JP2005340283A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃｌ原子を有する化合物を含む原料ガスを使用して基板を処理する基板処理装置のメンテナンス時の安全性、作業性を向上させる。
【解決手段】基板処理する空間を提供する処理室２０１と、処理室２０１に連通され、Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物を含む原料ガスを供給する供給管２３２と、処理室２０１に連通され、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１とを有し、排気管２３１に、Ｈ_２Ｏ含有雰囲気またはＮＨ_３ガスを導入する導入ポート２６１を設ける。Ｈ_２Ｏ含有雰囲気を導入して排気管２３１に付着している副生成物である塩化シランポリマーをＨ_２Ｏと反応させてＨＣｌを発生させ、ポンプで排気することにより、配管解体時に大気中にＨＣｌが流出するのを防止する。また、ＮＨ_３を導入してＣｌ原子をその化学式中に有する化合物とＮＨ_３とを反応させて安定なＮＨ_４Ｃｌを生成させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物を含む原料ガスを使用して半導体基板上に成膜を行うＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に関する。

Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物であるＳｉＨ_２Ｃ１_２、ＳｉＨＣ１_３，ＳｉＣ１_４等のＳｉ系原料ガスを用いてＳｉ基板に成膜を行うことが行われている。

このような成膜を行う半導体ＣＶＤ装置においては、原料ガスが熱分解されると同時に高分子化（重合）が起こり、塩化シランポリマー（ＳｉｘＣｌｙ，ＳｉｘＨｙＣｌｚ）等の副生成物が低温の排気配管に堆積する。また、副生成物の種類によっては、メンテナンスの際に侵入した大気中の水分と反応して加水分解を起こし、加水分解の際にＨＣ１等の有害ガスが発生する。

ＳｉＨ_２Ｃ１_２を使用する場合を例にとってさらに説明する。ＳｉＨ_２Ｃ１_２を使用するＣＶＤ装置では、処理室内で半導体ウエハへの堆積に使用されなかったプロセスガスのＳｉＨ_２Ｃ１_２が、低温の排気配管に塩化シランポリマーとして堆積する。

この反応性副生成物は、ＣｌＦ_３によるクリーニングを行っても、すべては取れきれずに、排気配管内に徐々に堆積する。

そして、排気配管をメンテナンスするときに配管を解体すると、配管内に付着した副生成物が大気中の水分と化学反応を起こしてＨＣｌが発生する危険性があり作業が安易でなかった。

塩化シランポリマーの生成反応と、塩化シランポリマーのＨ_２Ｏとの反応とについて、次に示す。
すなわち、ＳｉＨ_２Ｃ１_２は重合で、塩化シランポリマーに変化し（式（１）参照）、

そして塩化シランポリマーがＨ_２Ｏと反応すると、塩化シランポリマー部分加水分解物が生成され、ＨＣｌが発生する（式（２）参照）。

本発明の主な目的は、Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物を含む原料ガスを使用して基板を処理する基板処理装置であって、メンテナンス時の安全性、作業性を向上させることのできる基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
基板処理する空間を提供する処理室と、
前記処理室に連通され、Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物を含む原料ガスを供給する供給管と、
前記処理室に連通され、処理室内の雰囲気を排気する排気管とを有し、
前記排気管に、Ｈ_２Ｏ含有雰囲気またはＮＨ_３ガスを導入する導入ポートを設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。

排気管に、Ｈ_２Ｏ含有雰囲気を導入する導入ポートを設けることにより、排気配管をメンテナンスする前に導入ポートから排気管内に大気を供給し、付着している副生成物塩化シランポリマーをＨ_２Ｏと反応させ、ＨＣｌを発生させることができる。発生したＨＣｌは排気管に接続したポンプ等排気手段で排気されるので、配管解体時に大気中にＨＣｌが流出するのを防止できる。また、塩化シランポリマーは塩化シランポリマー部分加水分解物となってＨＣlを発生した後は、再配列して、安定なポリシロキサンに変化する。大気を供給して十分に時間が経過した後で排気配管を解体すると、この時点では塩化シランポリマーは、安定なポリシロキサンに変化しているので、ＨＣｌが発生する危険はなくメンテナンスが行える。

