JP2008010688A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体ソースを気化してなるガスが残留するのを防止する。
【解決手段】ウエハ１を処理する処理室２５に接続された第一処理ガス供給ライン５１と、第一処理ガス供給ライン５１に接続されて液体ソースを気化したガスを含む第二処理ガスを供給する第二処理ガス供給ライン５３と、第二処理ガス供給ライン５３に接続されたベントライン５５とを有する酸化・拡散装置において、第一処理ガス供給ライン５１と第二処理ガス供給ライン５３との接続部をバイパスするバイパスライン５６を設け、バイパスライン５６と第一処理ガス供給ライン５１との接続部には三方弁６０、７０とを設け、第二処理ガス供給ライン５３のベントライン５５との接続部よりも下流側とベントライン５５とには二方弁８１、８２を設け、三方弁６０、７０および二方弁８１、８２を制御する弁切換制御部４５を設ける。
【選択図】図４

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。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化や拡散等を施すのに利用して有効な技術に関する。

ウエハに酸化膜を形成する従来の酸化膜形成装置として、酸素等の酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給ラインと、酸化性ガス供給ラインに接続され、ジクロロエチレン等の液体ソースを気化してなるソースを添加するソース供給ラインと、ソース供給ラインに接続され、ソース供給ラインに残留したソースを排出するベントラインとを備えており、ソース添加時にはソース供給ラインに介設された供給弁を開いてソースを処理室内に供給し、添加後には残留したソースをベントラインに介設されたベント弁を開いてベントラインから排出するように構成されているものがある。

しかし、前記した従来の酸化膜形成装置においては、ソース供給ラインの供給弁付近、すなわち、ソース供給ラインの酸化性ガス供給ラインとの接続部とベントラインとの接続部との間の部分にソースが残留してしまう場合がある。
残留したソースはソース供給ラインの管壁を腐食させるために、パーティクルの発生源となる。また、酸化膜形成後のステップにおいてパージガスと共に少しずつ処理室に供給され続けることにより、膜厚変化や膜厚均一性の低下を招くことになる。

本発明の目的は、液体ソースを気化してなるガスが残留するの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。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に第一処理ガスを供給する第一処理ガス供給ラインと、
前記第一処理ガス供給ラインに接続されて、液体ソースを気化したガスを含む第二処理ガスを供給する第二処理ガス供給ラインと、
前記第一処理ガス供給ラインに接続されて、前記第二処理ガス供給ラインとの接続部をバイパスするように設けられたバイパスラインと、
前記第二処理ガス供給ラインに接続されて、前記第二処理ガスを排出するベントラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（２）前記（１）において、前記バイパスラインと前記第一処理ガス供給ラインとの接続部には三方弁がそれぞれ設けられ、前記第二処理ガス供給ラインの前記ベントラインとの接続部よりも下流側と前記ベントラインとには、二方弁がそれぞれ設けられていることを特徴とする基板処理装置。
（３）前記（２）において、前記第一処理ガス供給ラインから供給したパージガスが、前記バイパスラインを通り、前記バイパスラインを通ったパージガスの少なくとも一部が前記第一処理ガス供給ラインと前記第二処理ガス供給ラインとを逆流して前記ベントラインに流れるように前記三方弁および前記二方弁を制御する制御手段を備えていることを特徴とする基板処理装置。
（４）前記（２）において、前記第一処理ガス供給ラインから供給したパージガスが、前記バイパスラインを通り、前記バイパスラインを通ったパージガスのうちの一部が前記第一処理ガス供給ラインと前記第二処理ガス供給ラインとを逆流して前記ベントラインに流れるように、また、前記バイパスラインを通ったパージガスのうちの残りが前記処理室に流れるように前記三方弁および前記二方弁を制御する制御手段を備えていることを特徴とする基板処理装置。

前記した（１）によれば、第一処理ガス供給ラインから供給したパージガスをバイパスラインを通し、バイパスラインを通ったパージガスのうちの一部を第一処理ガス供給ラインと第二処理ガス供給ラインとを逆流させてベントラインに流し、また、バイパスラインを通ったパージガスのうちの残りを処理室に流すことができるので、液体ソースを気化してなるソースが第二処理ガス供給ラインに残留するのを防止することができる。

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および図２に示されているように、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法のフロントエンドにおける酸化や拡散工程を実施する酸化・拡散装置（バッチ式ホットウオール形酸化・拡散装置）１０として構成されている。

