JP4342559B2 - 基板処理装置及び半導体装置の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置のウェーハ等の基板に所定の処理を施すための基板処理装置及び半導体装置の処理方法に関する。

一般に、半導体装置のウェーハに所定の処理を施すウェーハ処理装置は、密閉された処理空間に処理用ガスを供給することにより、この処理空間に配設された基板に所定の処理を施すようになっている。

このようなウェーハ処理装置として、例えば、熱酸化装置がある。この熱酸化装置は、密閉された反応空間に酸素または水分子を供給することにより、熱酸化によってウェーハの表面に酸化膜を形成するようになっている。

この熱酸化装置としては、常圧熱酸化装置がある。この常圧熱酸化装置は、１気圧付近の気圧下で、酸化膜を形成する装置である。

この常圧熱酸化装置では、障害等の非常事態が発生した場合、装置を安全な状態に設定する必要がある。

この要望に応えるため、従来の常圧熱酸化装置では、障害等の非常事態が発生した場合、反応空間を不活性ガスで高速に浄化するようになっていた。

このような構成によれば、障害等の非常事態が発生した場合、反応空間に溜まっているガスによる爆発等の事故の発生を防止することができる。これにより、装置を安全な状態に設定することができる。

しかしながら、このような構成では、反応空間からガスが漏れてしまう危険性があるという問題がった。

すなわち、反応空間に溜まっているガスを排出するガス排出ラインには、通常、自動圧力制御バルブ（以下「ＡＰＣ（AutoPressureControl）バルブ」という。）が挿入されている。この場合、このバルブの開度が狭いと、その部分で加圧状態が発生する。これにより、反空空間の内圧が上昇する。その結果、反応空間の内圧が外圧より高くなる。その結果、反応空間からガスが漏れてしまうことがある。

そこで、本発明は、処理空間を不活性ガスで高速に浄化する場合、排ガス圧力制御手段で加圧状態が発生してしまうことを防止することができる基板処理装置及び半導体装置の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る基板処理装置は、処理容器と、ガス供給ラインと、ガス排出ラインと、排ガス圧力制御手段と、バイパスラインとを備えたことを特徴とする。

ここで、処理容器は、基板に対して所定の処理を施すための処理空間を提供する手段である。また、ガス供給ラインは、上記処理空間にガスを供給する手段である。ガス排出ラインは、上記処理空間のガスを排出する手段である。排ガス圧力制御手段は、ガス排出ラインの排ガス圧力を制御する手段である。この排ガス圧力制御手段は、ガス排出ラインに挿入されている。バイパスラインは、装置の非常停止状態が発生したときに導通状態に設定される手段である。このバイパスラインは、上記ガス排出ラインに排ガス圧力制御手段と並列に接続されている。
また、上記課題を解決するために請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の基板処理装置を用いて処理する半導体装置の処理方法であって、供給工程と、処理工程と、排出工程と、導通工程とを備えたことを特徴とする。
ここで、供給工程は、前記ガス供給ラインから前記処理空間に前記ガスを供給する工程である。処理工程は、前記処理空間にて前記基板に対して所定の処理を施す工程である。排出工程は、前記排ガス圧力制御手段が排ガス圧力を制御しつつ前記ガス排出ラインにより前記処理空間から前記ガスを排出する工程である。導通工程は、前記装置の非常停止状態が発生したときには前記バイパスラインが導通する工程である。

上記構成では、障害等の非常事態が発生すると、処理空間が不活性ガスにより高速で浄化される。また、この場合、装置が非常停止状態に設定される。これにより、バイパスラインが導通状態に設定される。その結果、処理空間からガス排出ラインにより排出されるガスの一部が、排ガス圧力制御手段の手前でバイパスラインに流れる。これにより、排ガス圧力制御手段で加圧状態が発生することを防止することができる。その結果、処理空間の内圧が上昇することを防止することができる。これにより、処理空間の内圧が外圧より高くなることを防止することができる。その結果、処理空間からガスが漏れてしまうことを防止することができる。

