WO2021053972A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、記録媒体および排ガス処理システム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、記録媒体および排ガス処理システム Download PDF

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境 正憲
加藤 努
篤彦 足谷
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Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing device, a manufacturing method of a semiconductor device, a program, a recording medium, and an exhaust gas treatment system.
  • the abatement treatment is performed on the processing gas used in the substrate processing apparatus by using the abatement device.
  • Patent Document 1 see Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • the present disclosure provides a technique capable of detoxifying the processing gas even when the abatement device is stopped.
  • the reaction tube accommodating the substrate, the processing gas supply unit for supplying the processing gas into the reaction tube, the exhaust unit for exhausting the processing gas in the reaction tube, and the exhaust unit are connected.
  • a first which is connected to an exhaust gas treatment chamber for treating the exhausted treatment gas and an inert gas supply source for supplying the first inert gas into the reaction tube, and supplies the first inert gas to the exhaust gas treatment chamber.
  • the inert gas supply unit, the second inert gas supply unit that supplies the second inert gas to the exhaust gas treatment chamber, the exhaust pipe that exhausts the gas in the exhaust gas treatment chamber, and the exhaust gas treatment chamber treat the treated gas.
  • the first inert gas is supplied from the first inert gas supply unit to the exhaust gas treatment chamber, and when the treatment in the exhaust gas treatment chamber is stopped, the second inert gas supply unit supplies the exhaust gas treatment chamber to the exhaust gas treatment chamber.
  • a technique having a control unit configured to control the first inert gas supply unit and the second inert gas supply unit so as to supply the inert gas of 2.
  • the substrate processing device 10 includes a processing furnace 202 provided with a heater 207 as a heating means (heating mechanism, heating system).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
  • an outer tube 203 that constitutes a reaction vessel (processing vessel) as a reaction tube is arranged concentrically with the heater 207.
  • the outer tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end open.
  • a manifold (inlet flange) 209 is arranged concentrically with the outer tube 203.
  • the manifold 209 is made of a metal material such as stainless steel (SUS), and is formed in a cylindrical shape with open upper and lower ends.
  • An O-ring 220a as a sealing member is provided between the upper end portion of the manifold 209 and the outer tube 203.
  • an inner tube 204 constituting a reaction vessel as a reaction tube is arranged inside the outer tube 203.
  • the inner tube 204 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end open.
  • a processing container (reaction container) as a reaction tube is mainly composed of an outer tube 203, an inner tube 204, and a manifold 209.
  • a processing chamber 201 is formed in the hollow portion of the processing container (inside the inner tube 204).
  • the processing chamber 201 is configured to accommodate the wafer 200 as a substrate in a state of being arranged in multiple stages in the vertical direction in a horizontal posture by a boat 217 described later.
  • Nozzles 410, 420, 430 are provided in the processing chamber 201 so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204.
  • Gas supply pipes 310, 320, 330 are connected to the nozzles 410, 420, 430, respectively.
  • the processing furnace 202 of the present embodiment is not limited to the above-described embodiment.
  • the gas supply pipes 310, 320, and 330 are provided with mass flow controllers (MFCs) 312, 322, and 332, which are flow rate controllers (flow control units), in order from the upstream side. Further, the gas supply pipes 310, 320, and 330 are provided with valves 314, 324, and 334, which are on-off valves, respectively. Gas supply pipes 510, 520, and 530 for supplying the inert gas are connected to the downstream sides of the valves 314, 324 and 334 of the gas supply pipes 310, 320 and 330, respectively.
  • MFCs mass flow controllers
  • valves 314, 324, and 334 which are on-off valves, respectively.
  • Gas supply pipes 510, 520, and 530 for supplying the inert gas are connected to the downstream sides of the valves 314, 324 and 334 of the gas supply pipes 310, 320 and 330, respectively.
  • the gas supply pipes 510, 520, and 530 are provided with MFC 512, 522, 532, which is a flow rate controller (flow control unit), and valves 514, 524, 534, which are on-off valves, in this order from the upstream side.
  • MFC 512, 522, 532 which is a flow rate controller (flow control unit)
  • valves 514, 524, 534 which are on-off valves, in this order from the upstream side.
