JP6998347B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラムに関する。
基板に熱処理を施す基板処理装置において、基板を処理する反応管の周囲に基板を加熱するヒータを配置し、所定温度に基板を加熱して処理可能な基板処理装置がある（特許文献１、２参照）。ここでは基板を搭載するボートを回転機構で回転させ、基板の面内処理を均一にしている。
特開平７－３１２３６４号公報 特許４４３６３７１号公報
近年、基板を面内均一に処理すると共に、より高温で処理することが求められている。そのため、基板処理装置は、今までの温度帯の他に、より高い温度帯でも処理可能な性能が求められる。
反応管の蓋やボートの回転機構等を含む炉口部（炉口アセンブリ）は、反応管内の熱から保護されるべきである。しかしながら、炉口部の構成は今までの温度帯に対応できるよう設計されているため、より高い温度帯で処理しようとすると炉口部が熱ダメージを受ける場合がある。
本開示の目的は、高温で基板を処理する場合に、炉口部の構造への熱ダメージを低減できる技術を提供することにある。
本開示の基板処理装置は、複数の基板を保持するボートを挿入する炉口を一端に有し内部に前記複数の基板を処理する処理室を構成する反応管と、前記反応管の外周側に炉口側から前記反応管の他端に渡って設けられ管軸方向に複数のゾーン毎に分割して設けられた複数のヒータと、前記ゾーンの温度若しくは前記ゾーンに対応する前記ヒータの温度を測定する複数の温度センサと、前記温度センサで得た温度データに基づいて各々の前記ヒータへ供給する電力を制御して前記ゾーン毎に温度を調節する温度調節器と、前記炉口を閉塞する蓋を含む炉口アセンブリと、を備え、前記温度調節器は、複数の前記ヒータを加熱して前記基板を熱処理する際に、前記基板が配置される前記ゾーンに対応する前記ヒータを予め設定した温度とし、炉口側で前記基板が配置されない２つ以上の前記ゾーンにおいては前記炉口に向けて温度が低下する温度勾配が形成されるように、複数の前記ヒータに供給する電力を前記ヒータ毎に制御するよう構成され、前記温度勾配が形成される２つ以上の前記ゾーンのうち、炉口側に対して遠いゾーンの管軸方向の長さは、前記２つ以上の前記ゾーンのうち、前記遠いゾーンよりも炉口側に近いゾーンの管軸方向の長さの半分以下に構成されている。
本開示の技術によれば、高温で基板を処理する場合に、炉口部への熱ダメージを低減できる。
本開示の実施形態に係る基板処理装置の要部の概略を示す縦断面図である。 基板処理装置の回転機構を示す縦断面図である。 １２５０℃で基板を処理する際の基板処理装置の一部を拡大した縦断面図である。 基板処理装置の温度調節系を示すブロック図である。 １０００℃で基板を処理する際の基板処理装置の一部を拡大した縦断面図である。
図１に示す本開示の実施形態に係る基板処理装置１０は、一例として、半導体ウエハ等の基板１２を加熱して処理する。基板処理装置１０は、基板を１０００℃付近で処理するプロセスと、１２５０℃付近で処理するプロセスの両方に適合するように、寸法等が設計されている。
基板処理装置１０は、略直方体の装填室１４を形成する箱形状に構築された筐体１６を備えており、筐体１６の装填室１４は、後述するボート３４Ｓ或いはボート３４Ｌ（図５参照）が後述する反応管５０への搬入搬出に対して待機する待機室を構成している。装填室１４には、ボート３４Ｓ，３４Ｌを昇降させるボートエレベーター１８が設置されている。また、筐体１６の天井板には、ボート３４Ｓ，３４Ｌを通過させるボート搬入搬出口２０が開設されている。
ボートエレベーター１８は装填室１４に垂直に立脚されて回転自在に支承された送りねじ軸２２と、装填室１４の外部に設置されて送りねじ軸２２を回転駆動するモータ２４と、送りねじ軸２２に噛合されて送りねじ軸２２の回転に伴って昇降する昇降台２６と、昇降台２６に水平に突設された支持アーム２８とを備えている。
図２に示すように、支持アーム２８の先端部には、後述する反応管５０の内部の処理空間を閉塞する蓋３０が水平に支持されており、蓋３０は円盤形状に構築されている。
