JP6730513B2 - 基板処理装置、ヒータユニットおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図2を用いて説明する。
図1に示すように、処理炉202は反応管203を備えている。反応管203は、例えば石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、下端に炉口(開口)を有する円筒部材として構成されている。反応管203の筒中空部には、処理室201が形成される。処理室201は、基板としてのウエハ200を収容する第1領域としてのウエハ収容領域A(以下、領域A)、および、領域Aの鉛直方向下方に設けられた第2領域としての炉口周辺領域B(以下、領域B)を、内部に備えている。
ヒータ208を構成するヒータユニット208a〜208dのそれぞれの構成について説明する。
ヒータユニット208a及びその周辺の構成について、図3(a)(b)を参照しながら以下詳述する。 ヒータユニット208aは、炉口部側壁外周に沿って配設されている。より具体的には、ヒータユニット208aは、反応管203の下端をなすフランジの上にOリング保護部273を介して載置されている。また、ヒータユニット208aとヒータ207の間にはSUS等で形成された仕切り部308が設けられており、その間にはヒータ207からの熱影響やヒータユニット208aからの熱逃げを抑制するために断熱材307が充填されている。
ヒータユニット208b及びその周辺の構成について、図4(a)(b)を参照しながら以下詳述する。 ヒータユニット208bは、ヒータユニット208aと同様に、炉口部側壁外周に沿って配設されている。具体的な構成のうち、ヒータユニット208a及びその周辺の構成と同じものについては、図4(a)(b)において同じ符号を付しており説明を省略する。
本実施形態では、ヒータユニット208bが配置された反応管203の側壁の突出部領域に対して、1本のガス供給管232aが接続されている。これに対して、1つのヒータユニットヒータが配置された突出部領域に対して、複数本のガス供給管が接続される変形例が考えられる。図5(a)(b)は、この変形例におけるヒータユニット208b−1及びその周辺の構成を示している。 具体的な構成のうち、ヒータユニット208b及びその周辺の構成と同じものについては、図5(a)(b)において同じ符号を付しており説明を省略する。
ヒータユニット208c及びその周辺の構成は、ヒータユニット208bと同様である。ヒータユニット208bはガス供給管232aの接続箇所を加熱する一方、ヒータユニット208cは温度センサ保護管263aの接続箇所を加熱することのみが異なる。
ヒータユニット208dは、ヒータユニット208a〜208cと同様に、炉口部側壁外周に沿って配設されている。ヒータユニット208d及びその周辺の構成について、図6を参照しながら以下詳述する。
側壁温度センサ303aの温度測定センサ部である先端部は、図8に示す構造により、炉口部側壁に押し付けられるように接触している。ヒータカバー306には固定部材309が固定されており、側壁温度センサ303aの突出部と固定部材309の間には、弾性部材であるバネ310が設けられている。バネ310は固定部材309を支点として、側壁温度センサ303aを反応管203の側壁に押付けるように構成されている。なお、側壁温度センサ303bも同様の構造により設置されている。
ヒータユニット208aが設置されている反応管203側壁の平坦部領域は、ヒータユニット208b,208c,208dが設置されている突出部領域よりも高温になり易く、逆に突出部領域は、平坦部領域よりも低温になり易い傾向がある。これは、平坦部領域ではガス供給管232a等の突出部からの熱逃げが起こりにくいことや、突出部領域では発熱線301bや301c等が配置される面積が限られるため、高さ方向における均等な加熱が難しいことなどが理由としてある。
ヒータユニット208a〜208dは互いに、図9に示すようなクランク状の端面が組み合わされる構造により接続されている。また、ヒータユニット208a〜208dの接続箇所の外周面は、SUS等の材料で構成された保護カバー330によりカバー(被覆)される。このような接続構造を有することにより、ヒータ208と反応管203の側壁との間の空間(内周空間)の雰囲気がヒータ208の外周側に漏れることを防止し、内周空間と外周側との間の気流置換による温度低下を最小限にすることができる。なお、各ヒータユニットの端面の形状はクランク状に限らず、凸形状と凹形状の組合せなど、端面に凹凸が形成された形状の組合せであればよい。
続いて、上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程の一例について、図11を用いて説明する。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121により制御される。 なお、この基板処理工程において所定の処理が施される基板の表面には、シラザン結合(−Si−N−)を有する膜(ポリシラザン膜)が形成されている。この膜には、シリコン(Si)の他、窒素(N)、水素(H)が含まれ、さらに、炭素(C)や他の不純物が混ざっている場合がある。この基板処理工程では、ウエハ200上に形成されたポリシラザン膜に対し、比較的低温の条件下でH2O2を含む気化ガスを供給することで、この膜を改質(酸化)する。
