JP2009044191A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】基板装入工程または／および基板引出工程時に、反応室内からパーティクルを有効に排除する。
【解決手段】少なくとも一枚の基板を反応室に装入する工程と、前記反応室内に反応ガスを導入し、前記反応室内を排気して、前記基板を処理する工程と、処理後の基板を前記反応室より引き出す工程とを有し、前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法及び基板処理装置に係り、特に反応室内のパーティクルを排除するための装置に関する。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程を実施するための基板処理装置として、反応室内（以下、炉内ともいう）において多数枚のウェハに成膜等の処理を施す縦型ＣＶＤ装置がある。従来の縦型ＣＶＤ装置では、半導体製造プロセスにおいて、特に、反応室開放時、炉内のパーティクル発生源からパーティクルが飛散して、パーティクルがウェハ表面に付着しやすい。パーティクル発生源は、反応室壁や配管壁等に吸着した反応生成物である。炉内で成膜を繰り返すことにより、反応室壁や配管等に反応生成物の膜が吸着して、この膜が剥離して、図８に示すように、パーティクル９２となる。例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の成膜を繰り返すと、高温域５００℃以上では、Ｓｉ３Ｎ４膜９０が壁面に堆積し、低温域１５０℃以下では塩化アンモニウム膜（ＮＨ４Ｃｌ膜）９１が堆積し、これが剥離してパーティクル９２となる。
成膜工程時、図８において、まずＳｉ３Ｎ４膜９０が吸着しやすい場所を挙げると、ヒータ１０２を外周に設けた２重管構造の石英製反応管（以下、炉体ともいう）１０３を構成する内部反応管１０４内壁と、石英製ボート１１７表面である。次にＮＨ４Ｃｌ膜９１が付着しやすい場所を挙げると、排気口１１１の近傍の内部反応管１０４下部外壁、供給管１３２、排気管１１２が接続される金属製例えばステンレス製のマニホールド１０６内壁、反応ガスを導入する供給管１３２の内壁、マニホールド１０６の排気口１１１に接続される排気管１１２の内壁、及び炉口部開口１１６をシールするシールキャップ１１９内壁などである。
炉内で成膜が繰り返されることにより、これら部材の高温域にはＳｉ３Ｎ４膜９０が堆積し、低温域にはＮＨ４Ｃｌ膜９１が堆積していく。反応室１０１内に堆積したＳｉ３Ｎ４膜９０や反応室低温域、マニホールド、ならびに配管に堆積したＮＨ４Ｃｌ膜９１が剥離するとパーティクル９２となる。尚、図面では、ＳｉＮ（Ｓｉ３Ｎ４膜）９０やＮＨ４Ｃｌ膜９１、パーティクル９２は、便宜上、強調して描いてある。
何らかの原因で、壁面に吸着、堆積した膜が壁面から剥離するとパーティクル９２となるが、そのパーティクル発生のメカニズムを図９を用いて説明する。
図９は、ウェハ１００を装填したボート１１７を白抜き矢印の方向に上昇させて（ボートアップして）反応室１０１内にウェハ１００を装入する工程（ウェハロード工程）を示している。ボートアップするために、炉口部開口１１６を開くと、炉口部開口１１６から外部に向かう放熱が起こり、炉体が降温する。
また、室温のウェハ１００及びボート１１７が反応室１０１内に装入されるため、加熱されている反応管１０３の壁面温度の低下が起こる。このため、反応管壁面等に付着したＳｉＮ膜９０が、反応管１０３との熱膨張の違いによるストレスを受けて壁面から剥離し、パーティクル９２が発生する。
また、処理後のウェハ１００を保持するボート１１７を下降させて（ボートダウンして）反応室１０１内からウェハ１００を引き出す（ウェハアンロード）工程でも、同様のメカニズムによりパーティクルが発生する。これは、ウェハ１００及びボート１１７が反応室１０１内から引き出されるときに、ボートの高温部によって、反応管壁面、マニホールドが管軸方向にさらされていくため、特に低温域となる反応管下部壁面やマニホールド内壁面に吸着しているＮＨ４Ｃｌ膜９１がストレスを受けて壁面から剥離し、パーティクル９２が発生すると考えられる。
そこで、上述したパーティクルによるウェハ汚染を防止するために、従来、ウェハロード／ウェハアンロード時に、反応室内をバックパージすると共にスロー排気する方法（例えば、特許文献１参照）や、反応室が開放されている状態で反応室内に不活性ガスを導入すると共にスロー排気する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特開平１０−３２６７５２号公報 特開平８−３１７４３号公報
しかしながら、特許文献１、２に記載のように、ウェハロード／ウェハアンロード時、または反応室開放時に、スロー排気により反応室内を排気するやり方だと、パーティクル除去のための有効な気流を形成できないため、改善の余地がある。
本発明の課題は、反応室内からパーティクルを有効に排除することが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
第１の発明は、少なくとも一枚の基板を反応室に装入する工程と、前記反応室内に反応ガスを導入し、前記反応室内を排気して、前記基板を処理する工程と、処理後の基板を前記反応室より引き出す工程とを有し、前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、反応室壁の温度変化が起き、反応室壁に付着した堆積膜と、反応室壁との熱膨張の違いによるストレスで堆積膜が反応室壁から剥離してパーティクルとなる。基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気すると、パーティクル除去のための有効な気流が形成できるため、パーティクルは反応室外へ有効に排出される。したがって、パーティクルの基板への付着を低減することができる。
第２の発明は、第１の発明において、前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
反応室内に不活性ガスを導入しつつ基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気すると、パーティクル除去のための有効な気流が形成できるため、パーティクルは反応室外へ有効に排出される。したがって、パーティクルの基板への付着を低減することができる。
この場合において、使用する不活性ガスは、パーティクルのサイズが０．５μｍ以上と大きい場合には、Ｎ２よりも分子の大きなＡｒなど他のガスでもよいが、パーティクルサイズが０．１μｍ〜０．５μｍのオーダである場合には、最も普通に用いられているＮ２を使用するのが好ましい。
第３の発明は、少なくとも一枚の基板を反応室内に装入する工程と、前記反応室内に反応ガスを導入し、真空ポンプに連通した第一の排気ラインより前記反応室内を排気して、前記基板を処理する工程と、処理後の基板を前記反応室より引き出す工程とを有し、前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインにて前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインにて反応室内を排気すると、パーティクル除去のための有効な気流が形成できるため、パーティクルは反応室外へ有効に排出される。したがって、パーティクルの基板への付着を低減することができる。
第二の排気ラインは、真空排気ではなく、大気圧排気となるようにするとよい。大気圧排気であると、真空排気に比べて、パーティクルをより有効に排出できるからである。
