CN112400219B - 基板处理装置及记录介质 - Google Patents

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Abstract

基板处理装置具备：(a)处理室，其形成容纳基板保持件及隔热组件的筒状空间；(b)气体供给机构，其通过一个或多个开口与所述处理室流体连通；(c)气体排出机构，其通过一个或多个主排气口与所述处理室流体连通；(d)排气端口，其与所述气体排出机构连通，并将所述处理室内的环境气体排出；(e)中间排气口，其设于所述处理室的侧壁，并在面对所述隔热组件的位置处使所述处理室内与所述排气端口连通；和(f)供给室排气口，其设于所述处理室的侧壁，并在与所述中间排气口对应的高度位置处使所述处理室内与所述气体供给机构连通。所述隔热组件在与所述中间排气口对应的高度位置处形成有缩径部，该缩径部具有比相较于与所述中间排气口对应的高度而靠上方及下方的位置处的外径小的外径。

Description

基板处理装置及记录介质
技术领域
本发明涉及基板处理装置及记录介质。
背景技术
在半导体装置(器件)的制造工序中的基板(晶片)的热处理中例如使用立式基板处理装置。在立式基板处理装置中，由基板保持件将多个基板沿垂直方向排列而进行保持，并将基板保持件搬入处理室内。之后，在由设置于处理室外的加热器将基板加热后的状态下向处理室内导入处理气体，从而对基板进行薄膜形成处理等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公布第2017/037937号
发明内容
由于急剧的压力波动，存在炉口部下部的薄膜裂纹卷起、且有颗粒落到基板上的情况。
本发明的目的在于提供一种减少上述颗粒的基板处理技术。
在本发明的一个方式中，基板处理装置具备：(a)基板保持件，其将多个晶片以沿着规定轴按规定间隔排列的状态进行保持；(b)隔热组件，其配置于所述基板保持件的下方；(c)处理室，其形成容纳所述基板保持件及所述隔热组件的筒状空间；(d)气体供给机构，其通过朝向所述处理室内的多个所述晶片各自的侧部穿设的一个或多个开口而与所述处理室流体连通；(e)气体排出机构，其通过朝向多个所述晶片各自的侧部穿设的一个或多个主排气口而与所述处理室流体连通；(f)排气端口，其与所述气体排出机构连通，并将所述处理室内的环境气体排出；(g)中间排气口，其设于所述处理室的侧壁，并在面对所述隔热组件的位置处使所述处理室内与所述排气端口连通；和(h)供给室排气口，其设于所述处理室的侧壁，并在与所述中间排气口对应的高度位置处使所述处理室内与所述气体供给机构连通。所述隔热组件在与所述中间排气口对应的高度位置处形成有缩径部，该缩径部具有比相较于与所述中间排气口对应的高度而靠上方及下方的位置处的外径小的外径。
发明效果
根据本发明，能够减少炉口部下部的颗粒。
附图说明
图1是实施方式的基板处理装置的示意图。
图2是实施方式的基板处理装置中的隔热组件的纵剖视图。
图3是实施方式的基板处理装置中的反应管的含截面的立体图。
图4是实施方式的基板处理装置中的反应管的剖视图。
图5是实施方式的基板处理装置中的反应管的仰视图。
图6是表示实施方式的基板处理装置中的轴吹扫气体流动的图。
图7是实施方式的基板处理装置中的控制器的构成图。
图8是表示实施方式的成膜顺序的图。
图9是表示模型化的反应管内的排气路径的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的基板处理装置1作为实施半导体集成电路的制造中的热处理工序的立式热处理装置而构成，并具备处理炉2。处理炉2具有由多个加热器单元构成的加热器3，以均匀加热处理炉2。加热器3为圆筒形，并通过由作为保持板的加热器底座(未图示)支承而相对于基板处理装置1的设置地面垂直安装。如后所述，加热器3也作为通过加热而使气体活化(激发)的活化机构(激发部)发挥功能。
在加热器3的内侧配置有构成反应容器(处理容器)的反应管4。反应管4例如由石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，并形成为上端封闭且下端开口的圆筒形。反应管4具有双重管构造，该双重管构造具有在下端的凸缘部4C彼此结合的外管4A和内管4B。外管4A和内管4B的上端封闭，内管4B的下端开口。凸缘部4C具有比外管4A大的外径，并向外侧突出。在反应管4的靠下端处设有与外管4A内连通的排气端口即排气出口4D。包括这些部分的反应管4整体由单一材料一体形成。外管4A为了能够承受使内侧成为真空时的压力差而构成得相对较厚。
