WO2004079804A1 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2004079804A1
WO2004079804A1 PCT/JP2004/002334 JP2004002334W WO2004079804A1 WO 2004079804 A1 WO2004079804 A1 WO 2004079804A1 JP 2004002334 W JP2004002334 W JP 2004002334W WO 2004079804 A1 WO2004079804 A1 WO 2004079804A1
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processing
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line
purge gas
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Manabu Izumi
Yuki Oura
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Hitachi Kokusai Electric Inc.
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
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    • H01L21/02238—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/3165—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
    • H01L21/31654—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself
    • H01L21/31658—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe
    • H01L21/31662—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe of silicon in uncombined form

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique for purging a processing chamber with a purge gas, for example, a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) in which a semiconductor integrated circuit including a semiconductor element is formed.
  • a wafer a semiconductor wafer
  • the present invention relates to a field which is effective for use in an oxide film forming apparatus for forming an oxide film. Background art
  • a processing gas supply line for supplying a processing gas to a processing chamber and an exhaust line for exhausting the processing chamber are provided.
  • a residue step such as a treatment gas or a reaction product remaining in the treatment gas supply line is extruded, and a step is carried out (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-151549). That is, in this oxide film forming apparatus, the residue of the processing gas supply line is pushed out by flowing the purge gas to the processing gas supply line after the oxide film forming step.
  • the residue of the processing gas supply line may not be sufficiently purged in some cases. Residue that cannot be purged is supplied to the processing chamber little by little together with the purge gas in the step after the formation of the oxygen-rich film, thereby causing a change in fl thickness and a decrease in film thickness uniformity. Therefore, in the conventional oxide film forming apparatus, measures are taken to reduce the influence of the residue by heating the processing gas supply line or shortening the processing gas supply line.
  • An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of sufficiently reducing the influence of a residue and a method for manufacturing a semiconductor device using the same. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a processing chamber for processing a substrate, a processing gas source for supplying a processing gas, a processing gas supply line for connecting the processing chamber and the processing gas source, and a processing gas supply line connected to the processing gas supply line.
  • the purge gas supplied from the purge gas supply line flows to both the processing chamber side (downstream side) and the vent line side (upstream side) of the processing gas supply line.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION when purging, it is possible to prevent the residue on the upstream side (processing gas source side) of the processing gas supply line from the connection with the purge gas supply line from flowing into the processing chamber. Can be. Residues can be reliably discharged, so that evils and effects of the residues can be prevented. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a partially omitted front sectional view showing a pyrogenic oxidizing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the vicinity of a connection portion of a purge gas supply line in a processing gas supply line.
  • FIG. 3 is a partially omitted front view showing the acid step.
  • FIG. 4 is a partially omitted front view showing a package step.
  • FIG. 5 is a line graph showing the effect of preventing the film thickness uniformity from being adversely affected.
  • FIG. 5 (a) shows the case of the conventional example
  • FIG. 5 (b) shows the case of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a bar graph showing the effect of preventing film thickness uniformity from deteriorating.
  • FIG. 6 (a) shows the case of the conventional example, and
  • FIG. 6 (b) shows the case of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a sectional view showing the vicinity of a connection portion of a purge gas supply line in a processing gas supply line according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view showing the vicinity of a connection portion of a purge gas supply line in a processing gas supply line according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view showing the vicinity of a connection portion of a purge gas supply line in a processing gas supply line according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a sectional view showing the vicinity of a connection portion of a purge gas supply line in a processing gas supply line according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the vicinity of a connection portion of a purge gas supply line in a processing gas supply line according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus is functionally configured as a pyridinic oxidizing apparatus which is an example of an oxide film forming apparatus for forming an oxide film on a wafer.
  • a pyridinic oxidizing apparatus which is an example of an oxide film forming apparatus for forming an oxide film on a wafer.
  • Pairojiwenikku oxidizer 1 0 includes a process tube 1 2, process tube 1 2 quartz (S i 0 2) is being used to close the upper end lower end is integrally molded in a circular cylindrical shape with an opening.
  • the process tube 12 is arranged vertically so that the center line is vertical, and is supported by the housing 11.
  • the hollow portion of the process tube 12 forms a processing chamber 13.
  • the processing chamber 13 aligns a plurality of wafers 1 concentrically. It is configured such that the boat I7 held in the held state is carried in.
  • the lower end opening of the process tube 12 constitutes a furnace b 14 for carrying in and out the boat 27.
  • a plurality of flow holes 15 are arranged in a closed wall (hereinafter referred to as a ceiling wall) at an upper end of the process tube 12 so as to disperse gas throughout the processing chamber 13 and are opened in the thickness direction.
  • a gas reservoir 16 is formed on the ceiling wall of the process tube 12 so as to cover the flow holes 15.
  • a heat equalizing tube 17 is installed concentrically on the outside of the process tube 12.
  • the heat equalizing tube 17 is made of silicon carbide (SiC) and is integrated into a cylindrical shape with its upper end closed and its lower end open. Is molded.
  • the soaking tube 17 is also supported by the housing 11.
  • a heat sink 18 is installed concentrically outside the heat equalizing tube 17 so as to surround the heat equalizing tube 17, and the heater unit 18 is also supported by the housing 11.
  • a thermocouple 19 is laid vertically between the process tube 12 and the soaking tube 17, and the heater units 1 and 8 are connected to a controller (not shown) based on the temperature detection of the thermocouple 19. By the control, the processing chamber 13 is configured to be heated to a uniform or predetermined temperature distribution over the entirety.
  • a seal cap 21 is concentrically disposed directly below the process tube 12, and the seal cap 21 is formed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the process tube 12.
  • the seal cap 21 is vertically lifted and lowered by a boat elevator (only a part is shown) 20 constituted by a feed screw mechanism or the like.
  • a base 22 made of quartz and formed in a disk shape whose outer diameter is substantially equal to the seal cap 21 is installed.
  • An electric motor 4 is installed upward on the lower surface of the seal cap 21, and a boat 17 is vertically supported on a rotating shaft 25 of the electric motor 14 via an insulating cap 26. I have.
  • the port 27 has a pair of upper and lower end plates 28 and 29 and a plurality of (three in this embodiment) holding members 3 which are provided vertically between the end plates 28.29. With 0 In addition, a plurality of holding grooves 31 are provided in each holding member 30 at equal intervals in the longitudinal direction and are engraved so as to open each other in the same plane. Incidentally, since the outer peripheral portion of the wafer 1 is simultaneously inserted into the three holding grooves 31, the plurality of wafers 1 are aligned in the boat 17 horizontally and centered with each other. Is held. Under the lower end plate 29 of the port 27, an insulating cap ° 26 is installed, and the insulating cap 26 is installed on the base 22.
  • An exhaust pipe 32 is connected to a lower portion of a side wall of the process tube 12 so as to communicate with the processing chamber 13, and one end of an exhaust line 33 is connected to the exhaust pipe 32.
  • the other end of the exhaust line 33 is connected to an exhaust device 34 constituted by a vacuum pump, a blower or the like.
  • a pressure regulator 35 is provided in the middle of the exhaust line 33, and the pressure regulator 35 is controlled by a controller based on the detection result of the pressure sensor 36 connected in the middle of the exhaust line 33 (Fig. (Not shown), the pressure in the processing chamber 13 is controlled to a predetermined pressure.
  • a supply pipe 37 is laid outside the process tube 12, and the supply pipe 37 extends vertically along a part of the process tube 12, and has an upper end. Is connected to the gas reservoir 16.
  • a processing gas supply line 38 is connected to the lower end of the supply pipe 37, and an external combustion device 39 as a processing gas supply device is connected to the processing gas supply line 38.
  • the external combustion device 39 has a combustion chamber connected to the processing gas supply line 38, and oxygen (0 2 ) is provided on the side of the combustion chamber opposite to the processing gas supply line 38.
  • the oxygen gas supply line 41 connected to the gas source 40 and the hydrogen gas supply line 43 connected to the hydrogen (H 2 ) gas source 42 are connected to each other.
  • a dilution gas supply line 45 for supplying an inert gas for diluting the treatment gas is connected to the processing gas supply line 38 downstream of the external combustion device 39.
  • the other end of 45 is connected to a nitrogen gas supply source 44 for supplying nitrogen gas as an inert gas.
  • the first stop valve 46 is composed of a normally closed 'spring offset' solenoid-operated directional control valve.
  • the solenoid of the first stop valve 46 is connected to the controller 60, and the The opening and closing are controlled by the LA 60.