なお、Ｈ_２Ｏ含有雰囲気は、排気管をメンテナンスする前またはプロセスレシピ毎に導入することが好ましい。

また、排気管に、ＮＨ_３ガスを導入する導入レポートを設けることにより、排気管にＮＨ_３ガスを供給して、ＳｉＨ_２Ｃ１_２等のＣｌ原子をその化学式中に有する化合物とＮＨ_３とを反応させて安定なＮＨ_４Ｃｌ（塩化アンモニア）を生成させることができる。それにより、排気管内に塩化シランポリマー等の不安定な副生成物は存在しなくなるので、メンテナンス時に排気管を大気に開放してもＨＣｌが生成・流出することはない。

なお、ＮＨ_３は、ＳｉＨ_２Ｃ１_２等のＳｉＨ_２Ｃ１_２等のＣｌ原子をその化学式中に有する化合物と同時に供給しても良く、あるいは常時供給することも可能である。また、成膜プロセスに影響を与えないように成膜後毎回供給する、あるいはメンテナンス直前に供給することも有効である。

本発明によれば、Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物を含む原料ガスを使用して基板を処理する基板処理装置であって、メンテナンス時の安全性、作業性を向上させることのできる基板処理装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略斜視図であり、図２は、本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略構造縦断面図であり、図３は、本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。

図１に示すように、筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられ、カセット棚１０９はスライドステージ１２２上に横行可能に設けられている。又、カセット棚の上方にはカセット１００の載置手段としてのバッファカセット棚１１０が設けられている。更に、バッファカセット棚１１０の後側にはクリーンユニット１１８が設けられ、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。

筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。この処理炉２０２内には、ウエハ２００に所定の処理を行う処理室２０１が形成されている。処理炉２０２の下側には、気密室としてのロードロック室１０２が仕切弁としてのゲートバルブ２４４により連接され、ロードロック室１０２の前面にはカセット棚１０９と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア１２３が設けられている。ロードロック室１０２内には、基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を、処理室２０１とロードロック室１０２との間で昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が内設され、ボートエレベータ１２１には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ロードロック室１０２とカセット棚１０９との間には図示しない昇降手段としての移載エレベータが設けられ、移載エレベータには搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。

カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。

次に、本実施例の基板処理装置である減圧ＣＶＤ装置の処理炉周辺の構成を図２を参照して説明する。

気密室としてのロードロック室１０２の外面に下基板１４５が設けられ、下基板１４５に立設したガイドシャフト１４６の上端に上基板１４７が設けられ、下基板１４５と上基板１４７間に掛渡してボール螺子１４４が回転自在に設けられる。ボール螺子１４４は上基板１４７に設けられた昇降モータ１４８により回転される。ガイドシャフト１４６には昇降台１４９が昇降自在に嵌合し、昇降台１４９はボール螺子１４４に螺合している。

昇降台１４９には中空の昇降シャフト１５０が垂設され、昇降台１４９と昇降シャフト１５０の支持部は気密となっている。昇降シャフト１５０はロードロック室１０２の天板１５１を遊貫し、ロードロック室１０２の底面近くに到達する。天板１５１の貫通部は昇降シャフト１５０の昇降動に対して接触することがない様充分な余裕があり、又ロードロック室１０２と昇降台１４９間には昇降シャフト１５０の突出部を覆う伸縮性を有する壁（例えばベローズ１１９）が気密に設けられ、ベローズ１１９は昇降台１４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１１９の内径は昇降シャフト１５０の外形に比べ充分に大きくベローズ１１９の伸縮で接触することがない様になっている。

昇降シャフト１５０の下端には昇降基板１５２が水平に固着される。昇降基板１５２の下面には駆動部カバー１５３が取付けられ、駆動部収納ケース１５４が構成されている。昇降基板１５２と駆動部カバー１５３との接合部にはＯリング等のシール部材により密閉される。従って、駆動部収納ケース１５４内部はロードロック室１０２内の雰囲気と隔離される。