集流管5为圆筒或圆锥台形且为金属制或石英制，并以支承反应管4的下端的方式设置。集流管5的内径形成为比反应管4的内径(凸缘部4C的内径)大。由此，能够在反应管4的下端(凸缘部4C)与后述的密封盖19之间形成后述的圆环状空间。将该空间或其周边的部件统称为炉口部。
内管4B在与排气出口4D相比为反应管的里侧且是在其侧面上具有使内侧与外侧连通的主排气口4E，另外，在与主排气口4E相反的位置处具有供给狭缝4F。主排气口4E是相对于晶片7所配置的区域开口的单独的纵长开口。供给狭缝4F是沿圆周方向延伸的狭缝，并以与各晶片7对应的方式在垂直方向上排列设置。
内管4B还在与排气出口4D相比为反应管4的里侧且是在与主排气口4E相比为开口侧的位置处设有使处理室6与排气空间(排气室)S连通的中间排气口4G。另外，在凸缘部4C也形成有使处理室6与排气空间S下端连通的底排气口4H、底排气口4J(参照图3)及喷嘴导入孔4K(参照图5)。换言之，排气空间S的下端除了底排气口4H、4J等之外由凸缘4C封闭。中间排气口4G及底排气口4H主要以将后述的轴吹扫气体排出的方式发挥功能。
在外管4A与内管4B之间的排气空间S内，与供给狭缝4F的位置对应地设有供给原料气体等处理气体的一支以上的喷嘴8。供给处理气体(原料气体)的气体供给管9贯穿集流管5分别与喷嘴8连接。
在各个气体供给管9的流路上，从上游方向起依次设有作为流量控制器的质量流量控制器(MFC)10及作为开闭阀的阀11。在与阀11相比的下游侧，供给惰性气体的气体供给管12与气体供给管9连接。在气体供给管12上，从上游方向起依次设有MFC13及阀14。主要由气体供给管9、MFC10、阀11构成了作为处理气体供给系统的处理气体供给部。在这些部件中进一步包括MFC13及阀14而称为气体供给系统。
作为喷射器的喷嘴8在喷嘴室42内以从反应管4的下部笔直地立起的方式设置。在喷嘴8的侧面或上端设有供给气体的一个或多个喷嘴孔8H。多个喷嘴孔8H通过与供给狭缝4F的各个开口对应地以朝向反应管4的中心的方式开口，从而能够穿过内管4B朝向晶片7喷射气体。
在排气出口4D上连接有将处理室6内的环境气体排出的排气管15。在排气管15上，经由作为对处理室6内的压力进行检测的压力检测器(压力计)的压力传感器16及作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller：自动压力控制器)阀17而连接有作为真空排气装置的真空泵18。APC阀17通过在使真空泵18工作的状态下将阀开闭，能够进行处理室6内的真空排气的执行及停止。进一步构成为，通过在使真空泵18工作的状态下基于由压力传感器16检测到的压力信息来调节阀开度，从而能够调节处理室6内的压力。主要由排气管15、APC阀17、压力传感器16构成了排气系统。也可以考虑将真空泵18包括在排气系统内。
在集流管5的下方设有作为能够将集流管5的下端开口气密地封闭的炉口盖体的密封盖19。密封盖19例如由不锈钢或镍基合金等金属构成，并形成为圆盘状。在密封盖19的上表面设有与集流管5的下端抵接的作为密封部件的O型圈19A。
另外，在密封盖19的上表面，相对于与集流管5的下端内周相比为内侧的部分设置有保护密封盖19的盖板20。盖板20例如由石英、蓝宝石或SiC等耐热耐蚀性材料构成，并形成为圆盘状。盖板20由于不要求机械强度，所以能够以较薄的壁厚形成。盖板20并不限于独立于密封盖19而准备的零件，也可以是涂覆于密封盖19的内表面或将内表面改性后的、氮化物等的薄膜或层。盖板20另外也可以具有从圆周的边缘沿着集流管5的内表面立起的壁。
作为基板保持件的晶舟21将多片、例如25～200片晶片7以水平姿势且彼此中心对齐的状态在垂直方向上排列并支承为多层。因此，晶片7隔开固定间隔地排列。晶舟21例如由石英或SiC等耐热性材料构成。有些情况下，期望反应管4具有能够将晶舟21安全地搬入搬出的最小限度的内径。
在晶舟21的下部配置有后述的隔热组件22。隔热组件22具有上下方向的热传导或热传递小的构造，且通常内部具有空洞。内部能够由轴吹扫气体进行吹扫。在反应管4中，将配置有晶舟21的上部称为处理区域A，将配置有隔热组件22的下部称为隔热区域B。
在密封盖19的与处理室6相反的一侧设置有使晶舟21旋转的旋转机构23。在旋转机构23上连接有轴吹扫气体的气体供给管24。在气体供给管24上从上游方向起依次设有MFC25及阀26。该吹扫气体的一个目的是保护旋转机构23的内部(例如轴承)不受处理室6内使用的腐蚀性气体等的影响。吹扫气体从旋转机构23沿着轴被排出，并被引导至隔热组件22内。
晶舟升降机27垂直设于反应管4的外部下方，并作为使密封盖19升降的升降机构(搬送机构)而动作。由此，能够将由密封盖19支承的晶舟21及晶片7向处理室6内外搬入搬出。此外，在密封盖19下降到最下位置的期间内，能够代替密封盖19而设置对反应管4的下端开口进行封堵的挡板(未图示)。
