(57)【要約】【課題】反応炉内の堆積膜に十分にクラックを発生させ、それにより、成膜処理中における堆積膜の剥離や、パーティクルの発生を抑制する。【解決手段】第1の温度に設定された反応炉内に基板を搬入する工程と、反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定する工程と、第２の温度に設定された前記反応炉内で基板に対して成膜処理を行う工程と、成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出する工程と、成膜処理後の基板を搬出後、反応炉内に前記基板がない状態で、反応炉内を強制冷却して反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ反応炉内をガスパージする工程と、反応炉内の温度を第３の温度に所定の時間保持した状態で反応炉内をガスパージする工程とを有する半導体装置の製造方法を提供する。反応炉内の温度を第３の温度に所定の時間保持することにより、反応炉内に付着した堆積膜により効果的に亀裂を発生させ、亀裂により生じた微細パーティクルを効率的に反応炉外に排出する。【選択図】図１
2011066106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の温度に設定された反応炉内に基板を搬入する工程と、
前記反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定する工程と、
前記第２の温度に設定された前記反応炉内で前記基板に対して成膜処理を行う工程と、
前記成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出する工程と、
前記成膜処理後の基板を搬出後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉内を強制冷却して前記反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ前記反応炉内をガスパージする工程と、
前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定の時間保持した状態で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】
ヒータを具備し基板に対して成膜処理を行う反応炉と、
前記反応炉内に成膜処理用ガスおよびパージ用ガスを供給するガス供給系と、
前記反応炉内の雰囲気を排気する排気系と、
前記反応炉内に対して前記基板を搬入／搬出する基板搬送機構と、
前記反応炉内を強制冷却する強制冷却機構と、
前記反応炉内を第１の温度に設定して前記基板を搬入した後、前記反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定し、該第２の温度に設定された前記反応炉内に成膜処理用ガスを供給して前記基板に対して成膜処理を行い、前記成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出した後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉内を強制冷却して前記反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ前記反応炉内にパージ用ガスを供給して前記反応炉内をガスパージし、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定の時間保持した状態で前記反応炉内にパージ用ガスを供給して前記反応炉内をガスパージするように、前記ヒータ、前記ガス供給系、前記排気系、前記基板搬送機構、および、前記強制冷却機構を制御する制御部と、
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、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に関し、半導体装置の製造過程（基板処理過程）で発生する微細パーティクルの低減技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、縦型ＣＶＤ成膜装置等を用いて、熱処理により、シリコン窒化膜（Si3N4）等の成膜を行うことがある。例えば、縦型ＣＶＤ成膜装置の石英製反応管内で、シリコン窒化膜の成膜処理を繰り返し行う場合、反応管の内側にシリコン窒化膜が堆積し、堆積したシリコン窒化膜が剥離すると、パーティクルの原因となる。このパーティクル防止対策の１つにＬＴＰ（Low  Temperature  Purge）と呼ばれる技術がある。
ＬＴＰは、反応管内を高い温度から急速冷却することにより、反応管の内側に堆積したシリコン窒化膜等の堆積膜にクラック（亀裂）を発生させ、また、急速冷却すると同時に、反応管内をＮ２ガスでパージ（反応管内にＮ２ガスを供給しつつ排気）することにより、クラックにより生じたパーティクルを反応管内から除去するものである。基板処理前にＬＴＰを行うことにより、成膜処理中におけるシリコン窒化膜等の堆積膜の剥離や、パーティクルの発生を防止する。特許文献１には、このようなＬＴＰ技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００５−０２９５６６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、特許文献１のＬＴＰ技術では、急速冷却直後に反応管内を高い温度に上げていたため、急速冷却により収縮したシリコン窒化膜が膨張し、シリコン窒化膜にクラックを発生させることが十分でないことが、その後の研究により判明した。
本発明の目的は、ＬＴＰを行う際に、堆積膜に十分にクラックを発生させ、それにより、成膜処理中における堆積膜の剥離や、パーティクルの発生を抑制することのできる半導体装置の製造方法、基板処理方法（熱処理方法）、および、基板処理装置（熱処理装置）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
本発明の一態様によれば、
第1の温度に設定された反応炉内に基板を搬入する工程と、
前記反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定する工程と、
前記第２の温度に設定された前記反応炉内で前記基板に対して成膜処理を行う工程と、
前記成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出する工程と、
前記成膜処理後の基板を搬出後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉内を強制冷却して前記反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ前記反応炉内をガスパージする工程と、
前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定の時間保持した状態で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。
【０００６】
また、本発明の他の態様によれば、
ヒータを具備し基板に対して成膜処理を行う反応炉と、
前記反応炉内に成膜処理用ガスおよびパージ用ガスを供給するガス供給系と、
前記反応炉内の雰囲気を排気する排気系と、
前記反応炉内に対して前記基板を搬入／搬出する基板搬送機構と、
前記反応炉内を強制冷却する強制冷却機構と、
前記反応炉内を第１の温度に設定して前記基板を搬入した後、前記反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定し、該第２の温度に設定された前記反応炉内に成膜処理用ガスを供給して前記基板に対して成膜処理を行い、前記成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出した後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉内を強制冷却して前記反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ前記反応炉内にパージ用ガスを供給して前記反応炉内をガスパージし、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定の時間保持した状態で前記反応炉内にパージ用ガスを供給して前記反応炉内をガスパージするように、前記ヒータ、前記ガス供給系、前記排気系、前記基板搬送機構、および、前記強制冷却機構を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
