(57)【要約】  【課題】Ｏリングの劣化を防止しつつ金属汚染を防止する。  【解決手段】冷却媒体通路５０を形成する通路部材５１をマニホールド１９上のアウタチューブ１４とインナチューブ１５の間に敷設する。冷却媒体通路５０はアウタチューブ１４とマニホールド１９の間に設けられたＯリング１８よりヒータ１２側に配置する。通路部材５１は透明または半透明の石英を使用してチャンネル型鋼形状の円形環状に形成し、マニホールド１９表面に伏せて敷設する。マニホールド１９に冷却媒体導入通路５２および冷却媒体排出通路５３を開設し、冷却媒体通路５０に連通させる。マニホールドと通路部材を石英で形成することにより、金属汚染の原因になるのを防止できる。マニホールドを冷却媒体通路を流通する冷却媒体で冷却できるので、Ｏリングが溶融したり劣化したりするのを防止できる。  【選択図】図２
2008311587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウタチューブと、
該アウタチューブの内側に設けられ、処理室を形成するインナチューブと、
前記アウタチューブ内を加熱する加熱装置と、
前記アウタチューブおよび前記インナチューブを載置する非金属部材によって形成されるマニホールドと、
前記アウタチューブと前記インナチューブとの間に配置される冷却媒体通路と、
を備えている基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、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。）に酸化膜や金属膜や半導体膜を形成する成膜、アニール、酸化、拡散およびリフロー等の熱処理（thermal treatment ）に使用される熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法において、窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）およびポリシリコン等をウエハに堆積（デポジション）するのに、熱処理装置の一例であるバッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置が、広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、アウタチューブと、アウタチューブの内側に設けられて処理室を形成するインナチューブと、アウタチューブ内を加熱する加熱装置（ヒータ）と、アウタチューブおよびインナチューブを載置し処理室を排気する排気管および処理室にガスを供給するガス導入管が接続されたマニホールドと、複数枚のウエハを垂直方向に整列させて保持して処理室に搬入するボートとを備えている。
そして、複数枚のウエハを保持したボートが処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、処理室に成膜ガスがガス導入管から供給されるとともに、加熱装置によって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にＣＶＤ膜が堆積される。
【０００３】
従来のこの種のＣＶＤ装置においては、特許文献１のように、マニホールド（炉口フランジ）は金属によって形成されている。
金属製のマニホールドの場合には、板厚が薄く熱容量も小さいために、炉口外に放熱し易かった。また、金属製のマニホールドは不透明であるために、熱線が透過することがなく、加熱装置（ヒータ）からの輻射熱がマニホールドとシールキャップ等に設けられるＯリングへ直射されることはない。
【特許文献１】特開２００２−３３４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＩＣの微細化に伴って、金属製のマニホールドを使用したＣＶＤ装置においては、金属製のマニホールドからの金属の放出が問題となってきており、非金属部材、例えば石英等のガラス部材を使用してマニホールドを形成することが要望されている。
マニホールドを石英等の非金属材料によって形成する場合には、金属（例えばＳＵＳ）によって形成したマニホールドに比べて、強度が弱いという問題点がある。
そこで、マニホールドの自重やインナチューブの重量を支持するのに、高さ方向の肉厚や水平方向の幅等を大きく設定する必要があり、例えば、ブロック構造とすることにより、強度を保つ必要があった。
その結果、非金属製のマニホールドはＳＵＳ製のマニホールドに比べて、熱容量が大きくなってしまう。
特に、石英製のマニホールドの場合には、ＳＵＳ製のマニホールドに比べて、放熱量が少ないために、熱が石英内に篭もって冷えにくく、さらに、透明または半透明であることにより、加熱装置からの輻射熱の波長の一部を透過するために、マニホールドとシールキャップとの間のＯリングを劣化させてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、前記問題点を回避しつつ金属汚染を防止することができる基板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】
【０００６】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）アウタチューブと、
該アウタチューブの内側に設けられ、処理室を形成するインナチューブと、
前記アウタチューブ内を加熱する加熱装置と、
