(57)【要約】【課題】  ウェハのＰＨ3アニール中に生成される副生成物の排気系への付着を抑制して、パーティクルの発生を低減させると共に、装置のメンテナンスダウンタイムを低減させる。【解決手段】  基板処理装置は、ウェハ２００（基板）を処理する反応管２０３と、反応管２０３内に処理ガスＰＨ3を供給し、反応管２０３内を排気するガス導入／排気フランジ（供給ポート／排気ポート）と、反応管２０３外部に設けられ反応管２０３の中間部を加熱するヒータ２０７ａ、２０７ｂとを備える。更に、ヒータ２０７ａ、２０７ｂと反応管２０３の間に設けられ、反応管２０３の端部２０３ａ、２０３ｂを加熱する上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する反応管と、
反応管内に処理ガスを供給する供給ポートと、
反応管内を排気する排気ポートと、
反応管外部に設けられ反応管内の基板を加熱するヒータと、
ヒータと反応管の間に設けられ、反応管の端部を加熱するサブヒータと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置に係り、特に反応管の加熱手段を改善した基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭの高集積化に伴い、キャパシタセルの占有面積が小さくなる傾向がある。しかしながら高集積化して行く一方で、必要十分なキャパシタ容量値はほぼ一定である。キャパシタ容量値を確保する方法としては容量絶縁膜の薄膜化、高誘電率絶縁膜の採用・電極表面積の拡大化が挙げられるが、現状容量絶縁膜であるＳｉ3Ｎ4膜の薄膜化はほぼ限界に達しており、更に誘電率の高いＴａ2Ｏ5膜へ移行しつつあるものの、誘電率はＳｉ3Ｎ4膜の２．５倍程度であり、デバイスの高集積化には電極表面積の拡大化で対応せざるを得ないのが実情である。
【０００３】
電極表面積の拡大化は立体構造により大幅に増加するが、露光焦点深度やドライエッチングなどの微細加工技術が問題化するため、別の方法が求められている。
【０００４】
その中で、下部電極であるアモルファスシリコン膜の形成温度を制御する事により、シリコン表面に凹凸（ＨＳＧ：Hemispherical Grained Silicon）を発生させ、例えば６００℃で形成した多結晶シリコン膜の表面積比を２倍以上にする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このＨＳＧを形成している下部電極であるシリコン層には、予めリンＰをドーパントとして注入してあるが、ＨＳＧ形成過程でシリコン膜表面にリンが希薄になるため、ＨＳＧ形成後、ホスフィンＰＨ3のようなリン化合物ガス雰囲気にて熱処理（ＰＨ3での熱処理をＰＨ3アニールという)を行い、シリコン膜中にリンをドープすることがコンデンサ表面の空乏層抑制のため必要である。
【０００６】
高集積化に伴い、ＰＨ3アニール実施後、シリコン層の表面にシリコン酸化膜より比誘電率の高いシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜の上に更にタンタル酸化膜を形成するプロセスを採用している場合もある。
【特許文献１】特開平５−３０４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
不純物ドープ処理プロセス技術は、加熱した反応管内に基板を入れて、不純物元素を含むガスを供給しつつ排気する過程で、シリコン膜中に不純物をドープするというものである。通常、基板表面中に取り込まれる不純物の量は少なく、基板中に取り込まれなかったほとんどの不純物は排気されてしまう。このため、排気された不純物は反応管の端部に副生成物として付着し、その副生成物がパーティクル発生の原因となっていた。したがって、このパーティクル発生を回避するために、装置をクリーニングする等のメンテナンス頻度が高くなってしまうという問題があった。特に、ＰＨ3アニールによるリンドーププロセス技術においては、基板中に取り込まれたリンの消費量は、全流量に対する１％以下であり、ほとんどのリンとその化合物が排気されてしまうため、特に、大きな問題であった。
なお、この副生成物付着に起因するパーティクルの発生問題は、通常の基板処理プロセス技術にも共通する。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板処理中に生成される反応管端部への副生成物の付着を抑制でき、パーティクルの発生を低減させると共に、メンテナンスダウンタイムを低減させることが可能な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】
【０００９】
第１の発明は、基板を処理する反応管と、反応管内に処理ガスを供給する供給ポートと、反応管内を排気する排気ポートと、反応管外部に設けられ反応管内の基板を加熱するヒータと、ヒータと反応管の間に設けられ、反応管の端部を加熱するサブヒータとを有することを特徴とする基板処理装置である。
処理ガスが供給ポートから反応管内に供給されつつ排気ポートから排気される。この過程でヒータにより反応管内で加熱された基板に処理ガスの一部が取り込まれて基板が処理される。基板に取り込まれなかった処理ガスが反応管端部より排気ポートを介して排気されるが、反応管の端部がサブヒータにより加熱されているので、反応管端部に処理ガスが副生成物として付着しがたい。したがって、基板処理中に生成される副生成物の付着を抑制でき、パーティクルの発生を低減させると共に、メンテナンスダウンタイムを低減させることができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、サブヒータは反応管端部の低温部に設けられることを特徴とする基板処理装置である。基板処理中に生成される副生成物は、特に反応管端部の低温部に付着しやすいが、その付着を抑制できるので、パーティクルの発生を低減させると共に、メンテナンスダウンタイムを低減させることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、サブヒータはヒータ端部に設けられることを特徴とする基板処理装置である。サブヒータがヒータ端部に設けられると、反応管の端部を有効に加熱することができる。したがって、基板処理中に生成される副生成物の付着を抑制できるので、パーティクルの発生を低減させると共に、メンテナンスダウンタイムを低減させることができる。
