JP5006821B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
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、ICが作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に処理を施すものに関する。
近年、ICの微細化が進むことで、処理したウエハ面内の処理均一性、および、ウエハ相互間の処理均一性の管理基準が厳格になっている。
この厳格な管理基準に応える熱処理装置としては、ウエハを処理する処理室を画成した反応容器にガスを導入するガス導入部が複数設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。
(1)基板を処理する反応容器と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポートと、
該複数のガス導入ポート内にそれぞれ挿通されるともに、前記反応容器の内壁に沿って延在し前記反応容器内にガスを導入する複数のガス導入ノズルと、
前記複数のガス導入ポートと前記複数のガス導入ノズルとをそれぞれ接続し、少なくとも該ガス導入ポートより外径の大きい複数の継手部とを備え、
前記複数のガス導入ポートは前記ガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、該延在方向に前記継手部のそれぞれの一部が重なり合うように配置されている基板処理装置。
(2)反応容器内に基板を搬入する工程と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポートと、
前記反応容器に延在し前記反応容器内にガスを導入する複数のガス導入ノズルと、
前記複数のガス導入ポートと前記複数のガス導入ノズルとをそれぞれ接続し、少なくとも該ガス導入ノズルより外径の大きい複数の継手部とを有し、前記複数のガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、該延在方向に前記継手部のそれぞれの一部が重なり合うように配置されている前記複数のガス導入ポート内に挿通された前記複数のガス導入ノズルから前記反応容器内へガスを供給しつつ前記基板を処理する工程と、
前記反応容器から前記基板を搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法。
(3)基板を処理する処理室を画成した反応容器と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポートと、
該複数のガス導入ポート内にそれぞれ挿通されるともに、前記反応容器の内壁に沿って延在し前記反応容器内にガスを導入するガス導入ノズルと、
前記複数のガス導入ポートと前記複数のガス導入ノズルとを接続し、少なくとも該ガス導入ポートより外径の大きい継手部とを備え、
前記複数のガス導入ポートは、前記ガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、前記継手部の一部が前記延在方向にそれぞれ重なり合うように配置されている基板処理装置。
(4)基板を処理する処理室を画成した筒状の反応容器と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入部とを備え、
前記複数のガス導入部は前記反応容器の軸心方向に対して少なくとも筋違い方向であって、前記ガス導入部の一部が前記軸心方向にそれぞれ重なり合うように配置されている基板処理装置。
(5)複数の基板を積層し処理する処理室を画成する反応容器と、
該反応容器に設けられる複数のガス導入部とを備え、
前記複数のガス導入部は、前記処理室にある前記基板積層方向に対して少なくとも筋違い方向であって、前記複数のガス導入部の一部が前記基板積層方向にそれぞれ重なり合うように配置されている基板処理装置。
(6)筒状の反応容器が画成した処理室に基板を搬入する工程と、
前記反応容器の軸心方向に対して少なくとも筋違い方向であって、一部が前記軸心方向にそれぞれ重なり合うように配置されている複数のガス導入部からガスを供給しつつ前記基板を処理する工程と、
前記処理室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。
(7)前記反応容器内のガスを排気するガス排気部と、前記反応容器内に温度検出器をさらに備え、少なくとも前記ガス排気部は前記温度検出器よりも前記ガス導入ノズル近傍に配置されている前記(1)の基板処理装置。
(8)基板を処理する反応容器と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポート部と、
該複数のガス導入ポート部内にそれぞれ挿通されるとともに、前記反応容器の内壁に沿って延在し前記反応容器内にガスを導入する複数のガス導入ノズルとを備え、
前記複数のガス導入ポート部は前記ガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、該延在方向に前記ガス導入ポート部のそれぞれの一部が重なり合うように配置されている基板処理装置。
(9)反応容器内に基板を搬入する工程と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポートと、
前記反応容器に延在し前記反応容器内にガスを導入する複数のガス導入ノズルと、
前記複数のガス導入ポートと前記複数のガス導入ノズルとをそれぞれ接続し、少なくとも該ガス導入ノズルより外径の大きい複数の継手部とを有し、前記複数のガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、該延在方向に前記継手部のそれぞれの一部が重なり合うように配置されている前記複数のガス導入ポート内に挿通された前記複数のガス導入ノズルから前記反応容器内へガスを供給しつつ前記基板を処理する工程と、
前記反応容器から前記基板を搬出する工程と、
を有する基板の処理方法。
(10)さらに、前記複数のガス導入ポートは、それぞれ平行に設けられているとともに、前記反応容器の周方向に筋違い方向であって、前記継手部の一部が前記周方向にそれぞれ重なり合うように配置されている(1)の基板処理装置。