図１に示された酸化・拡散装置１０は、気密室を形成する箱形状に構築された筐体１１を備えており、筐体１１の気密室はボートが処理室への搬入搬出に対して待機する待機室１２を構成している。
筐体１１の正面壁にはウエハ搬入搬出口１３が開設されており、ウエハ搬入搬出口１３はゲートバルブ１３ａによって開閉されるようになっている。

待機室１２には昇降機構としてのボートエレベータ１４が垂直に設備されている。
ボートエレベータ１４のアーム１４ａの先端部には、炉口蓋体としてのシールキャップ１５と、後記する反応管２４の下端開口を気密に閉塞可能な保持体としてのベース１６とが設けられている。
シールキャップ１５は例えばステンレス等の金属からなり円盤状に形成されている。
ベース１６は例えば石英からなり円盤状に形成され、シールキャップ１５の上に取付けられている。ベース１６の上面には反応管２４の下端と当接するシール部材としてのＯリング１６ａ（図２参照）が設けられている。

シールキャップ１５のベース１６と反対側には、ボートを回転させる回転機構１７が設置されている。回転機構１７の回転軸１７ａはシールキャップ１５とベース１６を貫通して、断熱筒１８とボート１９に接続されており、断熱筒１８およびボート１９を回転させることでウエハ１を回転させるように構成されている。
図１に示されているように、ボートエレベータ１４および回転機構１７には駆動制御部４１が、電気配線Ａによって電気的に接続されており、所望の動作をさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。

基板保持具としてのボート１９は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ１を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するように構成されている。
ボート１９の下方には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円筒形状をした断熱部材としての断熱筒１８がボート１９を支持するように設けられており、後記するヒータ２２からの熱が反応管２４の下端側に伝わりにくくなるように構成されている。

図１および図２に示されているように、筐体１１の上には処理炉２０が設置されている。処理炉２０は加熱機構としてのヒータ２２を有する。ヒータ２２は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２１に支持されることにより垂直に据え付けられている。

ヒータ２２の内側には、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状である均熱管（外管）２３が、ヒータ２２と同心円状に配設されている。
また、均熱管２３の内側には、例えば石英（ＳｉＯ₂ ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状である反応管（内管）２４が、均熱管２３と同心円状に配設されている。
反応管２４の筒中空部には処理室２５が形成されており、基板としてのウエハ１をボート１９によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容することができるように構成されている。

図２に示されているように、反応管２４の天井壁には複数個のガス導入口２６が開設されており、反応管２４の天井壁の上にはガス溜め２７がガス導入口２６を被覆するように設けられている。
反応管２４の下端部にはガス導入部２９が設けられており、ガス導入部２９から反応管２４のガス溜め２７に至るまで反応管２４の外壁に添ってガス導入管としての細管２８が配設されている。
ガス導入部２９から導入されたガスは細管２８内を流通してガス溜め２７に至り、ガス溜め２７に設けられた複数のガス導入口２６から処理室２５内に導入される。

図２に示されているように、反応管２４の下端部のガス導入部２９と異なる位置には、反応管２４内の雰囲気を排気口３０から排気するガス排気部３１が設けられている。ガス排気部３１には排気ライン３２が接続されている。
図１に示されているように、排気ライン３２のガス排気部３１との接続側とは反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ３３および圧力調整装置３４を介して排気装置３５が接続されており、処理室２５内の圧力が所定の圧力となるよう排気し得るように構成されている。
圧力センサ３３および圧力調整装置３４には圧力制御部４３が電気配線Ｃによって電気的に接続されており、圧力制御部４３は圧力センサ３３により検出された圧力に基づいて圧力調整装置３４により処理室２５内の圧力が所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。

反応管２４の下端部には保護管付き熱電対３６が垂直方向に延在するように設置されている。保護管付き熱電対３６は反応管２４内の温度を測定する熱電対（以下、温度計という。）３７と、温度計３７とを被覆する保護管３８を備えている。
図１に示されているように、ヒータ２２と保護管付き熱電対３６の温度計３７とには温度制御部４４が電気配線Ｄによって電気的に接続されており、保護管付き熱電対３６の温度計３７によって検出された温度情報に基づきヒータ２２への通電具合を調整することにより、処理室２５内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。

