(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持体を内部に収容する反応容器と、
前記反応容器下端の開口部を閉塞する蓋部と、
前記蓋部を覆うカバー部と、を備え、
前記カバー部は、
前記反応容器内に突出するように形成され、中央に貫通孔が形成された中高部と、
前記中高部の下端に形成され、前記蓋部および前記反応容器との間に配置されるフランジ部と、を有し、
前記中高部の内側の中空部分には断熱部が設置され、前記断熱部と前記中高部との間には加熱部が設置され、
前記加熱部は、前記中高部の天井の内側に設置される第１加熱部と、前記中高部の前記反応容器側の側面の内側に設置される第２加熱部と、前記中高部の前記貫通孔側の側面に設置される第３加熱部とで構成される基板処理装置。
【請求項２】
前記貫通孔には前記基板保持体に接続される回転軸が挿通される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第１加熱部の加熱温度は前記第２加熱部の加熱温度より高く、前記第３加熱部の加熱温度は前記第２加熱部の加熱温度より低い請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記中高部の天井は、少なくとも一部分が傾斜になっている請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記中高部の天井は、全面が傾斜になっている請求項４記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記中高部の天井は、段差がつけられている請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記第１加熱部は内側加熱部と外側加熱部とに分割されている請求項１記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記内側加熱部と前記外側加熱部は、それぞれ環状の加熱部である請求項７記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記断熱部内部に前記断熱部を冷却する冷却部を設置する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１０】
反応容器内に基板を保持する基板保持体を収容し、前記反応容器下端の開口部をカバー部によって覆われた蓋部で閉塞する工程と、
前記反応容器内に突出するように形成され、その内側の中空部分に断熱部が設置された中高部と、前記中高部の下端に形成され、前記蓋部および前記開口部との間に配置されるフランジ部と、を有する前記カバー部の前記断熱部と前記中高部との間に設置された加熱部によって前記反応容器内を加熱する工程と、
前記反応容器内で前記基板を処理する工程と、を備え、
前記加熱する工程では、前記中高部の天井の内側に設置される第１加熱部と、前記中高部の前記反応容器側の側面の内側に設置される第２加熱部と、前記中高部の中央に形成された貫通孔側の側面に設置される第３加熱部と、を有する前記加熱部によって加熱する半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板処理装置の反応容器内に基板を保持する基板保持体を収容し、前記反応容器下端の開口部をカバー部によって覆われた蓋部で閉塞する手順と、
前記反応容器内に突出するように形成され、その内側の中空部分に断熱部が設置された中高部と、前記中高部の下端に形成され、前記蓋部および前記開口部との間に配置されるフランジ部と、を有する前記カバー部の前記断熱部と前記中高部との間に設置された加熱部によって前記反応容器内を加熱する手順と、
前記反応容器内で前記基板を処理する手順と、をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラムであって、
前記加熱する手順では、前記中高部の天井の内側に設置される第１加熱部と、前記中高部の前記反応容器側の側面の内側に設置される第２加熱部と、前記中高部の中央に形成された貫通孔側の側面に設置される第３加熱部と、を有する前記加熱部によって加熱するプログラム。
【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およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程における基板の熱処理では、例えば、縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では所定枚数の基板を積載して基板保持具に保持し、基板保持具を処理室内に装入し、処理室外周に設置された側部ヒータによって基板を加熱した状態で処理室内に処理ガスを導入して所要の処理が行われる。【０００３】
上述のような縦型基板処理装置として、熱放出量の大きい処理室の下部に補助加熱用の面状サブヒータを設置して短時間で処理室全体の温度の回復と安定とを確保することにより、基板の処理時間の短縮を図ることがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2001-15605