在外管4A的外壁上设置有温度传感器28。温度传感器28能够由上下并列排列的多个热电偶构成。基于由温度传感器28检测到的温度信息来调节向加热器3的通电情况，由此，处理室6内的温度成为所希望的温度分布。
控制器29是控制基板处理装置1整体的计算机，与MFC10、13、阀11、14、压力传感器16、APC阀17、真空泵18、加热器3、盖式加热器34(参照图2)、温度传感器28、旋转机构23、晶舟升降机27等电连接，并从这些部分接收信号或对其进行控制。
接着，使用图2来说明隔热组件22。隔热组件22由旋转台37、隔热体保持件38、圆筒部39及隔热体40构成，旋转台37构成底板(支承台)。
旋转台37具有在中心形成有使副加热器支柱33贯穿的贯穿孔的圆盘形状，载置于旋转轴36的上端部，并与盖板20隔开规定间隔h1地固定。旋转台37中，在靠近边缘处旋转对称地形成有多个直径(宽度)h2的排气孔37A。由此，隔热组件以使底部分离的方式构成。保持隔热体40的隔热体保持件38和圆筒部39同心载置于旋转台37的上表面，并由螺丝等固定。
隔热体保持件38构成为在中心具有使副加热器支柱33贯穿的空洞的圆筒形。在隔热体保持件38的内周与副加热器支柱33之间，形成有向隔热组件22内的上方供给轴吹扫气体的、具有圆环状截面的流路。在隔热体保持件38的下端具有外径比旋转台37小的向外凸缘形状的腿38C。另一方面，隔热体保持件38的上端构成轴吹扫气体的供给口38B，该供给口38B以供副加热器支柱33从隔热体保持件38的上端突出的方式扩展并开口。
在隔热体保持件38的柱上，作为隔热体40而同轴设置有多个反射板40A和隔热板40B。
圆筒部39具有与内管4B之间的间隙G为规定值的外径。为了抑制处理气体或轴吹扫气体的穿过而期望间隙G设定得较窄，例如优选为7.5mm～15mm。圆筒部39的上端由平坦的板封闭，并在此设置晶舟21。圆筒部39的直径比晶片7的直径大、比处理室6的内径小。圆筒部39为筒状构造，但局部外周缩小后的(直径比圆筒部39的上部及下部的直径小的)缩径部39a设于与排气出口4D、中间排气口4G、供给室排气口4L相同的高度。换言之，供给室排气口4L、缩径部39a、中间排气口4G及排气出口4D配置在一条直线上。缩径部39a与隔热板40B相比位于上方且与反射板40A相比位于下方，缩径部39a的内径比反射板40A及隔热板40B的直径大。
旋转机构23的外壳(主体)23A气密地固定于密封盖19的下表面。在外壳23A的内部，从内侧起依次同轴地设有圆筒形的内轴23B、和形成为直径比内轴23B的直径大的圆筒形的外轴23C。与旋转轴36结合的外轴23C通过夹设在其与外壳23A之间的轴承(未图示)而旋转自如地被支承，另一方面，与副加热器支柱33结合的内轴23B和外壳23A以无法旋转的方式固定。
在内轴23B的内侧垂直穿插有副加热器支柱33。副加热器支柱33是石英制的管，在其上端同心保持有作为辅助加热器的盖式加热器34。盖式加热器34通过将圆管形成为圆环状而构成，并在与外部隔绝的内部收纳有电热丝线圈34B。电热丝线圈34B和其附带的温度传感器的导线(未图示)从副加热器支柱33中穿过而被取出到密封盖19的外侧。
由气体供给管24导入外壳23A内的轴吹扫气体在旋转轴36的内侧及外侧向上方流动。流入旋转轴36内侧的轴吹扫气体在隔热体保持件38与副加热器支柱33间的流路中向上方流动，在从供给口38B流出后，在隔热体保持件38与圆筒部39的内壁间的空间内向下方流动，并从排气孔37A排出到隔热组件22外。流入旋转轴36外侧的轴吹扫气体一边在旋转轴36与盖板20之间沿半径方向扩展并流动一边与来自排气孔37A的轴吹扫气体合流，之后吹扫炉口部。
接着，使用图3～5来说明反应管。如图3所示，在内管4B形成有用于向处理室6内供给处理气体的供给狭缝4F，该供给狭缝4F在纵向上为与晶片7相同的数量，在横向上为三个，呈格子状排列形成。内管4B的内侧即处理室6构成为筒状，其内径是最大可容纳的晶片7的直径的104～108％。在供给狭缝4F的横向的列之间和两端的位置处，分别设有沿纵向延伸的分隔板41，以划分出外管4A与内管4B之间的排气空间S。从主要的排气空间S由多个分隔板41分隔出的区域形成了作为供给室的喷嘴室(供给缓冲区)42。即，喷嘴室42通过使内管4B的侧部的一部分向外侧突出而形成。其结果是，排气空间S的截面形成为C字形。在处理区域A附近，将喷嘴室42与内管4B内直接连接的开口仅为供给狭缝4F。
分隔板41能够构成为，虽然与内管4B连结，但为了避免因外管4A与内管4B的温度差所产生的应力而不与外管4A连结，而是具有一点点空隙。喷嘴室42无需与排气空间S完全隔离，尤其是在上端或下端能够具有与排气空间S相通的开口或间隙。喷嘴室42并不限于其外周侧由外管4A划分，也可以另行设置沿着外管4A的内表面的分隔板。
