JP6951129B2 - 基板処理装置、プログラム及び流体循環機構並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置、プログラム及び流体循環機構並びに半導体装置の製造方法に関するものである。

一般に、半導体装置の製造工程で用いられる縦型の基板処理装置は、ウエハを処理する処理室の下方側に配設された移載室（予備室）内にて、処理室内へ搬入する基板保持体（ボート）への未処理ウエハの装填（ウエハチャージ）、および、処理室内から搬出された基板保持体からの処理済ウエハの脱装（ウエハディスチャージ）を行う。そして、移載室内では、処理室内から搬出された高温の処理済ウエハを所定温度まで冷却することが行われる。例えば、国際公開第２００６／１０３９７８号（特許文献１）では、予備室にボートを囲むように冷却壁を設け、冷却壁の内部に冷媒を流通させてウエハを冷却するようにしている。特開２０１４−０６０３２７号公報（特許文献２）では、冷却壁と、冷却壁とボートを挟んで冷却壁と対向する位置に設けられた冷却ガス供給部とを予備室に設け、冷却ガス供給部から冷却ガスをボートに供給してウエハを冷却している。特開２０１２−０７９９０７号公報（特許文献３）では、移載室にクリーンエアを吹き出すクリーンユニットと、クリーンユニットと対向する位置に配設する排気部とを設け、これらによって形成されたエアフローによってウエハを冷却している。

国際公開第２００６／１０３９７８号 特開２０１４−０６０３２７号公報 特開２０１２−０７９９０７号公報

本発明の課題は、移載室及びボートに保持された基板の冷却時間を短縮することのできる技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、複数枚の基板が載置された基板保持具が搬入及び搬出される反応炉と、反応炉の下側に設けられ、基板保持具が所定位置に配置される予備室と、反応炉と予備室の間で基板保持具を昇降させる昇降機構と、予備室の流体を吸引する吸気部と、該吸気部から供給部までの流体が流れる流路を構成する配管部と、流路に設けられ、流体を冷却する冷却機構を備えた流体循環機構と、基板保持具を反応炉から降下させて所定位置に到達させ、吸気部から吸引された流体を流路に循環させ、供給部から予備室に供給させるよう流体循環機構、昇降機構をそれぞれ制御する制御部と、を有し、吸気部と冷却機構を隣接するように設け、吸気部から導入された流体を流路に循環させる前に冷却機構で冷却する構成が提供される。

本願発明の基板処理装置によれば、ウエハ及び移載室の内部の雰囲気の温度制御が可能となる。

本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の斜透視図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置内の概略斜透視図である。 図２の移載室の流体循環機構を示す概略斜視図である。 図２の流体循環機構を示す概略側面図である。 図２の移載室内エアフローを示す概略平面図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる冷却壁の構造を説明する概略図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる冷却壁の構造を説明する概略図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成示すブロック図である。 本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置内の概略斜透視図である。 図８の移載室内エアフローを示す概略平面図である。 本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の移載室内の概略平面図である。 本発明の更に他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の移載室扉の概略斜透視図である。 本発明の実施形態の効果を説明するためのである。 本発明の実施形態の冷却壁の効果を説明するためのである。 本発明の実施形態の冷却壁の効果を説明するためのである。

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（１）基板処理装置の概要
本実施形態で説明する基板処理装置は、半導体装置の製造工程で用いられるもので、処理対象となる基板を処理室に収容した状態で当該基板をヒータによって加熱して処理を施すものである。さらに詳しくは、複数の基板を鉛直方向に所定の間隔で積層した状態で同時に処理を行う縦型の基板処理装置である。

基板処理装置が処理対象とする基板としては、例えば、半導体装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハ基板（以下、単に「ウエハ」という。）が挙げられる。また、基板処理装置が行う処理としては、例えば、酸化処理、拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）反応による成膜処理等が挙げられる。

（２）基板処理装置の概略構成
次に、本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成例について説明する。

（装置全体）
この基板処理装置１では、ウエハ６は基板収納容器としてのカセット２に収容され、搬入出される。
基板処理装置１は筐体３を備え、筐体３の正面壁にはカセット搬入搬出口４がフロントシャッタ（図示せず）によって開閉されるように設けられている。筐体３の内部に、カセット搬入搬出口４に隣接してカセットステージ５が設けられている。

カセット２はカセットステージ５上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、また、カセットステージ５上から搬出されるようになっている。カセットステージ５は、工程内搬送装置によって、カセット２内のウエハ６が垂直姿勢となり、カセット２のウエハ出入り口が上方向（Ｚ軸＋方向）を向くように配置され、カセットステージ５は、カセット２のウエハ出入り口が筐体３後方を向くように回転する。