【００１２】
第４の発明は、第１の発明において、サブヒータは反応管端部を１５０〜１８０℃の温度で加熱するよう構成されることを特徴とする基板処理装置である。温度が１５０℃未満だと反応管端部に副生成物が付着しやすくなり、温度が１８０℃を超えると排気系に設けられているシール材の耐熱性が問題となる。したがって、副生成物が付着しずらく、シール材の耐熱性の限界温度を超えない１５０〜１８０℃が好ましい。
【００１３】
第５の発明は、第１の発明において、更に反応管端部から下流の排気経路を加熱する第２のサブヒータを有することを特徴とする基板処理装置である。反応管端部から下流の排気経路を加熱する第２のサブヒータを有するので、反応管端部から下流の排気経路に生成される副生成物の付着も抑制できる。したがって、基板処理中に生成される副生成物の付着を抑制でき、パーティクルの発生を低減させると共に、メンテナンスダウンタイムを低減させることができる。
【００１４】
第６の発明は、第１の発明において、処理ガスとはリンを含むガスであることを特徴とする基板処理装置である。処理ガスがリンを含むガスである場合、排気されるリンとその化合物による反応管の端部での副生成物の付着を抑制できる。
【００１５】
第７の発明は、第１の発明において、処理ガスとはＰＨ3を含むガスであることを特徴とする基板処理装置である。処理ガスがＰＨ3を含むガスである場合、排気されるＰＨ3を含むガスによる反応管の端部での副生成物の付着を抑制できる。
【００１６】
第８の発明は、第６の発明において、処理する基板にはシリコン膜が形成されており、処理とはシリコン膜に対してリンをドープする処理であることを特徴とする基板処理装置である。処理がシリコン膜に対してリンをドープする処理のとき、ほとんどのリンとその化合物は排気されてしまうが、反応管の端部でのそれらの副生成物の付着を抑制できる。
【００１７】
第９の発明は、第６の発明において、処理する基板にはＨＳＧ膜が形成されており、処理とはＨＳＧ膜に対してリンをドープする処理であることを特徴とする基板処理装置である。処理がＨＳＧ膜に対してリンをドープする処理であると、ほとんどのリンとその化合物は排気されてしまうが、反応管の端部でのそれらの副生成物の付着を抑制できる。
【００１８】
第１０の発明は、第１の発明において、基板は反応管内で水平に配置され、供給ポートと排気ポートは基板を挟んで対向する位置に設けられ、処理ガスは基板表面に対して平行に供給されることを特徴とする基板処理装置である。特に、基板処理装置が、反応管内で水平に配置され基板の表面に対して、供給ポートから処理ガスが平行に供給されて、供給ポートと基板を挟んで対向する排気ポートから排気される構造となっている場合に、反応管内の基板を加熱するヒータの熱が反応管の端部に及びづらいので、反応管の端部に副生成物が付着しやすくなるが、反応管の端部をサブヒータにより加熱するようにすると、反応管の端部における副生成物の付着を抑制できる。
【００１９】
第１１の発明は、第１０の発明において、供給ポートと排気ポートは略同じ高さに設けられることを特徴とする基板処理装置である。さらに、供給ポートと排気ポートは略同じ高さに設けられるように構成された基板処理装置に有用である。
基板処理装置が、さらに供給ポートと排気ポートが略同じ高さに設けられる構造となっている場合にも、反応管の端部をサブヒータにより加熱するようにすると、反応管の端部における副生成物の付着を抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板処理中に生成される副生成物の反応管端部への付着を抑制できる。したがって、パーティクルの発生を低減させると共に、メンテナンスダウンタイムを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
まず、本発明の一実施の形態の基板処理装置としての二枚葉装置の全体構成を説明する。図３は、ウェハ搬送経路も示したこの二枚葉式成膜装置の概略平面図を示す。
中央に搬送室２０が配置され、搬送室２０内にはウェハ２００を搬送するウェーハ搬送ロボット（図示せず）が設けられる。搬送室２０の周囲に、搬送室２０を介して連通する複数のチャンバが配置される。複数のチャンバは、隣接した２つのカセット室１０、９０、対向した２つの冷却室６０、８０、隣接した２つの反応室３０、７０から構成される。
【００２３】
２つのカセット室１０、９０と搬送室２０との連通部はゲートバルブ４０により開閉可能になっている。また、２つの反応室３０、７０と搬送室２０との連通部はゲートバルブ５０により開閉可能になっている。なお、２つの冷却室６０、８０は、常時、搬送室２０と連通状態になっている。
【００２４】
ここでは上述したチャンバのうち、カセット室１０、反応室３０、及び冷却室６０を用いて、表面にＨＳＧ膜が形成されたウェハ２００に対して、反応室３０でアニールを行なうプロセスを説明する。このプロセスは、半導体チップの所定の容量下部電極部であるシリコン表面に、空乏化率を低減するために、ホスフィンＰＨ3のようなリン化合物にてリンをドープするものである。
【００２５】