  • Nozzles 410, 420, 430 are connected to the tips of the gas supply pipes 310, 320, 330, respectively.
  • the nozzles 410, 420, 430 are configured as L-shaped nozzles, and their horizontal portions are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204.
  • the vertical portions of the nozzles 410, 420, 430 are provided inside the channel-shaped (groove-shaped) spare chamber 201a formed so as to project outward in the radial direction of the inner tube 204 and extend in the vertical direction. It is provided in the reserve chamber 201a toward the upper side (upper in the arrangement direction of the wafer 200) along the inner wall of the inner tube 204.
  • the nozzles 410, 420, 430 are provided so as to extend from the lower region of the processing chamber 201 to the upper region of the processing chamber 201, and a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a are provided at positions facing the wafer 200, respectively. Is provided.
  • the processing gas is supplied to the wafer 200 from the gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430, respectively.
  • a plurality of the gas supply holes 410a, 420a, and 430a are provided from the lower part to the upper part of the inner tube 204, each having the same opening area, and further provided with the same opening pitch.
  • the gas supply holes 410a, 420a, 430a are not limited to the above-described form.
  • the opening area may be gradually increased from the lower part to the upper part of the inner tube 204. This makes it possible to make the flow rate of the gas supplied from the gas supply holes 410a, 420a, 430a more uniform.
  • a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430 are provided at height positions from the lower part to the upper part of the boat 217, which will be described later. Therefore, the processing gas supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430 is supplied to the entire area of the wafer 200 accommodated from the lower part to the upper part of the boat 217.
  • the nozzles 410, 420, 430 may be provided so as to extend from the lower region to the upper region of the processing chamber 201, but are preferably provided so as to extend to the vicinity of the ceiling of the boat 217.
  • a raw material gas (metal-containing gas) containing a metal element is supplied into the processing chamber 201 as a processing gas via the MFC 312, the valve 314, and the nozzle 410.
  • a raw material gas for example, tungsten (W) as a metal element is contained, and tungsten fluoride (WF 6 ) as a halogen-based raw material (halide, halogen-based tungsten raw material) is used.
  • a reducing gas as a processing gas is supplied into the processing chamber 201 via the MFC 322, the valve 324, and the nozzle 420.
  • a gas containing hydrogen (H) or a gas containing silicon (Si) and hydrogen and not containing halogen can be used.
  • a silane gas such as hydrogen (H 2 ) gas, monosilane (SiH 4 ) gas, and disilane (Si 2 H 6 ) gas can be used. These gases act as reducing agents. Further, these gases have flammable properties and are also called flammable gases.
  • a reaction gas that reacts with the raw material gas can be supplied into the processing chamber 201 via the MFC 332, the valve 334, and the nozzle 430.
  • the reaction gas for example, ammonia (NH 3 ) gas as an N-containing gas containing nitrogen (N) can be used.
  • nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas is discharged into the processing chamber via MFC 512, 522, 532, valves 514, 524, 534, and nozzles 410, 420, 430, respectively. It is supplied in 201.
  • N 2 gas is used as the inert gas.
  • the inert gas for example, argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, xenone, in addition to N 2 gas, will be described.
  • a rare gas such as (Xe) gas may be used.
  • a processing gas supply unit (also called a processing gas supply system) is mainly composed of gas supply pipes 310, 320, MFC 312, 322, valves 314, 324, and nozzles 410, 420, but only nozzles 410, 420 are processing gas. You can think of it as a supply system.
  • the treated gas supply system may be simply referred to as a gas supply system.
  • the raw material gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 310, the MFC 312, and the valve 314, but the nozzle 410 may be included in the raw material gas supply system.
  • the reducing gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 320, the MFC 322, and the valve 324, but the nozzle 420 may be included in the reducing gas supply system. ..
  • the inert gas supply system is mainly composed of gas supply pipes 510, 520, MFC 512, 522, and valves 514, 524.
  • the gas supply pipe 330, the MFC 332, and the valve 334 may be included in the processing gas supply system. Gas supply pipes, MFCs, and valves may be added as appropriate for the amount of gas required for film formation.