第４の発明は、第３の発明において、前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインより前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
反応室内に不活性ガスを導入しつつ第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインより反応室内を排気すると、パーティクル除去のための有効な気流が形成できるため、パーティクルは反応室外へ有効に排出される。したがって、パーティクルの基板への付着を低減することができる。
第５の発明は、第３の発明において、更に基板引き出し後の反応室内を不活性ガスでパージする工程を有し、前記基板を引き出す工程から前記反応室内をパージする工程が終了するまでの間、連続的に前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインより前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
基板を引き出す工程から前記反応室内をパージする工程が終了するまでの間、連続的に前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインより前記反応室内を排気すると、パーティクルを反応室外へより有効に排出できる。
第６の発明は、第３の発明において、前記第二の排気ラインは、建屋付帯設備の排気設備に連通していることを特徴とする半導体装置の製造方法である。第二の排気ラインとして、建屋付帯設備に組み込まれている排気流量の大きな排気設備を使って排出することができるので、第一の排気ラインよりも排気流量の大きな排気を、確実かつ容易に得られる。
第７の発明は、第３の発明において、前記基板を処理する工程では、基板上にシリコン窒化膜を堆積させることを特徴とする半導体装置の製造方法である。基板を処理する工程が、基板上にシリコン窒化膜を堆積させるものであるとき、処理室内に堆積して剥離したシリコン窒化膜や塩化アンモニウム膜から成るパーティクルを反応室外へ有効に排出できる。
第８の発明は、第４の発明において、前記不活性ガスの流量は、反応ガス流量の１００倍以上とすることを特徴とする半導体装置の製造方法である。不活性ガスの流量は、経験値から反応ガスの流量の１００倍以上とすることが好ましい。
第９の発明は、第４の発明において、前記不活性ガスの流量は１００Ｌ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。不活性ガスの流量は、パーティクルの重力に逆らってパーティクルを反応室外へスムーズに運び出すために、１００Ｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。
第１０の発明は、第４の発明において、前記不活性ガスの流量は１００Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする半導体装置の製造方法である。不活性ガスの流量は、パーティクルを反応室外へスムーズに運びだすとともに、反応室内の熱を奪いすぎないようにするという理由から、１００Ｌ／ｍｉｎに〜２００Ｌ／ｍｉｎであることがより好ましい。特に、不活性ガスの流量の上限を１５０Ｌ／ｍｉｎにすると、設備費が高価になることを抑えることができる上、反応室内の熱を奪いすぎないようにすることができる。
第１１の発明は、第４の発明において、前記第二の排気ラインの排気流量は、前記不活性ガスの供給流量より大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。なお、第二の排気ラインの排気流量が不活性ガスの流量を上回ると大気が反応室内に吸込まれるため、基板に酸化膜が形成されてほしくない場合には、第二の排気ラインの排気流量は、不活性ガスの流量とほぼ同等の排気流量とするのがよい。しかし、基板に酸化膜が形成されてもよい場合には、パーティクルを反応室外へより有効に排出することができるから、第二の排気ラインの排気流量は不活性ガスの流量より大きい方が好ましい。
第１２の発明は、第４の発明において、前記不活性ガスが加熱されて前記反応室内に導入されることを特徴とする半導体装置の製造方法である。不活性ガスが加熱されて反応室内に導入されると、基板装入工程または／および基板引出工程にあっても、反応室内温度の変化を抑えることができるので、反応室温度低下による堆積膜クラックの発生を抑制して、パーティクルの発生を一層抑えることができる。
特に、前記不活性ガスの加熱温度が反応室内温度程度であると、基板装入工程または／および基板引出工程にあっても、反応室内温度の変化をより抑えることができるので、パーティクルの発生を一層抑えることができる。
第１３の発明は、少なくとも一枚の基板の処理を行う反応室と、前記反応室内にガスを導入する少なくとも一つのガス供給ラインと、前記反応室内の排気を真空ポンプにより行う第一の排気ラインと、前記反応室内の排気を行う前記第一の排気ラインより排気流量が大きい第二の排気ラインと、前記反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、前記第二の排気ラインより前記反応室内を排気するよう制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置である。
反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、反応室内の排気を行う前記第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインにより排気を行うコントローラを備えれば、反応室内で発生するパーティクルの排出を容易に実施できる。
第１４の発明は、第１３の発明において、前記コントローラは、前記反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、前記ガス供給ラインより前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第二の排気ラインより前記反応室内を排気するよう制御することを特徴とする基板処理装置である。
反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、ガス供給ラインから反応室内に不活性ガスを導入しつつ第二の排気ラインにより排気を行うコントローラを備えれば、反応室内で発生するパーティクルの排出を容易に実施できる。
基板処理装置が、例えば、基板を反応室に装入するために保持治具（ボートなどの基板保持具）を用いる場合には、反応室開放時は、主に、保持具により保持した基板を反応室に装入する基板装入（基板ロード）工程、保持具により保持した処理済み基板を反応室から引き出す基板引出し（基板アンロード）工程から構成される。本発明のように、ガス供給ラインから反応室内に不活性ガスを導入しつつ第二の排気ラインにより排気を行う期間を、基板装入時または／および基板引き出し時に限定すると、反応室開放時の全期間継続してガス供給ラインから反応室内に不活性ガスを導入しつつ第二の排気ラインにより排気を行う場合に比して、第二の排気ラインが排熱にさらされる期間が短くなるので、排気ラインを構成する部材の保護をはかることができる。また、ガス供給ラインから反応室内に不活性ガスを導入しつつ第二の排気ラインにより排気を行う期間を、基板装入工程時または／および基板引き出し工程時に限定すると、不活性ガスの消費量を少なくすることができる。
第１５の発明は、第１３の発明において、前記コントローラは、更に前記基板引き出し
時から、基板引き出し後に行う反応室パージが終了するまでの間、連続的に前記ガス供給ラインより前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第二の排気ラインより前記反応室内を排気するよう制御することを特徴とする基板処理装置である。
