JP4971954B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、および加熱装置 - Google Patents
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Description
反応管10及びヒータ20は上端が蓋をされた円筒形状をしている。反応管10内にはウエハWを垂直方向に多段に保持するボート16が設けられている。また、反応管10内には処理ガスを供給する下端から立ち上げたガスノズル11があり、さらに反応管10内のガスを排出するための排気管12が反応管10の下端に設けられている。
なお、17は反応管10を支持するマニホールド、13はマニホールド17の開口を塞ぐシールキャップ、21はヒータ素線、22はヒータ制御用の温度センサ、23はヒータ20と反応管10との間の空間を排気するダクト、24はダクト23に設けられた弁、25はラジエータ、26はブロアである。
上述のような従来の処理炉では、ガスノズル11から供給された処理ガスの大部分は、ウエハW間ではなく、コンダクタンスの小さいウエハWの周辺部を通って排気されるので、ウエハ処理の効率が悪いという問題がある。
そこで、ガスノズル11を多系統ノズルで構成して、成膜処理を行う場合に、多系統ノズルから反応管内に処理ガスを供給することによって、処理ガスの流れを改善したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板処理の効率を改善することが可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法、及び加熱装置を提供することである。
導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体とを備えている基板処理装置が提供される。
加熱装置の断熱体と反応管との間に発熱体が設けられているので、反応管を介して基板が有効に加熱される。反応管の内部で基板を処理する領域における側面にガス導入管を設けると、ガス導入管から反応管内に供給されるガス流がサイドフローとなり、加熱された基板上を通る際に基板処理がなされる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
反応管の側面にガス導入管を設けると、ガス導入管が反応管の外周を囲う加熱装置と干渉するという問題が生じるが、加熱装置を構成する断熱体にガス導入管を避けるように導入口が形成されているので、そのようなことがなくなる。また、前記導入口が、前記加熱装置の下端から溝形状に形成されていると、加熱装置に対して反応管の取り付け、取り外しが容易になるし、加熱装置内から外への熱逃げを抑制することができる。
この第二の態様によれば、反応管と加熱装置をともに筒状にしているので、第一態様の効果に加えて、均一加熱に優れ、基板処理の効率をより改善することができる。
基板処理領域に位置する側方全域に前記導入口が形成されていると、基板処理領域をサイドフローでカバーできる。また、基板処理領域が製品基板処理領域であると、製品基板処理領域をサイドフローでカバーできる。したがって、基板処理の効率をより改善することができ。また、ガス導入管が設けられる領域より加熱装置の下端側に断熱材とは別体の第二の断熱材が設けられていると、導入口から熱が逃げるのを有効に防止できる。また、ガス導入管が設けられる領域より加熱装置の下端側に前記発熱体とは別の加熱ヒータが設けられていると、ガス導入管から導入されるガスを予備加熱できる。したがって、基板処理の効率をより改善することができる。
加熱装置の断熱体と反応管との間に第一の発熱体が設けられているので、反応管を介して基板が加熱される。反応管の内部で基板を処理する領域における側面に設けられたガス導入管から反応管内にガスが導入されると、ガス流れはサイドフローとなり、加熱された基板上を通る際に基板処理がなされる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
また、導入口が加熱装置の断熱体に形成されていると、基板処理がなされる場合に、導入口から熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、導入口と前記ガス導入管との間に第二の発熱体が設けられているので、導入口から外部に逃げる放散熱量を補完でき、導入口にコールドスポットが発生するのを抑制できる。また、ガス導入管
から導入されるガスを導入口にて加熱してから反応管内に供給できる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
また、反応管の側面にガス導入管を設けると、ガス導入管が、反応管の外周を覆う加熱装置と干渉するという問題が生じるが、加熱装置を構成する断熱体にガス導入管を避けるように導入口が形成されているので、そのようなことがなくなる。また、前記導入口が、前記加熱装置の下端から溝形状に形成されているので、加熱装置に対して反応管の取り付け、取り外しが容易になるし、導入口からの放散熱量を抑制することもできる。