  • the reaction gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 330, the MFC 332, and the valve 334, but the nozzle 430 may be included in the reaction gas supply system.
  • the reaction gas supply system can also be referred to as a nitrogen-containing gas supply system.
  • the gas supply pipe 530, MFC 532, and valve 534 may be added to the inert gas supply system.
  • the processing gas supply unit in the present disclosure may be configured only to supply a reaction gas (reducing gas). Specifically, it may be configured by the nozzle 420, or may be configured by including a configuration (reducing gas supply system) for supplying gas to the nozzle 420.
  • nozzles 410 and 420 arranged in the spare chamber 201a in the annular vertically long space defined by the inner wall of the inner tube 204 and the ends of the plurality of wafers 200 are provided. Gas is transported via. Then, gas is ejected into the inner tube 204 from a plurality of gas supply holes 410a and 420a provided at positions facing the wafers of the nozzles 410 and 420. More specifically, the gas supply hole 410a of the nozzle 410 and the gas supply hole 420a of the nozzle 420 eject the raw material gas or the like in the direction parallel to the surface of the wafer 200.
  • the exhaust hole (exhaust port) 204a is a through hole formed at a position facing the nozzles 410 and 420 on the side wall of the inner tube 204, and is, for example, a slit-shaped through hole formed elongated in the vertical direction. ..
  • the gas supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410a and 420a of the nozzles 410 and 420 and flowing on the surface of the wafer 200 is formed between the inner tube 204 and the outer tube 203 via the exhaust holes 204a. It flows in the exhaust passage 206 composed of the gap. Then, the gas that has flowed into the exhaust passage 206 flows into the exhaust pipe 231 and is discharged to the outside of the processing furnace 202.
  • the exhaust holes 204a are provided at positions facing the plurality of wafers 200, and the gas supplied from the gas supply holes 410a and 420a to the vicinity of the wafer 200 in the processing chamber 201 flows in the horizontal direction. , Flows into the exhaust passage 206 through the exhaust hole 204a.
  • the exhaust hole 204a is not limited to the case where it is configured as a slit-shaped through hole, and may be configured by a plurality of holes.
  • the manifold 209 is provided with an exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201.
  • a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and a vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device are connected to the exhaust pipe 231 in order from the upstream side.
  • the APC valve 243 can perform vacuum exhaust and vacuum exhaust stop in the processing chamber 201 by opening and closing the valve with the vacuum pump 246 operating, and further, the valve with the vacuum pump 246 operating. By adjusting the opening degree, the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted.
  • the exhaust portion (also referred to as an exhaust system) is mainly composed of the exhaust hole 204a, the exhaust passage 206, the exhaust pipe 231 and the APC valve 243 and the pressure sensor 245.
  • the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • a seal cap 219 is provided as a furnace palate body that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209.
  • the seal cap 219 is configured to come into contact with the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction.
  • the seal cap 219 is made of a metal material such as SUS and is formed in a disk shape.
  • An O-ring 220b as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided on the upper surface of the seal cap 219.
  • a rotation mechanism 267 for rotating the boat 217 accommodating the wafer 200 is installed on the opposite side of the processing chamber 201 in the seal cap 219.
  • the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 penetrates the seal cap 219 and is connected to the boat 217.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be raised and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as a raising and lowering mechanism vertically installed outside the outer tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured so that the boat 217 can be carried in and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219.
  • the boat elevator 115 is configured as a transport device (transport mechanism) that transports the wafers 200 housed in the boat 217 and the boat 217 into and out of the processing chamber 201.
  • the boat 217 as a substrate support is configured to arrange a plurality of wafers, for example 25 to 200 wafers, 200 in a horizontal posture and at intervals in the vertical direction in a state of being centered on each other. ..
  • the boat 217 is made of a heat resistant material such as quartz or SiC.
  • a heat insulating plate 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC is supported in a horizontal posture in multiple stages (not shown). With this configuration, the heat from the heater 207 is less likely to be transferred to the seal cap 219 side.
  • this embodiment is not limited to the above-described embodiment.
  • a heat insulating cylinder formed as a tubular member made of a heat-resistant material such as quartz or SiC may be provided.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the inner tube 204, and the amount of electricity supplied to the heater 207 is adjusted based on the temperature information detected by the temperature sensor 263.
