JP2020017757A - Substrate processing apparatus, reaction vessel, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理装置、反応容器および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, a reaction vessel, and a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置（デバイス）の製造工程における基板の熱処理では、例えば縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では所定枚数の基板を垂直方向に配列して基板保持具に保持し、基板保持具を処理室内に搬入する。その後、処理室外に設置されたヒータによって基板を加熱した状態で処理室内に処理ガスを導入し、基板に対して薄膜形成処理等が行われる。 In a heat treatment of a substrate in a manufacturing process of a semiconductor device (device), for example, a vertical substrate processing apparatus is used. In a vertical substrate processing apparatus, a predetermined number of substrates are arranged in a vertical direction and held on a substrate holder, and the substrate holder is carried into a processing chamber. Thereafter, a processing gas is introduced into the processing chamber while the substrate is heated by a heater installed outside the processing chamber, and a thin film forming process or the like is performed on the substrate.
従来の縦型基板処理装置においては、処理室内の下方において熱が逃げやすい場合がある。そのため、特に、処理室下方に位置する基板を処理温度まで昇温する際、昇温時間を長く要する場合がある。 In a conventional vertical substrate processing apparatus, heat may easily escape below the processing chamber. Therefore, especially when the temperature of the substrate located below the processing chamber is raised to the processing temperature, a long temperature raising time may be required.
本発明の目的は、処理室内の昇温時間を短縮させることが可能な技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of shortening a time required for temperature rise in a processing chamber.
本発明の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具の下方に配置される断熱部と、
前記基板保持具が配置される処理領域と前記断熱部が配置される断熱領域とを含む処理室を内部に構成する反応管と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室外に設置され、前記処理室内を加熱する第１ヒータと、
前記反応管の側方に形成された排気空間と、
前記排気空間と前記処理室とを区分する内壁に形成され、前記処理領域の雰囲気を排気する第１排気口と、
前記排気空間に連通する排気ポートと、
前記断熱領域にパージガスを供給し、前記断熱領域の少なくとも一部をパージするよう構成されたパージガス供給部と、
前記内壁の、前記断熱領域と高さ方向において重なる位置に形成され、前記断熱領域の雰囲気を前記排気空間へ排気する第２排気口と、
を備える技術が提供される。
According to one aspect of the present invention,
A heat insulating portion arranged below the substrate holder for holding the substrate,
A reaction tube constituting a processing chamber including a processing region where the substrate holder is disposed and a heat insulating region where the heat insulating unit is disposed,
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber,
A first heater installed outside the processing chamber to heat the processing chamber;
An exhaust space formed on the side of the reaction tube;
A first exhaust port formed on an inner wall dividing the exhaust space and the processing chamber and exhausting an atmosphere in the processing region;
An exhaust port communicating with the exhaust space;
A purge gas supply unit configured to supply a purge gas to the heat insulation region and to purge at least a part of the heat insulation region,
A second exhaust port formed on the inner wall at a position overlapping the heat insulating area in the height direction, and for exhausting the atmosphere of the heat insulating area to the exhaust space;
A technology comprising:
本発明によれば、処理室内の昇温時間を短縮させることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to shorten the temperature rise time in a process chamber.
以下、本発明の一実施形態について、図１〜３を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１に示すように、本実施形態において、基板処理装置は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施する縦型熱処理装置（基板処理装置）４として構成されている。処理炉８は加熱手段（加熱機構）としてのヒータユニット（以下、ヒータと称する）であるヒータ３４を有する。ヒータ３４は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）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３４は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the substrate processing apparatus is configured as a vertical heat treatment apparatus (substrate processing apparatus) 4 that performs a heat treatment step in an IC manufacturing method. The
ヒータ３４の内側には、反応容器（処理容器）を構成する反応管３６が配設されている。反応管３６は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（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に形成されている。反応管３６の外方には、ガス供給空間３６Ａとガス排気空間３６Ｂが対面するように外側へ突出して形成されている。また、反応管３６の下端には外側へ突出したフランジ部３６Ｃが形成される。反応管３６は、その下方に設置された円筒形状で金属製のマニホールド３５により支持される。反応管３６の筒中空部には、処理室３８が形成されている。処理室３８は、後述するボート４０によって基板としてのウエハＷを収容可能に構成されている。処理室３８とガス供給空間３６Ａおよびガス排気空間３６Ｂとは内壁によって区分されている。マニホールド３５の直径は、反応管３６の内壁の直径（フランジ部３６Ｃの直径）よりも大きく形成されている。これにより、反応管３６の下端（フランジ部３６Ｃ）と後述するシールキャップ６０との間に後述する円環状の空間を形成することができる。
Inside the
ガス供給空間３６Ａ内には、ノズル４２が設けられている。ノズル４２には、ガス供給管４４ａが接続されている。ガス供給管４４ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４６ａおよび開閉弁であるバルブ４８ａが設けられている。ガス供給管４４ａのバルブ４８ａよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管４４ｂが接続されている。ガス供給管４４ｂには、上流方向から順に、ＭＦＣ４６ｂおよびバルブ４８ｂが設けられている。主に、ガス供給管４４ａ、ＭＦＣ４６ａ、バルブ４８ａにより、処理ガス供給系である処理ガス供給部が構成される。
A