  • An upstream end of a purge gas supply line 47 for supplying an inert gas for purging the processing chamber 13 is connected to an upstream side of the first stop valve 46 in the dilution gas supply line 45.
  • the downstream end of the line 47 is connected to a downstream side of a connection portion of the processing gas supply line 38 with the external combustion device 39.
  • a second stop valve 48 is interposed in the middle of the purge gas supply line 47.
  • the second stop valve 48 is composed of 2 ports, 2 positions, normal close, spring offset, and electromagnetic switching valve. I have.
  • the solenoid of the second stop valve 48 is connected to the controller 60, and the opening and closing of the solenoid is controlled by the controller 60.
  • a third stop valve 50 is interposed in the middle of the vent line 49, and the third stop valve 50 is constituted by a 2-port / 2-position 'normal close' spring offset 'electromagnetic switching valve. I have.
  • the solenoid of the third stop valve 50 is connected to the controller 60 so that opening and closing are controlled by the controller 60.
  • a flow control device 51 constituted by an MFC (mass flow controller) or the like is interposed.
  • the flow controller 51 is configured so that the controller 60 can control the flow rate of the gas flowing through the vent line 49. Note that a flow meter may be provided instead of the flow control device 51.
  • the inner diameter D 4 7 of the purge gas line connection section has an inner diameter corresponding the outer diameter of 1 / 4-3 / 8 inches piping, i.e., 4.3 5 to 7.5 is desirable to about 2 mm, supply pipe connection the inner diameter D 3 7 and the inner diameter of the inner diameter D 4 9 and vent line 4 9 of the vent line connection unit parts, the outer diameter of 1 / 4-3 / 8 Inchi pipe having an inner diameter of more than, that is, 4.3 5 to 7.5 It is desirable to set it to about 2 mm or more.
  • the inside diameter D47 of the part of the processing gas supply line 38 connected to the purge gas supply line 47 is the inside diameter D37 of the part connected to the supply pipe 37 or the part of the part connected to the vent line 49 .
  • the processing gas supply line 38 The inside diameter D47 of the part to which the purge gas supply line 47 is connected is preferably set to 5 to 6 mm.
  • the inner diameter D49 of the part connected to the vent line 49 and the inner diameter D37 of the part connected to the supply pipe 37 are equal to the inner diameter of the conventional processing gas supply line 38.
  • the inside diameter D 47 of the part to which the purge gas supply line 47 is connected is set to “1/2” or less of the inside diameter of the conventional processing gas supply line 38, but the purge gas supply line 47
  • There set an inner diameter D 47 of the portion connected to the equivalent inner diameter of the conventional process gas supply line 3 8 the portion connected to the inner diameter D 49 and the supply pipe 3 7 parts of the vent line 4 9 is connected
  • the inner diameter D37 may be set to be at least twice the inner diameter of the conventional processing gas supply line 38 .
  • a part of the processing gas supply line 38 constitutes a conductance pipe 38a, and the base 3 of the processing gas supply line 38 on the side of the process tube 12 is formed. It is detachably connected to 8b by a flange fitting 38c.
  • the conductance tube 38a is formed of quartz, and is designed to suppress impurities and ensure corrosion resistance. '
  • the purge gas supply line 47 and the vent line 49 are connected to the conductance pipe 38a as described above.
  • the reason why the inner diameter of the conductance tube 38a is made different as described above is that a pressure difference is formed inside the conductance tube 38a.
  • the inside diameter D47 of the part connected to the purge gas supply line 47 is set smaller (thinner) than the inside diameter D37 of the part connected to the supply pipe 37 and the inside diameter D49 of the part connected to the vent line 49. The reason for this is to make the pressure in that part (narrow tube part) higher than the pressure in the thick tube part on both sides.
  • the boat 27 holding a plurality of wafers 1 aligned is vertically aligned with the wafer 1 group on the base 22 on the seal cap 21.
  • the base 22 is brought into close contact with the seal ring 13 therebetween, so that the processing chamber 13 is airtightly closed.
  • the processing chamber 13 While the processing chamber 13 is airtightly closed by the seal ring 23, the inside of the processing chamber 13 is exhausted by the exhaust line 33, and is heated to a predetermined temperature by the heater unit 18.
  • oxygen gas and hydrogen gas are supplied to the combustion chamber of the external combustion device 39 at a predetermined flow rate by the oxygen gas supply line 41 and the hydrogen gas supply line 43, respectively.
  • the temperature of the combustion chamber of the external combustion device 39 is heated to a temperature equal to or higher than the combustion temperature of hydrogen gas, oxygen gas and hydrogen gas undergo a combustion reaction, so that steam (H 2 ⁇ ) is generated as processing gas 61.
  • the controller 60 opens the first stop valve 46 of the dilution gas supply line 45, and opens the second stop valve 48 and the vent of the purge gas supply line 47. Close third stop valve 50 on line 49.
  • a mixed gas 63 of the processing gas 61 and the nitrogen gas 62 which is an inert gas as a diluting gas, is sent to the processing chamber 13 from the processing gas supply line 38 to the supply pipe 37.
  • the gas is supplied to the gas reservoir 16 of the process tube 11 by the supply pipe 37.
  • the mixed gas 63 supplied to the gas reservoir 16 is evenly distributed throughout the processing chamber 13 by the circulation holes 15. Be scattered.
  • the mixed gas 6 3 uniformly dispersed in the processing chamber 13 flows down the processing chamber 13 while uniformly contacting the plurality of wafers 1 held in the boat 17, and flows through the exhaust pipe 3 2 to the exhaust line 3.
  • the gas is exhausted to the outside of the processing chamber 13 by the exhaust power of 3.
  • An oxidation film is formed on the surface of the wafer 1 by an oxidation reaction of the processing gas 61 due to the contact of the mixed gas 63 with the surface of the wafer 1.
  • the controller 60 stops supplying oxygen gas and hydrogen gas to the combustion chamber of the external combustion device 39, as shown in FIG. Subsequently, the controller 60 closes the first stop valve 46 of the dilution gas supply line 45, and closes the second stop valve 48 of the purge gas supply line 47 and the third stop valve 50 of the vent line 49, respectively. open. At this time, the controller 60 controls so that a small flow rate of the nitrogen gas 62 flows from the first stop valve 46 of the dilution gas supply line 45.
  • a nitrogen gas (hereinafter sometimes referred to as a purge gas) 62 diverted from the purge gas supply line 47 to the vent line 49 side is connected to the processing gas supply line 38. It flows backward and flows through the processing gas supply line 38—vent line 4 9 ⁇ 3 ⁇ 4 # gas line 33.
  • the processing gas supply line 38 is connected to the purge gas supply line 47, and the residue such as the processing gas or the reaction product remaining on the external combustion device 39 side and diffusing to the processing chamber 13 side is vented. It will be flushed to the exhaust line 33 through line 49.
  • the residue that diffuses from the processing gas supply line 38 on the side of the external combustion device 39 to the processing chamber 13 from the connection point with the purge gas supply line 47 is transferred to the processing chamber 13 by the vent line 49. Is completely bypassed to the exhaust line 33 and the residue does not flow into the processing chamber 13.
  • the ratio of the split flow between the exhaust flow rate of the purge gas 62 and the exhaust flow rate of the vent line 49 and the exhaust flow rate to the supply pipe 37 side is determined by the flow rate control device 51 interposed in the vent line 49 and the flow rate of the vent line 4. 9 can be adjusted by controlling the flow rate.
  • the flow rate of the total gas supplied from each gas supply line is T
  • the flow rate of the purge gas from the purge gas supply line 47 is B ′
  • the purge gas supplied to the processing chamber 13 is Is D
  • the flow rate exhausted by the vent line 49 is E
  • the flow rate of the small inert gas flow from the dilution gas supply line 45 is A '
  • the total flow rate is the exhaust gas discharged by the vent line 49.
  • a flow rate D at which a purge gas is supplied to the processing chamber 13 and a flow rate exhausted at the vent line 49 The controller 60 determines the flow rate D of the gas to be supplied to the processing chamber 13, and the external combustion is performed from the connection point of the purge gas supply line 47 in the processing gas supply line 38.
  • the pressure P 3 9 position of the device 3 9 side (the gas flow upstream of the process gas) is not higher than the pressure P 4 7 of the connecting portion of the process gas supply line 3 8 to your Keru purge gas supply line 4 7
  • the flow control device 51 adjusts the flow rate of “ ⁇ ′ + ⁇ ”.
