(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却水の消費量を削減する。【解決手段】ウエハ２００を加熱して処理する処理炉２０２において、冷却水供給ポンプ２、入口コック３、圧力計４、マニホールド２０９の冷却水ライン５Ａ、シールキャップ２１９の冷却水ライン５Ｂ、シャッタ１０２の冷却水ライン５Ｃ、ジャケット２０７の冷却水ライン５Ｄ、各冷却水ライン５Ａ〜５Ｄに接続された流量調整弁６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、出口コック７、タンク８および流量制御部９を備えている冷却水供給装置１を設ける。冷却必要箇所としてのマニホールド２０９、シールキャップ２１９、シャッタ１０２およびジャケット２０７には各熱電対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを設置する。流量制御部９は各熱電対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの測定温度を一定に保つように冷却水の流量を各流量調整弁６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄによって制御する。【選択図】図２
2011171657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加熱して処理する処理炉と、
前記処理炉の冷却必要箇所に冷却水を流す冷却水ラインと、
前記冷却水ラインに設けられ冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
前記冷却必要箇所の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する流量制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理炉内に搬入するステップと、
前記処理炉内で基板を加熱して処理するステップと、
処理済基板を前記処理炉内から搬出するステップと、を有し、
前記各ステップでは、前記処理炉の冷却必要箇所の温度を温度センサで測定しつつ前記冷却必要箇所に冷却水ラインより冷却水を流し、その際、前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記冷却水ラインに設けられた流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという）に酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニールおよび熱ＣＶＤ反応による成膜処理等に利用して有効なものに係わる。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法においては、ウエハに成膜する成膜工程に縦型熱ＣＶＤ装置が使用されることがある。
一般に、縦型熱ＣＶＤ装置は、複数枚のウエハを収容して一括処理するための処理室を形成したプロセスチューブと、プロセスチューブの外側に設置されて処理室内を加熱するヒータと、処理室内に処理ガスを供給する供給管と、複数枚のウエハを保持して処理室内に搬入するボートとを備えており、複数枚のウエハをボートに保持して処理室に搬入した状態で、処理室内をヒータによって加熱するとともに、処理室内に処理ガスを供給管によって供給することにより、複数枚のウエハを一括して処理するように構成されている。
従来の縦型熱ＣＶＤ装置においては、ヒータ周りの部材（例えば、シール部材）を保護したり装置外への過剰な熱伝達を防ぐために、冷却が必要な箇所に冷却水を流している。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、その冷却水の流量は、ヒータを最高温度で使用しても装置へのダメージが無く、かつ、装置外への過剰な熱伝達を防ぐだけのマージンをもった一定流量に設定されているので、多種多様なプロセス条件が存在する成膜工程においては、実際に運用するヒータ温度が低く、一定に設定された冷却水流量設定値よりももっと低流量で使用しても問題ない場合が存在している。これは冷却水が必要以上に消費されていることとなり、用力費コストの増加につながる。 
【０００５】
本発明の目的は、冷却水の消費量を削減することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、次の基板処理装置が提供される。
基板を加熱して処理する処理炉と、
前記処理炉の冷却必要箇所に冷却水を流す冷却水ラインと、
前記冷却水ラインに設けられ冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
前記冷却必要箇所の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する流量制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
本発明の他の態様によれば、次の半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理炉内に搬入するステップと、
前記処理炉内で基板を加熱して処理するステップと、
処理済基板を前記処理炉内から搬出するステップと、を有し、
前記各ステップでは、前記処理炉の冷却必要箇所の温度を温度センサで測定しつつ前記冷却必要箇所に冷却水ラインより冷却水を流し、その際、前記温度センサにより測定された温度情報に基づき前記冷却水ラインに設けられた流量調整弁を制御して前記冷却水の流量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
前記手段によれば、冷却水の消費量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である基板処理装置を示す正面断面図である。
【図２】冷却水供給装置を示す回路図である。
【図３】その冷却水流量制御系を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１０】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱機構としてのヒータ２０６を有する。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。
【００１１】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ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、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。アウターチューブ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り、内径がインナーチューブ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おり、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。
【００１２】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド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、上端およ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、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、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とアウターチューブ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。