  • the temperature in the processing chamber 201 is configured to have a desired temperature distribution.
  • the temperature sensor 263 is L-shaped like the nozzles 410, 420 and 430, and is provided along the inner wall of the inner tube 204.
  • an exhaust gas treatment system 600 including an exhaust gas treatment chamber 601 is connected to the downstream side of the vacuum pump 246 connected to the exhaust portion of the substrate treatment device 10.
  • the vacuum pump 246 and the exhaust gas treatment chamber 601 are connected by an exhaust pipe 603.
  • the exhaust pipe 603 is provided with a valve 604 as a first valve from the upstream side (vacuum pump side).
  • a bypass exhaust pipe 605 for bypass exhausting the exhaust gas to the equipment exhaust system is connected to the upstream side of the valve 604.
  • the bypass exhaust pipe 605 is provided with a valve 606 as a second valve.
  • the valve 604 and the valve 606 may be configured by the same valve, that is, a three-way valve 607, instead of being separate valves.
  • the exhaust gas of the substrate processing device 10 is configured to be supplied (exhausted) to the exhaust gas processing chamber 601 via the vacuum pump 246, the valve 604, and the exhaust pipe 603.
  • the exhaust gas treatment chamber 601 may be configured to be able to supply the exhaust gas of a plurality of substrate treatment devices 10.
  • the number of exhaust pipes 603, valves 604, 606, bypass exhaust pipes 605, etc. may be increased by the number of substrate processing devices 10 as shown by the dotted line in FIG.
  • the exhaust gas treatment system is provided with at least an exhaust gas treatment chamber 601.
  • the exhaust gas treatment chamber 601 is provided with a treatment unit 601a for detoxifying the exhaust gas supplied to the exhaust gas treatment chamber 601 and a detection unit 601b for detecting the operation of the treatment unit 601a. Further, the detection unit 601b is configured so that the detected data (measured value) can be transmitted to the exhaust gas controller 601c or the controller 121 described later.
  • the treatment unit 601a is composed of an electrode for generating a flame or plasma or a heating source in the exhaust gas treatment chamber 601.
  • the detection unit 601b is composed of a flame sensor, an optical sensor, a matching box, etc., and is configured to be able to detect whether or not processing is being performed in the exhaust gas treatment chamber 601. Specifically, it is configured to be able to measure whether or not a flame or plasma is generated, light, electric power ignited by an electrode, and the like.
  • the exhaust gas treatment chamber 601 is supplied with a first inert gas supply source 608 for supplying a nitrogen (N 2 ) gas as a first inert gas and a nitrogen (N 2 ) gas as a second inert gas.
  • a second inert gas supply source 609, respectively N 2 gas is constituted to be capable of supplying as an inert gas.
  • the first inert gas supply source 608 means the N 2 gas line provided in the equipment of the manufacturing plant of the semiconductor device
  • the second inert gas supply source 609 is the substrate treatment device 10 and the exhaust gas treatment system 600. the provided either or both, N 2 gas cylinder or means storable tank N 2 gas.
  • the first inert gas supply source 608 and the exhaust gas treatment chamber 601 are connected by a gas supply pipe 608a.
  • the gas supply pipe 608a is provided with an MFC 608b and a valve 608c from the upstream side.
  • the first inert gas supply unit is composed of a gas supply pipe 608a, an MFC 608b, and a valve 608c.
  • the second inert gas supply source 609 and the exhaust gas treatment chamber 601 are connected by a gas supply pipe 609a.
  • the gas supply pipe 609a is provided with a flow rate adjusting unit 609b and a valve 609c from the upstream side.
  • the flow rate adjusting unit 609b is composed of any of an MFC, a needle valve, and an orifice.
  • the inert gas is sent to the exhaust gas treatment chamber. Can be supplied.
  • the second inert gas supply unit is composed of a gas supply pipe 609a, a flow rate adjusting unit 609b, and a valve 609c.
  • the second inert gas supply source 609 is composed of a tank capable of storing the inert gas
  • the first inert gas supply source 608 and the second inert gas supply are supplied as shown by the dotted line in FIG.
