(57)【要約】  課題  処理室内の排気を効率的に行うことが可能な技術を提供する。  解決手段  基板処理装置は、基板を処理する処理室と、処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給系と、第１ポンプと、第１ポンプとは異なる種類の第２ポンプとに接続され処理室内を排気する第１排気系と、第２ポンプに接続され処理室内を排気する第２排気系と、処理室内へ供給された処理ガスを処理室内から排気する際、先行して第２排気系より処理室内を排気し、処理室内の圧力が所定の圧力に到達した後、排気経路を第２排気系から第１排気系に切り替え、第１排気系より処理室内を排気するように、第１排気系および第２排気系を制御するよう構成される制御部と、を有する。
2016052200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
第１ポンプと、前記第１ポンプとは異なる種類の第２ポンプとに接続され、前記処理室内を排気する第１排気系と、
前記第２ポンプに接続され、前記処理室内を排気する第２排気系と、
前記処理室内へ供給された前記処理ガスを前記処理室内から排気する際、先行して前記第２排気系より前記処理室内を排気し、前記処理室内の圧力が所定の圧力に到達した後、排気経路を前記第２排気系から前記第１排気系に切り替え、前記第１排気系より前記処理室内を排気するように、前記第１排気系および前記第２排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記第１ポンプの方が、前記第２ポンプよりも、低圧領域での排気効率が高い請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第１ポンプは、軸流ポンプであり、前記第２ポンプはドライポンプである請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第１ポンプは、前記処理室から所定距離離れた位置に設置されている請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記所定距離が１ｍ以下である請求項４記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第１ポンプが前記基板処理装置の筐体内に設置されている請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記第１排気系はゲートバルブを含み、前記第２排気系はＡＰＣバルブを含む請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記第１ポンプのほうが、前記第２ポンプよりも、前記処理室に近い位置に設置されている請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記所定の圧力は１０〜１００Ｐａである請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記処理ガスの排気開始時は前記ＡＰＣバルブを開とすると共に、前記ゲートバルブを閉とし、前記処理室内の圧力が前記所定の圧力に到達すると前記ＡＰＣバルブを閉とすると共に、前記ゲートバルブを開とするように、前記ＡＰＣバルブおよび前記ゲートバルブを制御するよう構成される請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記処理室内へ前記処理ガスとして第１処理ガスと第２処理ガスとを順次供給し、前記第１処理ガスを供給した後、前記第２処理ガスを供給する前に、先行して前記第２排気系より前記処理室内を排気し、前記処理室内の圧力が所定の圧力に到達した後、排気経路を前記第２排気系から前記第１排気系に切り替え、前記第１排気系より前記処理室内を排気するように、前記処理ガス供給系、前記第１排気系および前記第２排気系を制御するよう構成される請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
基板が収納された処理室内へ処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内から前記処理ガスを排気する工程と、を有し、
前記処理ガスを排気する工程では、先行して第１ポンプとは異なる種類の第２ポンプに接続された第２排気系より前記処理室内を排気し、前記処理室内の圧力が所定の圧力に到達した後、前記第２排気系から前記第１ポンプと前記第２ポンプとに接続された第１排気系に排気経路を切り替え、前記第１排気系より前記処理室内を排気する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板が収納された処理室内へ処理ガスを供給する手順と、
先行して第１ポンプとは異なる種類の第２ポンプに接続された第２排気系より前記処理室内を排気し、前記処理室内の圧力が所定の圧力に到達した後、排気経路を前記第２排気系から前記第１ポンプと前記第２ポンプとに接続された第１排気系に切り替え、前記第１排気系より前記処理室内を排気する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の微細化およびウェハ大口径化に伴い、処理室内の容積を増大させる傾向がある。処理室内の容積が増大すると、処理室内の残留ガスを排気するのに従来よりも時間がかかってしまう。これにより、成膜に要する時間が従来のプロセスに比べて長くなるという影響がある。【０００３】
下記の特許文献１には、排気特性の異なるポンプを３種類同時に駆動して処理室内の排気を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８４４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