図１に示されているように、ガス導入部２９には処理室２５内に第一処理ガスを供給する第一処理ガス供給ライン５１の一端が接続されている。第一処理ガス供給ライン５１の他端は酸素（Ｏ₂ ）ガスや酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ）等の酸化性ガスである第一処理ガスやパージガスである窒素（Ｎ₂ ) ガスを供給する第一処理ガス供給装置５２に接続されている。
第一処理ガス供給ライン５１には液体ソースを気化したガスを含む第二処理ガスを供給する第二処理ガス供給ライン５３が接続されている。第二処理ガス供給ライン５３の他端はジクロロエチレン（Ｃ₂ Ｈ₂ Ｃｌ₂ ）等の液体ソースを気化したガスを含む第二処理ガスを供給する第二処理ガス供給装置５４に接続されている。
第二処理ガス供給ライン５３には第二処理ガスを排出するベントライン５５が接続されている。便宜上、接続経路の図示は省略するが、ベントライン５５は排気ライン３２の排気装置３５に接続されている。
図示しないが、第一処理ガス供給装置５２および第二処理ガス供給装置５４はガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）を備えている。
図１で参照されるように、第一処理ガス供給装置５２および第二処理ガス供給装置５４のＭＦＣはガス流量制御部４２に電気配線Ｂによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部４２は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。

図３に示されているように、第一処理ガス供給ライン５１には、第一処理ガス供給ライン５１と第二処理ガス供給ライン５３との接続部をバイパスするバイパスライン５６が接続されている。
第一処理ガス供給ライン５１とバイパスライン５６との上流側の接続部には、上流側三方弁６０が介設されており、第一処理ガス供給ライン５１とバイパスライン５６との下流側の接続部には、下流側三方弁７０が介設されている。
上流側三方弁６０は、第一処理ガス供給ライン５１に介設された止め弁（以下、第一止め弁という。）６１と、バイパスライン５６に介設された止め弁（以下、第二止め弁という。）６２とにより構成されている。
下流側三方弁７０は、第一処理ガス供給ライン５１に介設された止め弁（以下、第三止め弁という。）７１と、バイパスライン５６に介設された止め弁（以下、第四止め弁という。）７２とにより構成されている。
第二処理ガス供給ライン５３のベントライン５５との接続部よりも下流側には、第一の二方弁（以下、供給ライン側二方弁という。）８１が介設されており、ベントライン５５には第二の二方弁（以下、ベントライン側二方弁という。）８２が介設されている。

図３に示されているように、上流側三方弁６０、下流側三方弁７０、供給ライン側二方弁８１およびベントライン側二方弁８２は、弁切換制御部４５に電気配線Ｅによって接続されている。
弁切換制御部４５は上流側三方弁６０、下流側三方弁７０、供給ライン側二方弁８１およびベントライン側二方弁８２を切り換えることにより、第一処理ガス供給ライン５１から供給したパージガスをバイパスライン５６を通し、バイパスライン５６を通ったパージガスの少なくとも一部を第一処理ガス供給ライン５１と第二処理ガス供給ライン５３とを逆流させてベントライン５５に流し、かつ、バイパスライン５６を通ったパージガスのうちの残りを処理室２５に流す。

駆動制御部４１、ガス流量制御部４２、圧力制御部４３、温度制御部４４および弁切換制御部４５は、操作部および入出力部をも構成しており、酸化・拡散装置１０全体を制御する主制御部４６に電気的に接続されている。
これら、駆動制御部４１、ガス流量制御部４２、圧力制御部４３、温度制御部４４、弁切換制御部４５および主制御部４６はコントローラ４７として構成されている。

次に、以上の構成に係る処理炉２０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ１に酸化や拡散等の処理を施す方法について説明する。
以下の説明において、酸化・拡散装置１０を構成する各部の動作はコントローラ４７により制御される。

複数枚のウエハ１がボート１９に装填（ウエハチャージ）されると、図２に示されているように、複数枚のウエハ１を保持したボート１９はボートエレベータ１４によって持ち上げられて処理室２５に搬入（ボートローディング）される。
この状態で、シールキャップ１５はベース１６やＯリング１６ａを介して反応管２４の下端開口をシールした状態となる。

処理室２５内が所望の圧力となるように排気装置３５によって排気される。
この際、処理室２５内の圧力は圧力センサ３３で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置３４がフィードバック制御される。
また、処理室２５内が所望の温度となるようにヒータ２２によって加熱される。
この際、処理室２５内が所望の温度分布となるように保護管付き熱電対３６が検出した温度情報に基づきヒータ２２への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、断熱筒１８およびボート１９が回転機構１７によって回転されることにより、ウエハ１が回転される。

