JP2023047121A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法および処理容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズルの倒れを防止しつつ、反応管にノズルを接続して固定することが可能な技術を提供することにある。
【解決手段】処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第1直線部と、前記第1直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える技術が提供される。
【選択図】図３
【解決手段】処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第1直線部と、前記第1直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える技術が提供される。
【選択図】図３
Description
本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および処理容器に関する。
半導体装置の製造方法に利用される基板処理装置には、処理ガスを処理室内の基板に対して供給するノズルを有する基板処理装置がある（例えば、特許文献１）。
消耗したノズルの交換や、多様なノズルの評価が行われることがある。この場合、ノズルの倒れを防止しつつ、石英製の反応管に石英製のノズルを接続して固定する技術が必要である。
本開示の課題は、ノズルの倒れを防止しつつ、反応管にノズルを接続して固定することが可能な技術を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
本開示の一態様によれば、
処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、
前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第1直線部と、前記第1直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、
前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える技術が提供される。
処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、
前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第1直線部と、前記第1直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、
前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える技術が提供される。
本開示に係る技術によれば、ノズルの倒れを防止しつつ、反応管にノズルを接続して固定することができる。
以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。
（１）基板処理装置の構成例
図１は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。図１に示すように、基板処理装置１は縦型の処理炉２０２を有する。処理炉２０２は処理容器としての反応管２０３を備えている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱耐蝕性材料製であり、下端に炉口（開口）を有する円筒部材として構成されている。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容する第１領域としてのウエハ収容領域Ａ（以下、領域Ａ）、および、領域Ａの鉛直方向下方に設けられた第２領域としての炉口周辺領域Ｂ（以下、領域Ｂ）を、内部に備えている。
図１は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。図１に示すように、基板処理装置１は縦型の処理炉２０２を有する。処理炉２０２は処理容器としての反応管２０３を備えている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱耐蝕性材料製であり、下端に炉口（開口）を有する円筒部材として構成されている。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容する第１領域としてのウエハ収容領域Ａ（以下、領域Ａ）、および、領域Ａの鉛直方向下方に設けられた第２領域としての炉口周辺領域Ｂ（以下、領域Ｂ）を、内部に備えている。
反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な蓋部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の下方には、回転機構２６７が設置されている。シールキャップ２１９は円盤状に形成されており、上面側を構成する上面ベース部２１９ａと、下面側を構成する下面ベース部２１９ｂとが積層するように構成されている。上面ベース部２１９ａは、例えば石英等の非金属部材により構成され、その厚さは１０～２０ｍｍ程度である。下面ベース部２１９ｂは、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属部材により構成されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、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。回転軸２５５に開設された回転軸２５５の軸受部２１９ｓは、磁気シール等の流体シールとして構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の下方に設置されたボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降させられる。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７すなわちウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送機構として構成されている。