処理室内の排気が非効率であると、排気に時間がかかってしまい、生産性に悪影響を及ぼすことがある。【０００６】
本発明の目的は、処理室内の排気を効率的に行うことが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば
基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
第１ポンプと、前記第１ポンプとは異なる種類の第２ポンプとに接続され前記処理室内を排気する第１排気系と、
前記第２ポンプに接続され前記処理室内を排気する第２排気系と、
前記処理室内へ供給された前記処理ガスを前記処理室内から排気する際、先行して前記第２排気系より前記処理室内を排気し、前記処理室内の圧力が所定の圧力に到達した後、排気経路を前記第２排気系から前記第１排気系に切り替え、前記第１排気系より前記処理室内を排気するように、前記第１排気系および前記第２排気系を制御するよう構成される制御部と、
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、処理室内の排気を効率的に行うことが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における基板処理装置の斜透視図である。
【図２】本発明の実施形態における処理炉の垂直断面図である。
【図３】本発明の実施形態における処理炉の水平断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるガス排気系の概略図である。
【図５】（ａ）は、従来例における処理室内の圧力の変化を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態における処理室内の圧力の変化を示す図である。
【図６】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】
本発明を実施するための形態において、半導体装置（ＩＣ）の製造工程の１工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置１０は、筐体１０１を備える。シリコン等からなる基板であるウェハ２００を筐体１０１内外へ搬送するために、ウェハキャリア（基板収容器）としてポッド１１０が使用される。
【００１１】
筐体１０１の正面前方側にはＩ／Ｏステージ（ポッド受渡し台）１０５が設置されている。ポッド１１０は、筐体１０１外の工程内搬送装置（図示せず）によって、Ｉ／Ｏステージ１０５上に搬入、載置され、また、Ｉ／Ｏステージ１０５上から筐体１０１外へ搬出されるように構成されている。
筐体１０１内の前後方向における略中央部には、ポッド棚（基板収容器載置棚）１１４が設置されている。ポッド棚１１４は、複数段、複数列にて複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。ポッド棚１１４の一部として、移載棚１２３が設けられ、移載棚１２３には、後述するウェハ移載機構１１２の搬送対象となるポッド１１０が収納される。なお、移載棚１２３には、ポッドの蓋を開閉するポッドオープナ（図示せず）が設けられている。
Ｉ／Ｏステージ１０５とポッド棚１１４との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１５が設置されている。ポッド搬送装置１１５は、Ｉ／Ｏステージ１０５、ポッド棚１１４、移載棚１２３の間で、ポッド１１０を搬送することができる。
【００１２】
移載棚１２３の後方には、ウェハ移載機構（基板移載機構）１１２が設置されている。ウェハ移載機構１１２は、ウェハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用保持具）を備えており、ウェハ２００を移載棚１２３上のポッド１１０内からピックアップして、後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウェハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して、移載棚１２３上のポッド１１０内へ収納したりすることができる。
【００１３】
筐体１０１の後側上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１１６により開閉可能なように構成されている。処理炉２０２の構成については後述する。
【００１４】
処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する駆動機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１２１が設置されている。ボートエレベータ１２１には、昇降台としてのアーム１２２が設置されている。アーム１２２上には、シールキャップ２１９が水平姿勢で設置されている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１２１によりボート２１７が上昇したときに、処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体として機能するものである。
ボート２１７は、複数本のウェハ保持部材（支柱）を備えており、複数枚（例えば、２５枚〜２００枚程度）のウェハ２００を水平姿勢で、かつ、その中心を揃えた状態で垂直方向に多段に整列させて保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。
【００１５】