この第四の態様によれば、反応管と加熱装置をともに筒状にしているので、第三の態様の効果に加えて、均一加熱に優れ、基板処理の効率をより改善することができる。
また、好ましくは、前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面にはガス排気管が設けられ、前記加熱装置には断熱体に前記ガス排気管を避けるように設けられる導出口と、該導出口と前記ガス排気管との間に設けられる第三の発熱体とを有するとよい。
反応管の側面に設けられたガス排気管から反応管内のガスを排気すると、ガスの導入のみならず排気もサイドフローとなるので、基板処理の効率をさらに改善することができる。
また、ガス排気管を避けるように形成される導出口が加熱装置の断熱体に形成されていると、基板処理がなされる場合に、導出口から熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、導出口と前記ガス排気管との間に第三の発熱体が設けられているので、導出口から外部に逃げる放散熱量を補完でき、導出口にコールドスポットが発生するのを抑制できる。また、ガス排気管が導出口にて加熱されるので、ガス排気管での副生成物の付着を防止できる。
また、好ましくは、前記第一の発熱体と前記第三の発熱体は、それぞれ別の加熱源に接続するとよい。第一の発熱体と前記第三の発熱体がそれぞれ別の加熱源に接続されていると、それぞれ独立して制御することができる。そのためガス排気管および反応管内でのガスの流れ状況に応じた制御が可能となる。また、ガス排気管での副生成物の付着を有効に防止できる。
これによれば、基板処理の効率を改善することができる。
このような加熱装置を用いると、この加熱装置に反応管を容易に取り付けたり、取り外したりすることができるうえ、導入口からの放散熱量を抑制することもでき、反応管を容易に加熱することができる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
《サイドフロータイプの反応管の構成》
図2にサイドフロータイプの反応管203の概略図を示す。図2において、(a)は平
面図、(b)は正面図、(c)は左右に共通した側面図である。
反応管203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性ガラス材料からなり、胴体205、胴体205内にガスを導入するガス導入管230、及び胴体205内を排気するガス排気管231から構成される。胴体205は縦型で、上端が閉じられ下端が開口した円筒形状をしている。
ガス導入管230及びガス排気管231は、管の断面形状は任意であるが、例えば内部が中空の扁平直方体形状をしている。ガス導入管230及びガス排気管231は、垂直に立てた胴体205の側面に扁平な面を水平方向に向けて左右対称に設けられている。ガス導入管230及びガス排気管231が設けられる胴体205の側面位置は、胴体205の側面の中央位置で、高さ方向の中間位置であって、胴体205の内部で処理される1枚又は複数枚のウエハ200の全部又は一部と対向する位置である。ガス導入管230及びガス排気管231とは、胴体205に水平に接続される。ガス導入管230及びガス排気管231は、両方の管軸が直線上に並ぶように胴体205に溶着接続される。
なお、反応管203の胴体205内部のウエハが処理される領域を基板処理領域という。
図3にサイドフロータイプの反応管203を用いた反応容器204と、反応容器204内に収納されたボート217の概略構成図を示す。図3において、(a)は平断面図、(b)は正断面図である。
反応容器204は反応管203とマニホールド209とから構成される。マニホールド209は上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209は反応管203の下端に係合しており、反応管203を支持するように設けられている。反応容器204の内部にウエハ200を処理する処理室201が形成されている。
処理室201内には、ウエハ200を垂直方向に多段に保持する基板保持具としてのボート217が挿入されている。処理室201内に挿入されたボート217を支持しているシールキャップ219によってマニホールド209の下端開口が気密に閉塞されている。
反応管203のガス導入管230から導入された処理ガスをガス排気管231から排気することにより、白抜き矢印で示すように、処理室201内のガスの流れをサイドフローにしている。これにより、ウエハ200に対して水平方向から処理ガスを供給して水平方向から排気できるので、ウエハ200間に処理ガスがスムーズに供給されるようになる。
