JP2010056124A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ素樹脂などの柔軟な配管を用いず、かつ、シールキャップのＯリングを極力少なくし、シールキャップに設けたボート回転機構の回転軸周辺へ、ガスを供給する構造を提供する。
【解決手段】基板を支持して回転させる回転軸５８ａの周りに第１の中空部５２ｃと第２の中空部５２ｄを設け、ガス流路とガス排気流路を介してガス供給ポート及びガス排気ポートに連通する。ガス流路およびガス排気流路は、シールキャップ５２の外周縁部に設けられた第１部材１００ａ，１００ｂに設けられたシール部を介してガス供給ポート及びガス排気ポートに接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。

基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型拡散・ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が知られている。
この縦型拡散・ＣＶＤ装置は、ウエハ面内の膜厚均一性を高めるために、プロセス中にウエハを搭載した石英ガラス製等のボートを回転する。成膜プロセスは減圧下で行われるため、回転軸の真空シールとして、磁性流体を用いた磁気シールユニットなどが用いられるが、磁性流体は鉄を主成分とした流体であり、反応性の高いプロセスガスに接触すると性能劣化を起し、リークや磁性流体成分の放出による反応室の汚染を招く恐れがある。そのため、プロセス中に、磁気シールユニットへプロセスガスが侵入しないように窒素ガスなどの不活性ガスにより回転軸部をパージする。しかし、回転軸部はシールキャップに設けられており、それを含むシールキャップ全体がボートエレベータにより垂直方向に昇降を行うので、回転軸パージのガス供給配管は、フッ素樹脂などの柔軟なチューブを、ケーブルベアなどに収めて可動可能な構造とする必要がある。ここで、窒素ガスなどの不活性ガスでパージしても、成膜レート低下などの影響のないプロセスでは有効であるが、プロセスによっては、パージガスにより、プロセスガスが希釈され成膜レートが低下する場合がある。その場合、磁性流体などに影響を与えないプロセスガスをパージガスとして供給する。そこで、回転軸部にガスを供給する方法として、シールキャップのＯリングを２重にし、その間に溝とそれにつながる配管を設け、マニホールドから供給する方法が知られている（特許文献１参照）。

ＷＯ２００８ ／０１８５４５

しかし、マニホールドやシールキャップが金属製で、水冷などにより例えばＯリングからなるシール部材を十分に冷却できる構造では問題ないが、マニホールドやシールキャップが非金属部材、例えば石英ガラス製の場合には、シールキャップ側のシール部材は炉からの輻射熱を受けやすく、また、水冷などによる冷却が困難になるため、特に、炉の中心に近い方のシール部材が熱によるダメージを受けることがある。シール部材が熱的ダメージを受け損傷すると、シール性が低下してリークへとつながる。また、シール部材の成分が溶出し、減圧である反応室に入りプロセス中の半導体基板の膜中に取り込まれ、膜質を低下させることがある。また、高温となるシールキャップ内側のシール部材熱対策として、炉中心からできるだけ外周方向へ配置させた構造が考えられるが、シールキャップを大径化することになり、最終的には装置幅増大につながるため、必ずしも有効な手段とはならない。

本発明の目的は、シールキャップのシール部材を極力少なくし、シールキャップに設けたボート回転機構の回転軸周辺へ、ガスを供給することができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、基板を処理する反応容器と、前記反応容器の外周縁に設けられる第１部材と、前記第１部材に設けられ、第１のガスを供給する第１ガス供給ポートと、前記反応容器の開口部を気密に閉塞するシールキャップと、前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１部材に第１シール部材と第２シール部材を介して当接する第２部材と、前記第１部材に設けられる第１ガス排気ポートと、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス供給ポートと連通する第１ガス流路と、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第２シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス排気ポートと連通する第２ガス流路と、前記シールキャップを貫通して設けられ、前記基板を支持して回転させる回転軸と、前記シールキャップの前記反応容器とは反対側に設けられ、前記回転軸を回転させる回転機構と、前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と、前記回転軸との間の第１隙間を介して前記反応容器内に連通する第１中空部と、前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と、前記回転軸との間の第２隙間を介して前記第１中空部に連通する第２中空部と、前記第２中空部と前記第１ガス流路とを連通させる第１ガス配管と、前記第１中空部と前記第２ガス流路とを連通させる第２ガス配管と、前記反応容器に設けられ前記反応容器内に第２ガスを供給する第２ガス供給ポートとを有する基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板を処理する反応容器と、前記反応容器の外周縁に設けられる第１部材と、前記第１部材に設けられ、第１のガスを供給する第１ガス供給ポートと、前記反応容器の開口部を気密に閉塞するシールキャップと、前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１部材に第１シール部材を介して当接する第２部材と、前記反応容器の外周縁に設けられる第３部材と、前記第３部材に設けられる第１ガス排気ポートと、前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第３部材に第２シール部材を介して当接する第４部材と、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス供給ポートと連通する第１ガス流路と、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第２シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス排気ポートと連通する第２ガス流路と、前記シールキャップを貫通して設けられ、前記基板を支持して回転させる回転軸と、前記シールキャップの前記反応容器とは反対側に設けられ、前記回転軸を回転させる回転機構と、前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と回転軸との間の第１隙間を介して前記反応容器内に連通する第１中空部と、前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と回転軸との間の第２隙間を介して前記第１中空部に連通する第２中空部と、前記第２中空部と前記第１ガス流路とを連通させる第１ガス配管と、前記第１中空部と前記第２ガス流路とを連通させる第２ガス配管と、前記反応容器に設けられ前記反応容器内に第２ガスを供給する第２ガス供給ポートとを有する基板処理装置が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、基板を反応容器内に搬入する工程と、シールキャップで前記反応容器の開口部を気密に閉塞しつつ、前記反応容器の外周縁に設けられる第１部材に前記反応容器若しくは前記シールキャップの外周縁で第１シール部材及び第２シール部材を介して第２部材を当接させることで前記第１シール部材内に第１ガス流路を形成し前記第２シール部材内に第２ガス流路を形成する工程と、前記第１部材に設けられた第１ガス供給ポートから、前記第１ガス流路及び第１ガス配管を介して前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられた第１中空部に第１のガスを供給し、前記シールキャップ若しくは回転機構と回転軸との間の第１隙間を介して前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられた第２中空部に第１のガスを供給しつつ、前記第２中空部から第２ガス配管及び前記第２ガス流路を介して前記第１部材に設けられた第１ガス排気ポートから排気するとともに、前記反応容器に設けられた第２ガス供給ポートから前記反応容器内に第２ガスを供給して基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、シールキャップのシール部材を極力少なくし、シールキャップに設けたボート回転機構の回転軸周辺へ、ガスを供給することができる。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置１０の処理炉１２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。