基板を引き出し時から、反応室パージが終了するまでの間、連続的に反応室内に不活性ガスを導入しつつ第二の排気ラインより反応室内を排気するようコントローラにより制御すると、パーティクルを反応室外へより有効に排出できる。
第１６の発明は、第１３の発明において、前記第二の排気ラインは、建屋付帯設備の排気設備に連通していることを特徴とする基板処理装置である。
第二の排気ラインが建屋付帯設備に連通していると、排気流量の大きな排気設備を使って排出することができるので、第一の排気ラインよりも排気流量の大きな排気を、確実かつ容易に得られる。
第１７の発明は、第１３の発明において、更に前記反応室内において基板を水平姿勢で多段に装填する保持具を有することを特徴とする基板処理装置である。反応室内を排気流量が大きい第二の排気ラインから排気するので、基板を多段に装填する保持具を収容するような容積の大きな反応室であっても、パーティクルを有効に排出できるので、保持具のどの段においても、基板へのパーティクルの付着を少なくすることができる。
第１８の発明は、第１３の発明において、前記反応室は外部反応管と内部反応管とにより構成されることを特徴とする基板処理装置である。
内部反応管内で発生したパーティクルを反応室外に排出するには、重力に逆らってパーティクルを上昇させる必要があり、パーティクルを排出しにくいが、本発明によれば、排気流量が大きい第二の排気ラインにより排気を行うので、外部反応管と内部反応管とにより構成される反応室であっても、パーティクルを容易に排出できる。
第１９の発明は、第１３の発明において、前記反応室に、前記基板を待機させておく予備室が連接されていることを特徴とする基板処理装置である。反応室に予備室が連接されているので、反応室開放時、反応室を大気中に開放しないで基板の装入、引き出しを行うことができる。特に、予備室に不活性ガスを導入する機能が備えられている場合には、ガス供給ラインと併用して、またはガス供給ラインを使用しなくとも、予備室から反応室内に不活性ガスを導入することができる。上記予備室は、例えばロードロック室またはＮ２パージボックスである。
第２０の発明は、第１４の発明において、前記ガス供給ラインは、反応ガス用のラインと不活性ガス用のラインとを有し、前記不活性ガスは前記不活性ガス用のラインから導入されることを特徴とする基板処理装置である。不活性ガスを不活性ガス用のラインから導入するので、反応ガス用のラインに付着した堆積膜に不活性ガス導入に起因するストレスを与えないようにすることができる。したがって、反応ガス用のラインに付着した堆積膜のクラックの発生を抑制できる。
本発明方法によれば、基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程で、基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて反応室内を排気するので、パーティクルを反応室から有効に排出でき、パーティクルの基板への付着を低減できる。
また、本発明装置によれば、反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、反応室内の排気を行う第一の排気ラインよりも排気流量が大きい第二の排気ラインにより排気を行うコントローラを備えるので、パーティクルを反応室から有効に排出でき、パーティクルの基板への付着を低減できる。
以下に本発明の半導体装置の製造方法及びその製造方法を実施するための基板処理装置について説明する。なお、基板処理装置が縦型装置であるときは、ウェハのチャージされたボートをボートアップして炉内に装入する動作であるボートロードが、ウェハロード（基板装入）に相当する。また、ウェハのチャージされたボートをボートダウンして炉内から引き出す動作であるボートアンロードが、ウェハアンロード（基板引出し）に相当する。以下の説明では、縦型ＣＶＤ装置について説明するので、ウェハロードとボートロードの語は同義で用いる。またウェハアンロードとボートアンロードの語も同義で用いる。
発明者は、半導体製造工程におけるウェハロード工程及びウェハアンロード工程では、反応管の壁面温度（炉温度）はどの程度に変化するかを調べた。これを図１０を用いて説明する。図１０は、ボートアップを伴うウェハロード工程と、ボートダウンを伴うウェハアンロード工程で生じる炉温度の変化を示す。図中、Ｕ、ＣＵ、ＣＬ、Ｌは、それぞれ炉の上部、中央上部、中央下部、及び下部における温度推移曲線を示す。成膜温度は７５０℃に設定されているが、炉内には温度勾配を形成してあるため、Ｕ、ＣＵ、ＣＬ、及びＬ部の温度は異なり、下方にいくにしたがって温度が低くなっている。ボートアップ時には、常温のボート１１７が炉内に装入されるため、装入タイミングからやや遅れて、炉内には大きな温度降下が一時的に生じているのがわかる。また、ボートダウン時には、高温のボート１１７が炉から引き出されるため、引き出される過程で、Ｕ部を除いたＵ部より温度の低いＣＵ、ＣＬ、Ｌ部では、高温のボート１１７から輻射熱を受けて、逆にこれらの部分の温度が上昇していることがわかる。
図１０に併せて記載した表から、反応室が開放されるウェハロード及びウェハアンロード時において、Ｕ部の最高温度と最低温度との温度差が１２．０℃に止まるのに対して、ＣＵ、ＣＬ、及びＬ部では、ＣＵ部からＬ部に向かうにしたがって、温度差がそれぞれ５３．９℃、８７．８℃、９０．８℃と大きくなることがわかる。反応管壁面は、ウェハロード及びウェハアンロード時に、このように大きな温度変化を受けるために、壁面の膜に加わる熱ストレスが増加して、膜クラックが発生し、壁面から膜が剥離する。膜が剥離すると、それがパーティクルとなって飛散し、反応室１０１内のウェハ上に付着して、ウェハを汚染することになる。成膜工程時にも、パーティクルの逆流ないし拡散によりウェハ表面に付着することもあるが、発明者はウェハロード及びウェハアンロード時における付着による汚染が最も多いとの知見を得た。
また、発明者は、主なパーティクル発生源が、ウェハロード時では内部反応管に付着した膜であり、ウェハアンロード時ではボートに付着した膜であるとの知見を得た。
なお、図１０の炉温度特性を得たときの成膜条件は、次の通りである。
膜種 ＳｉＮ
成膜ガスＳｉＨ２Ｃｌ２ ３０〜１００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ ３００〜９００ｓｃｃｍ
成膜温度 ６８０〜８００℃
圧力 １０〜１００Ｐａ
ボートに積載したウェハ枚数 ２００枚以下
ウェハ径 φ２００ｍｍ以上
本発明者は、上記知見に基づいて本発明を完成した。以下本発明の実施の形態について説明する。
基板処理装置は、基板を処理する反応室を有する処理炉を備え、基板の装填された基板保持部材を処理炉に収容して基板を処理するように構成される。この処理炉を図１に例示する。
図１は第１の実施の形態による減圧ＣＶＤ処理炉の断面図である。外部反応管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。内部反応管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、外部反応管２０５内に同軸的に配置されている。外部反応管２０５と内部反応管２０４の間の空間は、ガス通路となる筒状空間２１０を成す。内部反応管２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２１０を通過して排気ライン２６０から排気されるようになっている。