図4に、反応管203内のウエハ200を加熱する加熱装置としてのヒータ206の概略構成図を示す。図4において、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は左右に共通した側面図である。
ヒータ206は、上部が閉じ下部が開口した筒状の断熱体260と、断熱体260にガス導入管230との干渉ないし接触を避けるように形成される導入口261と、導入口261と反対側の断熱体260にガス排気管231を避けるように形成される導出口262とを有する。断熱体260にガス導入管230及びガス排気管231を避けるように形成される導入口261及び導出口262は、基板処理領域に位置する断熱体260の側方全域に形成されている。ここで基板処理領域は、ボート217の上下端にそれぞれ載置されるサイドダミー基板及び製品基板の両方の基板が処理される基板処理領域である場合も、製品基板のみが処理される製品基板処理領域である場合もある。
具体的には、断熱体260にガス導入管230を避けるように形成される導入口261は、例えば、ガス導入管230の断熱体260の下端から中央よりやや上方まで直線状に向かい、ガス導入管230の扁平直方体の厚さよりも広い幅をもった溝形状のガス導入管用切欠部261aとして形成される。また、断熱体260にガス排気管231を避けるように形成される導出口262は、例えば、導入口261と同様に、断熱体260の下端から中央よりやや上方まで直線状に向かい、ガス排気管231の扁平直方体の厚さよりも広
い幅をもった溝形状のガス排気管用切欠部262aとして形成される。これにより、反応管203の上方からヒータ206を反応管203に被せる際に、例えば扁平直方体形状のガス導入管230及びガス排気管231の干渉をヒータ206を避けて反応管203の外周に被せることが可能になる。
尚、ガス導入管用切欠き部261aの幅は、好ましくは、反応管の直径より小さくすると良く、さらに好ましくは、反応管内で処理されるウエハ200の直径より小さい幅とすると良い。
また、ガス導入管230の幅は、好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が1/2以下の大きさとするとガス導入管230から流れ出るガスが流速を落とすことなく基板中心まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が1/3以下の大きさとすると、さらにガス導入管230から流れ出るガスが流速を落とすことなく基板中心まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、反応管内で基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が1/15以下の大きさとすると、さらに確実にガス導入管230から流れ出るガスが流速を落とすことなく基板中心まで流すことができるので良い。これらのガス導入管230の幅に合わせて、ガス導入管用切欠き部261aの幅を決定すると良い。好ましくは、ガス導入管用切欠き部261aとガス導入管230との間から熱放射したとしても、外部に熱的悪影響を及ぼさない幅であれば良い。
尚、ガス排気管用切欠き部262aの幅は、好ましくは、反応管の直径より小さくすると良く、さらに好ましくは、反応管内で処理されるウエハ200の直径より小さい幅とすると良い。
また、ガス排気管231の幅は、好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が1/2以下の大きさとするとガス導入管230から導入されたガスが流速を落とすことなく基板中心を通過しガス排気管231まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が1/3以下の大きさとすると、さらにガス導入管230から導入されたガスが流速を落とすことなく基板中心を通過しガス排気管231まで流すことができるので良い。さらに好ましくは、反応管内で基板の直径に対して基板処理面に対する水平方向の幅が1/15以下の大きさとすると、さらに確実にガス導入管230から導入されたガスが流速を落とすことなく基板中心を通過しガス排気管281まで流すことができるので良い。これらのガス排気管231の幅に合わせて、ガス排気管用切欠き部262aの幅を決定すると良い。好ましくは、ガス排気管用切欠き部262aとガス排気管231との間から熱放射したとしても、外部に熱的悪影響を及ぼさない幅であれば良い。
図5および図6にヒータ206の断面図を示す。図5は図4(a)のA−A断面矢視図、図6は図4(c)のB−B断面矢視図を示す。
ヒータ206の断熱体260は、筒状の側壁断熱材264と、側壁断熱材264の上部を閉じる円形の天井断熱材265とから構成される。
この断熱体260に発熱体263が設けられる。発熱体263は反応管203を加熱する第一の発熱体266、ガス導入管230を加熱する第二の発熱体267、およびガス排気管231を加熱する第三の発熱体268から構成される。