上記の半導体装置の製造方法、あるいは、基板処理装置によれば、成膜処理後の反応炉内の温度を強制冷却し、反応炉内に基板を搬入するときの温度よりも低い温度に所定の時間保持することにより、反応炉内に付着した堆積膜により効果的に亀裂を発生させ、亀裂により生じた微細パーティクルを反応炉外に排出することができ、その結果、微細パーティクルをより低減でき、メンテナンスサイクルをより延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、反応炉内に基板を搭載したボートをロード（搬入）した状態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、反応炉内から基板を搭載したボートをアンロード（搬出）した状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜処理フローを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る他の成膜処理フローを示す図である。
【図５】従来技術の成膜処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法は、反応炉内より基板としてのウェハを取り出した状態で、急冷機構にて反応炉内を急速急冷することにより、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ガスパージ（反応炉内にガスを供給しつつ排気すること）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。さらに反応炉内を急冷後、反応炉内の温度を急冷後の温度に一定時間保持し、その状態で反応炉内をガスパージすることにより、微細パーティクル除去効果を向上させようとするものである。
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の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は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、反応炉内に基板を搭載したボートをロードした状態を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、反応炉内から基板を搭載したボートをアンロードした状態を示す図である。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。
【００１１】
図１は、基板としてのウェハ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で閉じた状態を示す。図２は、ウェハ１０の処理後に、ウェハ１０を搭載したボート９を反応炉１から移載室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。
【００１２】
反応炉１は、金属製のマニホールドとしての炉口フランジ２、炉口フランジ２に気密に立設された石英アウターチューブ３、石英アウターチューブ３内に同心に立設された石英インナーチューブ４、石英アウターチューブ３の外側に石英アウターチューブ３を囲繞する様に設けられた加熱源（加熱手段）としてのヒータ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。石英アウターチューブ３と石英インナーチューブ４により反応管としてのプロセスチューブが構成される。
【００１３】
石英アウターチューブ３およびヒータ５を覆って、急冷機構としての強制冷却機構４０が設けられている。すなわち、強制冷却機構４０は、反応炉１の一部を覆うように設けられている。強制冷却機構４０は、反応炉１を構成する石英アウターチューブ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（石英アウターチューブ３と断熱カバーとの間の空間）に連通して設けられた冷却媒体供給ライン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冷却媒体排気ライン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。
【００１４】
反応炉１の内部には、反応ガスや不活性ガスを導入するガス供給系としてのガス導入ライン６、７が連通すると共に、排気系としての排気ライン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の石英インナーチューブ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の石英アウターチューブ３下端よりも下方であって石英インナーチューブ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（Auto  Pressure  Controller）バルブ（圧力調整弁）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。
【００１５】
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。
【００１６】
過加圧防止ライン３３は、上流側から順に、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。
【００１７】
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、ウェハ１０の支持具としてのボート９を昇降させ、反応炉１内にボート９をロード（搬入）・アンロード（搬出）する様になっている。被処理基板であるシリコンウェハ等のウェハ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。ボートエレベータ１５は、ウェハ１０を支持したボート９を、反応炉１内にロード・アンロードすることから、ウェハ搬送手段ともいえる。
【００１８】
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が待避位置１４に待避している。図２に示すように、ボート９を反応炉１から移載室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。
【００１９】
制御部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、ボートエレベータ１５によるボート９の昇降等、基板処理装置の各構成部が制御される。制御部２０は、基板処理装置の各構成部の制御を、プログラム及びレシピに基づき行う。
【００２０】
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乃至図３を参照して説明する。なお、以下の説明において、本装置を構成する上記各部の動作は、制御部２０により制御される。
【００２１】
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、図３の例では４００℃（図３の６６）に設定されている。
【００２２】
次に、反応炉１内の温度を６００℃（図３の６１）に設定した後、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内１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（図３の６２）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。
【００２３】