外部反応管２０５の外周には抵抗加熱ヒータ等からなる加熱装置２０２が同軸的に配置されている。加熱装置２０２は、外部反応管２０５内の温度を所定の処理温度にするよう、コントローラ１２０により制御する。前述した内部反応管２０４、外部反応管２０５と、後述するマニホールド２０９とで、後述するボート２１７に支持された基板としてのウェハ２００を収納して処理するための反応室２０１を構成する。
外部反応管２０５および内部反応管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に外部反応管２０５および内部反応管２０４が保持されている。外部反応管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。
マニホールド２０９の下端開口部（以下、炉口開口部という）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）が気密部材（以下、Ｏリング２２０ａ）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。また、マニホールド２０９の炉口開口部には、炉口シャッタ２１８が設けられ、ボート２１７を反応室２０１より引き出した状態でシールキャップ２１９に代えて炉口開口部を開閉自在にできるようになっている。炉口シャッタ２１８はウェハロードする際に開き、ウェハアンロード終了後に閉じられる。
シールキャップ２１９には、回転手段２１１が連結されており、基板保持部材（以下ボート２１７）及びボート２１７上に保持されているウェハ２００を回転させる。又、シールキャップ２１９は昇降手段２１３に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転手段２１１による回転軸２１２、ボート２１７の回転速度、及び昇降手段２１３によるボート２１７の昇降速度を所定のスピードにするように、コントローラ１２０により制御する。
マニホールド２０９の下部には、ガス導入ライン２４０が設けられている。ガス導入ライン２４０は、ガス供給管２３２を有する。ガス供給管２３２により、処理用のガス（反応ガス）又は不活性ガスが内部反応管２０４、外部反応管２０５内に導入されるようになっている。ガス供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３１）に連結されており、ＭＦＣ２３１はコントローラ１２０に接続されており、導入するガスの流量を所定の量に制御し得る。
ガス導入ライン２４０が設けられているマニホールド２０９の下部と反対側の上部には、上述した排気ライン２６０が設けられ、排気ライン２６０は、主に第一の排気ライン２６１と、第二の排気ライン２６２とから構成される。第二の排気ライン２６２は、ここでは、第一の排気ライン２６１から分岐する形で設けられている。
第一の排気ライン２６１は、排気装置（以下真空ポンプ２４６）に連通して、ガス導入ライン２４０から反応室２０１内に導入された反応ガスを排気するようになっている。第二の排気ライン２６２は、大容量の排気設備に連通して、ガス導入ライン２４０から反応
室２０１内に導入された不活性ガスを大量に排気するようになっている。なお、ガス導入ライン２４０から反応室２０１内に導入される不活性ガスとしては、例えばＮ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス等が用いられる。
第二の排気ライン２６２から排気される排気流量は、第一の排気ライン２６１より排気される排気流量よりも大きく設定されている。そのために、第二の排気ライン２６２は、例えば建屋付帯設備の排気設備などに接続される。また、第二の排気ライン２６２より排気する際に、ガス導入ライン２４０から反応室２０１内に導入される不活性ガスの流量は、反応ガスの流量の２０〜１００倍以上としている。
上記第一の排気ライン２６１は、主排気処理を行うための主排気ライン（メイン排気ライン）２６３と、主排気ライン２６３側から不活性ガスを導入して反応室２０１内の圧力を調整するための圧力調整ライン２６４と、スロー排気処理を行うためのスロー排気ライン２６５と、反応室２０１内の圧力が、大気圧を超える圧力（過加圧）とならないようにするための過加圧防止ライン２５１とから構成される。ここで、圧力調整ライン２６４による圧力調整処理は、反応室を閉じている時に実行される。スロー排気ライン２６５によるスロー排気処理は、ウェハロード処理後の真空排気処理（真空引き処理）の開始時に実行される。過加圧防止ライン２５１による過加圧防止処理は、ウェハ処理後における反応室内のパージの次に行われる反応室２０１内の大気戻し時に実行される。
上記第一の排気ライン２６１は、主排気配管１Ａを有する。この主排気配管１Ａの一端部は、マニホールド２０９に接続されている。主排気配管１Ａの他端部は、真空ポンプ２４６を構成するターボ分子ポンプ２４６Ａ、及びドライポンプ２４６Ｂが上流側から下流側に向かって順次接続されている。この主排気配管１Ａには、主排気弁１Ｂが挿入されている。
上記圧力調整ライン２６４は、圧力調整配管２Ａを有する。この圧力調整配管２Ａの一端部は、主排気配管１Ａに接続されている。この接続位置は、主排気弁１Ｂと真空ポンプ２４６との間に設定されている。他端部は不活性ガス源、例えばＮ２ガス源に連通している。この圧力調整配管２Ａには、仕切弁２Ｂを介してＮ２ガスの流量を制御するピエゾバルブ２Ｃが挿入されている。
上記スロー排気ライン２６５は、スロー排気配管３Ａを有する。このスロー排気配管３Ａの一端部は、主排気弁１Ｂの上流側で主排気配管１Ａに接続され、他端部は、主排気弁１Ｂの下流側で主排気配管１Ａに接続されている。スロー排気配管３Ａには仕切弁３Ｂが設けられている。
上記過加圧防止ライン２５１は、圧力検出器２５０と過加圧防止配管５Ａとを有する。この圧力検出器２５０及び過加圧防止配管５Ａの一端部は、主排気弁１Ｂの上流側で主排気配管１Ａに接続される。過加圧防止配管５Ａの他端部は、仕切バルブ２５２を介してチェック弁２５３で閉じられる。
真空ポンプ２４６に通じる主排気配管１Ａは、外部反応管２０５と内部反応管２０４との間の筒状空間２１０を流れるガスを排出し、外部反応管２０５内を所定の圧力の減圧雰囲気にするように制御する。この制御は、主排気弁１Ｂ、仕切弁２Ｂ、ピエゾバルブ２Ｃ、及び仕切弁３Ｂを操作するコントローラ１２０により行う。
上記第二の排気ライン２６２は、大量排気処理を行うための一般排気ラインであるハイフローベントライン（Ｈｉｇｈ Ｆｌｏｗ Ｖｅｎｔ Ｌｉｎｅ、以下ＨＦＶラインという。）２６６から構成される。ＨＦＶラインとは、真空引きする真空排気ラインと異なり
、大気圧下で排気する排気ラインである。ＨＦＶライン２６６は、副排気配管４Ａを有する。この副排気配管４Ａの一端部は、主排気配管１Ａに接続されている。この接続位置は、主排気弁１Ｂよりも上流側に設定されている。この副排気配管４Ａには、仕切弁４Ｂが設けられている。ガス供給管２３２から副排気配管４Ａに向かう大きな気流が反応室２０１内に形成されるよう、仕切弁４Ｂを操作するコントローラ１２０により制御する。
上述したコントローラ１２０により、ガス導入ライン２４０から反応室２０１内に不活性ガスを導入しつつＨＦＶライン２６６より不活性ガスを大量排気するよう制御される期間は、反応室２０１が開放している全期間とすることもできるが、ここでは、ウェハ２００を反応室２０１内に装入するウェハロード工程、及び処理後のウェハ２００を反応室２０１内より引き出すウェハアンロード工程期間に限定する。また、コントローラ１２０は、この期間、（１）大流量の不活性ガスを流す、（２）ＨＦＶライン２６６により不活性ガスの排気を行わせる、（３）不活性ガスの流量を制御するよう機能する。