前記アウタチューブおよび前記インナチューブを載置する非金属部材によって形成されるマニホールドと、
前記アウタチューブと前記インナチューブとの間に配置される冷却媒体通路と、
を備えている基板処理装置。
（２）前記冷却媒体通路は、マニホールド表面に設けられる非金属部材によって形成される前記（１）の基板処理装置。
（３）前記マニホールドを貫通し前記冷却媒体通路と連通する冷却媒体導入通路と、
前記マニホールドを貫通し前記冷却媒体通路と連通する冷却媒体排出通路と、
を備える前記（１）の基板処理装置。
（４）前記マニホールドの下方に設けられる蓋体と、前記マニホールドと前記蓋体との間に設けられる密閉部材と、を備える前記（１）の基板処理装置。
（５）前記マニホールドは環状断面偏平ブロック形状に形成されている前記（１）の基板処理装置。
（６）前記冷却媒体通路は環状に形成されている前記（３）の基板処理装置。
（７）前記マニホールドは石英からなる前記（１）の基板処理装置。
（８）前記冷却媒体通路は石英からなる前記（１）の基板処理装置。
（９）前記マニホールドまたは前記冷却媒体通路は、透明または半透明の非金属部材によって形成される前記（１）の基板処理装置。
（１０）前記冷却媒体通路は、前記アウタチューブと前記マニホールドとの間に設けられる密閉部材より前記加熱装置側に設けられている前記（１）の基板処理装置。
（１１）アウタチューブと、
該アウタチューブの内側に設けられ、処理室を形成するインナチューブと、
前記アウタチューブ内を加熱する加熱装置と、
前記アウタチューブおよび前記インナチューブを載置する非金属部材によって形成されるマニホールドと、
前記アウタチューブと前記インナチューブとの間に配置される冷却媒体通路と、
を備えている基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記冷却媒体導入通路に冷却媒体を流し、前記冷却媒体通路を経由し、前記冷却媒体排出通路から排出しつつ前記加熱装置により前記アウタチューブ内を加熱し、基板を処理するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
前記（１）によれば、金属汚染を防止しつつアウタチューブおよびインナチューブを載置することができ、また、密閉部材の溶融や劣化を抑制することができる。
さらに、アウタチューブとインナチューブとの間に冷却媒体通路が配置されることにより、アウタチューブとインナチューブとの間には障害物がないために、加熱装置からの輻射熱が伝わり易く、マニホールドが熱せられ易いが、その部分を冷却することができ、また、輻射熱を冷却媒体によって遮ることができる。
前記（２）によれば、次のような問題点を解決する。
すなわち、冷却媒体通路を非金属部材製のマニホールドの内部に設けることも可能であるが、冷却媒体通路をマニホールドの内部に設けるためには、強度を確保するようにマニホールドのサイズを大きくする必要がある。
また、大きくなるに伴い、非金属部材製のマニホールドのブロックを製作するのが困難になり、マニホールド自体のコスト増加を招来してしまう。
さらに、大きくなると、熱容量が増加し、冷却媒体を多く流す必要があり、冷却効果の非効率化に繋がったり、マニホールドのサイズを大きくすることにより、アウタチューブの縦方向の長さを長くすることに繋がったりする等の問題があるが、前記（２）により、解決することができる。さらに、熱輻射が熱伝導に変わる箇所を冷却媒体で冷やすことができるために、効率よく冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法における成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置）として構成されている。
【００１０】
図１に示されているように、ＣＶＤ装置１０は加熱機構としてのヒータ１２を有する。
ヒータ１２は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース１１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１２の内側には反応管としてのプロセスチューブ１３が、ヒータ１２と同心円状に配設されている。プロセスチューブ１３は外部反応管としてのアウタチューブ１４と、内部反応管としてのインナチューブ１５とから構成されている。
アウタチューブ１４は、例えば石英または炭化シリコンの耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ１５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、インナチューブ１５と同心円状に設けられている。
インナチューブ１５は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）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。インナチューブ１５の筒中空部は処理室１６を形成している。処理室１６はウエハ１を後述するボート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。
アウタチューブ１４とインナチューブ１５との隙間によって筒状空間１７が形成されている。
【００１２】