本プロセスの流れを説明する。半導体チップを有しているウェハを、二枚葉成膜装置に搬送する前、自然酸化膜やＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏのような混合液によって形成される化学酸化膜を、あらかじめ、例えば１％フッ酸水溶液で１分間洗浄し除去した後、スピンドライ乾燥機などで乾燥処理をする。乾燥処理を行った後、素早く清浄なまま、成膜装置内のカセット室１０に搬送する。清浄なまま成膜するにはクリーンルーム内の雰囲気の汚染や自然酸化膜の再形成を防ぐためであり、カセット室１０に搬送するまでの間を素早く行う必要がある。この時点でシリコン表面に汚染や自然酸化膜などが多く付着・形成していると、シリコン表面の状態と、例えば自然酸化膜表面の状態とではシリコンの結合手密度が異なるため、リンドープ量が確保できなかったりして、半導体装置の歩留まり低下の原因となる。
【００２６】
上記のようにウェハ２００をカセット室１０に搬送した後、カセット室１０内を高純度窒素にてパージしながら減圧にし、大気を除去する。高純度窒素にてパージしながら減圧にするのは、乾燥した窒素のパージにより水分が十分に雰囲気中に飽和するのを満たし、また急激な減圧によりウェハ表面やカセットなどに付着している水分（液体）がすべて水蒸気（気体）にならず、むしろ一部が気体になる際奪われる熱により温度が低下し、氷（固体）になるのを防止するためである。氷は反応室３０内に搬送後、熱により溶融し水となるため表面の一部が酸化してリンドープ（リン拡散）を阻害する要因となる。さらにパージにより気流を設け、付着物を排出する効果もある。またカセット室１０内の圧力を数回昇降させることにより、残留物質を最大限置換させることも有効である。また搬送室２０は常時窒素にてパージされており搬送室２０内で存在、発生する不純物物質がウェハ表面に付着しないようにしている。
【００２７】
上記のようにカセット室１０内の雰囲気の酸素や水分などの不純物物質を除去した後、カセット室１０と搬送室２０及び反応室３０の圧力を窒素パージにより所定の圧力にて制御する。それぞれのゲートバルブ４０，５０を開けた後、カセット室１０と搬送室２０及び反応室３０を窒素パージしながら、搬送室２０に設けた図示しないウェハ搬送ロボットにより、ウェハ２００を、カセット室１から反応室３０に搬送室２０を介して搬送する（矢印（１））。ウェハ２００を搬送する際のそれぞれのチャンバ１０、２０、３０の圧力は、窒素流量並びに排気配管コンダクタンスにより制御し、チャンバ間のゲートバルブ４０、５０を開けた際の流れ方向を、圧力差により制御する。ウェハ２００をチャンバ３０に搬送後、ゲートバルブ５０、４０を閉じる。
【００２８】
反応室３０に搬送されたウェハ２００は、所定の温度と圧力（リン化合物雰囲気濃度）条件においてＰＨ3アニール処理される。すなわちウェハ２００上に形成したＨＳＧ膜中にリンがドープされる。その後、反応室３０は、雰囲気を高純度窒素などによりパージして置換される。反応室３０内が窒素により置換された後、反応室３０内の圧力をウェハ２００を搬送する際の圧力に制御する。ゲートバルブ５０を開けた後、リンドープ後のウェハ２００を反応室３０からウェハ搬送ロボットにより取り出し、冷却室６０に搬送する（矢印（２））。冷却室６０にてウェハ２００を十分に冷却した後、ゲートバルブ４０を開け、ウェハ搬送ロボットにより搬送室２０を介してカセット室１０にウェハ２００を戻し、本プロセス処理を完了する（矢印（３））。
【００２９】
つぎ、上述したＰＨ3アニール処理室となる反応室（反応室３０、７０）の概略を、図５、図６を参照して説明する。図５は反応室（処理炉）の概略縦断面図であり、図６は処理炉の概略横断面図である。
【００３０】
石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の反応容器としての反応管２０３は水平方向に偏平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウェハ２００を収容する。反応管２０３内部には半導体ウェハ２００を水平に支持する基板保持手段としてのウェハ支持台２１７が設けられる。反応管２０３の両端部に中間部よりも大径なフランジ部（反応管の一部）２０３ｅ、２０３ｆが設けられる。フランジ部２０３ｅ、２０３ｆには、マニホールドとしてのガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂが気密に設けられる。一方のガス導入／排気フランジ２０９ａには更に仕切弁としてのゲートバルブ２４４を介して搬送室（図３の搬送室２０に相当）が連接されている。ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂにはそれぞれ供給管としてのガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂ、排気配管としての排気ライン２３１ａ、２３１ｂが連通される。ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂには、反応管２０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段２４１ａ、２４１ｂがそれぞれ設けられている。また、排気ライン２３１ａ、２３１ｂには、反応管２０３内の圧力を制御する圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂがそれぞれ設けられている。
【００３１】
反応管２０３の外部の上下には、それぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部のウェハ２００を加熱するようになっている。上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂは、反応管２０３の中間部を、均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせてウェハ２００を加熱するようになっている。上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂは、例えば抵抗加熱ヒータで構成する。上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されている。
