JP2005197373A

JP2005197373A - 基板処理装置

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Publication number: JP2005197373A
Application number: JP2004000651A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shimada; 真一島田; Masaaki Ueno; 正昭上野; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田; Takenori Oka; 威憲岡
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-05
Also published as: JP4516318B2

Abstract

【課題】降温速度を向上させ、ウエハ間およびウエハ面内の温度差を抑制する。
【解決手段】アウタチューブとインナチューブとを有しウエハ１を処理する処理室を構成したプロセスチューブと、プロセスチューブの内部を加熱するヒータユニットと、ボートエレベータによって昇降されて処理室を開閉するシールキャップ２９と、シールキャップ２９の上に立脚されたボート３０とを備えているＣＶＤ装置において、シールキャップ２９のボート３０の外側には長いノズル６６と短いノズル６７とが立脚されており、各ノズル６６、６７には噴射口６６ａ、６７ａが複数個、窒素ガスをウエハ１群の方向に噴射するように開設されている。ボートアンローディング時に、窒素ガスをノズルから吹き出してウエハ群に直接的に吹き付けることにより、ウエハ群を急速、かつ、均一に降温できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法に使用されるＣＶＤ装置や拡散装置、酸化装置およびアニール装置等の熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。

ＩＣ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。）に窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）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、ボートエレベータによって昇降されて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膜を堆積させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１１０５５６号公報

一般に、ＣＶＤ装置においては、成膜後に処理室が窒素ガスパージされて所定の温度まで降温された後に、ボートが処理室から搬出（ボートアンローディング）される。これは、処理温度のままでボートアンローディングすると、ウエハ相互間の温度偏差やウエハ面内温度偏差が大きくなってＩＣの特性に悪影響が及ぶのを防止するためである。そして、窒素ガスはマニホールドに固定されたガス供給管によって処理室へ供給される。

しかしながら、窒素ガスはマニホールドに固定されたガス供給管によって処理室に供給されるために、ウエハ群の降温が不均一になるという問題点がある。すなわち、ガス供給管は処理室のボートの下方の一箇所に配置されているために、ウエハ群に対して均一の流れをもって接触することはできない。つまり、窒素ガスの流れが不均一になるために、ウエハ群の領域やウエハ面内において不均一に冷却され、窒素ガスの流速の大きい領域のウエハやウエハ面内だけが冷却されてしまう。

本発明の目的は、降温速度を向上させることができるとともに、基板間および基板面内の温度偏差を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

本発明に係る基板処理装置は、基板を基板保持体に保持して処理する処理室と、この処理室周りに設置され前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管と、前記処理室を排気する排気管と、前記基板保持体を保持したシールキャップを昇降させるエレベータと、前記シールキャップと共に昇降し前記基板に冷却ガスを噴射する冷却ガスノズルと、この冷却ガスノズルの下降する際の噴射を制御するガス流量制御部と、を備えていることを特徴とする。
本願において開示されるその他の発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）前記基板保持体の近傍には前記エレベータによって昇降され前記基板の温度を検出する温度センサが設置されており、前記ガス流量制御部はこの温度センサが検出した温度に基づいてガス流量を制御するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
（２）前記基板の主面に対して垂直方向に長さの異なる複数本の前記冷却ガスノズルが設置されており、これらの冷却ガスノズルが前記ガス流量制御部を備えていることを特徴とする前項（１）に記載の基板処理装置。
（３）基板を基板保持体に保持して処理する処理室と、この処理室周りに設置され前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管と、前記処理室を排気する排気管と、前記基板保持体を保持したシールキャップを昇降させるエレベータと、前記シールキャップと共に昇降し前記基板に冷却ガスを噴射する冷却ガスノズルと、この冷却ガスノズルの下降する際の噴射を制御するガス流量制御部とを備えている基板処理装置を用いて前記基板を処理する半導体装置の製造方法において、
処理済みの前記基板保持体が前記エレベータによって下降されるステップと、前記ガス流量制御部が前記冷却ガスノズルから冷却ガスを噴射させるステップと、前記冷却ガスノズルが前記基板に到達するステップと、前記冷却ガスが前記基板を冷却するステップとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

前記した手段によれば、冷却ガスノズルから冷却ガスを噴射することにより、処理済みの基板を急速かつ均一に降温させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、図１、図２および図３に示されているように、本発明に係る基板処理装置はＩＣの製造方法における成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）１０として構成されている。なお、このＣＶＤ装置においては、ウエハ１を搬送するウエハキャリアとしてＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）２が使用されている。