成膜処理完了後、反応炉１内の温度を前記成膜温度に維持した状態で、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１５により、ボート９により支持された成膜後のウェハ１１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）。
【００２４】
なお、図３において、ボート９のアンロード前に炉内温度を７６０℃から７００℃（図３の６３）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）。
【００２５】
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、例えば１０〜２０Ｌ／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（ＡＰＣバルブ）を閉じることとなる。
【００２６】
この大気圧状態での炉内パージと同時に、例えば、ヒータ５への電力供給を停止してヒータ５のパワーをオフとし、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（図３の６５）、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を上回る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等の気体からなる冷却媒体を、断熱カバー４１内に導入する。
【００２７】
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のが好ましい。すなわち、温度降下幅（量）を、少なくとも成膜温度の１／２（５０％）程度以上とするのが好ましい。例えば、成膜温度が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のが好ましい。
【００２８】
なお、図３に示すように、反応炉１内の温度を降下させる（図３の６５）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（図３の６４）、その後、成膜温度やボートロード時のスタンバイ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（図３の６４）、その後成膜温度やボートロード時のスタンバイ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（図３の６５）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。
【００２９】
このように、炉内温度降下（図３の６５）前の温度上昇（図３の６４）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。なお、炉内温度降下前の上昇は、図４の例のように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若干落ちることとなる。この場合は、降温終点温度をより低くしたり、降温レートをより大きくしたりすることで、パーティクル低減効果を落とさないようにすることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
実際に炉内のガ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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、制御部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、本明細書では、低温パージまたはＬＴＰ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｕｒｇｅ）と呼ぶ。
【００３８】
ＬＴＰにおける炉内温度降下前の上昇時（図３の６４）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（図３の６５）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。
【００３９】
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）。このとき、ヒータ５のパワーをオフとしたまま、反応炉１内温度を強制冷却（急速急冷）後の温度である４００℃に一定時間保持する。すなわち、図５の従来例のように、反応炉１内の急冷直後に炉内温度をスタンバイ温度の６００℃まで上げるのではなく、一定時間維持する。図３の例では１０分間維持（図３の６６）している。このようにすると、石英部材および堆積膜の収縮した状態が維持され、その状態で反応炉内をガスパージすることにより、石英部材に生じたクラック内や堆積膜に生じたクラック内から発生する微細パーティクルの除去効果を向上させることができる。図３の例では、反応炉１内温度を強制冷却後の温度に維持する時間を１０分間としているが、例えば１分間以上であっても、図５の従来例よりは、微細パーティクルの除去効果を向上させることができる。
【００４０】
反応炉１内温度を強制冷却後の温度に所定時間維持するとき、前記強制冷却機構は、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間の高温の雰囲気ガスを排気しつつ、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却用の気体を流し、前記反応炉外部に冷却用の気体を直接接触させることで前記反応炉内を強制冷却するようにする。このようにすると、反応炉外部のヒータやアウターチューブに冷却用の気体が接触して流れるので、反応炉内を効率的に冷却することができる。
また、反応炉１内温度を強制冷却後の温度に所定時間維持するとき、前記制御部は、適宜、前記ヒータへの電力供給を停止し（オフとし）、前記強制冷却機構を作動させる（オンとする）よう、あるいは、前記ヒータへの電力供給を停止し（オフとし）、前記強制冷却機構の作動を停止する（オフとする）よう、あるいは、前記ヒータへの電力供給を停止し（オフとし）、前記強制冷却機構の作動を停止する（オフとする）よう、あるいは、前記ヒータへの電力供給を行い（オンとし）、前記強制冷却機構を作動させる（オンとする）よう、あるいは、前記ヒータへの電力供給を行い（オンとし）、前記強制冷却機構の作動を停止する（オフとする）ように、前記ヒータおよび前記強制冷却機構を制御する。このようにすると、必要以上に反応炉内を冷却することを抑制し、反応炉内を冷却する速度、及び反応炉内の温度を正確に制御することができる。
その後、炉内温度を急冷後の温度である４００℃から、スタンバイ温度、例えば６００℃（図３の６１）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。
【００４１】
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。
【００４２】
上記成膜処理に於いては、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）させている。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や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内の大気圧パージにより、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。
さらに、反応炉１内を強制冷却機構４０にて急冷後、反応炉１内の温度を急冷後の温度である４００℃に一定時間保持することで石英部材および堆積膜の収縮した状態を維持し、その状態で反応炉内をガスパージすることにより、石英部材に生じたクラック内や堆積膜に生じたクラック内から発生する微細パーティクルの除去効果を向上させる。
【００４３】
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。
【００４４】
以上述べたように、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。
【００４５】