ノズル４２は、ガス供給空間３６Ａ内に、反応管３６の下部より上部に沿って、ウエハＷの配列方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２の側面には、ガスを供給するガス供給孔４２Ａが設けられている。ガス供給孔４２Ａは、反応管３６の中心を向くように開口しており、ウエハＷに向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給空間３６Ａと処理室３８との間の内壁には、横長の供給スリット３７Ａが、ガス供給孔４２ＡおよびウエハＷに対応するように垂直方向に複数段設けられている。
The
ガス排気空間３６Ｂと処理室３８との間の内壁には、第１排気部（第１排気口）としての横長の排気スリット３７Ｂが供給スリット３７Ａに対応するように垂直方向に複数段設けられている。反応管３６の下端には、ガス排気空間３６Ｂに連通する排気ポート３６Ｄが形成されている。排気ポート３６Ｄには、処理室３８内の雰囲気を排気する排気管５０が接続されている。排気管５０には、処理室３８内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ５２および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ５４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ５６が接続されている。ＡＰＣバルブ５４は、真空ポンプ５６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室３８内の真空排気および真空排気停止を行うことができる。更に、真空ポンプ５６を作動させた状態で、圧力センサ５２により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室３８内の圧力を調整することができるように構成される。主に、排気管５０、ＡＰＣバルブ５４、圧力センサ５２により、排気系が構成される。真空ポンプ５６を排気系に含めて考えてもよい。
On the inner wall between the
マニホールド３５の下方には、マニホールド３５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６０が設けられている。シールキャップ６０は、例えばＳＵＳやステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ６０の上面には、マニホールド３５の下端と当接するシール部材としてのＯリング６０Ａが設けられている。また、Ｏリング６０Ａより内側のシールキャップ６０上面には、シールキャップ６０を保護するシールキャッププレート６０Ｂが設置されている。シールキャッププレート６０Ｂは、例えば、石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、円盤状に形成されている。
Below the manifold 35, a
シールキャップ６０は、反応管３６の外部に垂直に設備された昇降機構（搬送機構）としてのボートエレベータ３２によって垂直方向に昇降されるように構成されている。すなわち、ボートエレベータ３２は、シールキャップ６０を昇降させることで、ボート４０およびウエハＷを処理室３８内外に搬入出させるように構成されている。
The
基板保持具としてのボート４０は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハＷを、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート４０は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。
The
ボート４０の下部には後述する断熱部６８が配設されている。断熱部６８はその内部をパージガスによってパージできるように構成されている。
A
反応管３６の外壁には、温度検出部５８が設置されている。温度検出部５８により検出された温度情報に基づきヒータ３４への通電具合を調整することで、処理室３８内の温度が所望の温度分布となる。
A
シールキャップ６０の処理室３８と反対側には、ボート４０を回転させる回転機構６２が設置されている。図２に示すように、回転機構６２は上端が開口し下端が閉塞した略円筒形状に形成されたハウジング６２Ａを備えており、ハウジング６２Ａはシールキャップ６０の下面に配置されている。ハウジング６２Ａの内部には細長い円筒形状の内軸６２Ｂが配置されている。ハウジング６２Ａの内部には、内軸６２Ｂの外径よりも大径の円筒形状に形成された外軸６２Ｃが配置されており、外軸６２Ｃは内軸６２Ｂとの間に介設された上下で一対の内側ベアリング６２Ｄ、６２Ｅと、ハウジング６２Ａとの間に介設された上下で一対の外側ベアリング６２Ｆ、６２Ｇとによって回転自在に支承されている。
A
内側ベアリング６２Ｄおよび外側ベアリング６２Ｆにはそれぞれ磁性流体シール６２Ｈ、６２Ｉが設置されている。ハウジング６２Ａの閉塞壁下面には外軸６２Ｃの下端部をシールするキャップ６２Ｊが固定されている。外軸６２Ｃの外周における外側ベアリング６２Ｆと外側ベアリング６２Ｇとの間にはウオームホイール６２Ｋが固定されている。ウオームホイール６２Ｋには電動モータ６２Ｌによって回転駆動されるウオーム軸６２Ｍが噛合されている。
内軸６２Ｂの内側には、処理室３８内にてウエハＷを下方から加熱する第２の加熱手段（加熱機構）としてのヒータユニットであるサブヒータ６４が垂直に挿通されている。サブヒータ６４は垂直に延伸する支柱部６４Ａと、支柱部６４Ａに対して水平に接続された発熱部６４Ｂとを備えている。支柱部６４Ａは、内軸６２Ｂの上端位置において耐熱樹脂で形成された支持部６２Ｎによって支持される。また、支柱部６４Ａの下端部はハウジング６２Ａの閉塞壁下面より下の位置においてＯリングを介して真空用継手としての支持部６２Ｐによって支持される。
A sub-heater 64, which is a heater unit serving as a second heating unit (heating mechanism) for heating the wafer W from below in the
発熱部６４ＢはウエハＷの外径よりも小径の略環状に形成されており、ウエハＷと平行になるように支柱部６４Ａにより接続支持されている。発熱部６４Ｂの内部には、コイル状の抵抗発熱体である発熱体６４Ｃを構成するヒータ素線が封入されている。発熱体６４Ｃは、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、二珪化モリブデン等により形成される。
The
外軸６２Ｃの上面には下端にフランジを有する円筒形状の回転軸６６が固定されている。回転軸６６には、その中心にサブヒータ６４を貫通させる貫通穴が形成されている。回転軸６６の上端部には、サブヒータ６４を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状の受け部７０が、シールキャッププレート６０Ｂと所定の間隔ｈ1を空けて固定されている。ｈ１は２〜１０ｍｍに設定されるのが好ましい。ｈ１が２ｍｍよりも小さいと、ボート回転時に部材同士が接触してしまったり、コンダクタンス低下によって後述する円筒部７４内のガス排気速度が低下してしまったりする場合がある。ｈ１が１０ｍｍよりも大きいと、処理ガスが円筒部７４内に多量に侵入してしまう場合がある。
A cylindrical
受け部７０は、例えば、ステンレス等の金属で形成されている。受け部７０の上面には、断熱体７６を保持する断熱体保持具としての保持部７２と、円筒部７４が載置されている。受け部７０、保持部７２、円筒部７４および断熱体７６により断熱部６８が構成されている。円筒部７４は、サブヒータ６４を内部に収納するように上端が閉塞した円筒形状に形成されている。図３に示すように、平面視において、保持部７２と円筒部７４との間の領域には、円筒部７４内を排気する穴径ｈ２の排気孔７０Ａが形成されている。排気孔７０Ａは、例えば、受け部７０の同心円上に沿って、等間隔に複数形成されている。ｈ２は１０〜４０ｍｍに設定されるのが好ましい。ｈ２が１０ｍｍよりも小さいと、コンダクタンス低下により、円筒部７４内のガス排気速度が低下してしまう場合がある。ｈ２が４０ｍｍよりも大きいと、受け部７０の耐荷重強度が低下してしまい、破損してしまう場合がある。
The receiving
図２に示すように、保持部７２は、中心にサブヒータ６４を貫通させる貫通穴を有する円筒形状に構成される。保持部７２の下端は、受け部７０よりも小さな外径の外向きフランジ形状を有する。保持部７２の上端は、上下端の間の柱部分の径よりも大きな径に形成され、パージガスの供給口７２Ｂを構成している。貫通穴の直径は、サブヒータ６４の支柱部６４Ａの外壁の直径よりも大きく構成されており、このような構成により、保持部７２と支柱６４Ａとの間に、断熱部６８内にパージガスを供給するパージガス供給路としての円環状の空間である第１流路を形成することができる。
As shown in FIG. 2, the holding unit 72 is formed in a cylindrical shape having a through hole at the center thereof through which the sub-heater 64 passes. The lower end of the holding part 72 has an outward flange shape having an outer diameter smaller than that of the receiving
保持部７２は、例えば、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料から形成される。保持部７２は下端のフランジと柱との接続面が曲面となるように形成されている。このような構成により、接続面に応力が集中することを抑制し、保持部７２の強度を高めることができる。また、接続面を滑らかな形状とすることにより、パージガスの流れを妨げることなく、円筒部７４内におけるパージガスの淀み発生を抑制することができる。
The holding section 72 is formed of, for example, a heat-resistant material such as quartz or SiC. The holding portion 72 is formed such that the connection surface between the lower end flange and the column is a curved surface. With such a configuration, concentration of stress on the connection surface can be suppressed, and the strength of the holding portion 72 can be increased. In addition, by forming the connection surface in a smooth shape, it is possible to suppress generation of stagnation of the purge gas in the