次に、本発明に係る基板処理装置１０の動作概要について、図１を用いて説明する。なお、基板処理装置１０は、後述するコントローラ２８０により制御されるものである。まず、ポッド１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、Ｉ／Ｏステージ１０５上に載置される。Ｉ／Ｏステージ１０５上のポッド１１０はポッド搬送装置１１５によって、ポッド棚１１４の指定された位置へ搬送されて受け渡される。ポッド１１０はポッド棚１１４の指定された位置で一時的に保管された後、再びポッド搬送装置１１５によって、ポッド棚１１４から移載棚１２３に搬送される。あるいは、直接、Ｉ／Ｏステージ１０５から移載棚１２３に搬送される。
【００１６】
ポッド１１０が移載棚１２３に搬送されると、ポッドオープナによりポッド１１０の蓋が開かれる。ポッド１１０内のウェハ２００は、ウェハ移載装置１１２によって、ポッド１１０のウェハ出し入れ口からピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。
【００１７】
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１１６が開放動作され、処理炉２０２の下端部の開口が開放される。続いて、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって上昇されることにより、処理対象のウェハ２００群を保持したボート２１７が、処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ボートローディング後は、シールキャップ２１９により処理炉２０２の下端部開口が閉じられ、処理炉２０２内が所定の圧力に減圧され、ウェハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。
【００１８】
処理後は、ウェハ２００およびポッド１１０は、上述の手順とは逆の手順で、筐体１０１の外部へ払い出される。
【００１９】
次に、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について、図２、図３を用いて説明する。
【００２０】
処理炉２０２は、その内側に、縦形の外部反応管としてのアウタチューブ（外管）２２１を備えている。アウタチューブ２２１は、上端が閉塞され下端が開口された略円筒形状をしており、開口された下端が下方を向くように、かつ、筒方向の中心線が垂直になるように縦向きに配置され、筐体１０１によって固定的に支持されている。アウタチューブ２２１の内側には、内部反応管としてのインナチューブ（内管）２２２が設けられている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１はいずれも、本例では、石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、それぞれ略円筒形状に一体成形されている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１により、反応管としてのプロセスチューブ２０３が構成される。
インナチューブ２２２は、上端が閉塞し下端が開口した略円筒形状に形成されている。インナチューブ２２２内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で多段に保持された複数枚のウェハ２００を収容して処理する処理室２０４が形成される。インナチューブ２２２の下端開口は、ウェハ２００群を保持したボート２１７を出し入れするための炉口２０５を構成している。したがって、インナチューブ２２２の内径は、ウェハ２００群を保持するボート２１７の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
アウタチューブ２２１の内径は、インナチューブ２２２の外径よりも大きくなるように設定されている。アウタチューブ２２１は、上端が閉塞し下端が開口した略円筒形状に形成されており、インナチューブ２２２の外側を取り囲むようにインナチューブ２２２と同心円状に設けられている。
インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の下端部は、それぞれ、その水平断面が略円形リング形状であるマニホールド２０６によって気密に封止されている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１は、その保守点検作業や清掃作業のために、マニホールド２０６に着脱自在に取り付けられている。マニホールド２０６が筐体１０１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は、筐体１０１に垂直に据え付けられた状態になっている。
【００２１】
マニホールド２０６の側壁の一部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気管２０７ａが接続されている。マニホールド２０６と排気管２０７ａとの接続部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気口２０７が形成されている。排気管２０７ａは、排気口２０７を介して、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１との間に形成された隙間からなる排気路２０９に連通している。この排気路２０９の水平断面形状は、略一定幅の円形リング形状となっている。排気管２０７ａと排気口２０７は、後述する排気系の一部を構成する。
【００２２】
次に、排気系の構成について、図４を用いて説明する。
【００２３】
図４に示すように、排気管２０７ａには、第１排気管２０７ｂと、第２排気管２０７ｃと、が接続されている。すなわち、排気管２０７ａは、第１排気管２０７ｂと、第２排気管２０７ｃと、に分岐するように設けられている。第１排気管２０７ｂは、その下流側において、第２排気管２０７ｃに接続されている。第１排気管２０７ｂと第２排気管２０７ｃとは、その下流側において合流し、一本化しているということもできる。