アウタチューブ１４の下方にはマニホールド１９が、アウタチューブ１４と同心円状に配設されている。マニホールド１９は非金属部材としての石英から環状断面扁平ブロック形状に形成されており、透明または半透明に形成されている。
マニホールド１９の上にはアウタチューブ１４およびインナチューブ１５が載置されており、これらを支持している。マニホールド１９がヒータベース１１に支持されることにより、プロセスチューブ１３は垂直に据え付けられた状態となっている。
なお、アウタチューブ１４はマニホールド１９に支持されず、マニホールド１９とは別にヒータベース１１に支持されるように構成してもよい。
プロセスチューブ１３とマニホールド１９により処理容器が形成される。
なお、マニホールド１９とアウタチューブ１４との間には、密閉部材としてのＯリング１８が設けられている。
【００１３】
アウタチューブ１４には排気管２０が接続されており、排気管２０は処理室１６内の雰囲気を排気する。排気管２０はアウタチューブ１４とインナチューブ１５との隙間によって形成された筒状空間１７の下端部に配置されており、筒状空間１７に連通している。
排気管２０のアウタチューブ１４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２１および圧力調整装置２２を介して真空ポンプ等の排気装置２３が接続されており、排気装置２３は処理室１６内の圧力が所定の圧力（真空度）となるように排気する。
圧力センサ２１および圧力調整装置２２には圧力制御部２４が電気配線Ｂによって電気的に接続されている。圧力制御部２４は圧力センサ２１により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２２を処理室１６内の圧力が所望の圧力となるように所望のタイミングをもって制御する。
【００１４】
マニホールド１９の側方にはガス導入部としてのガス流路２５が、処理室１６内に連通するように設けられており、ガス流路２５にはガス供給管２６が接続されている。
ガス供給管２６のガス流路２５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）２７を介してガス供給源２８が接続されている。ガス供給源２８は処理ガスや不活性ガスを供給する。
ＭＦＣ２７にはガス流量制御部２９が電気配線Ｃによって電気的に接続されている。ガス流量制御部２９は供給するガスの流量が所望の量となるように、ＭＦＣ２７を所望のタイミングをもって制御する。
【００１５】
マニホールド１９の下方には、処理室１６の下端開口を気密に閉塞可能な蓋体としてのシールキャップ３１が設けられている。シールキャップ３１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３１の処理室１６側にはシールキャップカバー３１Ａが設けられている。シールキャップカバー３１Ａはシールキャップ３１を覆うことで金属部分を処理室１６側にむき出さないように構成されており、例えば、石英等の非金属材料によって形成されている。シールキャップカバー３１Ａはマニホールド１９の下面に垂直方向下側から当接されるようになっている。
図２に示されているように、シールキャップカバー３１Ａの上面にはマニホールド１９の下面と当接する密閉部材としてのＯリング３２が設けられる。また、シールキャップ３１の上面には、シールキャップカバー３１Ａの下面と当接する密閉部材としてのＯリング３２Ａが設けられている。
シールキャップ３１の処理室１６と反対側には、ボートを回転させる回転機構３３が設置されている。回転機構３３の回転軸３４はシールキャップ３１を貫通して、後述するボートに接続されており、ボートを回転させることでウエハ１を回転させるように構成されている。
シールキャップ３１はプロセスチューブ１３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３５のアーム３６に支持されており、ボートエレベータ３５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。つまり、ボートエレベータ３５はシールキャップ３１を介してボートを処理室１６に対し搬入搬出する。
回転機構３３およびボートエレベータ３５には、駆動制御部３７が電気配線Ａによって電気的に接続されている。駆動制御部３７は回転機構３３およびボートエレベータ３５が所望の動作をするように、所望のタイミングにて制御する。
【００１６】
基板保持具としてのボート３８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１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３８の下部には、ヒータ１２からの熱がマニホールド１９側に伝わり難くさせる断熱部材としての断熱板３９が複数枚、水平姿勢で多段に配置されている。断熱板３９は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて円板形状に形成されている。
【００１７】
プロセスチューブ１３内には温度検出器としての温度センサ４０が設置されている。
ヒータ１２と温度センサ４０には温度制御部４１が電気配線Ｄによって電気的に接続されている。温度制御部４１は温度センサ４０によって検出された温度情報に基づき処理室１６内の温度が所望の温度分布となるように、ヒータ１２への通電具合を所望のタイミングをもって制御する。
