JP5593472B2 - 基板処理装置および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
この縦型拡散・CVD装置は、アウタチューブと、アウタチューブの内側に設けられて処理室を形成するインナチューブと、アウタチューブ内を加熱する加熱装置(ヒータ)と、アウタチューブおよびインナチューブを載置し処理室を排気する排気管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、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いる。
そして、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、加熱装置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膜が堆積される。
金属製のマニホールドの場合には、板厚が薄く熱容量も小さいために、炉口外に放熱しやすかった。
また、ICの微細化に伴って、金属製マニホールドを使用したCVD装置においては、金属製マニホールドからの金属の放出が問題となってきている。
アウタチューブ20は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)の耐熱性材料が使用されて、内径がインナチューブ22の外径よりも大きい円筒形状に形成されている。アウタチューブ20は上端が閉塞し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22は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)の耐熱性材料が使用されて、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22の筒中空部は処理室24を形成している。処理室24はウエハ1を後述するボートによって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
アウタチューブ20とインナチューブ22とは同心円状に設けられている。アウタチューブ20とインナチューブ22との隙間によって筒状空間26が形成されている。
アウタチューブ20の下側にはマニホールド28がアウタチューブ20と同心円状に配設されている。マニホールド28の上にはアウタチューブ20およびインナチューブ22が載置されている。プロセスチューブ18とマニホールド28とによって処理容器30が構成されている。
排気管32のアウタチューブ20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34が圧力検出器としての圧力センサ36および圧力調整装置38を介して接続されている。排気装置34は処理室24内の圧力が所定の圧力(真空度)となるように排気する。
圧力センサ36および圧力調整装置38には圧力制御部40が電気配線Bによって電気的に接続されている。圧力制御部40は圧力調整装置38を、圧力センサ36により検出された圧力に基づいて、処理室24内の圧力が所望の圧力となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。
ガス供給管44にはガス供給部42との接続側と反対側である上流側に、ガス流量制御器としてのMFC(マスフローコントローラ)46が接続されており、MFC46はガス供給源48に接続されている。ガス供給源48は処理ガスや不活性ガスを供給する。
MFC46にはガス流量制御部50が電気配線Cによって電気的に接続されている。ガス流量制御部50はMFC46を、供給するガスの流量が所望の量となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。
シールキャップ52の処理室24側にはシールキャップカバー54が設けられている。シールキャップカバー54は、例えば石英のような非金属材料によって形成されている。シールキャップカバー54はシールキャップ52を被覆することにより、金属部分が処理室24側に露出するのを防止している。
シールキャップカバー54は処理容器30下面に垂直方向下側から当接する。
シールキャップ52には上面に例えばOリングからなる第1の密閉部材52aが設けられている。
シールキャップカバー54上面にも例えばOリングからなる第2の密閉部材54aが設けられている。
シールキャップ52のシールキャップカバー54と反対側(下側)には、ボートを回転させる回転機構58が設置されている。回転機構58の回転軸58aはシールキャップ52の円形孔52bとシールキャップカバー54の円形孔54bに貫通して設けられ、ボート66に接続されている。回転機構58は、ボート66を回転させることでウエハ1を回転させるように構成されている。
なお、ボート66の下部には断熱部材としての断熱板68が複数枚、水平姿勢で多段に配置されている。この断熱板68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68はヒータ14からの熱をシールキャップ52側に伝わり難くさせる。