【００２４】
排気管２０７ａの上流部分には、処理室２０４内の圧力を検出するための圧力センサ２１１が設けられている。第１排気管２０７ｂには上流側から順に、第１排気バルブとしてのゲートバルブ（仕切弁）３０１と、第１ポンプとしての軸流ポンプであるターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）３０２と、が設けられている。ＴＭＰ３０２は、処理室２０４から所定の距離（流路距離、配管長）離れた位置に設置される。第２排気管２０７ｃには上流側から順に、第２排気バルブとしてのＡＰＣバルブ３０４と、第２ポンプとしてのドライポンプ（ＤＰ）３０３と、が設けられている。第２ポンプとしてのＤＰ３０３は、第１ポンプとしてのＴＭＰ３０２とは異なる種類のポンプということができる。なお、図４では、第１排気管２０７ｂと第２排気管２０７ｃとの合流部にＤＰ３０３が設けられている例を示しているが、ＤＰ３０３は、第２排気管２０７ｃの第１排気管２０７ｂとの合流部（接続部）よりも下流側に設けられていてもよい。いずれにしても、この構成により、第１排気管２０７ｂを介して処理室２０４内の雰囲気を排気する際は、ＴＭＰ３０２およびＤＰ３０３の両方を用いて排気を行うこととなり、第２排気管２０７ｃを介して処理室２０４内の雰囲気を排気する際は、ＴＭＰ３０２を用いることなくＤＰ３０３を単独で用いて排気を行うこととなる。
【００２５】
主に、第１排気管２０７ｂ、ゲートバルブ３０１により第１排気系が構成される。排気管２０７ａ、圧力センサ２１１を第１排気系に含めて考えてもよい。第１排気系は、ＴＭＰ３０２とＤＰ３０３とに接続されることとなる。また主に、第２排気管２０７ｃ、ＡＰＣバルブ３０４により第２排気系が構成される。排気管２０７ａ、圧力センサ２１１を第２排気系に含めて考えてもよい。第２排気系は、ＤＰ３０３に接続されることとなる。主に、第１排気系と第２排気系とにより排気系が構成される。なお、本明細書において、排気系という言葉を用いた場合は、第１排気系のみを含む場合、第２排気系のみを含む場合、もしくはその両方を含む場合がある。
【００２６】
ＴＭＰ３０２およびＤＰ３０３は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、所望のタイミングにてＴＭＰ３０２やＤＰ３０３が駆動または停止するように、ＴＭＰ３０２およびＤＰ３０３を制御するよう構成される。
【００２７】
プロセスチューブ２０３（処理室２０４）とＴＭＰ３０２との距離は、好ましくは、１ｍ以内とするのが良い。プロセスチューブ２０３とＴＭＰ３０２との距離が１ｍを超えると、プロセスチューブ２０３からＴＭＰ３０２までの排気経路（排気管２０７ａおよび第１排気管２０７ｂ）の配管容積および配管表面積が増加するため、処理室２０４内だけでなく当該部分の排気が負担となり、ＴＭＰ３０２の排気性能を十分に活かすことができない。ゲートｈ３０１の設置スペースと第１排気系の排気配管長を考慮すると、プロセスチューブ２０３とＴＭＰ３０２との距離は１ｍ以内とするのが最適寸法であり、この１ｍ以内にＴＭＰ３０２を設置することによりＴＭＰ３０２を効果的に駆動させることができる。ＴＭＰ３０２は、比較的プロセスチューブ２０３に近い位置に配置するために、プロセスチューブ２０３と筐体１０１との間、すなわち、基板処理装置１０内に設置されても良い。また、ＴＭＰ３０２はＤＰ３０３よりもプロセスチューブ２０３に近い位置に設置されている。すなわち、プロセスチューブ２０３からの排気経路の長さはＴＭＰ３０２の方がＤＰ３０３よりも短くなっている。
【００２８】
マニホールド２０６には、マニホールド２０６の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９が、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はアウタチューブ２２１の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、アウタチューブ２２１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１２１によって、円盤形状を水平姿勢に保った状態で垂直方向に昇降されるように構成されている。
シールキャップ２１９上には、ウェハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に支持されるようになっている。ボート２１７は、上下で一対の端板と、両端板間に渡って垂直に設けられた複数本、本例では３本のウェハ保持部材（ボート支柱）とを備えている。端板及びウェハ保持部材は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料で構成される。
各ウェハ保持部材には、水平方向に刻まれた多数条の保持溝が、長手方向にわたって等間隔に設けられている。各ウェハ保持部材は、保持溝が互いに対向し、各ウェハ保持部材の保持溝の垂直位置（垂直方向の位置）が一致するように設けられている。ウェハ２００の周縁が、複数本のウェハ保持部材における同一の段の保持溝内に、それぞれ挿入されることにより、複数枚のウェハ２００は、水平姿勢、かつ、互いにウェハの中心を揃えた状態で多段に保持されるように構成されている。
【００２９】
また、ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、ボート支持台２１０が設けられている。ボート支持台２１０は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で構成されている。ボート支持台２１０によって、後述するヒータユニット２０８からの熱が、マニホールド２０６側に伝わるのを抑止する。
