(57)【要約】【課題】生産性低下を回避しつつ炉口付近への副生成物の付着を防止する。【解決手段】処理室１４を形成したプロセスチューブ１１と、処理室１４を加熱するヒータユニット３２と、排気管１６とガス導入管１７が接続されたマニホールド１８とを備えたＣＶＤ装置１０において、マニホールド１８の内側にはマニホールドの形成材料よりも良好な耐蝕性能を有する材料から形成された保護筒２８がマニホールドの内周面との間に断熱空間２９を挟んで溶接されている。【効果】断熱空間により保護筒の温度の低下を抑制できるので、保護筒に副生成物が付着するのを防止できる。耐蝕性能の良好な保護筒はセルフクリーニングに使用されるエッチングガスが接触しても腐食されないので、セルフクリーニングの頻度を増加でき、その分、フルクリーニングの頻度を低減することで、ＣＶＤ装置の稼働停止時間を短縮し、ＣＶＤ装置の生産性を向上できる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室を形成するプロセスチューブと、前記処理室を加熱するヒータユニットと、前記処理室を排気する排気管および前記処理室にガスを供給するガス導入管がそれぞれ接続されたマニホールドとを備えており、前記マニホールドの内側には前記マニホールドの形成材料よりも良好な耐蝕性能を有する材料から形成された保護筒が、前記マニホールドの内周面との間に断熱空間を形成するように敷設されていることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に各種の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ）を施す熱処理装置（ｆｕｒｎａｃｅ  ）に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコン（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型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置が、広く使用されている。バッチ式縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、処理室を形成するインナチューブおよびインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦型に設置されたプロセスチューブと、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、プロセスチューブの外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、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おり、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、ヒータユニット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膜を堆積させるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種のＣＶＤ装置においては、アウタチューブおよびマニホールドに敷設されたシールリングが劣化防止のために強制的に冷却されるため、副生成物がアウタチューブおよびインナチューブの下端部やマニホールドの内周面に付着し堆積してしまう。特に、マニホールドは石英よりも遥かに熱伝導率の大きいステンレス鋼によって形成されていることにより、熱の放出がより一層加速してしまうために、副生成物が堆積し易い。そして、堆積した副生成物は異物の発生源になるので、堆積した副生成物を除去するメンテナンス作業が定期的に実施されることになる。
【０００４】
そこで、副生成物のマニホールド内周面への付着を防止する熱処理装置として、マニホールドの外側にカバー部材を断熱空間をとって設置することにより、マニホールドからの放熱を防ぎマニホールドの温度低下を抑制して、マニホールドの内周面に副生成物が付着するのを防止するように構成した熱処理装置、がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マニホールドの外側にカバー部材を設置して副生成物のマニホールドへの堆積を防止したＣＶＤ装置においては、プロセスチューブの内部にエッチングガスを供給することによってプロセスチューブの内周面やボートの表面をセルフクリーニングした場合に、ステンレス鋼によって形成されたマニホールドの内周面にエッチングガスが接触することにより、マニホールドの内周面が腐食されてしまうという問題点がある。マニホールドの内周面が腐食すると、マニホールドの寿命が短くなるばかりでなく、パーティクルが荒れた腐食面から発生するという問題点も派生する。
【０００６】
これを回避するために、セルフクリーニングの頻度を小さくすると、プロセスチューブ等を分解して実施する手動による所謂フルクリーニング作業の頻度が増加するために、ＣＶＤ装置の生産性が低下することになる。
【０００７】