在内管4B的朝向隔热组件22的侧面开口的位置处，设有中间排气口4G、供给室排气口4L。中间排气口4G以与排气出口4D相同的朝向设置，其开口的至少一部分配置在与排气出口4D的管重叠的高度。供给室排气口4L配置在与中间排气口4G相对的位置。
如图4所示，在三个喷嘴室42内分别设置有喷嘴8a～8c。在喷嘴8a～8c的侧面分别设有朝向反应管4的中心方向开口的喷嘴孔8H。从喷嘴孔8H喷出的气体虽然欲要从供给狭缝4F流入内管4B内，但一部分气体并不直接流入。
在喷嘴8a～8c上分别单独连接有由图1所示的气体供给管9、阀11、MFC10、气体供给管12、阀14及MFC13构成的气体供给系统，能够供给互不相同的气体。由于通过分隔板41使各喷嘴8a～8c分别设置于独立的空间内，所以能够抑制从各喷嘴8a～8c供给的处理气体在喷嘴室42内混合。另外，滞留在喷嘴室42内的气体能够从喷嘴室42的上端或下端向排气空间S排出。通过这种构成，能够抑制在喷嘴室42内处理气体混合而形成薄膜或生成副生成物。此外，仅在图4中，在喷嘴室42相邻的排气空间S内表示了能够沿着反应管的轴向(上下方向)任意设置的吹扫喷嘴8d。以后，以不存在吹扫喷嘴8d的情况进行说明。
如图5所示，在凸缘部4C上作为将排气空间S与凸缘下方连接的开口而设有底排气口4H、4J及喷嘴导入孔4K。底排气口4H是设于离排气出口4D最近的部位的长孔，底排气口4J是沿着C字形的排气空间S设于六个部位的小孔。喷嘴导入孔4K从其开口插入喷嘴8a～8c，且通常由石英制的喷嘴导入孔罩8S(参照图1)封堵。当底排气口4J如后所述地开口过大时，从开口通过的轴吹扫气体的流速会下降，并且原料气体等会因扩散而从排气空间S侵入炉口部。因此，存在形成为使中央部的直径缩小后的(缩径后的)孔的情况。
接着，使用图6说明轴吹扫气体的排出路径。来自气体供给管24的轴吹扫气体在旋转台37与盖板20之间的空隙(h1)内一边形成扩散屏障一边沿半径方向流动，并被放出到炉口部。因此，轴吹扫气体抑制原料气体向炉口部的流入，稀释因向炉口部扩散等而侵入的原料气体，并使其随着轴吹扫气体的流动而排出，由此，发挥着防止在炉口部附着副生成物并劣化的作用。轴吹扫气体的排出路径大致有以下五个。
路径P1：从底排气口4H或4J进入排气空间S，并到达排气出口4D。
路径P2：从内管4B与隔热组件22之间的间隙G穿过，从中间排气口4G进入排气空间S，并到达排气出口4D。
路径P3：从内管4B与隔热组件22之间的间隙G穿过而进入处理区域A，从主排气口4E进入排气空间S，并到达排气出口4D。
路径P4：从喷嘴导入孔4K进入喷嘴室42，横穿处理区域A而从主排气口4E进入排气空间S，并到达排气出口4D。
路径P5：从喷嘴导入孔4K进入喷嘴室42，从供给室排气口4L穿过内管4B与隔热组件22之间的间隙G及隔热组件22的缩径部39a，从中间排气口4G进入排气空间S，并到达排气出口4D。
由于在处理区域A的下方，处理气体的浓度降低，且基板间均匀性受损，所以针对基板的处理而言，轴吹扫气体向处理区域A流入的路径P3和P4并不理想。尤其本例的反应管4具有主排气口4E的压力损失小的特征，由此轴吹扫气体容易被引入路径P3、P4。在喷嘴导入孔罩8S和底排气口4J两者均未设置的情况下，轴吹扫气体全都会流向路径P4。因此在本例中使中间排气口4G的开口增大并使间隙G缩小，使得与路径P3相比更易流向路径P2。另外形成路径P5，使得与路径P4相比更易流向路径P5。另外喷嘴导入孔4K由喷嘴导入孔罩8S封堵等以充分缩小实质的开口，使得难以流向路径P4。通过中间排气口4G在使处理气体及轴吹扫气体流动时的圆筒部39的侧面形成理想的压力梯度，例如处理区域A侧及炉口部侧的压力高、且中间排气口4G附近的压力变得最低。在该压力梯度下，能够抑制基于路径P3实现的轴吹扫气体向处理区域的流入、以及处理气体向炉口部的流入(扩散)这两者。此外，当轴吹扫气体的供给过剩时，路径P1、P2的压力损失会增加，该压力梯度可能恶化。
另一方面，C字形的排气空间S的最深部由于与喷嘴室42抵接而成为断头路，所以清洁气体等处理气体容易滞留。此时，若通过底排气口4J使得排气空间S与炉口部能够流通，则当轴吹扫气体多(炉口部侧的压力高)时，在路径P3中，轴吹扫气体会流入排气空间S而消除滞留；当轴吹扫气体少时，相反地，处理气体会流入或扩散至排气空间S并从底排气口4J被排出，因此，无论哪种情况都有助于滞留气体的排出。此外，滞留气体若是微量的话，则由于即使侵入炉口部也会被充分稀释，所以没有问题。
但是，当增大底排气口4J并使路径P1的流导性过度增大时，在包括路径P1的所有路径中，轴吹扫气体的最大流速下降，因逆流方向上的扩散而导致处理气体容易侵入炉口部。