【００３２】
また上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂの外部には、断熱部材としての断熱材２０８が設けられ、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂの熱を遮断するようになっている。断熱材２０８は、反応管２０３と同様に偏平な形をした中空体で構成されて、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３の中間部を覆うようになっている。上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂを覆うために、断熱材２０８の中間部の内壁に凹所を設け、その凹所に上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂを納めてある。断熱材２０８は、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂを納めた表面積の大きな中間部を反応管２０３と非接触とさせ、表面積の小さな断熱材２０８の両端部を反応管２０３と接触させるようになっている。
【００３３】
反応管２０３内の温度、反応管２０３内の圧力、反応管２０３内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。また、温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂは、主制御部２４９により制御される。
【００３４】
次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した基板処理装置の処理炉を用いて基板にＰＨ3アニールを実施する方法について説明する。
【００３５】
反応管２０３内の温度がヒータ２０７ａ、２０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、図示しないウェハ搬送ロボットにより図中左方より反応管２０３内に半導体ウェハ２００が搬入され、ウェハ支持台２１７に水平に配置される。本例ではウェハ支持台２１７には２枚のウェハ２００が載置され、２枚のウェハ２００が同時に処理される。なお、同時に処理する２枚のウェハ２００の熱履歴を等しくするためにウェハ２００は２枚同時に反応管２０３内に搬送される。ウェハ２００が反応管２０３内に搬入されると同時にウェハ２００の処理温度までの昇温が開始される。
【００３６】
ウェハ搬送ロボットが後退してゲートバルブ２４４が閉じられた後、反応管２０３内の圧力は処理圧力となるよう圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより制御され（圧力安定化）、反応管２０３内の温度はウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御される（温度安定化）。この反応管２０３内の圧力安定化、ウェハ２００の温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気され、反応管２０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。
【００３７】
反応管２０３内の圧力が処理圧力に安定化し、ウェハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより処理ガスが導入され、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気されることにより、ウェハ２００が処理される。この際、処理の均一性を確保するため、処理ガス（ＰＨ3）は対角に向かって交互に流すのが好ましい。すなわち、例えば、まず処理ガスをガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、すなわちガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい（これを両流れという）。なお、処理の均一性が処理ガスの流れの向きに依存しないような場合は、処理ガスは一方向に向かって流れるようにしてもよい（これを片流れという）。すなわち、例えばガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に、或はガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に流れるようにしてもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態の基板処理装置の処理炉にて基板を処理する際の処理条件としては、例えばウェハ表面に形成されたＨＳＧ膜にリンドープする場合、処理温度は６００〜７５０℃、処理圧力４，０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）〜４０，０００Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）、ウェハに対して供給するＰＨ3ガスは１００〜５０００ｓｃｃｍが例示される。
【００３９】
ウェハ２００表面へのリンドープが完了すると、反応管２０３内の残留ガスを除去するために、反応管２０３内には、ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気され、反応管内がパージされる。なお、ウェハ処理時の処理ガスの供給流量、ウェハ処理前または後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより制御される。