図１に示すように、処理炉１２は加熱装置であるヒータ１４を有する。ヒータ１４は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース１６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１４の内側には反応管としてのプロセスチューブ１８が、ヒータ１４と同心円状に配設されている。プロセスチューブ１８は外部反応管としてのアウターチューブ２０と、内部反応管としてのインナーチューブ２２とから構成されている。
アウターチューブ２０は、例えば石英または炭化シリコンの耐熱性材料が使用されて、内径がインナーチューブ２２の外径よりも大きい円筒形状に形成されている。アウターチューブ２０は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
インナーチューブ２２は、例えば石英（ＳｉＯ₂ ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）の耐熱性材料が使用されて、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２２の筒中空部は処理室２４を形成している。処理室２４はウエハ１を後述するボート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可能に構成されている。
アウターチューブ２０とインナーチューブ２２とは同心円状に設けられている。アウターチューブ２０とインナーチューブ２２との隙間によって筒状空間２６が形成されている。
アウターチューブ２０の下側にはマニホールド２８がアウターチューブ２０と同心円状に配設されている。マニホールド２８の上にはアウターチューブ２０およびインナーチューブ２２が載置されている。プロセスチューブ１８とマニホールド２８とによって反応容器３０が構成されている。

マニホールド２８には上面に例えばＯリングで構成されるシール部材２８ａが設けられている。シール部材２８ａはアウターチューブ２０の開口部の下面と当接する密閉部材である。したがって、マニホールド２８はアウターチューブ２０の開口部の下面にシール部材２８ａを介して当接することで、反応管の開口部を気密に閉塞する。
マニホールド２８は非金属部材としての石英が使用されて、円形リング形の扁平ブロック形状に形成されている。マニホールド２８は透明または半透明に形成されている。

アウターチューブ２０には排気管３２が接続されており、排気管３２から処理室２４内の雰囲気を排気する。排気管３２は筒状空間２６の下端部に配置されており、筒状空間２６に連通している。
排気管３２のアウターチューブ２０との接続側と反対側である下流側には、真空ポンプ等の排気装置３４が圧力検出器としての圧力センサ３６および圧力調整装置３８を介して接続されている。排気装置３４は処理室２４内の圧力が所定の圧力（真空度）となるように排気する。
圧力センサ３６および圧力調整装置３８には圧力制御部４０が電気配線Ｂによって電気的に接続されている。圧力制御部４０は圧力調整装置３８を、圧力センサ３６により検出された圧力に基づいて、処理室２４内の圧力が所望の圧力となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。

反応容器３０には反応容器内に例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）、ＮＨ_３（アンモニア）等からなるプロセスガスを供給するガス供給ポート４２が処理室２４内に連通するように設けられている。ガス供給ポート４２にはガス供給管４４が接続されている。
ガス供給管４４にはガス供給ポート４２との接続側と反対側である上流側に、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）４６が接続されており、ＭＦＣ４６はガス供給源４８に接続されている。ガス供給源４８は処理ガスや不活性ガスを供給する。
ＭＦＣ４６にはガス流量制御部５０が電気配線Ｃによって電気的に接続されている。ガス流量制御部５０はＭＦＣ４６を、供給するガスの流量が所望の量となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。

