部分拡大図である。
【図６】本発明に於けるパーティクル発生状態と従来例に於けるパーティクル発生状態とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１              処理炉
５              ヒータ
６              処理室
７              ガス排気路
８，９，１０，１１      処理ガス供給ノズル
１６            内管
１７            外管
１８            空間
１９            断熱材
２３            ボートエレベータ
２４            ボート回転装置
２６            ボート
２７            ウェーハ
２８，２９，３０，３１  流量制御器
３３            主制御部
３８            温度検出器
３９            圧力検出器
４１            排気ライン
【図１】
2006186015.tif 000003
【図２】
2006186015.tif 000004
【図３】
2006186015.tif 000005
【図４】
2006186015.tif 000006
【図５】
2006186015.tif 000007
【図６】
2006186015.tif 000008