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００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２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料製であり、上下に天板２１７ａ、底板２１７ｂを備えている。ボート２１７の下部に水平姿勢で多段に支持された断熱体２１８は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料製であり、領域Ａと領域Ｂとの間の熱伝導を抑制するように構成されている。断熱体２１８をボート２１７の構成部材の一部と考えることもできる。
反応管２０３の外側には、第１加熱部としてのヒータ２０７と、第２加熱部としてのヒータ２０８と、が設けられている。ヒータ２０７，２０８へは、ヒータ電源ユニット２１０（図６参照）から電力が供給される。
ヒータ２０７は、領域Ａを囲うように垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、後述する基板処理工程において、領域Ａに収容されたウエハ２００を所定の温度に加熱するように制御される。
ヒータ２０８は、領域Ｂを囲うようにヒータ２０７の鉛直方向下方に設けられている。ヒータ２０８は、反応管２０３の外周方向に配列（分割）された複数のヒータユニットにより構成されている。ヒータ２０８は、後述する基板処理工程において、特に反応管２０３の炉口周辺の側壁の温度や配管の温度をそれぞれ所定の温度に維持するよう制御される。なお以下では、反応管２０３の炉口周辺の側壁を、単に炉口部側壁と称する。
処理室２０１内には、反応管２０３の側壁の外側から内側に貫通するとともに、反応管２０３の内壁に沿って延伸する、温度センサ保護管２６３ａが設けられている。温度センサ保護管２６３ａの管内には、温度検出部としての温度センサ２６３が反応管２０３の外側から挿通されて設けられている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいて、ヒータ２０７の出力が調整される。温度センサ２６３は主に熱電対により構成される。なお、温度センサ２６３及び温度センサ保護管２６３ａは複数設けてもよい。
反応管２０３の側壁には、ガスを処理室２０１内に供給する第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂが接続されている。ガス供給管２３２ａ、２３２ｂは、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成された非金属のガス供給管であり、反応管２０３の炉口近傍（すなわち領域Ｂ周辺）の側壁を外側から内側に貫通して、反応管２０３の内壁に沿って上向きに延伸する。ガス供給管２３２ｂは更に、反応管２０３の天井部分を上方に突き抜けて、一旦、反応管２０３外に出た後、反応管２０３の天井部分の中心付近で反応管２０３内に接続されるように構成されている。ガス供給管２３２ａの先端又は側部と、ガス供給管２３２ｂの先端は開口しており、ガス供給孔（吐出孔）を構成している。ガス供給管２３２ａは第１酸化剤の気化ガスを処理室２０１内に供給するように構成されており、ガス供給管２３２ｂは第２酸化剤のガスを処理室２０１内に供給するように構成されている。
ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、ガス発生器２５０ａ、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）２４１ａ、開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。ガス発生器２５０ａには、液体原料としての第１酸化剤を供給する液体供給管や、液体を気化させるために用いるキャリアガスを供給するキャリアガス供給管等が接続されている。第1酸化剤は液化しやすい特性を有する。第1酸化剤はまた、それ単体で若しくは処理容器内の他の物質と混合した状態で、金属を侵す、例えば不動態層を破壊し錆びさせる性質を有しうる。
ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、ガス源２５０ｂ、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）２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。ガス源２５０ｂは、ガス原料としての第２酸化剤を供給するガス供給管や、キャリアガスを供給するキャリアガス供給管である。第２酸化剤が液体原料の場合は、ガス源２５０ｂはガス発生器となる。
第１酸化剤は、例えば、過酸化水素、水、及びオゾンのうちの少なくとも１つとすることができる。第２酸化剤は、例えば、酸素（Ｏ２）とすることができる。
ここで、第１酸化剤が、例えば、過酸化水素水である場合について例示的に説明する。過酸化水素水とは、常温で液体である過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を溶媒としての水（Ｈ２Ｏ）中に溶解させることで得られる水溶液のことである。ガス発生器２５０ａは、過酸化水素水を所定の温度（気化温度）に加熱する等し、これを気化或いはミスト化させることによって気化ガスを発生させる。気化ガス中には、ガス状或いはミスト状のＨ２Ｏ２および水蒸気（Ｈ２Ｏガス）がそれぞれ所定の濃度で含まれる。気化ガスに含まれるＨ２Ｏ２は、活性酸素の一種であり、不安定であってＯを放出しやすく、ＯＨラジカルを生成させ、非常に強い酸化力を持つ酸化剤（Ｏソース）として作用する。
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、気化ガス供給系が構成される。ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、ガス供給系が構成される。
