JP2010056403A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気密シールに用いられるＯリングを熱から有効に保護できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】その内側で基板２００が処理される反応管２０５と、少なくとも基板２００が処理される箇所を加熱する加熱手段２０６と、反応管２０５を取り付けるインレットフランジ２０９と、反応管２０５とインレットフランジ２０９を気密にシールするＯリング２２０ａと、反応管２０５およびインレットフランジ２０９の少なくとも一方に気体を吹き付け、反応管２０５およびインレットフランジ２０９の少なくとも一方を介してＯリング２２０ａを冷却する気体吹き付け手段２１５、２２６を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、半導体ウエハに膜を形成するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に関する。

被処理基板を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で熱処理を施す基板処理装置、例えば、半導体集積回路装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハの酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニールおよび熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される半導体製造装置では、気密シールに有機化合物からなるＯリングが使用されている。
特開２００２−３３４８６８号公報

このような装置では、水冷によりＯリングを冷却しているが（特許文献１参照）、Ｏリングの温度が耐熱温度を超えてシール性能を保てなくなる場合があった。

従って、本発明の主な目的は、気密シールに用いられるＯリングを熱から有効に保護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、
その内側で基板が処理される反応管と、
少なくとも前記基板が処理される箇所を加熱する加熱手段と、
前記反応管を取り付けるインレットフランジと、
前記反応管と前記インレットフランジを気密にシールするＯリングと、
前記反応管および前記インレットフランジの少なくとも一方に気体を吹き付け、前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方を介して前記Ｏリングを冷却する気体吹き付け手段と、
を備える基板処理装置が提供される。

本発明によれば、この気体吹き付け手段によって、気密シールに用いられるＯリングを熱から有効に保護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の形態を図面を参照して説明する。

本発明の好ましい実施の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板にＣＶＤ処理を行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図１は、本発明の好ましい実施の形態に適用される処理装置の斜透視図として示されている。また、図２は図１に示す処理装置の縦断面図である。

図１および２に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている本発明の処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４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、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。

カセットステージ１１４上には、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにカセット１１０が載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。

また、カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００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。

図２に示されているように、筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。

処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられ、ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。

ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

図１に示されているように、カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン（図示せず）及び防塵フィルタ（図示せず）で構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエアを前記筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。

また、図１に模式的に示されているように、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアン（図示せず）および防塵フィルタ（図示せず）で構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されており、クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

図３は本発明の好ましい実施の形態のＣＶＤ装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。

図３に示されているように、処理炉２０２は加熱機構としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１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２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、石英（ＳｉＯ_２ ）からなり、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２０４の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００をボート２１７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２０５は、石英からなり、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。

アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にインレットフランジ２０９が配設されている。インレットフランジ２０９は、石英からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インレットフランジ２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５はインレットフランジ２０９上に垂直に据え付けられている。インレットフランジ２０９とアウターチューブ２０５との間には気密シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。Ｏリング２２０ａはエラストマー製である。インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５とインレットフランジ２０９とにより反応容器が形成される。

インレットフランジ２０９にはガス導入部としてのノズル２３０が処理室２０１内に連通するように接続されており、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量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。

アウターチューブ２０５の下部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のインレットフランジ２０９との接続側と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２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力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。

インレットフランジ２０９の下方には、インレットフランジ２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９はインレットフランジ２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、シールキャップ２１９ａとシールキャップ２１９ｂとから構成されている。シールキャップ２１９ｂ上にシールキャップ２１９ａが搭載されている。シールキャップ２１９ａは石英製であり、シールキャップ２９１ｂはＳＵＳまたはＮｉ合金製である。シールキャップ２１９ｂとシールキャップ２１９ａとの間には、気密シール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられ、シールキャップ２１９ａとインレットフランジ２０９との間には、気密シール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、ボート受け２１４に接続されている。ボート受け２１４上にはボート台座２１３が搭載され、ボート台座２１３上にはボート２１７が搭載されている。ボート受け２１４はＳＵＳまたはＮｉ合金製であり、ボート台座２１３は石英またはセラミックス製である。回転機構２５４によって回転軸２５５を回転することによって、ボート受け２１４、ボート台座２１３およびボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。