図１〜図３に示されているように、ＣＶＤ装置１０は型鋼や鋼板等によって直方体の箱形状に構築された筐体１１を備えている。筐体１１の正面壁にはポッド搬入搬出口１２が筐体１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１２はフロントシャッタ１３によって開閉されるようになっている。ポッド搬入搬出口１２の手前にはポッドステージ１４が設置されており、ポッドステージ１４はポッド２を載置されて位置合わせを実行するように構成されている。ポッド２はポッドステージ１４の上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ポッドステージ１４の上から搬出されるようになっている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における上部には回転式ポッド棚１５が設置されており、回転式ポッド棚１５は複数個のポッド２を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１６と、支柱１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板１７とを備えており、複数枚の棚板１７はポッド２を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。筐体１１内におけるポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間にはポッド搬送装置１８が設置されており、ポッド搬送装置１８はポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間および回転式ポッド棚１５とポッドオープナ２１との間で、ポッド２を搬送するように構成されている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１９の正面壁にはウエハ１をサブ筐体１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口２０、２０には一対のポッドオープナ２１、２１がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ２１はポッド２を載置する載置台２２と、載置台２２に載置されたポッド２のキャップを着脱するキャップ着脱機構２３とを備えており、載置台２２に載置されたポッド２のキャップをキャップ着脱機構２３によって着脱することにより、ポッド２のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。ポッドオープナ２１の載置台２２に対してはポッド２がポッド搬送装置１８によって搬入および搬出されるようになっている。

サブ筐体１９内の前側領域にはウエハ移載装置２５が設置された移載室２４が形成されている。ウエハ移載装置２５はボート３０に対してウエハ１を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。サブ筐体１９内の後端部にはボートを収容して待機させる待機室２６が形成されている。待機室２６にはボートを昇降させるためのボートエレベータ２７が設置されている。ボートエレベータ２７はモータ駆動の送りねじ軸装置やベローズ等によって構成されている。ボートエレベータ２７の昇降台に連結されたアーム２８にはシールキャップ２９が水平に据え付けられており、シールキャップ２９はボート３０を垂直に支持するように構成されている。ボート３０は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、五十枚程度〜百五十枚程度）のウエハ１をその中心を揃えて水平に支持した状態で、保持するように構成されている。

図３に示されているように、ＣＶＤ装置１０は中心線が垂直になるように縦に配されて支持された縦形のプロセスチューブ３１を備えており、プロセスチューブ３１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ３２とインナチューブ３３とから構成されている。アウタチューブ３２は後記する加熱ランプの熱線（赤外線や遠赤外線等）を透過する材料の一例である石英（ＳｉＯ₂ ）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いる。インナチューブ３３は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ３３の筒中空部はボート３０によって長く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３４を実質的に形成している。インナチューブ３３の下端開口はウエハを出し入れするための炉口３５を実質的に構成しており、インナチューブ３３の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。

アウタチューブ３２とインナチューブ３３との間の下端部は、略円筒形状に構築されたマニホールド３６によって気密封止されており、マニホールド３６はアウタチューブ３２およびインナチューブ３３の交換等のために、アウタチューブ３２およびインナチューブ３３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド３６がサブ筐体１９に支持されることにより、プロセスチューブ３１は垂直に据え付けられた状態になっている。

アウタチューブ３２とインナチューブ３３との隙間によって排気路３７が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。マニホールド３６の側壁の上部には排気管３８の一端が接続されており、排気管３８は排気路３７の最下端部に連通した状態になっている。排気管３８の他端には圧力コントローラ４１によって制御される排気装置３９が接続されており、排気管３８の途中には圧力センサ４０が接続されている。圧力コントローラ４１は圧力センサ４０からの測定結果に基づいて排気装置３９をフィードバック制御するように構成されている。

マニホールド３６の下部にはガス供給管４２がインナチューブ３３の炉口３５に連通するように接続されており、ガス供給管４２にはガス流量コントローラ４４によって制御される原料ガス供給装置および不活性ガス供給装置（以下、ガス供給装置という。）４３が接続されている。ガス供給管４２によって炉口３５に導入されたガスは、インナチューブ３３の処理室３４内を流通して排気路３７を通って排気管３８によって排気される。

マニホールド３６の下端開口にはマニホールド３６の外径と略等しい円盤形状に構築されたシールキャップ２９が、垂直方向下側から当接して閉塞するようになっている。シールキャップ２９の中心線上には回転軸４５が挿通されて回転自在に支承されており、回転軸４５は駆動コントローラ４６によって制御されるモータ４７によって回転駆動されるように構成されている。ちなみに、駆動コントローラ４６はボートエレベータ２７のモータ２７ａも制御するように構成されている。回転軸４５の上端にはボート３０が垂直に立脚されて支持されている。シールキャップ２９とボート３０との間には断熱キャップ部４８が配置されている。すなわち、ボート３０はその下端が炉口３５の位置から適当な距離だけ離間するようにシールキャップ２９の上面から持ち上げられた状態で回転軸４５に支持されており、断熱キャップ部４８はそのボート３０の下端とシールキャップ２９との間を埋めるキャップ部を構成している。

