JP2003297815A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 副生成物の付着やクリーニングガスによる腐
食の発生を防止する。 【解決手段】 ウエハ板を収容して処理する処理室１４
と、処理室１４に処理ガスおよびクリーニングガスを供
給するガス供給管２０と、処理室１４の炉口１６を開閉
するシールキャップ２３と、シールキャップ２３に形成
された冷却水路３８と、冷却水路３８に冷却水５０を供
給する冷却水供給装置４１とを備えているＣＶＤ装置に
おいて、冷却水供給装置４１は処理ガスの供給時に小流
量の冷却水を流量させる小流量水路４３と、クリーニン
グガスの供給時に大流量の冷却水を流通させる大流量水
路４４とを切り換えるように構成されている。 【効果】 処理ガス供給時のシールキャップの冷え過ぎ
による副生成物の付着を防止でき、クリーニングガス供
給時のシールキャップの温め過ぎによる腐食を防止でき
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、半導体製造装置、
特に、処理室に処理ガスを供給して基板に処理を施す半
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、半導体素子を
含む集積回路が作り込まれるシリコンウエハ（以下、ウ
エハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等を堆積
（デポジション）させるＣＶＤ装置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
シリコンや酸化シリコンおよびポリシリコン等の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Ｃ
ＶＤ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処理ガスとしての成膜ガスを供
給するガス供給管と、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、処理室の炉口を開閉するシールキャップ
と、シールキャップの上に垂直に設置されて複数枚のウ
エハを保持するボートとを備えており、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（ボートローディング）
され、シールキャップによって炉口が閉塞された状態
で、処理室に成膜ガスが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】従来のこの種のＣＶＤ装置においては、シ
ールキャップには耐熱性樹脂によって形成されたシール
リングが敷設されており、このシールリングを保護する
ためにシールキャップの内部に冷却水路が敷設され、こ
の冷却水路には冷却水が冷却水供給装置によって流通さ
れるようになっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】シールキャップが冷却
水によって冷却されるように構成されたＣＶＤ装置にお
いては、窒化シリコンが成膜される場合にはシールキャ
ップが冷え過ぎると、窒化シリコンの副生成物がシール
キャップに付着する現象が発見された。そこで、シール
キャップの冷え過ぎを防止するために、シールキャップ
を冷却する冷却水の流量を小さく設定する必要がある
と、考えられる。 【０００５】他方、このようなＣＶＤ装置において処理
室に堆積した成膜ガスの生成物や副生成物を除去するた
めに、三弗化塩素等のクリーニングガスを処理室に供給
する場合には、ステンレス鋼等の金属によって形成され
たシールキャップが約１００℃以上の温度において腐食
し始めることが、知られている。そこで、このようなＣ
ＶＤ装置においては、クリーニング作業を実施するに際
して、シールキャップの腐食防止のために、シールキャ
ップを冷却する冷却水の流量を大きく設定する必要があ
ると、考えられる。 【０００６】しかしながら、ＣＶＤ装置の実際の運用に
際して、作業者がシールキャップを冷却する冷却水の流
量を各膜種毎やクリーニング作業毎に設定し直していた
のでは、作業能率が低下するばかりでなく、人為的なミ
スが介入する危惧があるため、結局、シールキャップの
冷え過ぎによる窒化シリコンのシールキャップへの付着
や、クリーニングガスによるシールキャップの腐食が発
生してしまう危惧が残ることになる。 【０００７】本発明の目的は、副生成物等の付着やクリ
ーニングガスによる腐食の発生を確実に防止することが
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、基板を収容して処理する処理室と、この処理室
に処理ガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給
管と、前記処理室の炉口を開閉するシールキャップと、
このシールキャップおよび炉口の少なくとも一方に形成
された冷却水路と、この冷却水路に冷却水を供給する冷
却水供給装置とを備えている半導体製造装置において、
前記冷却水供給装置は前記処理ガスの供給時の冷却水の
流量と、前記クリーニングガスの供給時の冷却水の流量
とを切り換えるように構成されていることを特徴とす
る。 【０００９】前記した手段によれば、処理ガス供給時の
冷却水の流量とクリーニングガス供給時の冷却水の流量
とを切り換えることができるため、シールキャップおよ
び炉口の冷え過ぎによる副生成物の付着と、シールキャ
ップおよび炉口の温め過ぎによる腐食とを確実に防止す
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】図１に示されているように、本実施の形態