【００３０】
シールキャップ２１９の下側（処理室２０４と反対側）には、ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７のボート回転軸は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。ボート回転軸を回転させることにより、処理室２０４内にてウェハ２００を回転させることが可能となる。
シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１２１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２０４内外に搬送することが可能となっている。
ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１が所望のタイミングにて所望の動作をするように制御するよう構成される。
【００３１】
アウタチューブ２２１の外部には、プロセスチューブ内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット２０８が、アウタチューブ２２１を包囲するように設けられている。ヒータユニット２０８は、基板処理装置１０の筐体１０１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成されている。
インナチューブ２２２内には、温度検出器としての図示しない温度センサ２９０が設置されている。ヒータユニット２０８と温度センサ２９０は、制御部２８０に電気的に接続されている。
制御部２８０は、処理室２０４内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、温度センサ２９０により検出された温度情報に基づいてヒータユニット２０８への通電量を制御するよう構成される。
【００３２】
処理ガス供給系について、図２を用いて説明する。図２に示すように、処理室２０４内に処理ガスである原料ガスを供給する原料ガス供給ノズル２２３が、マニホールド２０６の側壁を貫通して、インナチューブ２２２の内壁（すなわち、処理室２０４の内壁）に沿うように垂直方向に、また、ウェハ２００の積載方向に延在するように設けられている。図２の例では、原料ガス供給ノズルは１本だが、複数用いることもできる。
また、処理室２０４内に処理ガスである反応ガスを供給する反応ガス供給ノズル２３１（図３参照）が、原料ガス供給ノズル２２３と同様に、マニホールド２０６の側壁を貫通して、インナチューブ２２２の内壁（すなわち、処理室２０４の内壁）に沿うように垂直方向に、また、ウェハ２００の積載方向に延在するように設けられている。
【００３３】
図２に示すように、原料ガス供給ノズル２２３には、原料ガス供給ラインとしての原料ガス供給管２２４が接続されている。原料ガス供給管２２４には、上流から順に、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス等の原料ガスを供給する原料ガス供給源２４０ａ、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａ、及び開閉バルブ２４３ａがそれぞれ設けられている。
また、反応ガス供給ノズル２３１には、反応ガス供給ラインとしての反応ガス供給管２２５が接続されている。反応ガス供給管２２５には、上流から順に、例えば、酸素（Ｏ２）ガス等の反応ガスを供給する反応ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ｂがそれぞれ設けられている。
【００３４】
ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるように、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるように、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂを制御するよう構成される。
【００３５】
図２や図３に示すように、処理室２０４内における原料ガス供給ノズル２２３、反応ガス供給ノズル２３１の筒部には、複数個の噴出口２２３ａ、２３１ａが垂直方向に配列するように設けられている。噴出口２２３ａや２３１ａの個数は、例えば、ボート２１７に保持されたウェハ２００の枚数と一致するように形成されている。各噴出口２２３ａ、２３１ａの高さ位置は、例えば、ボート２１７に保持された上下に隣り合うウェハ２００間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。なお、各噴出口２２３ａ、２３１ａの口径は、各ウェハ２００へのガスの供給量が均一になるように、それぞれ上下方向で異なる大きさに設定されていてもよい。
【００３６】
原料ガス供給ノズル２２３、反応ガス供給ノズル２３１から処理室２０４内に供給されたガスは、インナチューブ２２２の上側開放端から排気路２０９内へ流れた後、排気口２０７を介して排気管２０７ａ内に流れ、処理炉２０２外へ排出される。
【００３７】
主に、原料ガス供給管２２４、ＭＦＣ２４１ａ、開閉バルブ２４３ａにより、原料ガス供給系が構成される。原料ガス供給源２４０ａ、原料ガス供給ノズル２２３を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、反応ガス供給管２２５、ＭＦＣ２４１ｂ、開閉バルブ２４３ｂにより、反応ガス供給系が構成される。反応ガス供給源２４０ｂ、反応ガス供給ノズル２３１を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。また、原料ガス供給系、反応ガス供給系により処理ガス供給系が構成される。原料ガスを第１処理ガスと称する場合、原料ガス供給系を第１処理ガス供給系と称することもできる。また、反応ガスを第２処理ガスと称する場合、反応ガス供給系を第２処理ガス供給系と称することもできる。なお、本明細書において、処理ガスという言葉を用いた場合は、第１処理ガスのみを含む場合、第２処理ガスのみを含む場合、もしくはその両方を含む場合がある。