シールキャップ２１９は、回転機構２５４、ボート受け２１４およびボート台座２１３と共にプロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート台座２１３上に搭載されたボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。ボートエレベータ１１５によってシールキャップ２１９を上昇させて、シールキャップ２１９の内のシールキャップ２１９ａをＯリング２２０ｂを介してインレットフランジ２０９に圧接させることにより、シールキャップ２１９ａとンレットフランジ２０９との間を気密にシールした状態とする。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されており、所望の動作をす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。

基板保持具としてのボート２１７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２００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ように構成されている。なおボート２１７の下部には、不透明石英からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がインレットフランジ２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。

プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３はインレットフランジ２０９を貫通して処理室２０１内に導入され、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との間によって形成される筒状空間２５０をインナーチューブ２０４のボート２１７を越えてインナーチューブ２０４の上端の高さ近傍まで延在している。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整することにより処理室２０１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。

ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。

次に、図３の部分拡大縦断面図である図４を参照して、インレットフランジ２０９とアウターチューブ２０５の取付構造およびＯリングの２２０ａの冷却機構について説明する。

インレットフランジ２０９の外側の下端部２７３には、インレット受け２１１が取り付けられている。インレット受け２１１はリング状をしており、インレットフランジ２０９の全周囲に取り付けられている。インレット受け２１１はＳＵＳ製である。

アウターチューブ２０５の下部のフランジ２０７には、アウター受け２１０が取り付けられている。アウター受け２１０はリング状をしており、フランジ２０７の全周囲に取り付けられている。アウター受け２１０はＳＵＳ製である。アウター受け２１０は、ヒータベース２５１に取り付けられ、支持されている。

インレット受け２１１とアウター受け２１０はブロック２１２によって固定されている。ブロック２１２はＳＵＳ製である。ブロック２１２は、フランジ２０７およびインレットフランジ２０９の周囲に等間隔もしくは不等間隔に４〜６カ所設けられている。ブロック２１２は、ねじによって取り外し可能な構造となっている。

アウター受け２１０の下部の内部には、ガス流路２２６が全周にわたって設けられている。アウター受け２１０の上部には、パイプ２１５が全周にわたって設けられている。アウター受け２１０の上部の内部には、水路２２７が設けられている。水路２２７に冷却水を流して、Ｏリング２２０ａを水冷する。なお、Ｏリング２２０ａは、インレットフランジ２０９の上面に設けられたＯリング溝２７４内に設けられている。

図５は、ウエハ２００を搭載したボート２１７を処理炉２０２から搬出した状態での処理炉部分を縦方向に切断した部分拡大縦断面図である。
ボートエレベータ１１５によって、シールキャップ２１９、回転機構２５４、ボート受け２１４およびボート台座２１３と共にボート２１７を処理炉２０２から搬出（図３参照）した後は、炉口シャッタ１４７によって、インレット受け２１１の下部開口を塞ぐことによって、処理炉２０２の下端部を閉塞する。炉口シャッタ１４７はＳＵＳ製である。

図６は、アウター受け２１０の上部に設けられたパイプ２１５を説明するための部分拡大概略斜視図であり、図７は、図６のＡＡ線縦断面図である。図６、図７では、説明の便宜のために、アウター受け２１０の内部に設けられるガス流路２２６は図示していない。

アウター受け２１０の上部に設けられたパイプ２１５には、複数の吹き出し穴２１８が全周にわたって設けられている。パイプ２１５には、１本のガス導入管２２５が接続されている。エアーまたはＮ_２のクーリングガスをガス導入管２２５からパイプ２１５に導入し、複数の吹き出し穴２１８からクーリングガス２２２を全周にわたってアウターチューブ２０５の下部にシャワー状に吹き付けてアウターチューブ２０５を冷却することによって、アウターチューブ２０５を介してＯリング２２０ａを冷却する。

図８は、アウター受け２１０の下部の内部に設けられたガス流路２２６を説明するための部分拡大概略斜視図であり、図９は、図８のＢＢ線縦断面図である。図８、図９では、説明の便宜のために、アウター受け２１０の上部に設けられるパイプ２１５は図示していない。