ボートエレベータ72はプロセスチューブ18の外部に垂直に設備されている。ボートエレベータ72はボートを垂直方向に昇降させる昇降機構である。すなわち、ボートエレベータ72はボート66を処理室24へ搬入したり、処理室24から搬出したりする。
回転機構58およびボートエレベータ72には駆動制御部76が電気配線Aによって電気的に接続されている。駆動制御部76は回転機構58およびボートエレベータ72を、所望の動作をするように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。
ヒータ14と温度センサ78には温度制御部80が電気配線Dによって電気的に接続されている。温度制御部80はヒータ14への通電具合を、温度センサ78によって検出された温度情報に基づき、処理室24内の温度が所望の温度分布となるように、かつ、所望のタイミングをもって制御する。
圧力制御部40、ガス流量制御部50、駆動制御部76、温度制御部80および主制御部82はコントローラ84を構成している。
マニホールド28は非金属部材としての石英が使用されて、円形リング形の扁平ブロック形状に形成されている。マニホールド28は透明または半透明に形成されている。
また、マニホールド28の上部には、段差が設けられ、下段には、インナチューブ22を載置する第1の載置部28aと、上段には、後述する熱吸収部材である断熱筒90を載置する第2の載置部28bが形成されている。
また、第2の載置部28bは、インナチューブ22の水平方向の位置を規制する位置規制部として周方向全周に形成されている。
なお、第2の載置部28bは周方向に全周に形成するのではなく、所定の間隔、好ましくは、等間隔で形成してもよい。
アウタチューブ20の開口部20aの下面であるマニホールド28の第一接合面110として、例えばマニホールド28の上面に周方向全周に形成された溝には、例えばOリングで形成される第3の密閉部材85が敷設されている。
したがって、マニホールド28はアウタチューブ20の開口部20aの下面に第3の密閉部材85を介して当接することで、処理容器30の開口部を気密に閉塞する。
図4に、本発明の実施形態に係る断熱筒90を示す。
断熱筒90は、熱吸収部材であり、円形リング形状に形成され、マニホールド28の第2の載置部28bとインナチューブ22の開口部の突起部22aの上面と接する下面90aを有する。
尚、断熱筒90は非金属部材としての不透明石英が使用されるが、透明石英にサンドブラスト処理(不透明研磨)を施したものでもよい。ただし、不透明石英の方が断熱(遮熱)効果や熱吸収効果が大きい。
また、断熱筒90は、一体形状に限らず、二分割、三分割等の分割形状でもよい。
また、断熱筒90は、インナチューブ22と同心円上に配置されている。
尚、断熱筒90とインナチューブ22の熱膨張率が異なる場合には、断熱筒90の内面とインナチューブ22の外面とは当接せずに隙間を形成するように配置しても良い。
本発明の実施形態では、断熱筒90をインナチューブ22の地震対策となるよう設置する。
断熱筒90の下面90aにボルト穴90bとマニホールド28にタップ穴28cを数箇所設け、移動規制部材であるボルト91で固定する。これにより、金属汚染を防止することができ、断熱筒90の移動が規制され、さらにインナチューブ22の転倒が抑制される。而して、インナチューブ22の地震対策とすることができる。ボルト91は例えば石英ボルトが用いられる。
なお、以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ84により制御される。
この状態で、シールキャップ52は第1の密閉部材52a、シールキャップカバー54および第2の密閉部材54aを介してマニホールド28の下面をシールした状態となる。
また、処理室24内が所望の温度となるようにヒータ14によって加熱される。この際、処理室24内が所望の温度分布となるように、温度センサ78が検出した温度情報に基づきヒータ14への通電具合がフィードバック制御される。さらに、この際、マニホールド28周辺は、マニホールド28上面にインナチューブ22の下端を介して設けられた断熱筒90によって、ヒータ14からの熱を吸収、遮蔽している。
続いて、回転機構58によってボート66が回転されることにより、ウエハ1が回転される。
導入されたガスは処理室24内を上昇し、インナチューブ22の上端開口から筒状空間26に流出して排気管32から排気される。
ガスは処理室24内を通過する際にウエハ1の表面と接触し、この際に熱CVD反応によってウエハ1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1はボート66から取出される(ウエハディスチャージ)。
また、マニホールド28にボルト止めしてインナチューブ転倒抑制部材を設けた場合には、インナチューブ22の内部で基板を処理している最中に生成される反応生成物(副生成物)がインナチューブ転倒抑制部材付近に固着してしまうことがあり、この反応生成物が固着した状態で強引にインナチューブ転倒抑制部材を取外すと非金属部材で形成されたボルトやマニホールドが割れてしまうことがあった。