【００４０】
反応管２０３内のパージ後、反応管２０３内の圧力を圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより、ウェハ搬送圧力となるよう調整する。反応管２０３内の圧力が搬送圧力となった後、ゲートバルブ２４４が開かれ、ウェハ２００は、ウェハ搬送ロボットにより反応管２０３より搬送室へ搬出される。
【００４１】
なお、上述の圧力制御手段２４８ａ、ｂによる反応管２０３内の圧力制御、温度制御手段２４７による反応管２０３内の温度制御、流量制御手段２４１ａ、ｂによる反応管２０３内へのガス流量制御は、主制御部が各制御手段を制御することにより行われる。
【００４２】
ところで、上述した基板処理の一例として説明したＰＨ3アニールは、ウェハ上のシリコン膜に対してＰＨ3を流すことにより、リンをドープさせるプロセスであり、リンはシリコン膜表面より膜中に所定の温度と圧力（リン化合物雰囲気濃度）条件においてドープされる。リンをドープする際に用いられるホスフィンは、水素がいくつか脱離されたリン化合物状態でシリコン表面のシリコンに吸着し、いくらかのリン化合物はホスフィンＰＨ3となり雰囲気中へと戻ったり、いくらかのリン化合物はリンとしてシリコン膜中へとドープしたりする。
【００４３】
しかしながら、本プロセスで消費されるホスフィンＰＨ3の、ほとんどのリン並びにリン化合物はウェハ２００に取り込まれることなく排気される。排気されたリン並びにリン化合物は排気経路の途中で、蒸気圧に対するリン昇華温度（約２００℃と推定）以下の低温部に付着する。低温部となりうる箇所をハッチングで示せば図４に示す通りである。図４は、図３のＡ−Ａ'断面図として、図６を簡略化して書きなおした処理炉の断面図である。反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂよりホスフィンＰＨ3が導入され、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気されることにより、ハッチングで示した低温部９０となる反応管２０３の両端部から、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ、そして自動圧力制御器（ＡＰＣ）２５０を経て真空ポンプ２５１に至る排気ライン２３１ａ、２３１ｂ（排気経路）に副生成物が付着する。
【００４４】
特に、図示するように、処理炉の構造が、反応管２０３内で水平に配置されてウェハ２００の表面に対して、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ内の供給ポート２１０ａ、２１０ｂから処理ガスが平行に供給されて、供給ポート２１０ａ、２１０ｂとウェハ２００を挟んで対向する、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ内の排気ポート２１１ａ、２１１ｂから排気されるようになっている場合に、反応管２０３内のウェハ２００を加熱する上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂの熱が反応管２０３の端部に及びづらいので、反応管２０３の端部に副生成物が多量に付着しやすくなる。さらに、供給ポート２１０ａ、２１０ｂと排気ポート２１１ａ、２１１ｂが略同じ高さに設けられている構造となっている場合に、処理ガスの供給経路と排気経路とが重なるので、反応管２０３の端部や、供給ポート２１０ａ、２１０ｂ及び排気ポート２１１ａ、２１１ｂに副生成物が一層に付着しやすくなる。
【００４５】
この副生成物の付着する箇所がウェハの搬送経路、例えば反応管２０３やガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂであったり、反応管２０３内に排気経路からの逆流が起こり得る箇所、例えばガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂや排気ライン２３１ａ、２３１ｂであったりすると、副生成物の累積と共にウェハ２００上にパーティクルとして飛散してしまう。一旦パーティクルが発生すると、副生成物をガスクリーニングや、ウェットクリーニングなどで除去する必要があり、その実施タイミング（サイクル）が長ければ長いほど、またクリーニングによる装置メンテナンス時間が短ければ短いほど、装置メンテナンスダウンタイムが短くなる。このため、副生成物へのメンテナンスフリーが望まれている。
【００４６】
そこで、特に反応管の端部への副生成物の付着を抑制するために、実施の形態では、反応管の加熱手段を補助する補助加熱手段を追加することで改善している。
これを図１を用いて説明する。図１は図４と対応する図であって、実施の形態による処理炉の概略縦断面図である。なお、図４ないし図５を用いて説明した部分と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。図１において、特に図４と異なる点は、サブヒータを追加した点である。
【００４７】
上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂと反応管２０３との間には、それぞれ補助加熱手段としての上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂが設けられ、反応管２０３の端部を加熱するようになっている。すなわち、反応管２０３の上下であって、上ヒータ２０７ａ、２０７ｂと反応管２０３との間に、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂがそれぞれ設けられ、反応管２０３の端部２０３ａ、２０３ｂを所定の温度に加熱するようになっている。上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、上ヒータ２０７ａ、２０７ｂと同様に抵抗加熱ヒータで構成することができる。上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂには、図示しないが、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されている。