综上所述，期望路径P4及P3的流导性小于路径P1、P2及P5中的任一个流导性，以及期望路径P1及P2的流导性的上限设为，处理气体向炉口部的侵入成为容许量以下。
接着，使用图7说明控制器29。控制器29与MFC10、13、25、阀11、14、26、压力传感器16、APC阀17、真空泵18、加热器3、盖式加热器34、温度传感器28、旋转机构23、晶舟升降机27等各构成电连接，并对它们进行自动控制。控制器29构成为具备CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)212、RAM(Random Access Memory：随机存取器)214、记忆装置216、I/O端口218的计算机。RAM214、记忆装置216、I/O端口218构成为能够经由内部总线220与CPU212进行数据交换。I/O端口218与上述各构成连接。在控制器29上例如连接有触摸面板等输入输出装置222。
记忆装置216例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在记忆装置216内可读地存储有控制基板处理装置1的动作的控制程序、和用于根据处理条件使基板处理装置1的各构成执行成膜处理等的程序(流程工艺或清洁工艺等工艺)。RAM214构成为临时保持由CPU212读取的程序或数据等的存储区域(工作区)。
CPU212从记忆装置216读取控工艺序并执行，同时根据来自输入输出装置222的操作命令的输入等而从记忆装置216读取工艺，并以按照工艺的方式控制各构成。
控制器29能够通过将持续存储于外部记忆装置(例如USB存储器或存储卡等半导体存储器、CD或DVD等光盘、HDD)224内的上述程序安装到计算机中而构成。记忆装置216和外部记忆装置224构成为计算机可读的有形介质。以下，也将它们仅统称为记录介质。此外，向计算机提供程序也可以不使用外部记忆装置224，而是使用互联网或专用线路等通信方式来进行。
接着，使用图8对作为半导体装置(器件)的制造工序的一个工序而使用上述基板处理装置1在基板上形成膜的处理(以下也称为成膜处理)的顺序例进行说明。
在此说明如下例子：设有两支以上喷嘴8，并分别从喷嘴8a供给六氯乙硅烷(HCDS)气体作为第1处理气体(原料气体)、从喷嘴8b供给氨(NH3)气作为第2处理气体(反应气体)，从而在晶片7上形成氮化硅(SiN)膜。此外，在以下说明中，基板处理装置1的各构成的动作由控制器29控制。
在本实施方式的成膜处理中，通过将如下工序重复规定次数(一次以上)而在晶片7上形成SiN膜，该工序包括：对处理室6内的晶片7供给HCDS气体的工序；从处理室6内除去HCDS气体(残留气体)的工序；对处理室6内的晶片7供给NH3气体的工序；和从处理室6内除去NH3气体(残留气体)的工序。在本说明书中，为了方便而将该成膜顺序如以下那样表述。
(晶片装填及晶舟加载)
当多片晶片7被装填于晶舟21(晶片装填)时，晶舟21通过晶舟升降机27而被搬入处理室6内(晶舟加载)。此时，密封盖19成为经由O型圈19A将集流管5的下端气密地封闭(密封)的状态。从晶片装填之前的待机状态起打开阀26，能够向圆筒部39内供给少量的轴吹扫气体。
(压力调节)
通过真空泵18进行真空排气(减压排气)，以使处理室6内、即晶片7存在的空间成为规定压力(真空度)。此时，处理室6内的压力由压力传感器16测定，基于该测定的压力信息对APC阀17进行反馈控制。至少在对晶片7的处理结束为止的期间内，维持向圆筒部39内的吹扫气体供给及真空泵18的工作。
(升温)
在从处理室6内排出足够的氧气等之后，处理室6内开始升温。基于温度传感器28检测到的温度信息来反馈控制向加热器3、盖式加热器34的通电情况，以使处理室6成为适合成膜的规定的温度分布。至少在对晶片7的处理(成膜)结束为止的期间内，连续执行由加热器3等进行的处理室6内的加热。向盖式加热器34的通电期间无需与基于加热器3的加热期间一致。在成膜即将开始之前，期望盖式加热器34的温度达到与成膜温度相同的温度，并且集流管5的内表面温度达到180℃以上(例如260℃)。
另外，通过旋转机构23开始晶舟21及晶片7的旋转。通过旋转机构23经由旋转轴36、旋转台37、圆筒部39而使晶舟21旋转，由此，盖式加热器34不旋转而是使晶片7旋转。由此，能够减少加热的不均匀。至少在对晶片7的处理结束为止的期间内，连续进行基于旋转机构23进行的晶舟21及晶片7的旋转。
(成膜)
当处理室6内的温度稳定在预先设定的处理温度时，如图8所示，重复执行步骤S1～S4。此外，在开始步骤S1之前，也可以打开阀26以使轴吹扫气体的供给增加。
[步骤S1：原料气体供给工序]