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した文献に記載の構成では、ウエハ領域から下方への熱逃げが大きいため断熱領域を長く取らざるを得ず、そのためにウエハの枚数を増やせず生産性を上げることができないことがある。【０００６】
本発明の目的は、処理室内の昇温時間を短くし、かつ、ダミーウエハをなくすことにより生産性を上げることができる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、
基板を保持する基板保持体を内部に収容する反応容器と、
前記反応容器下端の開口部を閉塞する蓋部と、
前記蓋部を覆うカバー部と、を備え、
前記カバー部は、
前記反応容器内に突出するように形成された中高部と、
前記中高部の下端に形成され、前記蓋部および前記反応容器との間に配置されるフランジ部と、を有し、
前記中高部の内側の中空部分には断熱部が設置され、前記断熱部と前記中高部との間には加熱部が設置される技術が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理室内の昇温時間を短くし、かつ、ダミーウエハをなくすことにより生産性を上げることができる。
【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縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。
【図２】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の炉口部周辺を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】本発明の変形例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の変形例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の変形例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の変形例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜３を用いて説明する。
【００１１】
本実施形態において、基板処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造方法における製造工程の一工程として熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置（以下、処理装置と称する）２として構成されている。図１に示すように、処理装置２は、円筒形状の反応管１０と、反応管１０の外周に設置された加熱手段（加熱機構）としてのメインヒータ（ヒータ）１２とを備える。反応管は、例えば石英やＳｉＣにより形成される。後述する反応容器１１の内部には、基板としてのウエハＷを処理する処理室１４が形成される。反応管１０には、温度検出器としての温度検出部１６が設置される。温度検出部１６は、反応管１０の内壁に沿って立設されている。
【００１２】
反応管１０の下端開口部には、円筒形のマニホールド１８が、Ｏリング等のシール部材２０を介して連結され、反応管１０の下端を支持している。マニホールド１８は、例えばステンレス等の金属により形成される。反応管１０とマニホールド１８とにより反応容器１１が構成される。反応容器１１の下端の開口部（炉口部）は円盤状の蓋部２２によって開閉される。蓋部２２は、例えば金属により形成される。蓋部２２の上面にはＯリング等のシール部材２０が設置されており、さらに、蓋部２２を覆うようにカバー部５６が設置されている。カバー部５６は、例えば石英で構成される。カバー部５６の上面にはＯリング等のシール部材が設置されており、これにより、反応容器１１内と外気とが気密にシールされる。炉口部の詳細な構成については後述する。
【００１３】
処理室１４は、複数枚、例えば２５〜１５０枚のウエハＷを垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート２６を内部に収納する。ボート２６は、例えば石英やＳｉＣより形成される。ボート２６は、蓋部２２およびカバー部５６の孔を貫通する回転軸２８により、カバー部５６の上方に支持される。蓋部２２の回転軸２８が貫通する部分には、例えば、磁性流体シールが設けられ、回転軸２８は蓋部２２の下方に設置された回転機構３０に接続される。これにより、回転軸２８は反応容器１１の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成される。蓋部２２は昇降機構としてのボートエレベータ３２により上下方向に駆動される。これにより、ボート２６および蓋部２２が一体的に昇降され、反応容器１１に対してボート２６が搬入出される。
【００１４】
処理装置１０は、基板処理に使用されるガスを処理室１４内に供給するガス供給機構３４を備えている。ガス供給機構３４が供給するガスは、成膜される膜の種類に応じて換えられる。ここでは、ガス供給機構３４は、原料ガス供給部、反応ガス供給部および不活性ガス供給部を含む。
【００１５】