【００４８】
これを具体的に説明する。水平方向に偏平な空間を有した反応管２０３の両端部には、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂと連結するためのフランジ部（反応管の一部）２０３ｅ、２０３ｆがそれぞれ設けられている。
【００４９】
反応管２０３の上下に設けられる上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂは、反応管２０３のフランジ部２０３ｅ、２０３ｆを含む両端部２０３ａ、２０３ｂを除いた反応管２０３の中間部に設けられる。この反応管２０３の中間部は、反応管２０３内部に設けられる半導体ウェハ２００ないしウェハ２００を支持するウェハ支持台２１７を十分にカバーする領域である。
【００５０】
上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３を覆う断熱材２０８は、偏平な反応管２０３と相似した偏平な中空体をしている。断熱材２０８は、反応管２０３をその中空体の内部に挿通することにより、反応管２０３の外周を覆っている。偏平な形をした断熱材２０８は、その両端部２０８ａ、２０８ｂが内側に向かう凸状となり、中間部内壁が凹部となるように構成されている。断熱材２０８の中間部の上下の凹部の各底全面に上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂを設けてある。そして、断熱材２０８の凸状をした両端部２０８ａ、２０８ｂで、反応管２０３を支持するようになっている。断熱材２０８の両端部を凸状とすることにより、凹部の底に設けられた上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂは、反応管２０３と接触しないようにしている。上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが、反応管２０３と接触しないようにしているのは、反応管２０３の熱膨張を許容するためである。また、断熱材２０８の両端部２０８ａ、２０８ｂは、反応管のフランジ部２０３ｅ、２０３ｆとウェハ支持台２１７の両端との中間部（反応管端部２０３ａ、２０３ｂ）にそれぞれ配置されるようになっている。
【００５１】
上述した上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、断熱材２０８の両端部２０８ａ、２０８ｂと反応管２０３との間に設けられている。また、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂと加熱領域が一部重なる反応管端部２０３ａ、２０３ｂを覆うように設けられている。これにより、断熱材２０８は、反応管２０３との間に上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを介在させて、反応管２０３を支持することになる。
【００５２】
このように上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを断熱材２０８の両端部２０８ａ、２０８ｂと反応管２０３との間に設けることにより、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、反応管２０３と接触していない上ヒータ２０７ａ、ヒータ下２０７ｂと反応管２０３との間に設けられることになる。また、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを断熱材２０８の両端部２０８ａ、２０８ｂと反応管２０３との間に設けることにより、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、断熱材２０８の両端部２０８ａ、２０８ｂと隣接するヒータ端部２０７ｃ、２０７ｄに設けられることになる。また、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを断熱材２０８の両端部２０８ａ、２０８ｂと反応管２０３との間に設けることにより、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、反応管端部２０３ａ、２０３ｂの低温部２９０ａ、２９０ｂに設けられることになる。
【００５３】
ヒータ２０７ａ、２０７ｂは、ウェハ２００を６００〜７５０℃に加熱するように制御されるが、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、反応管２０３の端部２０３ａ、２０３ｂを１５０〜１８０℃の温度で加熱するよう制御される。温度が１５０℃未満だと副生成物の付着量が多くなり、温度が１８０℃を超えると排気系に設けられているＯリングの劣化による減圧シール性の劣化が懸念される。したがって、副生成物の付着量を極力抑えつつ、Ｏリングのシール性が劣化しない１５０〜１８０℃にて管理することが好ましい。上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂの温度は、ヒータ２０７ａ、２０７ｂと同様に、主制御部２４９により制御される温度制御手段２４７によって制御される。
【００５４】