反応容器３０の下方にはシールキャップ５２が設けられている。シールキャップ５２は処理室２４の開口部である下端開口を気密に閉塞可能な蓋体を構成している。シールキャップ５２は例えばステンレスやニッケル合金等の金属材料が使用されて円盤形状に形成されている。
シールキャップ５２の処理室２４側にはシールキャップカバー５４が設けられている。シールキャップカバー５４は、例えば石英のような非金属材料によって形成されている。シールキャップカバー５４はシールキャップ５２を被覆することにより、金属部分が処理室２４側に露出するのを防止している。
シールキャップカバー５４は反応容器３０下面に垂直方向下側から当接する。
図２に示すように、シールキャップ５２には上面に例えばＯリングで構成されるシール部材５２ａが設けられている。シール部材５２ａはシールキャップカバー５４下面と当接する密閉部材である。
シールキャップカバー５４上面にも例えばＯリングで構成されるシール部材５４ａが設けられている。シール部材５４ａは反応容器３０下面と当接する密閉部材である。

シールキャップ５２には中央部に円形孔５２ｂが開設されており、シールキャップカバー５４にも中央部に円形孔５４ｂが開設されている。シールキャップ５２の円形孔５２ｂと、シールキャップカバー５４の円形孔５４ｂとは重なり合っている。
シールキャップ５２のシールキャップカバー５４と反対側（下側）には、ボートを回転させる回転機構５８が設置されている。回転機構５８の回転軸５８ａはシールキャップ５２の円形孔５２ｂとシールキャップカバー５４の円形孔５４ｂに貫通して設けられ、ボート６６に接続されている。ボート６６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。

基板保持具としてのボート６６は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料によって形成されている。ボート６６は複数枚のウエハ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多段に保持する。
なお、ボート６６の下部には断熱部材としての断熱板６８が複数枚、水平姿勢で多段に配置されている。この断熱板６８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて円板形状に形成されている。断熱板６８はヒータ１４からの熱がシールキャップ５２側に伝わり難くさせる。

図１に示すように、ベース７０はボートエレベータ７２のアーム７４に、垂直に支持されている。
ボートエレベータ７２はプロセスチューブ１８の外部に垂直に設備されている。ボートエレベータ７２はボートを垂直方向に昇降させる昇降機構である。すなわち、ボートエレベータ７２はボート６６を処理室２４へ搬入したり、処理室２４から搬出したりする。
回転機構５８およびボートエレベータ７２には駆動制御部７６が電気配線Ａによって電気的に接続されている。駆動制御部７６は回転機構５８およびボートエレベータ７２を、所望の動作をするように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。

プロセスチューブ１８内には温度検出器としての温度センサ７８が設置されている。
ヒータ１４と温度センサ７８には温度制御部８０が電気配線Ｄによって電気的に接続されている。温度制御部８０はヒータ１４への通電具合を、温度センサ７８によって検出された温度情報に基づき、処理室２４内の温度が所望の温度分布となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。

圧力制御部４０、ガス流量制御部５０、駆動制御部７６および温度制御部８０は、操作部および入出力部をも構成し、装置１０全体を制御する主制御部８２に電気的に接続されている。
圧力制御部４０、ガス流量制御部５０、駆動制御部７６、温度制御部８０および主制御部８２はコントローラ８４を構成している。

次に本発明に係るシールキャップ５２及び回転機構５８の周辺構造を図２及び図３に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施形態において用いられるシールキャップ５２を上から見た図である。

シールキャップ５２の下方には、シリンダ形状のケース６９に収納されたスプリング６７を介してベース７０が設置されている。
シールキャップ５２の中央部には、シールキャップカバー５４側（上側）に円形孔５２ｂより径の大きな第１中空部５２ｃと、シールキャップカバー５４と反対側（下側）に円形孔５２ｂより径の大きな第２中空部５２ｄが形成されている。尚、第２中空部５２ｄは、シールキャップ５２にも設けるようにしてもよい。
回転軸５８ａの径はシールキャップカバー５４の円形孔５４ｂの口径よりも小さく、円形孔５４ｂに回転軸５８ａが挿入されると第１隙間５９が形成される。
また、回転軸５８ａの径はシールキャップ５２の円形孔５２ｂの口径よりも小さく、円形孔５２ｂに回転軸５８ａが挿入されると第２隙間６１が形成される。
したがって、第１中空部５２ｃは、シールキャップカバー５４と回転軸５８ａとの間の第１隙間５９を介して処理室２４に連通し、第２中空部５２ｄは、シールキャップ５２と回転軸５８ａとの間の第２隙間６１を介して第１中空部５２ｃに連通している。