  • the purge gas 62 diverted from the purge gas supply line 47 to the supply pipe 37 side flows through the processing gas supply line 38 and the supply pipe 37 to the gas reservoir 16 of the process tube 12. Supplied.
  • the inner diameter D 4 7 of the purge gas line connecting portion that put the process gas supply line 3 8 is small fence set than the inner diameter D "of the vent line connection portion, the pressure of the purge gas supply line connection portion Bentora Since the pressure is higher than the pressure at the connection portion, the residue can be prevented from diffusing from the external combustion device 39 side of the processing gas supply line 38 to the supply pipe 37 side.
  • the purge gas 62 supplied to 16 is evenly distributed throughout the processing chamber 13 by the flow holes 15.
  • the purge gas 62 uniformly distributed in the processing chamber 13 is held in the port 27.
  • the wafer flows down through the processing chamber 13 while being in uniform contact with the plurality of wafers 1, and is exhausted from the exhaust pipe 32 to the outside of the processing chamber 13 by the exhaust power of the exhaust line 33.
  • Processing gas 61 and reaction products remaining in chamber 13 Are purged by the flow of the purge gas 62. Since the purge gas 62 does not contain the residue of the processing gas supply line 38, the oxide film properly formed on the wafer 1 by the above-described acid step. Is the residue contained in the purge gas 62 As a result, it is possible to prevent a phenomenon that the film thickness uniformity in the wafer surface (hereinafter, referred to as film thickness uniformity) is deteriorated.
  • a port unloading (port unloading) step is performed. That is, the seal cap 21 is lowered by the boat elevator 20 and the port 27 is carried out of the processing chamber 13.
  • a wafer disposition step for taking out the processed wafer 1 from the boat 27 is performed.
  • the controller 60 opens the first stop valve 46 of the dilution gas supply line 45 without the port 17, that is, the wafer 1, in the processing chamber 13, so that the external combustion device 39 cannot open.
  • the residue on the upstream side of the vent line 49 of the processing gas supply line 38 is removed.
  • the inert gas supplied from the external combustion device 39 flows through the processing gas supply line 38, passes through the processing chamber 13, and is exhausted from the exhaust line 33.
  • the purge gas supply line 47 and the vent line 49 may be used.
  • the present embodiment it is possible to prevent the residue of the processing gas supply line 38 from flowing into the processing chamber 13 in the purging step.
  • the phenomenon in which the uniformity of the thickness of the oxide film formed in the above-mentioned manner is adversely affected by the residue can be prevented beforehand.
  • FIG. 5 is a line graph showing the effect of preventing the deterioration of the film thickness uniformity.
  • FIG. 5 (a) shows the case of the conventional example
  • FIG. 5 (b) shows the case of the present embodiment.
  • the horizontal axis shows the position of the wafer in the boat, where to P indicates the upper end, cen indicates the center, and b 0 t indicates the lower end.
  • Vertical left axis Is the film thickness (A), and the vertical right axis is the film thickness uniformity (the standard deviation is shown by a human).
  • the solid broken line A1 indicates the film thickness
  • the broken broken line A2 indicates the film thickness uniformity
  • a solid broken line B1 indicates the film thickness
  • a broken broken line B2 indicates the film thickness uniformity.
  • the processing conditions are the same in the conventional example and the present embodiment, and are as follows.
  • the port loaded with 150 wafers is loaded into a processing chamber heated to 600 ° C, and the temperature of the processing chamber is raised to 600 ° C, and the substrate temperature is raised to the processing temperature.
  • the oxidation step is performed at a temperature of 65 ° C and atmospheric pressure with a flow of process gas (water vapor) of only 1 SLM (standard liter per minute).
  • an annealing step is performed in an atmosphere of 900 ° C. Processing time is 30 minutes. Thereafter, nitrogen gas is flowed at 20 SLM, and a purge step is performed. The purge time is 5 minutes.
  • the temperature of the processing chamber is reduced to 65O 0 C, and the boat is unloaded from the processing chamber.
  • the film thickness indicated by the solid broken line B1 is larger than the conventional film thickness indicated by the solid broken line A1.
  • the film thickness uniformity indicated by the broken line B2 is 0-2 or less, and the conventional film thickness uniformity indicated by the broken line A2 (0.3-0.4). People).
  • FIG. 6 is a bar graph showing the effect of preventing the film thickness uniformity from being adversely affected.
  • FIG. 6 (a) shows the case of the conventional example, and
  • FIG. 6 (b) shows the case of the present embodiment.
  • the horizontal axis shows a sequence (oxidation step to purge step) each time, and shows the case where the same sequence is repeated three times.
  • the bar t 0 p indicates the case of the wafer arranged at the upper end
  • the bar c en indicates the center
  • the bar b o t indicates the case of the wafer arranged at the lower end.
  • the vertical axis shows the film thickness uniformity (the standard deviation is shown by a human).
  • the broken line L indicates the standard deviation of the target value (0.3 persons).
  • the processing conditions are the same between the conventional example and the present embodiment, and are the same as in FIG. It is.
  • the film thickness uniformity is improved each time the first time is increased from the second time to the third time, but it is unstable and the target value is increased. L could not be cleared.
  • the film thickness uniformity is almost stable even when the number of times is increased from the first time to the second time to the third time. In this case, the film thickness uniformity was 0.2 A or less, and the target value was significantly cleared.
  • the purge gas is supplied to both the downstream side and the upstream side of the connection between the processing gas supply line 38 and the purge gas supply line 47, so that the processing chamber 13 is supplied to the processing chamber 13.
  • the processing gas supply line 38 is located upstream of the connection portion with the purge gas supply line 47 (the inside of the external combustion device 39 and the processing gas supply line 3). 8) can be prevented from flowing (spreading) into the processing chamber 13.
  • a part of the processing gas supply line 38 is formed as a conductance pipe 38a, and the purge gas supply line 47 and the vent line 49 are connected to form a process tube 1 2 of the processing gas supply line 38.
  • the conductance pipe 38a which is a part of the processing gas supply line 38, may be configured as shown in FIG. 7 to FIG.
  • the inside diameter D "of the connection portion between the processing gas supply line 38 and the vent line 49 is the inside diameter D 47 of the connection portion with the purge gas supply line 47 and the supply pipe. It is set to be larger than the inner diameter D37 of the connection with 37 ( D49 > D47 , D49 > D37 )
  • the flow control device 5 interposed in the vent line 49 is used. By controlling the flow rate by 1, the same operation and effect as in the above embodiment can be obtained.
  • the inside diameter D 49 of the connection portion between the processing gas supply line 38 and the vent line 49 and the inside diameter D 47 of the connection portion with the purge gas supply line 47 are the supply pipe 3. It is larger (D 49> D 37, D 47> D 37) set of a connection portion inner diameter D 37 of 7.
  • the flow rate control device 51 provided in the vent line 49 by controlling the flow rate by the flow rate control device 51 provided in the vent line 49, the same operation and effect as in the above-described embodiment can be obtained.
  • the inside diameter D 47 of the connection portion between the processing gas supply line 38 and the purge gas supply line 47 is the inside diameter D 49 of the connection portion with the vent line 49 and the supply tube 3 larger than the inner diameter D 37 of the connecting portion between 7 (D 47> D 49, D 4 7> D 37) are set.
  • the processing gas supply line 38 has an inner diameter D "at the connection with the purge gas supply line 47, which is larger than the inner diameter D49 at the connection with the vent line 49. Although it is set to be small (D 47 ⁇ D "), the connection of the purge gas supply line 47 is adjacent to the connection with the vent line 49 .
  • the supply source of the purge gas to the purge gas supply line may be provided separately from the supply source of the inert gas connected to the dilution gas supply line.
  • the dilution gas supply line may be omitted. Also, the stop valve may be arranged as needed.
  • the treatment is not limited to the formation of an oxide film.
  • the film formation process for forming a CVD film such as a silicon nitride film or a polysilicon film, the diffusion process, and the carrier activity after ion implantation. It can be applied to all substrate processing where a single step is performed after a step in which a process gas, such as a process or other thermal treatment, is used. Further, the present invention is not limited to application to a pyrogenic oxidation apparatus, but can be applied to all other substrate processing apparatuses such as other oxidation apparatuses, diffusion apparatuses, annealing apparatuses, and other heat treatment apparatuses.