に係るＣＶＤ装置は、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。 【００１２】図１および図２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が水平に突設されており、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。 【００１３】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成膜ガスやクリーニ
ングガスを供給するガス供給管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、ガス供給
管２０の他端は原料ガスや窒素ガスおよびクリーニング
ガス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。 【００１４】図１および図２に示されているように、Ｃ
ＶＤ装置はマニホールド１５の炉口１６を開閉する隔離
バルブとしての炉口開閉装置２１を備えており、この炉
口開閉装置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。炉口開閉装置２
１はボートエレベータによって垂直に昇降されるベース
２２と、マニホールド１５の外径と略等しい円盤形状に
形成されてマニホールド１５の下端面に密着して炉口１
６をシールするシールキャップ２３とを備えており、シ
ールキャップ２３はベース２２の真上に若干の隙間をと
って平行に配置されて、ベース２２にベローズ２４を介
して水平に支持されている。ベース２２の中心線上には
回転軸２５が垂直方向に挿通されて軸受装置２６によっ
て回転自在に支承されているとともに、回転軸２５はベ
ース２２の下面に据え付けられたロータリーアクチュエ
ータ（図示せず）によって回転駆動されるように構成さ
れている。回転軸２５の上端には支持板２７が水平に固
定されており、支持板２７にはボートが垂直に立脚され
てボート押さえによって固定されるようになっている。 【００１５】図１に示されているように、ボート３０は
上下で一対の端板３１および３２と、両端板３１、３２
間に垂直に配設された複数本の保持部材３３とを備えて
おり、各保持部材３３には複数条の保持溝３４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３４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３０に保持されるようになっている。 【００１６】他方、プロセスチューブ１１の外部にはヒ
ータユニット３５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３５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３５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
に加熱するように構成されている。 【００１７】図２および図３に詳しく示されているよう
に、シールキャップ２３の上面における周辺部には環状
溝３６が上面が開口された状態で同心円に没設されてお
り、環状溝３６の内部には耐熱性樹脂によって形成され
たシールリング３７が敷設されている。シールキャップ
２３の内部におけるシールリング３７の真下には、シー
ルリング３７を保護するための冷却水路３８が敷設され
ている。すなわち、シールキャップ２３に下面における
周辺部には環状溝３９が下面が開口された状態で同心円
に没設されており、シールキャップ２３の下面における
周辺部には円形リング形状に形成されたカバー４０が環
状溝３９を閉塞するように被せ付けられている。冷却水
路３８には冷却水を冷却水路３８に供給して流通させる
ための冷却水供給装置４１が接続されている。 【００１８】図３に示されているように、冷却水路３８
のカバー４０の一部にはインレット管路４２の一端が冷
却水路３８に冷却水を供給し得るように接続されてお
り、インレット管路４２の他端は半導体製造工場の冷却
水供給源（図示せず）に接続されるようになっている。
インレット管路４２の途中には小流量水路４３と大流量
水路４４とが並列に設定されており、小流量水路４３に
は小流量用流量制御弁４５が介設され、大流量水路４４
には大流量用制御弁４６が介設されている。小流量用流
量制御弁４５および大流量用制御弁４６の上流側には３
ポート・２位置・電磁切換弁によって構成された上流側
方向制御弁４７が介設されており、上流側方向制御弁４
７のポンプポートは冷却水供給源に接続され、ノーマル
開きの負荷ポートには小流量水路４３が接続され、ノー
マル閉じの負荷ポートには大流量水路４４が接続されて
いる。小流量用流量制御弁４５および大流量用制御弁４
６の下流側には３ポート・２位置・電磁切換弁によって
構成された下流側方向制御弁４８が介設されており、下
流側方向制御弁４８はノーマル位置において小流量水路
４３がインレット管路４２に接続され、切り換え位置に
おいて大流量水路４４がインレット管路４２に接続され
るように構成されている。上流側方向制御弁４７および
下流側方向制御弁４８はＣＶＤ装置を制御するコントロ
ーラ（図示せず）によって自動的に切り換えられるよう
に構成されている。 【００１９】図３に示されているように、冷却水路３８
のカバー４０のインレット管路４２の近傍にはアウトレ
ット管路４９の一端が冷却水路３８からの冷却水を排出
し得るように接続されており、アウトレット管路４９の
他端は半導体製造工場の冷却水排出口に接続されるよう