第3の密閉部材85の上方におけるアウタチューブ20の開口部付近の温度は、断熱筒90を使用しない場合では、278.7℃であったのに対して、断熱筒90を使用した場合では、255.2℃であった。すなわち、断熱筒90を使用したことによる温度低減効果は、−23.5℃であった。
また、第3の密閉部材85付近の温度は、断熱筒90を使用しない場合では、265.9℃であったのに対して、断熱筒90を使用した場合では、250.5℃であった。すなわち、断熱筒90を使用したことによる温度低減効果は、−15.4℃であった。
また、第3の密閉部材85の下方におけるマニホールド28付近の温度は、断熱筒90を使用しない場合では、244.7℃であったのに対して、断熱筒90を使用した場合では、232.7℃であった。すなわち、断熱筒90を使用したことによる温度低減効果は、−12.0℃であった。
したがって、第3の密閉部材85周辺のいずれの箇所においても、断熱筒90を使用することで、温度上昇を抑えることができた。
また、断熱筒90のマニホールド28側の温度は、断熱筒90を使用しない場合では、310.1℃であったのに対して、断熱筒90を使用した場合では、350.2℃であった。すなわち、断熱筒90を使用したことによる温度上昇効果は、40.1℃であった。
したがって、断熱筒90周辺においては、温度上昇させることで反応副生成物の固着を抑制することができる。
第2の実施形態では、断熱筒90の下面90aの外周部から垂直方向下方に突出する移動規制部材としての下部円筒部90cを設ける。そして、断熱筒90の下部円筒部90cをマニホールド28の第2の載置部28bに形成された溝28dに差し込む。これにより断熱筒90の横の動きと斜め上方の動きを抑制することができる。同時にインナチューブ22の横の動きを断熱筒90の下部円筒部90cと第2の載置部28bに形成された溝28dで抑制し、断熱筒90の斜め上方への動きも抑制することができる。尚、好ましくは円筒部90cの厚みAと、溝28dの深さBとの関係がA<Bとする。このように設定することで、インナチューブ22が上方に移動した際に生じる回転モーメントを抑えることができる。
ちなみに、排気管32の外周に配管ヒータを設けることは、コストが高くなる、スペースが無駄になる、制御が複雑になってしまうといった問題がある。しかし、本発明の第4の実施形態によれば、それらの問題の発生を回避できる。
また、切欠き部90d周辺の密閉部材の温度上昇を防ぐため、切欠き部90dを設けた直下の断熱筒90の厚みを大きくしてもよい。これにより、排気管32周辺の第3の密閉部材85の温度上昇を防ぐことができる。
第5の実施形態では、マニホールド28のアウタチューブ20を設置する面にザグリ穴28eを設け、マニホールド28の第2の載置部28bの側壁に貫通孔28fを設ける。ザグリ穴28eおよび貫通孔28fにインナチューブ22を抑える移動規制部材としてのインナチューブピン95を設置する。これにより、インナチューブ22の横方向のずれが防止でき、インナチューブピン95を挿入することにより、インナチューブ22を縦方向のずれから防止することができる。
以上によれば、ボルト止めの場合、副生成物が付着することで、取り外しにくくなるが、ピン形状とすることで、副生成物が付着した場合であっても、容易に取外すことができる。また、ウエハへの金属汚染を最小限にして、地震発生時の処理室内の石英部品を保護することができる。
第1の実施形態では、断熱筒90をボルト91で固定する際に、マニホールド28に設けられたタップ穴28cをボルト穴90bの隙間から覗き込まなければない。また、インナチューブ22の筒部が大きいのに対し、断熱筒90の下端フランジ部としての下面90aが小さいため、覗きにくくなる。また、アウタチューブ20とインナチューブ22との間の狭小なスペースであるため、断熱筒90の下面90aとボルト91のサイズは大きくできない。第6の実施形態では、第1の実施形態の断熱筒90の下端フランジ部である下面90aに設けられたボルト穴90bに替えて、下面90aに下面90aの外周から半径方向に切りかかれた切欠き90eを設ける。そして、移動規制部材であるボルト91を切欠き90eを介して、マニホールド28のタップ穴28cに固定し、断熱筒90の移動を規制する。これにより、当該ボルト91をマニホールド28のタップ穴28cに固定する際に下端フランジ部側方からタップ位置を視認することができるため、作業性が向上し、下端フランジ部のサイズを小さくすることができる。