在步骤S1中，对处理室6内的晶片7供给HCDS气体。在打开阀11的同时打开阀14，以使HCDS气体向气体供给管9内流动、使N2气体向气体供给管12内流动。HCDS气体及N2气体分别由MFC10、13进行流量调节，经由喷嘴8a被供给至处理室6内并从排气管15被排出。通过对晶片7供给HCDS气体，在晶片7的最外表面上形成例如不足一个原子层至多个原子层的厚度的含硅(Si)膜作为第1层。
[步骤S2：原料气体排出工序]
在形成第1层之后，关闭阀11以停止HCDS气体的供给。此时，APC阀17保持打开状态，通过真空泵18对处理室6内进行真空排气，以将残留在处理室6内的未反应的或帮助第1层的形成后的HCDS气体从处理室6内排出。另外，阀14、阀26保持打开状态，所供给的N2气体对气体供给管9和反应管4内、炉口部进行吹扫。
[步骤S3：反应气体供给工序]
在步骤S3中，对处理室6内的晶片7供给NH3气体。以与步骤S1中的阀11、14的开闭控制同样的步骤进行阀(未图示)的开闭控制。NH3气体及N2气体分别由MFC(未图示)进行流量调节，经由喷嘴8b被供给至处理室6内并从排气管15被排出。对晶片7供给的NH3气体与在步骤S1中形成于晶片7上的第1层即含Si层的至少一部分反应。由此，第1层被氮化，从而变化(改性)成含有Si及N的第2层、即氮化硅层(SiN层)。
[步骤S4：反应气体排出工序]
在形成第2层之后，关闭阀以停止NH3气体的供给。然后，通过与步骤S1同样的处理步骤将残留在处理室6内的未反应的或帮助第2层的形成后的NH3气体和反应副生成物从处理室6内排出。
通过使非同时、即不交叠地进行以上四个步骤的循环执行规定次数(n次)，能够在晶片7上形成规定组成及规定膜厚的SiN膜。
作为上述顺序的处理条件，例如能够例示：
处理温度(晶片温度)：250～700℃、
处理压力(处理室内压力)：10～4000Pa、
HCDS气体供给流量：1～2000sccm、
NH3气体供给流量：100～10000sccm、
N2气体供给流量(喷嘴)：100～10000sccm、
N2气体供给流量(旋转轴)：100～500sccm。
通过将各个处理条件设定为处于各自范围内的值，能够使成膜处理适当进行。
HCDS等热分解性气体存在与石英相比更容易在金属的表面形成副生成物的膜的情况。暴露于HCDS(及氨)中的表面尤其在260℃以下时容易附着SiO、SiON等。
(吹扫及大气压恢复)
在成膜处理完成之后，打开阀14及未图示的阀，以从气体供给管12及未图示的气体供给管将N2气体供给至处理室6内，并将其从排气管15排出。由此，将处理室6内的环境气体置换成惰性气体(惰性气体置换)，并将残留的原料或副生成物从处理室6内除去(吹扫)。之后，关闭APC阀17，并且装填N2气体直到处理室6内的压力变成常压为止(大气压恢复)。
(晶舟卸载及晶片取出)
通过晶舟升降机27使密封盖19下降，并使集流管5的下端开口。然后，完成处理的晶片7在支承于晶舟21上的状态下从集流管5的下端被搬出到反应管4的外部(晶舟卸载)。完成处理的晶片7从晶舟21被取出。
当进行上述成膜处理时，能够在加热后的反应管4内的部件的表面、例如外管4A的内壁、喷嘴8a的表面、内管4B的表面、晶舟21的表面等上堆积含有氮的SiN膜等而形成薄膜。因此，即使这些堆积物的量、即累积膜厚达到了堆积物发生剥离或落下之前的规定量(厚度)，也能进行清洁处理。清洁处理通过向反应管4内作为氟基气体供给例如F2气体来进行。
接着，使用图9来说明模型化的反应管4内的排气路径。简化该模型，例如从主排气口4E排出的处理气体在排气空间S内下降时的阻力包含在主排气口4E的阻力内，从中间排气口4G、底排气口4J排出的轴吹扫气体在排气空间S内横向流动时的阻力包含在这些中间排气口4G、底排气口4J的阻力内。当参照图9时，来自气体供给管24的轴吹扫气体大致均匀地供给至炉口部的整个外周。另外，来自喷嘴8的处理气体通常大部分从供给狭缝4F、主排气口4E穿过而吸入排气出口4D。比主排气口4E、中间排气口4G、底排气口4H、4J更靠近排气出口4D的部位与排气空间S对应。
此时，中间排气口4G和底排气口4H由于偏离了处理气体的主要排气路径，所以压力与排气出口4D一样低，并吸入附近的气体。因此，中间排气口4G形成了轴吹扫气体在间隙G的下部分向上方流动的气流，底排气口4H作为将在炉口部剩余的轴吹扫气体或帮助处理气体稀释后的轴吹扫气体排出的排放管发挥功能。中间排气口4G形成了轴吹扫气体在间隙G的下部分向上方流动的气流，底排气口4H作为将在炉口部剩余的轴吹扫气体或帮助处理气体稀释后的轴吹扫气体排出的排放管发挥功能。