  • the source 609 is connected by a gas supply pipe 609d, and a valve 609e is provided in the gas supply pipe 609d so that the inert gas can be supplied from the first inert gas supply source 608 to the second inert gas supply source 609. You may.
  • the storage of the inert gas in the second inert gas supply source 609 is performed, for example, before the treatment by the substrate processing apparatus 10.
  • the exhaust gas treatment chamber 601 is configured to be able to supply an additive gas having an effect of promoting the exhaust gas treatment.
  • the added gas is a gas that promotes combustion and generation of plasma.
  • the gas that promotes combustion for example, at least one of propane (C 3 H 8 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, oxygen (O 2 ) gas, dry air, and the like is used. Mainly, propane gas is used.
  • propane gas is used.
  • a gas different from the reducing gas is used.
  • the gas that promotes the generation of plasma include rare gases such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, and neon (Ne) gas.
  • the added gas is supplied from the added gas source 610 to the exhaust gas treatment chamber 601 via the gas supply pipe 610a.
  • the gas supply pipe 610a is provided with an MFC 610b and a valve 610c from the upstream side.
  • An exhaust pipe 611 for exhausting the exhaust gas treated in the exhaust gas treatment chamber 601 is connected to the exhaust gas treatment chamber 601 so that the exhaust gas can be exhausted to the exhaust equipment of the semiconductor device manufacturing factory.
  • the exhaust pipe 611 is provided with a valve 612.
  • the exhaust gas treatment system 600 is composed of at least an exhaust gas treatment chamber 601, an exhaust pipe 603,611, a bypass exhaust pipe 605, and valves 604,606,608c, 609c, 612.
  • the other configurations described above may be added to the exhaust gas treatment system 600.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured so that data can be exchanged with the CPU 121a via the internal bus.
  • An input / output device 122 for inputting / outputting data configured as, for example, a touch panel is connected to the controller 121.
  • the storage device 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing device, a process recipe in which procedures and conditions of a method for manufacturing a semiconductor device to be described later are described, and the like are readablely stored.
  • the process recipes are combined so that the controller 121 can execute each step (each step) in the method of manufacturing a semiconductor device described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • the process recipe, control program, etc. are collectively referred to as a program.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 121a are temporarily held.
  • the I / O port 121d has the above-mentioned MFC 312,322,332,512,522,532, valve 314,324,334,514,524,534, pressure sensor 245, APC valve 243, vacuum pump 246, heater 207, temperature. It is configured to be connectable to a sensor 263, a rotation mechanism 267, a boat elevator 115, an exhaust gas treatment system 600, and the like. Further, the exhaust gas treatment system 600 is configured to be connectable to the exhaust gas controller 601c.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and read a recipe or the like from the storage device 121c in response to an input of an operation command from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a adjusts the flow rate of various gases by the MFC 312, 322, 332, 521, 522, 532, opens and closes the valves 314, 324, 334, 514, 524, 534, and the APC valve so as to follow the contents of the read recipe.
  • the CPU 121a or the exhaust gas controller 601c is a processing operation by the processing unit 601a, a detection operation by the detection unit 601b, and a flow rate adjustment operation of various gases by the MFC 608b, 610b and the flow rate adjustment unit 609b based on the detection by the detection unit 601b in the exhaust gas treatment system 600.
  • 604,605,608c, 609c, 610c, 612 are configured to control the opening / closing operation and the like.
  • the controller 121 is stored in an external storage device (for example, magnetic tape, magnetic disk such as flexible disk or hard disk, optical disk such as CD or DVD, magneto-optical disk such as MO, semiconductor memory such as USB memory or memory card) 123.
  • the above-mentioned program can be configured by installing it on a computer.
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as a computer-readable recording medium. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • the recording medium may include only the storage device 121c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both of them.
  • the program may be provided to the computer by using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • Substrate processing process As one step of the manufacturing process of the semiconductor device (device), an example of a step of forming, for example, a metal film constituting a gate electrode on the wafer 200 will be described with reference to FIG.
  • the step of forming the metal film is performed using the processing furnace 202 of the substrate processing apparatus 10 described above. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing device 10 is controlled by the controller 121.