プロセスチューブ３１の外側にはヒータユニット５０が設置されている。ヒータユニット５０はプロセスチューブ３１を全体的に被覆する熱容量の小さい断熱槽５１を備えており、断熱槽５１はサブ筐体１９に垂直に支持されている。断熱槽５１の内側には加熱手段としてのＬ管形ハロゲンランプ（以下、加熱ランプという。）５２が複数本、周方向に等間隔に配置されて同心円に設備されている。加熱ランプ５２群は長さが異なる複数規格のものが組み合わされて配置されており、熱の逃げ易いプロセスチューブ３１の上部および下部の発熱量が増加するように構成されている。各加熱ランプ５２の端子５２ａはプロセスチューブ３１の上部および下部にそれぞれ配置されており、端子５２ａの介在による発熱量の低下が回避されている。加熱ランプ５２はカーボンやタングステン等のフィラメントを石英（ＳｉＯ₂ ）のＬ管によって被覆し、不活性ガスまたは真空雰囲気に封止して構成されている。加熱ランプ５２は熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍ〜２．０μｍ程度の熱線を照射するように構成され、アウタチューブ３２を殆ど加熱することなく、ウエハ１を輻射によって加熱することができるように設定されている。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１の天井面の下側における中央部にはＬ管形ハロゲンランプ（以下、天井加熱ランプという。）５３が複数本、互いに平行で両端を揃えられて敷設されており、天井加熱ランプ５３群はボート３０に保持されたウエハ１群をプロセスチューブ３１の上方から加熱するように構成されている。天井加熱ランプ５３はカーボンやタングステン等のフィラメントを石英（ＳｉＯ₂ ）のＬ管によって被覆し、不活性ガスまたは真空雰囲気に封止して構成されている。天井加熱ランプ５３は熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍ〜２．０μｍ程度の熱線を照射するように構成されており、アウタチューブ３２を殆ど加熱することなく、ウエハ１を輻射によって加熱することができるように設定されている。同様に、ボート３０と断熱キャップ部４８との間にはキャップ加熱ランプ５３Ａ群が、ウエハ１群とプロセスチューブ３１の下方から加熱するように構成されている。

図３に示されているように、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群は加熱ランプ駆動装置５４に接続されており、加熱ランプ駆動装置５４は温度コントローラ５５によって制御されるように構成されている。インナチューブ３３の内側にはカスケード熱電対５６が垂直方向に敷設されており、カスケード熱電対５６は計測結果を温度コントローラ５５に送信するようになっている。温度コントローラ５５はカスケード熱電対５６からの計測温度によって加熱ランプ駆動装置５４をフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ５５は加熱ランプ駆動装置５４の目標温度とカスケード熱電対５６の計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。また、温度コントローラ５５は加熱ランプ５２群をゾーン制御するように構成されている。

図３および図４に示されているように、加熱ランプ５２群の外側には円筒形状に形成されたリフレクタ（反射板）５７がプロセスチューブ３１と同心円に設置されており、リフレクタ５７は加熱ランプ５２群からの熱線をプロセスチューブ３１の方向に全て反射させるように構成されている。リフレクタ５７はステンレス鋼板に石英（ＳｉＯ₂ ）をコーティングして形成された材料のように耐酸化性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた材料によって構成されている。リフレクタ５７の外周面には冷却水配管５８が螺旋状に敷設されており、冷却水配管５８はリフレクタ５７をリフレクタ表面の石英（ＳｉＯ₂ ）コーティングの耐熱温度である３００℃以下に冷却するように設定されている。リフレクタ５７は３００℃を超えると、酸化等によって劣化し易くなるが、リフレクタ５７を３００℃以下に冷却することにより、リフレクタ５７の耐久性を向上させることができるとともに、リフレクタ５７の劣化に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。また、断熱槽５１の内部の温度を低下させる際に、リフレクタ５７を冷却することにより、冷却効果を向上させることができる。さらに、冷却水配管５８はリフレクタ５７の冷却領域を上中下段のゾーンに分けてそれぞれ制御し得るように構成されている。冷却水配管５８をゾーン制御することにより、プロセスチューブ３１の温度を降下させる際に、プロセスチューブ３１のゾーンに対応して冷却することができる。例えば、ウエハ群が置かれたゾーンは熱容量がウエハ群の分だけ大きくなることにより、ウエハ群が置かれないゾーンに比べて冷却し難くなるために、冷却水配管５８のウエハ群に対応するゾーンを優先的に冷却するようにゾーン制御することができる。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１の天井面には円板形状に形成された天井リフレクタ５９がプロセスチューブ３１と同心円に設置されており、天井リフレクタ５９は天井加熱ランプ５３群からの熱線をプロセスチューブ３１の方向に全て反射させるように構成されている。天井リフレクタ５９も耐酸化性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた材料によって構成されている。天井リフレクタ５９の上面には冷却水配管６０が蛇行状に敷設されており、冷却水配管６０は天井リフレクタ５９を３００℃以下に冷却するように設定されている。天井リフレクタ５９は３００℃を超えると、酸化等によって劣化し易くなるが、天井リフレクタ５９を３００℃以下に冷却することにより、天井リフレクタ５９の耐久性を向上させることができるとともに、天井リフレクタ５９の劣化に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。また、断熱槽５１の内部の温度を低下させる際に、天井リフレクタ５９を冷却することにより、冷却効果を向上させることができる。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１とプロセスチューブ３１との間には冷却ガスとしての冷却エアを流通させる冷却エア通路６１が、プロセスチューブ３１を全体的に包囲するように形成されている。断熱槽５１の下端部には冷却エアを冷却エア通路６１に供給する給気管６２が接続されており、給気管６２に供給された冷却エアは冷却エア通路６１の全周に拡散するようになっている。断熱槽５１の天井壁の中央部には冷却エアを冷却エア通路６１から排出する排気口６３が開設されており、排気口６３には排気装置に接続された排気路（図示せず）が接続されている。断熱槽５１の天井壁の排気口６３の下側には排気口６３と連通するバッファ部６４が大きく形成されており、バッファ部６４の底面における周辺部にはサブ排気口６５が複数、バッファ部６４と冷却エア通路６１とを連絡するように開設されている。これらサブ排気口６５により、冷却エア通路６１を効率よく排気することができるようになっている。また、サブ排気口６５を断熱槽５１の天井壁の周辺部に配置することにより、天井加熱ランプ５３を断熱槽５１の天井面の中央部に敷設することができるとともに、天井加熱ランプ５３を排気流路から退避させて排気流による応力や化学反応を防止することにより、天井加熱ランプ５３の劣化を抑制することができる。