主排气口4E、间隙G的流导性及轴吹扫气体流量能够以使主排气口4E的内管4B内侧的压力与主排气口4E的内侧的压力大致相同或稍微低的方式设定。在间隙G的上部分，由于流导性及压力差(总压)均小，所以气体分子的移动受到抑制。也就是说，在间隙G中沿上下方向存在浓度差，但由于截面积小且距离长，所以平流及扩散的量少。在间隙G的下部分，由于通过轴吹扫气体的上升气流形成扩散屏障，所以扩散到中间排气口4G为止的处理气体随着轴吹扫气体朝向排气出口4D的流动而被排出。
从底排气口4J向排气空间S的下端流入的路径由于没有其它阻力性部位，所以根据设定得较小的底排气口4J自身的流导性来决定流量。通过向排气空间S的下端喷射轴吹扫气体，在C字形截面的排气空间S的封闭部分会发生气体的平流或搅拌，能够有效地吹扫所滞留的处理气体或清洁气体。若没有底排气口4J，则可知成为尽头的该路径的吹扫很难，且上述压力摆动需要很多次数。
当将喷嘴导入孔4K的流导性设为实质上大于0的有意义的值时，会使喷嘴室42内产生上下方向上的平稳气流。尤其是当喷嘴室42的上端也开口很小时，能够抑制对处理区域A内的气体分布的影响，并同时通过该上下方向上的气流来提高喷嘴室42的气体置换性。通常，当以穿过喷嘴导入孔4K并稍微向上流动的方式设定轴吹扫气体的流量时，在防止原料气体向炉口部侵入的观点下为优选。过大的底排气口4H和4J要求更多流量的轴吹扫气体。从供给室排气口4L向内管4B的内侧流入的路径与来自间隙G的上下方向的气流汇合，并从中间排气口4G被排出。
若是供给除原料气体以外的气体的喷嘴8，则容易增大喷嘴导入孔4K的流导性。例如，若喷嘴8供给与轴吹扫气体相同的吹扫气体(N2)，则能够根据两种吹扫气体的流量(压力)的控制而通过喷嘴导入孔4K使吹扫气体向上或向下流动。通常，由于轴吹扫气体的流量设定为不低于规定值，所以在增加了来自喷嘴8的吹扫气体的情况下，从喷嘴室42溢出的吹扫气体会从喷嘴导入孔4K进入供给室排气口4L，并从中间排气口4G、底排气口4J穿过而流入排气空间S，因此，能够有助于滞留气体的吹扫。
在本实施方式中，能够获得以下所示的一个或多个效果。
(a)通过设有中间排气口4G、供给室排气口4L及缩径部39a，使得流到内管4B内的吹扫气体积极流向外管与内管之间的排气空间S，并且减少向处理区域A流入的吹扫气体的流量。
(b)通过将中间排气口4G、供给室排气口4L及缩径部39a设置在与中间排气口相同的高度，即使在因急剧的压力波动而使炉口部下部的薄膜裂纹卷起、且有颗粒落到基板上的情况下，也能够将颗粒引到排气侧。
此外，反应管4并不限于外管4A与内管4B一体形成，也可以形成为分开的部件并分别载置于集流管5上。在该情况下，在外管4A和内管4B的开口端附近使排气空间与炉口部流通的间隙能够相当于底排气口4H、4J。或者，外管4A、内管4B和集流管5也可以全部由石英一体形成。
另外，排气空间S只要构成为使相对于多个晶片7开口的主排气口与排气出口4D流体连通的空间或流路即可，将它们称为气体排出机构。主排气口能够构成为一个或多个开口。
同样地，通过朝向多个晶片7各自的侧部穿设的一个或多个开口而与所述处理室流体连通，将能够向各个晶片供给气体的流动(平流)的空间或流路定义为气体供给机构，其包括喷嘴室42和喷嘴8。
在上述实施方式中，说明了在晶片上进行成膜的例子。但是，本发明并不限定于这种方式，只要是氧化或氮化等改性处理、扩散处理、蚀刻处理等处理，对于因急剧的压力波动而使炉口部下部的薄膜裂纹卷起、且有颗粒落到基板上的情况都是有用的。
另外，在实施方式中，说明了反应管为双重管式(耐压圆筒管(外管4A)+非耐压衬管(内管4B)+非耐压缓冲区(喷嘴室42))的例子，但也可以是单管式(耐压圆筒管+耐压缓冲区)。
附图标记说明
1…基板处理装置、2…处理炉、3…加热器、4…反应管、4A…外管、4B…内管、4C…凸缘部、4D…排气出口(Outlet)、4E…主排气口、4F…供给狭缝、4G…中间排气口、4H、4J…底排气口、4K…喷嘴导入孔、4L…供给室排气口、5…集流管、6…处理室、7…晶片、22…隔热组件、39…圆筒部、39a…缩径部。

Claims (13)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
基板保持件，其将多个晶片以沿着规定轴按规定间隔排列的状态进行保持；
隔热组件，其配置于所述基板保持件的下方；
处理室，其形成容纳所述基板保持件及所述隔热组件的筒状空间；
气体供给机构，其通过朝向所述处理室内的所述多个晶片各自的侧部穿设的一个或多个开口而与所述处理室流体连通；
气体排出机构，其通过朝向所述多个晶片各自的侧部穿设的一个或多个主排气口而与所述处理室流体连通；
排气端口，其与所述气体排出机构连通，并将所述处理室内的环境气体排出；
中间排气口，其设于所述处理室的侧壁，并在面对所述隔热组件的位置处使所述处理室内与所述排气端口连通；和
供给室排气口，其设于所述处理室的侧壁，并在与所述中间排气口对应的高度位置处使所述处理室内与所述气体供给机构连通，