  • wafer When the word “wafer” is used in the present specification, it may mean “wafer itself” or “a laminate of a wafer and a predetermined layer, film, etc. formed on the surface thereof". is there.
  • wafer surface When the term “wafer surface” is used in the present specification, it may mean “the surface of the wafer itself” or “the surface of a predetermined layer, film, etc. formed on the wafer”. is there.
  • board in the present specification is also synonymous with the use of the term "wafer”.
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 so as to have a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 243 is feedback-controlled based on the measured pressure information (pressure adjustment). The vacuum pump 246 is always kept in operation until at least the processing on the wafer 200 is completed. Further, the inside of the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature. At this time, the amount of electricity supplied to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment). The heating in the processing chamber 201 by the heater 207 is continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.
  • a step of forming a metal film on the wafer 200 is executed as a film forming step S300.
  • the metal film will be described as a W film.
  • the film forming step S300 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • First processing gas supply process S301 First, the first processing gas supply step S301 is performed.
  • the valve 314 is opened to supply the raw material gas as the first processing gas into the gas supply pipe 310.
  • the raw material gas is WF 6 gas.
  • the flow rate of the WF 6 gas is adjusted by the MFC 312, is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410a of the nozzle 410, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • WF 6 gas is supplied to the wafer 200.
  • the valve 514 is opened at the same time, and an inert gas such as N 2 gas is allowed to flow in the gas supply pipe 510.
  • the flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 510 is adjusted by the MFC 512 , is supplied into the processing chamber 201 together with the WF 6 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valves 524 and 534 are opened to allow the N 2 gas to flow into the gas supply pipes 520 and 530.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 via the gas supply pipes 320 and 330 and the nozzles 420 and 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, 1 to 3990 Pa, preferably 5 to 2660 Pa, and more preferably 10 to 1500 Pa.
  • the supply flow rate of the WF 6 gas controlled by the MFC 312 is, for example, a flow rate within the range of 0.01 to 10 slm, preferably 0.3 to 3 slm, and more preferably 0.5 to 2 slm.
  • the supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFC 512, 522, 532 is, for example, 0.01 to 20 slm, preferably 0.1 to 10 slm, and more preferably 0.1 to 1 slm.
  • the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is in the range of, for example, 250 to 600 ° C.
  • the only gases flowing in the processing chamber 201 are WF 6 gas and N 2 gas.
  • a W-containing layer is formed on the wafer 200 (base film on the surface).
  • the W-containing layer may be a W layer containing fluorine (F), an adsorption layer of WF 6 , or both of them.
  • the valve 314 is closed and the supply of WF 6 gas is stopped.
  • the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is left open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the WF 6 after contributing to the formation of the unreacted or W-containing layer remaining in the processing chamber 201.
  • Exhaust gas from the processing chamber 201 At this time, the valves 514, 524, 534 are left open to maintain the supply of the N 2 gas into the processing chamber 201.
  • the N 2 gas acts as a purge gas, and can enhance the effect of removing the unreacted or WF 6 gas remaining in the treatment chamber 201 after contributing to the formation of the W-containing layer from the treatment chamber 201.
  • the reaction gas is H 2 gas.
  • the second treatment gas a gas having reducing or flammable properties is usually used.
  • the valve 324 is opened and H 2 gas, which is a reducing gas, flows into the gas supply pipe 320.
  • the flow rate of the H 2 gas is adjusted by the MFC 322, the gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply hole 420a of the nozzle 420, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, H 2 gas is supplied to the wafer 200.
  • the valve 524 is opened at the same time, and an inert gas such as N 2 gas is allowed to flow in the gas supply pipe 520.
  • the flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 520 is adjusted by the MFC 522 , is supplied into the processing chamber 201 together with the H 2 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valves 514 and 534 are opened to allow the N 2 gas to flow into the gas supply pipes 510 and 530.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 via the gas supply pipes 310 and 330 and the nozzles 410 and 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is set to, for example, a pressure in the range of 1 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of the H 2 gas controlled by the MFC 322 is, for example, a flow rate in the range of 0.1 to 50 slm.