第一の発熱体266としてのヒータ素線266aは、側壁断熱材264と反応管203との間に設けられる。ヒータ素線266aは上下方向にジグザグ状に形成してあり、従来と同様に、縦方向にゾーン分割(図示例では4分割)された各ゾーンの側壁断熱材264の内壁に添って環状に設けられる。
第二の発熱体267としてのガス導入管用側壁加熱体267aは、ガス導入管用切欠部261aとガス導入管230との間に設けられる。ガス導入管用側壁加熱体267aはガス導入管用切欠部261aの内側壁に添って設けられる。
第三の発熱体268としてのガス排気管用側壁加熱体268aは、ガス排気管用切欠部
262aとガス排気管231との間に設けられる。ガス排気管用側壁加熱体268aはガス排気管用切欠部262aの内側壁に添って設けられる。
ガス導入管用側壁加熱体267aおよびガス排気管用側壁加熱体268aは、少なくともガス導入管230またはガス排気管231の近傍の切欠部内壁に敷き詰められるように設けられる。ガス導入管用切欠部261aまたはガス排気管用切欠部262aの一方の側壁に設けるだけでなく、対向する両内側壁に設けるのが好ましく、ガス導入管用切欠部261aまたはガス排気管用切欠部262aの内上壁にも設けるのがより好ましい。このように設けることによって、ガス導入管用側壁加熱体267aおよびガス排気管用側壁加熱体268aは、ヒータ素線266aのゾーン分割された各ゾーンにまたがって設けられることになる。ガス導入管用側壁加熱体267aおよびガス排気管用側壁加熱体268aに電力制御回路239aを介して電力を供給する電源253は、ヒータ素線266aに電力を供給する電源252とは別の電源としてある。なお、238は後述する温度制御部である。
また、ガス排気管用切欠き部262aの幅は、好ましくは、実質的にガス導入管用側壁加熱体267aがガス導入管230を加熱可能な範囲の幅であれば良い。さらに好ましくは、ガス導入管用切欠き部261aとガス導入管230との間にガス導入管用側壁加熱体267aを設けたとしてもガス導入管用側壁加熱体267aとガス導入管230とが物理的に接触しない幅とすると良い。
また、ガス排気管用切欠き部262aの幅は、好ましくは、実質的にガス排気管用側壁加熱体268aがガス排気管231を加熱可能な範囲の幅であれば良い。さらに好ましくは、ガス排気管用切欠き部262aとガス排気管231との間にガス排気管用側壁加熱体268aを設けたとしてもガス排気管用側壁加熱体268aとガス排気管231とが物理的に接触しない幅とすると良い。
また、ガス導入管用側壁加熱体267a及び、またはガス排気管用側壁加熱体268aは、好ましくは、ガス導入管230の最下端より下方まで設けるのが好ましい。これにより、ガス供給管230の中間部に比べて冷え易い最下端部をガス導入管230の中間部に比べて多くの熱線を供給することができる。また、好ましくは、ガス導入管用側壁加熱体267a及び/ないしガス排気管用側壁加熱体268aは、ガス導入管230の最上端より上方まで設けるのが好ましい。これにより、ガス供給管230の中間部に比べて冷え易い最上端部に多くの熱線を供給することができる。
また、ガス導入管用側壁加熱体267a及び、またはガス排気管用側壁加熱体268aは、好ましくは、ヒータ素線266aのゾーン分割と同様にゾーン分割すると、より緻密な温度制御が可能になる。
さらに好ましくは、ヒータ素線266aのゾーン分割と同じ高さでゾーン分割すると良い。これにより、ガス導入管用側壁加熱体267a及び、またはガス排気管用側壁加熱体268aとヒータ素線266aとの間に熱干渉により、互いに制御しにくくなるのを抑制することができる。
図7に上述したヒータ206にサイドフロータイプの反応管203を組み込んで構成した処理炉202を示す。(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。ガス導入管用側壁加熱体267aおよびガス排気管用側壁加熱体268aがそれぞれガス導入管230およびガス排気管231の近傍に配置され、しかもガス導入管用側壁加熱体267aおよびガス排気管用側壁加熱体268aはヒータ素線266aとは別電源にて制御されるようになっているため、ガス導入管用切欠部261aおよびガス排気管用切欠部262aから外部に逃げる熱放散量と同等の熱量を、ガス導入管230およびガス排気管231に与えることができる。
上述したように本発明の一実施の形態の基板処理装置は、内部で基板を処理する筒状の
反応管203と、この反応管203の外周を囲うように設けられる筒状のヒータ206とを有し、反応管203の内部でウエハ200を処理する領域における両側面にガス導入管230とガス排気管231が設けられ、ヒータ206は、筒状の断熱体260と、この断熱体260にヒータ206の下端からガス導入管230を避けるように溝形状に形成される導入口261と、断熱体260と反応管203との間に設けられる第一の発熱体266と、導入口261とガス導入管230との間に設けられる第二の発熱体267と、導出口262とガス排気管231との間に設けられる第三の発熱体268とを有するものである。