【００１８】
圧力制御部２４、ガス流量制御部２９、駆動制御部３７および温度制御部４１は、操作部や入出力部をも構成し、バッチ式ＣＶＤ装置１０全体を制御する主制御部４２に電気的に接続されている。
圧力制御部２４、ガス流量制御部２９、駆動制御部３７、温度制御部４１および主制御部４２はコントローラ４３を構成している。
【００１９】
本実施の形態においては、マニホールド１９の上には冷却媒体通路５０を形成する冷却媒体通路部材（以下、通路部材という。）５１が、アウタチューブ１４とインナチューブ１５との間に配置されて敷設されている。冷却媒体通路５０はアウタチューブ１４とマニホールド１９との間に設けられたＯリング１８よりヒータ１２側に配置されている。
図２に示されているように、通路部材５１は非金属部材としての石英が使用されてチャンネル型鋼形状に成形されて、図３に示されているように、円形環状に形成されており、マニホールド１９の表面に伏せられて敷設されている。通路部材５１は透明または半透明に形成されている。
図３に示されているように、マニホールド１９には冷却媒体導入通路５２および冷却媒体排出通路５３が互いに隣接して開設されており、冷却媒体導入通路５２および冷却媒体排出通路５３は冷却媒体通路５０にそれぞれ連通されている。液体または気体の冷却媒体は冷却媒体導入通路５２から冷却媒体通路５０に導入され、冷却媒体排出通路５３から排出されることにより、冷却媒体通路５０全体を流通する。
【００２０】
次に、ＣＶＤ装置１０によるＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
なお、以下の説明において、ＣＶＤ装置１０を構成する各部の動作はコントローラ４３により制御される。
【００２１】
予め、冷却媒体導入通路５２に冷却媒体が導入され、冷却媒体通路５０を経由して冷却媒体排出通路５３から排出されることにより、冷却媒体が冷却媒体通路５０全体を流通される。
【００２２】
複数枚のウエハ１がボート３８に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ１を保持したボート３８は、ボートエレベータ３５によって持ち上げられて処理室１６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３１はＯリング３２Ａ、シールキャップカバー３１ＡおよびＯリング３２を介してマニホールド１９の下面をシールした状態となる。
【００２３】
処理室１６内が所望の圧力（真空度）となるように排気装置２３によって排気される。この際、処理室１６内の圧力は圧力センサ２１で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節装置２２がフィードバック制御される。
また、処理室１６内が所望の温度となるようにヒータ１２によって加熱される。この際、処理室１６内が所望の温度分布となるように、温度センサ４０が検出した温度情報に基づきヒータ１２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３３によってボート３８が回転されることにより、ウエハ１が回転される。
【００２４】
次いで、ガス供給源２８から供給されＭＦＣ２７によっ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２６を流通してガス流路２５から処理室１６内に導入される。
導入されたガスは処理室１６内を上昇し、インナチューブ１５の上端開口から筒状空間１７に流出して排気管２０から排気される。
ガスは処理室１６内を通過する際にウエハ１の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ１の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００２５】
予め設定された処理時間が経過すると、ガス供給源２８から不活性ガスが供給されて、処理室１６内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室１６内の圧力が常圧に復帰される。
【００２６】
その後、ボートエレベータ３５によってシールキャップ３１が下降されて、処理室１６の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ１がボート３８に保持された状態で、処理室１６の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
その後、処理済ウエハ１はボート３８から取出される（ウエハディスチャージ）。
【００２７】
以上の成膜工程において、マニホールド１９は石英によって形成されていることにより、高温度に加熱されても金属を放出することはないので、ウエハ１の金属汚染を引き起こす懸念は無い。
また、マニホールド１９が冷却媒体通路５０全体を流通する冷却媒体によって冷却されていることにより、マニホールド１９とアウタチューブ１４との間に敷設されたＯリング１８が溶融したり劣化したりすることも防止される。
【００２８】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２９】
（１）マニホールドを石英によって形成することにより、マニホールドが高温度に加熱されても金属を放出することはないので、マニホールドがウエハの金属汚染の原因になるのを防止することができる。