  • the present invention can be applied not only to a new substrate processing apparatus but also to an existing substrate processing apparatus by modification. In such a case, it is possible to cope easily or at low cost simply by providing a conductance pipe, a purge gas supply line, and a vent line while keeping the configuration of the apparatus substantially unchanged.
  • the substrate to be processed may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.

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Abstract

バイロジェニック酸化装置(10)は、処理室(13)に接続された供給管(37)と外部燃焼装置(39)とを接続する処理ガス供給ライン(38)と、処理ガス供給ライン(38)に接続され窒素ガス(62)を供給する希釈ガス供給ライン(45)と、処理ガス供給ライン(38)の希釈ガス供給ライン(45)との接続部よりも排気管(37)側に接続されて窒素ガス(62)を供給するパージガス供給ライン(47)と、処理ガス供給ライン(38)のパージガス供給ライン(47)との接続部よりも希釈ガス供給ライン(45)側に接続されて排気するベントライン(49)とを備えており、各ラインにはコントローラ(60)で開閉される止め弁(46)、(48)、(50)が介設されている。パージステップ時に処理ガス供給ラインの残留物が処理室に流れ込むのを阻止できるので、膜厚均一性が残留物により悪化されるのを防止できる。

Description

基板処理装置およぴ半導体装置の製造方法 技術分野
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、処理室を パージガスによってパージする技術に係り、例えば、 半導体素子を含む半導体集 積回路が作り込まれる半導体ウェ明ハ （以下、 ウェハという。 ） に酸化膜を形成す る酸化膜形成装置に利用して有効なもの田に関する。 背景技術
ウェハに酸化膜を形成する従来の酸化膜形成装置として、 処理室に処理ガスを 供給する処理ガス供給ラインと、処理室を排気する排気ラインとを備えており、 処理ガス供給ラインを使用した処理室での酸化膜形成ステツプ後に、処理ガス供 給ラインに残留した処理ガスや反応生成物等の残留物を押し出すノ、°—ジステップ を実施するように構成されているものがある （例えば、 特開 2 0 0 2 _ 1 5 1 4 9 9号公報参照） 。 すなわち、 この酸化膜形成装置においては、 酸化膜形成ステ ップ後にパージガスを処理ガス供給ラインに流すことにより、処理ガス供給ライ ンの残留物を押し出すようになつている。
しかし、前記した従来の酸化膜形成装置においては、酸化膜形成ステップ後の パージステップでは処理ガス供給ラインの残留物を充分にパージしきれない場合 がある。 パージしきれない残留物は酸ィヒ膜形成後のステップにおいてパージガス とともに少しずつ処理室に供給され続けることにより、 fl莫厚変化や膜厚均一性の 低下を招くことになる。 そこで、従来の酸化膜形成装置においては、処理ガス供 給ラインを加熱したり処理ガス供給ラインを短縮したりして、 残留物の影響を低 減するための対策が講じられている。
ところで、 近年の半導体集積回路の微細ィ匕に伴い、 ウェハに形成する薄膜の膜 厚分布の高均一ィ匕および薄膜ィ匕が進んでおり、特に、 ウェハに酸ィ匕膜を形成する 酸化膜形成工程においてはこれらが顕著である。 そのため、 酸化膜形成装置にお いては、膜厚変化や膜厚均一性低下の防止のために行う処理ガス供給ラインの加 熱や短縮による残留物の低減対策は限界に近づいている。 すなわち、 膜厚分布の 均一化および薄膜ィ匕が進んだ酸化膜形成工程においては、処理ガス供給ラインの 加熱や短縮による残留物低減対策では残留物の影響を充分に低減することができ ないために、 膜厚変化や膜厚均一性の低下を招いてしまう。
本発明の目的は、 残留物の影響を充分に低減することができる基板処理装置お よびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。 発明の開示
本発明は、 基板を処理する処理室と、処理ガスを供給する処理ガス源と、 前記 処理室と前記処理ガス源とを接続する処理ガス供給ラインと、 この処理ガス供給 ラインに接続されパ一ジガスを供給するパージガス供給ラインと、 前記処理ガス 供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス源 側 （ガス流上流側） に接続されて前記処理室をバイパスするようにガスを排気す るベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記パージガス供給ラインから供給したパージガスが処理ガス供給ラインの前 記処理室側 （下流側） とベントライン側 （上流側） の両方に流れるように構成さ れていることを特徴とする。 '
本発明によれば、 パ一ジを行う際に、処理ガス供給ラインにおけるパージガス 供給ラインとの接続部よりも上流側 （処理ガス源側） の残留物が処理室内に流れ 込むのを防止することができる。 残留物を確実に排出することができるため、残 留物による悪、影響を防止することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の一実施の形態であるパイロジヱニック酸化装置を示す一部省 略正面断面図である。
第 1図は処理ガス供給ラインにおけるパージガス供給ラインの接続部付近を示 す断面図である。
第 3図は酸ィヒステップを示す一部省略正面図である。 第 4図はパ一ジステツプを示す一部省略正面図である。
第 5図は膜厚均一性の悪ィヒ防止効果を示す折れ線グラフであり、 （ a ) は従来 例の場合を示しており、 （b ) は本実施の形態の場合を示している。
第 6図は膜厚均一性の悪ィ匕防止効果を示す棒グラフであり、 （ a ) 群は従来例 の場合を示しており、 （b ) 群は本実施の形態の場合を示している。
第 7図は本発明の第二の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス 供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第 8図は本発明の第三の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス 供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第 9図は本発明の第四の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガス 供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第 1 0図は本発明の第五の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガ ス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。
第 1 1図は本発明の第六の実施の形態の処理ガス供給ラインにおけるパージガ ス供給ラインの接続部付近を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、 本発明に係る基板処理装置は、 機能的にはウェハに酸 化膜を形成するための酸化膜形成装置の一例であるパイロジヱニック酸化装置と して構成されており、構造的にはバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置とし て構成されている。 すなわち、 第 1図に示されているように、本実施の形態に係 る基板処理装置 （以下、 パイロジヱニック酸化装置という。 ） 1 0は、 バッチ式 縦形ホットウオール形熱処理装置として構成されている。
パイロジヱニック酸化装置 1 0はプロセスチューブ 1 2を備えており、 プロセ スチューブ 1 2は石英 ( S i 0 2 ) が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円 筒形状に一体成形されている。 プロセスチューブ 1 2は中心線が垂直になるよう に縦に配されて筐体 1 1に支持されている。 プロセスチューブ 1 2の筒中空部は 処理室 1 3を形成しており、処理室 1 3は複数枚のウェハ 1を同心的に整列させ た状態で保持したボート I 7が搬入されるように構成されている。 プロセスチュ —ブ 1 2の下端開口はボート 2 7を搬入搬出するための炉ロ 1 4を構成している 。 プロセスチューブ 1 2の上端の閉塞壁 （以下、天井壁という。 ） には複数個の 流通孔 1 5が、 ガスを処理室 1 3の全体に分散させるように配置されて厚さ方向 に開設されており、 プロセスチューブ 1 2の天井壁の上にはガス溜 1 6が流通孔 1 5群を覆うように形成されている。
