JP2004273605A

JP2004273605A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004273605A
Application number: JP2003059677A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kojima; 賢児島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】処理室内でウエハにＣＶＤ膜がデポジションする際、インナーチューブ側部内壁面にも、処理ガスが接触しＣＶＤ膜が成膜していく。このＣＶＤ膜が累積し、パーティクルが発生する原因となる。このパーティクルを除去するのにメンテナンスを度々する必要があった。
【解決手段】インナ−チューブの、側部外周に位置するガス導入部と、側部内部に位置するガス通路と、側部内面に位置する複数のガス噴出口を有し、前記ガス導入部と前記ガス通路と前記ガス噴出口は、順番に連通するように形成させ、前記ガス導入部から不活性ガスを供給し、インナーチューブの側部内面付近に不活性ガスを添いながら、上昇させ、インナーチューブへのＣＶＤ膜の累積を防ぐ。
【効果】処理室内のパーティクルの発生を低減でき、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、稼動率・生産性を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。）の製造する際に、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にポリシリコンやシリコン窒化膜等を堆積（デポジション）するのに用いる半導体製造装置に関する。
【０００２】
ＩＣの製造方法において、基板（以下、ウエハという。）にポリシリコンやシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜をデポジションするのに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。）が、広く使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置としては、内管（以下、インナ−チューブという）およびこのインナ−チューブを取り囲む外管（以下、アウタ−チューブという）から構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚のウエハを保持してインナ−チューブ内に搬入する基板保持手段（以下、ボートという。）と、インナ−チューブ内に処理ガスを供給する供給管と、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えており、処理ガスの供給管がインナ−チューブ下に位置するマニホールドに開設され、さらに不活性ガス供給管がインナ−チューブとアウタ−チューブの空間に開設され、マニホールドにはインナ−チューブとアウタ−チューブの筒状空間に連通する排気口が開設されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
このＣＶＤ装置においては、複数枚のウエハがボートに搭載され長く整列されて保持された状態でインナ−チューブ内にマニホールド下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、インナ−チューブ内に処理ガスが供給管から導入されるとともに、ヒータによりプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。この際、ガス供給管から噴出された処理ガスは、ボートに互いに水平に保持された上下のウエハの間を流れてウエハの表面に接触し、排気口からアウタ−チューブの外部に排気管により排気される。
【０００３】
【特許文献１】
特許３２７０７３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したＣＶＤ装置においてはウエハにＣＶＤ膜がデポジションする際、インナーチューブ側部内壁面にも、処理ガスが接触しＣＶＤ膜が成膜していく。ＣＶＤ膜が累積していくと、ＣＶＤ膜内に内部応力が発生し、ＣＶＤ膜自体がこの内部応力に耐えられなくなりクラックが発生する。
一旦、クラックが発生してしまうとこのＣＶＤ膜が剥がれ、インナ−チューブ内を浮遊したり、インナ−チューブ下部やウエハの表面上に落ちたりすることにより、パーティクルが発生し続けてしまう。このパーティクルを止めるにはインナーチューブ側部内壁に成膜されたＣＶＤ膜を除去しなければならなく、インナ−チューブの取外しなどメンテナンスを度々する必要があった。このメンテナンスをする場合ＣＶＤ装置の稼動を停止することになり、稼働率を低下させ、生産性の低下を招いてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、前記したＣＶＤ装置において、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションする際、インナ−チューブ側部内壁面に、処理ガスが接触しＣＶＤ膜が成膜していくのを低減することができる基板処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置は、複数枚の基板を処理する処理室を形成したインナ−チューブと、このインナ−チューブを取り囲むアウタ−チューブと、前記複数枚の基板を保持して前記処理室に搬入するボートと、前記処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記アウタ−チューブとインナ−チューブの間より排気する排気口とを、備えている基板処理装置において、前記インナ−チューブは、側部外周に位置するガス導入部と、側部内部に位置するガス通路と、側部内面に位置する複数のガス噴出口を有し、前記ガス導入部と前記ガス通路と前記ガス噴出口は、順番に連通して、形成されることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段において、ガスはガス導入口からインナ−チューブ内に導入される。インナ−チューブ内に導入されたガスはインナーチューブの下方から上昇し、ボートに互いに水平に保持された上下のウエハの間を流れてウエハの表面に接触すると同時に、ヒータによりプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。この際に、インナ−チューブの側部外周に有するガス導入部から不活性ガスを供給し、ガス導入部から側部内部に有するガス通路を通り、側部内面に有する複数のガス噴出口から、噴出されることにより、処理ガスがインナ−チューブ側部内壁面に接触するのを低減することができるので、ＣＶＤ膜がインナ−チューブ側部内壁面に、接触し成膜していくのを低減することができる。したがって、パーティクルの発生を低減でき、メンテナンスの頻度を少なくすることができ、ＣＶＤ装置の稼動率を向上させ、生産性を向上させることができる。