また、昇降基板１５２の下面にはボート２１７の回転機構１５６が設けられ、回転機構１５２の周辺は、冷却手段１５７により、冷却される。

電力供給ケーブル１５８が昇降シャフト１５０の上端から昇降シャフト１５０の中空部を通って回転機構１５６に導かれて接続されている。また、冷却手段１５７およびシールキャップ２１９には冷却水経路１５９が形成されており、冷却水経路１５９には冷却水を供給する冷却水配管１６０が接続され、冷却水配管１６０は昇降シャフト１５０の上端から昇降シャフト１５０の中空部を通っている。

昇降基板１５２の上面には、シールキャップ２１９が気密に設けられる。昇降モータ１４８を駆動し、ボール螺子１４４を回転することで昇降台１４９、昇降シャフト１５０を介して駆動部収納ケース１５４を上昇させる。

昇降台１４９の上死点近傍でシールキャップ２１９が処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態とする。ウエハ処理が完了すると、昇降モータ１４８が駆動されて、ボート２１７が降下され、ウエハを外部に搬出できる状態となる。

次に、本実施例の基板処理装置である減圧ＣＶＤ装置の処理炉の詳細を図３を参照して説明する。

図３に示すように、処理炉２０２は、アウタチューブ２０５よりなる反応管と、ガス排気管２３１と、ガス供給管２３２と、ガス供給管２３４と、マニホールド２０９と、マニホールド２０９の下端部（炉口１６１）を蓋し処理室２０１を密閉するシールキャップ２１９と、シールキャップ２１９上に設けられウエハ２００を垂直方向に多段に搭載するウエハ搭載体としてのボート２１７と、ボート２１７を回転する回転機構１５６と、図示しないヒータ素線と断熱部材を有しウエハ２００を加熱するヒータ２０７等を備えている。
アウタチューブ２０５、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９等により処理室２０１を構成している。

この処理炉２０２の構成において、処理ガスは、第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１および第３のガス供給源１８２から供給され、ガス流量制御手段としてのＭＦＣ（マスフローコントローラー）１８３、ＭＦＣ１８４およびＭＦＣ１８５でその流量がそれぞれ制御された後、バルブ１７７、１７８、１７９をそれぞれ介して一本のガス供給管２３２より処理室２０１の上部から導入される。なお、ガス供給管２３２は、マニホールド２０９を貫通し、アウタチューブ２０５内を処理室２０１の上部まで延在して設けられている。ガス供給管２３２にはバルブ１７６が設けられている。

クリーニングガス供給管２３４もマニホールド２０９を貫通して設けられている。クリーニングガスは、第４のガス供給源１８０から供給され、ガス流量制御手段としてのＭＦＣ１８８でその流量が制御された後、バルブ１８６、２３５を介してクリーニングガス供給管２３４処理室２０１内に導入される。

マニホールド２０９には、ガス排気管２３１が連通して設けられている。ガス排気管２３１にはバルブ１７５、真空ポンプ２４６および除害装置２４８が設けられている。バルブ１７５とマニホールド２０９とのガス排気管２３１には、メンテナンスポート２６１が連通して設けられている。メンテナンスポート２６１にはバルブ２６３が設けられている。処理室２０１内の雰囲気はガス排気管２３１に接続された排気手段（例えば真空ポンプ２４６）により、処理室２０１から排気される。

なお、ヒータ２０７、回転機構１５６、ＭＦＣ１８３、１８４、１８５、１８７、バルブ１７５、１７６、１７７、１７８、１７９、２３５、２６３、昇降モータ１４８、ロードロックドア１２３、ゲートバルブ２４４、真空ポンプ２４６、除害装置２４８等は制御装置１６２によって制御され、ウエハ２００を搭載したボート２１７の処理室２０１とローロック室１０２との間の昇降、ゲートバルブ２４４やロードロックドア１２３の開閉、処理炉２０２内の温度制御、処理室２０１内への処理ガスやクリーニングガスの供給、メンテナンスポート２６１からの大気またはＮＨ_３の供給および処理室２０１の排気、ロードロック室１０２への不活性ガスとしての窒素ガスの供給、ロードロック室１０２の排気、冷却水経路１５９への冷却水の供給および停止等が制御装置１６２によって制御される。

次に、本実施例の基板処理装置である減圧ＣＶＤ装置における半導体ウエハ２００の処理の一例として、半導体シリコンウエハにＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌおよびＨ_２を用いてエピタキシャルＳｉ膜を成膜する場合を説明する。