図５に示されているように、シールキャップ２９の周辺部には長いノズル６６と短いノズル６７とが同一半径上で周方向に間隔を置かれてそれぞれ垂直に立脚されており、長いノズル６６および短いノズル６７はいずれも冷却ガスとしての窒素ガスを噴射する冷却ガスノズルとして構成されている。長いノズル６６および短いノズル６７には複数個の噴射口６６ａ、６７ａが、窒素ガスをボート３０の中心に向けて半径方向へ噴射するようにそれぞれ開設されている。噴射口６６ａ、６７ａのそれぞれから噴射される窒素ガスの流速が長いノズル６６および短いノズル６７の全長にわたって可及的に均等になるように、各噴射口６６ａ、６７ａの開口形状（真円形や長円形等）や口径および開口面積等が設定されている。長手方向に整列した噴射口からの噴射流をノズルの全長にわたって等流量に設定するには、各噴射口のサイズを下流に行くに従って徐々に大きく設定することが一般的である。しかし、ボート３０に整列したウエハ１群を全長にわたって均一に冷却させるためには、各噴射口からの流速を高め、かつ、一定に制御する必要がある。このためには、噴射口６６ａ、６７ａのサイズは同一に設定し、長いノズル６６および短いノズル６７の内径（流路断面積）を徐々に大きく設定することにより、内部コンダクタンスを調整することが望ましい。また、長いノズル６６および短いノズル６７の内径（流路断面積）を全長にわたって充分に大きく設定することにより、流路抵抗による圧力損失を防止することが望ましい。

図５に示されているように、長いノズル６６および短いノズル６７には窒素ガス供給装置６８が接続されており、窒素ガス供給装置６８は流量調整コントローラ６９によって制御されるように構成されている。長いノズル６６および短いノズル６７による冷却能力は窒素ガスの噴射量を窒素ガス供給装置６８によって制御することにより調整することができる。また、長いノズル６６の流量と短いノズル６７の流量とを独立して制御することにより、長いノズル６６および短いノズル６７による冷却能力をゾーン制御することができる。長いノズル６６と短いノズル６７との間には、ボート３０と共に移動する熱電対７０が垂直方向に立脚されており、熱電対７０は計測結果を流量調整コントローラ６９に送信するようになっている。流量調整コントローラ６９は窒素ガス供給装置６８を熱電対７０からの計測温度に基づくＰＩＤ制御等によってフィードバック制御するようになっている。すなわち、流量調整コントローラ６９は予め設定された目標温度と熱電対７０の計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるように、窒素ガス供給装置６８による長いノズル６６および短いノズル６７に対する窒素ガスの供給流量を増減するフィードバック制御を実行するようになっている。例えば、ガス流量が最大流量に達していない場合は単に設定温度を下げる方法でも充分効果は得られるが、最も低い領域の温度を設定温度とするような制御パターンを設けて制御すると、より一層均一に速く冷却することができる。