アウター受け２１０の下部内部に設けられたガス流路２２６には、複数の吹き出し穴２２１が全周にわたって設けられている。ガス流路２２６には、１つのガス導入継手２２４が接続されている。エアーまたはＮ_２のクーリングガスをガス導入継手２２４からガス流路２２６に導入し、複数の吹き出し穴２２１からクーリングガス２２３を全周にわたってインレットフランジ２０９の側部にシャワー状に吹き付けてインレットフランジ２０９を冷却することによって、インレットフランジ２０９を介してＯリング２２０ａを冷却する。

図１０は、アウター受け２１０にガス流路２２６に連通して設けた吹き出し穴２２１からのクーリングガス２２３の吹き出し量を調整する構造を説明するための部分拡大概略縦断面図である。

吹き出し穴２２１と対応して、ガス流路２２６に対して吹き出し穴２２１とは反対側にアウター受け２１０の外側まで貫通する調整用穴２２９が設けられている。調整用穴２２９にはねじが切られている。ボルト２２８が調整用穴２２に取り付けられており、ドライバー２７１によってボルト２２８のねじ込み量を調整することによって、吹き出し穴２２１のコンダクタンスを調整して、吹き出し穴２２１から吹き出されるクーリングガス２２３の吹き出し量を吹き出し穴２２１毎に調整する。ボルトのねじ込み量により吹き出し量を吹き出し穴２２１毎に調整するのは、ガス導入継手２２４の近くの吹き出し穴２２１では吹き出し量が多くなり、ガス導入継手２２４から遠くの吹き出し口２２１では流量が少なくなるため、これを調整するためである。

次に、アウター受け２１０の上部のパイプ２１５に設けた吹き出し穴２１８から吹き出すクーリングガス２２２およびアウター受け２１０の下部内部に設けたガス流路２２６に連通して設けた吹き出し穴２２１から吹き出すクーリングガス２２３による冷却効果を説明する

図１１は、ウエハ２００を処理炉２０２から搬出した状態における、石英製のインレットフランジ２０９を使用した場合の問題点を説明するための部分拡大縦断面図である。図１２は、ウエハ２００を処理炉２０２から搬出した状態で、パイプ２１５に設けた吹き出し穴２１８からクーリングガス２２２を吹き出している状態を説明するための部分拡大縦断面図である。図１３は、ウエハ２００を処理炉２０２から搬出した状態で、アウター受け２１０の下部内部に設けたガス流路２２６に連通して設けた吹き出し穴２２１からクーリングガス２２３を吹き出している状態を説明するための部分拡大縦断面図である。図１４は、ウエハ２００を処理炉２０２から搬出した状態で、パイプ２１５に設けた吹き出し穴２１８からのクーリングガス２２２の吹き出しによる冷却効果を説明するための部分拡大概略縦断面図である。図１５は、ウエハ２００を処理炉２０２から搬出した状態で、アウター受け２１０の下部内部に設けたガス流路２２６に連通して設けた吹き出し穴２２１からのクーリングガス２２３の吹き出しによる冷却効果を説明するための部分拡大概略縦断面図である。

本発明の好ましい実施の形態では、半導体ウエハ２００への金属汚染を防止するために処理室２０１内で使用する金属を最小限にするという観点から、インレットフランジ２０９は石英製としている。図３、図４に示すように、ウエハ２００に対する処理を行うプロセス時は複数枚のウエハ２００と複数枚の不透明石英製の断熱板２１６がボート２１７に搭載されてインナーチューブ２０４内部に設置されているため、アウターチーブ２０５のシール用Ｏリング２２０ａにヒータ２０６からの放射熱が直接あたらない。その結果、エラストマー製のＯリング２２０ａの温度は、その耐熱温度以下である。なお、上述したように、Ｏリング２２０ａは、アウター受け２１０の上部内部に設けられた水路２２７に冷却水を流して水冷されている。

しかし、図５に示すように、ボートエレベータ１１５によって、シールキャップ２１９、回転機構２５４、ボート受け２１４およびボート台座２１３と共にボート２１７を処理炉２０２から搬出した後、ボート２１７を処理炉２０２に搬入前のスタンバイ時には、インナーチューブ２０４の内部にウエハ２００と断熱板２１６が設置されないため、ヒータ２０５からの放射熱が直接アウターチューブシール用のＯリング２２０ａに照射され、Ｏリング２２０ａは加熱される。

