(57)【要約】【課題】冷却水を用いた場合の急激な炉口部の温度変化を、大掛かりな設備を必要とせず低コストで抑制できる基板処理装置を提供する。【解決手段】処理室２０１と、ヒータ２０７と、処理室２０１内にガスを供給するガス供給口３２５と、ガス供給口３２５周辺の温度を検出する温度センサ３４０とを有し、ガス供給口３２５には第１のガス供給ライン３２１と第２のガス供給ライン３２２とが連通しており、第１のガス供給ライン３２１には加熱装置３３１が設けられ、第２のガス供給ライン３２２には温度センサ３４０の検出結果に基づいて流量を制御する流量制御装置３１１が設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にガスを供給するガス供給口と
前記ガス供給口周辺の温度を検出する温度センサと、を有し、
前記ガス供給口には第１のガス供給ラインと第２のガス供給ラインとが連通しており、  前記第１のガス供給ラインには加熱装置が設けられ、前記第２のガス供給ラインには流量制御装置が設けられ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関し、特に、縦型バッチ式の半導体ウエハ熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の縦型熱処理装置の構成を図２に示す。
従来の縦型熱処理装置では、抵抗加熱ヒータ２０７に覆われた処理室２０１で半導体ウエハ２００が熱処理されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、処理室２０１とその下に設けられるウエハ移載室（図示せず）の境界近傍の炉口部３５０では処理室２０１と移載室とをシールする為に、シール材（Ｏリング２２０等）が使用されている。シール材の最高使用温度帯は２００〜３００℃程度が限界であり、シール材を保護することを目的に冷却水により温度が上昇しないように冷却している。冷却水を用いた炉口部３５０の温度制御は、上限設定値以上になれば冷却水が流れ、下限設定値を下回れば、冷却水を止めるという構成である。この場合、炉口部３５０では急激な温度変化が発生し、炉口部金属の変形、副生成物形成、水分の結露等が起こり、パーティクルの発生や成膜分布に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
この回避手段として、チラー等を用いて安定した温度が得られる様なシステムも存在するが設備が大掛かりとなりコストも高い。
【０００５】
また、シール部の冷却に加え、炉口部の腐食防止を目的として、炉口部付近から常温のＮ２ガスを導入している。すなわち、ボートを回転する回転軸２５４とシールキャップ２１９との間の不活性ガス供給口３２５には、不活性ガス供給源３２０、マスフローコントローラ３１５、エアーバルブ３１６を備えた不活性ガス供給ライン３２３が接続され、不活性ガス供給口３２５から常温のＮ２ガスを処理室２０１内に導入している。この構成では炉口シールキャップ２１９の温度、及び炉口部のフランジ近傍の温度が低下し、上記問題を一層複雑にしていた。
【０００６】
従って、本発明の主な目的は、冷却水を用いた場合の急激な炉口部の温度変化を、大掛かりな設備を必要とせず低コストで抑制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】
【０００７】
本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にガスを供給するガス供給口と
前記ガス供給口周辺の温度を検出する温度センサと、を有し、
前記ガス供給口には第１のガス供給ラインと第２のガス供給ラインとが連通しており、  前記第１のガス供給ラインには加熱装置が設けられ、前記第２のガス供給ラインには流量制御装置が設けられることを特徴とする第１の基板処理装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で基板を支持する支持具と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内を気密にシールするシールキャップと、
前記シールキャップを貫通して設けられ前記支持具に接続される回転軸と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給口と、
前記シールキャップと回転軸との間に形成される隙間により構成され前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口と、
前記シールキャップ周辺の温度を検出する温度センサと、を有し、
前記不活性ガス供給口には第１の不活性ガス供給ラインと第２の不活性ガス供給ラインとが連通しており、
前記第１の不活性ガス供給ラインには加熱装置が設けられ、前記第２の不活性ガス供給ラインには流量制御装置が設けられていることを特徴とする第２の基板処理装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記第１の基板処理装置または第２の基板処理装置において、前記第１のガス供給ラインからは加熱されたガスを供給し、前記第２のガス供給ラインからは常温のガスを供給するように制御するコントローラをさらに有することを特徴とする第３の基板処理装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、前記第１乃至第３の基板処理装置のいずれかにおいて、前記第１のガス供給ラインからは一定流量のガスを供給し、前記第２のガス供給ラインからは前記温度センサにより検出された温度に基いて調整された流量のガスを供給するように制御するコントローラをさらに有することを特徴とする第４の基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却水を用いた場合の急激な炉口部の温度変化を、大掛かりな設備を必要とせず低コストで抑制できる基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の好ましい実施例を説明するための概略縦断面図である。
