JP4296078B2 - 半導体製造装置、被覆管及び半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）
の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウ
エハという。）に各種の熱処理（thermal treatment ）を施す熱処理装置（furnace ）に
関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）や酸化シリコン（ＳｉＯ
ｘ）およびポリシリコン等を堆積（デポジション）するのに、バッチ式縦形ホットウオー
ル形減圧ＣＶＤ装置が、広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ
装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、処理室を形成するインナチューブおよびインナチ
ューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦形に設置されたプロセスチューブと、
処理室を排気する排気管系および処理室にガスを供給するガス導入管が接続されたマニホ
ールドと、プロセスチューブの外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数
枚のウエハを垂直方向に整列させて保持して処理室に搬入するボートとを備えており、複
数枚のウエハを保持したボートが処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）さ
れ、処理室に成膜ガスがガス導入管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処
理室が加熱されることにより、ウエハの上にＣＶＤ膜を堆積させるように構成されている
。

従来のこの種のＣＶＤ装置においては、成膜ガスの残りや副生成物および塵芥等の粒子（
パーティクル）（以下、単に副生成物と呼ぶこともある）が排気管系の内壁やポンプに付
着・堆積し、排気管の閉塞や排気装置（真空ポンプ）の機能停止を引き起こすため、定期
的に排気管の内壁や真空ポンプの洗浄が行われている。

しかしながら、半導体製造工場のレイアウトによっては、処理室からポンプまでの排気管
の長さが非常に長い場合があり、この場合、全ての排気管系を洗浄しようとすると、非常
に時間がかかり、装置の維持コストの上昇、スループットの低下という問題が生じている
。

本発明の目的は、排気管系のメンテナンス性を向上することができる半導体製造装置を提
供することにある。

本発明に係る半導体製造装置は、基板を処理する処理室に一端が接続され他端が排気装置
に接続される排気管と、前記排気管の少なくとも一部分の内側にバッファを介して挿入さ
れ流出口を有する被覆管とを備えた半導体製造装置であって、前記バッファにガスを供給
し、前記流出口から前記ガスを前記排気管内を流れるガスと逆方向に導入することを特徴
とする。

前記した手段によれば、排気管による排気に際して、ガスがバッファを介して排気管内を
流れるガスと逆方向に導入されるので、前記排気管内に乱流が発生し、前記被覆管の流出
口付近に副生成物が付着しやすくなる。前記被覆管を挿入した部分の排気管に副生成物を
積極的に付着させることにより、前記被覆管を設けていない他の排気管や真空ポンプへの
副生成物の付着を抑制することができる。したがって、排気管の長さが非常に長く、排気
管の全てを洗浄することが困難な場合であっても、本発明の構成を排気管の所望の箇所に
適用し、積極的に副生成物を付着させることで、排気管の全ての箇所をメンテナンスする
必要がなくなる。また、前記被覆管は簡単に排気管から脱着できるようになっているので
、副生成物が付着した被覆管を洗浄又は新しい被覆管に取り替えれば、排気管系のメンテ
ナンスが終了する。よって、排気管のメンテナンスを短時間で行うことができる。

本発明によれば、排気管系のメンテナンス箇所を減らし、メンテナンス作業を容易にする
ことができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

図１に示されているように、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０は、中心線が垂直になる
ように縦に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１１を備えている。プロ
セスチューブ１１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ１２とインナチューブ１３
とを備えており、アウタチューブ１２は石英ガラスや炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用され
て上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されており、インナチューブ１３は石
英ガラスや炭化シリコンが使用されて上下両端が開口された円筒形状に形成されている。
インナチューブ１３の筒中空部はボートによって同心的に整列した状態に保持された複数
枚のウエハが搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端部には被
処理基板としてのウエハの最大外径よりも大きな口径の炉口１５が形成されている。

図１に示されているように、プロセスチューブ１１の下端にはマニホールド１６が同心円
に配設されており、プロセスチューブ１１は図示しない筐体に支持されることによって垂
直に支持された状態になっている。マニホールド１６はステンレス鋼等の金属が使用され
て上下両端が開口した短尺の円筒形状に形成されており、マニホールド１６の内周の中間
部にはマニホールド１６の内側空間を上下に仕切った隔壁１７が水平に突設されている。
シールキャップ２３にはガス導入管１８が、隔壁１７が仕切ったマニホールド１６の内側
空間のうち炉口１５側である下側空間に連通するように接続されており、ガス導入管１８
の他端は原料ガスや窒素ガス等のガスを供給するガス供給装置（図示せず）に接続されて
いる。マニホールド１６の側壁の上部には後記する排気管系４０を接続された排気口２０
が、隔壁１７が仕切ったマニホールド１６の内側空間のうち上側空間に一杯に連通するよ
うに開設されており、排気口２０はアウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間に
よって形成された排気路１９を排気するようになっている。