この基板処理装置を用いて半導体装置を製造するには、反応管内203にウエハ200を搬入し、ガス導入管230からガスを反応管203内に導入しつつ、ガス排気管231から排気する。この際、ガス導入管230内のガスを第二の発熱体267により加熱し、ガス排気管231を第三の発熱体268により加熱する。そして、反応管203内を第一の発熱体266により加熱しウエハ200を処理し、処理後、反応管203内からウエハ200を搬出する。
以上述べたように本実施の形態によれば、次のような一つ又はそれ以上の効果がある。
(1)反応管203の両側面にガス導入管230及びガス排気管231を設けることにより、ガス導入管230から反応管203内にガスを導入しつつガス排気管231から排気すると、ガスの流れがサイドフローとなるので、基板処理の効率を改善することができる。
(2)ガス導入管230を避けるように形成されるガス導入管用切欠部261aがヒータ206の断熱体260に形成されていると、基板処理がなされる場合に、ガス導入管用切欠部261aから熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、ガス導入管用切欠部261aとガス導入管230との間にガス導入管用側壁加熱体267aが設けられているので、ヒータ206にガス導入管230のための切欠部261aがあっても、ガス導入管用切欠部261aから外部に逃げる放散熱量を補完でき、ガス導入管用切欠部261aにコールドスポットが発生するのを抑制できる。また、ガス排気管231を避けるように形成されるガス排気管用切欠部262aがヒータ206の断熱体260に形成されていると、基板処理がなされる場合に、ガス排気管用切欠部262aから熱が逃げコールドスポットが発生するという問題が生じやすいが、ガス排気管用切欠部262aと前記ガス排気管231との間にガス排気管用側壁加熱体268aが設けられているので、ヒータ206にガス排気管231のための切欠部262aがあっても、ガス排気管用切欠部262aから外部に逃げる放散熱量を補完でき、ガス排気管用切欠部262aにコールドスポットが発生するのを抑制できる。したがって、基板処理の効率を改善することができる。
(3)ガス導入管用側壁加熱体267aを設けることにより、ガス導入管用側壁加熱体267aがガス導入管230を加熱するため、処理ガスを反応可能な温度に十分予備加熱でき、効率的にウエハ処理を行うことができる。また、ガス原料に液体原料や、常温・常圧で液化しやすい原料を用いる場合は、ガス導入管230での液化を防止することができる。
(4)ガス排気管用側壁加熱体268aを設けることにより、ガス排気管用側壁加熱体268aがガス排気管231を加熱するため、ガス排気管231での副生成物の付着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、上述したような一実施の形態に限定されるものではない。
に、ガスノズル内でガスが加熱されてしまい、ガスノズルの高さないし反応管内の基板処理領域に積層される複数のウエハの位置によって、ガスの温度が異なってしまうという問題が生じやすい。しかしながら、本実施の形態では、反応管内の基板処理領域に位置するヒータの側方全域に渡って切欠部が形成してあって、その切欠部に挿入されるガス導入管及びガス排気管の管軸がウエハに対して水平に設置されている。そのため処理ガスの温度を、一度に処理する複数のウエハ面間で均一にすることができる。また、本実施の形態では、反応管のガス導入管及びガス排気管は、縦型胴体の側面に水平に接続されて、翼を広げたように側方に長いので、ガスの流れが層流になってガスの流れを一方向にすることができる。また、ウエハ間に導入されるガス量が均一となるため、ガスの濃度及びガスの速度が均一なガスをそれぞれのウエハに送ることができ、ウエハ面間・面内膜厚の均一性が向上する。
また、上述した一実施の形態では、発熱体263の種類については言及しなかったが、ヒータ素線266aとガス導入管用側壁加熱体267a、ガス排気管用側壁加熱体268aとに電力を供給する電源252、253が別電源であれば、ヒータ素線266aとガス導入管用側壁加熱体267a、ガス排気管用側壁加熱体268aとは同種の加熱体でもよい。この場合、加熱体は、例えば、抵抗加熱体、ランプ加熱体、または誘導加熱コイルとするのが好ましい。また、別種の加熱体としてもよい。特に、加熱体は、例えば、ヒータ素線266aは抵抗加熱体、例えば高速で昇降温処理可能なニケイ化モリブデン(MoSi2)製のものとし、ガス導入管用側壁加熱体267a及びガス排気管用側壁加熱体268aは外部からの熱影響を受けやすく放熱しやすいので、より高速で昇降温処理可能なランプ加熱体、例えば赤外線ランプとするのが好ましい。
