(57)【要約】  課題  炉口部周辺の副生成物の付着を抑制する。  解決手段    基板を処理する基板処理領域を内部に有する反応管と、反応管の下部に配置される炉口部と、を有し、反応管は、反応管の下方の外周側に突出する突出部と、反応管の下端から下方に延伸し、基板処理領域に対応する位置における反応管の厚さよりも厚く形成され、炉口部の内周面を覆う延伸部と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する基板処理領域を内部に有する反応管と、
前記反応管の下部に配置される炉口部と、を有し、
前記反応管は、
前記反応管の下方の外周側に突出する突出部と、
前記反応管の下端から下方に延伸し、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の厚さよりも厚く形成され、前記炉口部の内周面を覆う延伸部と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記延伸部の内面は、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の内面よりも内側に突き出ている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記延伸部の外面に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を有する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記延伸部の外面と前記突出部との接合部は湾曲形状である請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記不活性ガス供給部は、前記接合部に向けて不活性ガスを供給する請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記延伸部の下端部は湾曲形状であって、前記接合部よりも小さい曲率で湾曲する請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記不活性ガス供給部を互いに対向する位置に２つ設け、２つの不活性ガス供給部から供給される不活性ガスの流量をそれぞれ同一にする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項８】
不活性ガス供給源から２つの前記不活性ガス供給部までの配管長さはそれぞれ同一である請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記炉口部の内周面と前記延伸部の外面との水平方向の隙間は、前記延伸部の厚さよりも小さい請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の外面よりも前記延伸部の外面が内側に配置される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記延伸部に向けてクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部を有する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
炉口部の上部に配置され、基板を処理する基板処理領域を内部に有する反応管であって、
前記反応管の下方の外周側に突出する突出部と、前記反応管の下端から下方に延伸し、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の厚さよりも厚く形成され、前記炉口部の内周面を覆う延伸部と、
を有する反応管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および反応管に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の一例として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて基板上に所定の薄膜を堆積する成膜工程がある。【０００３】
成膜工程を行う際、例えば、縦型基板処理装置が用いられる。縦型基板処理装置は、例えば、インナチューブとアウタチューブとから構成されるプロセスチューブを有し、インナチューブの筒中空部にボートによって保持された複数枚のウエハが搬入され、インナチューブの下端とアウタチューブの下端との間は、円形リング形状に形成された金属製の炉口フランジによって気密封止される構成を有する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８２０８５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
反応管の下端に炉口部を設け、この炉口部にガス導入管を固定するようにする場合、反応管の下部の炉口部内の壁面等の低温部に副生成物が付着してしまうことがある。この付着した副生成物は、パーティクル等の原因になる。【０００６】
本発明の目的は、炉口部周辺の副生成物の付着を抑制することができる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する基板処理領域を内部に有する反応管と、
前記反応管の下部に配置される炉口部と、を有し、
前記反応管は、
前記反応管の下方の外周側に突出する突出部と、
前記反応管の下端から下方に延伸し、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の厚さよりも厚く形成され、前記炉口部の内周面を覆う延伸部と、