筐体３内の前後方向（Ｘ軸方向）の略中央部には、カセット棚７が設置されており、カセット棚７は、複数段複数列にて各複数個のカセット２を保管するように構成されている。カセット棚７にはウエハ移載装置８の搬送対象となるカセット２が収納される移載棚９が設けられている。また、カセットステージ５の上方には予備カセット棚１１が設けられ、予備的にカセット２を保管するように構成されている。

カセットステージ５とカセット棚７との間には、カセット搬送装置１２が設置されている。カセット搬送装置１２は、カセット２をカセットステージ５、カセット棚７、予備カセット棚１１との間で搬送するように構成されている。

カセット棚７の後方（Ｘ軸−方向）には、ウエハ移載装置８が設置されている。ウエハ移載装置８は、ウエハ６を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載機構８ａと、ウエハ移載機構８ａを昇降させるための昇降機構８ｂと、ウエハ移載機構８ａ上に設けられウエハ６をピックアップするためのツイーザ８ｃとで構成されている。

ウエハ移載装置８の後方には、ウエハ６を熱処理する反応炉としての処理炉１４と、熱処理前後のウエハ６を一時的に収容する予備室としての移載室１５とが上下に隣接して設けられている。移載室１５内には、ボート（基板保持具）１３を処理炉１４に昇降させるボートエレベータ（昇降機構）１６が設けられている。ボート１３は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０〜１５０枚程度）のウエハ６をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

昇降機構１６は、昇降アーム１７を具備し、昇降アーム１７には蓋体としてのシールキャップ１８が水平に設けられており、蓋体１８はボート１３を垂直に支持し、処理炉１４の炉口部を開閉するように構成されている。

カセット棚７の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１９が設けられ、クリーンユニット１９はクリーンエアを筐体３の内部に流通させるようになっている。

（移載室）
図２乃至図５に示すように、基板処理装置１は、未処理状態のウエハ６をボート１３に保持させるチャージ動作、および、処理済状態のウエハ６をボート１３から取り出すディスチャージ動作が行われる移載室１５を備える。移載室１５は、天井壁２１ａ、床２１ｂおよび四方を囲う側壁２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆによって、平面四角形状に構成されている。ただし、必ずしも平面四角形状に限定されることはなく、平面多角形状（例えば、平面三角形状、平面五角形状等）に構成されていればよい。天井壁２１ａ、床２１ｂおよび側壁２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆの内側には図示しない反射パネル（移載室パネル）を備える。

移載室１５の正面側（Ｘ軸＋方向側）の側壁２１ｄには、ウエハ移載装置８と移載室１５内のボート１３との間におけるウエハ６の搬送のために、基板収容具側連通口としてのウエハ搬入出口２２が設けられている。また、移載室１５の天井壁２１ａには、ウエハ６を保持したボート１３が通過し得る形状および大きさで、処理炉１４の処理室４２内に連通する開口２３が設けられている。移載室１５の背面側（Ｘ軸−方向側）の側壁２１ｆには、図示しない移載室扉が設けられている。

このような移載室１５には、ボート１３およびボート１３を昇降させる昇降機構１６に加えて、流体循環機構２５および冷却壁（冷却部）２７が配置されている。ボート１３は移載室１５の中心よりも背面側の側壁２１ｆ側および正面から見て右側の側壁２１ｅ側に寄って配置される。流体循環機構２５は移載室１５内の流体としての雰囲気（エア）を吸引して冷却し清浄して移載室１５内に供給する。