この直接照射に加えて、ヒータ２０５からの熱が石英製のアウターチューブ２０５、石英製のインナーチューブ２０４、石英製のインレットフランジ２０９を介して熱伝導によってＯリング２２０ａに伝わり、さらに、石英製のアウターチューブ２０５、石英製のインナーチューブ２０４、石英製のインレットフランジ２０９内をファイバ効果によりヒータ２０５からの輻射光が伝わるので、Ｏリング２２０ａが高温になる。なお、スタンバイ時のヒータ２０５の温度は、プロセス時と同じもしくはプロセス時の温度より低い温度である。

また、Ｏリング２２０ａは石英製のインレットフランジ２０９の上面に設けられたＯリング溝２７４内に設置されているのに加えて、Ｏリング２２０ａは石英製のアウターチューブ２０５のフランジ２０７で覆われている。石英は熱が逃げにくいため、アウター受け２１０の上部内部に設けられた水路２２７に冷却水を流して水冷されているにもかかわらず、エラストマー製のＯリング２２０ａの温度が耐熱温度以上となり、熱による溶解が発生する等によりシール性能を保てなくなってしまうという問題が発生する。

そこで、本発明の好ましい実施の形態では、スタンバイ時でもＯリング２２０ａの温度が耐熱温度以上にならないように、図１２に示すように、エアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２２を、アウター受け２１０上に設けたパイプ２１５の全周にわたって設けられた複数の吹き出し穴２１８からシャワー状にアウターチューブ２０５の下部に吹き付けてアウターチューブ２０５を冷却することによって、アウターチューブ２０５を介してＯリング２２０ａを冷却する。または、図１３に示すように、エアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２２を、アウター受け２１０の下部内部に設けられたガス流路２２６の全周にわたって設けられた複数の吹き出し穴２２１からクーリングガス２２３を全周にわたってインレットフランジ２０９の側部にシャワー状に吹き付けてインレットフランジ２０９を冷却することによって、インレットフランジ２０９を介してＯリング２２０ａを冷却する。または、パイプ２１５に設けられた複数の吹き出し穴２１８およびガス流路２２６に設けられた複数の吹き出し穴２２１の両方からクーリングガス２２２、２２３をそれぞれ吹き付けてＯリング２２０ａを冷却する。

エアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２２を、パイプ２１５に設けられた複数の吹き出し穴２１８から吹き付けることにより、図１４に示すように、Ｏリング２２０ａの温度を５５℃低下させることができる。エアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２３を、ガス流路２２６に設けられた複数の吹き出し穴２２１から吹き付けることにより、図１５に示すように、Ｏリング２２０ａの温度を６６℃低下させることができる。この結果は、ヒータ２０６により処理炉２０２内の温度を７００℃に保って、処理炉２０２内が７００℃の熱源２７２となるようにし、また、水路２２７に冷却水を流して水冷した場合に得られたものである。

プロセスレシピにあわせて、温度を低下させたいタイミングでエアーもしくはＮ_２を流したり、温度を上昇させたいタイミングで止めたりして制御すれば、最適温度を維持できる。ウエハ２００およびボート２１７が処理炉２０２内に挿入されたプロセス時には、ウエハ２００と断熱板２１６によりヒータ２０５からの放射熱が遮られるので、水冷だけで十分であり、エアーもしくはＮ_２のクーリングガスを吹き付けなくてもＯリング２２０ａのシール性能を保つことができる。逆に、水冷に加えてエアーもしくはＮ_２のクーリングガスを吹き付けると、冷えすぎて、処理室２０１内に成膜用のガスを流した場合に、パーティクルの発生原因となる場合がある。他方、ウエハ２００およびボート２１７が処理炉２０２内にないスタンバイ時には、ヒータ２０５からの放射熱を遮るものがないので、水冷だけでは不十分であり、Ｏリング２２０ａのシール性能を保つためには、エアーもしくはＮ_２のクーリングガスを吹き付けることが必要となる。このように、プロセス時からスタンバイ時に移行する際には、エアーもしくはＮ_２のクーリングガスを流して温度を低下させ、スタンバイ時からプロセス時に移行する際には、エアーもしくはＮ_２のクーリンガスを止めて、温度を上昇させる。