を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、炉口部周辺の副生成物の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態で好適に用いられる反応管の下端を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態で好適に用いられる反応管の下端であって、炉口部周辺を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態で好適に用いられる反応管の下端であって、炉口部周辺を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示されるように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１２】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ2）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、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。反応管２０３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、基板保持具としてのボート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。
【００１３】
反応管２０３の下方には、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には、圧力検出器としての圧力センサ２４５及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４３の開度を調整することで、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。なお、ＡＰＣバルブ２４３は弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室２０１内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
【００１４】
また、反応管２０３の下方には、第１ガス導入部としての第１ノズル２３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル２３３ｂと、第３ガス導入部としての第３ノズル２３３ｃが、反応管２０３を貫通するように接続されている。第１ノズル２３３ａと第２ノズル２３３ｂと第３ノズル２３３ｃは、それぞれ水平部と垂直部とを有するＬ字形状であり、水平部が反応管２０３の側壁に接続され、垂直部が反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁に沿って、ウエハ２００の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル２３３ａ、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃの垂直部の側面には、処理ガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔２４８ａ、第２ガス供給孔２４８ｂ、第３ガス供給孔２４８ｃがそれぞれ設けられている。
【００１５】
本実施形態では、第１ノズル２３３ａには、第１の処理ガスを供給するガス供給部２３２ａが接続され、第２ノズル２３３ｂには、第２の処理ガスを供給するガス供給部２３２ｂが接続される。第３ノズル２３３ｃには、第３の処理ガスを供給するガス供給部２３２ｃが接続される。
【００１６】
反応管２０３の下部には、反応管２０３と同心円状に形成された炉口部（インレットまたはマニホールドという場合もある）２０９が配設されている。炉口部２０９は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ材）、ニッケル（Ｎｉ）合金等の金属からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。この炉口部２０９には、不活性ガス供給部等が固定される。また、炉口部２０９は、反応管２０３を支持するように設けられている。なお、炉口部２０９と反応管２０３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。反応管２０３と炉口部２０９とにより反応容器が形成される。
【００１７】
炉口部２０９の下方（下端）には、炉口部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、炉口部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、炉口部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の処理室２０１と反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通して、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。ボート２１７及びシールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ２１５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内に対し搬入搬出することが可能となっている。
【００１８】
ボート２１７は、例えば石英（ＳｉＯ2）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等からなる。
【００１９】