以上詳述したように本発明では、ガス排出ラインに排ガス圧力制御手段と並列に、装置の非常停止状態の発生時に導通状態に設定されるバイパスラインが接続されている。これにより、この発明によれば、障害等の非常事態の発生時に、排ガス圧力制御手段で加圧状態が発生するのを防止することができる。これにより、処理空間からガスが漏れるのを防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態の構成を示す図である。なお、以下の説明では、本発明の基板処理装置を、水蒸気を使ってウェーハの表面に所定の酸化膜を形成する縦型の常圧熱酸化装置に適用した場合を代表として説明する。

図示の常圧熱酸化装置は、反応炉１１と、ボート１２と、ヒータ１３と、ガス供給ライン１４と、ガス排出ライン１５と、ＡＰＣバルブ１６と、バイパスライン１７とを有する。

ここで、反応炉１１は、複数のウェーハＷの表面に所定の酸化膜を形成するための密閉された反応空間Ｓを提供する手段である。また、ボート１２は、成膜時、複数のウェーハＷを保持する手段である。また、ヒータ１３は、成膜時、ウェーハＷを加熱する手段である。

また、ガス供給ライン１４は、反応炉１１の内部、すなわち、反応空間Ｓに水蒸気や不活性ガスを供給する手段である。また、ガス排出ライン１５は、反応空間Ｓに存在するガスを排出する手段である。

ＡＰＣバルブ１６は、ガス排出ライン１５の排ガス圧力を所望の値に制御する手段である。このＡＰＣバルブ１６は、ガス排出ライン１５に挿入されている。バイパスライン１７は、装置の非常停止状態の発生時に、導通状態になるガス排出ラインである。このバイパスライン１７は、ガス排出ライン１５にＡＰＣバルブ１６と並列に接続されている。

上記ボート１２は、反応炉１１の下端部に形成された炉口１１１を介して出し入れされる。上記ヒータ１３は、反応炉１１を取り囲むように、この反応炉１１の周囲に配設されている。

上記ガス供給ライン１４は、例えば、Ｈ２ガスを蓄積するガスタンク１４１（１）と、Ｏ２ガスを蓄積するガスタンク１４１（２）と、Ｎ２ガスを蓄積するガスタンク１４１（３）を有する。

ここで、Ｈ２ガス用のガスタンク１４１（１）とＯ２ガス用のガスタンク１４１（２）は、それぞれガス供給配管１４２（１），１４２（２）を介して燃焼管１４７に接続されている。この燃焼管１４７は、反応炉１１のガス導入部１１２に接続されている。また、Ｎ２ガス用のガスタンク１４１（３）は、ガス供給配管１４２（３）を介して、例えば、Ｈ２ガス用のガス供給配管１４２（１）の途中に接続されている。

ガス供給配管１４２（１），１４２（２），１４２（３）には、それぞれハンドバルブ１４４（１），１４４（２），１４４（３）と、マスフローコントローラ１４５（１），１４５（２），１４５（３）と、エアバルブ１４６（１），１４６（２），１４６（３）が挿入されている。

上記ガス排出ライン１５は、ガス排出配管１５１を有する。このガス排出配管１５１の上流側端部は、反応炉１１のガス排出部１１３に接続されている。このガス排出配管１５１には、ハンドバルブ１５２と、スクラバ１５３が挿入されている。この場合、これらは、例えば、上流側からこの順序で挿入されている。

上記ＡＰＣバルブ１６は、ガス排出配管１５１に挿入されている。この場合、このＡＰＣバルブ１６は、例えば、ハンドバルブ１５２の上流に挿入されている。上記バイパスライン１７は、バイパス配管１７１を有する。このバイパス配管１７１の上流側端部は、ＡＰＣバルブ１６の上流側で、ガス排出配管１５１に接続されている。また、下流側端部は、ハンドバルブ１５２の下流側で、ガス排出配管１５１に接続されている。このバイパス配管１７１には、エアバルブ１７２が挿入されている。

このエアバルブ１７２としては、ノーマリオープン型のエアバルブが用いられる。すなわち、装置の電源がオフ状態に設定された場合に、開状態に設定されるエアバルブが用いられる。これにより、このエアバルブ１７２は、装置の非常停止状態が発生した場合に、開状態に設定される。その結果、バイパスライン１７は、装置の非常停止状態が発生したときに導通状態に設定される。

上記構成において、動作を説明する。まず、ウェーハＷに所定の酸化膜を形成する場合の動作を説明する。

この場合、まず、ボートロード処理が実行される。これにより、成膜すべき複数のウェーハＷが収容されたボート１２が反応炉１１の炉口１１１を介してその内部、すなわち、反応空間Ｓに搬入される。