原料ガス供給部は、ガス供給管３６ａを備え、ガス供給管３６ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３８ａおよび開閉弁であるバルブ４０ａが設けられている。ガス供給管３６ａはマニホールド１８の側壁を貫通するノズル４４ａに接続される。ノズル４４ａは、反応管１０内に上下方向に沿って立設し、ボート２６に保持されるウエハＷに向かって開口する複数の供給孔が形成されている。ノズル４４ａの供給孔を通してウエハＷに対して原料ガスが供給される。
【００１６】
以下、同様の構成にて、反応ガス供給部からは、供給管３６ｂ、ＭＦＣ３８ｂ、バルブ４０ｂおよびノズル４４ｂを介して、反応ガスがウエハＷに対して供給される。不活性ガス供給部からは、供給管３６ｃ、３６ｄ、ＭＦＣ３８ｃ、３８ｄ、バルブ４０ｃ、４０ｄおよびノズル４４ａ、４４ｂを介して、ウエハＷに対して不活性ガスが供給される。
【００１７】
マニホールド１８には、排気管４６が取り付けられている。排気管４６には、処理室１４内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ４８および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ４０を介して、真空排気装置としての真空ポンプ５２が接続されている。このような構成により、処理室１４内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。
【００１８】
次に、炉口部の構成について説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態ではウエハ処理領域下方の断熱領域において、断熱部２４を処理室１４の下部に配置している。図２に示すように、カバー部５６は中高部５６Ａと中高部５６Ａの下端に形成されたフランジ部５６Ｂとにより構成される。カバー部５６は中高部５６Ａが反応管１０内部に突出するように、すなわち、処理室１４内部に入り込むように形成される。図３に示すように、カバー部５６は断面円形であり、カバー部５６の中央には回転軸２８が貫通する貫通孔５６Ｃが形成されている。
【００２０】
中高部５６Ａの内側である中空部分には、断熱部２４が設置されている。断熱部２４は例えば、カーボンフェルトで構成される。また、断熱部２４と中高部５６Ａとの間には加熱機構としての加熱部５８が設置されている。加熱部５８は、中高部５６Ａの内側を覆うように設置される。加熱部５８は、第１加熱部５８Ａと、第２加熱部５８Ｂと、第３加熱部５８Ｃとで構成されている。第１加熱部５８Ａは、ボート２６下方のウエハＷを加熱するように、中高部５６Ａの天井に面するように設置される。図３に示すように、第２加熱部５８Ｂは、反応容器１１下方の炉口部を加熱するように、中高部５６Ａの側面に設置される。第３加熱部５８Ｃは、回転軸２８を加熱するように、中高部５６Ａの貫通孔５６Ｃ側の側面に設置される。
【００２１】
回転機構３０、ボートエレベータ３２、ガス供給機構３４のＭＦＣ３８ａ〜３８ｄおよびバルブ４０ａ〜４０ｄ、ＡＰＣバルブ５０、ヒータ１２および加熱部５８には、これらを制御するコントローラ１００が接続される。コントローラ１００は、例えば、ＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなり、処理装置２の動作を制御するよう構成される。コントローラ１００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１０２が接続されている。
【００２２】
コントローラ１００には記憶媒体としての記憶部１０４が接続されている。記憶部１０４には、処理装置１０の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置２の各構成部に処理を実行させるためのプログラム（レシピとも言う）が、読み出し可能に格納される。
【００２３】
記憶部１０４は、コントローラ１００に内蔵された記憶装置（ハードディスクやフラッシュメモリ）であってもよいし、可搬性の外部記録装置（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）であってもよい。また、コンピュータへのプログラムの提供は、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。プログラムは、必要に応じて、入出力装置１０２からの指示等にて記憶部１０４から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１００が実行することで、処理装置２は、コントローラ１００の制御のもと、所望の処理を実行する。
【００２４】
次に、上述の処理装置２を用い、基板上に膜を形成する処理（成膜処理）について説明する。ここでは、ウエハＷに対して、原料ガスとしてＨＣＤＳ（Ｓｉ2Ｃｌ６ ：ヘキサクロロジシラン）ガスと、反応ガスとしてＯ2 （酸素）ガスとを供給することで、ウエハＷ上にシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、処理装置２を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