【００３０】
（２）アウタチューブとインナチューブとの間に冷却媒体通路を設けることにより、マニホールドを冷却媒体通路を流通する冷却媒体によって冷却することができるので、マニホールドとアウタチューブとの間に敷設されたＯリングが溶融したり劣化したりするのを防止することができる。
【００３１】
（３）アウタチューブとインナチューブとの間に冷却媒体通路を配置することにより、障害物がなくヒータからの輻射熱が伝わり易く熱せられ易いマニホールドの部分を効果的に冷却することができるとともに、輻射熱を冷却媒体によって遮ることができる。
【００３２】
（４）冷却媒体通路を石英製の通路部材によって形成しマニホールド表面に敷設することにより、熱輻射が熱伝導に変わる部分を冷却媒体で冷やすことができるために、効率よく冷却することができ、また、マニホールドを大きく形成しなくて済む。
【００３３】
（５）いずれもマニホールドを貫通し冷却媒体通路と連通する冷却媒体導入通路および冷却媒体排出通路を設けることにより、マニホールド表面に敷設した通路部材の冷却媒体通路全体に冷却媒体を流通させることができる。
【００３４】
（６）マニホールドを冷却することにより、マニホールドとシールキャップないしシールキャップカバーとの間に敷設されたＯリングも冷却することができる。
【００３５】
（７）マニホールドを環状断面偏平ブロック形状に形成することにより、マニホールドの重量や熱容量を低減することができる。
【００３６】
（８）冷却媒体通路をアウタチューブとマニホールドとの間に設けられるＯリングよりもヒータ側に設けることより、冷却媒体通路を流通する冷却媒体によってＯリングを効果的に冷却することができる。
【００３７】
図４は本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す主要部の縦断面図である。
【００３８】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、冷却媒体通路５０Ａがマニホールド１９の内部に敷設されている点である。
【００３９】
本実施の形態によれば、マニホールド１９全体を冷却することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
例えば、図５に示されているように、冷却媒体通路内に抵抗部材を設けることより、マニホールド１９と冷却媒体との熱交換効率を高めてもよい。
図５（ａ）に示された実施形態においては、放熱フィン５４が冷却媒体通路５０内においてマニホールド１９および通路部材５１に交互に突設されており、冷却媒体通路５０内を流通する冷却媒体とマニホールド１９および通路部材５１との接触面積が増加されているとともに、冷却媒体通路５０内での冷却媒体の滞在期間が増加されている。
図５（ｂ）に示された実施形態においては、石英製のビーズやチップからなる抵抗部材５５が冷却媒体通路５０Ａ内に詰められおり、冷却媒体通路５０内を流通する冷却媒体と抵抗部材５５との接触面積が増加されているとともに、冷却媒体通路５０内での冷却媒体の滞在期間が増加されている。
【００４２】
例えば、シールキャップカバーは設けなくてもよい。
【００４３】
前記実施の形態ではＣＶＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、アニール、酸化、拡散およびリフローのような熱処理に使用される熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００４４】
基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す縦断面図である。
【図２】主要部を示す縦断面図である。
【図３】同じく横断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す主要部の縦断面図である。
【図５】熱交換効率を高める実施形態を示す主要部の各一部省略展開断面図であり、（ａ）は放熱フィンを設けた実施形態を示しており、（ｂ）は抵抗部材を冷却媒体通路内に詰めた実施形態を示している。
【符号の説明】
【００４６】
１…ウエハ（基板）、
１０…ＣＶＤ装置、１１…ヒータベース、１２…ヒータ、
１３…プロセスチューブ、１４…アウタチューブ、１５…インナチューブ、１６…処理室、１７…筒状空間、１８…Ｏリング、１９…マニホールド、
２０…排気管、２１…圧力センサ、２２…圧力調整装置、２３…排気装置、２４…圧力制御部、
２５…ガス流路、２６…ガス供給管、２７…ＭＦＣ、２８…ガス供給源、２９…ガス流量制御部、
３１…シールキャップ（蓋体）、３１Ａ…シールキャップカバー、３２、３２Ａ…Ｏリング（密閉部材）、３３…回転機構、３４…回転軸、３５…ボートエレベータ、３６…アーム、３７…駆動制御部、
３８…ボート、３９…断熱板（断熱部材）、
４０…温度センサ、４１…温度制御部、４２…主制御部、４３…コントローラ、
５０…冷却媒体通路、５１…通路部材（冷却媒体通路部材）、５２…冷却媒体導入通路、５３…冷却媒体排出通路、
５０Ａ…冷却媒体通路、
５４…放熱フィン、
５５…抵抗部材。
【図１】
2008311587.tif 000003
【図２】
2008311587.tif 000004
【図３】
2008311587.tif 000005
【図４】
2008311587.tif 000006
【図５】
2008311587.tif 000007