ここで、ＨＦＶライン２６６の特徴をまとめて説明すると、次のようになる。真空ポンプ２４６に連通する主排気ライン２６３、主排気ライン２６３から分岐して設けられるスロー排気ライン２６５、過加圧防止ライン２５１とは異なる排気ラインである。ＨＦＶライン２６６は、主排気ライン２６３より分岐して設けられ、建屋付帯設備の排気設備に連通している。主排気ライン２６３、スロー排気ライン２６５、過加圧防止ライン２５１よりも排気流量が大きくなるよう設定されており、大気圧で大流量のガスを流すことができる。ＨＦＶライン２６６の内径は、主排気ライン２６３の内径よりも小さく、スロー排気ライン２６５、過加圧防止ライン２５１の内径よりも大きい。
図１に示した処理炉による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、昇降手段によりボート２１７を下降させる（ボートダウン）。ボート２１７が炉から出切ったら炉口シャッタ２１８を閉じて反応室２０１の炉口開口部を塞ぐ。図示しない搬送手段によりボート２１７に複数枚のウェハ２００を装填する（ウェハチャージ）。次いで、加熱手段２０２により反応室２０１内を加熱しながら、反応室２０１内の温度を所定の処理温度にする。ガス供給管２３２より反応室２０１内に不活性ガスを供給することにより、予め反応室２０１内を不活性ガスで充填しておく。炉口シャッタ２１８を開けた後、昇降手段により、ウェハ２００のチャージされたボート２１７を上昇させ（ボートアップ）、ウェハ２００を反応室２０１内に装入し（ウェハロード）、反応室２０１の内部温度を所定の処理温度に維持する。スロー排気ライン２６５により、反応室２０１内をスロー排気した後、第一の排気ライン２６１により反応室２０１内を所定の真空状態まで排気した後、回転手段２１１により、回転軸２１２、ボート２１７及びボート２１７上に装填されているウェハ２００を回転させる。
ウェハを回転させた状態でガス供給管２３２から反応ガスを導入する。導入された反応ガスは、反応室２０１内を上昇し、複数枚のウェハ２００に対して均等に導入されつつ、第一の排気ライン２６１を介して排気され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行う。
減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウェハ２００の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、反応室２０１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、昇降手段によりボート２１７を下降させて（ボートダウン）、ボート２１７及び処理済のウェハ２００を反応室２０１から引き出す（ウェハアンロード）。ボート２１７が炉から出切ったら炉口シャッタ２１８を閉じて反応室２０１の炉口開口部を塞ぐ。反応室２０１から引き出されたボート２１７上の処理済のウェハ２００は、搬送可能な温度に冷却（クーリング）されたのち、図示しない搬送手段により回収される（ウェハディスチャージ）。空になったボート２１７に未処理のウェハ２００を装填して（ウェハチャージ）、再度前述したのと同様にして炉口シャッタ２１８を開け、ボート２１７を反応室２０１内に上昇、装入させ（ボートアップ、ウェハロード）、減圧ＣＶＤ処理がなされる。
ところで、上述した減圧ＣＶＤ処理工程におけるウェハロード及びウェハアンロード時には、前述したような現象が生じる。すなわち、反応室開放時に、反応室内の温度降下が起こり、またウェハロード時に、室温のウェハ２００及びボート２１７が炉内に挿入されると、反応管壁面等に温度降下が起こる。このため、反応管壁面等に付着した堆積膜が、反応管等の熱膨張率との違いによるストレスで剥離しパーティクルとして飛散する。飛散したパーティクルがウェハ２００に付着する。また、ウェハアンロード時にも、ウェハロード時と同様に、炉体の温度変化によるストレスで膜が剥離してパーティクルが発生してウェハ２００に付着する。
そこで、第１の実施の形態では、ウェハロード及びウェハアンロード時に、飛散したパーティクルがウェハ２００に付着することを防止するために、大流量の不活性ガス例えばＮ２ガスを、ガス導入側から排気側に向かって炉内に流すようにしている。
ウェハロード時、ガス供給管２３２（ガス導入ライン２４０）からＭＦＣ２３１により制御された大量のＮ２ガスが内部反応管２０４内に導入される。導入されたＮ２ガスは、内部反応管２０４内を上昇して、上方で内部反応管２０４と外部反応管２０５との間に形成された筒状空間２１０を通過し、主排気配管１Ａから分岐された副排気配管４Ａ（ＨＦＶライン２６６）へ排出される。アンロード時も、同様にして、大量のＮ２ガスが内部反応管２０４内に導入され、副排気配管４Ａへ排出される。これにより、反応ガスの導入側から排気側に向かう大流量の気流が炉内に形成されて、この気流とともに、ウェハロード時及びウェハアンロード時に、炉内に発生するパーティクルが炉外へ排出される。
この場合において、ＨＦＶライン２６６における排気流量は、基板への減圧ＣＶＤ処理時の主排気ライン２６３における排気流量よりも大きくするのが好ましく、またＨＦＶ２６６からの排気は真空排気ではなく、真空状態にある炉内圧力、すなわち基板への減圧ＣＶＤ処理時の圧力よりも大きな圧力下での排気が好ましく、４００Ｐａ以上がより好ましく、大気圧排気（１０１，３２５Ｐａ）がさらに好ましい。これは、ターボ分子ポンプ２４６Ａ等の真空ポンプ２４６により減圧下で排気すると、Ｎ２分子はガス流中に粗に存在し、Ｎ２分子の平均自由工程が大きいため、たとえＮ２ガスの流れを速くしても、パーティクルを分子流として有効に排出することは困難である。熱によりブラウン運動しているパーティクルは、Ｎ２分子に当たらずに、重力落下してしまう確率が高いからである。この点で、大気圧排気であると、ガス流速は、例えば１０ｃｍ／分程度と遅くなるものの、Ｎ２分子は緻密にガス流中に存在し、パーティクルと容易に衝突するため、パーティクルを排出することは容易である。ちょうど、炉内に導入側から排気側に向かうＮ２ガスの風が吹いて、その風とともにパーティクルが炉外へ吹き飛ばされるようになるからである。
このように基板処理時の圧力よりも大きな圧力下での排気により、パーティクルを炉外へ有効に排出することができ、これにより、累積膜厚の増加に伴うパーティクル増加を抑制し、ウェハロード時、及びウェハアンロード時のウェハ表面へのパーティクルの付着を大幅に低減することができる。また、炉口部開口が開いて大気が炉内に流入するウェハロード、ウェハアンロード時に、Ｎ２ガスのような不活性ガスを導入して炉内に不活性ガスの流れを作るので、炉内を不活性ガス雰囲気とすることができ、ウェハ２００表面の酸化も防止することができる。
図２は、ウェハに対してＳｉＮ成膜を行う場合において、ウェハロード、ウェハアンロード時に、ＨＦＶラインにおける排気を行った場合（ＨＦＶあり）と、ウェハロード／ウェハアンロード時に、ＨＦＶラインにおける排気を行わなかった場合（ＨＦＶなし）とで、パーティクル個数がどのように変化したかを比較した説明図である。パーティクルのカウント数は、ＨＦＶラインによる排気を行わなかった場合には、３５０ピース／ウェハ超
であったが、ＨＦＶライン２６６による排気を行った場合に、１０個近くまで激減しているのが分る。このように、炉内に膜クラックに起因して発生したパーティクルを排出するには、ＨＦＶラインによる４００Ｐａ以上の圧力での排気、例えば大気圧排気が有効である。
なお、この図２に示すＨＦＶラインによる排気を行った場合と、行わなかった場合の比較実験における成膜条件（ＨＦＶラインあり、なし共通）及びウェハロード／ウェハアンロード時の不活性ガス導入・排気条件（ＨＦＶラインありのみ）は次の通りである。
（１）成膜条件（ＨＦＶラインあり、なし共通）
膜種 ＳｉＮ
反応ガスＳｉＨ２Ｃｌ２ ３０〜１００ｓｃｃｍ