平面視において、保持部７２の内壁と支柱部６４Ａの外壁との間には円環状の空間が形成されている。図１に示すように、円環状の空間にはガス供給管４４ｃが接続されている。ガス供給管４４ｃには、上流方向から順に、ＭＦＣ４６ｃおよびバルブ４８ｃが設けられている。図２に示すように、円環状の空間の上端は供給口７２Ｂとして構成されており、供給口７２Ｂから円筒部７４の内側上方に向けてパージガスが供給される。供給口７２Ｂを円環状の開口とすることにより、円筒部７４の上端および円環状の平面径方向の全周方向にわたって均一にパージガスを供給することができる。また、供給口７２Ｂの径を、柱部分の径よりも大きくすることにより、円筒部７４内の径方向および円筒部７４内の上方空間に向けて広範囲にパージガスを供給することができる。このように、円筒部７４内の、特に、発熱部６４Ｂが設置される上端部（天井部）付近をパージガスで積極的にパージすることにより、発熱部６４Ｂに処理ガスが曝されることを抑制できる。供給孔７２Ｂから供給されたパージガスは、保持部７２と円筒部７４の内壁との間の空間である第２流路を経由して円筒部７２Ｂ外へ排気される。
In a plan view, an annular space is formed between the inner wall of the holding portion 72 and the outer wall of the support portion 64A. As shown in FIG. 1, a
保持部７２の柱には、断熱体７６として反射板７６Ａと断熱板７６Ｂが設置されている。反射板７６Ａは保持部７２の上部に、例えば、溶接されることにより固定的に保持されている。断熱板７６Ｂは、保持部７２の中間部に、例えば、溶接されることによって固定的に保持されている。断熱板７６Ｂの上下の保持部７２には、保持棚７２Ａが形成されており、断熱板７６Ｂを追加で保持することが可能となっている。保持棚７２Ａは保持部７２の柱の外壁から外方に向けて水平に伸びるように構成されている。このような構成により、断熱板７６Ｂを水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されて多段に保持することができる。反射板７６Ａと断熱板７６Ｂとの間には所定の間隔ｈ３が形成されている。ｈ３は１００〜３００ｍｍに設定されるのが好ましい。
On the pillar of the holding portion 72, a
断熱板７６Ｂを保持棚７２Ａに上詰めに設置する場合、すなわち、固定された断熱板７６Ｂの上方の保持棚７２Ａに断熱板７６Ｂを載置し、ｈ３を小さくする場合、処理室３８の均熱長を伸ばすことができる。反対に、断熱板７６を保持棚７２Ａに下詰めに設置する場合、すなわち、固定された断熱板７６Ｂの下方の保持棚７２Ａに断熱板７６Ｂを載置し、ｈ３を大きくする場合、炉口部の温度を下げることができる。断熱板を上詰めにするか、下詰めにするかは、温度リカバリ時間、均熱長、断熱性能などを考慮して総合的に決定する。
When installed in the upper filling the
反射板７６Ａは、ウエハＷの直径よりも小さい直径の円板形状で、例えば、不透明石英で形成されおり、上方の保持棚７２Ａに所定の間隔ｈ４で保持されている。ｈ４は２〜１０ｍｍに設定されるのが好ましい。ｈ４が２ｍｍよりも小さいと、反射板７６Ａ間にガスが滞留してしまう場合がある。また、ｈ４が１０ｍｍよりも大きいと、熱反射性能が低下してしまう場合がある。
断熱板７６Ｂは、ウエハＷの外径よりも小さい外径の円板形状であって、熱容量が小さい材料により形成され、例えば、石英、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＣ等により形成される。ここでは、４枚の断熱板７６Ｂが下方の保持棚７２Ａに所定の間隔ｈ５で保持されている。ｈ５は２ｍｍ以上に設定されるのが好ましい。ｈ５が２ｍｍよりも小さいと、断熱板７６Ｂ間にガスが滞留してしまう場合がある。
The
反射板７６Ａと断熱板７６Ｂの保持枚数は上述の枚数に限らず、少なくとも、断熱板７６Ｂの保持枚数が反射板７６Ａの保持枚数以上であれば良い。このように、上方に反射板７６Ａを設置し、下方に断熱板７６Ｂを設置することにより、反射板７６Ａにてサブヒータ６４からの輻射熱を反射し、また、断熱板７６Ｂによってヒータ３４およびサブヒータ６４からの輻射熱を、ウエハＷから離れたところで断熱することにより、ウエハＷの温度応答性を改善する事ができ、昇温時間を短縮することができる。
The number of holdings of the
反応管３６の内壁と円筒部７４の外壁との間隔ｈ６は、プロセスガスの石英筒内への侵入を抑制し、処理室３８への流出を少なくするために、狭く設定することが望ましく、例えば、７．５ｍｍ〜１５ｍｍとするのが好ましい。ｈ６が７．５ｍｍよりも小さいと、ボート回転時に反応管３６と円筒部７４が接触し、破損する場合がある。ｈ６が１５ｍｍよりも大きいと、処理ガスがボート下部に流れやすくなり、成膜に悪影響を及ぼす場合がある。
Distance h 6 of the outer wall of the inner wall and the
円筒部７４の上面には、ボート４０が設置される。円筒部７４の上面の外周には全周にわたって溝が形成されており、この溝にボート４０のリング状の底板が載置される。このような構成とすることにより、サブヒータ６４を回転させることなく、円筒部７４およびボート４０を回転させることが可能となる。
The
円筒部７４上面の溝の深さはボート４０の底板の高さと略同じに形成されており、ボート４０を載置した際に、ボート４０の底板と円筒部７４の上面の高さが平坦となる。このような構成により、処理ガスの流れを良くすることができ、ボトム領域での成膜均一性を向上させることができる。
The depth of the groove on the upper surface of the
円筒部７４の上端は凸状に形成されている。円筒部７４の上端の内周（内壁）側は、側面の内周面よりも内側に突出した水平面Ｓ１と、水平面Ｓ１に連続して設けられた傾斜面Ｓ２と、傾斜面Ｓ２から鉛直方向に連続して設けられた垂直面Ｓ３と、垂直面Ｓ３から連続して設けられた水平面Ｓ４とで形成されている。すなわち、凸状の水平面Ｓ１と垂直面Ｓ３との接続部分（角部）がテーパー状になっており、円筒部上部に近付くにつれて平面視における断面積が漸次小さくなるように形成されている。また、垂直面Ｓ３と水平面Ｓ４との接続部分は曲面に形成されている。このような構成とすることにより、円筒部７４内のガスの流れを良くすることができ、凸状部分におけるガスの滞留を抑制することができる。また、供給口７２Ｂから供給されたパージガスは、円筒部７４上面の内壁にぶつかり円周方向に流れたあと、円筒部７４内の側壁に沿って上方から下方へ流れるため、筒部７４内でパージガスのダウンフローを形成しやすくなる。すなわち、第２流路においてダウンフローを形成することができる。さらに、水平面Ｓ１により、ボート載置部分の下側の厚さを円筒部７４の円柱部分の厚さよりも厚くすることができるため、円筒部７４の強度を増すことができる。
The upper end of the
発熱部６４Ｂは支柱部７２の上端と円筒部７４上面の内壁との間の領域に設置されており、好ましくは、発熱部６４Ｂの少なくとも一部が傾斜面Ｓ２の高さ位置の中に納まるように設置されている。すなわち、高さ方向において、水平面Ｓ１と傾斜面Ｓ２との接点と傾斜面Ｓ２と垂直面Ｓ３との接点との間の領域に発熱部６４Ｂが収まるように設置される。
上述においては、便宜上、断熱部６８に円筒部７４を含めたが、主に断熱を行っているのはサブヒータ６４以下の領域、すなわち、断熱体７６の領域であることから、断熱体７６を断熱部と称することもできる。この場合、サブヒータ６４はボート４０と断熱部との間に設けられているとも言える。
In the above description, the
図４に示すように、ＭＦＣ４６ａ〜４６ｃ、バルブ４８ａ〜４８ｃ、圧力センサ５２、ＡＰＣバルブ５４、真空ポンプ５６、ヒータ３４、サブヒータ６４、温度検出部５８、回転機構６２、ボートエレベータ３２等の各構成は、制御部（制御手段）であるコントローラ２００に接続される。コントローラ２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８を備えたコンピュータとして構成される。ＲＡＭ２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８は、内部バス２２０を介して、ＣＰＵ２１２とデータ交換可能なように構成される。Ｉ／Ｏポート２１８は、上述の各構成に接続されている。コントローラ２００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２２２が接続されている。
As shown in FIG. 4, each configuration of the MFCs 46a to 46c, the
記憶装置２１６は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２１６内には、基板処理装置４の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置４の各構成に処理を実行させるためのプログラム（プロセスレシピやクリーニングレシピ等のレシピ）が読み出し可能に格納されている。プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。ＲＡＭ２１４は、ＣＰＵ２１２によって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
The storage device 216 is configured by, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), or the like. In the storage device 216, a control program for controlling the operation of the
ＣＰＵ２１２は、記憶装置２１６から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２１６からレシピを読み出し、レシピに沿うように各構成を制御するように構成されている。 The CPU 212 reads and executes a control program from the storage device 216, reads a recipe from the storage device 216 in response to an input of an operation command from the input / output device 222, and controls each component in accordance with the recipe. It is configured.