反応容器３０の下端外周縁には、上フランジである第１部材１００ａ、１００ｂが設けられている。
シールキャップ５２の外周縁には、第１部材１００ａ、１００ｂに対向した位置に、下フランジである第２部材１０２ａ、１０２ｂが設けられている。
第１部材１００ａの上面には、例えば、Ｎ_２（窒素）、Ｈｅ（ヘリウム）、Ａｒ（アルゴン）等の不活性ガスからなる第１のガスを供給する第１ガス供給ポート１０４が接続されている。第１ガス供給ポート１０４にはガス供給管１０５が接続され、ガス供給管１０５にはガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１０７が接続されて、ＭＦＣ１０７はガス供給源１０９に接続されている。ＭＦＣ１０７にはガス流量制御部１１１が電気配線Ｅによって電気的に接続され、ガス流量制御部１１１はＭＦＣ１０７を、供給する第１のガスの流量が所望の量となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。
第１部材１００ｂの上面には、上記第１のガスを排気する第１ガス排気ポート１２０が接続されている。
第１ガス排気ポートの第１部材１００ｂの上面との接続側と反対側である下流側には、排気装置１０９ａが圧力検出器としての圧力センサ１０７ｂ及び圧力調整装置１０７ａを介して接続されている。排気装置１０９ａは、後述する第４の配管１２２等上流側に接続される部位の圧力を所定の圧力となるように排気する。
圧力センサ１０７ｂ、圧力調整装置１０７ａ及び排気装置１０９ａには圧力制御部４０が電気配線Ｂによって電気的に接続されている。圧力制御部４０は、圧力調整装置１０７ａを圧力センサ１０７ｂにより検出された圧力に基づいて、第４の配管１２２等上流側に接続される部位の圧力が所望の圧力となるように、かつ所望のタイミングをもって制御する。
第１部材１００ａには、第１ガス供給ポート１０４から第２部材１０２ａに連通する第１の配管１０６が形成され、第１部材１００ｂには、第２部材１０２ｂから第１ガス排気ポート１２０に連通する第４の配管１２２が形成されている。
第２部材１０２ａは、シリンダ形状であり、シリンダ形状のケース６９の中心には第２の配管１１０が形成される。第２部材１０２ｂも第２部材１０２ａと同形状でケース６９の中心には第５の配管１２４が形成されている。第２の配管１１０及び第５の配管１２４にはスプリング６７が螺旋状に巻き付いている。第２部材１０２ａの上面の第２の配管１１０の周りには、例えばＯリングで構成される第１シール部材１１４が敷設され、第２部材１０２ｂの上面の第５の配管１２４の周りには、例えばＯリングで構成される第２シール部材１２６が敷設されている。
すなわち、第２部材１０２ａ、１０２ｂはケース６９に収められたスプリング６７の圧縮力により、第１シール部材１１４及び第２シール部材１２６をつぶしてシールする構造であり、シールキャップ５２がマニホールド２８をシールするのと同時に、第１部材１００ａと第２部材１０２ａも第２部材１０２ａに設けられた第１シール部材１１４によりシールされ、第１部材１００ｂと第２部材１０２ｂも第２部材１０２ｂに設けられた第２シール部材１２６によりシールされ、第１シール部材１１４及び第２シール部材１２６を介して第２部材１０２ａ及び１０２ｂが第１部材１００ａ及び１００ｂにそれぞれ当接することで、第１ガス供給ポート１０４は気密に第１のガスを供給し、第１ガス排気ポート１２０は気密にガスを排気する。
第１シール部材１１４及び第２シール部材１２６は第１部材１００ａ、１００ｂへの固着、貼り付きなどにより、容易に外れないように、フランジの溝をアリ溝にする。また、第１部材１００ａと第２部材１０２ａ、第１部材１００ｂと第２部材１０２ｂとの取付け、初期段階での接触、例えばファーストタッチの際の、金属同士の接触による金属粉の発生、金属汚染を抑制するため、第２部材１０２ａ、１０２ｂの外周部にフッ素樹脂等のクッションとなるリング１１６を設ける。そのリング１１６も容易に外れないように、テーパにして第２部材１０２ａ、１０２ｂにはめ込む構造とする。好ましくは、第２部材１０２ａ、１０２ｂの接合部を第２の配管１１０、第５の配管１２４の径よりも若干大きく座繰り、第１部材１００ａと第２部材１０２ａ及び第１部材１００ｂと第２部材１０２ｂの芯ずれを吸収できるようにするとよい。

第２の配管１１０は第３の配管１１８に接続され、第３の配管１１８は第２中空部５２ｄに接続され、第２の配管１１０と第３の配管１１８から第１のガス配管１１７が構成される。
第５の配管１２４は、第６の配管１２８に接続され、第６の配管１２８は第１の中空部５２ｃに接続され、第５の配管１２４と第６の配管１２８から第２のガス配管１２７が構成される。

好ましくは、第２部材１０２ａ、１０２ｂは垂直方向に動作するため、第３の配管１１８及び第６の配管１２８に図２で示すように運動を吸収するためのフレキシブルチューブ１１８ａ、１２８ａなどを設けるとよい。

図４は、シールキャップ５２がマニホールド２８から離れた状態（ウエハ充填（搬送）時）から、マニホールド２８と当接し、反応容器内を真空シールするまでの動作を示す。
図４（ａ）は、シールキャップ５２がマニホールド２８から離れた状態であり、ウエハ１充填後、ウエハを処理室へ搬送する途中の状態である。
第２部材１０２ａ、１０２ｂのスプリング６７もベース７０のスプリング６７も共に伸びた状態である。