【００１３】
本実施例の基板処理装置は、半導体ウエハの酸化、拡散等を行う縦型熱処理装置であって、処理室２０１に供給するガスが処理室上部のみからではなく、下部からも供給できる構造を持ち、処理の面内均一性を改善するためにボート回転機構を具備している。また、炉内ドライクリーニングに腐食性ガスを使用する。
【００１４】
均熱管２０６は例えばＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなる反応容器（以下、反応管２０３）は、下端に開口を有する円筒状の形態を有し、均熱管２０６内に同心円状に配置されている。反応管２０３の下部には例えば石英からなる処理ガスの供給管２３２と排気管２３１が連結されていて、供給管２３２と連結する処理ガス供給口２３４は反応管２０３下部から、反応管２０３側部に添って例えば細管状に立ち上がり、天井部で反応管２０３内部に至る。排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５に接続される。処理ガスは供給管２３２から供給され、反応管２０３天井部から内部に流入し、反応管２０３下部に接続された排気管２３１から排気されるようになっている。
【００１５】
反応管２０３の供給口２３４には処理ガス供給管２３２により、処理用のガスが反応管２０３内に供給されるようになっている。この処理ガス供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）を介して水分発生器である外部燃焼装置３３２に連結されている。ＭＦＣ２４１は主制御部３００内のガス流量制御部３０２に接続されており、供給する処理ガス若しくは水蒸気（Ｈ２Ｏ）の流量を所定の量に制御し得る。外部燃焼装置３３２は主制御部３００内の外部燃焼装置制御部３０６に接続されている。
【００１６】
反応管２０３の排気口２３５には、圧力調節器（例えばＡＰＣ（Auto Pressure Controller）２４２）に連結されたガスの排気管２３１が接続されている。排気管２３１には圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）が接続されている。ＡＰＣ２４２および圧力センサ２４５は主制御部３００内の圧力制御部３０３に接続されており、反応管２０３内を流れるガスを排出する際に、圧力センサ２４５により検出された圧力に基づき、反応管２０３内の圧力をＡＰＣ２４２により制御することにより、反応管２０３内を所定の圧力にするよう圧力制御部３０３により制御する。
【００１７】
反応管２０３の下端開口部は、Ｏリング２２０を介して円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）により、気密シールされる。反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１が形成される。シールキャップ２１９を貫通して回転手段（以下回転軸２５４）が設けられており、回転軸２５４は保持体（以下石英キャップ２１８）を介して石英キャップ２１８上に保持されている基板保持手段（以下ボート２１７）に接続されている。回転軸２５４により、石英キャップ２１８、ボート２１７、ボート２１７に保持されている基板（以下半導体ウエハ２００）を回転させる。シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボートエレベータ１１５を昇降させることにより、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４及びボートエレベータ１１５は主制御部３００内の駆動制御部３０４に接続されており、駆動制御部３０４により制御される。
【００１８】
均熱管２０６の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。温度検出手段（以下熱電対２６３）が反応管２０３内部に設けられており、ヒータ２０７および熱電対２６３は主制御部３００内の温度制御部３０１に接続されている。熱電対２６３により検出された温度に基づいて温度制御部３０１によりヒータ２０７を制御し、反応管２０３内の温度を所定の処理温度にする
【００１９】
ボート２１７を回転する回転軸２５４とシールキャップ２１９との間に形成される隙間により構成される不活性ガス供給口３２５には、不活性ガス供給ライン３２３が接続されている。不活性ガス供給ライン３２３は並列に接続された２本の不活性ガス供給ライン３２１、３２２を備えており、不活性ガス供給ライン３２１、３２２は共に不活性ガス供給源３２０に接続されている。不活性ガス供給ライン３２２の途中にはエアバルブ３１３とマスフローコントローラ３１１とが設けられ、不活性ガス供給ライン３２１の途中にはマスフローコントローラ３１２と不活性ガスを加熱する加熱装置３３１が設けられている。加熱装置３３１は主制御部３００内の加熱装置制御部３０５に接続されている。
【００２０】
マスフローコントローラ３１１とマスフローコントローラ３１２はガス流量制御部３０２に接続されており、ガス流量制御部３０２によってマスフローコントローラ３１１およびマスフローコントローラ３１２を制御することにより、不活性ガス供給ライン３２１および不活性ガス供給ライン３２２を流れる不活性ガスの流量が制御される。不活性ガス供給ライン３２１からは加熱装置３３１によって加熱された不活性ガスが供給され、不活性ガス供給ライン３２２からは常温の不活性ガスが供給される。
【００２１】