また、実施の形態では、ヒータ素線266aとガス導入管用側壁加熱体267a及びガス排気管用側壁加熱体268aとに電力を供給する電源を別電源としたが、例えば別電源としなくても、電力制御回路239aを別回路にするようにしてもよい。さらに、好ましくは、第二の発熱体と第三の発熱体とをそれぞれ電力制御回路を分離して設けて第二の発熱体と第三の発熱体とを独立して制御できればさらに良い。
上述した電力制御回路と電源とから本発明の加熱源が構成される。
タに設置した反応炉の縦断面図であって、(a)は第二の断熱材及び別の発熱体を設置したもの、(b)は第二の断熱材のみを設置したものである。
図9(a)に示すように、ヒータ206の対向する側面のガス導入管用切欠部261a、ガス排気管用切欠部262aであって、ガス導入管230及びガス排気管231が挿入される領域よりヒータ206の下端側に、断熱体260とは別体の第二の断熱材270が設けられている。第二の断熱材270は、ガス導入管用切欠部261aの下端側を塞ぐ導入側切欠部用断熱材271と、ガス排気管用切欠部262aの下端側を塞ぐ排気側切欠部用断熱材272とから構成される。また、導入側切欠部用断熱材271及び排気側切欠部用断熱材272には、第一の発熱体266とは別の第四の発熱体273及び第五の発熱体274がそれぞれ設けられている。第四の発熱体273としての導入側断熱材用ヒータ素線273aは導入側切欠部用断熱材271の反応管203と対面する内壁側に添って設けられる。第五の発熱体274としての排気側断熱材用ヒータ素線274aは排気側切欠部用断熱材272の反応管203と対面する内側壁に添って設けられる。ここで、導入側断熱材用ヒータ素線273aを有する導入側切欠部用断熱材271、及び排気側断熱材用ヒータ素線274aを有する排気側切欠部用断熱材272をヒータ付き断熱材270aという。
尚、好ましくは、図13に示すようにガス導入管用側壁加熱体267aをガス導入管230のガス上流側にかけて、ガス下流側へ並列に複数並べて設けると良い。さらに好ましくは、複数のガス導入管用側壁加熱体267aを其々独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。
また、さらに好ましくは、ガス導入管用側壁加熱体267aをガス導入管230のガス上流側からガス下流側にかけて複数ゾーンに分割しそれぞれ独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。
特に、ガス導入管用側壁加熱体267aは加熱温度を反応室の温度と同じ温度とするとウエハ200にガスが到達する前に予め充分加熱されることになるので有効であるが、ガス導入管230の反応管203との接続側と反対側である上流側のガス導入ライン232との接続部には、耐熱温度の低い密閉部材が設けられている。そのため、複数本のガス導入管用側壁加熱体267aのうち、前記ガス導入ライン232側の温度を前記反応管203側の温度より低くすると良い。これにより、密閉部材を劣化させることなく、ガス導入管230のガスを有効に予備加熱することができる。
尚、好ましくは、図13に示すようにガス排気管用側壁加熱体268aをガス排気管231のガス上流側からガス下流側にかけて並列に複数並べて設けると良い。さらに好ましくは、複数のガス排気管用側壁加熱体268aを其々独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。また、さらに好ましくは、ガス排気管用側壁加熱体268aをガス導入管230のガス上流側からガス下流側にかけて複数ゾーンに分割しそれぞれ独立して制御するようにすると、より緻密に制御することができる。特に、ガス排気管用側壁加熱体268aは加熱温度を反応室の温度に比べガス排気管231の温度は、低く設定する必要があるが、急激に温度を低くすると反応室の温度制御に悪影響を及ぼしてしまう。この点で、ガス排気管231の反応管203との接続側と反対側である下流側のガス排気ライン231aとの接続部には、耐熱温度の低い密閉部材が設けられている。そのため、複数本のガス排気管用側壁加熱体268aのうち、前記ガス排気ライン231a側の温度を前記反応管203側の温度より低くすると良い。これにより、密閉部材を劣化させることなく、ガス排気管231及びガス排気管231内に流れるガスを有効に加熱することができる。
図1は本発明の実施例で好適に用いられる基板処理装置の処理炉202の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
ヒータ206の断熱体260の側面には、ガス導入管230を避けるように導入口としてのガス導入管用切欠部261aが形成されている。また、ガス排気管231を避けるように導出口としてのガス排気管用切欠部262aが形成されている。
また、ヒータ206と反応管203との間に第一の発熱体であるヒータ素線266aが設けられる。また、ガス導入管用切欠部261aとガス導入管230との間に第二の発熱体であるガス導入管用側壁加熱体267aが設けられる。さらに、ガス排気管用切欠部262aとガス排気管231との間に第三の発熱体であるガス排気管用側壁加熱体268aが設けられる。