【００３８】
図６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）３２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３２１ｂ、記憶装置３２１ｃ、Ｉ／Ｏポート３２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３２１ｂ、記憶装置３２１ｃ、Ｉ／Ｏポート３２１ｄは、内部バス３２１ｅを介して、ＣＰＵ３２１ａ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３２２が接続されている。
【００３９】
記憶装置３２１ｃ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３２１ｃ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。ＲＡＭ３２１ｂは、ＣＰＵ３２１ａ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。
【００４０】
Ｉ／Ｏポート３２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂ、ゲートバルブ３０１、圧力センサ２１１、ＡＰＣバルブ３０４、ヒータ２０８、図示しない温度センサ２９０、回転機構２６７、ボートエレベータ１２１等に接続されている。
【００４１】
ＣＰＵ３２１ａは、記憶装置３２１ｃ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３２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ３２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂによる各種ガスの流量調整動作、開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂの開閉動作、ゲートバルブ３０１の開閉動作および圧力センサ２１１に基づくＡＰＣバルブ３０４による圧力調整動作、ＴＭＰ３０２、ＤＰ３０３の駆動および停止、温度センサに基づくヒータ２０８の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１２１によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
【００４２】
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）３２３を用意し、この外部記憶装置３２３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３２３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３２３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３２１ｃや外部記憶装置３２３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３２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００４３】
次に、本発明に係る基板処理方法を、ＩＣの製造方法における成膜工程を例にして説明する。まず、ウェハチャージングステップにおいて、ウェハ２００はボート２１７に装填される。具体的には、ウェハ２００の円周縁の複数箇所が、複数のウェハ保持部材の保持溝にそれぞれ係合するように挿入され、該ウェハ２００の複数箇所の周縁部が各保持溝に係合されて、ウェハ２００の自重が支えられるように装填（チャージング）されて保持される。複数枚のウェハ２００は、ボート２１７におけるチャージング状態において、その中心を揃えられて互いに平行かつ水平、多段に整列保持されている。
【００４４】
次に、ボートローディングステップにおいて、複数枚のウェハ２００を保持したボート２１７は、大気圧状態の処理室２０４に搬入（ボートローディング）される。具体的には、ウェハ２００を装填されたボート２１７は、ボートエレベータ１２１により垂直方向に上昇され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に搬入され、図２に示されているように、処理室２０４に存置される。
【００４５】
次に、成膜ステップにおいて、ボート２１７が回転されつつ、処理ガス（原料ガス、反応ガス）が処理室２０４に導入される。すなわち、バルブ２４３ａが開かれることで、所定の原料ガスが、原料ガス供給ノズル２２３に供給され、複数個の噴出口２２３ａからインナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。また、バルブ２４３ｂが開かれることで、所定の反応ガスが、反応ガス供給ノズル２３１に供給され、複数個の噴出口２３１ａからインナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。
【００４６】