本発明の目的は、生産性の低下を回避しつつ炉口付近に副生成物が付着するのを防止することができる半導体製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置は、処理室を形成するプロセスチューブと、前記処理室を加熱するヒータユニットと、前記処理室を排気する排気管および前記処理室にガスを供給するガス導入管がそれぞれ接続されたマニホールドとを備えており、前記マニホールドの内側には前記マニホールドの形成材料よりも良好な耐蝕性能を有する材料から形成された保護筒が、前記マニホールドの内周面との間に断熱空間を形成するように敷設されていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段によれば、マニホールドと保護筒とによって形成された断熱空間により、放熱を防止して温度の低下を抑制することができるので、炉口付近に副生成物が付着するのを防止することができる。耐蝕性能の良好な保護筒はセルフクリーニングに使用されるエッチングガスが接触しても腐食されないので、セルフクリーニングの頻度を増やすことができ、プロセスチューブ等を分解して実施するフルクリーニング作業の頻度を低減することができ、その結果、半導体製造装置の稼働停止時間の短縮等を実現し、半導体製造装置の生産性を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１１】
本実施の形態において、本発明に係る半導体製造装置は、ＣＶＤ装置（バッチ式縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置）として図１に示されているように構成されている。図１に示されているように、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持された縦型のプロセスチューブ１１を備えている。プロセスチューブ１１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ１２とインナチューブ１３とを備えており、アウタチューブ１２は石英ガラスや炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されており、インナチューブ１３は石英ガラスや炭化シリコンが使用されて上下両端が開口された円筒形状に形成されている。インナチューブ１３の筒中空部はボートによって同心的に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端開口は被処理基板としてのウエハの最大外径よりも大きな口径に設定されている。アウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって円形環状の排気路１５が形成されている。
【００１２】
図１および図２に示されているように、アウタチューブ１２の下端にはステンレス鋼が使用されて上下両端開口の短尺円筒形状に形成されたマニホールド１８が、アウタチューブ１２と同心円に配設されており、アウタチューブ１２はマニホールド１８が筐体２に支持されることによって垂直に支持された状態になっている。マニホールド１８の側壁の上側部分には他端が真空排気装置（図示せず）に接続された大口径の排気管１６が接続されており、排気管１６はアウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって形成された排気路１５を排気するようになっている。マニホールド１８の側壁の下端部にはガス導入管１７がインナチューブ１３の処理室１４の下側空間に連通するように接続されており、ガス導入管１７の他端は原料ガスや窒素ガス等のガスを供給するガス供給装置（図示せず）に接続されている。
【００１３】
図２および図３に示されているように、マニホールド１８の上端部にはフランジ部１９が径方向外向きに突出されているとともに、フランジ部１９の上面にはシールリング収納溝２０が同心円に没設されており、シールリング収納溝２０にはシールリング２１が収納されている。フランジ部１９の内部におけるシールリング収納溝２０の真下の部位には冷却媒体通路としての冷却水路２２が同心円に敷設されており、冷却水路２２には冷却媒体としての冷却水２３を流通させるための冷却水供給路（図示せず）が接続されている。フランジ部１９の外周には冷却水路２２を液密封止するためのプラグリング２４が嵌合されており、プラグリング２４の上面にはアウタチューブ１２をマニホールド１８に押さえるための押さえフランジ２５が当接されて固定されている。押さえフランジ２５はマニホールド１８と同質の耐熱材料が使用されて断面がＬ字形の円形リング形状に形成されており、アウタチューブ１２のフランジ部１２ａをマニホールド１８のフランジ部１９の上面との間で挟持するように構成されている。押さえフランジ２５の内部におけるアウタチューブ１２のフランジ部１２ａに上側で対向する部位には、冷却媒体通路としての冷却水路２６が同心円に敷設されており、冷却水路２６には冷却媒体としての冷却水２７を流通させるための冷却水供給路（図示せず）が接続されている。
【００１４】