反応ガス ＮＨ３ ３００〜９００ｓｃｃｍ
炉内温度（成膜温度） ７５０℃
炉内圧力 １０〜１００Ｐａ
（２）ウェハロード／ウェハアンロード時の不活性ガス導入・排気条件（ＨＦＶラインありのみ）
Ｎ２ガス導入量 ２０〜２００Ｌ／ｍｉｎ
Ｎ２ガス排気流量 導入量と略同じ
排気圧力 ４０ｍｍＨ２Ｏ以上（４００Ｐａ以上）
カウント対象となるパーティクル径 φ０．１３μｍ以上
上述したように、第１の実施の形態によれば、排気側に第二の排気ライン２６２を追加して、パーティクルを基板処理時の圧力である真空圧力よりも大きな圧力下で排出するようにしたので、ウェハ上へのパーティクルの付着を十分に抑制することができる。また、同時に、ウェハロード時または／およびウェハアンロード時に炉内をＮ２ガス雰囲気とすることで、ウェハ表面の酸化を有効に防止することができる。したがって、従来の縦型ＣＶＤ装置でＳｉＮ膜を成膜した場合に問題となるパーティクルの増加やウェハ表面の酸化を有効に抑制することができる。
上述した第１の実施の形態において、炉内に流す不活性ガス（Ｎ２ガス）の流量は、多ければ多いほどよいが、経験値から、反応ガスの流量の２０倍以上、好ましくは１００倍以上とすることが好ましい。また、炉内に流す不活性ガスの流量は、パーティクルの重力に逆らって反応室２０１外へスムーズに運び出すために、２０Ｌ／ｍｉｎ以上、好ましくは１００Ｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。このときの排気圧力は前述したように４０ｍｍＨ２Ｏ以上、例えば大気圧（４００Ｐａ以上、例えば大気圧）がよい。また、炉内に流す不活性ガスの流量は、パーティクルを反応室外へスムーズに運びだすとともに、加熱されている反応室内の熱を奪いすぎないようにするという理由から、２０〜２００Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは１００〜２００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。また、炉内に流す不活性ガスの流量は、１００〜１５０Ｌ／ｍｉｎであることがより好ましい。炉内に流す不活性ガスの流量の上限を１５０Ｌ／ｍｉｎにすると、設備費が高価になることを抑えることができる上、常温不活性ガスの導入による反応室内温度の過度の低下を抑制することができるからある。これらの場合、反応室２０１の容積は、例えば３０Ｌ〜１２０Ｌである。
また、使用する不活性ガスは、成膜する膜種がＳｉＮで、パーティクルサイズが、例えば０．１μｍ〜０．５μｍのオーダである場合には、最も普通に用いられているＮ２を使用するのが好ましいが、成膜する膜種が異なる等で、パーティクルのサイズが０．５μｍ以上のオーダになる場合には、Ｎ２よりも分子の大きなＨｅガスやＡｒガスなど他のガスを用いることが好ましい。
また、第二の排気ライン２６２の排気流量は、ガス導入ライン２４０から導入される不活性ガスの流量より大きくしてもよい。このように第二の排気ライン２６２の排気流量が不活性ガスの流量を上回ると大気が反応室２０１内に吸い込まれるため、ウェハ２００が酸化するおそれがある。したがって、ウェハが酸化すると好ましくない場合には、第二の排気ライン２６２の排気流量は、不活性ガスの流量とほぼ同等の排気流量か、又は不活性ガスの流量よりも若干小さい排気流量とするのがよい。しかし、ウェハ２００が酸化してもよい場合には、第二の排気ライン２６２の排気流量は、不活性ガスの流量より大きくした方が好ましい。大気とともに、パーティクルを反応室２０１外へより有効に排出することができるからである。好ましい排気流量範囲は２０Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎである。
また、図６に示すように、第二の排気ライン２６２は、大気圧で排気する建屋付帯設備の排気設備２７０に連通していることが好ましい。一般に、半導体製造工場では、建屋付帯設備に排気流量が大きな排気設備２７０が設けられている。また、半導体製造工場では、処理炉が複数台並んでいる。したがって、これら複数台の処理炉の全ての第二の排気ライン２６２を、排気設備２７０につなげる。第二の排気ライン２６２として、建屋付帯設備に組み込まれている排気流量の大きな排気設備を使って排出することができるので、第一の排気ライン２６１よりも排気流量の大きな排気を確実、かつ容易に行える。なお、建屋付帯設備の排気設備２７０に連通する排気ライン２６２に、所定の排気流量を確保するために、必要に応じてブロア２６９を挿入してもよい。
また、上述した実施の形態では、反応室開放時のうち、ウェハロード時及びウェハアンロード時に限定して、ガス導入ライン２４０側から排気ライン２６０、２６２側に向かうＮ２ガスの大量の流れを炉内に形成している。これは、反応室開放時の全期間継続してガス導入ライン２４０から反応室２０１内に不活性ガスを導入しつつ第二の排気ライン２６２により排気を行なう場合に比して、第二の排気ライン２６２が排熱にさらされる期間が短くなるので、排気ラインを構成しているＯリングなどの部材の保護をはかることができるからである。また、Ｎ２ガスの消費量を低減することができるからである。しかし、このような制約がなければ、反応室開放時の全期間流すようにしてもよい。
また、上述した第１の実施の形態では、ウェハロード／ウェハアンロード時におけるＨＦＶラインによる排気を、反応室２０１内においてウェハ２００を水平姿勢で多段に装填するボート２１７を有する処理炉に適用している。これは、反応室２０１内を第一の排気ライン２６１よりも排気流量が大きい第二の排気ライン２６２から排気するので、ウェハ２００を多段に装填するボート２１７を収容するような容積の大きな反応室であっても、パーティクルを有効に排出できるので、ボート２１７のどの段においても、基板へのパーティクルの付着を少なくすることができるからである。しかしながら、本発明は、これに限定されず、反応室内においてウェハを一枚又は二〜三枚程度保持する枚葉の基板処理装置の処理炉にも適用できる。この場合には反応室の容積はそれほど大きくはない。一枚を収容する反応室から多数枚の基板を収容する反応室の容積範囲は、前述したように３０Ｌ〜１２０Ｌである。
また、実施の形態では、反応室２０１内に外部反応管２０５と内部反応管２０４とを有する二重反応管からなる処理炉に適用している。二重反応管からなる処理炉の場合、内部反応管２０４の下部から不活性ガスを供給すると、不活性ガスは内部反応管２０４内を上昇し、外部反応管２０５と内部反応管２０４との間に形成される筒状空間２１０を通って排気される。したがって、内部反応管２０４内で発生したパーティクルを炉外に排出するには、重力に逆らう方向に向かってパーティクルを上昇させて内部反応管２０４を越えさせる必要があり、パーティクルを排出しにくい。しかしながら実施の形態によれば、大流量の不活性ガスにより大気圧パージを行うため、異物を運ぶことが可能な分子、原子の数
が多く、異物を運ぶエネルギーが大きいので、パーティクルを排出しづらい二重管構造の処理炉の場合であってもパーティクルを容易に排出できる。
また、ＨＦＶラインによる排気時の不活性ガスの供給について、上述した実施形態では、ボートロード／ボートアンロード時に、ガス導入ライン２４０より反応室２０１内にＮ２を供給しつつＨＦＶライン２６６にて反応室２０１内を排気する方法について説明したが、ボートロード／ボートアンロード時に、移載エリア（ボート引き出し位置）にＮ２やクリーンエア等のガスを流すようにすれば、ガス導入ライン２４０より反応室２０１内にＮ２を供給しなくとも、ＨＦＶライン２６６にて反応室２０１内を排気するだけで同様な効果が得られる。