例えば、ウェハ２００上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜、以下、単にＳｉＯ膜とも称する）を形成する場合においては、処理室２０４内のウェハ２００に対して原料ガスとしてのＤＣＳガスと、反応ガスとしてのＯ２ガスとの交互供給を行う。すなわち、処理室２０４内のウェハ２００に対して原料ガスとしてＤＣＳガスを供給する工程と、処理室２０４内のウェハ２００に対して反応ガスとしてＯ２ガスを供給する工程とを、間に処理室２０４内のガスを排気する工程を挟んで、交互に所定回数行う。より具体的には、原料ガス（ＤＣＳガス）供給工程→原料ガス排気工程→反応ガス（Ｏ２ガス）供給工程→反応ガス排気工程を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行う。なお、原料ガス排気工程および反応ガス排気工程では、処理室２０４内にＮ２ガス等の不活性ガスを供給するようにしてもよい。以下、原料ガス排気工程と反応ガス排気工程とを総称して、単に排気工程と称する場合もある。なお、本明細書において、排気工程という言葉を用いた場合は、原料ガス排気工程のみを含む場合、反応ガス排気工程のみを含む場合、もしくはその両方を含む場合がある。
【００４７】
このときの処理条件としては、以下が例示される。
ウェハ１０の温度：２５０〜７００℃
処理室内圧力：１〜４０００Ｐａ
ＤＣＳガス供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
【００４８】
上述の処理手順、処理条件にてウェハ２００に対して処理を行うことで、ウェハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ膜が形成される。
【００４９】
以下、排気工程の際の動作を説明する。排気工程は後述する第１排気工程と第２排気工程とによって行われる。
【００５０】
第１排気工程
処理室２０４内の排気開始時は、ゲートバルブ３０１を閉じ、ＡＰＣバルブ３０４を開き、第２ポンプであるＤＰ３０３を駆動させ、第２排気系より処理室２０４内の真空排気を開始する。ＤＰ３０３による排気は、処理室２０４内の圧力が、所定（１００Ｐａ〜１０Ｐａ程度）の圧力値（真空近傍状態）に達した時、即ち高真空域に近くなるまで継続される。処理室内の圧力は圧力センサ２１１で計測される。
【００５１】
第２排気工程
処理室２０４内の圧力が所定の圧力値に達すると、ＴＭＰ３０２を駆動させ、ゲートバルブ３０１を開くと同時にＡＰＣバルブ３０４を閉じることにより、排気経路を第２排気系から第１排気系へ切り替えて、第１排気系より処理室２０４内の排気を行う。この時、ＤＰ３０３は駆動させたままである。なお、処理室２０４内の圧力が所定の圧力値に達する前に、ＴＭＰ３０２を駆動させるようにしてもよい。
【００５２】
図５（ａ）、図５（ｂ）を用いて、ＤＰ３０３だけを使用し、単一の排気経路にて処理室２０４内を排気した場合（従来例）と、ＤＰ３０３とＴＭＰ３０２を使用し、処理室２０４内が所定の圧力になった際に排気経路を切り替えて処理室２０４内を排気した場合（本発明）を比較する。
図５（ａ）は、従来例における処理室２０４内の圧力の変化を示している。第１処理ガスを処理室内に供給し、続いて排気を開始する。この際、ＤＰ３０３だけで排気を行う。図５（ａ）に示す通り、ＤＰ３０３の排気速度は低圧になるにつれて、すなわち、処理室２０４内を排気するにつれて遅くなり、排気効率が落ちていく。特に、ある圧力値から圧力勾配が緩やかになるが、この圧力値は約１０００Ｐａである。
図５（ｂ）は、本発明における処理室２０４内の圧力の変化を示している。第１処理ガスの供給時間は図５（ａ）と同じである。まず、ＤＰ３０３を用いて処理室２０４内の排気を開始する。処理室２０４内の圧力が低下していき、図５（ａ）と同様に、ある圧力値から排気効率が落ち、圧力勾配が緩やかになるが、所定の圧力（例えば、１００Ｐａ〜１０Ｐａ程度）まで排気を行ったところで、第２排気系から第１排気系へと排気経路を切り替えて排気を行う。すなわち、所定の圧力までＤＰ３０３で処理室２０４内の排気を行った後は、ＴＭＰ３０２を用いて処理室２０４内の排気を行う。
【００５３】
処理室内の圧力が約１００Ｐａの時、ＤＰの排気速度は約１００００Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、ＴＭＰの排気速度は約１２０Ｌ／ｍｉｎである。また、処理室内の圧力が約１Ｐａの時、ＤＰの排気速度は約２０００Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、ＴＭＰの排気速度は約６００００Ｌ／ｍｉｎである。このように、ＴＭＰは、ＤＰに比べて低圧領域での排気効率に優れるため、図５（ａ）の場合より図５（ｂ）の場合の方がΔＴだけ早く排気時間の短縮が図れる。而して、ＤＰ３０３単独で排気した場合に比べ、パージ処理１回について、図５（ａ）中で示したΔＴだけ排気時間の短縮が可能となる。
【００５４】
一般にＴＭＰはＴＭＰ内の羽翼に副生成物や膜が付着すると、性能が落ちたり、故障したりしてしまうため、従来は成膜工程の排気にＴＭＰを用いることはできなかった。しかし、本発明においては、第１排気工程において、処理室内に残留する処理ガスや副生成物がＴＭＰに悪影響を及ぼさない程度にまで除去されている。すなわち、所定の圧力まで排気を行うことにより、処理室内に残留する処理ガスや副生成物の量をＴＭＰに悪影響を及ぼさない量まで低減することが可能となる。これにより、本発明ではＴＭＰを成膜工程の排気において使用することが可能となる。
【００５５】
上述の排気工程は、原料ガス排気工程および反応ガス排気工程の両方の排気工程において適用しても良いし、原料ガス排気工程または反応ガス排気工程のうち一方の排気工程にのみ適用しても良い。
【００５６】
以上説明した実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（１）処理室内圧力に応じて第２排気系と第１排気系とを切り替えることで、処理室内を効率的に排気させる事が可能となり、全ての圧力域に於いて排気速度を大きくし、且つ、充分な最終到達圧力（真空度）を得ることができる。