次いで、例えば、酸素とジクロロエチレンとを使用した酸化処理を実施する場合には、第一処理ガス供給ライン５１から酸素ガス等の酸化性ガスがガス流量制御部４２によって所望の流量となるように制御されてガス導入部２９に供給され、第二処理ガス供給ライン５３からジクロロエチレンを気化してなる第二処理ガス９２が、ガス流量制御部４２によって所望の流量となるように制御されてガス導入部２９に供給される。
この際、図３に示されているように、弁切換制御部４５は上流側三方弁６０の第二止め弁６２と下流側三方弁７０の第四止め弁７２とベントライン側二方弁８２とをそれぞれ閉じるとともに、上流側三方弁６０の第一止め弁６１と、下流側三方弁７０の第三止め弁７１と供給ライン側二方弁８１とをそれぞれ開く。
ガス導入部２９に供給された第一処理ガスと第二処理ガス９２との混合ガスは、ガス導入部２９および細管２８を流通してガス溜め２７に至り、複数のガス導入口２６から処理室２５内にシャワー状に導入される。
導入された第一処理ガスと第二処理ガス９２との混合ガスは処理室２５内を流下し、排気口３０を流通してガス排気部３１から排気される。
第一処理ガスと第二処理ガス９２との混合ガスは処理室２５内を通過する際にウエハ１の表面と接触し、ウエハ１に対して所定の化学反応による処理を施す。

予め設定された処理時間が経過すると、第一処理ガス供給装置５２による第一処理ガスと、第二処理ガス供給装置５４による第二処理ガス９２の供給が停止される。
次いで、図４に示されているように、弁切換制御部４５は供給ライン側二方弁８１の開を維持し、上流側三方弁６０の第一止め弁６１を閉じ、上流側三方弁６０の第二止め弁６２と下流側三方弁７０の第四止め弁７２とベントライン側二方弁８２とをそれぞれ開く。
続いて、第一処理ガス供給装置５２が窒素ガスを供給する。
第一止め弁６１が閉じられるとともに、第二止め弁６２および第四止め弁７２が開かれたために、第一処理ガス供給装置５２の窒素ガスはパージガスとしてバイパスライン５６に流れる。
バイパスライン５６を流れるパージガスとしての窒素ガス（以下、パージガスという。）９３は、バイパスライン５６の下流側の接続部から第一処理ガス供給ライン５１の流路に流れ込む。
ここで、第一処理ガス供給ライン５１の流路には排気ライン３２の排気力が、ガス導入部２９側とベントライン５５側との両側からそれぞれ作用するために、パージガス９３はガス導入部２９側とベントライン５５側とに分流することになる。

まず、バイパスライン５６からベントライン５５側へ分流したパージガス９３は、第一処理ガス供給ライン５１→第二処理ガス供給ライン５３→ベントライン５５→排気ライン３２を流通することにより、第一処理ガス供給ライン５１および第二処理ガス供給ライン５３に残留した第一処理ガスや第二処理ガスや反応生成物等の残留物をベントライン５５を通じて排気ライン３２に押し流すことになる。
つまり、第一処理ガス供給ライン５１および第二処理ガス供給ライン５３の残留物は、ベントライン５５によって処理室２５を完全に迂回して排気ライン３２に排出されるために、その残留物が処理室２５へ流れ込むことはない。

他方、バイパスライン５６からガス導入部２９側に分流したパージガス９３は、第一処理ガス供給ライン５１→ガス導入部２９→細管２８を流通することにより、反応管２４のガス溜め２７に供給される。
ガス溜め２７に供給されたパージガス９３は複数個のガス導入口２６によって処理室２５内の全体にわたって均等に分散される。
処理室２５に均一に分散されたパージガス９３は、処理室２５を流下して、ガス排気部３１から排気ライン３２の排気力によって処理室２５の外部に排気される。
処理室２５に残留した第一処理ガスや第二処理ガスや反応生成物等の残留物は、このパージガス９３の流れによって押し流される。
また、パージガス９３には第一処理ガス供給ライン５１および第二処理ガス供給ライン５３の残留物は含まれていないので、前述した処理ステップによってウエハ１に適正に施された処理状況がパージガス９３に含まれた残留物によってウエハ面内の均一性が悪化する現象を防止することができる。