さて、上述した実施の形態の処理炉では、ＰＨ3がガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂから反応管２０３内に供給されつつガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂから排気される。この過程でヒータ２０７ａ、２０７ｂにより反応管２０３内で加熱されたウェハ２００の表面にＰＨ3の一部が取り込まれてウェハ２００上に形成されたＨＳＧ膜にリンがドープされる。ウェハ２００に取り込まれなかったＰＨ3が反応管端部２０３ａ、２０３ｂよりガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂを介して排気される。このとき反応管端部２０３ａ、２０３ｂを、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂにより加熱しているので、反応管端部２０３ａ、２０３ｂにＰＨ3が副生成物として付着しがたくなる。
【００５５】
また、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂは、反応管端部２０３ａ、２０３ｂの低温部２９０ａ、２９０ｂに設けられているので、特に反応管端部の低温部に付着しやすい副生成物の付着を抑制できる。また、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂはヒータ端部２０７ｃ、２０７ｄに設けられているので、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂによる加熱が十分に及ばない反応管２０３の端部２０３ａ、２０３ｂを有効に加熱することができる。したがって、リンドーピング中に生成される副生成物の付着を抑制できる。
【００５６】
また、反応管両端部２０３ａ、２０３ｂの低温部２９０ａ、２９０ｂを１５０℃から１８０℃程度の範囲内にて加熱するので、Ｏリングのシール性を劣化させることなく、反応管両端部２０３ａ、２０３ｂへの副生成物の付着量を極力抑制することができる。
【００５７】
また、実施の形態のリンドープ処理では、ウェハ２００上にＨＳＧ膜が形成されており、このＨＳＧ膜に対して、ＰＨ3を含むガスを流してリンをドープするＰＨ3アニールによるリンドープであるため、ほとんどのリンとその化合物が副生成物となって反応管２０３の端部２０３ａ、２０３ｂに付着するおそれがあるが、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂが反応管２０３の端部２０３ａ、２０３ｂへの副生成物の付着を有効に抑制することができる。
【００５８】
したがって、副生成物の反応管への付着が抑制され、これまでメンテナンス後に短期間で発生していたパーティクルの発生を大幅に低減できる。その結果、メンテナンスダウンタイムを低減することが出来、生産に対する歩留まりの向上並びに安定した半導体デバイスの生産の確保に大きく寄与することができる。
【００５９】
また、実施の形態による処理炉では、ウェハが反応管２０３内で水平に配置され、供給ポート２１０ａ、２１０ｂと排気ポート２１１ａ、２１１ｂとは、略同じ高さでウェハ２００を挟んで対向する位置に設けられ、ＰＨ3ガスはウェハ表面に対して平行に供給される構造となっている。ここでいう対向とは、第１の流れを形成する供給ポート２１０ａと排気ポート２１１ｂとが対向していること、もしくは第１の流れとは反対向きの流れである第２の流れを形成する供給ポート２１０ｂと排気ポート２１１ａとが対向していることを指す。
このようなタイプの装置を用いる場合においては、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂに、供給ポート２１０ａ、２１０ｂと排気ポート２１１ａ、２１１ｂが位置するので、反応管外部に設けられる上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂを、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂにまで延在させることが構造上困難である。従って、反応管２０３内のウェハを加熱する上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂの熱が反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂに十分に及ばず、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂに副生成物が付着しやすくなるという問題が生じる。
しかし、実施の形態では、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂに上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを設けることにより、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂを上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂで加熱しているので、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂにおける副生成物の付着を有効に抑制できる。
なお、実施の形態では、処理ガスの流れを両流れ可能とするために、第１の流れを形成する一対の供給ポート２１０ａ及び排気ポート２１１ｂと、第２の流れを形成する他の一対の供給ポート２１０ｂ及び排気ポート２１１ａとの両方を設けているが、いずれか一方の流れを形成する一対のポートを設けて片流れとする場合にも、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂにおける副生成物の付着を有効に抑制できる。
【００６０】