前記構成に係るＣＶＤ装置によるＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。

図１および図２に示されているように、ポッド２がポッドステージ１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１２がフロントシャッタ１３によって開放され、ポッドステージ１４の上のポッド２はポッド搬送装置１８によって筐体１１の内部へポッド搬入搬出口１２から搬入される。搬入されたポッド２は回転式ポッド棚１５の指定された棚板１７へポッド搬送装置１８によって自動的に搬送されて受け渡され、その棚板１７に一時的に保管される。保管されたポッド２はポッド搬送装置１８によって一方のポッドオープナ２１に搬送されて載置台２２に移載される。この際、ポッドオープナ２１のウエハ搬入搬出口２０はキャップ着脱機構２３によって閉じられており、移載室２４には窒素ガスが流通されることによって充満されている。すなわち、移載室２４の酸素濃度は２０ｐｐｍ以下と、筐体１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遙に低く設定されている。

載置台４２に載置されたポッド２はその開口側端面がサブ筐体１９の正面におけるウエハ搬入搬出口２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。ポッド２に収納された複数枚のウエハ１はウエハ移載装置２５によって掬い取られ、ウエハ搬入搬出口２０から移載室２４を通じて待機室２６へ搬入され、ボート３０に装填（チャージング）される。ボート３０にウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２５はポッド２に戻り、次のウエハ１をボート３０に装填する。以降、前記ウエハ移載装置２５の作動が繰り返されることにより、一方のポッドオープナ２１の載置台２２の上のポッド２の全てのウエハ１がボート３０に順次装填されて行く。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ２１におけるウエハ移載装置２５によるウエハのボート３０への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１には回転式ポッド棚１５から別のポッド２がポッド搬送装置１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ２１によるポッド２の開放作業が同時進行される。このように他方のポッドオープナ２１において開放作業が同時進行されていると、一方のポッドオープナ２１におけるウエハ１のボート３０への装填作業の終了と同時に、他方のポッドオープナ２１にセットされたポッド２についてのウエハ移載装置２５によるウエハのボート３０への装填作業を開始することができる。すなわち、ウエハ移載装置２５はポッド２の入替え作業についての待ち時間を浪費することなくウエハのボート３０への装填作業を連続して実施することができるため、ＣＶＤ装置１０のスループットを高めることができる。

図３に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３０に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３０はシールキャップ２９がボートエレベータ２７によって上昇されることにより、インナチューブ３３の処理室３４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ２９に支持されたままの状態で処理室３４に存置される。図４に示されているように、上限に達したシールキャップ２９はマニホールド３６に押接することにより、プロセスチューブ３１の内部をシールした状態になる。

続いて、プロセスチューブ３１の内部が排気管３８によって排気されるとともに、加熱ランプ５２群および天井加熱ランプ５３群によって温度コントローラ５５のシーケンス制御の目標温度に加熱される。加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群の加熱によるプロセスチューブ３１の内部の実際の上昇温度と、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群のシーケンス制御の目標温度との誤差は、カスケード熱電対５６の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。また、ボート３０がモータ４７によって回転される。

プロセスチューブ３１の内圧および温度、ボート３０の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ３１の処理室３４には原料ガスがガス供給装置４３によってガス供給管４２から導入される。ガス供給管４２によって導入された原料ガスは、インナチューブ３３の処理室３４内を流通して排気路３７を通って排気管３８によって排気される。処理室３４を流通する際に、原料ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ１に接触することによる熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１にはＣＶＤ膜が形成される。ちなみに、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）が成膜される場合の処理条件の一例は、次の通りである。処理温度は７００〜８００℃、原料ガスとしてのＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ の流量は０．１〜０．５ＳＬＭ（スタンダード・リットル毎分）、ＮＨ₃ の流量は０．３〜５ＳＬＭ、処理圧力は２０〜１００Ｐａである。

ところで、アウタチューブ３２およびヒータユニット５０の温度は処理温度以上に維持する必要がないばかりでなく、処理温度未満に下げることがかえって好ましいために、成膜ステップにおいては、図４に示されているように、冷却エアが給気管６２から供給されてサブ排気口６５、バッファ部６４および排気口６３から排気されることにより、冷却エア通路６１に流通される。この際、断熱槽５１は熱容量が通例に比べて小さく設定されているので、急速に冷却することができる。なお、冷却エア通路６１は処理室３４から隔離されているので、冷媒として冷却エアを使用することができるが、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での腐食を防止するために、窒素ガス等の不活性ガスを冷媒ガスとして使用してもよい。このように冷却エア通路６１における冷却エアの流通によってアウタチューブ３２およびヒータユニット５０を強制的に冷却することにより、例えば、シリコン窒化膜であればＮＨ₄ Ｃｌの付着を防止することができる１５０℃程度にアウタチューブ３２の温度を維持することができる。

所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガスがプロセスチューブ３１の内部にガス供給管４２から導入されるとともに、長いノズル６６の噴射口６６ａおよび短いノズル６７の噴射口６７ａからウエハ１群に吹き付けられる。処理室３４における窒素ガスの流通およびウエハ１群への吹き付けにより、ウエハ１群が直接的に冷却されるために、ウエハ１群の温度は大きいレート（速度）をもって急速に下降するとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降する。