図２および図３に示されているように、マニホールド１８の内側にはマニホールド１８の形成材料よりも良好な耐蝕性能を有する材料によって形成された保護筒２８が、マニホールド１８の内周面との間に断熱空間２９を形成するように敷設されている。すなわち、保護筒２８はマニホールド１８の形成材料であるステンレス鋼よりも鉄（Ｆｅ）の含有量が少なく良好な耐蝕性能を有する材料であるハステロイが使用されて、マニホールド１８の内径よりも小さい外径を有しマニホールド１８と等しい高さを有する円筒形状に形成されており、マニホールド１８と同心円に配置されて上下両端部において環状に溶接されて固定されている。マニホールド１８と保護筒２８との間に形成された断熱空間２９の雰囲気は真空状態になっている。断熱空間２９を真空状態に形成する手段としては、マニホールド１８と保護筒２８とを真空溶接法によって溶接する方法や、マニホールド１８と保護筒２８とを溶接した断熱空間２９を真空ポンプによって排気した後に、排気口を密封する方法、断熱空間２９をＣＶＤ装置の排気装置によって排気する方法等、がある。真空状態になった断熱空間２９の熱伝導および対流は無いに等しく、かつ、輻射はマニホールド１８の内周面と保護筒２８の外周面とが鏡面になっていることにより小さく抑制されるために、マニホールド１８と保護筒２８との間の熱伝達はきわめて小さく抑制されている。なお、排気管１６およびガス導入管１７は保護筒２８の側壁を貫通して、保護筒２８の内周側においてそれぞれ開口している。
【００１５】
保護筒２８の内周の中間部には隔壁３０が水平に突設されており、隔壁３０は保護筒２８すなわちマニホールド１８の内側空間を上下に仕切っている。隔壁３０の上にはアウタチューブ１２の内側において同心円に配置されたインナチューブ１３が支持リング３１を介して垂直に支持されている。アウタチューブ１２の外側にはヒータユニット３２が同心円に設備されており、ヒータユニット３２は筐体２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いる。ヒータユニット３２はアウタチューブ１２の内部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ように構成されている。
【００１６】
図１および図２に示されているように、ＣＶＤ装置１０はマニホールド１８の炉口を開閉する隔離バルブとしての炉口開閉装置３３を備えており、炉口開閉装置３３はマニホールド１８の中心線の延長線と同心円に配置されてボートエレベータによって昇降されるように構成されている。炉口開閉装置３３はボートエレベータのアーム３４によって垂直に昇降されるベース３５と、マニホールド１８の外径と略等しい円盤形状に形成されてマニホールド１８の下端面に密着して炉口をシールするシールキャップ３６とを備えており、シールキャップ３６はベース３５の真上に若干の隙間をとって平行に配置されて水平に支持されている。ベース３５の中心線上には回転駆動装置３７によって回転される回転軸３８が垂直方向に挿通されて軸受装置３９によって回転自在に支承されており、回転軸３８の上端にはボート４０が垂直に立脚されて固定されている。
【００１７】
図１に示されているように、ボート４０は上下で一対の端板４１および４２と、両端板４１、４２間に垂直に配設された複数本の保持部材４３とを備えており、各保持部材４３には複数条の保持溝４４が長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ１は複数条の保持溝４４間に外周辺部が挿入されることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボート４０に保持されるようになっている。
【００１８】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を使用してウエハに窒化シリコン（Ｓｉ３  Ｎ４  ）を成膜する場合について説明する。
【００１９】
プロセスチューブ１１の真下のボート搬入搬出室３において、複数枚のウエハ１はボート４０に互いに平行で中心線が揃った状態にウエハ移載装置によって装填される。図１に示されているように、複数枚のウエハ１が装填されたボート４０はシールキャップ３６の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータによって上昇されて、処理室１４の炉口であるマニホールド１８の下端開口から処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ３６に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。この状態で、シールキャップ３６は処理室１４の炉口であるマニホールド１８の下端開口を気密シールした状態になる。
【００２０】
アウタチューブ１２の内部が所定の真空度（数十〜数万Ｐａ）に排気管１６によって排気される。本実施の形態においては、排気管１６が大口径に設定されていることにより、排気管１６による排気路１５に対する排気速度を従来例に比べて大きく設定することができるので、排気路１５やマニホールド１８および排気管１６の表面に副生成物が付着して堆積するのを抑えることができる。また、アウタチューブ１２の内部がヒータユニット３２によって所定の温度（約７００℃）に均一に加熱される。