所述隔热组件在与所述中间排气口对应的高度位置处形成有缩径部，该缩径部具有比相较于与所述中间排气口对应的高度而靠上方及下方的位置处的外径小的外径。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述气体供给机构具备多个供给室，该多个供给室在所述处理室的侧面的外侧与所述轴平行形成，并通过与所述多个晶片分别对应地穿设在所述处理室的侧面上的多个狭缝开口而与所述处理室流体连通，
所述气体排出机构具备排气室，该排气室形成于所述处理室的侧面的外侧且与所述供给室不同的位置，并通过穿设在所述处理室的侧面上的主排气口而与所述处理室流体连通，
所述排气端口与所述排气室连通，并将所述排气室内的环境气体排出，
所述中间排气口使所述处理室内与所述排气室内连通，
所述供给室排气口使所述处理室内与所述供给室内连通。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，还具备：
管状的喷射器，其从所述多个供给室的底部的开口分别插入而设置，并对所述晶片提供气体；和
供给管，其使所述喷射器分别与设于所述处理室外的对应的气体供给源流体连通。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，具备：
吹扫气体供给部，其向所述隔热组件的下方供给吹扫气体；
凸缘，其一体形成于所述处理室、所述供给室及所述排气室的下端的外周；
筒状的集流管，其在下端具有能够供所述基板保持件进出的开口，并支承所述凸缘；
盖，其将所述集流管的下端的开口以能够开闭的方式封闭；和
加热器，其从所述处理室外对所述晶片进行加热，
所述隔热组件具有圆筒状主体，该圆筒状主体具有比所述晶片的直径大、且比所述处理室的内径小的直径。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，被供给至所述隔热组件的下方的吹扫气体在向所述排气端口排出的路径中按照所述供给室的底部开口、所述供给室、所述狭缝开口、所述晶片的附近、所述主排气口、所述排气室的顺序依次流过的路径为第1路径，按照所述隔热组件的周围、所述排气室的顺序依次流过的路径为第2路径，按照所述供给室的底部开口、所述供给室、所述供给室排气口、所述缩径部的周围、所述中间排气口、所述排气室的顺序依次流过的路径为第3路径，
所述第1路径的流导性构成为，大于所述第2路径的流导性，并小于所述第3路径的流导性。
6.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，所述供给室排气口、所述晶片的中心、所述中间排气口、以及所述排气端口配置在一条直线上。
7.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，所述中间排气口在所述排气端口的管轴的延长线上的位置开口。
8.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，所述喷射器从设置在与所述多个晶片中的最下层的晶片相同或比其高的高度处的喷出口供给气体，在处理所述晶片的期间内且是压力的时间波动最大的时机，以在所述供给室内产生从所述喷出口朝向所述供给室排气口的下降气流的流量供给气体。
9.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，所述隔热组件以使底部分离的方式构成，并在其内部的与所述缩径部相比靠上方及下方的位置具备具有比所述缩径部的内径小的直径的多个隔热板或反射板。
10.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，所述隔热组件在相较于与所述缩径部相比配置于上方的多个隔热板或反射板而靠上方的位置具备加热所述晶片的辅助加热器。
11.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，所述处理室构成为内径是最大可容纳的所述晶片的直径的104～108％的筒状，第1喷嘴、第2喷嘴和第3喷嘴以分别隔离的状态容纳在使所述处理室的侧部的一部分向外侧突出而形成的供给缓冲区内。
12.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，所述供给室及所述排气室构成为无法与所述处理室分离。
13.一种记录介质，能够由计算机读取，记录有程序，其特征在于，所述程序能够执行如下工序：
向权利要求1所述的基板处理装置的所述处理室搬入晶片的工序；和
处理所述晶片的工序。
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