プロセスチューブ 1 2の外側には均熱チューブ 1 7が同心円に設置されており 、 均熱チューブ 1 7は炭化シリコン （S i C ) が使用されて上端が閉塞し下端が 開口した円筒形状に一体成形されている。 均熱チューブ 1 7も筐体 1 1に支持さ れている。 均熱チューブ 1 7の外側にはヒ一タュニット 1 8が均熱チューブ 1 7 を包囲するように同心円に設置されており、 ヒータユニット 1 8も筐体 1 1に支 持されている。 プロセスチューブ 1 2と均熱チューブ 1 7との間には熱電対 1 9 が上下方向に敷設されており、 ヒータュニット 1 ,8は熱電対 1 9の温度検出に基 づくコントローラ (図示せず) の制御により、処理室 1 3内を全体にわたって均 一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。
プロセスチューブ 1 2の真下にはシールキャップ 2 1が同心的に配置されてお り、 シールキャップ 2 1はプロセスチューブ 1 2の外径と略等しい円盤形状に形 成されている。 シールキャップ 2 1は送りねじ機構等によつて構成されたボ一ト エレべ一夕 （一部のみが図示されている。 ） 2 0によって垂直方向に昇降される ようになつている。 シールキャップ 2 1の上には石英によって外径がシールキヤ ッフ ° 2 1と略等しい円盤形状に形成されたベース 2 2が設置されている。 シール キャップ 2 1がポートエレベータ 2 0によって上昇された状態において、 ベース 2 2はプロセスチューブ 1 2の下端面にシールリング 2 3を挟んで密着すること により、処理室 1 3を気密封止 （シール） するようになつている。 シールキヤッ プ 2 1の下面には電動モータ 4が上向きに設置されており、 電動モータ 1 4の 回転軸 2 5には断熱キャップ 2 6を介してボート 1 7が垂直に立脚されて支持さ れている。
ポート 2 7は上下で一対の端板 2 8、 2 9と、両端板 2 8 . 2 9間に架設され て垂直に配設された複数本 （本実施の形態では三本） の保持部材 3 0とを備えて おり、各保持部材 3 0には複数条の保持溝 3 1が長手方向に等間隔に配されて互 いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。 ちなみに、 ゥ ェハ 1の外周辺部が三条の保持溝 3 1に同時に揷入されることにより、 複数枚の ウェハ 1がボ一ト 1 7に水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持さ れるようになっている。 ポート 2 7の下側端板 2 9の下には断熱キャッフ ° 2 6が 設置されており、 断熱キャップ 2 6はベース 2 2に設置されている。
プロセスチューブ 1 2の側壁の下部には排気管 3 2が処理室 1 3に連通するよ うに接続されており、排気管 3 2には排気ライン 3 3の一端が接続されている。 排気ライン 3 3の他端には真空ポンプやブロア等によって構成された排気装置 3 4が接続されている。 排気ライン 3 3の途中には圧力調節器 3 5が介設されてお り、 圧力調節器 3 5は排気ライン 3 3の途中に接続された圧力センサ 3 6の検出 結果に基づいてコントローラ （図示せず） によって制御されることにより、処理 室 1 3の圧力を所定の圧力に制御するように構成されている。
プロセスチューブ 1 2の外側には供給管 3 7が敷設されており、供給管 3 7は プロセスチューブ 1 2の一部に沿って上下方向に延在した状態になっているとと もに、 上端がガス溜 1 6に接続されている。 供給管 3 7の下端には処理ガス供給 ライン 3 8が接続されており、処理ガス供給ライン 3 8には処理ガス供給装置と しての外部燃焼装置 3 9が接続されている。 詳細な図示は省略するが、外部燃焼 装置 3 9は処理ガス供給ライン 3 8に接続された燃焼室を備えており、 燃焼室の 処理ガス供給ライン 3 8と反対側には酸素 （0 2 ) ガス源 4 0に接続された酸素 ガス供給ライン 4 1と、水素 （H 2 ) ガス源 4 2に接続された水素ガス供給ライ ン 4 3とがそれぞれ接続されている。 ■ 処理ガス供給ライン 3 8には処理ガスを希釈する不活性ガスを供給する希釈ガ ス供給ライン 4 5の一端が、外部燃焼装置 3 9よりも下流側に接続されており、 希釈ガス供給ライン 4 5の他端は不活性ガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガ ス供給源 4 4に接続されている。 希釈ガス供給ライン 4 5の途中には第一止め弁
(ストツプバルブ） 4 6が介設されており、 第一止め弁 4 6は 2ポート · 2位置 • ノーマルクローズ 'スプリングオフセット '電磁切換弁によって構成されてい る。 第一止め弁 4 6のソレノイドはコントローラ 6 0に接続されて、 コント口一 ラ 6 0によって開閉を制御されるようになっている。 希釈ガス供給ライン 4 5に おける第一止め弁 4 6の上流側には、 処理室 1 3をパージする不活性ガスを供給 するパージガス供給ライン 4 7の上流側端が接続されており、 パージガス供給ラ イン 4 7の下流側端は処理ガス供給ライン 3 8の外部燃焼装置 3 9との接続部よ りも下流側に接続されている。 パージガス供給ライン 4 7の途中には第二止め弁 4 8が介設されており、第二止め弁 4 8は 2ポート · 2位置 ·ノーマルクロ一ズ •スプリングオフセット ·電磁切換弁によって構成されている。 第二止め弁 4 8 のソレノィドはコントローラ 6 0に接続されて、 コントローラ 6 0によって開閉 を制御されるようになっている。
処理ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供給ライン 4 7の接続部と外部燃 焼装置 3 9の接続部との間には、処理室 1 3をバイパスさせてガスを排気するべ ントライン 4 9の上流側端が接続されており、 ベントライン 4 9の下流側端は排 気ライン 3 3に接続されている。 ベントライン 4 9の途中には第三止め弁 5 0が 介設されており、 第三止め弁 5 0は 2ポート · 2位置 'ノーマルクロ一ズ'スプ リングオフセット '電磁切換弁によって構成されている。 第三止め弁 5 0のソレ ノィドはコントローラ 6 0に接続されて、 コントローラ 6 0によって開閉を制御 されるようになつている。 ベントライン 4 9における第三止め弁 5 0の下流側に は、 M F C (マスフローコントローラ） 等によって構成された流量制御装置 5 1 が介設されている。 流量制御装置 5 1はコントローラ 6 0によってベントライン 4 9を流れるガスの流量を制御し得るように構成されている。 なお、 流量制御装 置 5 1の代わりに流量計を設けるようにしてもよい。
第 2図に示されているように、処理ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供 給ライン 4 7が接続される部分の内径 D 4 7は、供給管 3 7に接続される部分の内 径 D 3 7およびベントライン 4 9が接続される部分の内径 D 4 9よりも小さく設定さ れている。 パージガスライン接続部の内径 D 4 7は、外径 1 / 4〜 3 / 8インチ配 管の内径相当、 すなわち、 4 . 3 5〜7 . 5 2 mm程度とするのが望ましく、 供 給管接続部の内径 D 3 7およびベントライン接続部の内径 D 4 9やベントライン 4 9 の内径は、外径 1 / 4〜 3 / 8ィンチ配管の内径以上、 すなわち、 4 . 3 5〜 7 . 5 2 mm程度以上に設定することが望ましい。 ここで、処理ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供給ライン 4 7が接続さ れる部分の内径 D47は、供給管 3 7に接続される部分の内径 D37またはベントラ イン 4 9が接続される部分の内径 D49の 「 1/2」 以下に設定することが好まし い。 すなわち、 「D47≤D37/2」 または 「D47≤D49/2」 に設定することが 好ましい。 例えば、 ベントライン 4 9が接続される部分の内径 D49および供給管 3 7に接続される部分の内径 D 37を 1 0〜 1 2 mmに設定した場合においては、 処理ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供給ライン 4 7が接続される部分の 内径 D 47は 5〜 6 mmに設定することが好ましい。
本実施の形態においては、 ベントライン 4 9が接続される部分の内径 D49およ び供給管 3 7に接続される部分の内径 D37を従来の処理ガス供給ライン 3 8の内 径と同等に設定し、 パージガス供給ライン 4 7が接続される部分の内径 D 47を従 来の処理ガス供給ライン 3 8の内径の 「 1/2」 以下に設定しているが、 パージ ガス供給ライン 4 7が接続される部分の内径 D 47を従来の処理ガス供給ライン 3 8の内径と同等に設定し、 ベントライン 4 9が接続される部分の内径 D 49および 供給管 3 7に接続される部分の内径 D37を従来の処理ガス供給ライン 3 8の内径 の 2倍以上に設定してもよい。
なお、 第 2図に示されているように、処理ガス供給ライン 3 8の一部はコンダ クタンス管 3 8 aを構成しており、処理ガス供給ライン 3 8のプロセスチューブ 1 2側の付け根 3 8 bにフランジ管継手 3 8 cによって着脱自在に接続されてい る。 このコンダクタンス管 3 8 aは石英によって形成されており、 不純物を抑制 し、 かつ、 耐腐食性を確保するようになっている。 '