（流体循環機構）
流体循環機構２５は、上方から下方にＺ軸方向に沿って伸びる第１ダクト２５ａと、床の上をＹ軸方向に沿って伸びる第２ダクト２５ｂと、床の上をＸ軸方向に沿って伸びる第３ダクト２５ｃと、床の上をＹ軸方向に沿って伸びる第４ダクト２５ｄと、を備える。第１ダクト２５ａ、第２ダクト２５ｂ、第３ダクト２５ｃ、第４ダクト２５ｄは、それぞれ断面が四角形状をしている。第１ダクト２５ａは移載室１５の背面側（Ｘ軸−方向側）に設けられている。第１ダクト２５ａは、例えば、ボート１３(あるいは移載室１５)の最上部(上端部)に吸気部である吸込み口２５ｇを備え、移載室１５で高温の流体を局所的に吸気するように構成される。また、ボート１３の中央部付近に吸気部である吸込み口２５ｈを配置し、ウエハ６の熱逃げに備える。これは、吸気部２５ｇ、２５ｈはボート１３中心部に載置されたウエハ６の近傍に配置される。つまり、処理済みのウエハ６の熱逃げが生じにくい部分に吸気部２５ｈを配置して、ボート１３の下端部に載置されたウエハ６と同様に温度を低下させることができる。このように、吸気部２５ｇ、２５ｈは、移載室１５やウエハ６の温度を効率よく低下させるため、ボートロード後、移載室１５の高温となる部分やウエハ６の熱逃げが置きにくい部分に配置される。第１ダクト２５ａは吸気部２５ｇ、２５ｈから入った流体の一種としての気体をすぐに冷却できるよう、第１ダクト２５ａの吸気部２５ｇ、２５ｈの下流側に隣接させて冷却機構である熱交換器２５ｉ、２５ｊを備える。第１ダクト２５ａは側壁２１ｅの近傍に配設され、熱交換器２５ｉ、２５ｊは冷媒の通っている配管を備え、その周辺を高温の気体(例えば、吸気部２５ｇ、２５ｈから導入された高温の流体)が通ることで、気体から冷媒に熱を移していき、冷媒(媒体)を移載室１５（基板処理装置１）の外に出すことで熱を放出する。吸気部２５ｇを移載室１５の上部、吸気部２５ｈをボート１３上のウエハ載置領域の中心部などの場所に配置し、吸気部２５ｇ、２５ｈから局所的に雰囲気を吸気することで、高温の気体を素早く効率的に熱交換器２５ｉ、２５ｊ内へと送ることができる。第４ダクト２５ｄは循環用ファン２５ｋを内蔵している。このように、本実施形態において、流体循環機構２５は、吸気部２５ｇ、２５ｈと熱交換器２５ｉ、２５ｊを隣接するように設けるので、高温の気体を効率よく冷却することができる。また、流体循環機構２５は、吸気部２５ｇ、２５ｈから導入された流体を流路に循環させる前に熱交換器２５ｉ、２５ｊで冷却することができるので、熱交換器２５ｉ、２５ｊを通過して冷却された流体が流路を循環するので、放熱による移載室１５の雰囲気の温度低下を妨げることが無い。

流体循環機構２５は、さらに第４ダクト２５ｄに接続され冷却機構である熱交換器２５ｌを有する第５ダクト２５ｅと、第５ダクト２５ｅに接続されフィルタ２５ｍを有する第６ダクト２５ｆと、を備える。第５ダクト２５ｅは移載室１５内の正面から見て左側の側壁２１ｃに沿って配設され、側壁２１ｃに対向する側面が底面、上面、背面側側面、正面側側面よりも大きい直方体形状をしている。熱交換器２５ｌは、冷媒の通っている配管を備え、熱交換器２５ｉ、２５ｊと同様に、その周辺を高温の気体(例えば、吸気部２５ｇ、２５ｈから導入された流体が熱交換器２５ｉ、２５ｊを通過した流体)が通ることで、気体から冷媒に熱を移していき、冷媒(媒体)を移載室１５（基板処理装置１）の外に出すことで熱を放出する。このように、吸気部２５ｇ、２５ｈから導入された流体がそれぞれ熱交換器を２度通過するような構成となっているので、より冷却された流体が循環されることになる。第６ダクト２５ｆは第５ダクト２５ｅの上方に側壁２１ｃに沿って配設され、第５ダクト２５ｅと同様な直方体形状をしている。供給部としての第６ダクト２５ｆはフィルタ２５ｍを通った清浄エアを供給する吹き出し口２５ｎを備え、移載室１５内にクリーンエアを吹き出すクリーンユニットとして機能する。尚、第１ダクト２５ａ、第２ダクト２５ｂ、第３ダクト２５ｃ、第４ダクト２５ｄと、第５ダクト２５ｅと、第６ダクト２５ｆは、配管部として吸気部２５ｇ、２５ｈと供給部２５ｆの間の流体が流れる流路を構成する。また、本明細書において、「循環ダクト」という言葉を用いた場合、第１ダクト２５ａ、第２ダクト２５ｂ、第３ダクト２５ｃ、第４ダクト２５ｄと、第５ダクト２５ｅと、第６ダクト２５ｆの総称である。

第６ダクト２５ｆからＹ軸方向に排気されたエアは、図４、５に示すように、ボート１３に載置された複数のウエハ６の間やウエハ６の周辺を通って吸気部２５ｇ、２５ｈに吸い込まれる。

本実施形態において、移載室１５には外部から冷却ガスを供給する特別な給気用ダクトを設けず、この吸気ダクトを利用した給気（吹き付け）で冷却することはなく、高温の流体の吸気（吸込み）により移載室１５を冷却している。従い、パーティクルの巻上げや移載室１５の温度の偏り(ある特定部分だけ冷却されずに高温になる状態)を抑制することができる。