【００１３】
後述するシールキャップ２１９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接続されており、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１４】
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、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１５】
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第１の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が設けられる。
シールキャップ２１９には処理室２０１と反対側に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、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる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おり、これにより、ボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４およ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おり、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
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第２の炉口蓋体としてのシャッタ１０２が設けられている。シャッタ１０２はボート２１７を処理室２０１内から搬出した状態で、マニホールド２０９下端開口をシールするものであり、材質はシールキャップ２１９と同じであり、円盤形状に形成されている。シャッタ１０２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１０３が設けられる。
【００１６】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、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。
なお、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構成されている。
【００１７】
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には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整することにより、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１８】
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、操作部、入出力部をも構成し、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。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、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００１９】
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。
以下の説明において、基板処理装置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。
【００２０】
図１に示されているように、マニホールド２０９の下端開口がシャッタ１０２によりシールされた状態で、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ１０２が開かれ、マニホールド２０９の下端開口が開放され、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて、処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００２１】
次いで、処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器２４２が、フィードバック制御される。
また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００２２】
次いで、処理ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。
ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００２３】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００２４】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状態で、マニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、マニホールド２０９の下端がシャッタ１０２によりシールされ、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００２５】
以上の処理炉２０２においては、ヒータ２０６周りの部材を保護したり処理炉２０２外への過剰な熱伝達を防ぐために、冷却が必要な箇所に冷却水を図２に示された冷却水供給装置１によって流している。
【００２６】
冷却が必要な箇所を図１および図２について説明する。
成膜工程においては、処理室２０１内に有毒ガスや可燃性ガスを流してウエハ２００を処理する場合もある。それらのガスが処理室２０１から移載室１０１（図１参照）内へと流入するのを防止する必要がある。また、処理室２０１内を減圧する場合もある。これらのために、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間にはＯリング２２０ａが設けられており、シールキャップ２１９上面とマニホールド２０９下面との間にはＯリング２２０ｂが設けられている。そして、これらのＯリング２２０ａ、２２０ｂがヒータ２０６からの熱伝導によって溶解したり劣化したりするのを防止するために、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９内には冷却水が流されている。
同様に、図１に示されているように、ボート２１７を処理室２０１内から搬出した状態で、マニホールド２０９下端開口を閉塞するシャッタ１０２にもＯリング１０３が設けられているので、冷却水が流されている。
また、処理炉２０２外部へ熱が逃げるのを防ぐために、ヒータ２０６にはヒータ冷却ジャケット（以下、ジャケットという）２０７が巻かれており、ジャケット２０７にも冷却水が流されている。 
【００２７】