そして、 このコンダクタンス管 3 8 aにパージガス供給ライン 4 7およびベン トライン 4 9が前述したように接続されている。 コンダクタンス管 3 8 aの内径 を前述したように異ならせる理由は、 コンダクタンス管 3 8 aの内部に圧力差を 形成させるためである。 パージガス供給ライン 4 7が接続される部分の内径 D 47 を供給管 3 7に接続される部分の内径 D37およびベントライン 4 9が接続される 部分の内径 D49よりも小さく （細く）設定しているのは、 その部分 （細管部） の 圧力を両脇の太管部の圧力よりも高くさせるためである。 供給管 3 7に接続され る部分の内径 D 37およびベントライン 4 9が接続される部分の内径 D 49をパージ ガス供給ライン 4 7が接続される部分の内径 よりも大きく （太く） 設定して いるのは、 その太管部の圧力を細管部の圧力よりも低くするためである。 これに より、パージガス供給ライン 4 7からのガスがベントライン 4 9側および供給管 3 7側に流れ易くなるように構成している。 . 次に、 半導体装置 （デバイス） の製造工程 （方法） の一工程としてウェハを処 理する方法を、前記構成に係るパイロジヱニック酸化装置を用いてウェハに酸化 膜を形成する場合を例にして説明する。
第 1図に示されているように、 酸化膜形成処理に際して、 複数枚のウェハ 1を 整列保持したボート 2 7はシールキヤップ 2 1の上のベース 2 2にウェハ 1群が 並んだ方向が垂直になる状態で載置され、 ポートエレべ一タ 2 0によって差し上 げられてプロセスチューブ 1 2の'炉ロ 1 4から処理室 1 3に搬入されて行き、 シ —ルキャップ 2 1に支持されたままの状態で処理室 1 3に存置される。 この状態 で、 ベース 2 2はシールリング 1 3を挟んで密着することにより、処理室 1 3を 気密に閉じた状態になる。
処理室 1 3がシールリング 2 3によって気密に閉じられた状態で、処理室 1 3 の内部が排気ライン 3 3によって排気され、 ヒータュニット 1 8によって所定の 温度に加熱される。 ウェハの温度が処理温度に達して安定化すると、酸素ガスお よび水素ガスが外部燃焼装置 3 9の燃焼室に酸素ガス供給ライン 4 1および水素 ガス供給ライン 4 3によってそれぞれ所定の流量ずつ供給される。 外部燃焼装置 3 9の燃焼室の温度が水素ガスの燃焼温度以上に加熱されると、 酸素ガスと水素 ガスとが燃焼反応するため、 処理ガス 6 1としての水蒸気 （H 2 〇） が生成され る。
続いて、 第 3図に示されているように、 コントローラ 6 0は希釈ガス供給ライ ン 4 5の第一止め弁 4 6を開くとともに、 パージガス供給ライン 4 7の第二止め 弁 4 8およびベントライン 4 9の第三止め弁 5 0を閉じる。 これにより、処理室 1 3には処理ガス 6 1と希釈ガスとしての不活性ガスである窒素ガス 6 2との混 合ガス 6 3が処理ガス供給ライン 3 8から供給管 3 7へ送り出され、供給管 3 7 によってプロセスチューブ 1 1のガス溜 1 6に供給される。 ガス溜 1 6に供給さ れた混合ガス 6 3は流通孔 1 5によつて処理室 1 3内の全体にわたって均等に分 散される。 処理室 1 3に均一に分散された混合ガス 6 3はボート 1 7に保持され た複数枚のウェハ 1にそれぞれ均一に接触しながら処理室 1 3を流下し、排気管 3 2から排気ライン 3 3の排気力によって処理室 1 3の外部に排気される。 混合 ガス 6 3のウェハ 1の表面への接触による処理ガス 6 1の酸化反応により、 ゥェ ハ 1の表面には酸化膜が形成される。
予め設定された処理時間が経過すると、第 4図に示されているように、 コント ローラ 6 0は外部燃焼装置 3 9の燃焼室への酸素ガスおよび水素ガスの供給を停 止する。 続いて、 コントローラ 6 0は希釈ガス供給ライン 4 5の第一止め弁 4 6 を閉じるとともに、 パージガス供給ライン 4 7の第二止め弁 4 8およびベントラ イン 4 9の第三止め弁 5 0をそれぞれ開く。 この際、 コントローラ 6 0は希釈ガ ス供糸合ライン 4 5の第一止め弁 4 6からは小流量の窒素ガス 6 2が流れるように 制御する。
第 4図に示されているように、 まず、パージガス供給ライン 4 7からベントラ イン 4 9側へ分流した窒素ガス （以下、パージガスということがある。 ) 6 2は 、処理ガス供給ライン 3 8を逆流し、処理ガス供給ライン 3 8—ベントライン 4 9→¾#気ライン 3 3を流通する。 これにより、 処理ガス供給ライン 3 8のパージ ガス供給ライン 4 7の接続箇所よりも外部燃焼装置 3 9側に残留し処理室 1 3側 へ拡散する処理ガスや反応生成物等の残留物をベントライン 4 9を通じて排気ラ イン 3 3に押し流すことになる。 つまり、 パージガス供給ライン 4 7との接続箇 所よりも外部燃焼装置 3 9側の処理ガス供給ライン 3 8から処理室 1 3の方向へ 拡散する残留物は、 ベントライン 4 9によって処理室 1 3を完全に迂回して排気 ライン 3 3に排出されるために、 その残留物が処理室 1 3へ流れ込むことはない 。 なお、 このパージガス 6 2のベントライン 4 9の排気流量と供給管 3 7側への 排気流量との分流の割合は、 ベントライン 4 9に介設された流量制御装置 5 1に よるベントライン 4 9を流れる流量の制御によつて調整することができる。 ここで、第 3図に示された酸ィ匕ステップにおいて、各ガス供給ラインから供給 されるトータルガス流量すなわち処理室 1 3に供給されるガスの流量を T、外部 燃焼装置 3 9からのガスの流量を Α、 希釈ガス供給ライン 4 5からのパージガス 6 2の流量を Βとすると、 Τ = Α + Β、 である。 第 4図に示されたパージステップにおいて、 各ガス供給ラインから供給される ト一タルガス流量を T， 、 パージガス供給ライン 4 7からのパージガスの流量を B ' 、処理室 1 3に供給されるパージガスの流量を D、 ベントライン 4 9によつ て排気される流量を E、 希釈ガス供給ライン 4 5からの小流量の不活性ガスの流 量を A' 、 ベントライン 4 9によって排気されるトータルガス流量を Fとすると 、 E + D = B ' 、 E + A， = F、 D + F = T ' 、 となる。
このパージステップに際して、処理ガス供給ライン 3 8とパージガス供給ライ ン 4 7との接続部においては、 流量 のパージガスが処理室 1 3に供給される 流量 Dと、 ベントライン 4 9によって排気される流量 Eとに分配されるので、 コ ントロ一ラ 6 0は処理室 1 3へ供給するガスの流量 Dを決定し、処理ガス供給ラ イン 3 8におけるパージガス供給ライン 4 7の接続部よりも外部燃焼装置 3 9側 (処理ガスのガス流上流側） の位置の圧力 P 3 9が、 処理ガス供給ライン 3 8にお けるパージガス供給ライン 4 7の接続部の圧力 P 4 7よりも上昇しないように、 流 量制御装置 5 1は 「Α' + Ε」 の流量を調整する。
他方、 パージガス供給ライン 4 7から供給管 3 7側に分流したパージガス 6 2 は、処理ガス供給ライン 3 8—供給管 3 7を流通することにより、 プロセスチュ —ブ 1 2のガス溜 1 6に供給される。 このとき、処理ガス供給ライン 3 8におけ るパージガスライン接続部の内径 D 4 7がベントライン接続部の内径 D "よりも小 さく設定されていることにより、パージガス供給ライン接続部の圧力がベントラ ィン接続部の圧力よりも高くなるので、残留物が処理ガス供給ライン 3 8の外部 燃焼装置 3 9側から供給管 3 7側へ拡散して来るのを防止することができる。 ガ ス溜 1 6に供給されたパージガス 6 2は流通孔 1 5によって処理室 1 3内の全体 にわたつて均等に分散される。 処理室 1 3に均一に分散されたパージガス 6 2は ポート 2 7に保持された複数枚のウェハ 1にそれぞれ均一に接触しながら処理室 1 3を流下し、 排気管 3 2から排気ライン 3 3の排気力によつて処理室 1 3の外 部に排気される。 処理室 1 3に残留した処理ガス 6 1や反応生成物等の残留物は 、 このパージガス 6 2の流れによって押し流される。 また、 パージガス 6 2には 処理ガス供給ライン 3 8の残留物は含まれていないので、 前述した酸ィヒステップ によってウェハ 1に適正に形成された酸化膜がパ一ジガス 6 2に含まれた残留物 によってウェハ面内の膜厚均一性（以下、 膜厚均一性という。 ） が悪化される現 象を防止することができる。
以上のパージステップが終了すると、 ポートアンローデイング （ポート搬出） ステップが実施される。 すなわち、 シールキャップ 2 1がボートエレベータ 2 0 によって下降され、 ポート 2 7が処理室 1 3から搬出される。 ポートアンローデ ィングステツプが終了すると、 ボート 2 7から処理済みのウエノヽ 1を取り出すた めのウェハデイスチヤ一ジステツプが実; ί亍される。