蓋３０の下部には、後述する断熱構造体４２Ｌ又は断熱構造体４２Ｓ、及びボート３４Ｓ又はボート３４Ｌを回転させる回転機構３２が設置されている。回転機構３２は、筐体（ハウジング）３２Ａの内部にモータ、及び減速機（共に図示せず）を備えており、減速機の出力軸３２Ｂが断熱構造体４２Ｌに接続されるようになっている。出力軸３２Ｂは、内部に空洞を設け熱伝達を低減させた耐熱材料製の延長シャフトを介して、断熱構造体４２Ｌに接続されうる。なお、筐体３２Ａと出力軸３２Ｂとの間には、反応管５０の内部に供給したガスの漏れを阻止する流体シール３２Ｃが設けられ、筐体３２Ａと蓋３０との間は、ガスケット等によって封止されている。
回転機構３２の外周部には、環状の水冷ジャケット７２が設けられている。水冷ジャケット７２の内部には、冷水供給装置７４から送られた冷却水が循環するようになっており、回転機構３２が水冷されるように構成されている。
図１に示すように、ボート３４Ｓは、上下で一対の端板３６、３８と、端板３６と端板３８との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材４０とを備えており、三本の保持部材４０には多数の保持溝４１が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。
ボート３４Ｓは、三本の保持部材４０の保持溝４１間に基板１２が挿入されることにより、複数枚の基板１２を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持することができるようになっている。基板１２は、２００ｍｍ又はそれ以上の直径を有する。

図３、及び図５に示すように、断熱構造体４２Ｓ、及び断熱構造体４２Ｌは、共に円柱状に形成され、内部に断熱材（図示せず）が設けられている。断熱構造体４２Ｓ、４２Ｌは、ボート３４Ｌ，３４Ｓと回転機構３２とを離間させている。実施形態のポート３４Ｓと断熱構造体４２Ｓの一部は、一例として、ＳｉＣ(炭化ケイ素)等の材料で形成されている。
図１、３に示すボート３４Ｌ、及び図５に示すボート３４Ｓは、各々高さが異り、それに応じて基板１２の装填枚数も異なりうる。本実施形態では、図３に示すように、ボート３４Ｓは、断熱構造体４２Ｌと組み合わされて反応管５０の内部に挿入され、図５に示すように、ボート３４Ｌは、断熱構造体４２Ｓと組み合わされて反応管５０の内部に挿入される。
ここで、図５に示すように、断熱構造体４２Ｓの高さをｈ１、ボート３４Ｌの高さをｈ２、図３に示すように、断熱構造体４２Ｌの高さをｈ３、ボート３４Ｓの高さをｈ４、としたときに、ｈ１＋ｈ２＝ｈ３＋ｈ４＝Ｈとなる関係を有している。
図１、及び図３に示すように、装填室１４の天井板の上方には、漏れた処理ガスや断熱材からのパーティクル等を捕捉するスカベンジャ４４がボート搬入搬出口２０を取り囲むように構築されている。
スカベンジャ４４の上には、上端が閉塞された円筒形状に形成された断熱槽４６が垂直に立設され、断熱槽４６の内側には、円筒状のヒータ筒４８が断熱槽４６と同軸的に配置されている。
また、筐体１６の天井板の上には、ヒータ筒４８の内側に、上端が閉塞された円筒状の反応管５０が、アダプタ５２を介してヒータ筒４８と同軸的に配置されている。アダプタ５２、及び反応管５０は、ボート搬入搬出口２０に同軸的に配置されて筐体１６に支持されている。
なお、装填室１４には、ボート３４Ｓ，３４Ｌに対して基板１２を装荷（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するウエハ移載機構（図示省略）等が設置されうる。
反応管５０は、一例として、ＳｉＣ（炭化ケイ素）等で形成されている。この反応管５０は、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒状に形成されている。この反応管５０の下方には石英製のアダプタ５２が配置され、このアダプタ５２により反応管５０が筐体１６の天井壁の上に支持されている。反応管５０の内部は、基板１２を処理する処理室（空間）とされている。
アダプタ５２は、上端部と下端部が開放された円筒形状をしている。本実施形態では、アダプタ５２の下部の開口が、ボート３４Ｓ，３４Ｌ、及び断熱構造体４２Ｓ，４２Ｌ）を挿入するための炉口５４とされている。前述したボートエレベーター１８の蓋３０が、アダプタ５２の下端面に当接することにより炉口５４が閉塞され、反応管５０、及びアダプタ５２の内部が密閉されるようになっている。炉口部（炉口アセンブリ）は、少なくとも蓋３０、回転機構３２を含み、更に断熱熱構造体４２Ｌ、４２Ｓ、アダプタ５２、水冷ジャケット７２等を含みうる。