（２）処理室内に残留している成膜ガスや反応副生成物の量を、ＴＭＰに影響を及ぼさない量にしてからＴＭＰを駆動して排気を行う事で、成膜工程でありながらＴＭＰを故障させることなく使用することができる。
（３）処理室内圧力に応じてＤＰとＴＭＰを切り替えることで、排気時間が短縮されるため、スループットが向上させることができる。
（４）処理室内を十分に排気させることができるため、処理室内のクリーン度を向上させることができる。
【００５７】
上述の実施形態では、成膜ステップにおいて、原料ガスと反応ガスとを交互に供給する場合について説明したが、原料ガスと反応ガスとを同時に供給した場合においても本発明は適用できる。例えば、処理室内に原料ガスと反応ガスとを供給する工程と、原料ガスと反応ガスとを処理室内から排気する工程とを有するようなプロセスにおいても適用可能である。
【００５８】
また上述の実施の形態では、原料ガスとしてＤＣＳガスを用いる例について説明したが、原料ガスとしては、ＤＣＳガスの他、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４、略称：ＴＦＳ）ガス、ヘキサフルオロジシラン（Ｓｉ２Ｆ６、略称：ＨＦＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス等の無機原料ガスや、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等の有機原料ガスを用いることができる。
【００５９】
また、上述の実施の形態では、反応ガスとしてＯ２ガスを用いる例について説明したが、反応ガスとしては、Ｏ２ガスの他、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ２ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ３ガス等の酸素含有ガス（酸化ガス）を用いることができる。
【００６０】
なお、反応ガスとしてＨ２Ｏガスを用いる場合や、成膜の過程でＨ２Ｏガスが発生するような場合は、Ｈ２Ｏガスは排気されにくいため、処理室内の排気に時間を要し、成膜に要する時間が長くなってしまう。少なくとも、反応ガスとしてＨ２Ｏガスを用いた後の排気工程やＨ２Ｏガスが発生する工程の後に上述の排気工程を適用すれば、排気に要する時間の大幅な短縮を図ることが可能となり、本発明により得られる効果が特に顕著となる。
【００６１】
また、上述の実施の形態では、シリコン酸化膜を形成する例について説明したが、本発明は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜とも称する）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）等のＣＶＤ膜の成膜全般に適用することができ、さらに、酸化工程や拡散工程やアニール工程等の半導体装置の製造工程における減圧排気工程を有する基板処理工程全般に適用することができる。
【００６２】
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。
前記実施の形態では処理がウェハに施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクあるいは磁気ディスク等であってもよい。
【００６３】
また、上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて薄膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施の形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて薄膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施の形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施の形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの場合においても、処理手順、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件とすることができる。
【００６４】
なお、この出願は、２０１４年９月３０日に出願された日本出願特願２０１４−２００８８３を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示のすべてを引用によってここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかる基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体によれば、処理室内の排気を効率的に行うことができ、生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６６】
ウェハ・・・２００
処理室・・・２０４
排気管・・・２０７ａ
第１排気管・・・２０７ｂ
第２排気管・・・２０７ｃ
コントローラ・・・２８０
ゲートバルブ・・・３０１
ターボ分子ポンプ・・・３０２
ドライポンプ・・・３０３
ＡＰＣバルブ・・・３０４
【図１】
2016052200.tif 000003
【図２】
2016052200.tif 000004
【図３】
2016052200.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016052200.tif 000007
【図６】
2016052200.tif 000008
【国際調査報告】
2016052200.tif 000009
2016052200.tif 000010
2016052200.tif 000011
2016052200.tif 000012