予め設定された処理時間が経過すると、図５に示されているように、弁切換制御部４５は上流側三方弁６０の第一止め弁６１の閉じを維持しつつ、下流側三方弁７０の第三止め弁７１を閉じるとともに、上流側三方弁６０の第二止め弁６２と下流側三方弁７０の第四止め弁７２とベントライン側二方弁８２との開きを維持しつつ、供給ライン側二方弁８１を閉じる。
下流側三方弁７０の第四止め弁７２が開かれたまま下流側三方弁７０の第三止め弁７１が閉じられたために、第一処理ガス供給装置５２から供給されたパージガス９３は、バイパスライン５６→第一処理ガス供給ライン５１→ガス導入部２９→細管２８を流通することにより、反応管２４のガス溜め２７に供給される。
ガス溜め２７に供給されたパージガス９３は複数個のガス導入口２６によって処理室２５内の全体にわたって均等に分散され、処理室２５を流下して、ガス排気部３１から排気ライン３２の排気力によって処理室２５の外部に排気される。
これにより、処理室２５は窒素ガスによって完全にパージされる。
他方、第二処理ガス供給ライン５３の供給ライン側二方弁８１が閉じられ、ベントライン側二方弁８２が開かれているので、第二処理ガスは処理室２５から完全に遮断されている。

以上のパージステップが終了すると、ボートアンローディング（ボート搬出）ステップが実施される。すなわち、シールキャップ１５がボートエレベータ１４によって下降され、ボート１９が処理室２５から搬出される。
ボートアンローディングステップが終了すると、ボート１９から処理済みのウエハ１を取り出すためのウエハディスチャージステップが実行される。

以降、前述した作用が繰り返されることにより、酸化・拡散装置１０によってウエハがバッチ処理されて行く。

以上説明したように、本実施の形態によれば、パージステップにおいて第一処理ガス供給ライン５１および第二処理ガス供給ライン５３の残留物が処理室２５に流れ込むのを防止することができるので、ウエハに適正に形成された処理状況が残留物によって悪化される現象を未然に防止することができる。

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、上流側三方弁および下流側三方弁は、一対の止め弁によって構成するに限らない。

バッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置に限らず、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ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。

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、ＳＯＧ（システム・オン・ガラス）、光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酸化・拡散装置を示す一部省略一部切断側面図である。 ボートローディング後を示す主要部の側面断面図である。 第一処理ガスと第二処理ガスを供給するステップを示す回路図である。 残留物を排除するステップを示す回路図である。 第二処理ガス供給ラインを遮断するステップを示す回路図である。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、１０…ホットウオール形酸化・拡散装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…待機室、１３…ウエハ搬入搬出口、１４…ボートエレベータ、１５…シールキャップ、１６…ベース、１７…回転機構、１８…断熱筒、１９…ボート、２０…処理炉、２１…ヒータベース、２２…ヒータ、２３…均熱管（外管）、２４…反応管（内管）、２５…処理室、２６…ガス導入口、２７…ガス溜め、２８…細管、２９…ガス導入部、３０…排気口、３１…ガス排気部、３２…排気ライン、３３…圧力センサ（圧力検出器）、３４…圧力調整装置、３５…排気装置、３６…保護管付き熱電対、３７…温度計（熱電対）、３８…保護管、４１…駆動制御部、４２…ガス流量制御部、４３…圧力制御部、４４…温度制御部、４５…弁切換制御部、４６…主制御部、４７…コントローラ、５１…第一処理ガス供給ライン、５２…第一処理ガス供給装置、５３…第二処理ガス供給ライン、５４…第二処理ガス供給装置、５５…ベントライン、５６…バイパスライン、６０…上流側三方弁、６１…第一止め弁、６２…第二止め弁、７０…下流側三方弁、７１…第三止め弁、７２…第四止め弁、８１…供給ライン側二方弁、８２…ベントライン側二方弁、９２…第二処理ガス、９３…パージガス（窒素ガス）。

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内に第一処理ガスを供給する第一処理ガス供給ラインと、
   前記第一処理ガス供給ラインに接続されて、液体ソースを気化したガスを含む第二処理ガスを供給する第二処理ガス供給ラインと、
   前記第一処理ガス供給ラインに接続されて、前記第二処理ガス供給ラインとの接続部をバイパスするように設けられたバイパスラインと、
   前記第二処理ガス供給ラインに接続されて、前記第二処理ガスを排出するベントラインと、
   前記処理室内を排気する排気ラインと、
   を有することを特徴とする基板処理装置。

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