続いて、シールキャップ２９に支持されたボート３０はボートエレベータ２７によって下降されることにより、処理室３４から搬出（ボートアンローディング）される。このボートアンローディングに際しては、長いノズル６６の噴射口６６ａおよび短いノズル６７の噴射口６７ａからウエハ１群に吹き付けられることにより、ウエハ１群の温度が大きいレート（速度）をもって急速に下降されるとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降される。この際、ウエハ１群の全長にわたる温度が長いノズル６６と短いノズル６７との間に立脚された熱電対７０によって計測されるとともに、この計測温度に基づく流量調整コントローラ６９による窒素ガス供給装置６８によって、長いノズル６６および短いノズル６７に対する窒素ガスの供給流量が制御されることにより、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内における温度が均一に維持される。なお、熱電対７０は好ましくは、複数測定ポイントを設けるようにすると、より一層温度が均一に維持される。

待機室２６に搬出されたボート３０の処理済みウエハ１は、ボート３０からウエハ移載装置２５によって脱装（ディスチャージング）され、ポッドオープナ２１において開放されているポッド２に挿入されて収納される。処理済みウエハ１のボート３０からの脱装作業の際も、ボート３０がバッチ処理したウエハ１の枚数は一台の空のポッド２に収納するウエハ１の枚数よりも何倍も多いため、複数台のポッド２が上下のポッドオープナ２１、２１に交互にポッド搬送装置１８によって繰り返し供給されることになる。この場合にも、一方（上段または下段）のポッドオープナ２１へのウエハ移載作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１への空のポッド２への搬送や準備作業が同時進行されることにより、ウエハ移載装置２５はポッド２の入替え作業についての待ち時間を浪費することなく脱装作業を連続して実施することができるため、ＣＶＤ装置１０のスループットを高めることができる。

所定枚数の処理済みのウエハ１が収納されると、ポッド２はポッドオープナ２１によってキャップを装着されて閉じられる。続いて、処理済みのウエハ１が収納されたポッド２はポッドオープナ２１の載置台２２から回転式ポッド棚１５の指定された棚板１７にポッド搬送装置１８によって搬送されて一時的に保管される。その後、処理済みのウエハ１を収納したポッド２は回転式ポッド棚１５からポッド搬入搬出口１２へポッド搬送装置１８により搬送され、ポッド搬入搬出口１２から筐体１１の外部に搬出されてポッドステージ１４の上に載置される。ポッドステージ１４の上に載置されたポッド２は次工程へ工程内搬送装置によって搬送される。なお、新旧のポッド２についてのポッドステージ１４への搬入搬出作業およびポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間の入替え作業は、処理室３４におけるボート３０の搬入搬出作業や成膜処理の間に同時に進行されるため、ＣＶＤ装置１０の全体としての作業時間が延長されるのを防止することができる。

以降、前記作用が繰り返されることにより、ＣＶＤ装置１０によってウエハ１に対する成膜処理が実施されて行く。

ところで、一般に、ウエハが処理室に存置されている間は、処理室の温度および冷却ガスである窒素ガスの流量によってウエハの降温特性が決定される。しかし、ウエハが処理室から搬出（ボートアンローディング）される過程においては、処理室（加熱源）から離れたウエハから温度が順次に降下するために、ウエハ群におけるウエハ相互間において温度差が発生する。ウエハ群におけるウエハ相互間に温度差があると、例えば、ボートの上段に位置したウエハから取得されるＩＣの特性と、ボートの下段に位置したウエハから取得されるＩＣの特性との間で差が発生してしまう。また、ウエハ面内の温度差があると、例えば、ウエハの高温領域から取得されるＩＣの特性と、ウエハの低温領域から取得されるＩＣの特性との間で差が発生してしまう。さらに、ウエハ相互間の温度差およびウエハ面内の温度差が顕著であると、ウエハの熱履歴によってＩＣの特性に悪影響が及ぶ。また、熱を帯びたウエハが酸素（Ｏ₂ ）を多く含んだ雰囲気に晒されると、自然酸化膜がウエハに生成され易い。

本実施の形態においては、ボートアンローディングに際して、窒素ガスがウエハ１群に長いノズル６６の噴射口６６ａおよび短いノズル６７の噴射口６７ａから吹き付けられることにより、ウエハ１群の温度が大きいレート（速度）をもって急速に下降されるとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降されるので、ウエハ群におけるウエハ相互間に温度差およびウエハ面内の温度差がＩＣの特性に及ぼす悪影響を回避することができる。また、ボートアンローディングに際して、ウエハ１群の温度を充分降温させることができるので、熱を帯びたウエハ１が酸素を多く含んだ雰囲気に晒されることによる自然酸化膜の生成を防止することができる。