移載室１５を外界と隔離するため、移載室１５の雰囲気の多くは流体循環機構２５を経て移載室１５を循環している。そのため、移載室１５の温度を維持するには十分な放熱能力を持った熱交換器の設置が必要である。そこで、効率良く熱交換を行うため、図３、４に示したように第１ダクト２５ａの吸気部２５ｇ、２５ｈより下流に隣接して熱交換器２５ｉ、２５ｊを設置し、吸気部２５ｇ、２５ｈで吸気された流体をすぐに冷却することで、第１ダクト２５ａ以降の循環ダクト内を通る際に周りの部材から装置内に蓄積されていた熱を低減している。これにより、第５ダクト２５ｅに非常に大きなサイズの熱交換器が必要なくなり、熱交換器２５ｌのサイズを抑制することができる。また、熱交換器２５ｌを設けないようにすることも可能である。

（冷却壁）
冷却壁２７は主に処理室４２(処理炉１４内)からの輻射熱を吸収させる目的で用いられる。冷却壁２７は移載室１５内の装置背面側の側壁２１ｆに近接して設けられている。冷却壁２７は、図６Ａ、６Ｂに示すように熱伝導性の良好な材質例えばアルミ製の金属板２７ｘからなり、その金属板２７ｘの内部に冷媒（例えば水）を流す流通路２７ｙを配置して構成されている。冷却壁２７の設置によってボート１３の昇降時に処理炉１４内からの輻射熱による移載室パネルの温度上昇を軽減することで、移載室１５内に蓄積される熱を低減させることができる。なお、金属板２７ｘの表面は例えば黒アルマイトなどの加工を加えて熱吸収性の良い表面色（例えば黒色）とされていることが好ましい。冷却壁２７の表面に黒アルマイトなどの加工を加えることで、冷却壁２７による輻射熱の吸収効率を向上させることで、ウエハ６の冷却時間短縮と移載室１５内温度上昇防止の効果をさらに良くすることができる。

本実施形態において、流体循環機構２５と冷却壁２７を組み合わせることで、さらに移載室１５内温度の上昇を大幅に軽減しウエハ６からの放熱を促進することができる。

今後成膜時間の短縮が進むこと、より厳密な酸化膜の管理が求められることから、装置に蓄積される熱は極限まで排除することが必要である。

（コントローラ）
図７に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する薄膜形成等の基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する薄膜形成工程等の基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、ＭＦＣバルブ圧力センサ、ＡＰＣバルブ、真空ポンプ、温度センサ、ヒータ、回転機構、昇降機構１６、流体循環機構２５等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣによる各種ガスの流量調整動作、バルブの開閉動作、ＡＰＣバルブの開閉動作および圧力センサに基づくＡＰＣバルブによる圧力調整動作、真空ポンプの起動および停止、温度センサに基づくヒータの温度調整動作、回転機構によるボート１３の回転および回転速度調節動作、昇降機構１６によるボート１３の昇降動作等を制御するように構成されている。また、本実施形態によれば、ＣＰＵ１２１ａは、ボート１３を処理炉１４から降下させて所定位置に到達した後、ボート１３の近傍に配置された吸気部２５ｇ，２５ｈから移載室１５の流体を流路に吸引させ、吸気部２５ｇ，２５ｈの近傍に設けられた冷却機構２５ｉ，２５ｊに流体を冷却させ、該冷却された流体を流路に流し供給部２５ｆから移載室１５に排出させるよう流体循環機構２５を制御するように構成されている。この処理後のウエハ６の冷却(若しくは移載室１５内の温度調整)制御は、プロセスレシピに組み込まれるよう構成されているが、プロセスレシピに組み込む形態に限定されない。

コントローラ１２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３を用意し、斯かる外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。また、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

（３）基板処理工程
次に、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、基板上に膜を形成する処理（以下、成膜処理ともいう）のシーケンス例について説明する。ここでは、基板としてのウエハ６に対して、第１の処理ガス（原料ガス）と第２の処理ガス（反応ガス）とを交互に供給することで、基板６上に膜を形成する例について説明する。

以下、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用い、基板上にシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜、以下、ＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。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１２１により制御される。

本実施形態における成膜処理では、処理室４２の基板６に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室４２の基板６に対してＮＨ_３ガスを供給する工程と、処理室４２からＮＨ_３ガス（残留ガス）を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、基板６上にＳｉＮ膜を形成する。

また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

（ウエハ供給工程）
基板処理装置１にて基板６に対する処理を行う場合は、先ず、カセットステージ５に複数枚の基板６を収容したカセット２を載置する。そして、カセット搬送装置１２によりカセット２をカセットステージ５からカセット棚７上に移載する。

（搬入前移載工程）
ウエハ移載装置８のウエハ移載機構８ａが、カセット２から基板６を取り出す。そして、カセット２から取り出した未処理状態の基板６を、移載室１５内に位置するボート１３に移載する。つまり、ウエハ移載装置８は、処理炉１４内へ搬入する前のボート１３に未処理状態の基板６を装填するウエハチャージ動作を行う。これにより、ボート１３は、複数枚の基板６を鉛直方向にそれぞれが間隔を成す積層状態で保持することになる。ボート１３が保持して一括処理する基板６の枚数は、例えば２５枚〜１００枚である。これにより、量産性を高めることができる。