次に、図４（ｂ）で示すように、ボートエレベータ７２の駆動により、シールキャップ５２が上昇する。
第２部材１０２ａの第１シール部材１１４と第２部材１０２ｂの第２シール部材１２６が、それぞれ第１部材１００ａ、１００ｂに接触する。

次に、図４（ｃ）で示すように、さらにボートエレベータ７２により上昇して、第２部材１０２ａのスプリング６７と第２部材１０２ｂのスプリング６７が圧縮し、第１シール部材１１４と第２シール部材１２６を下方からつぶす力がかかる。

次に、図４（ｄ）で示すように、さらにボートエレベータ７２により上昇して、ベース７０のスプリング６７がシールキャップ５２に接触して圧縮し、シールキャップ５２を下方から押す力がかかり、反応容器内が真空になっても耐えられる密閉度をもってシールされる。

第１のガス流路１１９は、ボートエレベータ７２の駆動により、シールキャップ５２が上昇して第１のシール部材１１４を介して第２部材１０２ａと第１部材１００ａが当接することで形成される。
また、第２のガス流路１２９は、ボートエレベータ７２の駆動により、シールキャップ５２が上昇して第２シール部材１２６を介して第２部材１０２ｂと第１部材１００ｂが当接することで形成される。
即ち、第１ガス供給ポート１０４から供給された第１のガスは、マニホールド２８とシールキャップ５２が当接した状態で、第１の配管１０６、第１のガス流路１１９、第２の配管１１０、第３の配管１１８を経由し、磁気シールユニットである回転機構５８上部の第２中空部５２ｄに第１のガスを供給し、回転軸５８ａ周辺に供給された第１のガスは、第２隙間６１を流通して、第１中空部５２ｃから第６の配管１２８、第５の配管１２４、第２のガス流路１２９、第４の配管１２２を経由して第１ガス排気ポート１２０から排気される。

通常、回転軸周辺に供給されたパージガスは反応室２４へ流れ込む。しかし、磁気シールユニットの磁性流体を含め回転軸周辺の構成部材は金属汚染などの要因となる。そこで、本発明の実施形態において、回転軸周辺のパージガスを反応室２４を通過しないラインで排気できるような構造にする。好ましくは、回転軸５８ａとシールキャップカバー５４との間の第１隙間５９より第２隙間６１の断面積を大きくする。これにより、パージガスが排気路入り口である第１中空部５２ｃに流れやすくなり、反応室２４内にパージガスが流れにくくなる。

次に、以上の構成に係る基板処理装置１０を用いる本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ８４により制御される。

複数枚のウエハ１がボート６６に装填（ウエハチャージ）されると、図１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６６は、ボートエレベータ７２によって持ち上げられて処理室２４に搬入（ボートローディング）される。
この状態で、第１部材１００ａは第１シール部材１１４を介して第２部材１０２ａと当接し、第１部材１００ｂは第２シール部材１２６を介して第２部材１０２ｂと当接する。
さらに、シールキャップ５２はベース７０に設けられたスプリング６７により圧縮力を受け、シール部材５２ａ、シールキャップカバー５４およびシール部材５４ａを介してマニホールド２８の下面をシールした状態となる。

処理室２４内が所望の圧力（真空度）となるように排気装置３４によって排気される。この際、処理室２４内の圧力は圧力センサ３６で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節装置３８がフィードバック制御される。
また、処理室２４内が所望の温度となるようにヒータ１４によって加熱される。この際、処理室２４内が所望の温度分布となるように、温度センサ７８が検出した温度情報に基づきヒータ１４への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構５８によってボート６６が回転されることにより、ウエハ１が回転される。

ガス供給源４８から供給されＭＦＣ４６によって所望の流量となるように制御されたプロセスガスである例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）、ＮＨ_３（アンモニア）等の第２のガスは、ガス供給管４４を流通して第２のガス供給ポート４２から処理室２４内に導入される。
導入されたガスは処理室２４内を上昇し、インナーチューブ２２の上端開口から筒状空間２６に流出して排気管３２から排気される。
ガスは処理室２４内を通過する際にウエハ１の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ１の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。

なお、このとき、パージガスである例えばＮ_２（窒素）、Ｈｅ（ヘリウム）、Ａｒ（アルゴン）等の第１のガスを回転軸５８ａの周囲に流通させて回転軸５８ａとシールキャップ５２との間の隙間に形成された第２中空部５２ｄから処理室２４内に供給しているので、磁気シールユニット側である回転機構５８へのプロセスガスである第２のガスの流れ込みを抑制する。また、第２中空部５２ｄより処理室２４側にある第１中空部５２ｃから排気しているので、磁気シールユニットやその周辺部を通過した第１のガスが処理室２４への流入を抑制することができ、プロセス中の金属汚染、有機物汚染を低減できる。

予め設定された処理時間が経過すると、ガス供給源４８から不活性ガスが供給されて、処理室２４内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２４内の圧力が常圧に復帰される。