インナチューブ204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、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ204の筒中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に積層した状態で収容可能に構成されている。
アウタチューブ205は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ204の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ204と同心円状に設けられている。
なお、マニホールド209とアウタチューブ205との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。
マニホールド209がヒータベース251に支持されることにより、プロセスチューブ203は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ203とマニホールド209により反応容器が形成される。
MFC241には、ガス流量制御部235が電気的に接続されている。ガス流量制御部235は供給するガスの流量が所望の量となるように所望のタイミングにてMFC241を制御する。
排気管231のマニホールド209との接続側と反対側である下流側には、真空ポンプ等の排気装置246が圧力検出器としての圧力センサ245および圧力調整装置242を介して接続されており、これらにより、処理室201内の圧力は所定の圧力(真空度)となるよう排気される。
圧力調整装置242および圧力センサ245には、圧力制御部236が電気的に接続されている。圧力制御部236は圧力センサ245により検出された圧力に基づいて、圧力調整装置242により処理室201内の圧力が所望の圧力となるように所望のタイミングにて制御する。
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に接続されている。回転軸255はボート217を回転させることでウエハ200を回転させる。
シールキャップ219はプロセスチューブ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。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、駆動制御部237はこれらが所望の動作をするように所望のタイミングにてこれらを制御する。
なお、ボート217の下部には断熱部材としての断熱板216が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、断熱板216は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて円板形状に形成されている。断熱板216はヒータ206からの熱がマニホールド209側に伝わり難くさせる。
これら、ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238、主制御部239は、コントローラ240として構成されている。
なお、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。
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。
また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ206によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263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。
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。
その後、処理済ウエハ200はボート217によって取り出される(ウエハディスチャージ)。
排気管231は温度センサ263よりもガス導入部230の配置場所の近傍に配置されている。
ガス導入ノズル12はL字形状(エルボ管形状)に形成されており、L字形状の縦部材(延在部ともいう。)がインナチューブ204の内壁に沿って延在するように配置されている。
なお、ガス導入ノズル12のL字形状の横部材(挿通部ともいう。)がガス導入ポート11内に挿通されている。
4本のガス導入ノズル12、12、12、12の縦部材の長さ、すなわち、高さはそれぞれ異なっている。
ガス導入ポート11とガス導入ノズル12とは継手部20によって接続されている。継手部20の外径はガス導入ポート11の外径よりも大きい。
継手部20はステンレス鋼からなるナットと、この内部の密閉部材(図示せず)とにより、ガス導入管232とガス導入ポート11とガス導入ノズル12とを接続するように設けられている。継手部20で連結されることにより、ガス導入管232から導入されたガスが、ガス導入ノズル12内を通り、反応容器内に導入可能となる。
なお、継手部20とガス導入ポート11とでガス導入ポート部が形成される。
また、少なくとも継手部20とガス導入ポート11とガス導入ノズル12とでガス導入部230が形成される。
本実施の形態のように、ガス導入ノズル12がL字形状の場合には反応容器内壁に沿って立ち上がる縦部材があるために、4個のガス導入ポート11、11、11、11を上下にずらすだけであると、4本のガス導入ノズル12、12、12、12の縦部材同士が接触してしまう。
本実施の形態においては、4個のガス導入ポート11、11、11、11がガス導入ノズル12の横部材の延在方向に対して筋違い方向(斜め方向ないし斜交い方向)に配置されていることにより、4本のガス導入ノズル12、12、12、12の縦部材同士が接触してしまうのを防止することができる。このとき、少なくとも隣接するガス導入ポート11、11にガス導入ノズル12、12の挿通部が挿通された状態で、延在部同士が接触しない位置に配置する。