（搬入工程）
ウエハチャージ動作後は、昇降機構１６の昇降動作により、未処理状態の基板６を複数枚保持したボート１３を処理炉１４内へ搬入（ボートローディング）する。つまり、昇降機構１６を動作させて、未処理状態の基板６を保持したボート１３を、移載室１５内から処理炉１４内へ搬入する。この時、冷却壁２７によって処理炉１４内からの輻射熱による移載室パネルの温度上昇を低減し、移載室１５内の温度維持及びリカバリー時間の短縮を図ることができる。

（圧力調整および温度調整）
処理炉１４内、すなわち、基板６が存在する空間(以後処理室ともいう)が所定の圧力（真空度）となるように真空排気（減圧排気）される。

また、処理室４２の基板６が所定の温度となるように、ヒータによって加熱される。この際、処理室が所定の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づきヒータへの通電具合がフィードバック制御される。ヒータによる処理室４２の加熱は、少なくとも基板６に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

また、回転機構によるボート１３および基板６の回転を開始する。回転機構により、ボート１３が回転されることで、基板６が回転される。回転機構によるボート１３および基板６の回転は、少なくとも、基板６に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（成膜処理）
処理室の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１〜２を順次実行する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室の基板６に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。

ウエハ６に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、基板６の最表面上に、第１の層としてシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。

第１の層が形成された後、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、真空ポンプにより処理室４２を真空排気し、処理室４２内に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室４２から排出する。このとき、Ｎ_２ガスの処理室４２への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室４２に残留するガスを処理室４２から排出する効果を高めることができる。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、基板６に対して供給されたＮＨ_３ガスは、ステップ１で基板６上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。
第２の層が形成された後、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ_３ガスや反応副生成物を処理室内から排出する。

（所定回数実施）
上述した２つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、基板６上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２の層（ＳｉＮ層）の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第２の層（ＳｉＮ層）を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

（パージおよび大気圧復帰）
成膜処理が完了した後、ヒータによる加熱を停止して、処理済状態の基板６の温度を所定温度まで降温させる。そして、予め設定された時間が経過したら、Ｎ_２ガスを処理室４２内へ供給し、排気管から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室４２内がパージされ、処理室４２内に残留するガスや反応副生成物が処理室内から除去される（パージ）。その後、処理室４２内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室４２内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（搬出工程）
その後は、昇降機構１６の昇降動作により、シールキャップ１８を下降させてマニホールドの下端を開口させるとともに、処理済状態の基板６を保持したボート１３をマニホールドの下端から処理室外へ搬出（ボートアンローディング）する。つまり、昇降機構１６を動作させて、処理済状態の基板６を保持したボート１３を、処理室内から移載室１５内へ搬出する。昇降機構１６の下降中は処理室内と移載室１５を遮蔽するものが無くなるため、冷却壁２７によって移載室１５のパネルの温度上昇を抑えつつ、ボート１３や基板６から放出される対流熱を流体循環機構２５の吸気部２５ｇ、２５ｈの近傍の熱交換器２５ｉ、２５ｊによって効率的に装置外へ放出する。これにより、予期せぬ温度分布の偏りがなくなり、移載室１５内の最も高温になる部分は吸気部２５ｇ、２５ｈ周辺になるため、制御部材を吸気部２５ｇ、２５ｈから遠ざける又は制御部材から吸込み口２５ｇ、２５ｈを遠ざけることにより制御部材の熱による破損を防ぐことができる。

そして、ボート１３に支持された全ての基板６が冷えるまで、ボート１３を所定位置（後述するホーム位置）で待機させる。なお、ボート１３が昇降機構１６により処理室から搬出している間に、ガス供給管のバルブ（開閉弁）を開けてＮ_２ガス（不活性ガス）を供給するようにしてもよい。

（搬出後移載工程）
待機させたボート１３の基板６が所定温度（例えば室温程度）まで冷えた後は、ウエハ移載装置８が、ボート１３からの基板６の脱装を行う。そして、ボート１３から脱装した処理済状態の基板６を、カセット棚７に載置されている空のカセット２に搬送して収容する。つまり、ウエハ移載装置８は、ボート１３が保持する処理済状態のウエハ６を、当該ボート１３から取り出してカセット２へ移載するウエハディスチャージ動作を行う。

その後は、カセット搬送装置１２により、処理済状態の基板６を収容したカセット２を、カセット棚７上からカセットステージ５上へ搬送する。

このようにして、本実施形態にかかる基板処理装置１による基板処理工程の一連の処理動作が完了する。

＜本発明の他の実施形態＞
流体循環機構の形状が変形しても吸込み口の近傍に熱交換器を設置することで同様の効果を得ることができ、冷却壁についても設置場所や形状を変更しても同様の効果を得ることができる。