このボートロード処理が終了すると、成膜処理が実行される。これにより、ガスタンク１４１（１），１４１（２）からガス供給配管１４２（１），１４２（２）を介して、燃焼管１４７にＨ２ガスとＯ２ガスが供給される。その結果、Ｈ２ガスとＯ２ガスが燃焼させられる。これにより、水蒸気が生成される。

この水蒸気は、反応炉１１に供給される。この場合、ウェーハＷは、ヒータ１３によって加熱されている。さらに、反応炉１１の内部に含まれるガスはガス排出ライン１５により排出される。これにより、ウェーハＷの表面に熱酸化処理により所定の酸化膜が形成される。

この場合、水蒸気の流量は、マスフローコントローラ１４５（１），１４５（２）によってＨ２ガスとＯ２ガスの流量を制御することにより制御される。また、排気ガスの圧力は、ＡＰＣバルブ１６により制御される。

この成膜処理が終了すると、アフタパージ処理が実行される。これにより、燃焼管１４７に対するＨ２ガスとＯ２ガスの供給が停止される。その結果、反応管１１に対する水蒸気の供給が停止される。そして、その代わりに、Ｎ２ガス用のガスタンク１４１（３）からガス供給配管１４２（３），１４２（１）と、燃焼管１４７を介して反応炉１１にＮ２ガスが供給される。また、反応炉１１の内部のガスがガス排出ライン１５を介して排出される。これにより、反応空間ＳがＮ２ガスにより浄化される。

このアフタパージ処理が終了すると、ボートアンロード処理が実行される。これにより、ボート１２が反応炉１１から炉口１１１を介して搬出される。その結果、成膜された複数のウェーハＷが反応炉１１から炉口１１１を介して搬出される。

以上が、ウェーハＷに所定の酸化膜を形成する場合の動作である。なお、この場合、バイパスライン１７のエアバルブ１７２は閉じられている。これは、この場合は、装置の電源がオン状態に設定されているからである。これにより、この場合は、反応空間Ｓのガスは、ガス排出ライン１５のみを介して排出される。

次に、障害等の非常事態が発生した場合に、反応空間Ｓを不活性ガスによって高速で浄化する場合の動作を説明する。なお、以下の説明では、成膜処理の実行中に、障害等の非常事態が発生した場合を代表として説明する。

この場合、反応空間Ｓに対する水蒸気の供給が停止される。そして、その代わりに、反応空間Ｓには、Ｎ２ガスの供給される。また、この場合、ガス排出ライン１５による排気処理は実行される。これにより、反応空間ＳがＮ２ガスで浄化される。その結果、反応空間Ｓに含まれるガスによる爆発等の事故の発生が防止される。

しかしながら、この場合、反応空間Ｓに供給されるＮ２ガスの流量は、上述したアフタパージ処理期間に供給されるＮ２ガスの流量より多くなるように設定されている。これは、反応空間Ｓを高速で浄化するためである。これにより、ガス排出ライン１５により排出されるガスの流量が多くなる。その結果、ＡＰＣバルブ１６の開度が小さいと、この部分で加圧状態が発生する。これにより、反応空間Ｓの内圧が上昇し、この反応空間Ｓからガスが漏れる危険性が生じる。

しかしながら、本実施の形態では、障害等の非常事態が発生した場合、バイパスライン１７のエアバルブ１７２が開状態に設定される。これは、この場合は、装置の電源がオフ状態に設定されるからである。これにより、この場合は、バイパスライン１７が導通状態に設定される。その結果、この場合は、反応空間Ｓからガス供給配管１５１を介して排出されたガスの一部は、ＡＰＣバルブ１６の手前でバイパスライン１７のバイパス配管１７１に流れる。

これにより、ＡＰＣバルブ１６で加圧状態が発生することが防止される。その結果、反応空間Ｓの内圧が上昇することが防止される。これにより、反応空間Ｓの内圧が外圧より高くなることが防止される。その結果、反応炉１１の炉口１１１からガスが漏れることが防止される。