  • the supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFC 512, 522, 532 is, for example, a flow rate within the range of 0.1 to 20 slm.
  • Time for supplying the H 2 gas to the wafer 200 is, for example, time within a range of 0.1 to 20 seconds.
  • the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is in the range of, for example, 200 to 600 ° C.
  • the only gases flowing in the processing chamber 201 are H 2 gas and N 2 gas, and by supplying the H 2 gas, for example, from less than one atomic layer to several atomic layers on the wafer 200 (surface base film).
  • a W layer is formed as a thick metal layer.
  • Determination step S400 By executing the cycle of sequentially performing the first processing gas supply step S301 to the residual gas removal step S304 described above one or more times (predetermined number of times (n times)), a W film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200. To do. In this determination step S400, it is determined whether or not the predetermined number of times is n times or more. If it is n times or more, the film forming step S300 is terminated as a Y (Yes) determination. If it is less than n times, an N (No) determination is made and the above cycle is continued. The above cycle is preferably executed a plurality of times.
  • the first treated gas and the second treated gas are reacted in the gas phase without executing the residual gas removing steps S302 and S304. You may let the process take place.
  • the N 2 gas is supplied into the process chamber 201 from the respective gas supply pipes 510, 520, and 530, is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the N 2 gas acts as a purge gas, whereby the inside of the treatment chamber 201 is purged with the inert gas, and the gas and by-products remaining in the treatment chamber 201 are removed from the inside of the treatment chamber 201 (after-purge).
  • the atmosphere in the treatment chamber 201 is replaced with the inert gas (replacement of the inert gas), and the pressure in the treatment chamber 201 is restored to the normal pressure (return to atmospheric pressure).
  • the substrate processing step is performed.
  • the next exhaust gas treatment step S700 is performed while at least H 2 gas, which is a flammable gas, is being supplied.
  • Exhaust gas treatment process S700 Exhaust gas containing H 2 gas as a flammable gas exhausted from the substrate processing device 10 is supplied to the exhaust gas processing chamber 601 through the exhaust pipe 603.
  • the exhaust gas treatment chamber 601 is detoxified by the treatment unit 601a.
  • the detoxification treatment means at least one of combustion, decomposition by plasma, heat treatment (thermal decomposition by heating), stabilization by binding with other elements, dilution, trap (adsorption treatment), and the like. ..
  • combustion processing or plasma energy is given to the target gas from the processing unit 601a.
  • an active gas is supplied to the exhaust gas treatment chamber 601.
  • the first inert gas is supplied from the gas supply pipe 608a.
  • the exhaust gas detoxified by these treatments is exhausted from the exhaust gas treatment chamber 601 to the exhaust equipment of the semiconductor device manufacturing factory via the exhaust pipe 611.
  • the configuration of the processing unit 601a differs depending on the content of the detoxification treatment.
  • it becomes an ignition source.
  • plasma decomposition processing it is composed of electrodes that generate plasma.
  • thermal decomposition by heating it is composed of a heating element (heater).
  • the detoxification treatment a treatment of burning H 2 gas (reacting with oxygen O) to generate water (H 2 O) and detoxifying it is described.
  • oxygen is supplied as an additive gas.
  • the supply of the additive gas is continued while at least the above-mentioned flammable gas is supplied into the inner tube 204 in the reaction tube.
  • propane (C 3 H 8 ) gas is supplied as an additional gas.
  • the flow rate of the propane gas is adjusted by the MFC 610b, and the propane gas is supplied to the exhaust gas treatment chamber 601 via the valve 610c.
  • the flow rate of propane gas may be adjusted to a preset flow rate, or is required for combustion based on the flow rate of H 2 gas supplied into the inner tube 204 in the above-mentioned substrate processing step.
  • the flow rate of propane gas may be automatically set using MFC610b.
  • oxygen (O 2 ) gas may be added to promote combustion.
  • the flow rate of the O 2 gas is set so that the ratio of hydrogen and oxygen is 2: 1.
  • This setting may be calculated by the CPU 121a of the controller 121, and the flow rate setting data may be transmitted from the controller 121 to the MFC 610b. Further, the flow rate setting data may be transmitted from the controller 121 to the MFC 610b via the exhaust gas controller 601c. If the additive gas is not used in the treatment in the exhaust gas treatment chamber 601, the additive gas is not supplied.