図８の基板処理装置は、取込部としてのダクト２５ｏ、２５ｐを除いて、図２の基板処理装置と同様である。図８に示すように、吸気部２５ｇ、２５ｈに追加のダクト２５ｏ、２５ｐを取り付け、取込口を基板６により近づけることで、基板６からの放熱の促進と熱交換効率の向上をさらに良くすることができる。図９に示すように、エアフローは図５とほぼ同じであり、エアフローへの影響はほとんどない。なお、図８、図９の流体循環機構２５において、取込口を基板６に近づけることで、より高温の気体を吸い込むことができ、熱交換器２５ｉ、２５ｊを吸気部２５ｇ、２５ｈの直近に置くことで、更に熱交換の効率を向上させることができる。

図１０に示すように、高スループット化のために、２つのボート１３を処理室に対して交互に搬入出する、いわゆる２ボート装置（ボートチェンジャ）２９が移載室１５に備えられる。装置にボートチェンジャ２９を備えても、ボート可動域ＲＯＭの外に追加ダクト２５ｏ、２５ｐの取り付けが可能であり、ボート１３との干渉は回避することができる。

図１１に示すように、移載室１５は冷却壁２７に代えて後方（Ｘ軸−方向）に移載室扉３０を備える。移載室扉３０は図３の基板処理装置の移載室扉と異なり、移載室１５から移載室１５外へ連なるダクト３１と、移載室１５からの吸込み口３２ａ、３２ｂ、そのダクト３１内に設けられた熱交換器３３ａ、３３ｂと、電動排気ファン３４ａ、３４ｂと、吐出し口３５ａ、３５ｂと、を備える。

図１１に示すように、移載室扉３０などを図２の基板処理装置から大幅な改造を行っても装置性能に大きな影響を及ぼさない部分に電動排気ファン３４ａ、３４ｂを追加することで、ウエハ６からの放熱の促進と熱交換効率の向上をさらに良くすることができる。

図１２では図２に示した基板処理装置の形態で、ボート１３に基板６を３１枚装填した状態で行った評価結果を示している。「直近ラジエタ」とは吸気部２５ｇ、２５ｈの近傍の熱交換器２５ｉ、２５ｊをいう。「水冷板」とは冷却壁２７をいう。「強制排気ダクト」は図１３の移載室扉３０の電動排気ファン３４ａ，３４ｂにより移載室１５外に排気することをいう。「移載室内最高温度」とは移載室１５での瞬間的な最も高い温度をいい、最も高い温度になるポイントに固定し、雰囲気温度を測定する。

Ｎｏ．００はノーマル状態（流体循環機構２５から熱交換器２５ｉ、２５ｊを除いた
の場合で、８０℃に到達する時間（冷却時間）は１１分１１秒、移載室内最高温度は９７．６℃である。

Ｎｏ．０１はＮｏ．００のノーマル状態に冷却壁２７を追加した場合で、冷却時間はノーマル状態よりも３６秒短縮され、移載室内最高温度はノーマル状態よりも５．３℃低くなっている。

Ｎｏ．０３はＮｏ．００のノーマル状態に直近ラジエタ(熱交換器２５ｉ、２５ｊ)を追加した場合で、冷却時間はノーマル状態よりも３分３秒短縮され、移載室内最高温度はノーマル状態よりも９．３℃低くなる。

Ｎｏ．０４はＮｏ．００のノーマル状態に冷却壁２７と直近ラジエタ(熱交換器２５ｉ、２５ｊ)を追加した場合で、冷却時間はノーマル状態よりも２分５４秒短縮され、移載室内最高温度はノーマル状態よりも２３．９℃低くなる。冷却板と直近ラジエタのどちらか一方よりも、合わせて使うことがより好ましい。

Ｎｏ．０２はＮｏ．００のノーマル状態に強制排気ダクトを追加した場合で、冷却時間はノーマル状態の半分に短縮されるが、移載室内最高温度はノーマル状態よりも１１．１℃高くなる。ただし、移載室内酸素濃度は１９．８％増加する。基板６のエッジと移載室扉３０のダクト（吸込み口３２ａ、３２ｂ）を１４０ｍｍまで近づけることで冷却時間が半分になっている。このことから、図８に示すように流体循環機構２５に追加ダクト２５ｏ、２５ｐを付けるだけでも効果がある。

図１３では図２に示した基板処理装置の形態で、ボート１３に基板６を１４３枚装填した状態で行った評価結果を示している。図１４では冷却壁の表面温度推移を示している。

Ｎｏ．００はノーマル状態（流体循環機構２５から熱交換器２５ｉ、２５ｊを除いた）の場合で、８０℃に到達する時間（冷却時間）は３２分４３秒、移載室内最高温度は１２９．４℃である。