アダプタ５２には、ガス導入管５６、及び排気管５８がそれぞれ接続されている。
ガス導入管５６は、スカベンジャ４４を貫通し、一方側が反応管５０の側面に沿って上方に敷設されて、反応管５０の天井部の上に形成されたバッファ室６０に連通するように接続されている。ガス導入管５６の他方側には、ガス供給源５９が接続されている。
バッファ室６０には複数個のガス噴出口６２が開設されており、ガス導入管５６からバッファ室６０に導入されたガスはバッファ室６０内で拡散した後、複数個のガス噴出口６２から反応管５０の内部にシャワー状に吹き出すようになっている。
なお、ガス導入管５６が反応管５０の外でその下端から上端に伸びる構成に代えて、反応管５０内に開口するガス導入管５６と、その開口に接続されガスを反応管５０の上部へ導く管状のガスノズルを用いてもよい。
排気管５８の下流側には排気装置７６が接続されており、反応管５０の内部のガスを排気したり、反応管５０の内部の圧力を制御することができる。このため、ガス噴出口６２からから反応管５０の内部の処理空間上部に導入されたガスは、反応管５０の内部を流下して排気管５８を介して反応管５０の外部に排気される。
（ヒータ筒の構成）
図３に示すように、ヒータ筒４８は、反応管５０の周囲に配置されている。このヒータ筒４８には、以下に説明するように、個別に温度制御可能とされる複数のゾーン６４が管軸方向に設定されている。
本例では、ヒータ筒４８の一番下のゾーン（最も炉口５４側のゾーン）は、サブゾーン６４ｓｕｂＬとされ、下から２番目のゾーンは緩衝ゾーン６４Ｌ、下から３番目のゾーンは中央下部ゾーン６４ＣＬ、下から４番目のゾーンは中央ゾーン６４Ｃ、下から５番目のゾーンは中央上部ゾーン６４ＣＵ、下から６番目のゾーンは上部ゾーン６４Ｕとされている。
サブゾーン６４ｓｕｂＬにはヒータ６６ｓｕｂＬが配置され、緩衝ゾーン６４Ｌにはヒータ６６Ｌが配置され、中央下部ゾーン６４ＣＬにはヒータ６６ＣＬが配置され、中央ゾーン６４Ｃにはヒータ６６Ｃが配置され、中央上部ゾーン６４ＣＵにはヒータ６６ＣＵが配置され、上部ゾーン６４Ｕにはヒータ６６Ｕが配置されている。均熱領域を構成しうるヒータ６６Ｌから中央上部ゾーン６４ＣＵまでのヒータ６６は、それぞれの内周面において、均一な発熱をするように注意深く設けられるが、実際には、抵抗線の配置等に起因して、発熱むらが生じうる。
各ヒータの内周壁には、各々熱電対等の温度センサ６８が設置されている。サブゾーン６４ｓｕｂＬのヒータ６６ｓｕｂＬには上端近傍に温度センサ６８ｓｕｂＬが設けられ、緩衝ゾーン６４Ｌのヒータ６６Ｌには上端近傍に温度センサ６８Ｌが配置され、中央下部ゾーン６４ＣＬのヒータ６６ＣＬには軸方向中間部に温度センサ６８ＣＬが配置され、中央ゾーン６４Ｃのヒータ６６Ｃには軸方向中間部に温度センサ６８Ｃが配置され、中央上部ゾーン６４ＣＵのヒータ６６ＣＵには温度センサ６８ＣＵが配置され、上部ゾーン６４Ｕのヒータ６６Ｕには温度センサ６８Ｕが下端近傍に配置されている。ここで、上端近傍とは一例として上端から数ミリ以内、下端近傍とは一例として下端から数ミリ以内のことを意味する。
これにより、温度センサ６８ｓｕｂＬはサブゾーン６４ｓｕｂＬのヒータ６６ｓｕｂＬの上端付近のヒータ温度を計測し、温度センサ６８Ｌは緩衝ゾーン６４Ｌのヒータ６６Ｌの上端付近のヒータ温度を計測し、温度センサ６８ＣＬは中央下部ゾーン６４ＣＬのヒータ６６ＣＬの軸方向中間部のヒータ温度を測定し、温度センサ６８Ｃは中央ゾーン６４Ｃのヒータ６６Ｃの軸方向中間部のヒータ温度を測定し、温度センサ６８ＣＵは中央上部ゾーン６４ＣＵのヒータ６６ＣＵの軸方向中間部のヒータ温度を測定し、温度センサ６８Ｕは上部ゾーン６４Ｕのヒータ６６Ｕの下端近傍のヒータ温度を測定することができる。
図４に示すように、これらヒータ６６、及び温度センサ６８は、温度調節器７０に接続されている。各ヒータは各ヒータに設けられた温度センサによってその温度が測定され、温度調節器７０は、各温度センサから温度測定データを収集し、各ヒータの温度が予め設定した温度となるように、言い換えれば、各ゾーンの温度が予め設定した目標温度となるように各ヒータに供給する電力を制御（フィードバック制御）する。