反応管２０３の炉口近傍（炉口周辺）の側壁には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２４４を介して、排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、さらに、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５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２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
図２は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の反応管の炉口周辺構造を示す概略構成図であり、炉口周辺を水平断面図で示す図である。図２に示されるように、反応管２０３の炉口部側壁には、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、温度センサ保護管２６３ａ、及び排気管２３１等の配管が設けられている。反応管２０３の炉口部側壁には、炉口部側壁の外周面温度を測定する側壁温度センサ３０３ａ、３０３ａ’、３０３ｂを備えることができる。
図３～図６を用いて、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂの取り付けの構成例およびガス導入部の構成例を説明する。図３は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の反応管内のノズルを示す概略構成図である。図４は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の固定ブロックの概略構成図である。図５は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のガス導入部の先端部分の概略構成図である。図６は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の反応管の炉口周辺に設ける概略構成図であり、ガス導入部を縦断面図で示す図である。
図３には、反応管２０３の内側から反応管２０３の内壁２０３１側を見た斜視図であり、反応管２０３の内壁２０３１に第１ガス供給管２３２ａと第２ガス供給管２３２ｂとが取り付けられている。第１ガス供給管２３２ａは、着脱可能に、反応管２０３の内壁２０３１に取り付けられている。一方、第２ガス供給管２３２ｂは、着脱不可能に、反応管２０３の内壁２０３１に取り付けられている。
第１ガス供給管２３２ａは、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成された非金属のノズル３０により構成される。ノズル３０は、ガス導入部５０の内側に挿入され、ガス導入部５０と流体連通する第１直線部３１（図６参照）と、第１直線部３１と流体連通し、反応管（以下、処理容器ともいう）２０３の内壁２０３１に沿って配置される第２直線部３２と、を有する。第１直線部３１と第２直線部３２は略直角を成し、ノズル３０は全体としてＬ字型を呈する。
ノズル３０の第２直線部３２は、上方において、固定ブロック４０によって位置決めされ、下方においてガス導入部５０の端部としての先端５１の部分によって位置決めされており、ノズル３０の倒れや抜けを防止しつつ、反応管２０３にノズル３０を接続して固定することが可能な構成とされている。
図３、図４に示すように、固定ブロック４０は、反応管２０３の側壁２０３ｓの内側の内壁２０３１であって、ガス導入部５０の上方に設けられている。
固定ブロック４０は、上面視において、ノズル３０を反応管２０３の半径方向に移動可能な溝４１を有す。固定ブロック４０は、例えば、溶接などにより、反応管２０３の内壁２０３１と一体に形成され、溝４１は反応管２０３の内側方向に向かって開放されている。
固定ブロック４０の溝４１は幅拡大部４３を有する。幅拡大部４３には、規制具としての規制プレート４５がはめ込まれるように構成されている。幅拡大部４３は固定ブロック４０の下端まで貫通していない構成とされている。規制プレート４５は非金属製で、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成される。
幅拡大部４３よりも溝４１の底側（内壁２０３１に近い側）にノズル３０を配置した状態で、規制プレート４５を幅拡大部４３に挿入することで、ノズル３０の（反応管２０３の半径方向の）移動を制限することができる。つまり、ノズル３０（の第２直線部３２）は、固定ブロック４０の溝４１の外周側の端４１ｅと、規制プレート４５によって挟まれることで水平方向に位置決めされる。
固定ブロック４０は、反応管２０３の炉口部分から作業員が腕を入れた時に届く位置であることが好ましく、反応管２０３の断熱領域における高さ(例えば、領域Ｂの上辺の高さ）、炉口部から４０ｃｍ以下の高さ若しくはノズル３０の高さ方向の中央より低い高さに設けられうる。
図３、図５に示すように、ガス導入部５０は、反応管２０３の側壁２０３ｓを貫通して側壁２０３ｓと一体に設けられ、反応管２０３内へ突出した先端５１を有する。ガス導入部５０は、反応管２０３と同じ素材、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、非金属製である。ガス導入部５０は、断熱、若しくは応力緩和の目的で、処理容器の外側端部で互いに接合された２重管構造とする場合がある。
ガス導入部５０の反応管２０３内側の端（先端５１の部分）は、ノズル３０よりも反応管２０３の内側に伸びており、ガス導入部５０の反応管２０３内側の先端５１は、留め具としての留めプレート５５が差し込まれる溝部５３を備えている。ノズル３０（の第２直線部３２）の下側は、溝部５３に留めプレート５５が差し込まれることで、水平方向に位置決めされるように構成されており、留めプレート５５を溝部５３に挿入することで、ノズル３０の（反応管２０３の半径方向の）移動を制限することができる。