Ｎｏ．０１はＮｏ．００のノーマル状態に冷却壁２７を追加した場合で、冷却時間はノーマル状態よりも２分４９秒短縮され、移載室内最高温度はノーマル状態よりも５．３℃低くなっている。

図１４に示すように、Unloadからhomeの間（処理炉１４内からボート１３のアンロードが開始され（Unload）、移載室１５内のホーム（home）位置に戻る間）が処理炉１４内と移載室１５が同一空間になる時間で、最大６０℃／分で反射パネル表面温度ＲＰが上昇する。冷却壁表面温度ＣＷも上昇する。これは、反射パネル及び冷却壁２７は輻射熱を受け取っていることを示している。

ボート１３が移載室１５の所定位置としてのホーム位置に戻り、処理炉１４内と移載室１５が遮断されることで温度上昇が停止する。冷却壁表面温度ＣＷおよび移載室１５内の雰囲気温度よりも反射パネル表面温度ＲＰの方が高く、処理炉１４内と移載室１５が遮断された後、反射パネルは熱を放出する熱源になっていると考えられる。

本実施形態では流体循環機構２５で冷却するため、冷却速度を速めるため冷却媒体の吹き出し流速を上げて基板６に冷却媒体（エア／Ｎ_２）の吹き付けによる基板６を冷却する方法とは異なり、冷却媒体の流速を上げる必要がないので、ウエハ周辺のパーティクルを巻き上げたり、基板６を振動させパーティクルを発生させたり、また移載室１５への温度分布の偏りを発生させ制御部品を破損させたりすることがない。

本実施形態では冷却壁２７により移載室１５への輻射による熱漏れを低減することができるため、処理炉１４内からの基板６の搬入（搬出）に多くの時間がかかり処理炉１４内と移載室１５が同一空間になっている時間が長くなってしまう縦型装置であっても、移載室１５の温度分布の偏りを低減することができる。

本実施形態では吸込み口(吸気部)２５ｇ、２５ｈ近傍に熱交換器２５ｉ、２５ｊを備えるので、ダクト内(流路)を気体が移動するうちにダクト自体(配管)へと熱が移動し、熱交換器２５ｉ、２５ｊを通過するまでに移載室１５（装置内のその他の部材を含め）内に熱が拡散されてしまうことを抑止することができる。

本実施形態によれば、ウエハ近傍に給排気口を設置するものではないので、装置のメンテナンス性が悪くなり装置運用後の生産能力低下を引き起こす可能性が少ない。つまり、基板６を処理後、ボート１３の基板６を所定温度（例えば室温程度）まで素早く冷えすことができるので、ボート１３から処理済み基板６を当該ボート１３から取り出してカセット２へ移載するウエハディスチャージ動作にすぐに移行することができる。

本実施形態によれば、効率的な装置外への放熱が行えるため、移載室１５の温度を一定に維持することができる。また、移載室１５の温度を一定に維持できることで、基板６からの放熱を促進し冷却時間を短縮することができる。また、移載室１５の温度を一定に維持できることで、移載室１５での自然酸化膜成長のリスクを軽減することができる。また、移載室１５の温度分布に予期せぬ偏りが起きるリスクを著しく軽減できているため、制御部材の熱による破損を防ぐことができる。また、循環ダクト内に熱交換器２５ｉ、２５ｊ、２５ｌを設置し、移載室扉に冷却壁２７を設置するものであるため、装置のメンテナンスや移載室１５環境（エアフロー、酸素濃度など）への影響を少なくすることができる。

以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、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。

本実施形態は、半導体製造装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置でも適用できる。また、本実施形態では、基板に膜を堆積させる例について説明したが、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、酸化処理、拡散処理、アニール処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。

１ 基板処理装置
６ ウエハ
１３ ボート
１４ 処理炉
１５ 移載室
１６ 昇降機構
２５ 流体循環機構
２５ｇ、２５ｈ 吸込み口
２５ｉ、２５ｊ、２５ｌ 熱交換器
１２１ コントローラ

Claims (10)