実際の測定値を以下に示す。
図６〜図９は各条件下におけるボートの高さ方向の位置と、各高さにおけるウエハ周縁部と中心部との温度および温度偏差と、時間との関係を示したグラフである。なお、温度測定手段としてはダミーウエハの周縁部と中心部とに熱電対を埋め込んだ温度測定器を複数枚使用し、これらをボートの下から６２段目、３６段目および１０段目にそれぞれ配置した。各グラフにおいて、横軸は時間を示し、左縦軸は各段目の温度測定器によって測定されたウエハ周縁部および中心部の温度（曲線Ａ〜Ｆ）を示し、右縦軸は各段目の温度測定器によって測定されたウエハ周辺部と中心部との温度差（曲線Ｇ〜Ｉ）を示している。処理室３４の温度は、６００℃に設定し、加熱ランプと天井加熱ランプを温度制御し、キャップ加熱ランプはオフにした。また、ボートの下降速度は、６００ｍｍ／分に設定した。

図６は従来例を示しており、ボートの下降時に窒素ガスを２００ｌ（リットル）／分流し続けた場合における降温特性を示すグラフである。このグラフを見ると判るように、例えば、６２段目が、１５０℃まで降温するのに、４分間も要している。また、６２段目の温度偏差は、−１６０℃にもなっている。

図７はボートの下降時に長いノズルだけを使用して、窒素ガスを２００ｌ／分流し続けた場合における降温特性を示すグラフである。このグラフを見ると判るように、例えば、６２段目が、１５０℃まで降温するのに、３分間に減少している。また、６２段目の温度偏差は、−８０℃に減少している。

図８はボートの下降時に長いノズルおよび短いノズルを使用して、窒素ガスを２００ｌ／分流し続けた場合における降温特性を示すグラフである。このグラフを見ると判るように、例えば、６２段目が、１５０℃まで降温するのに、２．５分間に減少している。また、６２段目の温度偏差は、−６０℃に減少している。

図９はボートの下降時に長いノズルを使用して、窒素ガスを３００ｌ／分流し続けた場合における降温特性を示すグラフである。このグラフを見ると判るように、例えば、６２段目が、１５０℃まで降温するのに、２分間に減少している。また、６２段目の温度偏差は、−７０℃に減少している。

これらのグラフを見て判るように、ボートアンローディングに際して、窒素ガスをウエハ１群にシールキャップ２９に立脚されたノズル６６、６７によって吹き付けることにより、ウエハ１群の降温速度を高めることができるとともに、ウエハ１の面内温度の均一性を高めることができる。

また、窒素ガスのウエハ１への吹き付けに際して、ボート３０をモータ４７によって回転させると、ウエハ１の面内の温度差をより一層低減することができる。すなわち、窒素ガスをウエハ１に浴びせながらウエハ１をボート３０ごと回転させることにより、窒素ガスをウエハ１の全周にわたって均等に吹きかけることができるために、ウエハ１の面内の温度差を低減させることができる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) ボートアンローディングに際して、窒素ガスをウエハ群にシールキャップに立脚されたノズルによって吹き付けることにより、ウエハ群の降温速度を高めることができるとともに、ウエハ１の面内温度の均一性を高めることができる。

2) ボートアンローディングに際して、ウエハ群におけるウエハ相互間の温度差およびウエハ面内の温度差の発生を防止することにより、ＩＣの特性に及ぼす悪影響を回避することができ、また、ウエハ群の温度を充分に降温させることができるので、熱を帯びたウエハが酸素を多く含んだ雰囲気に晒されることによる自然酸化膜の生成を防止することができる。

3) ボートアンローディング時にウエハ群を充分に降温させることにより、ボートアンローディング後の降温待機時間を省略ないしは短縮することができるので、ＣＶＤ装置のスループットを向上させることができる。

4) 複数本のノズルをシールキャップに周方向に間隔を置いて配置して垂直方向に立脚し、各ノズルには複数個の噴射口を窒素ガスをボートの中心方向に向けて半径方向へ噴射するようにそれぞれ開設することにより、ウエハ群を大きいレート（速度）をもってより一層急速に降温させることができるので、ＣＶＤ装置のスループットをより一層向上させることができ、また、ウエハの熱履歴を小さくすることにより、ＩＣの歩留りを向上させることができる。

5) ノズルに窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置を流量調整コントローラによって制御するように構成することにより、ノズルからの窒素ガスの噴射量を窒素ガス供給装置によって制御することができるので、ノズルによる冷却能力を調整することができる。

6) 長さの異なるノズルをシールキャップに設けることにより、窒素ガスの噴射流量をゾーン制御することができるので、ノズルの冷却能力をゾーン制御することができ、ウエハ群を全体的に均一に冷却したり、冷却分布を調整して冷却することができる。

7) 窒素ガスのウエハへの吹き付けに際して、ボートをモータによって回転させることにより、窒素ガスをウエハの全周にわたって均等に吹きかけることができるので、ウエハの面内の温度差をより一層確実に低減させることができる。

8) シールキャップにノズルと共に熱電対を立脚することにより、窒素ガスのノズルからの噴射流量をフィードバック制御することができるので、ウエハ相互間の温度差およびウエハ面内の温度差を確実に防止することができる。また、ウエハの現実の温度を熱電対によってモニタリングすることができるので、ウエハのボートからの脱装作業を適正な温度かつ時期に実施することができ、その結果、ＣＶＤ装置のスループットをより一層向上させることができる。