例えば、図３に示すように、反応室２０１にロードロック室やＮ２パージボックス等の予備室２７１を連接する。予備室２７１はＮ２供給口２７２を備え、Ｎ２供給口２７２に、Ｎ２ガス供給源２７５がＭＦＣ２７４及び仕切弁２７３を介して接続され、ＭＦＣ２７４により流量制御されたＮ２ガスがＮ２供給口２７２から予備室２７１内に導入され、排気口２７６から排気されるようになっている。
したがって、ボートロード／ボートアンロード時に予備室２７１にＮ２を流しつつＨＦＶライン２６６にて反応室２０１内を排気するようにすれば、ガス導入ライン２４０より反応室２０１内にＮ２を供給しなくとも、予備室２７１内のＮ２が反応室２０１内に流れることとなるので、同様の効果が得られる。この場合、ガス導入ライン２４０と予備室２７１からの不活性ガス導入を並行に行ってもよい。この場合、不活性ガスの流量のトータルが略２０Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎとなるようにする。
なお、反応室２０１に予備室２７１を連接すると、Ｓｉウェハの酸化も有効に防止することができる。すなわち、実施形態では、ウェハロード工程または／およびウェハアンロード工程で、大流量のＮ２ガスを炉内に流すため、炉口部開口から大気を巻き込み、ウェハ表面の酸化が問題となる場合がある。例えば、前工程でＳｉウェハに下地膜であるＷＳｉ膜を成膜した場合、Ｓｉウェハは酸化されやすくなる。このような場合には、処理室２０１に、予備室２７１としてのロードロック室又はＮ２パージボックス室を連接して、Ｎ２ガス雰囲気でウェハロードを行うことで、炉口部開口での大気巻き込みを防ぎ、ウェハ表面の酸化、例えば前工程にて処理したＷＳｉ膜（タングステンシリサイド膜）の自然酸化膜の増加を有効に防止することができる。
また、移載エリア（ボート引き出し位置）にクリーンエアユニット等を設置し、ボートロード／アンロード時に移載エリアにクリーンエアを流しつつＨＦＶライン２６６にて反応室２０１内を排気するようにすれば、ガス導入ライン２４０より反応室２０１内にＮ２を供給しなくとも、移載エリア（ボート引き出し位置）に供給されたクリーンエアが反応室２０１内に流れることとなるので、同様の効果が得られる。
また、実施の形態では、ガス導入ライン２４０が、反応ガス用のラインと不活性ガス用のラインとを共用にした一つのガス供給ラインで構成されている場合について説明した。すなわち、図４に示すように、ガス導入ライン２４０を、専用のＳｉＨ２Ｃｌ２ライン２４１ａ、Ｎ２ライン２４２ａ、ＮＨ３ライン２４３ａが設けられるように上流側で分岐して、下流側で一本化して共用のラインとするようにした。なお、ＳｉＨ２Ｃｌ２ライン２４１ａには、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給源２４１ｄがＭＦＣ２４１ｃ、仕切弁２４１ｂを介して接続される。Ｎ２ライン２４２ａには、Ｎ２ガス供給源２４２ｄがＭＦＣ２４２ｃ、仕切弁２４２ｂを介して接続される。ＮＨ３ライン２４３ａには、ＮＨ３ガス供給源２４３ｄがＭＦＣ２４３ｃ、仕切弁２４３ｂを介して接続される。
しかし、図５に示すように、反応ガス用のラインと不活性ガス用のラインとを分離して、二つ以上のガス供給ラインで構成して、不活性ガスを不活性ガス用のラインから導入するようにしてもよい。この場合、図５に示すように、Ｎ２ライン２４１、ＳｉＨ２Ｃｌ２
ライン２４２、ＮＨ３ライン２４３としてそれぞれ別個独立に設けるようにしてもよい。このように不活性ガスＮ２を不活性ガス用の専用ラインから導入すると、反応ガス用のラインの配管内壁に吸着したＮＨ４Ｃｌ膜にクラックを発生させ、パーティクルを飛散させるようなことがない。
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、反応室へのウェハロード時または／およびウェハアンロード時に、ＨＦＶラインを用いて大流量のＮ２ガスの流れを炉内に形成することにより炉内をパージし、炉内で発生したパーティクルを排出するようにしたので、ウェハへのパーティクルの付着を低減できる。また、不活性ガスの導入流量と排気流量とをほぼ等しく設定することで、反応室へのウェハロード時または／およびウェハアンロード時のウェハ表面の酸化も有効に防止できる。
本実施の形態が特に有効となる工程は、ボートアンロード工程よりもボートロード工程である。ボートロード時はボートアンロード時よりも反応炉内の温度が大きく変動する（図１０参照）。例えば図１０のＣＬゾーンに注目すると、ボードアンロード時の炉内温度変動幅は１０℃程度であるのに対し、ボートロード時の炉内温度変動幅は８０℃程度であり、ボードアンロード時の８倍程度であることが分かる。このため、ボードアンロード時よりもボートロード時の方が壁面に付着した膜に加わる熱ストレスが大きく、膜クラックが発生しやすい。すなわちボートロード時の方が、膜が剥離しやすく、パーティクルが発生しやすい。実施の形態は、このように炉内温度が大きく変化し、パーティクルが発生しやすいボートロード工程において特に有効となる。
また、本実施の形態が特に有効となる反応管、ボートの材質は、次の通りである。ＳｉＣはＳｉＮと熱膨張率が近いので、炉内温度が変動してもＳｉＣとＳｉＮとの間に応力差はあまり生じない。よって、反応管やボートをＳｉＣ製とした場合、炉内温度が変動してもパーティクルは発生しにくい。これに対して、ＳｉＯ２（石英）はＳｉＮと熱膨張率の差が大きいので、炉内温度が変動するとＳｉＯ２とＳｉＮとの間の応力差は大きくなる。よって、反応管やボートをＳｉＯ２製とした場合、炉内温度が変動するとパーティクルが発生しやすくなる。本発明は、このように、温度変動によりパーティクルが発生しやすい部材と成膜の組み合せ、すなわち石英製の反応管やボートを用いＳｉＮ膜の成膜を行う場合に特に有効となる。
図７は、第２の実施の形態による減圧ＣＶＤ処理炉の断面図である。第１の実施の形態と異なる点は、ガス導入ライン２４０に加熱機構２３３を設けた点である。なお、図１を用いて説明した部分と同じ部分には同符合を付して説明を省略する。
加熱機構２３３は、例えばガス供給管２３２を加熱して内部を流れるガスを加熱するヒータ、あるいは熱交換器などで構成することができる。コントローラ１２０は、第１の実施の形態による（１）〜（３）の制御機能に加えて、さらに（４）Ｎ２ガスを加熱制御する機能を追加してある。なお、（４）の機能は、コントローラ１２０とは異なる別なコントローラを設けて制御するようにしてもよい。
図７に示すように、ボートアップしてウェハロードする時、炉口シャッタ２１８を開き、炉内温度又はそれらの温度前後に予備加熱したＮ２ガスを、黒塗り矢印で示したように、炉内に大流量で導入して、内部反応管２０４の上部開口から上昇したＮ２ガスを、筒状空間２１０を通過させてＨＦＶライン２６６にて引くことで、炉内を大気圧パージする。また、ボートダウンしてウェハアンロードする時も同様に、炉内温度又はそれらの温度前後に予備加熱したＮ２ガスを、黒塗り矢印で示したように、炉内に大流量で導入しつつＨＦＶライン２６６にて排気することで炉内を大気圧パージする。
このように炉内をＮ２ガスでパージする際、Ｎ２ガスを、炉内温度又はそれらの温度前
後に予備加熱すると、炉内に不活性ガスを導入しても、炉内の温度降下を低減できる。したがって、炉内をアイドル時の反応室温度に保つことができるので、ウェハロード時に炉口シャッタ２１８を開いても、或いはウェハアンロード時にシールキャップ２１９が炉口部開口を開放しても、反応管壁面等の温度低下を防ぐことができる。
なお、第２の実施の形態におけるウェハロード／ウェハアンロード時のパージ条件を例示すれば、次の通りである。なお、成膜条件については、第１の実施の形態と同じである。
Ｎ２ガス導入量 ２０Ｌ／ｍｉｎ〜１５０Ｌ／ｍｉｎ
Ｎ２ガス排気流量 導入量と同じ
排気圧力 ４００Ｐａ以上
Ｎ２ガス予備加熱温度 ６００℃以下