図示しない外部搬送装置から搬送されたカセット１００は、カセットステージ１０５に載置され、カセットステージ１０５でカセット１００の姿勢を９０°変換され、更に、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び、カセット移載機１１４の進退動作の協働によりカセット棚１０９又は、バッファカセット棚１１０に搬送される。

ウエハ移載機１１２によりカセット棚１０９からボート２１７へウエハ２００が移載される。ボート２１７へウエハ２００を移載する準備として、ボート２１７がボートエレベータ１２１により降下され、ゲートバルブ２４４により処理室２０１が閉塞され、更にロードロック室１０２の内部にパージノズル２３４から窒素ガスのパージガスが導入される。ロードロック室１０２が大気圧に復圧された後、ロードロックドア１２３が開かれる。

水平スライド機構１２２はカセット棚１０９を水平移動させ、移載の対象となるカセット１００をウエハ移載機１１２に対峙する様に位置決めする。ウエハ移載機１１２は昇降動作、回転動作の協働によりウエハ２００をカセット１００よりボート２１７へと移載する。ウエハ２００の移載はいくつかのカセット１００に対して行われ、ボート２１７へ所定枚数ウエハの移載が完了した後、ロードロックドア１２３が閉じられ、ロードロック室１０２が排気管２３６を介して真空引きされる。

真空引き完了後にガスパージノズル２３４より窒素ガスが導入され、ロードロック室１０２内部が窒素ガスにより大気圧に復圧されるとゲートバルブ２４４が開かれ、昇降モータ１４８を駆動することによりボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理室２０１内に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞することによって処理室２０１を閉塞する。ボート２１７を処理室２０１内に挿入する際には、処理室２０１内の温度は２００℃に保たれている。ロードロック室１０２は、ウエハ２００の処理が終了して再びボート２１７がロードロック室１０２に下降してくるまでは窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。

次に、排気バルブ１７５を開けて、処理室２０１内の雰囲気を排気し、処理室２０１の圧力を０．１Ｐａ程度に減圧する。そして、制御装置１６２によりヒータ２０７を制御し、処理室２０１内の温度、ひいてはウエハ２００の温度を７５０℃に維持する。その後、回転機構１５６が駆動してボート２１７を所定の回転数で回転する。

第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１、第３のガス供給源１８２には、処理ガスとして、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣｌおよびＨ_２がそれぞれ封入されており、それぞれの流量はＭＦＣ１８３、ＭＦＣ１８４、ＭＦＣ１８５によってそれぞれ制御される。ガス供給管を開閉するバルブ１７７，１７８，１７８を開き、バルブ１７６を開いて、処理ガスをガス供給管２３２を通じて、処理室２０１に供給し、一方では、ガス排気管２３６によって排気することによって処理室２０１内の圧力を１００Ｐａに保って、減圧ＣＶＤ法により、ウエハ２００にエピタキシャルＳｉ膜を成膜する。

処理室２０１内でウエハ２００に所定の成膜処理がなされた後、処理室２０１内をパージガスとしての窒素ガスで置換する。すなわち、成膜後、（１）処理室２０１内を０．１Ｐａ程度までガス排気管２３１を介して減圧し、その後窒素ガス（Ｎ_２）をガス供給管２３２より処理室２０１内が３０Ｐａ程度になるまで流して処理室２０１内をパージし、その後、（２）窒素ガスを止めて、再度処理室２０１内を０．１Ｐａ程度までガス排気管２３１を介して減圧し、その後窒素ガスをガス供給管２３２より処理室２０１内が３０Ｐａ程度になるまで流して処理室２０１内をパージする。この（１）、（２）の操作をパージ３ｍｉｎ、減圧３ｍｉｎで４回繰り返す。その後ガス供給管２３２より窒素ガスを処理室２０１内に導入し、窒素ガスで処理室２０１内をほぼ大気圧まで戻す。なお、ロードロック室１０２は、上述のとおり、窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。

この状態で、昇降モータ１４８を駆動することによりボートエレベータ１２１によりウウエハ２００を搭載したボート２１７が処理室２０１からロードロック室１０２内に下降し、ゲートバルブ２４４が閉じられる。