本実施形態の基板処理装置１０では、高さ（軸方向長さ）が異なる２種類のボート３４Ｓ、３４Ｌが用意されており、図５に示すように、高さが高い一方のボート３４Ｌは、基板１２を１０００℃で処理する際に用いられ、図３に示すように、ボート３４Ｌよりも高さが低い他方のボート３４Ｓは、基板１２を１２５０℃で処理する際に用いられる。
図３に示すように、反応管５０の頂部（天井部）は、ヒータ筒４８の上端よりも低い位置にあり、ヒータ筒６６の上部ゾーン６４Ｕの内部に位置している。
また、基板１２を１２５０℃で処理する際に用いられる高さの低いボート３４Ｓは、反応管５０の内部に配置した場合に、ボート３４Ｓに装填される最も上側の基板１２が中央上部ゾーン６４ＣＵの上端付近（但し、上端よりも下側）に位置し、ボート３４Ｓに装填される最も下側の基板１２が中央下部ゾーン６４ＣＬの下端付近（但し、下端よりも上側）に配置され、複数の基板１２が、中央下部ゾーン６４ＣＬ、中央ゾーン６４Ｃ、及び中央上部ゾーン６４ＣＵに配置されるようにボート３４Ｓの高さｈ４（軸方向長さ）が決められている。
なお、ボート３４Ｓを搭載している断熱構造体４２Ｌは、反応管５０の内部に挿入されている状態で、その上端が、ヒータ筒６６の緩衝ゾーン６４Ｌの内部に位置するように（即ち、サブゾーン６４ｓｕｂＬ、及び中央下部ゾーン６４ＣＬに入らないように）、その高さｈ３が決められている。
一方、図５に示すように、高さの高いボート３４Ｌは、反応管５０の内部に配置した場合に、ボート３４Ｌに装填される最も上側の基板１２は中央上部ゾーン６４ＣＵの上端付近（但し、上端よりも下側）に位置し、ボート３４Ｌに装填される最も下側の基板１２は、緩衝ゾーン６４Ｌの下端付近（但し、下端よりも上側）に配置され、複数の基板１２が、緩衝ゾーン６４Ｌ、中央下部ゾーン６４ＣＬ、中央ゾーン６４Ｃ、及び中央上部ゾーン６４ＣＵの何れかに配置されるようにボート３４Ｌの高さｈ２（軸方向長さ）が決められている。
また、ボート３４Ｌを搭載している断熱構造体４２Ｓは、反応管５０の内部に挿入されている状態で、その上端が、ヒータ筒４８のサブゾーン６４ｓｕｂＬの上端から上側に位置しないように、即ち、緩衝ゾーン６４Ｌに入らないようにその高さｈ１が決められている。
通常、均熱領域と、温度勾配領域との境界付近のゾーンは、管軸方向に温度変動（ハンチング）が生じやすいため、ゾーンの高さを小さくし、制御性を向上させる。本例では緩衝ゾーン６４Ｌの高さが、隣接する中央下部ゾーン６４ＣＬ及びサブゾーン６４ｓｕｂＬの高さの半分以下に設定される。
（熱処理：１０００℃）
本実施形態の基板処理装置１０を用い、一例として１０００℃で基板１２を熱処理（例えば酸化膜形成）する工程を説明する。
処理開始前のスタンバイ時は、断熱槽４６内は８００℃程度に維持されている。ここでは全ての温度センサ６８に対応する目標温度を８００℃として、温度調節器７０によって制御されているものとする。
ボートエレベーター１８を駆動し、予め準備しておいた断熱構造体４２Ｓで支持した基板装填済みのボート３４Ｌ（１０００℃処理用）を反応管５０の内部に搬入（ボートローディング）し、蓋３０でアダプタ５２の炉口５４を閉塞する（挿入工程）。
その後、温度調節器７０は、均熱領域が１０００℃となるように、各ゾーンの温度を一定の昇温レートで上昇させる制御を行う。例えば、一定の昇温レートで連続或いは断続的に変化する目標温度を設定する。このように変化する目標温度は、昇温・降温パターンとして温度調節器７０内に記憶されうる。最終的には、基板１２が配置される緩衝ゾーン６４Ｌ、中央下部ゾーン６４ＣＬ、中央ゾーン６４Ｃ、中央上部ゾーン６４ＣＵの４つのゾーンが１０００℃となり、緩衝ゾーン６４の上端付近が１０００℃となり、また、上部ゾーン６４Ｕの下端付近が１０００℃となるように、温度調節器７０は、温度センサ６８ｓｕｂＬからの温度測定データ、温度センサ６８Ｌからの温度測定データ、温度センサ６８ＣＬからの温度測定データ、温度センサ６８Ｃからの温度測定データ、温度センサ６８ＣＵからの温度測定データ、温度センサ６８Ｕからの温度測定データに基づいて、温度調節器７０はヒータ６６ｓｕｂＬ、ヒータ６６Ｌ、ヒータ６６ＣＬ、ヒータ６６Ｃ、ヒータ６６ＣＵ、及びヒータ６６Ｕに供給する電力を制御する（加熱工程、温度計測工程、温度調整工程）。