ガス導入部５０は、ノズル３０の外径と略対応する内径を有する導入管５７を有する。導入管５７は２重管構造における内管に対応する。導入管５７の先端（５１）且つ上端には、内径に略対応する幅のＵ字型の切れ込み部５２を有する。切れ込み部５２は、導入管５７の先端の上半分を開放し、ノズル３０の第２直線部との干渉を回避する。
ノズル３０の下端は、対面するガス導入部５０の表面に対応する形状を有し、ノズル３０の内部と導入管５７とを流体連通させる開口とを有する。以上説明したように、反応管２０３内には金属製の部材は用いられていない。これにより液化した原料との接触による腐食や、反応管内の金属汚染が防がれる。
（ガス導入部の構成例）
図６を用いて、ガス導入部の構成例を説明する。図６は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の反応管の炉口周辺に設ける概略構成図であり、ガス導入部を縦断面図で示す図である。
図６を用いて、ガス導入部の構成例を説明する。図６は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の反応管の炉口周辺に設ける概略構成図であり、ガス導入部を縦断面図で示す図である。
図６に示すように、反応管（処理容器）２０３の側壁２０３ｓには、ガス導入部５０が設けられている。ガス導入部５０は、第１緩衝リング６０，第１シールリング６１，ワッシャ６２，ユニオンネジ６３，スリーブ６４、第２緩衝リング６５、第２シールリング６６、袋ナット６７、コイルばね７０等により取付板６８に取り付けられる構成されている。反応管２０３の炉口部分には、反応管２０３の炉口部分を冷却するための冷却ブロック７２、および、反応管２０３の炉口部分を保持するための保持具７３が設けられる。
スリーブ６４は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製であり、筒状の形状とされている。スリーブ６４の一端（ガス導入部５０の側）の先端には、第１緩衝リング６０や第１シールリング６１等が嵌る溝が形成され、他端（袋ナット６７の側）の外周には雄ネジが切られている。
ユニオンネジ６３は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製、筒状の形状とされている。ユニオンネジ６３の右側の外周には雄ネジが切られ、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製の取付板６８に構成されるネジ穴に螺合する。ユニオンネジ６３の左型外周は６角ナット形状になっている。ユニオンネジ６３を取付板６８にねじ込むことで、コイルばね７０が付勢され、スリーブ６４の右端が第１シールリング６１を介してガス導入部５０により構成されるガスポートの左壁部に押し当てられる。
第１シールリング（Ｏリングとも言う）は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene：PTFE)などのフッ素樹脂製であり、リング状の形状とされている。スリーブ６４の先端（右側壁面）とガス導入部５０の先端（左側壁面）との間をシール（密封）する。
第２シールリング（Ｏリングとも言う）は、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene：PTFE)などのフッ素樹脂製であり、リング状の形状とされている。スリーブ６４の先端（左壁面）とノズル３０の外周面との間をシールする。
第１緩衝リング６０および第２緩衝リング６５は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などのフッ素樹脂製で構成されており、シールリング（６１、６６）の過剰な変形を防止するために用いられる。
ワッシャ６２は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製であり、ユニオンネジ６３とスリーブ６４の間から、コイルばね７０とユニオンネジ６３の間に亘って設けられ、摩擦を減らすために用いられる。
袋ナット６７は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製であり、スリーブ６４の左端外周に螺合し、スリーブ６４と袋ナット６７の間に第２シールリング６６を挟みこんで、第２シールリング６６をスリーブ６４及びノズル３０に圧接させるために用いられる。
ノズル３０を反応管（処理容器）２０３に装着する時は、以下の様にして行うことができる。
１）ノズル３０の挿入工程：
作業員は、反応管２０３の下部の炉口部分から、反応管２０３の内部にノズル３０を入れていく。そして、ノズル３０の第１直線部３１をガス導入部５０の内部に挿入するとともに、ノズル３０の第２直線部３２が固定ブロック４０の溝４１の底（外周側の端４１ｅ）に当たる程度まで、ノズル３０の第２直線部３２を溝４１に挿入する。この状態で作業員は、ノズルを離脱、傾斜及び破損させることなく、ノズル３０から手を離すことができる。
作業員は、反応管２０３の下部の炉口部分から、反応管２０３の内部にノズル３０を入れていく。そして、ノズル３０の第１直線部３１をガス導入部５０の内部に挿入するとともに、ノズル３０の第２直線部３２が固定ブロック４０の溝４１の底（外周側の端４１ｅ）に当たる程度まで、ノズル３０の第２直線部３２を溝４１に挿入する。この状態で作業員は、ノズルを離脱、傾斜及び破損させることなく、ノズル３０から手を離すことができる。
２）規制プレート４５と留めプレート５５の取り付け工程：
作業員は、反応管２０３の炉口部分から奥に手を伸ばして、規制プレート４５を幅拡大部４３に挿入し、留めプレート５５を溝部５３に挿入する。
作業員は、反応管２０３の炉口部分から奥に手を伸ばして、規制プレート４５を幅拡大部４３に挿入し、留めプレート５５を溝部５３に挿入する。
３）ノズル３０のガス導入部５０への取り付け工程：
作業員は、ユニオンネジ６３、袋ナット６７を適切に締めて、ノズル３０をガス導入部５０に気密に取り付ける。
作業員は、ユニオンネジ６３、袋ナット６７を適切に締めて、ノズル３０をガス導入部５０に気密に取り付ける。