になっている。 【００２０】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。 【００２１】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３０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３０はシールキャップ２３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、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２３に支持されたままの状
態で処理室１４に存置される。 【００２２】この状態で、シールキャップ２３のシール
リング３７は炉口１６を気密シールした状態になる。こ
のシールリング３７の過熱による劣化を防止するため
に、図３に示されているように、シールキャップ２３の
冷却水路３８には冷却水５０が冷却水供給装置４１から
供給されて流通される。この際、冷却水供給装置４１の
上流側方向制御弁４７および下流側方向制御弁４８がノ
ーマル位置に設定されることにより、冷却水路３８には
小流量の冷却水５０が小流量水路４３、インレット管路
４２およびアウトレット管路４９を経由して流通され
る。 【００２３】プロセスチューブ１１の内部が所定の真空
度（例えば、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４５によって所定の温度（例えば、７００〜８
００℃）に全体にわたって均一に加熱される。 【００２４】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に成膜ガス供給管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、Ｓ
ｉＨ₂ Ｃｌ₂ ガスとアンモニア（ＮＨ₃ ）ガスとが使用
される。また、処理中に、ボート３０がロータリーアク
チュエータによって回転される。 【００２５】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
による次式（１）の熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１の表
面にはＳｉ₃ Ｎ₄ 膜が堆積（デポジション）する。 【００２６】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２
３が下降されて炉口１６が開口されるとともに、ボート
３０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３に搬出
（ボートアンローディング）される。 【００２７】ところで、以上の成膜処理において、シー
ルキャップ２３が冷却水供給装置４１から冷却水路３８
に供給される冷却水によって過度に冷却されると、ガス
供給管２０から炉口１６に供給された成膜ガス５１が処
理室１４の温度に比べて低温になったシールキャップ２
３の表面に接触することにより、シールキャップ２３に
はＮＨ₄ Ｃｌといった副生成物（中間的生成物）がシー
ルキャップ２３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、パーティクルの発生が急激に増加する。 【００２８】しかし、本実施の形態においては、成膜処
理中には冷却水供給装置４１の上流側方向制御弁４７お
よび下流側方向制御弁４８がノーマル位置に設定される
ことにより、冷却水路３８には小流量の冷却水５０が供
給されているため、シールキャップ２３が冷却水供給装
置４１される冷却水５０によって過度に冷却される現象
は防止され、その結果、ＮＨ₄ Ｃｌといった副生成物
（中間的生成物）がシールキャップ２３の表面に付着す
ることは未然に防止されることになる。したがって、シ
ールキャップ２３の表面に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、パーティクルの発生を防止
することができ、また、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することができる。 【００２９】ところで、以上の成膜処理において、成膜
ガス５１は流れて行く間にウエハ１だけでなく、インナ
チューブ１３の内外壁面やアウタチューブ１２の内壁面
等に接触するため、これらの表面にも窒化シリコンが堆
積することになる。これらの表面に付着した窒化シリコ
ン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。そして、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、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装置においては、累積し
た堆積膜の厚さがある値に達すると、次のクリーニング
工程が実施される。 【００３０】クリーニング工程が実施されるに際して
は、ボート３０はウエハを装填されない状態でエレベー
タによって差し上げられてインナチューブ１３の炉口１
６から処理室１４に搬入され、シールキャップ２３に支
持されたままの状態で処理室１４に存置される。プロセ
スチューブ１１の内部が所定の真空度（例えば、１３３
０Ｐａ〜４６５５０Ｐａ）に排気管１８によって排気さ
れる。また、ヒータユニット３５によってプロセスチュ
ーブ１１の内部が所定の温度（約６００℃）に全体にわ
たって均一に加熱される。次いで、クリーニングガスと
しての三弗化塩素がインナチューブ１３の処理室１４に
ガス供給管２０から供給される。 【００３１】このクリーニング工程においては、図３に
示された冷却水供給装置４１において、上流側方向制御
弁４７および下流側方向制御弁４８が小流量水路４３か
ら大流量水路４４へＣＶＤ装置を制御するコントローラ
（図示せず）によって自動的に切り換えられることによ
り、冷却水路３８には大流量の冷却水５０がインレット
管路４２およびアウトレット管路４９を通じて流通され