【００２１】
アウタチューブ１２の内部の温度や圧力が安定すると、成膜ガスがインナチューブ１３の処理室１４にガス導入管１７によって供給される。本実施の形態においては、成膜ガスとしては、ＳｉＨ２  Ｃｌ２  ガスとアンモニア（ＮＨ３  ）ガスとが使用される。ちなみに、ＮＨ３  ガスはＳｉＨ２  Ｃｌ２  ガスが供給される以前から供給される。処理中には、ボート４０が回転軸３８によって回転される。
【００２２】
供給された成膜ガスはインナチューブ１３の処理室１４を上昇し、インナチューブ１３の上端開口からインナチューブ１３とアウタチューブ１２との隙間によって形成された排気路１５に流出して排気管１６から排気される。成膜ガスは処理室１４を通過する際にウエハ１の表面に接触する。このウエハ１との接触に伴う成膜ガスによる熱ＣＶＤ反応によって、ウエハ１の表面にはＳｉ３  Ｎ４  膜が堆積（デポジション）する。
【００２３】
Ｓｉ３  Ｎ４  膜が所望の膜厚だけ堆積する予め設定された処理時間が経過すると、シールキャップ３６が下降されて処理室１４の炉口であるマニホールド１８の下端開口が開口されるとともに、ボート４０に保持された状態でウエハ１群が下端開口からプロセスチューブ１１の真下のボート搬入搬出室３に搬出（ボートアンローディング）される。
【００２４】
ところで、以上の成膜処理において、ガス導入管１７から炉口付近に供給された成膜ガスは、マニホールド１８の内側に断熱空間２９を挟んで溶接された保護筒２８やインナチューブ１３の炉口付近の表面に接触する。この際に、保護筒２８やインナチューブ１３の温度が処理室１４の温度に比べて低温になっていると、ＮＨ４  Ｃｌといった副生成物（中間的生成物）が保護筒２８の内壁面やインナチューブ１３の炉口付近の表面に付着する。これらの表面に付着した副生成物は成膜工程が繰り返される毎に累積して行くため、その累積した堆積膜の厚さは成膜のバッチ処理の回数が増えるに従って増加して行くことになる。この累積した堆積膜は厚さがある値に達すると、剥離し易くなるために、パーティクルの発生が急激に増加する。
【００２５】
ここで、以上の成膜処理において、マニホールド１８とアウタチューブ１２との間に挟設されたシールリング２１の熱による劣化を防止する必要上、冷却水２３、２７が冷却水路２２、２６に流通されることにより、シールリング２１が強制的に冷却されるので、保護筒２８の温度が低下する可能性がある。しかし、本実施の形態においては、保護筒２８は断熱空間２９を挟んでマニホールド１８の内側に溶接されていることにより、シールリング２１に対する強制冷却による保護筒２８における温度の低下は断熱空間２９によって抑えることができるので、保護筒２８の内周面に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。
【００２６】
また、前述した成膜工程において、成膜ガスはウエハ１だけでなく処理室１４やボート４０等の表面にも接触するので、これらの表面にもＣＶＤ膜が形成される。これらの表面のＣＶＤ膜は成膜工程が繰り返される毎に累積して行くために、その累積した堆積膜の厚さは成膜のバッチ処理の回数が増えるに従って増加して行くことになる。この累積した堆積膜は厚さがある値に達すると、剥離し易くなるために、パーティクルの発生が急激に増加する。そこで、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０においては、一回のバッチ処理毎または数回毎にセルフクリーニングを実施することにより、処理室１４やボート４０等に表面に付着したＣＶＤ膜を除去して累積して行くのを防止することが実施される。セルフクリーニングは、弗化窒素（ＮＦ３  ）や弗化塩素（ＣｌＦ３  ）等のエッチングガスをセルフクリーニングガスとしてプロセスチューブ１１の内部に供給することにより、プロセスチューブ１１や空のボート４０等の表面に形成したＣＶＤ膜をセルフクリーニングガスのエッチング作用によって除去するクリーニング、である。
【００２７】
ところで、ステンレス鋼によって形成されたマニホールドの内周面が処理室に晒されている場合には、セルフクリーニングガスがマニホールドの内周面に接触することにより、マニホールドの内周面であるステンレス鋼の表面がセルフクリーニングガスによって腐食されてしまう。マニホールドの内周面が腐食すると、マニホールドの寿命が短くなるばかりでなく、パーティクルが荒れた腐食面から発生するという問題点も派生する。これらを回避するために、セルフクリーニングの頻度を抑えると、プロセスチューブ等を分解して実施するフルクリーニング作業の頻度が増加するために、ＣＶＤ装置の生産性が低下することになる。
【００２８】
しかし、本実施の形態においては、マニホールド１８の内側に配されてセルフクリーニングガスに接触する保護筒２８は耐蝕性能の良好な材料の一例であるハステロイによって形成されていることにより、保護筒２８はセルフクリーニングガスが接触しても腐食されないので、腐食による寿命の低下やパーティクルの発生等は派生しないし、セルフクリーニングの頻度を増やすことができる。セルフクリーニングの頻度を増やすことにより、プロセスチューブ等を分解して実施するフルクリーニングの頻度を低減することができるので、ＣＶＤ装置１０の稼働停止時間の短縮等を実現することができ、ＣＶＤ装置１０の生産性を向上させることができる。