以上のように、本発明の第１、第２の実施形態によれば、ウェハロードまたは／およびウェハアンロード時、つまり反応炉開放時のみ、ＨＦＶライン２６６を用いて大流量のＮ２ガスの流れを形成することにより、炉内を大気圧状態でパージし、炉内で発生したパーティクル９２を十分に排出できる。また、成膜後は、ボート２１７をアンロードし炉口シャッタ２１８が閉められ、反応炉から引出されたボート２１７に保持されたウェハ２００の冷却（クーリング）処理が行われる。例えば、窒化膜では成膜温度７８０℃程度であるが、クーリング処理中、炉内温度はボートロード時の温度（待機温度）６００℃〜７８０℃に保たれる。
しかし、これから説明する第３の実施形態は、炉内でウェハ２００を成膜処理した後、ボート２１７をアンロードして炉口シャッタ２１８を閉じ、その後、ウェハ２００の冷却（クーリング）中に大流量のＮ２を炉内に流すようにしたものであり、これにより更に効果的にパーティクル９２を排出することができる。具体的には、ウェハ２００を冷却中、炉の温度を例えば２０℃／ｍｉｎ以上の降温レートにて４００℃程度まで急激に下げることにより（強制冷却）、炉内に大きな温度降下を与え、且つ大流量のＮ２を炉内に流す。つまり、ウェハ２００の冷却中にウェハ２００を収容していない状態の炉内温度を急激に下げることにより、反応管壁面に堆積しているＳｉＮ膜９０に熱ストレスを加え、強制的に亀裂を発生させて膜の剥離を発生させる。そして、大流量Ｎ２を炉内に流しＨＦＶライン２６６を用いて排気する。このようにして炉内を大気圧状態でパージすることで、パーティクル９２を有効に排出することができる。更に、加熱手段２０２の温度を制御することにより反応管壁面に堆積したＳｉＮ膜を強制的に剥離させ、大流量のＮ２を流すことにより排気しているが、このとき炉口シャッタ２１８は閉まったままなので、パーティクル９２が飛散して、ボート２１７に保持されているウェハ２００上に付着するおそれがない。
従って、第１、第２の実施形態に、更に第３の実施形態を加えることで、効果的にパーティクル９２の排出を行うことができる。
炉内に不活性ガスを導入しつつＨＦＶラインにて排気を行う期間については、基板処理前にあっては、ボートロード時が好ましい。また、基板処理後にあっては、第３の実施の形態で説明したボートアンロード時から反応室内をパージする工程が終了するまでの間、連続的に流し続けるのが好ましく、また、第１、第２の実施の形態で説明したボートアンロード時が好ましい。
また、排気流量については、ボートロード／ボートアンロード時のＨＦＶラインによる排気流量の方が、ウェハ処理時の真空排気ラインによる排気流量よりも大きい。なお、ボートロード／ボートアンロード時のＨＦＶラインによる排気流量が、ボートロードからボートアンロードまでの全処理工程の中で一番大きい。
第１の実施の形態によるウェハ処理時の基板処理装置を構成する処理炉の説明図である。 第１の実施の形態によるＨＦＶラインにおける排気を行った場合（ＨＦＶあり）と、ＨＦＶラインにおける排気を行わなかった場合（ＨＦＶなし）とで、パーティクル個数がどのように変化したかを比較した説明図である。 第１の実施の形態による処理炉に予備室が連接されている場合のウェハロード時の変形例を示す図である。 第１実施の形態の供給系の詳細説明図である。 第１の実施の形態による不活性ガス導入ラインが反応ガス導入ラインと別個独立に設けられている場合の変形例を示す図である。 第１の実施の形態による第２の排気ラインが建屋付帯設備の排気設備に連通している場合を示す説明図である。 第２の実施の形態によるウェハロード時の基板処理装置を構成する処理炉の説明図である。 従来例の縦型ＣＶＤ装置におけるＳｉＮパーティクル発生源を示す説明図である。 従来例のボートアップによるウェハロード時に、パーティクル発生するメカニズムを説明する図である。 従来例のボートのアップ／ダウンによる炉温度の推移を示す説明図である。
符号の説明
１２０ コントローラ
２００ ウェハ
２０１ 反応室（処理炉）
２４０ ガス導入ライン
２４６ 真空ポンプ
２６０ 排気ライン
２６１ 第一の排気ライン
２６２ 第二の排気ライン
２６６ ＨＦＶライン

Claims (10)

  1. 少なくとも一枚の基板を反応室内に装入する工程と、
    前記反応室内に反応ガスを導入し、前記反応室内を排気して、前記基板を処理する工程と、
    処理後の基板を前記反応室より引き出す工程とを有し、
    前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 少なくとも一枚の基板を反応室内に装入する工程と、
    前記反応室内に反応ガスを導入し、真空ポンプに連通した第一の排気ラインより前記反応室内を排気して、前記基板を処理する工程と、
    処理後の基板を前記反応室より引き出す工程とを有し、
    前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第一の排気ラインよりも排気流量が大きくなるように設定された第二の排気ラインにより、前記基板を処理する工程における排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 前記基板を装入する工程または／および基板を引き出す工程では、前記反応室内を大気圧下で排気することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第二の排気ラインによる排気流量は、前記不活性ガスの供給流量とほぼ同等であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記反応室を構成する反応管が石英製であり、前記基板を処理する工程では、基板上にシリコン窒化膜を堆積させることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記不活性ガスの供給流量が、２０〜２００Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 少なくとも一枚の基板の処理を行う反応室と、
    前記反応室内にガスを導入する少なくとも一つのガス供給ラインと、
    前記反応室内の排気を真空ポンプにより行う第一の排気ラインと、
    前記反応室内の排気を行う前記第一の排気ラインより排気流量が大きくなるように設定された第二の排気ラインと、
    前記反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、前記ガス供給ラインより前記反応室内に不活性ガスを導入しつつ前記第二の排気ラインより、基板を処理する際の排気流量よりも大きな排気流量にて前記反応室内を排気するよう制御するコントローラと、
    を有することを特徴とする基板処理装置。
  8. 前記コントローラは、前記反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時に、前記反応室内を大気圧下で排気するよう制御することを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記コントローラは、前記反応室内への基板装入時または／および前記反応室からの基板引き出し時における前記第二の排気ラインによる排気流量が、前記不活性ガスの供給流量とほぼ同等となるよう制御することを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
  10. 前記第二の排気ラインは、建屋付帯設備の排気設備に連通していることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
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