図１に示されているように、ＣＶＤ装置１０はマニホールド１６の炉口１５を開閉する隔
離バルブとしての炉口開閉装置２１を備えており、この炉口開閉装置２１はマニホールド
１６の中心線の延長線と同心円に配置されてボートエレベータ（図示せず）によって昇降
されるように構成されている。炉口開閉装置２１はボートエレベータによって垂直に昇降
されるベース２２と、マニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に形成されてマニホー
ルド１６の下端面に密着して炉口１５をシールするシールキャップ２３とを備えており、
シールキャップ２３はベース２２の真上に若干の隙間をとって平行に配置されて水平に支
持されている。ベース２２の中心線上には回転駆動装置（図示せず）によって回転される
回転軸２４が垂直方向に挿通されて軸受装置によって回転自在に支承されており、回転軸
２４の上端にはボート２５が垂直に立脚されて固定されている。

図１に示されているように、ボート２５は上下で一対の端板２６および２７と、両端板２
６、２７間に垂直に配設された複数本の保持部材２８とを備えており、各保持部材２８に
は複数条の保持溝が長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するよう
にそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ１は複数条の保持溝間に外周辺部が挿入され
ることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボート２５に保持される
ようになっている。

図１に示されているように、プロセスチューブ１１の外側にはプロセスチューブ１１の内
部を加熱するためのヒータユニット３０がアウタチューブ１２の周囲を包囲するように同
心円に設備されており、ヒータユニット３０はプロセスチューブ１１内を均一または所定
の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット３０は円筒形状に形成され
た断熱槽３２の内周に抵抗ヒータ３１が螺旋状に敷設されて構成されており、筐体の上に
垂直に据え付けられている。

図１、図２、図３に示されているように、排気口２０に接続された本実施の形態に係る排
気管系４０は排気口２０に管継手された第一排気管４１を備えており、第一排気管４１の
一端は大口径の排気口２０に対応して大口径の円筒形状に形成されている。第一排気管４
１の多端は、第二排気管５４に接続されており、第二排気管５４の内周面における真空ポ
ンプ２９側の端部（以下、下流側端部とする。）には、位置決め部４３とが径方向内向き
に設けられている。第二排気管５４の中間部には窒素（Ｎ₂ ）ガス等のガス４４を第二排
気管５４の内側空間に導入するためのガス導入管４５が接続されており、ガス導入管４５
には図示しないガス供給装置が接続されている。

第二排気管５４の内側には第二排気管５４の内径よりも若干小径のテレスコープ（遠眼鏡
）構造に形成された被覆管４７がバッファ４６を介して挿入されている。すなわち、被覆
管４７は短尺であって第二排気管５４の位置決め部４３の内径に対応した円形リング形状
に形成されたセンタリング４８を備えており、センタリング４８は第二排気管５４の位置
決め部４３に嵌入されて同心円に位置決めされている。センタリング４８の外周にはフラ
ンジ部４９が突設されており、フランジ部４９の外周にはシールリング５０が嵌着されて
いる。センタリング４８は第二排気管５４と後記する第三排気管５７との間にフランジ部
４９およびシールリング５０を挟み込まれた状態で管継手によって締結されることにより
固定されるようになっている。また、被覆管４７は短尺であって第二排気管５４の内径よ
りもバッファ４６の分だけ小径の円筒形状に形成された複数個のセグメントリング５１を
備えており、複数個のセグメントリング５１が中心線を揃えて直列に配列されて隣合うも
の同士が突合端部において嵌合され、前記嵌合箇所の一部を溶接で接合すること（図３の
例では３箇所を点溶接している）により、一本の管構造に形成されている。隣合うセグメ
ントリング５１、５１の嵌合部には狭い隙間（例えば０．１〜０．５ｍｍ）、排気管内を
流れるガスと逆方向（処理室側）に形成されており、この隙間によってバッファ４６内の
ガス４４を被覆管４７の内側空間に流出させる流出口５２が構成されている。セグメント
リング５１はその一端と他端とで口径が異なっている。排気ガス流れの上流側（処理室側
）で口径を小さく、下流側（真空ポンプ側）で口径を大きくし、隣接するセグメントリン
グ５１が一部重なるようにしている。このようにすることで、バッファ４６内のガスが被
覆管４７内に入り易くなり、また、入った後に排気管内を流れるガスと逆方向に（処理室
側に向かって）流れることになる。これにより、被覆管４７付近の排気管内に乱流を形成
し、その結果、前記被覆管４７に副生成物６１が付着しやすくなる。そして、被覆管４７
の最下流側端に配置されたセグメントリング５１の下流側端部がセンタリング４８に溶接
接合されることにより、被覆管４７は第二排気管５４の内側に所定のバッファ４６を置い
て同心円に固定されている。