その後、反応管５０の内部に水蒸気等を含む処理ガスが導入され、基板１２の熱処理が行われる。基板１２を熱処理する際には、回転機構３２で断熱構造体４２Ｓ、及びボート３４Ｌを回転させる（回転工程）。これにより、ヒータ６６の発熱むらや、ガス供給管５６付近の温度低下があったとしても、ボート３４Ｌに装填された基板１２への加熱が平均化されるので、基板１２全体を適正に熱処理することができる。更に、回転により、粘性流のガスは基板１２の表面上に周方向に流れ、更に遠心力によって半径方向にも流れを生じるので、基板１２全体に均一に処理ガスを接触させることができ、基板１２全体を適正に熱処理することができる。
ここで、ヒータ６６ｓｕｂＬの上側にはヒータ６６ＣＬが隣接して設けられているが、ヒータ６６ｓｕｂＬの下側にはヒータが設けられていないので、ヒータ６６ｓｕｂＬの上部と下部の温度を比較すると、ヒータ６６ｓｕｂＬの下部の温度はヒータ６６ｓｕｂＬの上部の温度よりも低くなり（ヒータ６６ｓｕｂＬの熱は、下方のスカベンジャ４４側へ逃げるため）、図３のヒータの温度を示すグラフ線Ｇ２で示すように、ヒータ６６ｓｕｂＬの温度は、下部に向かうに従って低下する。即ち、ヒータ６６ｓｕｂＬにおいて、上部側が高温、下部側が低温となる温度勾配が形成される。この結果、緩衝ゾーン６４Ｌから中央上部ゾーン６４ＣＵまでの間で均熱領域が達成される。
ヒータ６６ｓｕｂＬの下側において、処理管内の温度分布は、断熱構造体４２Ｓの断熱作用によって、所定の勾配で下がり続け、回転機構３２に至っては十分低温（例えば２００℃以下）となる。この結果、回転機構３２の流体シール３２Ｃに磁性流体シールを用いた場合でも、温度上昇によるシール性の低下や耐久性の低下を効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態の基板処理装置１０では、必要に応じて水冷ジャケット７２の内部に、冷水供給装置７４から供給された冷却水を循環させることができる。これにより、回転機構３２の温度をより低下させることができる。
なお、ヒータ６６Ｕの下側にはヒータ６６ＣＵが隣接して設けられているが、ヒータ６６Ｕの上にはヒータが設けられていないので、ヒータ６６Ｕの上部と下部の温度を比較すると、ヒータ６６Ｕの上部の温度はヒータ６６Ｕの下部の温度よりも低くなり、図３のヒータの温度を示すグラフ線Ｇ２で示すように、ヒータ６６Ｕの温度は、上部に向かうに従って低下する。
基板１２の熱処理が終了すると、断熱槽４６内はスタンバイ温度まで降温され、蓋３０がボートエレベーター１８によって下降されて熱処理済の基板１２がボート３４Ｌに保持された状態で反応管５０の外部に搬出（ボートアンローディング）され、その後、処理済の基板１２はボート３４Ｌから取出される（ウエハディスチャージング）。
（高温熱処理：１２５０℃）
次に、本実施形態の基板処理装置１０を用い、１０００°Ｃを超える温度、一例として、１２５０℃で基板１２を高温熱処理（アルゴンガス等の希ガスや水素ガスを用いたアニール）する工程を説明する。
１２５０℃で基板１２を高温熱処理する場合も、工程の流れは１０００°Ｃと大よそ同じである。昇温は、各ゾーンの温度を一定の昇温レートで上昇させる制御を行う。この際、到達温度が１０００℃であるヒータ６６ｓｕｂＬの昇温レートは、他のヒータ６６の昇温レートよりも小さく設定され、全てのヒータが略同時に最終温度に到達するように制御される。最終的には、基板１２が配置される中央下部ゾーン６４ＣＬ、中央ゾーン６４Ｃ、及び中央上部ゾーン６４ＣＵの３つのゾーンが１２５０℃で一定となり、緩衝ゾーン６４Ｌの上端付近が１２５０℃となり、サブゾーン６４ｓｕｂＬの上端付近が中間温度である１０００℃、上部ゾーン６４Ｕの下端付近が１２５０℃となるように、温度調節器７０は、温度センサ６８ｓｕｂＬからの温度測定データ、温度センサ６８Ｌからの温度測定データ、温度センサ６８ＣＬからの温度測定データ、温度センサ６８Ｃからの温度測定データ、温度センサ６８ＣＵからの温度測定データ、温度センサ６８Ｕからの温度測定データに基づいて、温度調節器７０はヒータ６６ｓｕｂＬ、ヒータ６６Ｌ、ヒータ６６ＣＬ、ヒータ６６Ｃ、ヒータ６６ＣＵ、及びヒータ６６Ｕに供給する電力を制御する。