【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、図１に示されているように、本発明に係る半導体製造装置はＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されている。
【００１０】
図１に示した減圧ＣＶＤ装置について説明する。アウターチューブ２０５は例えば石英（ＳｉＯ２）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。インナーチューブ２０４は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、アウターチューブ２０５内に同心円状に配置されている。このアウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４からプロセスチューブ２は構成されている。アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間は筒状空間２５０を成す。インナーチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気されるようになっている。
【００１１】
アウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４が保持されている。このマニホールド２０９は保持手段（以下ヒータベース２５１）に固定される。アウターチューブ２０５の下端部およびマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング２２０）が配置され、両者の間が気密にシールされている。
【００１２】
マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）がＯリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に取付けられている。シールキャップ２１９には、ガスの供給管２３２が貫通するよう設けられている。これらのガスの供給管２３２により、処理用のガスがアウターチューブ２０５内に供給されるようになっている。これらのガスの供給管２３２は処理ガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス流量制御部に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得る。
【００１３】
図２、３に示すようにインナ−チューブ２０４の側部外周には、窒素ガスを導入するガス導入部３０を有し、インナ−チューブ２０４の側壁内部には窒素ガスを流すことができるガス通路３１を有する。また、インナ−チューブ２０４の側部内壁面には窒素ガスが噴出できるよう複数のガス噴出口３２を有し、ガス導入部３０とガス通路３１とガス噴出口３２は外部の窒素ガス供給源（図示せず）からインナ−チューブ２０４内へと順に連通している。
具体的には、ガス導入部３０は窒素ガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３）に連結されており、ＭＦＣ３３はガス流量制御部に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得る。さらにガス導入部３０はインナーチューブ２０４の内部に下部から上部にかけて有するガス通路３１ａの下部に連通する。さらにガス通路３１ａはインナーチューブ２０４の内部に円周方向に有するガス通路３１ｂに連通する。例えば、ガス通路３１ｂはインナーチューブ２０４の内部に上下に複数存在する。また、ガス通路３１ｂは前述した円筒状の複数の箇所からガス噴出口３２と連通されている。
【００１４】
図２、３に示すようにインナ−チューブ２０４のガス噴出口３２は前記側部に対し垂直方向よりもインナ−チューブ２０４上端方向に角度を有している。これにより、窒素ガスがインナーチューブ２０４の側部内壁面を添うように伝いやすくなる。
【００１５】
図１に示すようにマニホールド２０９の上部には、圧力調節器（例えばＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器があり、以下ここではＡＰＣ２４２とする）及び、排気装置（以下真空ポンプ２４６）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４との間の筒状空間２５０を流れるガスを排出し、アウターチューブ２０５内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力の減圧雰囲気にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部により制御する。
【００１６】
シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、基板保持手段（以下ボート２１７）及びボート２１７上に保持されている基板（以下ウエハ２００）を回転させる。又、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２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部により制御する。
【００１７】
アウターチューブ２０５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。ヒータ２０７は、アウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部により制御する。