ボートアンローデイング後に、処理室 1 3にポート 1 7すなわちウェハ 1が無 い状態で、 コントローラ 6 0は希釈ガス供給ライン 4 5の第一止め弁 4 6を開い て外部燃焼装置 3 9側から不活性ガスを供給することにより、 処理ガス供給ライ ン 3 8のベントライン 4 9よりも上流側 （外部燃焼装置 3 9側） の残留物を除去 する。 外部燃焼装置 3 9側から供給された不活性ガスは処理ガス供給ライン 3 8 を流通し、処理室 1 3を通過して排気ライン 3 3から排気される。 なお、 このァ ンロ一ディング後のパージステップにおいては、 パージガス供給ライン 4 7およ びベントライン 4 9を使用してもよい。 また、 前述したように、 酸ィ匕ステップ後 のパージステップ （処理室 1 3にボート 1 7が存置している状態） において、外 部燃焼装置 3 9側から小流量の不活性ガスを流すことにより、処理ガス供給ライ ン 3 8のベントライン 4 9よりも上流側 （外部燃焼装置 3 9側） の残留物を除去 することができる。
以降、前述した作用が繰り返されることにより、 パイロジヱニック酸化装置に よってウェハがノ ッチ処理されて行く。
以上説明したように、 本実施の形態によれば、 パージステップにおいて処理ガ ス供給ライン 3 8の残留物が処理室 1 3に流れ込むのを防止することができるの で、酸化ステツプにおいてウェハに適正に形成された酸化膜の膜厚均一性が残留 物によつて悪ィ匕される現象を未然に防止することができる。
第 5図は膜厚均一性の悪化防止効果を示す折れ線グラフであり、 （a ) は従来 例の場合を示しており、 （b ) は本実施の形態の場合を示している。
第 5図において、 横軸にはボートにおけるウェハの位置が取られており、 t o Pは上端部、 c e nは中央部、 b 0 tは下端部をそれぞれ示している。 縦の左軸 には膜厚 (A) が取られており、縦の右軸には膜厚均一性 （標準偏差を人で示し ている。 ） が取られている。
第 5図 （a ) において、 実線折れ線 A 1は膜厚を示しており、 破線折れ線 A 2 は膜厚均一性を示している。 第 5図 （b ) において、実線折れ線 B 1は膜厚を示 しており、破線折れ線 B 2は膜厚均一性を示している。
処理条件は従来例と本実施の形態とにおいて同一であり、 次の通りである。 1 5 0枚のウェハが装填されたポートが 6 0 0 °Cに加熱された処理室にボート ローデイングされ、 処理室温度が 6 5 0 °Cまで昇温され、基板温度が処理温度ま で昇温されて安定化した後に、 6 5 0 °Cおよび大気圧の雰囲気で、処理ガス （水 蒸気） が 1 S L M (スタンダード · リツトル毎分） だけ流されて酸化ステップが 実施される。 続いて、 9 0 0 °Cの雰囲気でァニールステップが実施される。 処理 時間は 3 0分である。 その後に、 窒素ガスが 2 0 S L Mで流されて、 パージステ ップが実施される。 パージ時間は 5分間である。 パージステップ後に、処理室の 温度が 6 5 0 °Cまで降温され、 ボートが処理室からボートアンローデイングされ る。
第 5図の （a ) と （b ) との比較から明らかな通り、 本実施の形態の場合には 、実線折れ線 B 1の示す膜厚が実線折れ線 A 1の示す従来の膜厚よりも増加して いるのにも関わらず、破線折れ線 B 2の示す膜厚均一性が 0 - 2人以下となって おり、破線折れ線 A 2の示す従来の膜厚均一性 ( 0 . 3〜0 . 4人） よりも大幅 に改善されている。
第 6図は膜厚均一性の悪ィヒ防止効果を示す棒グラフであり、 （a ) 群は従来例 の場合を示しており、 （b ) 群は本実施の形態の場合を示している。
第 6図において、 横軸には 1回毎のシーケンス （酸化ステップ〜パージステツ プ） が取られており、 同一のシーケンスが 3回繰り返し実施された場合を示して いる。 棒 t 0 pは上端部、棒 c e nは中央部、棒 b o tは下端部に配置されたゥ ェハの場合をそれぞれ示している。 縦軸には膜厚均一性 （標準偏差を人で示して いる。 ） が取られている。 破線直線 Lは目標値の標準偏差 （0 . 3人） を示して いる。
処理条件は従来例と本実施の形態とにおいて同一であり、 第 5図の場合と同様 である。
従来例を示す第 6図の （a ) 群においては、 1回目→2回目— 3回目と回を増 す毎に膜厚均一性は改善されているが、不安定であり、 しかも、 目標値 Lをクリ ァ一することができていない。 これに対して、本実施の形態を示す第 6図の （b )群においては、 1回目— 2回目— 3回目と回を増しても膜厚均一性は殆ど安定 しており、 しかも、 いずれの回も膜厚均一性は 0 . 2 A以下となっており、 目標 値しを大幅にクリァ一することができている。
また、 本実施の形態によれば、処理ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供 給ライン 4 7との接続部の下流側と上流側との両方にパージガスを流すことによ り、 処理室 1 3にウェハ 1が存在する状態で処理室 1 3をパージする際に、処理 ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供給ライン 4 7との接続部よりも上流側 (外部燃焼装置 3 9内および処理ガス供給ライン 3 8内） の残留物が処理室 1 3 に流れ込む （拡散する） のを防止することができる。
さらに、処理ガス供給ライン 3 8の一部をコンダク夕ンス管 3 8 aとして構成 するとともに、 パージガス供給ライン 4 7およびベントライン 4 9を接続し、処 理ガス供給ライン 3 8のプロセスチューブ 1 2側の付け根 3 8 bにフランジ管継 手 3 8 cによって着脱自在に接続することにより、既存のパイロジヱニック酸化 装置に容易かつ低コストで適用することができる。
なお、 本発明は前記実施の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。
例えば、処理ガス供給ライン 3 8の一部であるコンダクタンス管 3 8 aは、第 7図ないし第 1 1図に示されているように構成してもよい。
第 7図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン 3 8におけるパ —ジガス供給ライン 4 7との接続部の内径 D 4 7は、 ベントライン 4 9との接続部 の内径 D 4 Sおよび供給管 3 7との接続部の内径 D 3 7と同等に設定されており、 ベ ントライン 4 9との接続部の内径 D 4 9よりも細い内径 D 4 9' の細管部 3 8 dが一 対、処理ガス供給ライン 3 8におけるパージガス供給ライン 4 7との接続部とベ ントライン 4 9との接続部との間およびパージガス供給ライン 4 7との接続部と 供給管 3 7との接続部との間の両方にそれぞれ配設されている。 第 8図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン 3 8におけるべ ントライン 4 9との接続部の内径 D "は、 パージガス供給ライン 4 7との接続部 の内径 D47および供給管 3 7との接続部の内径 D37よりも大きく （D49>D47， D49>D37) 設定されている。 本実施の形態においては、 ベントライン 4 9に介 設した流量制御装置 5 1によって流量を制御することにより、前記実施の形態と 同様の作用効果を奏することができる。
第 9図に示された実施の形態においては、 処理ガス供給ライン 38におけるべ ントライン 4 9との接続部の内径 D49およびパージガス供給ライン 4 7との接続 部の内径 D47は、供給管 3 7との接続部の内径 D37よりも大きく （D49>D37, D47>D37) 設定されている。 本実施の形態においては、 ベントライン 4 9に介 設した流量制御装置 5 1によって流量を制御することにより、 前記実施の形態と 同様の作用効果を奏することができる。
第 1 0図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン 3 8における パージガス供給ライン 4 7との接続部の内径 D 47は、 ベントライン 4 9との接続 部の内径 D 49および供給管 3 7との接続部の内径 D 37よりも大きく （D47>D49 , D47>D37) 設定されている。
第 1 1図に示された実施の形態においては、処理ガス供給ライン 3 8における パージガス供給ライン 4 7との接続部の内径 D"は、 ベントライン 4 9との接続 部の内径 D49よりも小さく （D47く D") 設定されているが、 パージガス供給ラ イン 4 7の接続部はベントライン 4 9との接続部に隣接されている。
パージガス供給ラインへのパージガスの供給源は、 希釈ガス供給ラインに接続 された不活性ガスの供給源と別に設置してもよい。
希釈ガス供給ラインは省略してもよい。 また、 止め弁は必要に応じて配置すれ ばよい。
処理は酸化膜を形成する処理に限らず、 窒化シリコン膜ゃポリシリコン膜等の CVD膜を形成する成膜処理、 拡散処理、 イオン打ち込み後のキャリア活性ィヒゃ 平坦化のリフ口一ゃァニール処理、 その他の熱処理 (thermal treatment ) 等の ような処理ガスが使用されたステップ後にノ、"一ジステツプが実施される基板処理 全般に適用することができる。 また、 パイロジェニック酸化装置に適用するに限らず、 その他の酸化装置、 拡 散装置、 ァニール装置およびその他の熱処理装置等の基板処理装置全般に適用す ることができる。
さらに、新造の基板処理装置に適用するに限らず、 既存の基板処理装置に対し 改造により適用することができる。 その場合、 装置の構成は略そのままで、 コン ダクタンス管、 パージガス供給ライン、 ベントラインを設けるだけで、 容易にし かも低コストで対応することができる。