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はマニホールド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は例えば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219の上面にはマニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられる。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、後述するボート217に接続されており、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は反応管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。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、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
また、反応管203内であって、ガス導入管230の噴出口Oとウエハ200との間には、温度検出器としての温度センサBが設置されている。ガス導入管用側壁加熱体267aと温度センサBには、温度制御部238が電気的に接続されており、温度センサBにより検出された温度情報に基づきガス導入管用側壁加熱体267aへの通電具合を調整することによりガス導入管230内の温度が所定の温度となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
さらに、反応管203内であって、ガス排気管231の排出口Pとウエハ200との間には、温度検出器としての温度センサB’が設置されている。ガス排気管用側壁加熱体268aと温度センサB’には、温度制御部238が電気的に接続されており、温度センサB’により検出された温度情報に基づきガス排気管用側壁加熱体268aへの通電具合を調整することによりガス排気管231内の温度が所定の温度となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
温度制御部238は、上述したヒータ素線266a、ガス導入管用側壁加熱体267a、及びガス排気管用側壁加熱体268aをそれぞれ別系統で制御するように構成されている。
なお、ガス導入管230、ガス排気管231内の温度を制御できれば、温度センサB、B’はいずれに設けても良いし、設けないでも良い。好ましくは、図7(a)に記された位置、ウエハ200とガス導入管230の噴出口Oとの間、ウエハ200とガス排気管231の排出口Pとの間に設けると良い。これにより、第一〜第三の発熱体から離間し、コールドスポットとなりやすい位置で、2つのガス導入管用側壁加熱体267aとの間の中心線の延長線上であって、噴出口Oよりウエハ200側の位置や、2つのガス排気管用側壁加熱体268aとの間の中心線の延長線上であって排出口Pよりウエハ200側の位置
で、温度制御することで、コールドスポットを解消することができ、ガス導入管230側では、充分な予備加熱による面内偏差量を縮小することができ、ガス排気管231側では排気管内壁温度を高めることができ、副生成物付着防止の効果を奏する。
なお、図1の実施の形態において、反応管203をマニホールド209によって支持しているが、温度センサ207をマニホールド209から取り出さず、シールキャップ219から取り出すようにすれば、マニホールド209は省略してもよい。この場合、反応管203はヒータベース251によって支持するようにする。また、ボート217を支持しているシールキャップ219によって反応管203の下端開口が気密に閉塞されることになる。
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。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1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を介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内が所定の圧力(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整装置242が、フィードバック制御される。また、処理室201内が所定の温度となるように、温度センサ207a、207bの検出する温度情報に基づき、第一の発熱体266によって加熱される。また、ガス導入管2301内が所定の温度となるように温度センサBの検出する温度情報に基づき、ガス導入管用側壁加熱体267aによって加熱される。