その後、ボートエレベータ７２によってシールキャップ５２が下降されて、処理室２４の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ１がボート６６に保持された状態で、処理室２４の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
その後、処理済ウエハ１はボート６６から取出される（ウエハディスチャージ）。

尚、第１のガスはパージガスを用いるに限らず、基板に成膜する際に用いるプロセスガスのうちの単独で成膜することができないプロセスガスを用いるようにしても良い。

以上のように本実施形態によれば、以下の少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）反応容器内ではなく反応容器の外周縁にガス供給ポートを設け、シールキャップ内ではなくシールキャップの外周縁にシール部材を介して連通させるガス配管を設け、該ガス配管と回転軸の外周にある中空部に連通させたので、反応容器の形状を複雑にすることなく、中空部に第１のガスであるパージガス若しくは単独で成膜することができないプロセスガスを供給することができ、第２のガスである単独で成膜可能なプロセスガスや腐食性の高いプロセスガスや反応生成物を生成させる混合されたプロセスガスの回転機構への回りこみを抑制し、回転機構への反応生成物の付着や回転機構の劣化を抑制することができる。
（２）反応容器の外周縁にガス供給ポートを設け、シールキャップの外周縁にシール部材を介して連通させる第１ガス配管を設け、該第１ガス配管と回転軸の外周にある前記第２中空部に連通させ、反応容器の外周縁にガス排気ポートを設け、シールキャップの外周縁にシール部材を介して連通させる第２ガス配管を設け、該第２ガス配管と回転軸の外周にある前記第２中空部より処理室側にある第１中空部に連通させたので、第２中空部に第１のガスであるパージガス若しくは単独で成膜することができないプロセスガスを供給し、かつ第１中空部から第１のガスを排気することができるため、第１のガスの反応容器内への混入を抑制することができる。反応容器内に第１のガスが混入すると、反応容器内のガス比率が異なりがちになり、基板面内均一性や基板面間均一性が悪化したり、回転機構等に触れた金属汚染物質や有機汚染物質を伴ったガスが反応容器内に混入することで基板が汚染されたりしてしまうことがあるが、このような恐れを抑制することができる。
（３）反応容器の外周縁の第１部材にガス供給ポートを設けて、シールキャップの外周縁に設けたスプリングを有する第２部材にガス供給管を設けて、第１部材と第２部材との間にシール部材を介在させて、シールキャップが反応容器の閉塞時に第１部材と第２部材とシール部材との間にガス流路が形成されるようにしたので、ガス供給管と第２部材はシールキャップと一緒に移動が可能となるため、フッ素樹脂などの柔軟な配管を用いずとも、反応容器内を気密に閉塞しつつ、回転機構周辺にガスを供給することができる。
（４）第２部材１０２ａ、１０２ｂに設けられたスプリング６７によりシール力を増すことができるため、シールキャップ５２のシール部材を１重にできる。これにより、反応容器内の雰囲気に触れるシール部材を減らすことができる。特にマニホールドを石英等の非金属部材とする場合、熱容量が大きくなったり、熱透過率が高くなったりするため、シール部材が加熱されやすく、シール部材からのアウトガスやシール部材そのものが熱劣化したり、第２のガスと反応して腐食や劣化が生じがちであるが、１重にすることが可能であるため、このような恐れを低減することができる。そのため、高温での基板処理にも対応することができる。
（５）第１のガスの中空部へのガス供給路を反応容器やシールキャップに接触・混入させることなく設けているので、第１のガスが高温部を通過せずに中空部へ供給することができ、回転機構にある磁気シール等の耐熱性に劣る部位の熱劣化を抑制することができる。特にガス配管を低温領域であるシールキャップ下方に配設したため、第１のガスの高温化を抑制することができる。

なお、本発明の実施形態においては、第１部材１００ａに第１ガス供給ポート１０４を形成し、同体の第１部材１００ｂに第１ガス排気ポート１２０を形成し、それぞれに、第２部材１０２ａ、１０２ｂを当接させたが、これに限らず、第１部材１００に第１ガス供給ポート１０４を形成し、別体の第３部材１２３に第１ガス排気ポート１２０を形成し、これらのそれぞれに第２部材１０２ａ、１０２ｂを当接させてもよい。

また、第２部材１０２ａ、１０２ｂをシールキャップ５２の周縁より大きい径で一体的に形成し、さらに、反応容器３０の下端周縁より大きい径で一体的に形成し、この間にシールキャップ５２や反応容器３０の下端周縁より大きい径のシール部材を２重に挟み込んでもよい。

図５は、本発明の第２の実施形態である基板処理装置の主要部を示す。
本発明の第２の実施形態においては、第１の実施形態と比較すると、第１のガス排気ポート１２０、第４の配管１２２、第５の配管１２４、第６の配管１２８及び第２のガス流路１２９を設けていない点で相違する。
第１ガス供給ポート１０４から供給された第１のガスは、マニホールド２８とシールキャップ５２が当接した状態で、第１の配管１０６、第１のガス流路１１９、第２の配管１１０、第３の配管１１８を経由し、磁気シールユニットである回転機構５８上部の第２中空部５２ｄに第１のガスを供給する。そして、第２中空部５２ｄまで供給された第１のガスは、第２隙間６１及び第１隙間５９を介して処理室２４内に流れる。