表面にポリシラザン膜が形成された複数枚のウエハ200が、ボート217に装填される。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート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内へ搬入される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220aを介して反応管203の下端をシールした状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所定の圧力(改質圧力)となるように、真空ポンプ246によって処理室201内が真空排気される。また、ヒータ207,208、キャップヒータ209により、反応管203、処理室201に収容されたウエハ200、シールキャップ219、等が加熱される。
続いて、ガス発生器250aへの液体原料及びキャリアガスの供給を開始し、ガス発生器250aによりH2O2ガスおよびH2Oガスを含む気化ガスを発生させる。気化ガスの発生量や濃度等が安定したら、バルブ243aを開き、MFC241aにより流量制御しながら、ガス供給ポート232pを介した処理室201内への気化ガスの供給を開始する。処理室201内へ供給された気化ガスは、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対して気化ガスが供給される。その結果、ウエハ200の表面で酸化反応が生じ、ウエハ200上のポリシラザン膜は、シリコン酸化膜(SiO膜)へと改質される。
液体原料のH2O2濃度:20〜40%、好ましくは25〜35%
液体原料の気化条件:略大気圧下で120〜200℃に加熱
改質圧力:700〜1000hPa(大気圧、微減圧および微加圧のうちいずれか)
ウエハ200の温度:70〜110℃、好ましくは70〜80℃
改質工程が終了したら、ヒータ207を制御し、ウエハ200を、上述の改質温度よりも高い温度に加熱する。この温度を保持することにより、ウエハ200と処理室201内とを緩やかに乾燥させる。
乾燥工程が終了した後、処理室201内を真空排気する。その後、処理室201内を大気圧に復帰させ、所定時間経過した後、処理室201内を所定の搬出可能温度に降温させる。
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、反応管203の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が反応管203の下端から反応管203の外部に搬出される。
本実施形態の実施例と比較例について以下説明する。実施例として、本実施形態におけるヒータ208の温度制御を行い、図12に示す温度モニタ点A〜Nにおける温度を測定した。モニタ点A〜Hは上面ベース219a上の点であり、モニタ点I〜Nは炉口周辺の側壁の外周面上の点である。一方、比較例として、本実施形態のヒータ208に替えて以下に示す構成を有するヒータにより温度制御を行い、実施例と同様に、温度モニタ点A,B,E,F,I,K,L,Nにおける温度を測定した。なお、実施例及び比較例のいずれについても、モニタ点A〜Hにおける目標温度を80〜112℃に設定し制御を行った。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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変更可能である。
203 反応管
208 ヒータ
232a ガス供給管
121 コントローラ
Claims (16)
- 基板を収容する反応管と、
前記反応管に形成された炉口を閉塞する蓋部と、
前記反応管の炉口近傍の側壁に接続する配管と、
前記反応管の炉口近傍の側壁の外周に設けられ、前記側壁の周方向において分割された複数のヒータユニットによって構成されているヒータと、
前記反応管の炉口近傍の側壁における、前記側壁の周方向において互いに異なる複数の位置の温度をそれぞれ測定するよう構成された複数の温度センサと、
前記複数の温度センサのそれぞれの測定値に基づいて、前記ヒータを制御するよう構成された制御部と、
を備え、
前記複数のヒータユニットの少なくとも1つは、前記反応管の炉口近傍の側壁の一部であって前記配管が接続された箇所の周辺部分及び前記配管を、共に加熱するように構成された第1のヒータユニットであり、
前記複数のヒータユニットの少なくとも他の1つは、前記反応管の炉口近傍の側壁の一部であって前記配管が接続されていない部分を加熱するように構成された第2のヒータユニットである基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記第1のヒータユニットと前記第2のヒータユニットとへ供給される電力をそれぞれ個別に制御して、前記反応管の炉口近傍の側壁及び前記配管を加熱させるよう構成される、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記複数の温度センサは、
