JP2003273020A - 基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アウタチューブの閉塞壁内面への反応生成物
等の付着を防止する。 【解決手段】 上端が開口し下端が閉塞した円筒形状の
アウタチューブ１２の内側に配置された上下端が開口の
円筒形状のインナチューブ１３の処理室１４に複数枚の
ウエハ１がボート２５に保持されて搬入され、処理室１
４に成膜ガス５１が供給され、アウタチューブ１２とイ
ンナチューブ１３との間の排気路１９が排気されてウエ
ハ１群が一括処理されるＣＶＤ成膜方法において、成膜
中に窒素ガス５２をアウタチューブ１２の天井壁の下面
に供給する。 【効果】 処理室を上昇して来た成膜ガスがアウタチュ
ーブの天井壁下面に接触するのを天井壁下面を被覆した
窒素ガスで阻止できるため、天井壁の下面に成膜ガスの
生成物や副生成物が付着するのを防止でき、付着物の堆
積による膜の剥離の発生を未然に防止することでパーテ
ィクルの発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理方法、特
に、処理室に処理ガスを供給して基板に処理を施す基板
処理方法に関し、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、半導体素子を含む
集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハと
いう。）に酸化シリコン（ＳｉＯｘ）やポリシリコンお
よび窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等を堆積（デポジショ
ン）させるの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、ウエハに酸化
シリコン（ＳｉＯｘ）やポリシリコンおよび窒化シリコ
ン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等のＣＶＤ膜を形成するのにバッチ式
縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されて
いる。バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置
（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される
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形に設置されたプロセスチュ
ーブと、プロセスチューブによって形成された処理室に
成膜ガスを供給する成膜ガス供給管と、処理室を真空排
気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されて処理
室を加熱するヒータユニットとを備えており、複数枚の
ウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持され
た状態で処理室に下端の炉口から搬入され、処理室に成
膜ガスが成膜ガス供給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膜が堆積するように構成されている。 【０００３】ところで、ＴＥＯＳ（トリ・エチル・オル
ソ・シリケート）は３５０℃の基板温度で一分間当たり
約１５０ｎｍという高い堆積速度と、良好な溝内埋め込
み性を有するため、ＳｉＯ₂ 系膜のＣＶＤ装置にはＳｉ
Ｈ₄ −Ｏ₂ 系の代わりにＴＥＯＳ−Ｏ₃ 系が広く使用さ
れている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述したＣＶＤ装置に
おいては、ＴＥＯＳを使用して成膜を繰り返している
と、アウタチューブの天井壁の下面にＴＥＯＳ膜が次第
に堆積し、その堆積膜が所定の厚さに達した時に、堆積
膜がブロック状に剥がれ落ちてパーティクルを発生する
という問題点があることが本発明者によって明らかにさ
れた。これは、ＴＥＯＳは分子量が大きいことにより堆
積膜の重量が重くなり、アウタチューブの天井壁の下面
から大きなブロック状になって剥離し易くなるためと、
考察される。 【０００５】本発明の目的は、アウタチューブの閉塞壁
の内面に処理ガスの生成物や副生成物が付着するのを防
止することができる基板処理方法を提供することにあ
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係る基板処理方
法は、一端が開口し他端が閉塞した円筒形状のアウタチ
ューブの内側に配置された両端が開口した円筒形状のイ
ンナチューブ内に複数枚の被処理基板がボートに保持さ
れて搬入され、前記インナチューブ内に処理ガスが供給
され、前記インナチューブと前記アウタチューブとの間
が排気されて前記被処理基板が一括処理される基板処理
方法において、前記被処理基板の処理中に、不活性ガス
が前記アウタチューブの閉塞壁の内面に供給されること
を特徴とする。 【０００７】前記した手段によれば、不活性ガスがアウ
タチューブの閉塞壁の内面に供給されることにより、イ
ンナチューブ内に供給された処理ガスがアウタチューブ
の閉塞壁の内面に接触するのを阻止することができるた
め、アウタチューブの閉塞壁の内面に処理ガスの生成物
や副生成物が付着するのを未然に防止することができ
る。 【０００８】 【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。 【０００９】本実施の形態において、本発明に係る基板
処理方法は、図１に示されたＣＶＤ装置１０によって実
施される。図１に示された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