以上のように本実施形態によれば、以下の少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）反応容器内ではなく反応容器の外周縁にガス供給ポートを設け、シールキャップ内ではなくシールキャップの外周縁にシール部材を介して連通させるガス配管を設け、該ガス配管と回転軸の外周にある中空部に連通させたので、反応容器の形状を複雑にすることなく、中空部に第１のガスであるパージガス若しくは単独で成膜することができないプロセスガスを供給することができ、第２のガスである単独で成膜可能なプロセスガスや腐食性の高いプロセスガスや反応生成物を生成される混合されたプロセスガスの回転機構への回りこみを抑制し、回転機構への反応生成物の付着や回転機構の劣化を抑制することができる。
（２）反応容器の外周縁の第１部材にガス供給ポートを設けて、シールキャップの外周縁に設けたスプリングを有する第２部材にガス供給管を設けて、第１部材と第２部材との間にシール部材を介在させて、シールキャップが反応容器の閉塞時に第１部材と第２部材とシール部材との間にガス流路が形成されるようにしたので、ガス供給管と第２部材はシールキャップと一緒に移動が可能となるため、フッ素樹脂などの柔軟な配管を用いずとも、反応容器内を気密に閉塞しつつ、回転機構周辺にガスを供給することができる。
（３）第２部材１０２ａ、１０２ｂに設けられたスプリング６７によりシール力を増すことができるため、シールキャップ５２のシール部材を１重にできる。これにより、反応容器内の雰囲気に触れるシール部材を減らすことができる。特にマニホールドを石英等の非金属部材とする場合、熱容量が大きくなったり、熱透過率が高くなったりするため、シール部材が加熱されやすく、シール部材からのアウトガスやシール部材そのものが熱劣化したり、第２のガスと反応して腐食や劣化が生じがちであるが、１重にすることが可能であるため、このような恐れを低減することができる。そのため、高温での基板処理にも対応することができる。
（４）第１のガスの中空部へのガス供給路を反応容器やシールキャップに接触・混入させることなく設けているので、第１のガスが高温部を通過せずに中空部へ供給することができ、回転機構にある磁気シール等の耐熱性に劣る部位の熱劣化を抑制することができる。特にガス配管を低温領域であるシールキャップ下方に配設したため、第１のガスの高温化を抑制することができる。

第１中空部５２ｃ、第２隙間６１、第２中空部５２ｄは、シールキャップに設けるように説明したが、回転機構５８に設けるようにしても良い。
また、第２中空部５２ｄはシールキャップカバー５４若しくはシールキャップ５２に設けるように説明したが、回転機構５８に設けるようにしても良い。
本実施の形態では、シールキャップカバー５４とシールキャップ５２とは別体として説明したが広義には、シールキャップカバー５４もシールキャップ５２の一部として、シールキャップカバーとシールキャップとをまとめてシールキャップとしても良い。この場合、上述の実施形態１及び実施形態２に比べ、当該部分のサイズが大きくなってしまう点で劣るものの上述の実施形態１及び実施形態２と同様の効果を奏する。

本発明によれば、フッ素樹脂などの柔軟な配管を用いず、かつ、シールキャップのＯリングを極力少なくし、シールキャップに設けたボート回転機構の回転軸周辺へ、ガスを供給する基板処理装置及び半導体の製造方法を提供することができる。

本発明の一態様によれば、基板を処理する反応容器と、前記反応容器の下端外周縁に設けられる第１部材と、前記第１部材に設けられ、第１のガスを供給する第１ガス供給ポートと、前記反応容器の開口部を気密に閉塞するシールキャップと、前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１部材に第１シール部材と第２シール部材を介して当接する第２部材と、前記第１部材に設けられる第１ガス排気ポートと、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス供給ポートと連通する第１ガス流路と、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第２シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス排気ポートと連通する第２ガス流路と、前記シールキャップの貫通孔を貫通して設けられ、前記基板を支持して回転させる回転軸と、前記シールキャップの前記反応容器とは反対側に設けられ、前記回転軸を回転させる回転機構と、前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記貫通孔と回転軸との隙間を介して前記反応容器内に連通する第１中空部と、前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記貫通孔と回転軸との隙間を介して前記第１中空部に連通する第２中空部と、前記第２中空部と前記第１ガス流路とを連通させるガス配管と、前記第１中空部と前記第２ガス流路とを連通させるガス配管と、前記反応容器に設けられ前記反応容器内に第２ガスを供給する第２ガス供給ポートとを有する基板処理装置が提供される。