コントローラ２００は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２４に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置２１６や外部記憶装置２２４は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２４を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
The
次に、上述の処理装置４を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理（以下、成膜処理ともいう）のシーケンス例について説明する。
Next, a sequence example of a process of forming a film on a substrate (hereinafter, also referred to as a film forming process) will be described as one process of manufacturing a semiconductor device (device) using the above-described
以下、第１の処理ガス（原料ガス）としてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）ガスを用い、第２の処理ガス（反応ガス）としてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ウエハＷ上にシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置４の各構成の動作はコントローラ２００により制御される。
Hereinafter, a hexachlorodisilane (HCDS) gas is used as a first processing gas (raw material gas), an ammonia (NH 3 ) gas is used as a second processing gas (reaction gas), and a silicon nitride (SiN) film is formed on the wafer W. An example of forming is described. In the following description, the operation of each component of the
本実施形態における成膜処理では、処理室３８内のウエハＷに対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室３８内からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室３８内のウエハＷに対してＮＨ３ガスを供給する工程と、処理室３８内からＮＨ３ガス（残留ガス）を除去する工程と、を所定回数（１回以上）繰り返すことで、ウエハＷ上にＳｉＮ膜を形成する。
In the film forming process in the present embodiment, a step of supplying the HCDS gas to the wafer W in the
本明細書では、この成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。なお、以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。 In this specification, this film forming sequence may be indicated as follows for convenience. The same notation will be used in the description of the following modified examples and other embodiments.
（ＨＣＤＳ→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＳｉＮ (HCDS → NH 3 ) × n ⇒ SiN
（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハＷがボート４０に装填（ウエハチャージ）されると、ボート４０は、ボートエレベータ３２によって処理室３８内に搬入（ボートロード）される。このとき、シールキャップ６０は、Ｏリング６０Ａを介してマニホールド３５の下端を気密に閉塞（シール）した状態となる。ウエハチャージする前のスタンバイの状態から、バルブ４８ｃを開き、円筒部７４内へのパージガスの供給を開始する。
(Wafer charge and boat load)
When a plurality of wafers W are loaded (wafer charging) into the
（圧力調整および温度調整）
処理室３８内、すなわち、ウエハＷが存在する空間が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ５６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室３８内の圧力は、圧力センサ５２で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ５４が、フィードバック制御される。真空ポンプ５６は、少なくともウエハＷに対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、円筒部７４内へのパージガス供給は、少なくともウエハＷに対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
(Pressure adjustment and temperature adjustment)
The inside of the
また、処理室３８内のウエハＷが所定の温度となるように、ヒータ３４およびサブヒータ６４によって処理室３８内が加熱される。この際、処理室３８が所定の温度分布となるように、温度検出部５８が検出した温度情報に基づきヒータ３４およびサブヒータ６４への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ３４およびサブヒータ６４による処理室３８内の加熱は、少なくともウエハＷに対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。なお、このとき、必要に応じてサブヒータ６４による加熱を停止させても良い。
Further, the inside of the
また、回転機構６２によるボート４０およびウエハＷの回転を開始する。回転機構６２により、回転軸６６、受け部７０、円筒部７４を介してボート４０が回転されることで、サブヒータ６４は回転させずにウエハＷを回転させる。回転機構６２によるボート４０およびウエハＷの回転は、少なくとも、ウエハＷに対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
The rotation of the
（成膜処理）
処理室３８内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、ステップ１〜２を順次実行する。
(Film formation process)
When the temperature in the
［ステップ１］
ステップ１では、処理室３８内のウエハＷに対し、ＨＣＤＳガスを供給する。
[Step 1]
In step 1, the HCDS gas is supplied to the wafer W in the
バルブ４８ａを開くと同時にバルブ４８ｂを開き、ガス供給管４４ａ内へＨＣＤＳガスを、ガス供給管４４ｂ内へＮ２ガスを流す。ＨＣＤＳガスおよびＮ２ガスは、それぞれＭＦＣ４６ａ、４６ｂにより流量調整され、ノズル４２を介して処理室３８内へ供給され、排気管５０から排気される。ウエハＷに対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハＷの最表面上に、第１の層として、例えば、１原子層未満から数原子層の厚さのシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。
Open Open simultaneously the
第１の層が形成された後、バルブ４８ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ５４は開いたままとして、真空ポンプ５６により処理室３８内を真空排気し、処理室３８内に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室３８内から排出する。このとき、バルブ４８ｂを開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室３８内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室３８内に残留するガスを処理室３８内から排出する効果を高めることができる。
After the first layer is formed, the
［ステップ２］
ステップ２では、処理室３８内のウエハＷに対してＮＨ３ガスを供給する。
[Step 2]
In
このステップでは、バルブ４８ａ，４８ｂの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ４８ａ，４８ｂの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスは、それぞれＭＦＣ４６ａ、４６ｂにより流量調整され、ノズル４２を介して処理室３８内へ供給され、排気管５０から排気される。ウエハＷに対して供給されたＮＨ３ガスは、ステップ１でウエハＷ上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は窒化され、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化（改質）される。
In this step, the opening and closing control of the
第２の層が形成された後、バルブ４８ａを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室３８内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室３８内から排出する。
After the second layer is formed, the
（所定回数実施）
上述した２つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハＷ上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。
(Conducted a predetermined number of times)
By performing the above two steps non-simultaneously, that is, without performing synchronization, a predetermined number of times (n times), a SiN film having a predetermined composition and a predetermined thickness can be formed on the wafer W. Note that the above cycle is preferably repeated a plurality of times.
上述のシーケンスの処理条件としては、例えば、
処理温度（ウエハ温度）：２５０〜７００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１〜４０００Ｐａ、
ＨＣＤＳガス供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ、
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
As the processing conditions of the above sequence, for example,
Processing temperature (wafer temperature): 250 to 700 ° C.