1. 複数枚の基板が載置された基板保持具が搬入及び搬出される反応炉と、
   前記反応炉の下側に設けられ、前記基板保持具が所定位置に配置される予備室と、
   前記反応炉と前記予備室の間で前記基板保持具を昇降させる昇降機構と、
   前記予備室の流体を吸引する吸気部と、前記吸気部から供給部までの前記流体が流れる流路を構成する配管部と、前記流路に設けられ前記流体を冷却する冷却機構を備えた流体循環機構と、
   前記予備室の側壁に設けられ、内部に冷媒を流す通路が配置されている冷却部と、
   前記基板保持具を前記反応炉から降下させて前記所定位置に到達させ、前記吸気部から吸引された前記流体を前記流路に循環させ、前記供給部から前記予備室に供給させるよう前記流体循環機構、前記昇降機構をそれぞれ制御する制御部と、を有し、
   前記予備室は、前記冷却部が前記基板保持具の昇降位置に近く前記供給部から供給される前記流体が直接供給されにくい前記予備室の側壁に近接して設けられ、
   前記基板保持具が前記所定位置に配置されたときに前記吸気部が前記予備室の高温となる前記基板保持具の最上部と中心部に配置されるよう構成され、
   前記流体循環機構は、前記吸気部と前記冷却機構を隣接するように設けられ、前記吸気部から導入された流体を前記流路に循環させる前に前記冷却機構で冷却するよう構成されている基板処理装置。
2. 前記吸気部は、前記高温となる前記基板保持具の最上部と中心部を局所的に吸引可能に構成されている請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記冷却部の表面は、黒アルマイト加工がなされるよう構成される請求項１記載の基板処理装置。
4. 前記吸気部は、前記予備室の上部に設けられるよう構成される請求項２記載の基板処理装置。
5. 前記流体循環機構は、前記吸気部及び前記冷却機構をそれぞれ複数設けられるよう構成されている請求項１記載の基板処理装置。
6. 前記流体循環機構は、前記基板保持具が前記所定位置に配置されたときに、処理済みの前記基板の熱逃げが生じにくい部分に前記吸気部が配置されるように構成されている請求項１記載の基板処理装置。
7. 更に、前記予備室の各側壁に設けられるパネルを有し、前記冷却部は、前記基板保持具が前記所定位置に配置され、前記予備室と前記反応炉が隔離されたときに、前記反応炉内からの輻射熱による前記パネルの温度上昇を軽減するよう構成されている請求項１記載の基板処理装置。
8. 更に、前記吸気部に取付けられる取込部を設け、
   前記流体循環機構は、前記取込部の取込口を前記基板に接近させるよう構成されている請求項１記載の基板処理装置。
9. 複数枚の基板が載置された基板保持具が搬入及び搬出される反応炉と、
   前記反応炉の下側に設けられ、前記基板保持具が所定位置に配置される予備室と、
   前記反応炉と前記予備室の間で前記基板保持具を昇降させる昇降機構と、
   前記予備室の流体を吸引する吸気部と、前記吸気部から供給部までの前記流体が流れる流路を構成する配管部と、前記流路に設けられ前記流体を冷却する冷却機構を有するよう構成されている流体循環機構と、
   前記予備室の側壁に設けられ、内部に冷媒を流す通路が配置されている冷却部と、
   を備えた基板処理装置において実行されるプログラムであって、
   前記基板保持具に載置された基板を処理する手順と、
   前記基板保持具を前記反応炉から降下させて所定位置に到達する手順と、
   前記基板保持具の昇降位置に近く前記供給部から供給される前記流体が直接供給されにくい前記予備室の側壁に近接して設けられる前記冷却部により、前記通路に前記冷媒を流す手順と、
   前記基板保持具が前記所定位置に配置されたときに前記吸気部が前記予備室の高温となる前記基板保持具の最上部と中心部に配置されるよう構成される前記予備室の流体を前記流路に吸引させる手順と、
   前記吸気部から導入された流体を前記流路に循環させる前に前記吸気部と前記冷却機構を隣接するように設けられた前記冷却機構で前記流体を冷却させ、該冷却された前記流体を前記流路に循環させて前記供給部から前記予備室に排出させる手順と、
   をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。
10. 複数枚の基板が載置された基板保持具が反応炉を搬入する搬入工程と、
    前記基板保持具に載置された基板を処理する処理工程と、
    前記基板保持具に載置された基板を反応炉から予備室に搬出する搬出工程と、
    前記基板保持具の昇降位置に近く供給部から供給される流体が直接供給されにくい前記予備室の側壁に近接して設けられ、内部に冷媒を流す通路が配置されている冷却部と、
    予備室の流体を吸引する吸気部と、前記吸気部から供給部までの前記流体が流れる流路を構成する配管部と、前記配管部内に設けられ前記流体を冷却する冷却機構と、を備えた流体循環機構と、により、
    前記予備室及び前記予備室に搬出された前記基板保持具に保持された基板を冷却する冷却工程と、
    を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記冷却工程は、
    前記冷却部により、前記通路に前記冷媒を流す工程と、
    前記基板保持具が所定位置に配置されたときに前記吸気部が前記予備室の高温となる前記基板保持具の最上部と中心部に配置されるよう構成される前記予備室の流体を前記流路に吸引させる工程と、
    前記吸気部から導入された流体を前記流路に循環させる前に前記吸気部と前記冷却機構を隣接するように設けられた前記冷却機構で前記流体を冷却させ、該冷却された前記流体を前記流路に循環させて前記供給部から前記予備室に排出させる工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
    
    

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