図１に示されているように、排気管系４０は第三排気管５７を備えており、第三排気管５
７は第二排気管５４の下流側端に管継手によって締結されている。そして、第三排気管５
７の下流側端には第四排気管６０が管継手によって締結されている。第四排気管６０の下
流側端は真空ポンプ等によって構成された排気装置２９に接続されている。

次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を使用してウエハに酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を成膜す
る場合について説明する。

プロセスチューブ１１の真下のボート搬入搬出室において、複数枚のウエハ１はボート２
５に互いに平行で中心線が揃った状態にウエハ移載装置によって装填される。図１に示さ
れているように、複数枚のウエハ１が装填されたボート２５はシールキャップ２３の上に
ウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータによって上昇さ
れて炉口１５から処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ
２３に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。この状態で、シールキャップ２
３は炉口１５を気密シールした状態になる。

続いて、プロセスチューブ１１の内部は所定の真空度（数十〜数万Ｐａ）に排気口２０に
接続された排気管系４０によって排気される。この際、排気口２０が大口径に設定されて
いることにより、排気口２０による排気路１９に対する排気速度を従来例に比べて大きく
設定することができるため、大きい排気速度によって排気路１９やマニホールド１６の表
面に成膜ガスの残りや副生成物等の粒子が付着して堆積するのを防止することができる。
また、プロセスチューブ１１の内部がヒータユニット３０によって所定の温度（６００〜
７００℃）に全体にわたって均一に加熱される。

プロセスチューブ１１の内部の温度や圧力が安定すると、成膜ガスがインナチューブ１３
の処理室１４にガス導入管１８によって導入される。本実施の形態においては、成膜ガス
としては、ＴＥＯＳガス、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２
）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス等が使用される。また、処理中には、ボート２５が回転軸２４
によって回転される。

導入された成膜ガスはインナチューブ１３の処理室１４を上昇し、上端開口からインナチ
ューブ１３とアウタチューブ１２との隙間によって形成された排気路１９に流出して排気
口２０から排気される。成膜ガスは処理室１４を通過する際にウエハ１の表面に接触する
。このウエハ１との接触に伴う成膜ガスによる熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１の表面には
ＳｉＯ_２膜が堆積（デポジシ
ョン）する。

ＳｉＯ_２膜が所望の膜厚だけ堆積する予め設定された処理時間が経過すると、シールキャ
ップ２３が下降されて炉口１５が開口されるとともに、ボート２５に保持された状態でウ
エハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の真下の図示しないボート搬入搬出室に搬
出（ボートアンローディング）される。

ところで、処理室１４の雰囲気が排気管系４０によって排気されると、成膜ガスの残りや
副生成物および塵埃等の全ての粒子（以下、単に副生成物と呼ぶこともある）は、排気管
系４０を流れて行く間に内壁面の極微細な凹凸表面や継手部の継ぎ目等に接触するため、
これらの表面や隙間等に付着したり吸着したりして異物として堆積する現象が発生する。
特に、ＴＥＯＳ等の常温・常圧で液体のものが原料ガスとして使用される場合には、その
発生が顕著になることが知られている。よって、排気管系４０の内壁に付着したこれらの
副生成物を取り除くためには、全ての排気管系４０の内壁を洗浄する必要がある。

そこで、本実施の形態においては、プロセスチューブ１１の内部が排気管系４０によって
排気されるに際してガス４４をガス導入管４５によって、排気管を流れるガスと逆方向に
流すことにより、排気管系４０の一部分に副生成物を付着させるようにする。すなわち、
第二排気管５４のガス導入管４５から供給されたガス４４は第二排気管５４と被覆管４７
との間のバッファ４６に拡散し、バッファ４６に排気管系４０の排気力が作用しているた
め、被覆管４７の複数の流出口５２から被覆管４７の内側空間に吸い出される。被覆管４
７の内側空間に吸い出された付着防止ガス４４は被覆管４７の内周から排気管を流れるガ
スと逆方向に流出することにより、被覆管４７の流出口５２付近に乱流が発生し、被覆管
４７に副生成物が付きやすくなる。したがって、被覆管４７すなわち第二排気管５４の表
面に成膜ガスの残りや副生成物および塵埃等の粒子を積極的に付着させるので、被覆管４
７が設けられていない他の排気管の内面や真空ポンプ２９に副生成物が付着するのを抑制
することができる。また、被覆管４７は簡単に脱着できるので、装置メンテナンス時、前
記被覆管に付着した副生成物を簡単に除去することができる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