Processing pressure (processing chamber pressure): 1 to 4000 Pa,
HCDS gas supply flow rate: 1 to 2000 sccm,
NH 3 gas supply flow rate: 100 to 10000 sccm,
N 2 gas supply flow rate: 100 to 10000 sccm,
Is exemplified. By setting the respective processing conditions to certain values within the respective ranges, it is possible to appropriately advance the film forming processing.
（パージおよび大気圧復帰）
成膜処理が完了した後、バルブ４８ｂを開き、ガス供給管４４ｂからＮ２ガスを処理室３８内へ供給し、排気管５０から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室３８内がパージされ、処理室３８内に残留するガスや反応副生成物が処理室３８内から除去される（パージ）。その後、処理室３８内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室３８内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
(Purge and return to atmospheric pressure)
After the film forming process is completed, the
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ３２によりシールキャップ６０が下降され、マニホールド３５の下端が開口される。そして、処理済のウエハＷが、ボート４０に支持された状態で、マニホールド３５の下端から反応管３６の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハＷは、ボート４０より取出される（ウエハディスチャージ）。
(Boat unload and wafer discharge)
The
次に、本発明の構成と従来の構成について説明する。 Next, the configuration of the present invention and the conventional configuration will be described.
従来の構成においては、サブヒータ６４が処理ガスに曝されることにより、サブヒータ６４の表面に薄膜が形成され、加熱性能に悪影響が生じてしまう場合がある。また、断熱体７６が処理ガスに曝されることにより、断熱体７６の表面にも薄膜が形成されてしまう場合がある。さらに、サブヒータ６４や断熱体７６の表面に形成された薄膜が剥離することにより、処理室３８内にパーティクルが発生してしまう場合がある。
In the conventional configuration, when the sub-heater 64 is exposed to the processing gas, a thin film is formed on the surface of the sub-heater 64, which may adversely affect the heating performance. Further, when the heat insulator 76 is exposed to the processing gas, a thin film may be formed on the surface of the heat insulator 76 in some cases. Further, the thin film formed on the surface of the sub-heater 64 or the heat insulator 76 may be peeled off to generate particles in the
発明者らは鋭意検討の結果、サブヒータ６４や断熱体７６を処理室３８の雰囲気から隔離し、さらに、隔離空間内をパージすることにより、サブヒータ６４や断熱体７６が処理ガスに曝されること抑制できるという知見を得た。すなわち、サブヒータ６４や断熱体７６を円筒部７４内に設置し、円筒部７４内をパージすることにより、サブヒータ６４や断熱体７６の表面への薄膜形成を抑制可能であることを見出した。
As a result of intensive studies, the inventors have isolated the sub-heater 64 and the heat insulator 76 from the atmosphere in the
図５を用いて、円筒部７４内へのパージガスの供給について説明する。ここでは、円筒部７４内にパージガスを供給しない場合、円筒部７４内の下部からパージガスを供給する場合および円筒部７４内の上部からパージガスを供給する場合における円筒部７４内への処理ガスの拡散量の比較を行った。処理室３８内の処理ガスのモル分率を１とした時、円筒部７４内にパージガスを供給しない場合は、サブヒータ６４付近の処理ガスのモル分率は１であった。これに対し、下部からパージガスを供給した場合は、サブヒータ６４付近の処理ガスのモル分率は約０．１４であった。また、上部からパージガスを供給した場合は、サブヒータ６４付近の処理ガスのモル分率は約０．０３であった。
The supply of the purge gas into the
円筒部７４内にパージガスを供給しない場合は、排気孔７０Ａから処理ガスが円筒部７４内に入り込み、処理室３８と同一の雰囲気となってしまう。これに対し、円筒部７４内にパージガスを供給した場合は、排気孔７０Ａからの処理ガスの流入を抑制することができる。
If the purge gas is not supplied into the
図６に示すように、円筒部７４内の下部からパージする場合よりも、円筒部７４内の上部からパージする場合の方が、発熱部６４Ｂが設置されている円筒部７４内上方のモル分率が小さい。円筒部７４内の下部からパージガスを供給する場合、パージガス供給口の上方に断熱体７６が設置されているため、上方へのパージガスの流れが阻害されてしまい、断熱体７６の下方でパージガスが滞留しやすく、円筒部７４内上方をパージしにくいことが考えられる。したがって、濃度拡散によって処理ガスが塩東部７４内上方まで広がりやすい。また、排気孔７０Ａからわずかに入り込んだ処理ガスは、円筒部７４内に供給されたパージガスよりも若干温度が高いため、上昇気流が発生し、円筒部７４内上方へ流れやすいことが考えられる。さらに、円筒部７４内上方にはサブヒータ６４が設置されているため、断熱体７６領域に比べて温度が高くなっている。そのため、円筒部７４内上方の雰囲気と比較して温度の低いパージガスは、上方への流れよりも、排気孔７０Ａへの流れが主流になっていることも考えられる。
As shown in FIG. 6, when the purge is performed from the upper portion in the
これに対し、円筒部７４内の上部からパージガスを供給する場合、パージガスの供給口はサブヒータ近傍であるためパージガス濃度を高く（処理ガス濃度を低く）保つことができる。また、円筒部７４内の上部からパージガスを供給することにより、円筒部７４内で上部の供給口７２Ｂから下部の排気孔７０Ａへのパージガスの流れ（ダウンフロー）を形成することができ、処理ガスの上部への拡散をより効果的に抑制することができると考えられる。また、円筒部７４内の上部からパージガスを供給する場合、円筒部７４内に供給されたパージガスの方が、排気孔７０Ａからわずかに入る処理ガスよりも温度が高いと考えられる。そのため、円筒部７４内の上方をパージガス雰囲気で充満しやすい。
On the other hand, when the purge gas is supplied from the upper part in the
次に、本発明の構成における温度解析結果を図７に示す。ここでは、例えばプロセス温度を６００℃に設定し、サブヒータ６４の設定温度を６８０℃に設定している。ボート４０最下部のウエハ温度は６００℃に保たれており、かつ、円筒部７４の温度も６００℃となっている。これにより、ボート４０下部にダミーウエハを設置することなく、成膜処理を実行できることが分かる。また、処理室３８内には、処理ガスが過剰反応するような高温、すなわち、プロセス温度よりも高温となる部分がない。従って、円筒部７４内にサブヒータ６４を設置することにより、プロセス処理時であっても、サブヒータ６４を常時通電することが可能である。これにより、生産性を向上させることができる。従来例としてサブヒータ６４を用いない場合の温度解析結果を図８に示す。ボート４０最下部ではプロセス温度以下となってしまうため、ダミーウエハを設置せざるを得ないことが分かる。
Next, FIG. 7 shows a temperature analysis result in the configuration of the present invention. Here, for example, the process temperature is set to 600 ° C., and the set temperature of the sub-heater 64 is set to 680 ° C. The wafer temperature at the bottom of the
また、本発明の構成と従来の構成との昇温時の実測データを図９に示す。本発明の構成は従来の構成よりも、基板面内温度差（△Ｔ）および基板温度（Ｔ）は目標値に対して早く収束する。ここでは、目標値は△Ｔ＝２℃、Ｔ＝６３０±２℃である。このように、サブヒータ６４を用いることで高速昇温が可能となり、生産性を向上させることができる。また、少なくともサブヒータ６４周辺をパージガスでパージし、サブヒータ６４と処理ガスとの接触を抑制することにより、サブヒータ６４をプロセス中におけるどのステップにおいても任意に使用することが可能となる。 FIG. 9 shows measured data of the configuration of the present invention and the conventional configuration when the temperature is raised. In the configuration of the present invention, the substrate surface temperature difference (ΔT) and the substrate temperature (T) converge to the target values earlier than the conventional configuration. Here, the target values are ΔT = 2 ° C. and T = 630 ± 2 ° C. As described above, by using the sub-heater 64, the temperature can be raised at a high speed, and the productivity can be improved. In addition, by purging at least the periphery of the sub-heater 64 with the purge gas and suppressing contact between the sub-heater 64 and the processing gas, the sub-heater 64 can be used arbitrarily in any step in the process.