ここで、緩衝ゾーン６４Ｌのヒータ６６Ｌの上側には１２５０℃に設定されるヒータ６６ＣＬが隣接して設けられているが、緩衝ゾーン６４Ｌの下側には上端側が１０００℃に設定されるヒータ６６ｓｕｂＬが設けられているので、緩衝ゾーン６４Ｌのヒータ６６Ｌの上部と下部の温度を比較すると、ヒータ６６Ｌの下部の温度はヒータ６６Ｌの上部の温度よりも低くなり、図５のヒータの温度を示すグラフ線Ｇ１で示すように、ヒータ６６Ｌの温度は、下部に向かうに従って低下する。即ち、ヒータ６６Ｌにおいて、上部側が高温、下部側が低温となる温度勾配が形成される。
また、サブゾーン６４ｓｕｂＬの内部にも１０００℃処理と同様な温度勾配が形成される。図５のグラフ線Ｇ１は、ヒータ６６Ｌとヒータ６６ｓｕｂＬの範囲内で一定の割合で温度が低下する、理想的な温度勾配を示している。実際には、ヒータ６６Ｌとヒータ６６ｓｕｂＬの境界における温度勾配の変化が十分小さければよい。このようにすると、均熱領域内の温度変動を抑えやすい。なおこの温度変動を実測し、温度変動が小さくなるように、中間温度を調整することができる。つまり、温度センサ６８ｓｕｂＬの目標温度である中間温度は、ヒータの上限温度を超えない範囲で、１０００℃以外の温度に設定されうる。
その後、反応管５０の内部にアルゴンガス等を含む処理ガスが導入され、基板１２の熱処理が行われる。１２５０℃のような温度では、酸素を介在した昇華や凝華が盛んに起こる。すなわち、基板のSiが酸化され、SiOとなって蒸発したり、SiOが基板上にSiやSiO2を堆積させたりする。これらの反応は、平衡条件付近で起こるため、わずかな温度や圧力の違いによって、基板への処理が不均一になるほか、パーティクルを発生させる恐れがある。本例では、熱処理中にボート３４Ｌを回転させるので、基板１２の温度が均一化するほか、ガスが基板１２上を遠心力によって半径方向に流れることで、基板１２中心から外周付近に亘ってSiOの分圧を低下させ、望ましくない堆積を抑制することができる。なお上述したような昇華は、低温且つ酸素分圧が高い時のパッシブ酸化と高温且つ酸素分圧が低い時のアクティブ酸化との境界付近の温度で、エッチングレートが極大となり、多量のSiOが発生する。そのため、１２５０℃度の処理中に限らず、昇温又は降温中に境界温度を通過する時に、ボートを回転させてもよい。これにより、基板への凝華物の付着（ヘイズ）を抑制できる。
高温度処理は、Ｓｉ基板中のＣＯＰ（Crystal Originated Particle）等の結晶欠陥を低減するためのアルゴンアニールや、ＳｉＣ基板中のドーパントを活性化する活性化アニール、ビア・トレンチへの埋め込み性の改善や気孔除去のための高温高圧アニールを含む。アルゴンアニールは、６００℃以上で効果が表れ、温度の上昇とともに効果が高まる。１２５０℃未満ではボート回転を行っても現在要求される高度な結晶品質及び平坦性（均一性）を得られないが、１２５０℃以上では要求を満たすことができる。高温度処理が可能な温度の上限は、Ｓｉ基板に対してはその融点(１４１４℃)で制限され、或いはヒータや断熱槽４６の耐熱温度で制限される。SiC活性化アニールは標準的には１４００℃～１８００℃で行われるため、実用上の上限は2000℃で十分である。この上限温度を超えると、基板若しくは基板処理装置自体が損傷するが、この上限温度以下であれば、正常に処理できる。
以上のように、本実施形態の基板処理装置１０では、ヒータ筒４８の各ヒータの温度を個別に制御することで、回転機構３２の耐久性低下を抑制しつつ、基板１２を１０００℃で熱処理したり、より高温の１２５０℃で熱処理することができる。１２５０℃で熱処理する際は、ヒータ６６Ｌにおいて下部側が低温となるように温度勾配が形成され、さらに、ヒータ６６Ｌの下側のヒータ６６ｓｕｂＬにおいては、前述した１０００℃で基板１２を熱処理する場合と同様に、下部側が上部側の温度（１０００℃）よりも低温となるように温度勾配が形成されるため、回転機構３２の熱ダメージが抑制される。
本実施形態によれば、１０００°Ｃの処理と１２５０°Ｃの処理において、ヒータ６６のゾーン配置を共通化でき、また回転機構３２や、断熱槽４６と炉口５４との間の距離（スカベンジャ４４の高さ）が共通化されることで、筐体の高さも共通化され、基板処理装置１０の構成の大部分を共通化することができる。
［他の実施形態］
なお、本開示は以上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