排気管系の一部分（本実施の形態においては第二排気管）の内側に流出口を有する被覆管
を挿入し、被覆管の内周面から、排気管を流れるガスと逆方向にガスを流すことによって
、被覆管の内周面に乱流を発生させ、前記被覆管の内周面に副生成物を付着させるように
する。これにより、装置メンテナンス時は、真空ポンプおよび排気管系全体の洗浄を行う
必要がなくなり、前記被覆管の内面を洗浄、又は被覆管の取り替えをすればよいので、装
置メンテナンスを行う箇所が減り、装置メンテナンスが容易になり、ＣＶＤ装置の稼働休
止時間を短縮することができ、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法のスループットを向上
させることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、排気管内に供給するガスとしては、窒素ガスを使用するに限らず、他の不活性ガ
スやクリーンルームのクリーンエア等を使用してもよい。

被覆管は第二排気管に設置するに限らず、排気口に接続された第一排気管等の排気管系の
他の段の排気管に設置してもよい。即ち、例えば、マニホールド１６への接続部分近傍の
排気管や、真空ポンプ２９への接続部分近傍の排気管に本発明に係わる被覆管４７を適用
しても良いし、更には、これらの組合せでも良い（即ち、マニホールド１６への接続部分
近傍及び真空ポンプ２９への接続部分近傍の排気管に被覆管４７を適用しても良い）。

本発明はＣＶＤ装置に限らず、拡散装置、他の熱処理装置等の半導体製造装置全般に適用することができる。

本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略側面断面図である。 本発明が適用されるＣＶＤ装置の排気管（第二排気管）の側面断面図の拡大図 本発明が適用されるＣＶＤ装置の排気管に挿入される被覆管の概略立体図

符号の説明

１…ウエハ、１０…ＣＶＤ装置（半導体製造装置）、１１…プロセスチューブ、１２…ア
ウタチューブ、１３…インナチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド
、１７…隔壁、１８…ガス導入管、１９…排気路、２０…排気口、２１…炉口開閉装置、
２２…ベース、２３…シールキャップ、２４…回転軸、２５…ボート、２６、２７…端板
、２８…保持部材、２９…排気装置（真空ポンプ）、３０…ヒータユニット、３１…抵抗
ヒータ、３２…断熱槽、４０…排気管系、４１…第一排気管、４３…位置決め部、４４…
ガス、４５…ガス導入管、４６…バッファ、４７…被覆管、４８…センタリング、４９…
フランジ部、５０…シールリング、５１…セグメントリング、５２…流出口、５４…第二
排気管、５７…第三排気管、６０…第四排気管、６１…副生成物

Claims (3)

1. 成膜ガスを導入し、基板を処理する処理室に一端が接続され他端が排気装置に接続され、前記処理室から排気された排気ガスを排気する排気管系を備えており、
   該排気管系を構成する一つの排気管の内側には、被覆管が、バッファを介して挿入されており、
   前記バッファには付着防止ガスが導入されるように構成されており、
   前記被覆管は、 上流側の口径が小さく下流側の口径が大きい円筒形状に形成されたセグメントリングを複数個備えており、該複数個のセグメントリングは中心線を揃えて直列に配列されて、前記セグメントリングの上流側と隣接する前記セグメントリングの下流側とが一部重なって隙間を形成するように嵌合され、該隙間によって前記バッファの付着防止ガスを前記被覆管の内側空間に流出させる流出口が構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 成膜ガスを導入し、基板を処理する処理室に一端が接続され他端が排気装置に接続され、前記処理室から排気された排気ガスを前記排気装置に至るまで排気する排気管系を備えている半導体製造装置に用いられる被覆管であって、
   該排気管系を構成する一つの排気管の内側には、付着防止ガスが導入されるように構成されるバッファを介するように挿入され、
   上流側の口径が小さく下流側の口径が大きい円筒形状に形成されたセグメントリングを複数個備えており、該複数個のセグメントリングは中心線を揃えて直列に配列されて、前記セグメントリングの上流側と隣接する前記セグメントリングの下流側とが一部重なって隙間を形成するように嵌合され、該隙間によって前記バッファの付着防止ガスを前記被覆管の内側空間に流出させる流出口が構成されていることを特徴とする被覆管。
3. 一端が接続され他端が排気装置に接続された排気管系を備えた処理室に基板を搬入する工程と、
   前記処理室を加熱する工程と、
   前記処理室に成膜ガスを導入しつつ前記処理室から前記排気管系へ排気ガスを排気し、
   前記排気管系を構成する一つの排気管の内側のバッファに供給された付着防止ガスが
   前記バッファを介して挿入された、上流側の口径が小さく下流側の口径が大きい円筒形状に形成された複数個のセグメントリングが中心線を揃えて直列に配列されて、前記セグメントリングの上流側と隣接する前記セグメントリングの下流側とが一部重なって隙間を形成するように嵌合された被覆管の前記隙間によって構成された流出口から前記被覆管の内部空間に吸い出され、前記排気ガスと逆方向に流出させる工程と、を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
   

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