本実施形態では、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）サブヒータ６４を円筒部７４内に設置し、さらに、円筒部７４内をパージすることにより、サブヒータ６４表面に薄膜が形成されることを抑制することができる。これにより、プロセス処理時であっても、サブヒータ６４を常時通電することが可能となり、ボトム領域にて基板の面内温度均一性を確保できることから、成膜の面内均一性を向上させることができる。また、ボート４０下部においてダミーウエハをなくし、生産性を向上させることができる。
（ｂ）円筒部７４内の上部（サブヒータ６４付近）からパージガスを供給することにより、サブヒータ６４の周囲をパージガス雰囲気にすることができ、処理ガスがサブヒータ６４に接触することを防ぐことができる。これにより、サブヒータ６４の表面に薄膜が形成されることを防ぐことができ、パーティクルの発生やサブヒータ６４の加熱性能が低下することを抑制できる。
（ｃ）サブヒータ６４をボート４０下方に設置することにより、ボトムウエハの低温部の昇温に係る時間を短縮することができ、リカバリ時間を短縮させることができる。
In the present embodiment, one or more effects described below can be obtained.
(A) By setting the sub-heater 64 in the
(B) By supplying the purge gas from the upper part (near the sub-heater 64) in the
(C) By arranging the sub-heater 64 below the
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点は、第２排気部を形成し、円筒部７４内のパージガスを排気する排気通路を、成膜領域の排気通路と独立して配置する点である。図１０において、図１で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
Next, a second embodiment will be described. The difference from the first embodiment is that the second exhaust portion is formed, and the exhaust passage for exhausting the purge gas in the
図１０に示すように、反応管３６下方（断熱部６８を含む領域、断熱領域Ｂ）の内壁に、第２排気部（第２排気口）としての排気口８０が形成される。排気口８０が形成されることにより、排気孔７０Ａから排気口８０までの流路がパージガスを排気するためのパージ排気通路として構成されている。排気口８０は、処理室３８とガス排気空間３６Ｂとを連通するように形成され、処理室３８内の断熱領域Ｂの雰囲気を排気する。すなわち、断熱領域Ｂに面する位置に排気口８０を設けることにより、断熱領域Ｂのパージガスの処理領域Ａへの拡散が抑制され、処理領域Ａの処理ガスが希釈されることによる成膜均一性の悪化が抑制される。
As shown in FIG. 10, an
排気口８０は、好ましくは、断熱部６８と重なる高さ位置に形成される。言い換えれば、排気口８０は、断熱領域Ｂに対応する位置に形成される。また好ましくは、水平方向において、排気口８０の開口領域が、排気ポート３６Ｄ（排気管５０と反応管３６との接続部分）の開口領域に少なくとも一部が重なるように形成される。このような構成により、より効率的にパージガスを排気することができる。また、ガス排気空間３６Ｂ内に処理ガスやパージガスの淀みや滞留を発生させることなく、処理ガスおよびパージガスをスムーズに排気することができる。
The
断熱部６８内をパージしたパージガスは、排気孔７０Ａより排気される。言い換えれば、パージガスは、反応管３６の下端（フランジ部３６Ｃ）より下（断熱領域Ｂ下方）から処理室３８内に供給される。フランジ部３６Ｃより下には、円環状の空間Ｃが形成されている。空間Ｃは断熱領域Ｂに含んでも良い。平面視において、空間Ｃの円環部の幅は反応管３６の内壁と断熱部との幅（図２におけるｈ６）より広い。このような構成により、空間Ｃの縁に沿ったパージガスの流れを形成しやすくなる。これにより、排気孔７０Ａ付近を常にパージガス雰囲気とすることができ、成膜ガスの断熱部６８への流入を抑制することができる。また、排気口８０の反対側の排気孔７０Ａより排出されたパージガスも、空間Ｃを流れることにより、スムーズに排気させることができる。
The purge gas that has purged the inside of the
図１１に示すように、排気口８０は長方形状に形成され、その開口面積はガス排気スリット３７Ｂの一つの開口面積よりも大きく、ガス排気スリット３７Ｂの開口総面積よりも小さい。また、排気口８０の長方形の長辺の幅はガス排気空間３６Ｂの幅以下に形成されている。このような構成とすることにより、特に、処理領域Ａと断熱領域Ｂとの境界部分において、パージガスがガス排気スリット３７Ｂから排気されるのを抑制することができる。
As shown in FIG. 11, the
排気口８０の角部は面取りされており、丸みが付されている。このような構成により、角部に応力が集中して破損することを抑制できる。また、パージガスの流れをスムーズにし、より効率的にパージガスを排気できる。
The corners of the
図１２に排気口８０有無によるモル分率の比較結果を示す。排気口８０がないと、円筒部７４内をパージしたパージガスが成膜領域に拡散してしまうことにより処理ガスが希釈されてしまい、特に、ボトム領域において処理ガスのモル分率が小さくなってしまう場合がある。これに対し、排気口８０がある場合、排気孔７０Ａから排気されたパージガスは排気口８０から排気されるため、成膜領域に拡散することなく、成膜領域は全領域において略同じモル分率となっている。排気口８０を設けることにより、円筒部内から排気されたパージガスの処理領域Ａへの拡散を抑制することができ、処理領域Ａの処理ガスが希釈されることによる成膜均一性の悪化を抑制することができる。
FIG. 12 shows a comparison result of the mole fraction with and without the
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、反応管３６のフランジ部３６Ｃに第３の排気口８２を形成する。
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, a
図１３及び１４に示すように、排気口８０の下方のフランジ部３６Ｃに第３排気部（第３排気口）としての排気口８２を形成する。排気口８２は、空間Ｃとガス排気空間３６Ｂとが連通するように形成される。ガス供給管４４ｃから供給されたパージガスは排気口８０及び排気口８２から排気され、断熱領域Ｂの雰囲気を排気する。すなわち、断熱部６８の周囲に供給されたパージガスの処理領域Ａへの拡散を抑制することができ、処理領域Ａの処理ガスが希釈されることによる成膜均一性の悪化を抑制することができる。また、断熱領域Ｂの、特に、炉口部まわり（マニホールド３５周辺）の空間Ｃを直接的に排気することができるため、該空間におけるパージガスの滞留や淀みの発生を抑制することができる。
As shown in FIGS. 13 and 14, an
排気口８２の開口面積は、好ましくは、排気口８０の開口面積よりも小さく形成される。また好ましくは、排気口８２の横幅は、排気口８０の横幅よりも狭く形成される。このような構成により、排気口８２の排気量よりも排気口８０の排気量の方を大きくすることができる。これにより、断熱部６８および断熱部６８の周囲にパージガスが到達する前に、排気口８２から多量のパージガスが排気されることを防ぐことができ、断熱部６８を適正にパージすることができる。
The opening area of the
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、上下に分割された断熱部６８を用いる。
Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, a
図１５及び１６に示すように、断熱部６８は、円筒状の上部断熱体６８Ａと円筒状の下部断熱体６８Ｂとに分割されている。下部断熱体６８Ｂの上面周囲には、例えば４本の円筒状の支持部６８Ｃが等間隔に設けられる。上部断熱体６８Ａは下部断熱体６８Ｂと所定の間隔Ｓをあけて支持部６８Ｃによって支持されている。
As shown in FIGS. 15 and 16, the
排気口８０は、上部断熱体６８Ａと下部断熱体６８Ｂとの間隔Ｓ内に収まる位置に、言い換えれば、間隔Ｓと少なくとも一部が重なる位置に形成されている。このような構成により、断熱部６８の周囲のパージガスが間隔Ｓを介して排気口６０へ排気される。
The
断熱部６８と反応管３６の内壁との間隙のうち、ガス供給空間３６側の間隙を流れるパージガスは、排気口８０が近傍にないため排気され難く、処理領域Ａへ拡散しやすい場合がある。これに対し、間隔Ｓを形成することにより、当該パージガスが間隔Ｓの方に流れるため、パージガスを処理領域Ａに到達させることなく、より効率的に排気することができる。好ましくは、排気口８０の開口の少なくとも一部と間隔Ｓの少なくとも一部とが高さ方向において重なる位置に、排気口８０を形成する。このように構成することにより、間隔Ｓを通過するパージガスを直線的に排気口８０より排気することができ、淀みのない排気の流れを形成することができる。また、間隔Ｓの高さ位置においてパージガスの水平な流れ（ガスカーテン）が形成されることにより、処理領域Ａ側と排気孔７０側との雰囲気を区分することができる。これにより、処理領域Ａの処理ガスが希釈されることによる成膜均一性の悪化を抑制できる。
Of the gap between the
なお、第４の実施形態では、円筒状の上部断熱体６８Ａと円筒状の下部断熱体６８Ｂとを用いる構成について説明した。しかしながら、これに限らず、断熱体を複数の断熱板が積層した構成とし、断熱板の積層間に排気口８０と高さ位置が一部重なる間隔Ｓを有する構成にしてもよい。また、排気口８０のみならず、第３の実施形態で詳述した排気口８２をさらに設けた構成にも適用される。
In the fourth embodiment, the configuration using the cylindrical