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、アウターチューブ３やインナーチューブ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。
【００４６】
上述したように、本発明の一態様によれば、
第1の温度に設定された反応炉内に基板を搬入する工程と、
前記反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定する工程と、
前記第２の温度に設定された前記反応炉内で前記基板に対して成膜処理を行う工程と、
前記成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出する工程と、
前記成膜処理後の基板を搬出後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉内を強制冷却して前記反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ前記反応炉内をガスパージする工程と、
前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定の時間保持した状態で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。
【００４７】
好ましくは、前記反応炉内の強制冷却は、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用の気体を流すことで行う。このようにすると、反応炉内を効率的に冷却することができる。
また好ましくは、前記反応炉内の強制冷却は、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間の高温の雰囲気ガスを排気しつつ、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却用の気体を流すことで行う。このようにすると、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間の高温の雰囲気ガスが積極的に排気されるので、反応炉内を効率的に冷却することができる。
また好ましくは、前記反応炉内の強制冷却は、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却用の気体を流し、前記反応炉外部に冷却用の気体を直接接触させることで行う。このようにすると、反応炉外部のヒータやアウターチューブに冷却用の気体が接触して流れるので、反応炉内を効率的に冷却することができる。
【００４８】
本発明の他の態様によれば、
ヒータを具備し基板に対して成膜処理を行う反応炉と、
前記反応炉内に成膜処理用ガスおよびパージ用ガスを供給するガス供給系と、
前記反応炉内の雰囲気を排気する排気系と、
前記反応炉内に対して前記基板を搬入／搬出する基板搬送機構と、
前記反応炉内を強制冷却する強制冷却機構と、
前記反応炉内を第１の温度に設定して前記基板を搬入した後、前記反応炉内を前記第1の温度よりも高い第２の温度に設定し、該第２の温度に設定された前記反応炉内に成膜処理用ガスを供給して前記基板に対して成膜処理を行い、前記成膜処理後の基板を前記反応炉内より搬出した後、前記反応炉内に前記基板がない状態で、前記反応炉内を強制冷却して前記反応炉内の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度まで降下させつつ前記反応炉内にパージ用ガスを供給して前記反応炉内をガスパージし、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定の時間保持した状態で前記反応炉内にパージ用ガスを供給して前記反応炉内をガスパージするように、前記ヒータ、前記ガス供給系、前記排気系、前記基板搬送機構、および、前記強制冷却機構を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【００４９】
好ましくは、前記強制冷却機構は、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用の気体を流すことで前記反応炉内を強制冷却するように構成される。このようにすると、反応炉内を効率的に冷却することができる。
また好ましくは、前記強制冷却機構は、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間の高温の雰囲気ガスを排気しつつ、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却用の気体を流すことで前記反応炉内を強制冷却するように構成される。このようにすると、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間の高温の雰囲気ガスが積極的に排気されるので、反応炉内を効率的に冷却することができる。
また好ましくは、前記強制冷却機構は、前記断熱カバーと前記反応炉との間の空間に冷却用の気体を流し、前記反応炉外部に冷却用の気体を直接接触させることで前記反応炉内を強制冷却するように構成される。このようにすると、反応炉外部のヒータやアウターチューブに冷却用の気体が接触して流れるので、反応炉内を効率的に冷却することができる。
また好ましくは、前記制御部は、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定時間保持する際、前記ヒータへの電力供給を停止し（オフとし）、前記強制冷却機構を作動させる（オンとする）ように前記ヒータおよび前記強制冷却機構を制御する。このようにすると、ヒータがオフ、強制冷却機構がオンするので、反応炉内を効果的に冷却することができる。
【００５０】
また好ましくは、前記制御部は、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定時間保持する際、前記ヒータへの電力供給を停止し（オフとし）、前記強制冷却機構の作動を停止する（オフとする）ように前記ヒータおよび前記強制冷却機構を制御する。このようにすると、必要以上に反応炉内を冷却することを抑制することができる。
また好ましくは、前記制御部は、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定時間保持する際、前記ヒータへの電力供給を行い（オンとし）、前記強制冷却機構を作動させる（オンとする）ように前記ヒータおよび前記強制冷却機構を制御する。このようにすると、反応炉内を冷却する速度、及び反応炉内の温度を正確に制御することができる。
また好ましくは、前記制御部は、前記反応炉内の温度を前記第３の温度に所定時間保持する際、前記ヒータへの電力供給を行い（オンとし）、前記強制冷却機構の作動を停止する（オフとする）ように前記ヒータおよび前記強制冷却機構を制御する。このようにすると、反応炉内を冷却する速度、及び反応炉内の温度を正確に制御することができる。
【００５１】
なお、本発明は、前記実施例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。
前記実施例においては、バッチ式縦型熱処理装置について説明したが、本発明は、枚葉装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…反応炉、２…炉口フランジ、３…アウターチューブ、４…インナーチューブ、５…ヒータ、６…ガス導入ライン、７…ガス導入ライン、８…排気装置、９…ボート、１０…ウエハ、１１…移載室、１２…炉口シールキャップ、１３…炉口ゲートバルブ、１４…待避位置、１５…ボートエレベータ、２０…制御部、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…冷却機構、４１…カバー、４２…冷却媒体供給ライン、４３…冷却媒体排気ライン、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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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