図２に示されているように、本実施形態に係る冷却水供給装置１は、冷却水供給ポンプ２、入口コック３、圧力計４、マニホールド２０９の冷却水ライン５Ａ、シールキャップ２１９の冷却水ライン５Ｂ、シャッタ１０２の冷却水ライン５Ｃ、ジャケット２０７の冷却水ライン５Ｄ、各冷却水ライン５Ａ〜５Ｄにそれぞれ接続された流量調整弁６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、出口コック７、タンク８および流量制御部９を備えている。
冷却必要箇所としてのマニホールド２０９、シールキャップ２１９、シャッタ１０２およびジャケット２０７には温度センサとしての各熱電対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄがそれぞれ設置されている。流量制御部９は各熱電対１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの測定温度を一定に保つように、冷却水の流量を各流量調整弁６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄによってコントロールすることで、冷却水の消費量を削減する。
【００２８】
以下、冷却水供給装置１の作用をシールキャップ２１９の冷却水流量制御を例にして、図２および図３について説明する。
シールキャップ２１９の冷却水はＯリング２２０ｂの保護目的で流れており、Ｏリング２２０ｂの耐熱温度が１８０℃である場合には、熱電対１０Ｂの温度が例えば１６０℃となるように流量制御部９に目標温度を設定する。 
図３に示されているように、流量制御部９ではＯリング２２０ｂ直近部の熱電対１０Ｂの値を取込み、目標温度の偏差に対してＰＩＤ演算して流量調整弁６Ｂに出力する。
【００２９】
次に、実際のウエハ２００の処理シーケンスと冷却水流量の関係について説明する。 
ウエハ２００の処理前には、シールキャップ２１９は移載室１０１内にあるので、ヒータ２０６からの熱伝導が無く、Ｏリング２２０ｂ直近にある熱電対１０Ｂの値は室温に近い値となる。したがって、このとき、流量制御部９は流量制御弁６Ｂを閉じに行く出力をすることになる。
実運用する際は、流量調整弁６Ｂを全閉にしてしまうと、冷却水ライン５Ｂ内の流れが無くなり、熱が加わったときに熱電対１０Ｂの温度が急激に上昇するおそれがあるため、必要最小限の流量は流しておいたほうが良い。 
また、流量調整弁６Ｂを全閉にすると、マイクロバブルが流量調整弁６Ｂ近傍で発生し、流量調整弁６Ｂを次に開く際に水が流れにくくなる現象がある。それを回避するためにも、流量調整弁６Ｂの開度を必要最小限に保持しておくことが好ましい。 
【００３０】
シールキャップ２１９上のボート２１７にウエハ２００が移載された後、シールキャップ２１９がウエハ２００を成膜するポジションまで上昇すると、Ｏリング２２０ｂ付近の温度はヒータ２０６からの熱伝導により上昇を始める。流量制御部９はＯリング２２０ｂ直近の熱電対１０Ｂの値と目標値（例えば１６０℃）とが同じ値になるように、流量調整弁６Ｂに対して出力を調整（流量調整弁６Ｂを開きに行く) することとなる。 
成膜終了後に、ヒータ２０６およびウエハ２００の温度が下がってからシールキャップ２１９を下降させ、ボート２１７からのウエハ２００の払出し（ディスチャージ）が行われる。しかし、ヒータ２０６からの熱伝導がなくなってもシールキャップ２１９自体がある程度の熱容量を持っているため、熱電対１０Ｂの値は徐々に低下することとなる。
そこで、流量制御部９も熱電対１０Ｂの温度低下に従い流量調整弁６Ｂへの指令を、開→閉の方向に変化させて行く。 
【００３１】
以上のように、本実施形態においては、冷却必要箇所に熱が掛かった際には、冷却水流量を自動的に大流量として流し、冷却箇所の温度が低くなった場合には、冷却水流量を自動的に小流量として流すことにより、冷却水の消費量を削減する。
【００３２】
その他の冷却必要箇所について説明する。
シャッタ１０２はシールキャップ２１９が下降しきった状態において、マニホールド２０９の下端開口を覆うためのものであるために、シールキャップ２１９が上昇下降中もしくはシールキャップ２１９が成膜ポジションにある時は、シャッタ１０２にはヒータ２０６からの熱伝導が無い。 
したがって、シャッタ１０２の冷却水ライン５Ｃの冷却水流量は、シャッタ１０２がマニホールド２０９の下端開口を覆う時には冷却水流量を大流量とし、それ以外の時には冷却水の流量を小流量とすることにより、冷却水の消費量を削減することができる。
【００３３】
また、基板処理装置のスタンバイ時（基板処理装置の準備状態ないしは待機状態、つまり、成膜処理を行っていない時）のヒータ２０６の温度は、成膜中のヒータ２０６の温度と比べて低いので、マニホールド２０９やジャケット２０７の温度も低くなり、マニホールド２０９の冷却水ライン５Ａおよびジャケット２０７の冷却水ライン５Ｄに関しても、スタンバイ時の冷却水の流量を低減することができる。
【００３４】
以上の実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３５】
（１）処理炉に使用する冷却水の消費量を削減することができる。処理炉の構成や処理レシピに依存する部分はあるが、試算上では従来の処理炉で使用している冷却水の消費量の２５％程度の削減が見込まれる。 
【００３６】
（２）処理温度の変更がなされた際に、従来の処理炉であると、冷却水の流量設定値を変更する際に、冷却箇所の温度測定等が必要となり、作業工数が発生していたが、本実施形態においては、冷却箇所の温度に応じて冷却水の流量を自動的にコントロールするため、余計な作業工数が発生しない。
【００３７】
なお、本発明は前記実施の形態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に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３８】
例えば、冷却必要箇所に設けた熱電対等の温度センサが正確に温度測定することができない状態になる場合も考えられるため、流量調整弁内にも熱電対等の温度センサを設けて、冷却水の温度を測定することができるように構成することが好ましい。
【００３９】
また、冷却水の温度が６０℃以上となるような場合は、水質にも依存するが、冷却水ライン内に異物が析出して配管内に詰まりが発生することがあるため、そういった観点からも冷却水温度を測定することが好ましい。
【００４０】
冷却水の温度が異常に上昇している際は、流量調整弁の開度を強制的に開くようなフェイルセーフシステムに構成しておくことが好ましい。
【００４１】
前記実施形態においては、アウターチューブとインナーチューブとからなるプロセスチューブを備えた縦型熱ＣＶＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、アウターチューブだけのプロセスチューブを備えた他のＣＶＤ装置や、拡散装置や酸化装置等の基板処理装置およびこれらを使用した半導体装置の製造方法全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…冷却水供給装置
２…冷却水供給ポンプ
３…入口コック
４…圧力計
５Ａ…マニホールド２０９の冷却水ライン
５Ｂ…シールキャップ２１９の冷却水ライン
５Ｃ…シャッタ１０２の冷却水ライン
５Ｄ…ジャケット２０７の冷却水ライン
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…流量調整弁
７…出口コック
８…タンク
９…流量制御部
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…熱電対（温度センサ）
【図１】
2011171657.tif 000003
【図２】
2011171657.tif 000004
【図３】
2011171657.tif 000005