さらに、実施の形態の処理炉では、ウェハが反応管２０３内で水平に配置され、供給ポート２１０ａ、２１０ｂと排気ポート２１１ａ、２１１ｂとは、略同じ高さでウェハ２００を挟んで対向する位置に設けられ、ＰＨ3ガスはウェハ表面に対して平行に供給される構造となっている。そして、このような構造において、第１の流れを形成する供給ポート２１０ａ及び排気ポート２１１ｂと、第２の流れを形成する供給ポート２１０ｂ及び排気ポート２１１ａとに、処理ガスを交互に流して両側流れとなるようにしている。このようなタイプの装置を用いる場合においては、各ポートが配設される反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂにおいて、第１の流れと第２の流れとが重なるようになる。従って、反応管２０３内のウェハを加熱する上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂの熱が反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂに十分に及ばないと、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂに副生成物が付着しやすくなるという問題が生じる。
しかし、実施の形態では、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂを上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂにより加熱しているので、反応管２０３の両端部２０３ａ、２０３ｂにおける副生成物の付着を有効に抑制できる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態では、反応管端部を加熱するサブヒータを設けたので、反応管端部及びその近傍の副生成物の付着を抑制できる。しかし、反応管端部よりもさらに下流の排気経路に付着する副生成物も除去したいとの要請もある。そのような要請に応えるには、更に反応管端部から下流の排気経路を加熱する第２のサブヒータを設けることが好ましい。
図２は、そのような第２のサブヒータ１１０ａ、１１０ｂを設けた実施の形態を示す。第２のサブヒータ１１０ａ、１１０ｂは、反応管２０３の両端部の低温部から、排気経路であるガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ、そしてＡＰＣ２５０ないし真空ポンプ２５１に至る排気ライン２３１ａ、２３１ｂまで設ける。これによれば、反応管端部２０３ａ、２０３ｂの下流から排気経路に付着する副生成物の形成も抑制できる。
なお、第２のサブヒータ１１０ａ、１１０ｂをガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂや圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂの外周に設けることが困難な場合には、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂからＡＰＣ２５０に至る排気配管まで、または真空ポンプ２５１に至る排気配管までに配管ヒータを設けるだけでもよい。第２のサブヒータ１１０ａ、１１０ｂは抵抗加熱ヒータで構成することができ、必要に応じて配管を保温し、配管温度が低下して副生成物が付着しないように加熱する。
【００６２】
第２サブヒータ１１０ａ、１１０ｂにより、反応管低温部から排気経路にわたって広範囲に加熱することで、反応管低温部から排気経路にわたる副生成物の付着を有効に抑制できる。その結果、副生成物の除去のためのメンテナンスダウンタイムを一層低減することが出来、より安定した半導体デバイスの製造を確保できる。
【００６３】
また、実施の形態では、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを、抵抗加熱ヒータで構成したが、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが赤外線ランプであれば、上サブヒータ１００ａ、下サブヒータ１００ｂを赤外線ランプで構成することができる。
【００６４】
また、実施の形態では、枚葉式装置の場合について説明したが、多数枚の基板を一括処理する縦型装置の場合でも、反応管内の基板を加熱するヒータが反応管外部に設けられている場合には、本発明は、適用可能である。
また、実施の形態では、ＨＳＧ膜に対してＰＨ3を用いてリンをドープする場合について説明したが、凹凸のないシリコン膜にリン等の不純物をドープする場合にも、また、リン等の不純物をドープしない成膜処理についても、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態による基板処理装置を構成する処理炉の概略縦断面図である。
【図２】実施の形態による他の基板処理装置を構成する処理炉の概略縦断面図である。
【図３】実施の形態による基板処理装置の概略平面図である。
【図４】副生成物付着箇所を示す処理炉の概略縦断面図である。
【図５】実施の形態による二枚葉装置の処理炉の概略縦断面図である。
【図６】実施の形態による二枚葉装置の処理炉の概略横断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
２００    ウェハ（基板）
２０３    反応管
２０９ａ、２０９ｂ    ガス導入／排気フランジ
２０７ａ、２０７ｂ  ヒータ
２０３ａ、２０３ｂ  反応管端部
１００ａ、１００ｂ  サブヒータ
【図１】
2005317707.tif 000003
【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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