不活性ガス供給口３２５周辺の温度を検出する温度センサ３４０がシールキャップ２１９の下部に取り付けられている。温度センサ３４０はガス流量制御部３０２に接続されている。不活性ガス供給ライン３２１からは一定流量の不活性ガスが供給され、不活性ガス供給ライン３２２からは温度センサ３４０により検出された温度に基くガス流量制御部３０２からの信号によってマスフローコントローラ３１１で調整された流量の不活性ガスが供給される。なお、ガス流量制御部３０２を介さず、温度センサ３４０により検出された温度に基いて直接マスフローコントローラ３１１によって流量を制御することもできる。
【００２２】
本実施例では、炉口部３５０に供給する不活性ガスを事前に加熱し、加熱されたガスを炉口部３５０に供給することで炉口部３５０の温度低下を抑制している。炉口部３５０の温度により加熱されたガスの供給ガス温度を変化させることができるように、炉口部３５０の温度センサ３４０により常温の不活性ガスの流量をマスフローコントローラ３１１により制御し、常に適正な温度の不活性ガスを供給可能な構造としている。
【００２３】
Ｏリング２２０を保護するために冷却水で冷却している。冷却水を用いた炉口部３５０の温度制御は、上限設定値以上になれば冷却水が流れ、下限設定値を下回れば、冷却水を止めるという構成である。本実施例では、不活性ガス供給ライン３２１からは加熱装置３３１によって加熱された不活性ガスが一定流量供給され、不活性ガス供給ライン３２２からは温度センサ３４０により検出された温度に基いてマスフローコントローラ３１１で調整された流量の常温の不活性ガスが供給されるので、冷却水の供給および供給停止による炉口部３５０の温度変化を防止または抑制できる。
【００２４】
このように、本実施例では、冷却水を用いた場合の急激な炉口部の温度変化を、チラー等の大掛かりな設備を必要とせず低コストで抑制できる。その結果、パーティクル低減、成膜分布の改善が図れ、設備導入コストを抑制でき、また、メンテナンスフリーとなる。なお、チラー使用の場合は、メンテナンスが必要である。
【００２５】
なお、不活性ガスをこのように供給することにより、シール部の冷却に加え、炉口部の腐食防止も図ることができる。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスが好ましく用いられる。
【００２６】
図１に示した処理炉による酸化、拡散処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、反応管２０３内の温度を所定の処理温度にする。ガスの供給管２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予め反応管２０３内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させて反応管２０３内に移し、反応管２０３の内部温度を所定の処理温度に維持する。
【００２７】
反応管２０３内を所定の圧力に保った後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウエハ２００を回転させる。同時にガスの供給管２３２から処理用ガスを供給する。供給されたガスは、反応管２０３を下降し、ウエハ２００に対して均等に供給される。また、冷却水を用いて炉口部３５０を冷却する。不活性ガス供給ライン３２１から加熱装置３３１によって加熱された不活性ガスとしてのＮ２ガスを一定流量供給し、不活性ガス供給ライン３２２から温度センサ３４０により検出された温度に基いてマスフローコントローラ３１１で調整された流量の常温のＮ２ガスを供給する。
【００２８】
酸化・拡散処理中の反応管２０３内は、排気管２３１を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間、酸化・拡散処理を行う。
【００２９】
このようにして酸化・拡散処理が終了すると、次のウエハ２００の酸化・拡散処理に移るべく、反応管２０３内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエハ２００を反応管２０３から取出す。反応管２０３から取出されたボート２１７上の処理済のウエハ２００は、未処理のウエハ２００と交換され、再度前述同様にして反応管２０３内に上昇され、酸化・拡散処理が成される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】従来の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１５…ボートエレベータ
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０３…反応管
２０６…均熱管
２０７…ヒータ
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２３１…排気管
２３２…供給管
２３４…処理ガス供給口
２３５…排気口
２４１…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２４２…ＡＰＣ
２４５…圧力センサ
２５４…回転軸
２６３…熱電対
３００…主制御部
３０１…温度制御部
３０２…ガス流量制御部
３０３…圧力制御部
３０４…駆動制御部
３０５…加熱装置制御部
３０６…外部燃焼層装置制御部
３１１…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
３１２…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
３１３…エアーバルブ
３２０…不活性ガス供給源
３２１…不活性ガス供給ライン
３２２…不活性ガス供給ライン
３２３…不活性ガス供給ライン
３２５…不活性ガス供給口
３３１…加熱装置
３３２…外部燃焼装置
３４０…温度センサ
３５０…炉口部
【図１】
2007080939.tif 000003
【図２】
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