その後、排気管２３６を介してロードロック室１０２内を１０Ｔｏｒｒ以下まで真空引きし、その後、窒素ガスをパージノズル２３４より処理室２０１内に導入してロードロック室１０２内を大気圧まで窒素ガスで戻す。

その後、ロードロックドア１２３を開き、処理後のウエハ２００は上記した操作の逆の手順によりボート２１７からカセット棚１０９を経てカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。

以上のようにして、エピタキシャルＳｉ膜の成膜を所定回数行う毎に、クリーニングガスとしてのＣｌＦ_３をクリーニングガス供給管２３４より供給してクリーニングを行う。

そして、排気管２３１をメンテナンスする際には、排気管２３１を取り外す前に、メンテナンスポート２６１のバルブ２６３を開にして排気管２３１内に大気を供給し、付着している副生成物塩化シポリマーをＨ_２Ｏと反応させ、ＨＣｌを発生させる。発生したＨＣｌは真空ポンプ２４６で排気されるので、大気中にＨＣｌが流出することはない。また、塩化シランポリマーは塩化シランポリマー部分加水分解物となってＨＣｌを発生した後は、再配列して、安定なポリシロキサンに変化する。大気を供給して十分に時間が経過した後で排気管２３１を解体すると、この時点では塩化シランポリマーは、安定なポリシロキサンに変化しているので、ＨＣｌが発生する危険はなくメンテナンスが行え、安全性が向上し、メンテナンス性も向上する。

また、プロセスレシピ毎のエピタキシャル成長完了後に、排気管２３１内へメンテナンスポート２６１より大気を導入することで副生成物を加水分解させ、ＨＣＬガスを発生させるようにしてもよい。プロセスレシピ毎に上記処理を行うため、排気管のメンテナンス時はＨＣｌガスの発生は無く、容易に作業をを行う事ができ、安全性が向上し、メンテナンス性も向上する。

なお、上記では、メンテナンスポート２６１より大気を導入したが、メンテナンスポート２６１よりＮＨ_３を導入してもよい。排気管２３１にＮＨ_３を供給する事でＳｉＨ_２Ｃｌ_２とＮＨ_３とを反応させて安定なＮＨ_４Ｃｌ（塩化アンモニア）を生成する。それにより、排気管２３１内に塩化シランポリマー等の不安定な副生成物は存在しなくなるので、メンテナンス時に排気管２３１を大気に開放してもＨＣｌが生成・流出することはない。

ＮＨ_３は、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２と同時に供給しても良く、あるいは常時供給することも可能である。また、成膜プロセスに影響を与えないように成膜後毎回供給する、あるいはメンテナンス直前に供給することも有効である。

本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略斜視図である。 本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略構造縦断面図である。 本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。

符号の説明

１００…カセット
１０１…筐体
１０２…ロードロック室
１０９…カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１８…クリーンユニット
１１９…ベローズ
１２１…ボートエレベータ
１２３…ロードロックドア
１２４…搬送制御手段
１４８…昇降モータ
１４９…昇降台
１５６…回転機構
１６１…炉口
１６２…制御装置
１７５…排気バルブ
１７６、１７７、１７８、１７９、１８６、２３５、２６３…バルブ
１８３、１８４、１８５、１８８…ＭＦＣ
１８０…第１のガス供給源
１８１…第２のガス供給源
１８２…第３のガス供給源
１８７…第４のガス供給源
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０５…アウターチューブ
２０７…ヒータ
２０９…マニホールド
２１７…ボート
２１９…シールキャップ
２３１…ガス排気管
２３２…ガス供給管
２３４…クリーニングガス供給管
２４４…ゲートバルブ
２４６…真空ポンプ
２４８…除害装置
２６１…メンテナンスポート

Claims (1)

1. 基板処理する空間を提供する処理室と、
   前記処理室に連通され、Ｃｌ原子をその化学式中に有する化合物を含む原料ガスを供給する供給管と、
   前記処理室に連通され、処理室内の雰囲気を排気する排気管とを有し、
   前記排気管に、Ｈ_２Ｏ含有雰囲気またはＮＨ_３ガスを導入する導入ポートを設けたことを特徴とする基板処理装置。

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