なお、ボート２１７の下部には、例えば石英（ＳｉＯ2）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱材料からなる断熱部材２１８が設けられており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるように構成されている。
【００２０】
図２及び図３に示すように、炉口部２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ材）、ニッケル（Ｎｉ）合金等の金属からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。炉口部２０９は、上面２０９ａと内周面２０９ｂと下面２０９ｃを有し、内周面２０９ｂには、不活性ガスを供給する不活性ガス供給口３２１が形成され、この不活性ガス供給口３２１に不活性ガス供給部２３２ｄ，２３２ｅが装着される。
【００２１】
不活性ガス供給部２３２ｅは、不活性ガス供給部２３２ｄに対向する位置に設けられている。これにより、炉口部２０９と反応管２０３との間に不活性ガスを均等に供給できる。
【００２２】
不活性ガス供給部２３２ｄ，２３２ｅからＮ2（窒素）ガス等の不活性ガスが供給される。
【００２３】
反応管２０３の下方（下端）には、外周側全周に突出した突出部２０３Ａと、この突出部２０３Ａよりも下方に延伸した延伸部２０３Ｂが形成されている。
【００２４】
具体的には、反応管２０３の下方（下端）の外周（外壁）側は、ボート２１７が処理室２０１内で位置する領域、言い換えれば、ウエハ２００が収容され処理される領域（以下、基板処理領域と記す。）の外周面よりも外側に突出して形成される。反応管２０３の下方の外周側は、面２０３ａ〜２０３ｇで形成される。第１の面２０３ａは、反応管２０３の基板処理領域の外周面から傾斜するように形成された傾斜面である。第２の面２０３ｂは、第１の面２０３ａから鉛直方向に連続して設けられる。第３の面２０３ｃは、傾斜面であって、第２の面２０３ｂに連続して設けられる。第４の面２０３ｄは、第３の面２０３ｃに連続して設けられ、反応管２０３の外周面に対して直交する方向に突出するように設けられる。第５の面２０３ｅは、第４の面２０３ｄから鉛直方向に連続して設けられる。第６の面２０３ｆは、第５の面２０３ｅから処理室２０１側へ連続して設けられ、反応管２０３の外周面に対して直交する方向に設けられる。第７の面２０３ｇは、第６の面２０３ｆから鉛直方向に連続して設けられ、第６の面２０３ｆとの接続面が湾曲状（Ｒ形状）に形成される。
【００２５】
第４の面２０３ｄと、第５の面２０３ｅと、第６の面２０３ｆと、からフランジとしての突出部２０３Ａが形成される。第１の面２０３ａ〜第３の面２０３ｃを突出部２０３Ａに含めて考えても良い。突出部２０３Ａは、炉口部２０９の上面２０９ａにＯリング２２０ａを介して設置される。
【００２６】
反応管２０３の下方（下端）の内周（内壁）側である内面は、基板処理領域の内周面である内面よりも内側（処理室２０１側）に突出して形成される。反応管２０３の下方の内周側は、面２０３ｈ、２０３ｉで形成される。第８の面２０３ｈは、反応管２０３の基板処理領域の内周面から傾斜するように形成された傾斜面である。第９の面２０３ｉは、第８の面２０３ｈから鉛直方向に連続して設けられる。このように内壁側に傾斜面２０３ｈを設けることにより、処理室２０１内のガスの流れをよくすることができ、突出した部分でガスが滞留し、成膜に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。また、内周側に突出させることで、反応管２０３の下端部の厚さを反応管２０３の上方（基板処理領域に対応する位置）の厚さよりも厚くすることができるため、処理室２０１側から炉口部２０９への物理的な距離を伸ばすことができ、炉口部２０９へのガスの侵入を防ぐことができる。また、反応管２０３の内周側に突出させることで、内周側に突出させる分だけ外周側に突出させる場合に比べて、反応管２０３が径方向に大きくなることを抑制できるため、反応管２０３を設置するための領域（フットプリント）を小さくすることができる。
【００２７】
第７の面２０３ｇと第９の面２０３ｉは第１０の面２０３ｊにより略水平に接続され、面２０３ａ〜２０３ｊにより反応管２０３の下端部が形成される。
【００２８】
第７の面２０３ｇと、第９の面２０３ｉと、第１０の面２０３ｊと、から延伸部２０３Ｂが形成され、この延伸部２０３Ｂは、炉口部２０９の内周面２０９ｂ（内壁面）を覆うように構成される。
【００２９】
炉口部２０９の内周面２０９ｂと延伸部２０３Ｂの外面（第７の面２０３ｇ）との間には第１の間隙３２２が形成される。反応管２０３の下端部（第１０の面２０３ｊ）と、シールキャップ２１９との間には第２の間隙３２４が形成される。
【００３０】
不活性ガス供給部２３２ｄ、２３２ｅから供給された不活性ガスは、不活性ガス供給口３２１を介して延伸部２０３Ｂに向けて供給され、第１の間隙３２２、第２の間隙３２４を流れて、処理室２０１内に供給され、炉口部２０９の内周面が不活性ガスでパージされる。不活性ガスは、処理室２０１内の圧力よりも高い圧力で第１の間隙３２２内に供給され、第１の間隙３２２内及び第２の間隙３２４内の圧力は処理室２０１内の圧力よりも高くなる。これにより、第２の間隙３２４から処理室２０１内への不活性ガスの流れが形成されるため、処理室２０１側から第２の間隙３２４及び第１の間隙３２２内へのガスの逆拡散を抑制することができる。従って、炉口部２０９の内周面と処理ガスとの接触を抑制でき、処理ガスに腐食性のガスが使用されたとしても、炉口部が腐食することを抑制し、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、不活性ガス供給部２３２ｄから供給される不活性ガスの流量と、不活性ガス供給部２３２ｅから供給される不活性ガスの流量とを同一にする。また、不図示の不活性ガス供給源から不活性ガス供給部２３２ｄ，２３２ｅまでの配管の長さを略同一にする。これにより、反応管２０３の下端部全周にわたって均一なガスの流れを形成することができ、第１の間隙３２２内の圧力を全周にわたって略均一にすることができるため、第２の間隙３２４から処理室２０１内への不活性ガスの流速を全周にわたって略均一にすることができる。これにより、反応管２０３の下端部全周から略均一な流速で処理室２０１内へ不活性ガスを供給することができ、処理室２０１内の処理ガス濃度を不均一にすることがないため、基板の成膜の均一性を悪化させることを抑制できる。