以上詳述したように本実施の形態では、ガス排出ライン１５にＡＰＣバルブ１６と並列にバイパスライン１７が接続されている。このバイパスライン１７は、装置の非常停止状態が発生した場合に導通する。これにより、本実施の形態によれば、障害等の非常事態が発生した場合に、ＡＰＣバルブ１６が加圧状態になるのを防止することができる。その結果、障害等の非常事態が発生した場合に、反応空間Ｓからガスが漏れるのを防止することができる。

以上、本発明の一実施の形態を詳細に説明したが、本発明は、上述したような実施の形態に限定されるものではない。

（１）例えば、先の実施の形態では、本発明を、縦型の常圧熱酸化装置に適用する場合を説明した。しかしながら、本発明は、横型の常圧熱酸化装置にも適用することができる。また、本発明は、このようなバッチ式の常圧熱酸化装置だけでなく、枚葉式の常圧熱酸化装置にも適用することができる。

（２）また、先の実施の形態では、本発明を常圧熱酸化装置に適用する場合を説明した。しかしながら、本発明は、高圧熱酸化装置にも適用することができる。また、本発明は、減圧熱酸化装置にも適用することができる。これは、減圧熱酸化装置であっても、例えば、反応空間の内圧と外圧の設定の仕方によっては、ＡＰＣバルブで加圧状態が発生したとき、反応空間の内圧が外圧より高くなることがあるからである。

（３）また、先の実施の形態では、本発明を熱酸化装置に適用する場合を説明した。しかしながら、本発明は、熱酸化装置以外の酸化装置（例えば、プラズマ陽極酸化装置等）にも適用することができる。また、本発明は、酸化装置以外の成膜装置（例えば、ＣＶＤ（ChemicalVaporDeposition）装置、ＰＶＤ（PhysicalVaporDeposition）装置、エピタキシャル成長装置等）にも適用することができる。さらに、本発明は、成膜装置以外のウェーハ処理装置にも適用することができる。また、本発明は、半導体デバイスのウェーハ以外の固体デバイスの基板（液晶表示デバイスのガラス基板等）を処理する基板処理装置にも適用することができる。

（４）この他にも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。要は、本発明は、ガス排出ラインに排ガス圧力制御手段を有するとともに、障害等の非常事態の発生時に、基板の処理空間を不活性ガスで高速に浄化する基板処理装置一般に適用することができる。

本発明の一実施の形態の構成を示す図である。

符号の説明

１１…反応炉
１１１…炉口
１１２…ガス導入部
１１３…ガス排出部
１２…ボート
１３…ヒータ
１４…ガス供給ライン
１４１（１），１４１（２），１４１（３）…ガスタンク
１４２（１），１４２（２），１４２（３）…ガス供給配管
１４４（１），１４４（２），１４４（３）…ハンドバルブ
１４５（１），１４５（２），１４５（３）…マスフローコントローラ
１４６（１），１４６（２），１４６（３）…エアバルブ
１４７…燃焼管
１５１…ガス排出配管
１５２…ハンドバルブ
１５３…スクラバ
１６…ＡＰＣバルブ
１７１…バイパス配管
１７２…エアバルブ

Claims (5)