温度管理したい箇所に熱電対（ＴＣ）を設置して、ＴＣの値によりエアーもしくはＮ_２吹き付けのＯｎ／Ｏｆｆ制御、もしくは、エアーもしくはＮ_２の流量の制御を行えばさらに最適な温度管理ができる。

本発明の好ましい実施の形態のようにすれば、温度をコントロールしたい所にピンポイントにエアーもしくはＮ_２等クーリングガスを吹き付けることができ、効果的に温度制御ができる。

なお、エアーもしくはＮ_２等クーリングガスの吹き付けに代えて水路２２７による水冷に加えて、さらに別の水冷を行うことも考えられるが、その場合には、冷却をやめたくても、すぐには冷却は止まらない。これに対して、ガス吹き付けによる方法では、ガス供給をやめればすぐに冷却は止まることとなる。

次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。

図１および２に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。

次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウエハ１１０をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、図３に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１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２１９はＯリング２２０ｂを介してインレットフランジ２０９の下端をシールした状態となる。ボートローディングの前後において、処理炉２０２内の温度はヒータ２０６によって一定の温度に保たれている。ボートローディングの前においては、水路２２７による水冷に加えて、パイプ２１５に設けられた複数の吹き出し穴２１８からのエアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２２の吹き付けによる冷却、およびガス流路２２６に設けられた複数の吹き出し穴２２１からのエアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２３の吹き付けによる冷却の少なくとも一方を行っていたが、ボートローディングの後は、クーリングガス２２２、２２３の吹き付けを止めて、水路２２７による水冷のみでＯリング２２０ａを冷却する。

処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６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２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。

次いで、処理ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御されたガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。

予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。

その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、インレットフランジ２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に保持された状態でインレットフランジ２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。

その後、処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって閉じられる。水路２２７による水冷に加えて、パイプ２１５に設けられた複数の吹き出し穴２１８からのエアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２２の吹き付けによる冷却、およびガス流路２２６に設けられた複数の吹き出し穴２２１からのエアーもしくはＮ_２のクーリングガス２２３の吹き付けによる冷却の少なくとも一方によりＯリング２２０ａを冷却する。

その後、ウエハ移載機構１２５によって処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。その後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明の好ましい実施の形態によれば、
その内側で基板が処理される反応管と、
少なくとも前記基板が処理される箇所を加熱する加熱手段と、
前記反応管を取り付けるインレットフランジと、
前記反応管と前記インレットフランジを気密にシールするＯリングと、
前記反応管および前記インレットフランジの少なくとも一方に気体を吹き付け、前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方を介して前記Ｏリングを冷却する気体吹き付け手段と、
を備える基板処理装置が提供される。

この気体吹き付け手段により、反応管およびインレットの少なくとも一方に気体を吹き付け、反応管およびインレットの少なくとも一方を介して前記Ｏリングを冷却することにより、気密シールに用いられるＯリングを熱から有効に保護することができる。

好ましくは、前記気体吹き付け手段は、前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方の周囲に設けられた複数の吹き出し穴を備え、前記複数の吹き出し穴から前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方に前記気体を吹き付ける。このようにすることにより、Ｏリングを均一に冷却することができる。

また、好ましくは、前記気体吹き付け手段は、前記複数の吹き付け穴のコンダクタンスをそれぞれ調整する調整手段を備える。このようにすることにより、気体吹き付け手段に気体を導入する気体導入部からの距離に応じて吹き付け量が変化するのを防ぐことができ、Ｏリングをより均一に冷却することができる。