【００２５】
（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハＷがボート２６に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２６は、ボートエレベータ３２によって処理室１４内に搬入（ボートロード）され、反応容器１１の開口部は蓋部２２によって気密に閉塞（シール）された状態となる。
【００２６】
（圧力調整および温度調整）
処理室１４内が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ５２によって真空排気（減圧排気）される。処理室１４内の圧力は、圧力センサ４８で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ５０がフィードバック制御される。また、処理室１４内のウエハＷが所定の温度となるように、ヒータ１２および第１加熱部５８Ａによって加熱される。この際、処理室１４が所定の温度分布となるように、温度検出部１６が検出した温度情報に基づきヒータ１２および第１加熱部５８Ａへの通電具合がフィードバック制御される。また、第２加熱部５８Ｂおよび第３加熱部５８Ｃによる加熱も開始される。さらに、回転機構３０によるボート２６およびウエハＷの回転を開始する。
【００２７】
（成膜処理）
［原料ガス供給工程］
処理室１４内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室１４内のウエハＷに対してＨＣＤＳガスを供給する。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ３８ａにて所望の流量となるように制御され、ガス供給管３６ａおよびノズル４４ａを介して処理室１４内に供給される。
【００２８】
［原料ガス排気工程］
次に、ＨＣＤＳガスの供給を停止し、真空ポンプ５２により処理室１４内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部から不活性ガスとしてＮ２ガスを処理室１４内に供給しても良い（不活性ガスパージ）。
【００２９】
［反応ガス供給工程］
次に、処理室１４内のウエハＷに対してＯ2ガスを供給する。Ｏ2ガスは、ＭＦＣ３８ｂにて所望の流量となるように制御され、ガス供給管３６ｂおよびノズル４４ｂを介して処理室１４内に供給される。
【００３０】
［反応ガス排気工程］
次に、Ｏ2ガスの供給を停止し、真空ポンプ５２により処理室１４内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からＮ２ガスを処理室１４内に供給しても良い（不活性ガスパージ）。
【００３１】
上述した４つの工程を行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、ウエハＷ上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯ2膜を形成することができる。
【００３２】
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からＮ２ガスが供給され、処理室１４内がＮ２ガスに置換されると共に、処理室１４の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ３２により蓋部２２が降下されて、ボート２６が反応容器１１から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハＷはボート２６より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００３３】
ウエハＷにＳｉＯ2膜を形成する際の処理条件としては、例えば、下記が例示される。
処理温度（ウエハ温度）：３００℃〜７００℃、
処理圧力（処理室内圧力）１Ｐａ〜４０００Ｐａ、
ＨＣＤＳガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｏ2ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ2ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
【００３４】
成膜処理時の加熱部５８の加熱温度は、第１加熱部５８Ａを処理温度と同等程度、第２加熱部５８Ｂを第１加熱部５８Ａより低い温度であり、炉口部に副生成物が付着しない程度の温度、例えば２００〜３００℃とする。第２加熱部５８Ｂが第１加熱部５８Ａより高い温度の場合、炉口部付近で処理ガスが分解してしまったり、処理室１４内の温度均一性が悪化してしまったりする場合がある。第３加熱部５８Ｃを第２加熱部５８Ｂより低い温度、例えば１５０℃程度とする。第３加熱部５８Ｃが第２加熱部５８Ｂより高い温度の場合、回転軸２８に副生成物が付着してしまう場合がある。
【００３５】
＜本実施形態による効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
【００３６】