上述の実施形態において、断熱筒90をボルト91で固定する際に、装置より離れた場所にて断熱筒90をボルト91にてマニホールド28に固定した後で、装置まで運ぶことがある。この運搬時の振動によりボルト91が破損することがある。第7の実施形態では、第1の実施形態及び上述の第6の実施形態において、ボルト91を移動規制部材であるボルト92を使用する。ボルト92は、段付ボルトであり、マニホールド28のタップ穴28cに挿入される下部92cと切欠き90eに挿入される中部92bと頭部92aから構成される。中部92bは、下部92cより直径が大きく、切欠き90eより小さく構成される。また、中部92bは、断熱筒90の下端フランジ部の厚みにくらべて長く構成される。頭部92aは、中部92bより直径が大きく、かつ、切欠き90eより大きく構成される。すなわち、断熱筒90の下端フランジ部である下面90aとボルト92の頭部92aとの間に隙間を設ける。これにより、振動による力が直接ボルト92に伝わることを防ぎ、ボルト92の破損を防ぐことができる。
10 基板処理装置
12 処理炉
14 ヒータ
18 プロセスチューブ
20 アウタチューブ
22 インナチューブ
24 処理室
28 マニホールド
28a 第1の載置部
28b 第2の載置部
30 処理容器
52 シールキャップ
85 第3の密閉部材
90 断熱筒
90a 下面
91、92 ボルト
Claims (5)
- アウタチューブと、
該アウタチューブに連結される非金属材で形成されるマニホールドと、
該アウタチューブより内側で前記マニホールドに載置され内部で基板を処理するインナチューブと、
前記アウタチューブより外側に設けられ、前記アウタチューブ内を加熱する加熱装置と、
前記マニホールドの開口部に対して密閉部材を介して開閉する蓋体と、
前記マニホールドに前記インナチューブの下端を介在して設けられ、前記加熱装置からの熱を吸収する非金属材で形成される熱吸収部材と、
を有し、
前記アウタチューブ又は前記マニホールドに排気管が設けられており、前記熱吸収部材は、前記熱吸収部材の前記排気管に対向する部位が上方切欠かれている切欠き部を有する基板処理装置。 - 前記マニホールドの上部に段差が設けられ、該段差の下段には、前記インナチューブを載置する第一の載置部を有し、前記段差の上段には、前記熱吸収部材を載置する第二の載置部を有し、該第二の載置部には、前記熱吸収部材の移動を規制する移動規制部が設けられている請求項1記載の基板処理装置。
- アウタチューブと、
該アウタチューブに連結される非金属材で形成されるマニホールドと、
該アウタチューブより内側で前記マニホールドに載置され内部で基板を処理するインナチューブと、
前記アウタチューブより外側に設けられ、前記アウタチューブ内を加熱する加熱装置と、
前記マニホールドの開口部に対して密閉部材を介して開閉する蓋体と、
前記マニホールドに前記インナチューブの下端を介在して設けられ、前記加熱装置からの熱を吸収する非金属材で形成される熱吸収部材と、
を有し、
前記マニホールドの上部に段差が設けられ、該段差の下段には、前記インナチューブを載置する第一の載置部を有し、前記段差の上段には、前記熱吸収部材を載置する第二の載置部を有し、前記熱吸収部材の内面が、前記インナチューブの外面に間隙を介して設けられており、前記第二の載置部から前記第一の載置部に載置された前記インナチューブの開口部側に設けられる下面にかけて前記熱吸収部材が設けられており、前記熱吸収部材の下面には、半径方向に切りかかれた切欠き部が形成されており、該切欠き部に前記熱吸収部材の移動を規制する移動規制部材が設けられている基板処理装置。 - アウタチューブより内側で該アウタチューブに連結される非金属材で形成されるマニホールドに載置されたインナチューブの内部に基板を搬入する工程と、
前記マニホールドの開口部を密閉部材を介して蓋体で閉塞する工程と、
前記マニホールドに前記インナチューブの下端を介して設けられる非金属材で形成され、前記アウタチューブ又は前記マニホールドに設けられた排気管に対向する部位が上方切欠かれている熱吸収部材で加熱装置からの熱を吸収しつつ、前記加熱装置で前記インナチューブ内にある基板を加熱処理する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法。 - アウタチューブより内側で該アウタチューブに連結される非金属材で形成されるマニホールドに載置されたインナチューブの内部に基板を搬入する工程と、
前記マニホールドの開口部を密閉部材を介して蓋体で閉塞する工程と、
前記マニホールドの上部に段差が設けられ、該段差の下段には前記インナチューブを載置し、前記段差の上段には、前記マニホールドに前記インナチューブの下端を介在して設けられ、加熱装置からの熱を吸収する非金属材で形成される熱吸収部材を載置し、前記熱吸収部材の内面が前記インナチューブの外面に間隙を介して設けられ、前記インナチューブの開口部側に設けられる下面にかけて前記熱吸収部材が設けられ、前記熱吸収部材の下面には、半径方向に切りかかれた切欠き部が形成され、該切欠き部に前記熱吸収部材の移動を規制する移動規制部材が設けられている熱吸収部材で前記加熱装置からの熱を吸収しつつ、前記加熱装置で前記インナチューブ内にある基板を加熱処理する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法。
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