で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
本開示における実施形態においては、ウエハを処理する場合について説明したが、本開示は液晶パネルのガラス基板や磁気ディスクや光ディスク等の基板を処理する基板処理装置全般に適用することができる。
上記実施形態の基板処理装置１０では、回転機構３２を冷却水で冷却するために、水冷ジャケット７２、及び冷水供給装置７４を用いたが、これに限定されず、例えば、水冷ジャケット７２、及び冷水供給装置７４は、必要に応じて設ければよく、本発明において必須ではない。
また、回転機構３２に放熱フィンを設け、放熱フィンに向けてブロアで送風を行うことで回転機構３２を冷却してもよい。
上記実施形態では、一つの基板処理装置１０で、１０００°Ｃの処理と、１２５０°Ｃの処理の両方を行うようにしているが、例えば、基板処理装置１０を２台設け、一方を１０００°Ｃの処理用、他方を１２５０°Ｃの処理用として使い分けてもよい。また、ボートや断熱構造体以外の構成を共用せず、処理温度によって異ならせることを妨げない。例えばアダプタ５２は必須ではなく、特に１０００°Ｃの処理では、同一の素材によって反応管５０の一部として形成してもよく、反応管５０内にプロファイル熱電対を更に設けて、ヒータ温度をカスケード制御してもよい。
１０…基板処理装置、１２…基板、３０…蓋、３２…回転機構、３４Ｓ…ボート、３４Ｌ…ボート、４２Ｓ…断熱構造体、４２Ｌ…断熱構造体、４８…ヒータ筒、５０…反応管(処理室)、５６…ガス導入管（ガス供給部）、５９…ガス供給源（ガス供給部）、６６ｓｕｂＬ…ヒータ、６６Ｌ…ヒータ、６６ＣＬ…ヒータ、６６Ｃ…ヒータ、６６ＣＵ…ヒータ、６６Ｕ…ヒータ、６８ｓｕｂＬ…温度センサ、６８Ｌ…温度センサ、６８ＣＬ…温度センサ、６８Ｃ…温度センサ、６８ＣＵ…温度センサ、６８Ｕ…温度センサ、７０…温度調節器

Claims (10)

  1. 複数の基板を保持するボートを挿入する炉口を一端に有し内部に前記複数の基板を処理する処理室を構成する反応管と、
    前記反応管の外周側に炉口側から前記反応管の他端に渡って設けられ管軸方向に複数のゾーン毎に分割して設けられた複数のヒータと、
    前記ゾーンの温度若しくは前記ゾーンに対応する前記ヒータの温度を測定する複数の温度センサと、
    前記温度センサで得た温度データに基づいて各々の前記ヒータへ供給する電力を制御して前記ゾーン毎に温度を調節する温度調節器と、
    前記炉口を閉塞する蓋を含む炉口アセンブリと、
    を備え、
    前記温度調節器は、複数の前記ヒータを加熱して前記基板を熱処理する際に、前記基板が配置される前記ゾーンに対応する前記ヒータを予め設定した温度とし、炉口側で前記基板が配置されない２つ以上の前記ゾーンにおいては前記炉口に向けて温度が低下する温度勾配が形成されるように、複数の前記ヒータに供給する電力を前記ヒータ毎に制御するよう構成され、
    前記温度勾配が形成される２つ以上の前記ゾーンのうち、炉口側に対して遠いゾーンの管軸方向の長さは、前記２つ以上の前記ゾーンのうち、前記遠いゾーンよりも炉口側に近いゾーンの管軸方向の長さの半分以下に構成される、基板処理装置。
  2. 最も炉口側で前記基板が配置されない前記ゾーンに対応して設けた前記温度センサは、該ゾーンに対応する前記ヒータのうちで炉口側とは反対側に配置され、
    前記炉口側から数えて２番目の前記ゾーンに対応して設けた前記温度センサは、該ゾーンに対応する前記ヒータのうちで炉口側とは反対側に配置され、
    前記基板が配置されている前記ゾーンに対応して設けた前記温度センサは、該ゾーンに対応する前記ヒータの前記管軸方向の中央部にそれぞれ配置されている、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記炉口アセンブリは、前記処理室の炉口を塞ぐ蓋を備え、
    前記蓋と前記ボートの間には断熱構造体が設けられ、
    前記炉口が前記蓋で閉じられたときに、前記断熱構造体の上端が炉口側から数えて２番目の前記ゾーン内に位置するように前記断熱構造体の高さが設定されている、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記炉口アセンブリは、前記蓋に設けられ前記ボートを回転させる回転機構を備え、