【００３２】
第１の間隙３２２の水平方向の幅であって、炉口部２０９の内周面２０９ｂと延伸部２０３Ｂとの間の隙間Ｃの幅は、延伸部２０３Ｂの肉厚Ｔ1よりも小さい（狭い）。これにより、第１の間隙３２２内に供給する不活性ガスの流量が少なくても第１の間隙３２２内及び第２の間隙３２４内の圧力を処理室２０１内の圧力よりも高くすることができ、第２の間隙３２４から処理室２０１内への不活性ガスの流れを形成することができるため、処理室２０１側からのガスの逆拡散を抑制することができる。
【００３３】
反応管２０３の下端であって、延伸部２０３Ｂの肉厚Ｔ1は、反応管２０３の基板処理領域に対応する位置の厚さである肉厚Ｔ2よりも大きい。このようにすることにより、処理室２０１側からの炉口部２０９までの処理ガスの到達距離を長くすることができ、処理室２０１側からの処理ガスの逆拡散をより効率的に抑制することができ、炉口部２０９への副生成物の付着を抑制することができる。また、この延伸部２０３Ｂの肉厚Ｔ1によって、延伸部２０３Ｂの内壁部分（内周面）で断熱されるため、炉口部２０９側へ熱が逃げることがなく、延伸部２０３Ｂの内壁部分（内周面）が保温される。これにより、延伸部２０３Ｂの内壁（内周面側）部分が冷えにくくなるため、延伸部２０３Ｂの内壁部分への副生成物の付着も抑制することができる。また、メンテナンス等に際し、反応管２０３を床に載置する場合でも、延伸部２０３Ｂの肉厚Ｔ1によって反応管２０３を自立させることができるため、メンテナンス性を向上させることができる。さらに、反応管２０３の下方(炉口部周辺)を基板処理領域よりも肉厚にすることにより、熱応力や膜応力による反応管２０３表面の亀裂の発生を抑制することができ、反応管２０３の下方において破損を防いで、反応管２０３の強度を高くすることができる。
【００３４】
また、突出部２０３Ａの上部であり、反応管２０３の外周面である第２の面２０３ｂよりも、延伸部２０３Ｂの外周面である第７の面２０３ｇの方が内側（処理室２０１側）に配置される。これにより、延伸部２０３Ｂの肉厚Ｔ1を形成しても、突出部２０３Ａを径方向外側にずらす必要がないため、炉口部２０９が反応管２０３の径方向の外周方向にずれることを抑制でき、設置のための領域（フットプリント）を小さくすることができる。また、従来装置の炉口部２０９を改造することなく反応管２０３を設置できるため、コストを削減することができる。
【００３５】
また、好適には、延伸部２０３Ｂの外周面と突出部２０３Ａとの接合部（角部）、すなわち、第７の面２０３ｇと第６の面２０３ｆとの接合部を上方外側に向けて湾曲（Ｒ）形状とすると良い。これにより、角部に熱応力が集中して反応管が破損することを防いで強度を高くすることができる。また、延伸部２０３Ｂに向けて不活性ガス等を供給する際に、角部において不活性ガスが滞留することを抑制し、反応管２０３の下端部全周において均一なガスの流れを形成することができる。
【００３６】
また、好適には、延伸部２０３Ｂの端部（第７の面２０３ｇと第１０の面２０３ｊの接合部及び第９の面２０３ｉと第１０の面２０３ｊの接合部）が湾曲（Ｒ）形状とすると良い。
【００３７】
また、好適には、延伸部２０３Ｂと突出部２０３Ａとの接合部よりも延伸部２０３Ｂの下端の両端部（第７の面２０３ｇと第１０の面２０３ｊの接合部及び第９の面２０３ｉと第１０の面２０３ｊの接合部）の方が小さい湾曲（Ｒ）形状（曲率が大きい形状）とすると良い。これにより、延伸部２０３Ｂの外周面（第７の面２０３ｇ）に沿った下方向への不活性ガスの流れを第２の間隙３２４へ導入しやすくなるため、不活性ガスを第１の間隙３２２に滞留させることがなく、第１の間隙３２２から第２の間隙３２４への滞りのない流れを形成することができる。また、第１の間隙３２２よりも第２の間隙３２４の方が狭くなっているため、第２の間隙３２４を通過する不活性ガスの流速を確保することができる。また、第９の面２０３ｉと第１０の面２０３ｊの接合部が湾曲（Ｒ）形状であることにより、第２の間隙３２４の速い流速の不活性ガスを処理室２０１内の上方へ向けて排出することができ、処理室２０１側から第１の間隙３２２側へのガスの逆拡散を抑制できる。なお、ここでは、便宜上、延伸部２０３Ｂの端部を湾曲（Ｒ）形状としたが、当該延伸部２０３Ｂの端部の湾曲（Ｒ）形状には、図３に示すように、４５度の角度で直線状にＣ面取りにしているものも含む。また、湾曲（Ｒ）形状に限らず、切欠き形状としても同様の作用を得ることができるが、角部があるとガスの澱みや滞留しやすくなる等の問題が起こりがちなので、好適には、角部をなくすように構成すると良い。
【００３８】
また、不活性ガス供給部２３２ｄ，２３２ｅは、延伸部２０３Ｂの外周面と突出部２０３Ａとの接合部の湾曲（Ｒ）形状部分に向けて不活性ガスを供給するのが好ましい。湾曲（Ｒ）形状の接合部に向けて不活性ガスを供給することにより、第１の間隙３２２内で周方向への不活性ガスの流れを滑らかに形成することができ、反応管２０３の下端部全周において均一なガスの流れを形成することができる。
【００３９】
図５に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
【００４０】