る。したがって、シールキャップ２３は大流量の冷却水
５０によって強力に冷却されることになるため、クリー
ニングガスである三弗化塩素がシールキャップ２３の表
面に接触してもシールキャップ２３が腐食されるのを防
止することができる。 【００３２】前記した実施の形態によれば、次の効果が
得られる。 【００３３】1) 成膜処理中にシールキャップを冷却す
るための冷却水の流量を小さく設定することにより、成
膜処理中にシールキャップが過度に冷却されるのを防止
することができるため、成膜ガスがシールキャップの表
面に接触しても、シールキャップの表面に副生成物が付
着するのを防止することができる。 【００３４】2) シールキャップの表面に処理ガスの副
生成物が付着するのを防止することにより、シールキャ
ップ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。 【００３５】3) 副生成物の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。 【００３６】4) クリーニング工程において、冷却水供
給装置の上流側方向制御弁および下流側方向制御弁を大
流量の冷却水を冷却水路に供給する位置に切り換えるこ
とにより、シールキャップを大流量の冷却水によって強
力に冷却することができるため、三弗化塩素がシールキ
ャップの表面に接触してもシールキャップが腐食される
のを防止することができる。 【００３７】5) 冷却水供給装置の上流側方向制御弁お
よび下流側方向制御弁の切り換え制御をＣＶＤ装置を制
御するコントローラによって自動的に実行させることに
より、ＣＶＤ装置の実際の運用に際して、シールキャッ
プを冷却する冷却水の流量を各膜種毎やクリーニング作
業毎に作業者が設定し直すのを省略することができるた
め、作業能率が低下するのを防止することができるばか
りでなく、人為的なミスが介入するのを防止することが
できる。その結果、シールキャップの冷え過ぎによる窒
化シリコンのシールキャップへの付着や、クリーニング
ガスによるシールキャップの腐食が発生するのを確実に
防止することができる。 【００３８】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。 【００３９】例えば、冷却水の冷却水路への流量を制御
する冷却水供給装置の具体的な構成は、小流量水路と大
流量水路とを切り換える一対の方向制御弁によって構成
するに限らず、可変流量制御弁等によって構成してもよ
い。 【００４０】また、冷却水路はシールキャップ側に配す
るに限らず、マニホルダ側に配してもよい。 【００４１】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。 【００４２】ＣＶＤ装置はアウタチューブとインナチュ
ーブとからなるプロセスチューブを備えたバッチ式縦形
ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、アウタチュ
ーブだけのプロセスチューブを備えたもの等の他のＣＶ
Ｄ装置であってもよい。 【００４３】さらに、半導体製造装置はＣＶＤ装置に限
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
る拡散装置等の半導体製造装置全般に適用することがで
きる。 【００４４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
副生成物の付着やクリーニングガスによる腐食の発生を
確実に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
一部省略正面断面図である。 【図２】その主要部の正面断面図である。 【図３】冷却水供給装置を含んだ主要部を示す一部切断
斜視図である。 【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、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、１８…排気管、１
９…排気路、２０…ガス供給管、２１…炉口開閉装置、
２２…ベース、２３…シールキャップ、２４…ベロー
ズ、２５…回転軸、２６…軸受装置、２７…支持板、３
０…ボート、３１、３２…端板、３３…保持部材、３４
…保持溝、３５…ヒータユニット、３６…環状溝、３７
…シールリング、３８…冷却水路、３９…環状溝、４０
…カバー、４１…冷却水供給装置、４２…インレット管
路、４３…小流量水路、４４…大流量水路、４５…小流
量用流量制御弁、４６…大流量用制御弁、４７…上流側
方向制御弁、４８…下流側方向制御弁、４９…アウトレ
ット管路、５０…冷却水、５１…成膜ガス（処理ガ
ス）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 JA05 KA10 KA11 KA26 LA15 5F004 AA15 BA19 BC01 BD04 DA00 DB07 EA34 5F045 AB33 AC05 AC12 BB15 DP19 EB02 EB06 EC02 EJ09

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を収容して処理する処理室と、この
   処理室に処理ガスおよびクリーニングガスを供給するガ
   ス供給管と、前記処理室の炉口を開閉するシールキャッ
   プと、このシールキャップおよび炉口の少なくとも一方
   に形成された冷却水路と、この冷却水路に冷却水を供給
   する冷却水供給装置とを備えている半導体製造装置にお
   いて、前記冷却水供給装置は前記処理ガスの供給時の冷
   却水の流量と、前記クリーニングガスの供給時の冷却水
   の流量とを切り換えるように構成されていることを特徴
   とする半導体製造装置。