同時に、ガス排気管231が所定の温度となるように温度センサB’の検出する温度情報に基づき、ガス排気管用側壁加熱体268aによって加熱される。この際、処理室201内が所定の温度分布となるように温度センサ207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にて所定の流量となるように制御されたガスは、ガス導入管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内を通過してガス排気管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、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンローディング)される。その後、処理済のウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
なお、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、シリコンナイトライド(Si3N4)膜の成膜においては、処理圧力10〜100Pa、ガス種ジクロルシランガス(DCS(SiH2Cl2))、アンモニアガス(NH3)、ガス供給流量DCS100〜300sccm、NH3300〜1000sccmが例示される。また、ヒータ素線266aによって加熱される反応管203内の処理温度500℃〜780℃、ガス導入管用側壁加熱体267aによって加熱されるガス導入管230内の温度は150℃から処理温度である550〜780℃、また、ガス排気管用側壁加熱体268aによって加熱されるガス排気管231の温度は処理温度である550〜780℃から150℃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で一定に維持することでウエハに処理がなされる。
上述のような構造のヒータ206を用いてサイドフロータイプの反応管内のウエハを加熱するようにしたので、ヒータ206にガス導入管230、ガス排気管231のためのガス導入管用切欠部261a、ガス排気管用切欠部262aがあっても、これらの切欠部にコールドスポットが発生するのを抑制できる。したがって、ウエハ処理の効率を改善できる。
203 反応管
206 ヒータ(加熱装置)
230 ガス導入管
261 導入口
261a ガス導入管用切欠部
262 導出口
262a ガス排気管用切欠部
263 発熱体
264 側壁断熱材
265 天井断熱材
266 第一の発熱体
266a ヒータ素線
267 第二の発熱体
267a ガス導入管用側壁加熱体
268 第三の発熱体
268a ガス排気管用側壁加熱体
270 第二の断熱材
270a ヒータ付き断熱材
270b ヒータ無し断熱材
271 導入側切欠部用断熱材
272 排気側切欠部用断熱材
273 第四の発熱体
273a 導入側断熱材用ヒータ素線
274 第五の発熱体
274a 排気側断熱材用ヒータ素線
Claims (5)
- 内部で基板を処理する反応管と、
前記反応管の外周を囲うように設けられる加熱装置とを有し、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、
前記加熱装置は、
前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる発熱体とを備えている基板処理装置。 - 前記基板処理領域に位置する側方全域において、前記導入口が形成されている請求項1に記載の基板処理装置。
- 内部で基板を処理する反応管と、
前記反応管の外周を囲うように設けられる加熱装置とを有し、
前記反応管の内部で基板を処理する領域における側面に少なくともガス導入管が設けられ、
前記加熱装置は、
前記反応管を囲う断熱体と、前記断熱体に前記加熱装置の下端から前記ガス導入管を避けるように溝形状に形成される導入口と、前記断熱体と前記反応管との間に設けられる第一の発熱体と、前記導入口と前記ガス導入管との間に設けられる第二の発熱体と
を有する基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、
前記反応管内に基板を搬入する工程と、
前記ガス導入管からガスを反応管内に導入しつつ前記反応管内を前記発熱体により加熱し基板を処理する工程と、
前記反応管内から基板を搬出する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 - 内部で基板を処理する反応管と、前記反応管の内部で基板を処理する領域における前記
反応管の側面に設けられたガス導入管と、を有する半導体製造装置に用いられる加熱装置であって、
前記反応管を囲う断熱体と、
前記断熱体の内壁に沿って設けられる発熱体と、
前記断熱体の下端から前記ガス導入管を避けるように形成される溝形状の導入口と、
を有する加熱装置。
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