ノズル３０を反応管２０３から取り外すときは、上記装着時の上記１)、２）、３）を逆に行うことにより、ノズル３０を反応管２０３から取り外すことができる。つまり、ユニオンネジ６３や袋ナット６７を緩め、その後、規制プレート４５と留めプレート５５とを取り外し、そして、ノズル３０の第１直線部３１をガス導入部５０から抜く。そして、ノズル３０を反応管２０３の炉口部分から、反応管２０３の外部に取り出す。
これにより、第１ガス供給管２３２ａを構成するノズル３０の反応管２０３内での倒れを防止しつつ、石英製の反応管２０３に石英製のノズル３０を接続して固定することができる。また、処理室２０３内のノズル３０を交換し、多様なノズルを評価することが可能である。
（コントローラ）
次に、図７を用いて、基板処理装置１の各部の動作を制御するコントローラ１２１について説明する。図７は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系を示すブロック図である。
次に、図７を用いて、基板処理装置１の各部の動作を制御するコントローラ１２１について説明する。図７は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系を示すブロック図である。
図７に示すように、基板処理装置１は、基板処理装置１の各部の動作を制御するコントローラ１２１を有している。制御部であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ１２１ａ、ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介してＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、タッチパネル等として構成された入出装置１２２が接続されている。
記憶装置１２１ｃはフラッシュメモリやＨＤＤ等により構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、この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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａ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として構成されている。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ガス発生器２５０ａ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ電源ユニット２１０、温度センサ２６３、側壁温度センサ３０３ａ，３０３ａ’，３０３ｂ、ガス供給管温度センサ(不図示）、排気管温度センサ(不図示）、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。ガス供給管温度センサは、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂの温度を測定する配管温度センサである。排気管温度センサは、排気管２３１の温度を測定する配管温度センサである。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃ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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ガス発生器２５０ａによるガス生成動作、ＭＦＣ２４１ａによるガスの流量調整動作、バルブ２４３ａの開閉動作、圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３、側壁温度センサ３０３ａ，３０３ａ’，３０３ｂ、ガス供給管温度センサ、排気管温度センサに基づくヒータ電源ユニット２１０からヒータ２０７，２０８、キャップヒータへの電力供給量の調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。キャップヒータは、シールキャップ２１９の下側に設けられており、シールキャップ２１９を加熱するために利用されるヒータである。
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３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１２１ｃや外部記憶装置１２３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。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。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１２３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。
（２）基板処理工程
続いて、基板処理装置１を用い、半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程の一例について、図８を用いて説明する。図８は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理工程の一例を示すフロー図である。以下の説明において、基板処理装置１を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
続いて、基板処理装置１を用い、半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程の一例について、図８を用いて説明する。図８は、本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理工程の一例を示すフロー図である。以下の説明において、基板処理装置１を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