前記第1のヒータユニットにより加熱される前記反応管の側壁の部分の温度を測定するよう構成された第1の温度センサと、
前記第2のヒータユニットにより加熱される前記反応管の側壁の部分の温度を測定するよう構成された第2の温度センサと、を含む、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記第1の温度センサの測定値が第1温度となるように、前記第1のヒータユニットに供給される電力を制御し、
前記第2の温度センサの測定値が前記第1温度よりも低い第2温度となるように、前記第2のヒータユニットに供給される電力を制御する、よう構成される、
請求項3記載の基板処理装置。 - 前記第1のヒータユニットは、
複数の前記配管、及び前記反応管の炉口近傍の側壁の一部であって前記複数の配管のそれぞれが接続される箇所の周辺部分を、共に加熱するように構成されている、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記配管は、
前記反応管内に処理ガスを供給するガス供給配管、前記反応管内の雰囲気を排出するガス排気管、及び前記反応管内に挿入される温度センサを保護するように管状に構成され温度センサ保護管、より構成される群より選択される少なくとも1つである、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記第1のヒータユニットは、
前記側壁に対向するように前記側壁の周方向に沿って配置された第1の発熱線と、
前記配管の周囲に前記配管の延伸方向に沿って配置された第2の発熱線と、を備える、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記第1の発熱線と前記第2の発熱線へ供給される電力をそれぞれ個別に制御して、前記側壁及び前記配管を加熱させるよう構成される、
請求項7記載の基板処理装置。 - 前記第1のヒータユニットは、
前記配管の温度を測定する配管温度センサを備え、
前記制御部は、
前記配管温度センサの測定値に基づいて前記第2の発熱線へ供給される電力を制御して、前記配管を加熱させるよう構成される、
請求項7記載の基板処理装置。 - 前記第1のヒータユニットは、
前記第2の発熱線と前記配管との間に高熱伝導率を有するシートを備えている、
請求項7記載の基板処理装置。 - 前記第1のヒータユニットは、
前記第1の発熱線及び前記第2の発熱線を格納する、ブロック状に一体形成された格納部材を備え、
前記格納部材の熱伝導率は、0.3W/m・K以下である、
請求項7記載の基板処理装置。 - 前記反応管は石英で構成され、
前記ヒータは、
80〜100℃で発熱する時に放射する熱線のピーク波長が5〜10μmとなる特性を有する発熱線を備える、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記複数の温度センサの測定値が120℃以下となるように、前記ヒータに供給される電力を制御するよう構成される、
請求項1記載の基板処理装置。 - 前記反応管内に過酸化水素を含むガスを供給するよう構成されたガス供給系を備え、
前記制御部は、
前記複数の温度センサの測定値が80℃以上112℃未満となるように、前記ヒータに供給され電力を制御するよう構成される、
請求項1記載の基板処理装置。 - 基板を収容する反応管と、前記反応管に形成された炉口を閉塞する蓋部と、前記反応管の炉口近傍の側壁に接続する配管と、を備える基板処理装置に設けられ、
前記反応管の炉口近傍の側壁の外周に設けられて、前記側壁の周方向において複数に分割されたヒータを構成し、
前記側壁に対向するように前記側壁の周方向に沿って配置された第1の発熱線と、前記配管の周囲に前記配管の延伸方向に沿って配置された第2の発熱線と、を備えるヒータユニット。 - 基板を収容する反応管と、前記反応管に形成された炉口を閉塞する蓋部と、前記反応管の炉口近傍の側壁に接続する配管と、前記反応管の炉口近傍の側壁の外周に設けられ、前記側壁の周方向において分割された複数のヒータユニットによって構成されているヒータと、前記反応管の炉口近傍の側壁における、前記側壁の周方向において互いに異なる複数の位置の温度をそれぞれ測定するよう構成された複数の温度センサと、を備えた基板処理装置を提供する工程と、
前記反応管内に前記基板を収容する工程と、
前記基板を加熱する工程と、を有し、
前記基板を加熱する工程では、前記複数の温度センサのそれぞれの測定値に基づいて、前記ヒータに供給される電力を制御して前記炉口近傍の側壁を加熱し、
前記複数のヒータユニットの少なくとも1つは、前記反応管の炉口近傍の側壁の一部であって前記配管が接続された箇所の周辺部分及び前記配管を、共に加熱するように構成された第1のヒータユニットであり、
前記複数のヒータユニットの少なくとも他の1つは、前記反応管の炉口近傍の側壁の一部であって前記配管が接続されていない部分を加熱するように構成された第2のヒータユニットである半導体装置の製造方法。
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