記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２８０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００４１】
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述したガス供給部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅを流れるガスの流量をそれぞれ制御する流量制御装置としての不図示のＭＦＣ（マスフローコントローラ）及び開閉バルブ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、不図示の温度センサ、回転機構２６７、ボートエレベータ２１５等に接続されている。
【００４２】
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＡＰＣバルブ２４３、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ２１５等の動作を制御する。
【００４３】
コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３を用意し、この外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態のコントローラ２８０を構成することができる。但し、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。記憶装置２８０ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００４４】
続いて、本発明の一実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、第１の処理ガスとしてシリコン含有ガスであるジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2，略称ＤＣＳ）ガスを、第２の処理ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ3（アンモニア）ガスを、第３の処理ガスとして不活性ガスであるＮ2（窒化）ガスを用いて複数枚のウエハ２００上にＳｉ3Ｎ4膜（以下、ＳｉＮ膜と記す）を形成する構成について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ２８０によって制御される。
【００４５】
ここで、反応管２０３の下端部に供給される不活性ガス供給部２３２ｄ，２３２ｅからは、少なくともウエハ２００が処理されている状態で不活性ガスとしてのＮ2ガスが供給される。不活性ガスとしては、Ｎ2ガスの他、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００４６】
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、炉口部２０９の下端開口が開放される。複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ２１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介して炉口部２０９の下端をシールした状態となる。
【００４７】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３および真空ポンプ２４６によって圧力調整される。また、処理室２０１内が所望の温度となるように不図示の温度センサおよびヒータ２０７によって加熱・温度調整される。
【００４８】
真空ポンプ２４６を作動させたまま、第１ノズル２３３ａからＤＣＳガスを流す。ＤＣＳガスは、マスフローコントローラ（図示せず）により流量調整される。流量調整されたＤＣＳガスは、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、同時に第３ノズル２３３ｃからＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ＤＣＳガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００４９】
ウエハ２００の表面等にシリコン含有層が形成された後、ＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留したＤＣＳガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、第３ノズル２３３ｃからＮ2ガスを処理室２０１内へ供給（パージ）すると、残留したＤＣＳガスを排除する効果が更に高まる。
【００５０】
処理室２０１内をパージした後、第２ノズル２３３ｂからＮＨ3ガスを流す。このとき、同時に第３ノズル２３３ｃからＮ2ガスを流す。ＮＨ3ガス及びＮ2ガスは、処理室２０１内に供給された後、排気管２３１から排気される。
【００５１】
次に、ＮＨ3ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ3ガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時、第３ノズル２３３ｃからのＮ2ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ3ガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。
【００５２】
上述した処理を繰り返すことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコンおよび窒素を含むＳｉＮ膜を成膜することができる。
【００５３】