なお、この基板処理工程において所定の処理が施される基板の表面には、シラザン結合（－Ｓｉ－Ｎ－）を有する膜（ポリシラザン膜）が形成されている。この膜には、シリコン（Ｓｉ）の他、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）が含まれ、さらに、炭素（Ｃ）や他の不純物が混ざっている場合がある。この基板処理工程では、ウエハ２００上に形成されたポリシラザン膜に対し、比較的低温の条件下で第１酸化剤を含む気化ガスを供給することで、この膜を改質（酸化）する。
（基板搬入工程：ステップＳ１）
表面にポリシラザン膜が形成された複数枚のウエハ２００が、ボート２１７に装填される。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート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内へ搬入される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリングを介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
表面にポリシラザン膜が形成された複数枚のウエハ２００が、ボート２１７に装填される。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート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内へ搬入される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリングを介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
（圧力・温度調整工程：ステップＳ２）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所定の圧力（改質圧力）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内が真空排気される。また、ヒータ２０７，２０８、キャップヒータにより、反応管２０３、処理室２０１に収容されたウエハ２００、シールキャップ２１９、等が加熱される。
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所定の圧力（改質圧力）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内が真空排気される。また、ヒータ２０７，２０８、キャップヒータにより、反応管２０３、処理室２０１に収容されたウエハ２００、シールキャップ２１９、等が加熱される。
この際、領域Ａに収容されたウエハ２００が所定の温度となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づいて、ヒータ電源ユニット２１０からヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。
また、ヒータ２０８に設けられた温度センサ（側壁温度センサ３０３ａ，３０３ｂ、ガス供給管温度センサ、排気管温度センサ）が検出した温度情報に基づいて、反応管２０３の炉口部の側壁の温度と、ガス供給管２３２ａ、温度センサ保護管２６３ａ及び排気管２３１の温度とがそれぞれ所定の温度（又は所定の温度分布）となるように、ヒータ電源ユニット２１０からヒータユニット２０８への通電具合がフィードバック制御される。
ヒータ２０７，２０８のフィードバック制御は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。真空ポンプ２４６の稼働、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（改質工程：ステップＳ３）
続いて、ガス発生器２５０ａへの液体原料及びキャリアガスの供給を開始し、ガス発生器２５０ａにより第１酸化剤の気化ガスを発生させる。気化ガスの発生量や濃度等が安定したら、バルブ２４３ａ、２４３ｂを開き、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂにより流量制御しながら、第１酸化剤及び第２酸化剤を、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂのガス供給孔から処理室２０１内へ供給する。処理室２０１内へ供給されたガスは、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００の表面で酸化反応が生じ、ウエハ２００上のポリシラザン膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）へと改質される。
続いて、ガス発生器２５０ａへの液体原料及びキャリアガスの供給を開始し、ガス発生器２５０ａにより第１酸化剤の気化ガスを発生させる。気化ガスの発生量や濃度等が安定したら、バルブ２４３ａ、２４３ｂを開き、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂにより流量制御しながら、第１酸化剤及び第２酸化剤を、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂのガス供給孔から処理室２０１内へ供給する。処理室２０１内へ供給されたガスは、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００の表面で酸化反応が生じ、ウエハ２００上のポリシラザン膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）へと改質される。
所定時間が経過し、ポリシラザン膜のＳｉＯ膜への改質が終了したら、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内への気化ガスの供給を停止する。
改質工程の処理条件としては、以下が例示される。
液体原料の第１酸化剤の濃度：２０～４０％、好ましくは２５～３５％
液体原料の気化条件：略大気圧下で１２０～２００℃に加熱
改質圧力：７００～１０００ｈＰａ（大気圧、微減圧および微加圧のうちいずれか）
ウエハ２００の温度：７０～１１０℃、好ましくは７０～８０℃