前記実施の形態ではゥエノヽに処理が施される場合について説明したが、 被処理 基板はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、 コンパクトディスクおよび 磁気ディスク等であつてもよい。

Claims

請 求 の 範 囲. 基板を処理する処理室と、処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、 前記処 理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、 この処理ガ ス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、 前記 処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前記 処理ガス供給装置側に接続されて前記処理室をバイパスするようにガスを排気 するベントラインとを備えている基板処理装置において、 前記パージガス供給ラインから供給したパージガスが処理ガス供給ラインの 前記処理室側とベントライン側の両方に流れるように構成されていることを特 徴とする基板処理装置。. 請求の範囲第 1項において、 前記パージガス供給ラインから供給され前記処 理ガス供給ラインの前記処理室側に流れたパージガスは、前記基板が存在する 前記処理室内に供給されるように構成されていることを特徴とする基板処理装 . 請求の範囲第 1項において、 前記パージガス供給ラインと前記ベントライン とのそれぞれに止め弁が介設されており、 前記基板処理時には前記パージガス 供給ラインの止め弁および前言己ベントラインの止め弁を閉じ、前記処理室のパ —ジ時には前記パージガス供給ラインの止め弁および前記ベントラインの止め 弁を開くように制御するコントローラを備えていることを特徴とする基板処理 . 請求の範囲第 1項において、 前記ベントラインには流量制御装置もしくは流 量計が介設されていることを特徴とする基板処理装置。. 請求の範囲第 1項において、 前記処理ガス供給ラインのうち、 少なくとも前 記パージガス供給ラインおよび前記ベントラインが接続された部分は、 石英に よつて形成されていることを特徴とする基板処理装置。. 請求の範囲第 1項において、 前記処理ガス供給装置は水素ガスと酸素ガスと を燃焼反応させて水蒸気を発生させる外部燃焼装置であることを特徴とする基 . 請求の範囲第 1項において、 前記処理ガスは水蒸気であり、 前記処理は基板 に酸化膜を形成する処理であることを特徴とする基板処理装置。. 請求の範囲第 1項において、 前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガ ス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス供給装置側には、 希釈ガスを供給 する希釈ガス供給ラインが設けられていることを特徴とする基板処理装置。. 請求の範囲第 8項において、 前記希釈ガス供給ラインと前記パージガス供給 ラインとが、 前記処理ガス供給装置の上流側で一つの不活性ガス供給ラインに 接続されていることを特徴とする基板処理装置。 0 . 請求の範囲第 8項において、 前記希釈ガス供給ラインと前記パージガス供 給ラインとのそれぞれに止め弁が介設されており、前記基板処理時には前記希 釈ガス供給ラインの止め弁を開くとともに、 前記パージガス供給ラインの止め 弁を閉じ、 前記処理室のパージ時には前記希釈ガス供給ラインの止め弁を閉じ るとともに、 前記パージガス供給ラインの止め弁を開くように制御するコント ローラを備えていることを特徴とする基板処理装置。
1 . 請求の範囲第 8項において、前記希釈ガス供給ラインと前記パージガス供 給ラインと前記ベントラインとのそれぞれに止め弁が介設されており、 前記基 板処理時には前記希釈ガス供給ラインの止め弁を開くとともに、 前記パージガ ス供給ラインの止め弁および前言己ベントラインの止め弁を閉じ、前記処理室の パージ時には前記希釈ガス供給ラインの止め弁を閉じるとともに、 前記パージ ガス供給ラインの止め弁および前記ベントラインの止め弁を開くように制御す るコントローラを備えていることを特徴とする基板処理装置。
2 . 基板を処理する処理室と、処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、 前記 処理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、 この処理 ガス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、 前 記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前 記処理ガス供給装置側に接続されて前記処理室をバイパスするようにガスを排 気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部 分の内径が、 前記ベントラインが接続された部分の内径よりも小さく設定され ていることを特徴とする基板処理装置。
1 3 . 請求の範囲第 1 2項において、 前記処理ガス供給ラインにおける前記パー ジガス供給ラインが接続された部分の内径が、 それよりも前記ベントライン側 の内径および処理室側の内径よりも小さく設定されていることを特徴とする基
1 4 . 基板を処理する処理室と、 処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、 前記 処理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、 この処理
■ ガス供給ラインに接続されパ一ジガスを供給するパージガス供給ラインと、 前 記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前 記処理ガス供給装置側に接続されて前記処理室をバイパスするようにガスを排 気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインが接続された部 分の圧力が、 前記ベントラインが接続された部分の圧力よりも大きくなるよう に構成されていることを特徴とする基板処理装置。
1 5 . 請求の範囲第 1 4項において、 前記処理ガス供給ラインにおける前記パ一 ジガス供給ラインが接続された部分の圧力が、 それよりも前記ベントライン側 の圧力および前記処理室側の圧力よりも大きくなるように構成されていること を特徴とする基板処理装置。
1 6 . 基板を処理する処理室と、 処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、 前記 処理室と前記処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインと、 この処理 ガス供給ラインに接続されパージガスを供給するパージガス供給ラインと、 前 記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部よりも前 記処理ガス供給装置側に接続されて前記処理室をバイパスするようにガスを排 気するベントラインとを備えている基板処理装置において、
前記処理ガス供給ラインにおける前記パージガス供給ラインとの接続部と前 記ベントラインとの接続部との間に、前記処理ガス供給ラインにおける前記べ ントラインが接続された部分の内径よりも内径の小さい細管部が設けられてい ることを特徴とする基板処理装置。
1 7 . 請求の範囲第 1 6項において、 前記処理ガス供給ラインにおける前記パー ジガス供給ラインとの接続部よりも前記ベントライン側と前記処理室側の両方 に、 前記処理ガス供給ラインにおける前記ベントラインが接続された部分の内 径ょりも内径の小さい細管部が設けられていることを特徴とする基板処理装置
8 . 基板を処理室に搬入するステップと、
前記処理室と処理ガス供給装置とを接続する処理ガス供給ラインによつて前 記処理室に処理ガスを供給しつつ、 前記処理室に接続された排気ラインによつ て前記処理室を排気して前記基板を処理するステップと、
前記処理ガス供給ラインに接続されたパージガス供給ラインによって前記処 理ガス供給ラインにパージガスを供給しつつ、前記処理室を通過させて前記排 気ラインによって排気するとともに、 前記処理ガス供給ラインにおける前記パ ージガス供給ラインとの接続部よりも前記処理ガス供給装置側に接続されたべ ントラインからも排気するステップと、
前記基板を前記処理室から搬出するステツプと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9 . 請求の範囲第 1 8項 (こおいて、 前記パージガスを供給するステップにおい ては、 前記処理ガス供給装置側からもパージガスを供給することを特徴とする 半導体装置の製造方法。
0 . 請求の範囲第 1 8項において、 前記基板を前記基板から排出した後に、 前 記処理ガス供給装置側から前記処理ガス供給ラインを介して前記処理室にパ一 ジガスを供給しつつ前記排気ラインから排気するステツプとを有することを特 徴とする半導体装置の製造方法。
1 . 請求の範囲第 1 8項において、前記処理ガスは水蒸気であり、処理は前記 基板に酸化膜を形成する処理であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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