本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む膜を形成する場合に好適に適用することができる。 The present invention can be suitably applied to a case where a film containing a predetermined element such as a semiconductor element or a metal element is formed.
また、上述の実施形態では、ウエハＷ上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、ウエハＷやウエハＷ上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。 In the above-described embodiment, an example in which a film is deposited on the wafer W has been described. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the present invention can be suitably applied to a case where a process such as an oxidation process, a diffusion process, an annealing process, and an etching process is performed on the wafer W or a film formed on the wafer W.
また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態や変形例と同様な処理条件とすることができる。 Further, the above-described embodiments and modified examples can be used in appropriate combinations. The processing conditions at this time can be, for example, the same processing conditions as in the above-described embodiment and the modification.
Ｗ ウエハ
３４ ヒータ
４０ ボート
６２ 回転機構
６４ サブヒータ
６８ 断熱部
Claims (12)
前記基板保持具が配置される処理領域と前記断熱部が配置される断熱領域とを含む処理室を内部に構成する反応管と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室外に設置され、前記処理室内を加熱する第１ヒータと、
前記反応管の側方に形成された排気空間と、
前記排気空間と前記処理室とを区分する内壁に形成され、前記処理領域の雰囲気を排気する第１排気口と、
前記排気空間に連通する排気ポートと、
前記断熱領域にパージガスを供給し、前記断熱領域の少なくとも一部をパージするよう構成されたパージガス供給部と、
前記内壁の、前記断熱領域と高さ方向において重なる位置に形成され、前記断熱領域の雰囲気を前記排気空間へ排気する第２排気口と、
を備えた基板処理装置。 A heat insulating portion arranged below the substrate holder for holding the substrate,
A reaction tube constituting a processing chamber including a processing region where the substrate holder is disposed and a heat insulating region where the heat insulating unit is disposed,
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber,
A first heater installed outside the processing chamber to heat the processing chamber;
An exhaust space formed on the side of the reaction tube;
A first exhaust port formed on an inner wall dividing the exhaust space and the processing chamber and exhausting an atmosphere in the processing region;
An exhaust port communicating with the exhaust space;
A purge gas supply unit configured to supply a purge gas to the heat insulation region and to purge at least a part of the heat insulation region,
A second exhaust port formed on the inner wall at a position overlapping the heat insulating area in the height direction, and for exhausting the atmosphere of the heat insulating area to the exhaust space;
A substrate processing apparatus comprising:
前記断熱部は、
上端が閉塞した円筒形状に形成され、その上面に前記基板保持具を載置する円筒部と、
前記円筒部内にその中心軸に沿って配置され、先端が前記円筒部の上面付近にまで延伸して前記上面に向かって開口した中空の保持部と、
前記保持部の側部に保持される複数の反射板及び断熱板と、
前記円筒部の内部のパージガスを前記処理室内へ排気する穴と、を有する基板処理装置。 In claim 1,
The heat insulation section,
A cylindrical portion which is formed in a cylindrical shape whose upper end is closed, and on which the substrate holder is placed,
A hollow holding portion that is arranged along the central axis in the cylindrical portion and has a tip extending to near the upper surface of the cylindrical portion and opening toward the upper surface,
A plurality of reflection plates and heat insulation plates held on the side of the holding unit,
A substrate processing apparatus having a hole for exhausting a purge gas inside the cylindrical portion into the processing chamber.
前記断熱部内に設置され、前記処理室内を加熱する第２ヒータを更に備え、
前記第２ヒータは、
前記保持部の中空部分を貫通する支柱部と、
前記支柱部に接続された発熱部と、を有し、
前記発熱部は、前記基板よりも小径の略環状に形成され、上方にある前記円筒部の前記上面及び下方にある前記反射板と、接触することなく空隙を伴って水平に設置される基板処理装置。 In claim 2,
The apparatus further includes a second heater installed in the heat insulating unit and configured to heat the processing chamber.
The second heater includes:
A pillar portion penetrating the hollow portion of the holding portion,
A heating section connected to the support section,
The heat generating portion is formed in a substantially annular shape having a smaller diameter than the substrate, and is disposed horizontally with a gap without contacting the upper surface of the upper cylindrical portion and the reflector below. apparatus.
前記パージガス供給部から供給されたパージガスは、前記保持部の中空部分を下から上へと通ってその先端の前記開口から放出されることによって前記断熱部内に導入され、その後、前記断熱部内を上から下へ流れ、前記穴から前記処理室内に流れ込む基板処理装置。 In claim 2,
The purge gas supplied from the purge gas supply unit passes through the hollow portion of the holding unit from the bottom to the top, and is introduced into the heat insulating unit by being discharged from the opening at the tip thereof. A substrate processing apparatus which flows downward from the hole and flows into the processing chamber from the hole.