ここで述べた温度条件下では、処理室２０１内へ供給された気化ガスが処理室２０１内で再液化し、これにより生じた液体が炉口周辺（シールキャップ２１９の上面等）に滞留する可能性がある。特に、炉口部側壁や、処理室２０１内のガス供給管２３２ａ、温度センサ保護管２６３ａ等では、上述の通り、局所的な低温領域が生じることがあり、局所的に発生した低温領域に接触することで気化ガスが再液化しやすい。
液体原料の気化条件：略大気圧下で１２０～２００℃に加熱
改質圧力：７００～１０００ｈＰａ（大気圧、微減圧および微加圧のうちいずれか）
ウエハ２００の温度：７０～１１０℃、好ましくは７０～８０℃
ここで述べた温度条件下では、処理室２０１内へ供給された気化ガスが処理室２０１内で再液化し、これにより生じた液体が炉口周辺（シールキャップ２１９の上面等）に滞留する可能性がある。特に、炉口部側壁や、処理室２０１内のガス供給管２３２ａ、温度センサ保護管２６３ａ等では、上述の通り、局所的な低温領域が生じることがあり、局所的に発生した低温領域に接触することで気化ガスが再液化しやすい。
本実施形態では、上述の通り構成されたヒータ２０８を制御することにより、反応管２０３の炉口の側壁等を均等に加熱し、局所的な低温領域が生じるのを防止する。ここで、再液化を防止するため、炉口周辺の側壁等において、所定温度（第１下限温度）を下回る領域が発生しないように温度制御を行う。下限温度は気化ガスの濃度等の条件により異なるが、例えば上述の処理条件においては８０℃以上である。
（乾燥工程：ステップＳ４）
改質工程が終了したら、ヒータ２０７を制御し、ウエハ２００を、上述の改質温度よりも高い温度に加熱する。この温度を保持することにより、ウエハ２００と処理室２０１内とを緩やかに乾燥させる。
改質工程が終了したら、ヒータ２０７を制御し、ウエハ２００を、上述の改質温度よりも高い温度に加熱する。この温度を保持することにより、ウエハ２００と処理室２０１内とを緩やかに乾燥させる。
（降温・大気圧復帰工程：ステップＳ５）
乾燥工程が終了した後、処理室２０１内を真空排気する。その後、処理室２０１内を大気圧に復帰させ、所定時間経過した後、処理室２０１内を所定の搬出可能温度に降温させる。
乾燥工程が終了した後、処理室２０１内を真空排気する。その後、処理室２０１内を大気圧に復帰させ、所定時間経過した後、処理室２０１内を所定の搬出可能温度に降温させる。
（基板搬出工程：ステップＳ６）
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、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出される。
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、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出される。
以上、本開示を実施例に基づき具体的に説明したが、本開示は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
（付記１）
処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、
前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第１直線部と、前記第１直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、
前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える基板処理装置。
処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、
前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第１直線部と、前記第１直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、
前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える基板処理装置。
（付記２）
好ましくは、前記ガス導入部の前記処理容器内側の端は、前記ノズルよりも前記内側に伸び、留めプレートが差し込まれる、（付記１）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記ガス導入部の前記処理容器内側の端は、前記ノズルよりも前記内側に伸び、留めプレートが差し込まれる、（付記１）に記載の基板処理装置。
（付記３）
好ましくは、前記固定ブロックは、前記処理容器と一体に形成され、前記溝は前記処理容器の内側方向に向かって開放されている、（付記１）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記固定ブロックは、前記処理容器と一体に形成され、前記溝は前記処理容器の内側方向に向かって開放されている、（付記１）に記載の基板処理装置。
（付記４）
好ましくは、前記溝は幅拡大部を有し、前記幅拡大部よりも外周側に前記ノズルを配置した状態で前記幅拡大部に挿入され、前記ノズルの移動を制限する非金属製の規制プレートを更に備える、（付記３）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記溝は幅拡大部を有し、前記幅拡大部よりも外周側に前記ノズルを配置した状態で前記幅拡大部に挿入され、前記ノズルの移動を制限する非金属製の規制プレートを更に備える、（付記３）に記載の基板処理装置。
（付記５）
（付記１）の前記処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記基板を処理する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記１）の前記処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記基板を処理する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記６）
好ましくは、前記固定ブロックは前記処理容器の断熱領域における高さ若しくは前記ノズルの高さ方向の中央より低い高さに設けられる、（付記１）記載の基板処理装置。