的に支持された縦形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は石英ガラスまたは炭化シリコ
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の内径は被処理基板としてのウエハの最大外径よ
りも大きく設定されている。 【００１０】図１に示されているように、プロセスチュ
ーブ１１の下端には上下両端が開口した短尺の円筒形状
に形成されたマニホールド１５が、インナチューブ１３
の下端部と同心円に配設されており、処理室１４の炉口
１６がマニホールド１５の下端開口によって形成されて
いる。マニホールド１５が一部のみが図示された筐体２
に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直
に支持された状態になっている。マニホールド１５の内
周の中間部には隔壁１７が水平に配設されており、隔壁
１７はマニホールド１５の内側空間を上下に仕切ってい
る。 【００１１】マニホールド１５の側壁には他端が真空排
気装置（図示せず）に接続された排気管１８が、隔壁１
７が仕切ったマニホールド１５の内側空間のうち上側空
間に連通するように接続されており、排気管１８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１９を排気するようになっている。マ
ニホールド１５の側壁の下端部にはガス導入管２０が、
隔壁１７が仕切ったマニホールド１５の内側空間のうち
炉口１６側である下側空間に連通するように接続されて
おり、ガス導入管２０の他端は原料ガスや窒素ガス等の
処理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。 【００１２】ＣＶＤ装置１０はマニホールド１５の炉口
１６を開閉する隔離バルブとしてのシールキャップ２１
を備えており、このシールキャップ２１はマニホールド
１５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（図示せず）によって昇降されるように構成され
ている。シールキャップ２１の中心線上には回転軸２２
が垂直方向に挿通されて軸受装置によって回転自在に支
承されているとともに、回転軸２２はシールキャップ２
１の下面に据え付けられたロータリーアクチュエータ２
３によって回転駆動されるように構成されている。回転
軸２２の上端には支持板２４が水平に固定されており、
支持板２４にはボート２５が垂直に立脚されて固定され
ている。 【００１３】図１に示されているように、ボート２５は
上下で一対の端板２６および２７と、両端板２６、２７
間に垂直に配設された複数本の保持部材２８とを備えて
おり、各保持部材２８には複数条の保持溝２９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２９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２５に保持されるようになっている。上側の端板２
６は後述するように上方から供給される窒素ガスを反射
し得るように盲板に形成されている。 【００１４】他方、プロセスチューブ１１の外部にはプ
ロセスチューブ１１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ヒータユニット３０がプロセ
スチューブ１１を包囲するように同心円に設備されてお
り、ヒータユニット３０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。すなわち、
ヒータユニット３０は上端が閉塞し下端が開口しアウタ
チューブ１２の外径よりも大口径の円筒形状に構築され
た断熱槽３１と、断熱槽３１の内周面に螺旋状に敷設さ
れた抵抗ヒータ３２とを備えており、断熱槽３１がアウ
タチューブ１２の外側に被せられて筐体２の上に据え付
けられている。 【００１５】図１に示されているように、アウタチュー
ブ１２の外周の一部には不活性ガスとしての窒素ガスを
アウタチューブ１２の上端部に導くための窒素ガス導管
４１が、垂直方向に全長にわたって敷設されている。窒
素ガス導管４１の取入口４２はアウタチューブ１２の下
端に配置されており、取入口４２には窒素ガス供給源
（図示せず）に接続された窒素ガス供給管４０が接続さ
れている。窒素ガス導管４１の上端はアウタチューブ１
２の天井壁の中央部に開設された吹出口４３に接続され
ており、吹出口４３は窒素ガスをアウタチューブ１２の
天井壁の下方空間に緩やかに吹き出すように設定されて
いる。 【００１６】次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を使用し
てウエハにＴＥＯＳ膜を成膜する場合について説明す
る。 【００１７】予め、プロセスチューブ１１の真下に筐体
２によって構築されたボート搬入搬出室において、複数
枚のウエハ１はボート２５に互いに平行で中心線が揃っ
た状態に整列されて保持される。図１に示されているよ
うに、複数枚のウエハ１を整列させて保持したボート２
５はシールキャップ２１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て、エレベータによって上
昇されてマニホールド１５の炉口１６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２１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２１は炉口１６をシー
ルした状態になる。 【００１８】プロセスチューブ１１の内部が所定の真空
度（数十〜数万Ｐａ）に排気管１８によって排気され
る。また、プロセスチューブ１１の内部がヒータユニッ
ト３０によって所定の温度（約６００℃）に全体にわた
って均一に加熱される。 【００１９】次いで、プロセスチューブ１１の内部の温