【００１８】
図１に示したＣＶＤ装置による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、アウターチューブ２０５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により予めアウターチューブ２０５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を上昇させてアウターチューブ２０５内に移し、アウターチューブ２０５の内部温度を所定の処理温度に維持する。アウターチューブ２０５内を所定の真空状態まで排気した後、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から処理用のガスを流し、またインナ−チューブ２０４の側部外周に有するガス導入部３０から窒素ガスを供給し、ガス導入部３０から側部内部に有するガス通路３１を通り、側部内面に有する複数のガス噴出口３２から、噴出し供給する。供給された処理用のガスは、インナーチューブ２０４内を上昇し、ウエハ２００に対して均等に供給される。また、インナーチューブ２０４の側部内面に有する複数のガス噴出口３２から供給するガスは、インナーチューブ２０４の側部内面付近に添いながら、上昇する。
【００１９】
減圧ＣＶＤ処理中のアウターチューブ２０５内は、排気管２３１を介して排気され、所定の真空になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行う。
【００２０】
このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウエハ２００の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、アウターチューブ２０５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をアウターチューブ２０５から取出す。アウターチューブ２０５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アウターチューブ２０５内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理が成される。
【００２１】
なお、一例まで、本実施例のＣＶＤ装置にて処理される処理条件は、Ｓｉ３Ｎ４膜の成膜において、ウエハ温度７５０度、処理用のガスの種類および供給量はＮＨ３を８００ＳＣＣＭ、ＳｉＨ２ＣＬ２を８０ＳＣＣＭ、インナーチューブ２０４のガス導入部３０への不活性ガスのガス種および供給量はＮ２を５００ＳＣＣＭとし、処理圧力は４０Ｐａである。
【００２２】
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。
【００２３】
例えば、ガス噴出口３２は前記下端から上端に有し、大きさを異なるようにし、下端より徐々に大きくなるようすることにより、さらに窒素ガスが供給口からの流れるガスに生じる圧力損失の影響等の違いにより供給量に差違ができるのを生じにくくする手段として好ましい。
【００２４】
例えば、ガス噴出口３２はヒータ２０７のゾーンに対し、それぞれにひとつ設けることにより、さらに、または複数設ける場合、また、すくなくとも２つのゾーンに設ける場合も良いとする。複数ゾーンにガス噴出口を設けることにより、インナーチューブ側部内面の上部から下部にかけてより均一に窒素ガスウォールを作ることができる。
【００２５】
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、アルゴンガスやヘリウムガス等の窒素ガス以外のプリカーサを含まないガス（不活性ガス）を使用してもよい。
【００２６】
ガス通路はインナ−チューブの側部内部に形成するに限らず、インナ−チューブの側部外周に形成して、ガス導入部とガス噴出口とを連通するように形成しても良い。
【００２７】
前記実施の形態では、ＳＩ３Ｎ４膜の堆積について説明したが、ドープドポリシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜の成膜全般に適用することができる。
【００２８】
前記実施の形態ではバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置および他の熱処理装置（ｆｕｒｎａｃｅ）等の半導体製造装置全般に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インナ−チューブの側部内壁面への成膜がしにくくなりパーティクル低減につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるインナーチューブの立体図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるインナーチューブの正面断面図である。
断面図である。
【符号の説明】
１…処理室、２…プロセスチューブ、３０…ガス導入部、３１ａ…ガス通路（上下方向）、
３１ｂ…ガス通路（円周方向）、３２…ガス噴出口、
３３…不活性ガス（窒素ガス）の流量制御手段（マスフローコントローラ）、１１５…昇降手段（エレベータ）、
２００…基板（ウエハ）、２０４…内管（インナーチューブ）、２０５…外管（アウターチューブ）、２０７…ヒータ、
２０９…マニホールド、２１７…基板保持具（ボート）、２１９…蓋体（シールキャップ）、
２２０…気密部材（Ｏリング）、２３１…ガスの排気管、２３２…ガスの供給管、
２４１…処理ガスの流量制御手段（マスフローコントローラ）、２４２…圧力調節器（ＡＰＣ）、
２４５…圧力検出器（圧力センサ）、２４６…排気装置（真空ポンプ）、２５０…筒状空間、
２５１…保持手段（ヒータベース）、２５４…回転手段（回転軸）、２６３…温度検出手段（熱電対）。

Claims

複数枚の基板を処理する処理室を形成する内管と、
この内管を取り囲む外管と、前記複数枚の基板を保持して前記処理室に搬入する基板保持具とを備えている基板処理装置において、
前記内管は、側部外周に位置するガス導入部と、側部内部に位置するガス通路と、側部内面に位置する複数のガス噴出口とを有し、前記ガス導入部と前記ガス通路と前記ガス噴出口は、順番に連通して形成されていることを特徴とする基板処理装置。