【００２９】
前記した実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３０】
１）  保護筒をマニホールドの内側に断熱空間を挟んで溶接することにより、シールリングの劣化防止のための強制冷却による保護筒の温度の低下を抑制することができるので、炉口付近を形成する保護筒に副生成物が堆積するのを防止することができる。
【００３１】
２）  断熱空間を真空雰囲気に形成することにより、保護筒とマニホールドとの間の熱伝達を効果的に抑制することができるので、シールリングの劣化防止のための強制冷却による保護筒の温度の低下を確実に抑制することができる。
【００３２】
３）  マニホールドの内周面に相当する保護筒の内周面に処理ガスの副生成物が付着するのを防止することにより、これらの表面に副生成物が堆積して行くのを防止することができるため、この堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を未然に防止することができ、その結果、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法の製造歩留りやスループットを高めることができる。
【００３３】
４）  副生成物の堆積を防止することにより、副生成物の堆積膜を除去するためのメンテナンス作業を廃止ないしは減少することができるため、ＣＶＤ装置の稼働効率ひいてはＩＣの製造方法の生産性を高めることができる。
【００３４】
５）  シールリングを強制冷却することにより、シールリングの寿命を延ばすことができるため、ＣＶＤ装置の稼働効率ひいてはＩＣの製造方法の生産性を高めることができる。
【００３５】
６）  保護筒を耐蝕性能の良好な材料の一例であるハステロイによって形成することにより、保護筒がセルフクリーニングガスによって腐食されるのを防止することができるので、保護筒の腐食による寿命の低下やパーティクルの発生等の二次障害が派生するのを必然的に防止することができる。
【００３６】
７）  保護筒がセルフクリーニングガスによって腐食されるのを防止することにより、セルフクリーニングの頻度を増やすことができるので、プロセスチューブ等を分解して実施するフルクリーニングの頻度を相対的に低減することができ、ＣＶＤ装置の稼働停止時間の短縮等を実現することができ、ＣＶＤ装置の生産性を向上させることができる。
【００３７】
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。
【００３８】
例えば、保護筒はハステロイによって形成するに限らず、ハステロイ以外の耐蝕性能の良好な耐熱性を有する材料によって形成することができる。
【００３９】
シールリングを強制冷却するための冷却媒体としては、冷却水を使用するに限らず、窒素ガス等の冷却ガスを使用してもよい。
【００４０】
成膜する膜種はシリコン窒化膜に限らず、ポリシリコン膜やシリコン酸化膜等であってもよい。
【００４１】
半導体製造装置はＣＶＤ装置に限らず、酸化処理や拡散処理、酸化や拡散だけでなく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処理およびアニール処理等にも使用される半導体製造装置全般に適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、生産性の低下を回避しつつ炉口付近に副生成物が付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】その主要部の正面断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ  部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、２…筐体、３…ボート搬入搬出室、１０…ＣＶＤ装置（半導体製造装置）、１１…プロセスチューブ、１２…アウタチューブ、１２ａ…フランジ部、１３…インナチューブ、１４…処理室、１５…排気路、１６…排気管、１７…ガス導入管、１８…マニホールド、１９…フランジ部、２０…シールリング収納溝、２１…シールリング、２２…冷却水路（冷却媒体通路）、２３…冷却水（冷却媒体）、２４…プラグリング、２５…押さえフランジ、２６…冷却水路（冷却媒体通路）、２７…冷却水（冷却媒体）、２８…保護筒、２９…断熱空間、３０…隔壁、３１…支持リング、３２…ヒータユニット、３３…炉口開閉装置、３４…エレベータのアーム、３５…ベース、３６…シールキャップ、３７…回転駆動装置、３８…回転軸、３９…軸受装置、４０…ボート、４１、４２…端板、４３…保持部材、４４…保持溝。
【図１】
2004247655.tif 000003
【図２】
2004247655.tif 000004
【図３】
2004247655.tif 000005