好ましくは、前記反応容器は、反応管と該反応管に連設されるマニホールドとで少なくとも画成されている。

好ましくは、前記マニホールドの前記反応管の内壁より内側に突き出された部位にインナーチューブが設けられている。

好ましくは、前記マニホールドは該反応管を加熱する加熱装置より外部に設けられ、非金属材であって、前記反応管の軸心に対し直交する方向の第一の厚さが前記反応管に隣接する位置の前記反応管の軸心と平行方向の第二の厚さより厚く形成され、少なくとも一部が前記反応管の内壁より内側に突き出される筒体であって、前記反応管の軸心に対し直交する方向の外壁から内壁にかけて配設されるガス供給部を有する。

本発明の実施形態で用いられる基板処理装置の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の下端部近傍を示し、マニホールドとシールキャップが当接した状態を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置で使用するシールキャップを上から見た図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の下端部近傍の動作を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る基盤処理装置の下端部近傍を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ウエハ
１０ 基板処理装置
１２ 処理炉
２０ アウターチューブ
２２ インナーチューブ
２４ 処理室
２８ マニホールド
３０ 反応容器
５２ シールキャップ
５２ｃ 第１中空部
５２ｄ 第２中空部
５８ 回転機構
５８ａ 回転軸
１００ａ、１００ｂ 第１部材
１０２ａ、１０２ｂ 第２部材
１０４ 第１ガス供給ポート
１１４ 第１シール部材
１２０ 第１ガス排気ポート
１２６ 第２シール部材

Claims (3)

1. 基板を処理する反応容器と、
   前記反応容器の外周縁に設けられる第１部材と、
   前記第１部材に設けられ、第１のガスを供給する第１ガス供給ポートと、
   前記反応容器の開口部を気密に閉塞するシールキャップと、
   前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１部材に第１シール部材と第２シール部材を介して当接する第２部材と、
   前記第１部材に設けられる第１ガス排気ポートと、
   前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス供給ポートと連通する第１ガス流路と、
   前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第２シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス排気ポートと連通する第２ガス流路と、
   前記シールキャップを貫通して設けられ、前記基板を支持して回転させる回転軸と、
   前記シールキャップの前記反応容器とは反対側に設けられ、前記回転軸を回転させる回転機構と、
   前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と、前記回転軸との間の第１隙間を介して前記反応容器内に連通する第１中空部と、
   前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と、前記回転軸との間の第２隙間を介して前記第１中空部に連通する第２中空部と、
   前記第２中空部と前記第１ガス流路とを連通させる第１ガス配管と、
   前記第１中空部と前記第２ガス流路とを連通させる第２ガス配管と、
   前記反応容器に設けられ前記反応容器内に第２ガスを供給する第２ガス供給ポートとを有する基板処理装置。
2. 基板を処理する反応容器と、
   前記反応容器の外周縁に設けられる第１部材と、
   前記第１部材に設けられ、第１のガスを供給する第１ガス供給ポートと、
   前記反応容器の開口部を気密に閉塞するシールキャップと、
   前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１部材に第１シール部材を介して当接する第２部材と、
   前記反応容器の外周縁に設けられる第３部材と、
   前記第３部材に設けられる第１ガス排気ポートと、
   前記シールキャップの外周縁に設けられ、前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第３部材に第２シール部材を介して当接する第４部材と、
   前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第１シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス供給ポートと連通する第１ガス流路と、
   前記シールキャップが前記開口部を気密に閉塞する際に前記第２シール部材内の領域に形成され、前記第１ガス排気ポートと連通する第２ガス流路と、
   前記シールキャップを貫通して設けられ、前記基板を支持して回転させる回転軸と、
   前記シールキャップの前記反応容器とは反対側に設けられ、前記回転軸を回転させる回転機構と、
   前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と回転軸との間の第１隙間を介して前記反応容器内に連通する第１中空部と、
   前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられ、前記シールキャップ若しくは前記回転機構と回転軸との間の第２隙間を介して前記第１中空部に連通する第２中空部と、
   前記第２中空部と前記第１ガス流路とを連通させる第１ガス配管と、
   前記第１中空部と前記第２ガス流路とを連通させる第２ガス配管と、
   前記反応容器に設けられ前記反応容器内に第２ガスを供給する第２ガス供給ポートとを有する基板処理装置。
3. 基板を反応容器内に搬入する工程と、
   シールキャップで前記反応容器の開口部を気密に閉塞しつつ、前記反応容器の外周縁に設けられる第１部材に前記反応容器若しくは前記シールキャップの外周縁で第１シール部材及び第２シール部材を介して第２部材を当接させることで前記第１シール部材内に第１ガス流路を形成し前記第２シール部材内に第２ガス流路を形成する工程と、
   前記第１部材に設けられた第１ガス供給ポートから、前記第１ガス流路及び第１ガス配管を介して前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられた第１中空部に第１のガスを供給し、前記シールキャップ若しくは回転機構と回転軸との間の第１隙間を介して前記シールキャップ若しくは前記回転機構に設けられた第２中空部に第１のガスを供給しつつ、前記第２中空部から第２ガス配管及び前記第２ガス流路を介して前記第１部材に設けられた第１ガス排気ポートから排気するとともに、前記反応容器に設けられた第２ガス供給ポートから前記反応容器内に第２ガスを供給して基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法。

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