度や圧力が安定すると、成膜ガス５１がインナチューブ
１３の処理室１４にガス導入管２０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、ＴＥ
ＯＳガスとオゾン（Ｏ₃ ）ガスとが使用される。 【００２０】供給された成膜ガス５１はインナチューブ
１３の処理室１４を上昇し、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１９に流出して排気管１８から排気される。成
膜ガス５１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５１
による熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１の表面にはＴＥＯ
Ｓ膜が堆積（デポジション）する。 【００２１】本実施の形態においては、成膜ガス５１が
供給される際には、成膜ガス５１の生成物や副生成物の
付着を防止するための不活性ガスとして窒素ガス５２が
窒素ガス供給管４０、窒素ガス導管４１を通じて吹出口
４３から緩やかに吹き出され続ける。吹出口４３から吹
き出された窒素ガス５２の一部はアウタチューブ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
１９に加わる排気管１８の排気力によってアウタチュー
ブ１２の天井壁の下面に沿って放射状に拡散し、他の一
部は下方に流下してボート２５の上側端板２６に衝突し
て反射され、排気路１９の方向に吸い込まれる。したが
って、アウタチューブ１２の天井壁の下側領域には窒素
ガス雰囲気５３が天井壁の下面を被覆するように形成さ
れる。このようにアウタチューブ１２の天井壁の下側領
域に窒素ガス雰囲気５３が形成されると、インナチュー
ブ１３の処理室１４を上昇して来た成膜ガス５１がアウ
タチューブ１２の天井壁の下面に接触するのを阻止する
ことができるため、この領域にＴＥＯＳの生成物やその
副生成物が付着するのを未然に防止することができる。
ちなみに、成膜ガス５１がＴＥＯＳのように分子量が大
きいと、窒素ガス５２が成膜ガス５１に混合し難くなる
ため、アウタチューブ１２の天井壁の下面に窒素ガス雰
囲気５３を効果的に形成することができる。 【００２２】ＴＥＯＳ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２１
が下降されて炉口１６が開口されるとともに、ボート２
５に保持された状態でウエハ１群が炉口１６からプロセ
スチューブ１１の真下のボート搬入搬出室に搬出（ボー
トアンローディング）される。 【００２３】ところで、以上の成膜処理において、窒素
ガス５２がアウタチューブ１２の天井壁の下側領域に供
給されていない場合には、インナチューブ１３の上端開
口まで上昇して来た成膜ガス５１はアウタチューブ１２
の天井壁の下面に接触することになるため、ＴＥＯＳの
生成物やその副生成物がアウタチューブ１２の天井壁の
下面に付着する。アウタチューブ１２の天井壁の下面に
付着したＴＥＯＳの生成物や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、ブロック状に剥離し易くなるため、パーテ
ィクルの発生の原因になる。 【００２４】しかし、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１
０においては、前述した成膜処理中に窒素ガス導管４１
の吹出口４３から窒素ガス５２が吹き出されることによ
って、アウタチューブ１２の天井壁の下側領域には窒素
ガス雰囲気５３が形成されているため、成膜ガス５１が
アウタチューブ１２の天井壁の下面に接触することはな
い。すなわち、アウタチューブ１２の天井壁の下面は窒
素ガス雰囲気５３によって覆われていることにより、成
膜ガス５１がアウタチューブ１２の天井壁の下面に接触
することは阻止されているため、ＴＥＯＳの生成物や副
生成物が付着することはない。したがって、アウタチュ
ーブ１２の天井壁の下面にＴＥＯＳの生成物や副生成物
が堆積して行くのを未然に防止することができ、この堆
積膜の剥離によるパーティクルの発生を防止することが
でき、その結果、このパーティクルの発生を未然に回避
するためのメンテナンス作業を廃止ないしは減少させる
ことができる。 【００２５】前記した実施の形態によれば、次の効果が
得られる。 【００２６】1) 成膜処理中にアウタチューブの天井壁
に開設した窒素ガス導管の吹出口から窒素ガスを吹き出
させてアウタチューブの天井壁の下側領域に窒素ガス雰
囲気を形成することにより、成膜ガスがアウタチューブ
の天井壁の下面に接触するのを防止することができるた
め、成膜ガスによる生成物や副生成物がアウタチューブ
の天井壁の下面に付着するのを防止することができる。 【００２７】2) 成膜ガスの生成物や副生成物がアウタ
チューブの天井壁の下面に付着するのを防止することに
より、アウタチューブの天井壁の下面に成膜ガスの生成
物や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装置および
ＣＶＤ工程ひいては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。 【００２８】3) 生成物や副生成物の未然に堆積を防止
することにより、こ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させることができるため、
ＣＶＤ装置の稼働効率およびＣＶＤ工程ひいてはＩＣの
製造方法の生産性を高めることができる。 【００２９】図２は本発明の第二の実施の形態であるＣ
ＶＤ方法が適用されるＣＶＤ装置を示す正面断面図であ
る。 【００３０】本実施の形態が前記実施の形態と異なる点
は、窒素ガス導管４１Ａがアウタチューブ１２の内周面