少なくとも前記基板が処理される箇所を加熱する加熱手段は、好ましくは、反応管の外側に設けられたヒータである。

好ましくは、上記基板処理装置はホットウォール型である。

上記基板処理装置は、インレットフランジが石英製の場合に好適に適用される。

本発明の好ましい実施の形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜透視図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉とそれに付随する部材との概略構成図であり、特に処理炉部分を縦方向に切断した縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の概略構成図であって、特にウエハを処理炉内に挿入した状態での処理炉部分を縦方向に切断した縦断面図である。 図３の部分拡大縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の概略構成図であって、特にウエハを処理炉から搬出した状態での処理炉部分を縦方向に切断した部分拡大縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の概略斜視図であって、特にパイプに設けた吹き出し穴からエアーまたはＮ_２を吹き出す構造を説明するための部分拡大概略斜視図である。 図６のＡＡ線縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の概略斜視図であって、特にアウター受けに設けた吹き出し穴からエアーまたはＮ_２を吹き出す構造を説明するための部分拡大概略斜視図である。 図８のＢＢ線縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の部分拡大概略縦断面図であって、特にアウター受けに設けた吹き出し穴からのエアーまたはＮ_２を吹き出し量を調整する構造を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 石英製のインレットを使用した場合の問題点を説明するための部分拡大縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態において、ウエハを処理炉から搬出した状態で、パイプに設けた吹き出し穴からエアーまたはＮ_２を吹き出している状態を説明するための部分拡大縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態において、ウエハを処理炉から搬出した状態で、アウター受けの下部内部に設けたガス流路に連通して設けた吹き出し穴からエアーまたはＮ_２を吹き出している状態を説明するための部分拡大縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の部分拡大概略縦断面図であって、特にウエハを処理炉から搬出した状態で、パイプに設けた吹き出し穴からのエアーまたはＮ_２の吹き出しによる冷却効果を説明するための部分拡大概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施の形態で使用される縦型の処理炉の部分拡大概略縦断面図であって、特にウエハを処理炉から搬出した状態で、アウター受けの下部内部に設けたガス流路に連通して設けた吹き出し穴からのエアーまたはＮ_２の吹き出しによる冷却効果を説明するための部分拡大概略縦断面図である。

符号の説明

１０１ 基板処理装置
１０３ 正面メンテナンス口
１０４ 正面メンテナンス扉
１０５ カセット棚
１０７ 予備カセット棚
１１０ カセット
１１１ 筐体
１１１ａ 正面壁
１１２ カセット搬入搬出口
１１３ フロントシャッタ
１１４ カセットステージ
１１５ ボートエレベータ
１１８ カセット搬送装置
１１８ａ カセットエレベータ
１１８ｂ カセット搬送機構
１２３ 移載棚
１２５ ウエハ移載機構
１２５ａ ウエハ移載装置
１２５ｂ ウエハ移載装置エレベータ
１２５ｃ ツイーザ
１２８ アーム
１３４ａ、１３４ｂ クリーンユニット
１４７ 炉口シャッタ
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ プロセスチューブ
２０４ インナーチューブ
２０５ アウターチューブ
２０６ ヒータ
２０７ フランジ
２０９ インレットフランジ
２１０ アウター受け
２１１ インレット受け
２１２ ブロック
２１３ ボート台座
２１４ ボート受け
２１５ パイプ
２１６ 断熱板
２１７ ボート
２１８ 吹き出し穴
２１９、２１９ａ、２１９ｂ シールキャプ
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ Ｏリング
２２１ 吹き出し穴
２２２、２２３ クーリングガス
２２４ ガス導入継手
２２５ ガス導入管
２２６ ガス流路
２２７ 水路
２２８ ボルト
２２９ 調整用穴
２３０ ノズル
２３１ 排気管
２３２ ガス供給管
２３５ ガス流量制御部
２３６ 圧力制御部
２３７ 駆動制御部
２３８ 温度制御部
２３９ 主制御部
２４０ コントローラ
２４１ マスフローコントローラー
２４２ 圧力調整装置
２４５ 圧力センサ
２４６ 真空排気装置
２５０ 筒状空間
２５１ ヒータベース
２５４ 回転機構
２５５ 回転軸
２６３ 温度センサ
２７１ ドライバー
２７２ 熱源
２７３ 下端部

Claims (3)

1. その内側で基板が処理される反応管と、
   少なくとも前記基板が処理される箇所を加熱する加熱手段と、
   前記反応管を取り付けるインレットフランジと、
   前記反応管と前記インレットフランジを気密にシールするＯリングと、
   前記反応管および前記インレットフランジの少なくとも一方に気体を吹き付け、前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方を介して前記Ｏリングを冷却する気体吹き付け手段と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記気体吹き付け手段は、前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方の周囲に設けられた複数の吹き出し穴を備え、前記複数の吹き出し穴から前記反応管および前記インレットフランジの前記少なくとも一方に前記気体を吹き付ける請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記気体吹き付け手段は、前記複数の吹き付け穴のコンダクタンスをそれぞれ調整する調整手段を備える請求項２記載の基板処理装置。

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