好ましくは、前記固定ブロックは前記処理容器の断熱領域における高さ若しくは前記ノズルの高さ方向の中央より低い高さに設けられる、（付記１）記載の基板処理装置。
（付記７）
好ましくは、前記幅拡大部は前記固定ブロックの下端まで貫通しないよう構成される、（付記４）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記幅拡大部は前記固定ブロックの下端まで貫通しないよう構成される、（付記４）に記載の基板処理装置。
（付記８）
好ましくは、前記ノズルは、前記溝の外周側の端と、前記規制プレートによって挟まれることで水平方向に位置決めされる、（付記４）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記ノズルは、前記溝の外周側の端と、前記規制プレートによって挟まれることで水平方向に位置決めされる、（付記４）に記載の基板処理装置。
（付記９）
好ましくは、前記ガス導入部は、前記ノズルの外径と略対応する内径を有する導入管を有し、前記導入管の先端且つ上端には、内径に略対応する幅のＵ字型の切れ込みを有する、（付記２）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記ガス導入部は、前記ノズルの外径と略対応する内径を有する導入管を有し、前記導入管の先端且つ上端には、内径に略対応する幅のＵ字型の切れ込みを有する、（付記２）に記載の基板処理装置。
（付記１０）
好ましくは、前記ノズルの下端は、対面する前記ガス導入部の表面に対応する形状を有し、前記ノズルの内部と前記導入管とを流体連通させる開口とを有する、（付記９）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記ノズルの下端は、対面する前記ガス導入部の表面に対応する形状を有し、前記ノズルの内部と前記導入管とを流体連通させる開口とを有する、（付記９）に記載の基板処理装置。
（付記１１）
好ましくは、前記ノズルの下端は、対面する前記ガス導入部の表面に対応する形状を有し、前記ノズルの内部と前記導入管とを流体連通させる開口とを有する、（付記２）に記載の基板処理装置。
好ましくは、前記ノズルの下端は、対面する前記ガス導入部の表面に対応する形状を有し、前記ノズルの内部と前記導入管とを流体連通させる開口とを有する、（付記２）に記載の基板処理装置。
（付記１２）
好ましくは、前記ノズルは、気化された過酸化水素、水、及びオゾンのうちの少なくとも１つを前記処理容器内に供給する吐出孔を有する、（付記１）記載の基板処理装置。
好ましくは、前記ノズルは、気化された過酸化水素、水、及びオゾンのうちの少なくとも１つを前記処理容器内に供給する吐出孔を有する、（付記１）記載の基板処理装置。
（付記１３）
（付記１）の前記処理容器内に基板を搬入する手順と、
前記基板を処理する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。
（付記１）の前記処理容器内に基板を搬入する手順と、
前記基板を処理する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。
１：基板処理装置
３０：ノズル
４０：固定ブロック
４５：規制プレート
５５：留めプレート
２０３：反応管
２３２ａ、２３２ｂ：ガス供給管
３０：ノズル
４０：固定ブロック
４５：規制プレート
５５：留めプレート
２０３：反応管
２３２ａ、２３２ｂ：ガス供給管
Claims (6)
- 処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、
前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第1直線部と、前記第1直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、
前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える基板処理装置。 - 前記ガス導入部の処理容器内側の端部は、前記ノズルよりも前記処理容器の内側方向に延伸するよう構成され、前記端部には留め具が差し込まれる、請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記固定ブロックは、前記処理容器と一体に形成され、
前記溝は前記処理容器の内側方向に向かって開放されている、請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記溝は幅拡大部を有し、幅拡大部よりも前記溝の底側にノズルを配置した状態で幅拡大部に挿入され、前記ノズルの移動を制限する非金属製の規制具を更に備える、請求項３に記載の基板処理装置。
- 処理容器の側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、前記ガス導入部の内側に挿入され前記ガス導入部と流体連通する第１直線部と、前記第１直線部と流体連通し、前記処理容器の内壁に沿って配置される第２直線部と、を有する非金属製のノズルと、前記処理容器の前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、前記ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備える基板処理装置の前記処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 処理容器であって、
側壁と、
前記側壁を貫通して前記側壁と一体に設けられ、前記処理容器内へ突出した先端を有する非金属製のガス導入部と、
前記側壁の内側であって前記ガス導入部の上方に設けられ、ノズルを前記処理容器の半径方向に移動可能な溝を有する固定ブロックと、を備え、
第１直線部と前記第１直線部から屈曲して伸びる第２直線部とを有するノズルが、前記ガス導入部の内側から挿入された時に、前記固定ブロックは前記第２直線部を保持可能に構成される処理容器。
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