（１）カバー部を入れ子形状（中央凸状）とすることにより、断熱部を処理室外部に設置することができる。これにより、断熱部の材質に起因するウエハの悪影響を抑制することができ、品質を向上させることができる。さらに、断熱部が処理室外部にあるため、処理室内部の容積を減らすことができ、減圧・昇圧時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【００３７】
（２）断熱部を処理室外部に設置することにより、断熱部の材質を任意に選択することができる。例えば、断熱材として断熱効果の高い材質を選択することにより、断熱領域を短くすることができ、プロダクト領域を拡げることができる。これにより、生産性を向上させることができる。また、より高温のプロセスに対応することが可能となる。さらに、断熱材として熱容量の小さな材質を選択することで、昇温時のリカバリ時間を短くすることができ、生産性をさらに上げることができる。断熱材を処理室内部に配置する場合、断熱材の材質に起因する汚染が発生するため、断熱材の材質は石英やＳｉＣなどに限られてしまうことがある。
【００３８】
（３）カバー部の内側に加熱部を設置することにより、メインヒータによる処理室内の加熱を補助することができ、処理室内の温度勾配を小さくすることができ、プロセスの安定性を向上させることができる。
【００３９】
（４）カバー部内に第２加熱部（外側ヒータ）を設置することにより、断熱領域の処理ガスが接触する壁表面を加熱し、表面温度を高くすることができ、副生成物の付着を抑制することができる。これにより、パーティクルの発生を抑制することができ、メンテナンスサイクルを長くすることができる。また、第２加熱部を高さ方向に複数ゾーン分割することによって、任意の高さを任意の温度に設定することができ、より効果的に副生成物の付着を抑制することができる。
【００４０】
（５）カバー部内に第１加熱部（上方ヒータ）を設置することにより、処理室下方のウエハを高速に昇温でき、リカバリ時間を短くすることができる。ボート最下部にはウエハ領域の温度を均一に保つためのダミーウエハを設置することがあるが、本実施形態によれば、第１加熱部による加熱を好適に制御することができるため、ウエハから逃げる分の熱を補完でき、ダミーウエハを設置する必要がない。これにより、均熱長を伸ばすことができるため、ウエハ処理枚数を増やすことができ、生産性を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施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変更可能である。
【００４２】
（変形例１）
図４に示すように、カバー部５６の天井の中央部が上方へ突出するように、カバー部５６の天井に段差をつけても良い。このような構成により、処理室１４下方のウエハＷの中心部分を集中的に加熱することができるため、処理室１４下方のウエハＷの成膜均一性を向上させることができる。
【００４３】
（変形例２）
図５に示すように、第１加熱部５８Ａを内側加熱部５８Ａ１と外側加熱部５８Ａ２とに分割しても良い。さらに、第１加熱部５８Ａを面状の加熱部ではなく、環状の加熱部としても良い。外側加熱部５８Ａ２の高さを内側加熱部５８Ａ１の高さよりも低くしたり、内側加熱部５８Ａ１の温度を外側加熱部５８Ａ２の温度よりも高くしたりすることにより、処理室１４下方の温度均一性を向上させることができる。また、第１加熱部５８Ａを半径方向に複数ゾーン分割することによって、ウエハ領域最下部の面内温度分布を調整することができる。
【００４４】
（変形例３）
図６に示すように、カバー部５６の天井を一部傾斜するように形成しても良い。さらに、図７に示すように、カバー部５６の天井を全面傾斜するように、中心から径方向外向きに向けて斜めに下がるように形成しても良い。このような構成により、ウエハに与える熱量を調整することができる。
【００４５】
（変形例４）
図８に示すように、断熱部２４内を冷却するように冷却通路を設置し、冷却通路に冷媒を流すよう構成された冷却部６０を設置しても良い。降温時には冷却通路に冷媒を流すことにより断熱部２４を急速に冷却することができ、降温時間を短縮することができる。冷媒としては、例えば水やエアを流すことができる。
【００４６】
なお、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。以上のように断熱部を処理室外部に配置することによって断熱材の材質の選択が自在となり、また加熱・冷却機構を設置することができるようになり、昇温・降温時の応答性や定常時の断熱性、制御性などを向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
処理室内の昇温時間を短くし、かつ、ダミーウエハをなくすことにより生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
２              処理装置
２４            断熱部
５６            カバー部
５８            加熱部
【図１】
0006736755.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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