9) 成膜ステップ後に断熱槽とプロセスチューブの間の空間に冷却エアを流通することにより、断熱槽およびプロセスチューブを大きいレート（速度）をもって急速に降温させることができるので、ＣＶＤ装置のスループットをより一層向上させることができる。

10) 断熱槽とアウタチューブの間の空間に冷却エアを流通することにより、アウタチューブの内面に成膜されたり副生成物が付着したりするのを防止することができるので、パーティクルの発生を防止することができるとともに、クリーニング時間を短縮することができる。

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。

例えば、シールキャップに設けられたノズルによる窒素ガスのウエハへの吹き付けは、ボートローディング開始時から実行してもよい。ウエハの昇温時におけるウエハ面内の周縁部の温度は中心部の温度よりも高くなる傾向があり、膜質や膜厚の均一性、温度偏差に悪影響を及ぼすが、ノズルによる窒素ガスのウエハへの吹き付けをボートローディング開始時から実行すると、ウエハ面内の昇温分布を均一化することができるので、この悪影響を防止することができる。冷却ガスノズルは、２本として例示したが、３本以上でもよいし、１本でもよい。

加熱手段としては、熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍのハロゲンランプを使用するに限らず、熱線（赤外線や遠赤外線等）の波長（例えば、０．５〜３．５μｍ）を照射する他の加熱ランプ（例えば、カーボンランプ）を使用してもよいし、誘導加熱ヒータ、珪化モリブデンやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の金属発熱体を使用してもよい。
加熱手段（ヒータユニット）は，加熱ランプ５２群、天井加熱ランプ５３群、キャップ加熱ランプ５３Ａ群としたが、加熱ランプ５２群のみでもよく、また、加熱ランプ５２群と天井加熱ランプ５３群のみまたは、加熱ランプ５２群とキャップ加熱ランプ５３Ａ群の構成でもよい。

アウタチューブは石英によって形成するに限らず、熱線の波長を透過することができる材料であって、ウエハの汚染を防止することができる材料によって形成してもよい。

前記実施の形態においては、ＣＶＤ装置について説明したが、酸化・拡散装置やアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

被処理基板はウエハに限らず、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。

本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略斜視図である。その側面断面図である。その背面断面図である。主要部を示す一部省略背面断面図である。主要部を示す斜視図である。比較例の降温特性を示すグラフである。一本のノズルを使用した場合の降温特性を示すグラフである。複数本のノズルを使用した場合の降温特性を示すグラフである。窒素ガスの流量を増加した場合の降温特性を示すグラフである。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、２…ポッド、１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…ポッド搬入搬出口、１３…フロントシャッタ、１４…ポッドステージ、１５…回転式ポッド棚、１６…支柱、１７…棚板、１８…ポッド搬送装置、１９…サブ筐体、２０…ウエハ搬入搬出口、２１…ポッドオープナ、２２…載置台、２３…キャップ着脱機構、２４…移載室、２５…ウエハ移載装置、２６…待機室、２７…ボートエレベータ、２８…アーム、２９…シールキャップ、３０…ボート（基板保持体）、３１…プロセスチューブ、３２…アウタチューブ、３３…インナチューブ、３４…処理室、３５…炉口、３６…マニホールド、３７…排気路、３８…排気管、３９…排気装置、４０…圧力センサ、４１…圧力コントローラ、４２…ガス供給管、４３…ガス供給装置、４４…ガス流量コントローラ、４５…回転軸、４６…駆動コントローラ、４７…モータ、４８…断熱キャップ部、５０…ヒータユニット、５１…断熱槽、５２…加熱ランプ（加熱手段）、５３…天井加熱ランプ、５３Ａ…キャップ加熱ランプ、５４…加熱ランプ駆動装置、５５…温度コントローラ、５６…カスケード熱電対、５７…リフレクタ、５８…冷却水配管、５９…天井リフレクタ、６０…冷却水配管、６１…冷却エア通路、６２…給気管、６３…排気口、６４…バッファ部、６５…サブ排気口、６６…長いノズル（冷却ガスノズル）、６６ａ…噴射口、６７…短いノズル（冷却ガスノズル）、６７ａ…噴射口、６８…窒素ガス供給装置、６９…流量調整コントローラ、７０…熱電対（温度測定器）。

Claims

基板を基板保持体に保持して処理する処理室と、この処理室周りに設置され前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給管と、前記処理室を排気する排気管と、前記基板保持体を保持したシールキャップを昇降させるエレベータと、前記シールキャップと共に昇降し前記基板に冷却ガスを噴射する冷却ガスノズルと、この冷却ガスノズルの下降する際の噴射を制御するガス流量制御部と、を備えていることを特徴とする基板処理装置。