に敷設されており、窒素ガス吹出口４３Ａが窒素ガス導
管４１Ａのアウタチューブ１２の天井壁の下面の中央部
において下向きに開口されている点である。 【００３１】本実施の形態においても、窒素ガス５２が
窒素ガス導管４１Ａの吹出口４３Ａから吹き出されるこ
とにより、アウタチューブ１２の天井壁の下側領域には
窒素ガス雰囲気５３がアウタチューブ１２の天井壁の下
面を被覆するように形成されるため、成膜ガス５１がア
ウタチューブ１２の天井壁の下面に接触することによっ
て当該成膜ガス５１の生成物や副生成物が付着する現象
が発生するのを未然に防止することができる。したがっ
て、アウタチューブ１２の天井壁の下面に成膜ガス５１
の生成物や副生成物が堆積して行くのを未然に防止する
ことができ、この堆積膜の剥離によるパーティクルの発
生を防止するためのメンテナンス作業を廃止ないしは減
少させることができる。 【００３２】図３は本発明の第三の実施の形態であるＣ
ＶＤ方法が適用されるＣＶＤ装置を示す正面断面図であ
る。 【００３３】本実施の形態が前記実施の形態と異なる点
は、窒素ガス導管４１Ｂがアウタチューブ１２の内側に
敷設されているとともに、取入口４２Ｂがマニホールド
１５に配置されており、窒素ガス導管４１Ｂの吹出口４
３Ｂが窒素ガス５２をアウタチューブ１２の天井壁の下
面の中央部に吹き付けるように上向きに開口されている
点である。 【００３４】本実施の形態においては、窒素ガス５２が
アウタチューブ１２の天井壁の下面の中央部に吹き付け
られることにより、アウタチューブ１２の天井壁の下面
には窒素ガス雰囲気５３がアウタチューブ１２の天井壁
の下面を被覆するように形成されるため、成膜ガス５１
がアウタチューブ１２の天井壁の下面に接触することに
よって当該成膜ガス５１の生成物や副生成物が付着する
現象が発生するのを未然に防止することができる。した
がって、アウタチューブ１２の天井壁の下面に成膜ガス
５１の生成物や副生成物が堆積して行くのを未然に防止
することができ、この堆積膜の剥離によるパーティクル
の発生を防止するためのメンテナンス作業を廃止ないし
は減少させることができる。 【００３５】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。 【００３６】例えば、不活性ガスとしては窒素ガスを使
用するに限らず、ヘリウムガスやアルゴンガス等を使用
してよい。 【００３７】不活性ガス導管の吹出口は、不活性ガスを
シャワー状に吹き出し得るように構成してもよい。 【００３８】成膜する膜種はＴＥＯＳ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。 【００３９】ＣＶＤ装置はバッチ式縦形ホットウオール
形減圧ＣＶＤ装置に限らず、横形ホットウオール形減圧
ＣＶＤ装置等の他のＣＶＤ装置であってもよい。 【００４０】基板処理方法はＣＶＤ方法に限らず、酸化
処理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等にも使用される拡散方法
等の基板処理方法全般に適用することができる。 【００４１】前記実施の形態ではウエハに処理が施され
る場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプ
リント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよ
び磁気ディスク等であってもよい。 【００４２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アウタチューブの天井面に処理ガスの生成物や副生成物
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】本発明の第一の実施の形態であるＣＶＤ方法が
適用されるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。 【図２】本発明の第二の実施の形態であるＣＶＤ方法が
適用されるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。 【図３】本発明の第三の実施の形態であるＣＶＤ方法が
適用されるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。 【符号の説明】 １…ウエハ（被処理基板）、２…筐体、１０…ＣＶＤ装
置（基板処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…
アウタチューブ、１３…インナチューブ、１４…処理
室、１５…マニホールド、１６…炉口、１７…隔壁、１
８…排気管、１９…排気路、２０…ガス導入管、２１…
シールキャップ、２２…回転軸、２３…ロータリーアク
チュエータ、２４…支持板、２５…ボート、２６、２７
…端板、２８…保持部材、２９…保持溝、３０…ヒータ
ユニット、３１…断熱槽、３２…抵抗ヒータ、４０…窒
素ガス供給管、４１、４１Ａ、４１Ｂ…窒素ガス導管、
４２、４２Ｂ…取入口、４３、４３Ａ、４３Ｂ…吹出
口、５１…成膜ガス（処理ガス）、５２…窒素ガス（不
活性ガス）、５３…窒素ガス雰囲気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 一端が開口し他端が閉塞した円筒形状の
   アウタチューブの内側に配置された両端が開口した円筒
   形状のインナチューブ内に複数枚の被処理基板がボート
   に保持されて搬入され、前記インナチューブ内に処理ガ
   スが供給され、前記インナチューブと前記アウタチュー
   ブとの間が排気されて前記被処理基板が一括処理される
   基板処理方法において、前記被処理基板の処理中に、不
   活性ガスが前記アウタチューブの閉塞壁の内面に供給さ
   れることを特徴とする基板処理方法。