しかも、図4に示されているように、4個の継手部20、20、20、20のそれぞれの一部分が平面視においてオーバラップしていることにより、4本のガス導入ノズル12、12、12、12の縦部材同士間のピッチPを小さく抑制することができる。
なお、本実施形態では図4に示すように継手部20のみならず、ガス導入ポート11、11の太さの一部もオーバラップするように配置されているが、前述のように継手部20の少なくとも一部分が平面視においてオーバラップしていればよい。より好ましくは、ガス導入ポート11、11の一部分も平面視においてオーバラップするように配置することにより、より一層ガス導入ノズルの縦部材同士間のピッチPを小さく抑制することができる。
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。
この際、4本のガス導入ノズル12、12、12、12の縦部材の高さがそれぞれ異なっており、しかも、それぞれのガス導入ノズル12、12、12、12は近接して設けられているため、ガス導入ノズル12、12、12、12の噴出口から噴出される処理ガスの供給位置を近接して設けることができる。それゆえ、ボート217のウエハ積層方向における膜厚均一性すなわちウエハ相互間の処理均一性を高めることができる。
ガス導入部を複数設ける構造と、温度検出器をウエハにできるだけ近接させる構造とを同時に採用した場合には、複数のガス導入部と温度検出器とが処理室内に存在する状態になり、特に、ガス導入部を多数設けた場合には、設置スペースの関係から、ガス導入部と温度検出器とが近接する状態になるために、処理室に導入したガスが温度検出器に対して外乱になり、温度制御を不安定にするという問題点を生じる。
ガス導入部230は温度センサ263に対して周方向に70〜180度離間した位置に配置されているので、ガス導入ノズル12から流出した処理ガスが温度センサ263に対して外乱になり、温度制御を不安定にするという問題点を生じることはない。
第二実施形態が第一実施形態と異なる点は、継手部と反応管の形態である。
本実施形態では、マニホールド209は有さず、プロセスチューブ203がインナーチューブ204を有さない一重管形状であって、このプロセスチューブ203が第一実施形態マニホールド209の下端まで延在している。
さらに、図5に示されているように、ガス導入ポート11はプロセスチューブ203の側壁に管形状に形成されて径方向外向きに突設されており、ガス導入ポート11の管内にはガス導入ノズル12の横部材がマニホールド209の内側から挿通されている。
継手部20はステンレス鋼からなる二段円筒形状のカップリング21を備えており、カップリング21はガス導入ノズル12の突出端部からガス導入ポート11に被せられている。
カップリング21のガス導入ポート11側端部には、ステンレス鋼からなる第一ナット22が螺着されており、カップリング21と第一ナット22との間には第一密閉部材23が第一スペーサ24を介して挟み込まれている。
カップリング21のガス導入ノズル12側端部には、ステンレス鋼からなる第二ナット25が螺着されており、カップリング21と第二ナット25との間には第二密閉部材26が第二スペーサ27を介して挟み込まれている。
したがって、ガス導入ノズル12はガス導入ポート11に継手部20によってシールを維持されつつ熱膨張を許容された状態で片持ち支持されている。
第三実施形態が第一実施形態および第二実施形態と異なる点は、さらに、複数のガス導入ポートの配置を、反応容器の周方向に筋違い方向(斜め方向、斜交い方向)とし、互いのガス導入ポートの鉛直方向の位置、すなわち、ガス導入ノズルの延在方向のピッチ(距離)を小さくしている点である。
図6に示されているように、第三実施形態では、反応容器に設置される複数のガス導入ポートが反応容器の周方向に筋違い方向(斜め方向、斜交い方向)であって、該周方向にガス導入ポートそれぞれの一部もしくは継手それぞれの一部が重なり合うように配置されているか、または、ガス導入ポートそれぞれの一部および継手それぞれの一部が重なり合うように配置されている。
複数のガス導入ノズルを直管形状に形成した場合には、平面断面上のガス導入位置がずれるが、複数のガス導入ノズルを支持する複数のガス導入ポートをガス導入ノズルの延在方向に対して筋違い方向に配置することにより、平面断面上のガス導入位置がずれる量を小さく抑制することができるので、ウエハ相互間の処理均一性が低下するのを防止することができる。
201 処理室
209 マニホールド(反応容器の一部)
230 ガス導入部
263 温度センサ(温度検出器)
11 ガス導入ポート
12 ガス導入ノズル
20 継手部
Claims (2)
- 基板を処理する反応容器と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポートと、
該複数のガス導入ポート内にそれぞれ挿通されるともに、前記反応容器の内壁に沿って延在し前記反応容器内にガスを導入する複数のガス導入ノズルと、
前記複数のガス導入ポートと前記複数のガス導入ノズルとをそれぞれ接続し、少なくとも該ガス導入ポートより外径の大きい複数の継手部とを備え、
前記複数のガス導入ポートは前記ガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、該延在方向に前記継手部のそれぞれの一部が重なり合うように配置されている基板処理装置。 - 反応容器内に基板を搬入する工程と、
該反応容器に設けられた複数のガス導入ポートと、
前記反応容器に延在し前記反応容器内にガスを導入する複数のガス導入ノズルと、
前記複数のガス導入ポートと前記複数のガス導入ノズルとをそれぞれ接続し、少なくとも該ガス導入ノズルより外径の大きい複数の継手部とを有し、前記複数のガス導入ノズルの延在方向に対して少なくとも筋違い方向であって、該延在方向に前記継手部のそれぞれの一部が重なり合うように配置されている前記複数のガス導入ポート内に挿通された前記複数のガス導入ノズルから前記反応容器内へガスを供給しつつ前記基板を処理する工程と、
前記反応容器から前記基板を搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法。
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