    前記回転機構は、前記基板を熱処理する際に、基板上に周方向に沿ってガス流れを生じさせ、前記ボートの半径方向における前記基板の処理の均一性を向上させる速度で前記ボートを回転させ、
    前記温度調節器は、前記基板が配置される前記ゾーンに対応する前記ヒータを１２５０°Ｃ以上の処理温度に制御し、最も炉口側で前記基板が配置されない前記ゾーンに対応する前記ヒータを前記処理温度より低い温度に制御し、前記温度勾配が、前記炉口側から数えて２番目の前記ゾーン内に形成される、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記基板の処理中に処理室内に希ガスを供給するガス導入管を更に備える請求項１又は４に記載の基板処理装置。
  6. 前記回転機構は、前記ヒータが１２５０°Ｃ以上の処理温度に制御されている間、前記基板を回転させる請求項４に記載の基板処理装置。
  7. 前記回転機構は、前記ヒータが１２５０°Ｃ以上の処理温度に制御されている間、前記基板を回転させず、前記処理温度より低温であってパッシブ酸化とアクティブ酸化の遷移温度を含む温度帯において、前記基板を回転させる請求項４に記載の基板処理装置。
  8. 前記複数のゾーンは、１２５０°Ｃ以上の第１処理温度と、第１処理温度より低い第２処理温度の処理で共通に利用されるゾーン配置を有し、最も遠い前記ゾーンは、前記第２処理温度で処理する際に前記温度勾配が形成されない請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 一端に設けた炉口から複数の基板を保持するボートを反応管の内部に挿入する挿入工程と、
    前記反応管の外周側に炉口側から前記反応管の他端に渡って設けられ管軸方向に複数のゾーン毎に分割して設けられた複数のヒータで前記反応管の内部に配置された前記基板を加熱する加熱工程と、
    前記ゾーンの温度若しくはゾーンに対応する前記ヒータの各々の温度を温度センサで計測する温度計測工程と、
    前記基板が配置されている前記ゾーンの前記ヒータを予め設定した温度とし、炉口側で前記基板が配置されていない２つの前記ゾーンの温度を、他の前記ゾーンの温度よりも低くなるように、複数の前記温度センサで得た温度データに基づいて各々の前記ヒータの供給電力を温度調節器で制御し、前記２つのゾーンにおいて前記基板が配置されているゾーン側から炉口側に向けて温度が低下するように温度勾配を形成する温度調整工程と、
    を有し、
    前記温度勾配が形成される２つ以上の前記ゾーンのうち、炉口側に対して遠いゾーンの管軸方向の長さは、前記２つ以上の前記ゾーンのうち、前記遠いゾーンよりも炉口側に近いゾーンの管軸方向の長さの半分以下に構成される、半導体装置の製造方法。
  10. 一端に設けた炉口から複数の基板を保持するボートを反応管の内部に挿入する挿入手順と、
    前記反応管の外周側に炉口側から前記反応管の他端に渡って設けられ管軸方向に複数のゾーン毎に分割して設けられた複数のヒータで前記反応管の内部に配置された前記基板を加熱する加熱手順と、
    前記ゾーンの温度若しくはゾーンに対応する前記ヒータの各々の温度を温度センサで計測する温度計測手順と、
    前記基板が配置されている前記ゾーンの前記ヒータを予め設定した温度とし、炉口側で前記基板が配置されていない２つの前記ゾーンの温度を、他の前記ゾーンの温度よりも低くなるように、複数の前記温度センサで得た前記温度のデータに基づいて各々の前記ヒータの供給電力を温度調節器で制御し、前記２つのゾーンにおいて前記基板が配置されているゾーン側から炉口側に向けて温度が低下するように温度勾配を形成する温度調整手順と、
    を基板処理装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記温度勾配が形成される２つ以上の前記ゾーンのうち、炉口側に対して遠いゾーンの管軸方向の長さは、前記２つ以上の前記ゾーンのうち、前記遠いゾーンよりも炉口側に近いゾーンの管軸方向の長さの半分以下に構成されている、プログラム。
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