所定膜厚のＳｉＮ膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【００５４】
その後、ボートエレベータ２１５によりシールキャップ２１９が下降されて、炉口部２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で炉口部２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、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）。
【００５５】
以上により、ＤＣＳガスとＮＨ3ガスとを用いてウエハ２００の表面にＳｉＮ膜を成膜することができる。
【００５６】
なお、ＳｉＮ膜を成膜する際に使用する処理ガスとして、ＤＣＳガスとＮＨ3ガスとを用いる場合のみならず、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6、ＨＣＤＳ）とＮＨ3を用いる場合であっても、それ以外のＳｉ原料や窒化原料を用いている場合であっても、また、Ｓｉ原料と窒化原料とを交互に供給してＳｉＮ膜を成膜する場合のみならず、Ｓｉ原料と窒化原料とを同時に供給してＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を成膜する場合にも適用できる。
【００５７】
図４は、他の実施形態に係る反応管３０３の下端部を示す拡大断面図である。
【００５８】
他の実施形態に係る反応管３０３と上述した実施形態に係る反応管２０３とは、延伸部２０３Ｂの下端部に凸部３０４を有する点が異なる。
【００５９】
延伸部３０３Ｂの下端部は、下方に突出した凸部３０４を複数有する。シールキャップ２１９の上面は、凸部３０４にそれぞれ係合する凹部３０６を複数有する。すなわち、反応管３０３の下端部の凸部３０４がシールキャップ２１９の凹部３０６に係合されることにより、反応管３０３の一部がシールキャップ２１９に嵌め込まれる。
【００６０】
反応管３０３においても不活性ガス供給部２３２ｄ、２３２ｅから供給された不活性ガスは、延伸部３０３Ｂに向けて供給され、第１の間隙３２２、第２の間隙３２４を流れて、処理室２０１内に供給される。不活性ガスは、処理室２０１内の圧力よりも高い圧力で供給され、副生成物が第２の間隙３２４及び第１の間隙３２２内へ侵入することを抑制し、炉口部２０９の内周面が不活性ガスでパージされる。すなわち、反応管３０３の下端部の凸部３０４がシールキャップ２１９の凹部３０６に係合されることにより、第２の間隙３２４の処理ガスが通過する経路が、凸部３０４が形成されていない場合に比べて少なくとも凹部３０６の内表面分だけ伸びるため、処理ガスが炉口部２０９へ到達し難くなる。これにより、炉口部２０９の内周面と処理ガスとの接触量を少なくし、処理ガスに腐食性のガスが使用されたとしても、炉口部が腐食することを抑制し、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００６１】
なお、延伸部３０３Ｂの下端部に複数の凸部３０４を設け、シールキャップ２１９の上面に凸部３０４にそれぞれ係合する凹部３０６を設ける構成について説明したが、これに限らず、延伸部の下端部に複数の凹部を設け、シールキャップの上面に凹部にそれぞれ係合する凸部を設けるようにしてもよい。この場合、反応管の下端部の凹部がシールキャップの凸部に係合されることにより、反応管の一部がシールキャップに嵌め込まれる。また、複数の凸部３０４ではなく、全周にわたり凸部３０４を形成しても良い、この場合、シールキャップ２１９の上面には全周にわたり凹部３０６が設けられる。
【００６２】
なお、反応管２０３，３０３の下部（下端）に不活性ガス供給部２３２ｄ，２３２ｅを用いて不活性ガスを供給する例について説明したが、これに限らず、不活性ガスの代わりにフッ化水素（ＨＦ）等のクリーニングガスを供給してもよく、不活性ガスとクリーニングガスを合わせて供給するようにしてもよい。炉口部２０９の内周面と反応管２０３，３０３との間にクリーニングガスを供給することにより、副生成物を除去し、パーティクル発生を防止できる。
【００６３】
従って、炉口部の上面を覆うように反応管の突出部を設け、炉口部の内周面を覆うように反応管の延伸部が設けられ、この炉口部の内壁側と延伸部との間に不活性ガス及び／又はクリーニングガスを供給することにより、炉口部の内壁面は不活性ガス及び／又はクリーニングガスに覆われ、炉口部への副生成物の付着や腐食が防止される。
【００６４】
而して、基板処理装置に於いて、ウエハの汚染が防止され、メンテナンスサイクルを延ばし、生産効率をあげることができる。
【００６５】
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、反応管のみの１重管仕様として説明したがこれに限らず、例えば、アウタチューブ、インナチューブの２重管仕様としてもよいし、３重管以上の仕様であっても適用可能である。
【００６６】
また、本実施の形態では、炉口部２０９は、金属材料で構成されるように説明したが、これに限らず、非金属材料であっても適用可能である。
【００６７】
また、本実施の形態では、反応管の下部に不活性ガス供給部を２つ設けたが、これに限らず、１つでもよい。１つである場合には、排気管に対向する側に設置する。これにより、ガスの供給と排気の全体においてスムースな流路を形成できる。
【００６８】
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（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハ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及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用して有効なものに適用することができる。