1. 基板に対して所定の処理を施すための処理空間を提供する処理容器と、
   前記処理空間に処理用ガス及び不活性ガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理空間のガスを排出するガス排出手段と、
   前記ガス排出手段に挿入され、このガス排出手段の排ガス圧力を制御する排ガス圧力制御手段と、
   前記ガス排出手段に挿入され、前記排ガス圧力制御手段の上流側および下流側で、前記排ガス圧力制御手段と並列に接続されるバイパス手段と、
   を備えた基板処理装置であって、
   前記ガス供給手段は、前記基板処理装置に非常事態が発生した場合、前記処理用ガスの供給を停止するとともに前記不活性ガスを供給して前記処理空間を浄化する様構成され、
   前記バイパス手段は、前記非常事態が発生した場合、導通状態となり、前記処理空間から排出された前記処理用ガス及び前記不活性ガスの一部を前記排ガス圧力制御手段の前記上流側から流しつつ前記排ガス圧力制御手段の前記下流側で前記ガス排出手段に前記ガスを排出する様構成されることを特徴とする基板処理装置。
2. 基板処理装置を用いて処理する半導体装置の形成方法であって、
   処理空間を提供する処理容器にガス供給手段から処理用ガスを供給しつつ、前記処理空間にて基板に対して所定の処理を施し、ガス排出手段に挿入される排ガス圧力制御手段の上流側および下流側で前記排ガス圧力制御手段と並列に接続されるバイパス手段が非導通状態で、前記排ガス圧力制御手段が前記ガス排出手段の排ガス圧力を制御しつつ前記処理空間のガスを前記ガス排出手段から排出する第一工程と、
   前記基板処理装置に非常事態が発生した場合、前記処理用ガスの供給を停止し、前記ガス供給手段から不活性ガスを供給して前記処理空間を浄化するとともに、前記バイパス手段を導通状態にして、前記処理空間から排出された前記ガスの一部を前記排ガス圧力制御手段の前記上流側から前記バイパス手段に流しつつ前記排ガス圧力制御手段の前記下流側で前記ガス排出手段に前記ガスを排出する第二工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
3. 基板処理装置を用いて処理する半導体装置の形成方法であって、
   処理空間を提供する処理容器にガス供給手段から処理用ガスを供給しつつ、前記処理空間にて基板に対して所定の処理を施し、ガス排出手段に挿入される排ガス圧力制御手段の上流側および下流側で前記排ガス圧力制御手段と並列に接続されるバイパス手段が非導通状態で、前記排ガス圧力制御手段が前記ガス排出手段の排ガス圧力を制御しつつ前記処理空間のガスを前記ガス排出手段から排出する第一工程と、
   前記処理容器に前記ガス供給手段から不活性ガスを第一の流量で供給しつつ、前記バイパス手段が非導通状態で、前記処理空間のガスを、前記排ガス圧力制御手段に流して前記ガス排出手段から排出する第二工程と、
   前記第一工程中に、前記基板処理装置に非常事態が発生した場合、前記ガス供給手段から不活性ガスを前記第一の流量よりも多く供給するとともに、前記バイパス手段を導通状態にして、前記処理空間から排出された前記ガスの一部を前記排ガス圧力制御手段の前記上流側から前記バイパス手段に流しつつ前記排ガス圧力制御手段の前記下流側で前記ガス排出手段に前記ガスを排出する第三工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
4. 基板処理装置を用いて処理する半導体装置の形成方法であって、
   処理空間を提供する処理容器にガス供給ラインから処理用ガスを供給しつつ、前記処理空間にて基板に対して所定の処理を施し、ガス排出ラインに挿入される排ガス圧力制御手段の上流側および下流側で前記排ガス圧力制御手段と並列に接続されるバイパスラインが非導通状態で、前記排ガス圧力制御手段が前記ガス排出手段の排ガス圧力を制御しつつ前記処理空間のガスを前記ガス排出ラインから排出する第一工程と、
   前記第一工程中に、前記基板処理装置に非常事態が発生した場合、前記ガス供給ラインから不活性ガスを供給するとともに、前記バイパスラインを導通状態にして、前記処理空間から排出された前記ガスの一部を前記排ガス圧力制御手段の前記上流側から前記バイパスラインに流しつつ前記排ガス圧力制御手段の前記下流側で前記ガス排出ラインに前記ガスを排出する第二工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
5. 基板処理装置を用いて処理する半導体装置の形成方法であって、
   処理空間を提供する処理容器にガス供給ラインから処理用ガスを供給しつつ、前記処理空間にて基板に対して所定の処理を施し、ガス排出ラインに挿入される排ガス圧力制御手段の上流側および下流側で前記排ガス圧力制御手段と並列に接続されるバイパスラインが非導通状態で、前記排ガス圧力制御手段が前記ガス排出手段の排ガス圧力を制御しつつ前記処理空間のガスを前記ガス排出ラインから排出する第一工程と、
   前記処理容器に前記ガス供給ラインから不活性ガスを第一の流量で供給しつつ、前記バイパスラインが非導通状態で、前記処理空間のガスを、前記ガス排出ラインから排出する第二工程と、
   前記第一工程中に、前記基板処理装置に非常事態が発生した場合、前記ガス供給ラインから不活性ガスを前記第一の流量よりも多く供給するとともに、前記バイパスラインを導通状態にして、前記処理空間から排出された前記ガスの一部を前記排ガス圧力制御手段の前記上流側から前記バイパスラインに流しつつ前記排ガス圧力制御手段の前記下流側で前記ガス排出ラインに前記ガスを排出する第三工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。

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