前記反応管は、下端が開口した円筒形状に形成され、
前記排気空間は、前記反応管の側壁の外方に突出して垂直方向に形成され、
前記第１排気口は、横長のスリットが基板に対応するように垂直方向に複数設けられたものである基板処理装置。 In claim 1,
The reaction tube is formed in a cylindrical shape with an open lower end,
The exhaust space is formed in a vertical direction so as to protrude outward from a side wall of the reaction tube,
The substrate processing apparatus, wherein the first exhaust port is provided with a plurality of horizontally long slits in a vertical direction so as to correspond to the substrate.
前記断熱部は円筒形状に形成され、前記断熱部の周囲には、前記反応管の内壁との間に、前記パージガスが前記処理領域へ流れることができる７．５ｍｍ〜１５ｍｍの間隙が存在する基板処理装置。 In claim 1,
The heat insulating part is formed in a cylindrical shape, and a substrate having a gap of 7.5 mm to 15 mm around the heat insulating part between the inner wall of the reaction tube and the purging gas can flow into the processing region. Processing equipment.
前記反応管の内壁の直径よりも大きな直径の円筒形状を有し、前記反応管の下端に外周側に突出して形成されたフランジを支持するマニホールドと、
前記マニホールドの開口を気密に閉塞可能な円盤状の炉口蓋体と、
前記炉口蓋体の前記処理室と反対側に設置され、前記基板保持具を回転させる回転機構と、を更に備えた基板処理装置。 In claim 2,
A manifold having a cylindrical shape with a diameter larger than the diameter of the inner wall of the reaction tube, and supporting a flange formed at the lower end of the reaction tube so as to protrude toward the outer periphery;
A disk-shaped furnace lid capable of airtightly closing the opening of the manifold,
A rotation mechanism for rotating the substrate holder, the rotation mechanism being provided on a side of the furnace lid opposite to the processing chamber.
前記断熱部は、前記円筒部と前記保持部を支持する受け部を更に有し、
前記受け部は、前記炉口蓋体との間隔が２〜１０ｍｍとなるように設けられ、前記受け部には、複数の穴が形成され、前記断熱部内をパージしたガスは前記複数の穴から前記処理室内に流れる基板処理装置。 In claim 7,
The heat insulating portion further includes a receiving portion that supports the cylindrical portion and the holding portion,
The receiving portion is provided so that a distance from the furnace cover is 2 to 10 mm, a plurality of holes are formed in the receiving portion, and gas purged in the heat insulating portion is supplied from the plurality of holes through the plurality of holes. Substrate processing equipment flowing into the processing chamber.
前記断熱部の周囲には、前記反応管の内壁との間に、前記パージガスが前記処理領域へ流れることができる７．５ｍｍ〜１５ｍｍの間隙が存在する基板処理装置。 In claim 8,
A substrate processing apparatus, wherein a gap of 7.5 mm to 15 mm is provided around the heat insulating portion between the inner wall of the reaction tube and the purging gas so as to flow to the processing region.
前記反応管の前記フランジには、前記処理室の下方を前記排気空間に連通させ、前記断熱領域の雰囲気を排気する第３排気口が形成された基板処理装置。 In claim 7,
A substrate processing apparatus, wherein a third exhaust port is formed in the flange of the reaction tube such that a lower portion of the processing chamber communicates with the exhaust space and an atmosphere in the heat insulating region is exhausted.
前記反応管の下端に外周側に突出して形成されたフランジと、
前記反応管の側方に形成された排気空間と、
前記排気空間と対面するように前記反応管の側方に形成され、内部にガスノズルを設置できるように構成されたガス供給空間と、
前記排気空間と前記処理室とを区分する内壁に形成され、前記処理領域の雰囲気を排気する第１排気口と、
前記排気空間に連通する排気ポートと、
前記内壁の、前記断熱領域と高さ方向において重なる位置に形成され、前記断熱領域の雰囲気を前記排気空間へ排気する第２排気口と、
前記処理室の下方を前記排気空間に連通させ、前記断熱領域の雰囲気を排気する第３排気口と、を備える反応容器。 A reaction tube which is formed in a cylindrical shape with an upper end closed and an open lower end, and internally forms a processing chamber including a processing region where the substrate holder is disposed and a heat insulating region where the heat insulating portion is disposed,
A flange formed at the lower end of the reaction tube so as to protrude outwardly,
An exhaust space formed on the side of the reaction tube;
A gas supply space formed on the side of the reaction tube so as to face the exhaust space, and configured to be able to install a gas nozzle therein;
A first exhaust port formed on an inner wall dividing the exhaust space and the processing chamber and exhausting an atmosphere in the processing region;
An exhaust port communicating with the exhaust space;
A second exhaust port formed on the inner wall at a position overlapping the heat insulating area in the height direction, and for exhausting the atmosphere of the heat insulating area to the exhaust space;
A third exhaust port that communicates a lower portion of the processing chamber with the exhaust space and exhausts an atmosphere in the heat insulating region.
前記基板保持具が配置される処理領域と前記断熱部が配置される断熱領域とを含む処理室を内部に構成する反応管と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室外に設置され、前記処理室内を加熱する第１ヒータと、
前記反応管の側方に形成された排気空間と、
前記排気空間と前記処理室とを区分する内壁に形成され、前記処理領域の雰囲気を排気する第１排気口と、
前記排気空間に連通する排気ポートと、
前記断熱領域にパージガスを供給し、前記断熱領域の少なくとも一部をパージするよう構成されたパージガス供給部と、
前記内壁の、前記断熱領域と高さ方向において重なる位置に形成され、前記断熱領域の雰囲気を前記排気空間へ排気する第２排気口と、
を備えた基板処理装置を使用する半導体装置の製造方法であって、
前記基板保持具に基板を保持する工程と、
前記処理室外に設置された前記第１ヒータと前記断熱部内に設置された第２ヒータとで加熱された前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程を有し、
前記基板を処理する工程では、前記断熱部内を前記パージガスでパージする半導体装置の製造方法。 A heat insulating portion arranged below the substrate holder for holding the substrate,
A reaction tube constituting a processing chamber including a processing region where the substrate holder is disposed and a heat insulating region where the heat insulating unit is disposed,
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber,
A first heater installed outside the processing chamber to heat the processing chamber;
An exhaust space formed on the side of the reaction tube;
A first exhaust port formed on an inner wall dividing the exhaust space and the processing chamber and exhausting an atmosphere in the processing region;
An exhaust port communicating with the exhaust space;
A purge gas supply unit configured to supply a purge gas to the heat insulation region and to purge at least a part of the heat insulation region,
A second exhaust port formed on the inner wall at a position overlapping the heat insulating area in the height direction, and for exhausting the atmosphere of the heat insulating area to the exhaust space;
A method for manufacturing a semiconductor device using a substrate processing apparatus provided with:
Holding a substrate on the substrate holder,
Processing the substrate by supplying a processing gas into the processing chamber heated by the first heater installed outside the processing chamber and the second heater installed inside the heat insulating unit,
In the step of processing the substrate, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the inside of the heat insulating portion is purged with the purge gas.
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