【００６９】
この出願は、２０１５年２月４日に出願された日本出願特願２０１５−０１９９１９を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
【符号の説明】
【００７０】
１００・・・基板処理装置
２００・・・ウエハ
２０１・・・処理室
２０３，３０３・・・反応管
２０９・・・炉口部
２１７・・・ボート
２１９・・・シールキャップ
２３１・・・ガス排気管
２３２・・・ガス供給部
３２２・・・第１の間隙
３２４・・・第２の間隙
【図１】
2016125626.tif 000003
【図２】
2016125626.tif 000004
【図３】
2016125626.tif 000005
【図４】
2016125626.tif 000006
【図５】
2016125626.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月1日(2017.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する基板処理領域を内部に有する反応管と、
前記反応管の下部に配置される炉口部と、を有し、
前記反応管は、
前記反応管の下方の外周側に突出するフランジと、
前記フランジの下端から下方に延伸し、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の厚さよりも厚く形成され、前記炉口部の内周面を覆う延伸部と、を有し、
前記延伸部の内面は、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の内面よりも内側に突き出ている基板処理装置。
【請求項２】
前記反応管は、耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成され、
前記炉口部は、金属からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成され、その上面においてシール部材を介して前記反応管のフランジを支持する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記炉口部の内周面と前記延伸部の外面との間の間隙に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を有する請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記延伸部の外面と前記フランジとの接合部は湾曲形状である請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記不活性ガス供給部は、前記接合部に向けて不活性ガスを供給する請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記延伸部の下端の両角は湾曲形状であって、前記接合部よりも小さい曲率で湾曲する請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記不活性ガス供給部を炉口部の互いに対向する位置に２つ設け、２つの不活性ガス供給部から供給される不活性ガスの流量をそれぞれ同一にする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記炉口部の下端開口を気密に閉塞可能なシールキャップを更に備え、
前記延伸部は、前記炉口部の内周面と前記延伸部の外面との間の間隙よりも、前記延伸部と前記シールキャップとの間の間隙の方が狭くなるような長さを有する請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記炉口部の内周面と前記延伸部の外面との水平方向の隙間は、前記延伸部の厚さよりも小さく、
前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の外面よりも前記延伸部の外面が内側に配置される請求項１又は８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
炉口部の上部に配置され、基板を処理する基板処理領域を内部に有する反応管であって、
前記反応管の下方の外周側に突出するフランジと、前記フランジの下端から下方に延伸し、前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の厚さよりも厚く形成され、前記炉口部の内周面を覆う延伸部と、を有し、
前記基板処理領域に対応する位置における前記反応管の外面よりも前記延伸部の外面が内側に配置される反応管。
【請求項１１】
下方の開口の外周側に突出するフランジと、前記フランジの下端から下方に延伸し、基板処理領域に対応する位置における前記反応管の厚さよりも厚く、且つ前記位置における前記反応管の外面よりも小さな外径となるように形成され、炉口部の内周面を覆う延伸部とを有して、前記フランジが前記炉口部の上部に配置されるように構成された反応管を処理室として用いた半導体デバイスの製造方法であって、
基板を前記処理室に搬入し、前記炉口部の下端をシールする行程と、
前記処理室を真空排気する行程と、
前記真空排気する行程を続けながら、前記炉口部の内周面と前記延伸部の外面との間の間隙に向けて不活性ガスを供給する行程と、
前記前記不活性ガスを供給する行程を続けながら、前記処理室に処理ガスを流す行程と、
を有する半導体デバイスの製造方法。
【国際調査報告】
2016125626.tif 000008
2016125626.tif 000009
2016125626.tif 000010
2016125626.tif 000011