  • the exhaust gas treatment chamber 601 is filled with the first inert gas that dilutes the exhaust gas. Be supplied.
  • the first inert gas is supplied from the first inert gas supply source 608 to the exhaust gas treatment chamber 601 via the gas supply pipe 608a, the MFC 608b, and the valve 608c.
  • the first inert gas is adjusted to a predetermined flow rate by the MFC608b.
  • the diluting gas is non-combustible such as nitrogen (N 2 ) gas, rare gas element gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and carbon dioxide (CO 2) gas. Sex gas is used.
  • N 2 gas or a rare gas such as it can be said that the non-flammable gas.
  • the error determination step S701 is configured to be executable.
  • the error determination step S701 determines whether or not there is an abnormality in at least the processing in the exhaust gas treatment chamber 601. Specifically, the detection unit 601b provided in the exhaust gas treatment chamber 601 detects whether or not the combustion in the exhaust gas treatment chamber 601 is stopped, and based on the detected data (current value, voltage value, etc.). , Either or both of the exhaust gas controller 601c and the controller 121 determines whether or not the detoxification process is stopped. When the detoxification process is not stopped, the error determination step S701 is repeatedly executed at regular intervals as an N (No) determination. When the detoxification process is stopped, that is, after the Y (Yes) determination is made, the next exhaust route switching step S702 is performed.
  • exhaust route switching step S702 In the exhaust route switching step S702, the exhaust route is switched so that the exhaust gas discharged from the substrate treatment device 10 is not supplied to the exhaust gas treatment chamber 601. Specifically, the exhaust gas controller 601c or the controller 121 closes the valve 604 as the first valve, opens the valve 606 as the second valve, and the exhaust gas from the substrate processing device 10 is sent to the bypass exhaust pipe 605. Change the route so that it is exhausted. The area beyond the bypass exhaust pipe 605 is exhausted to the exhaust equipment of the semiconductor device factory. By switching the exhaust route in this way, it is possible to suppress the entry of new exhaust gas into the exhaust gas treatment chamber 601 and suppress the increase in the concentration of the exhaust gas in the exhaust gas treatment chamber 601.
  • the inert gas is supplied in order to reduce (dilute) the concentration of the exhaust gas in the exhaust gas treatment chamber 601.
  • the pressure of the first inert gas supply source 608 may decrease.
  • the first inert gas supply source 608 that supplies the first inert gas supplies the inert gas not only to the exhaust gas treatment chamber 601 but also to the inner tube 204 of the substrate treatment apparatus 10. It is configured to be possible. For example, it may be connected as an inert gas supply source such as the gas supply pipes 510, 520, 530 described above. Further, it may be connected not only to one substrate processing device 10 but also to a plurality of substrate processing devices 10. In such a case, the pressure of the first inert gas supply source 608 may be temporarily lowered, which may affect the processing of the substrate processing apparatus 10. In this case, there arises a problem that the predetermined processing in the substrate processing apparatus 10 is stopped.
  • the first inert gas supply source 608 is a pure nitrogen line, it may affect the heat treatment and film formation treatment on the substrate performed by the substrate processing apparatus 10. If the first inert gas supply source 608 is an industrial nitrogen line, purging in the inner tube 204 of the other substrate processing device 10 and the transfer space of the wafer 200 provided in the substrate processing device 10 (not shown). ) May affect the purging, etc. In addition, it may affect the dilution treatment in the exhaust gas treatment system 600 connected to the other substrate treatment device 10. Therefore, in the present disclosure, the controller 121 or the exhaust gas controller 601c supplies the first inert gas to the exhaust gas treatment chamber 601 from the first inert gas supply unit while the exhaust gas is being treated in the exhaust gas treatment chamber 601. Then, when the treatment in the exhaust gas treatment chamber 601 is stopped, the second inert gas supply step S703 can be executed so that the second inert gas is supplied from the second inert gas supply unit to the exhaust gas treatment chamber 601. It is configured in.
  • the second inert gas supply step S703 will be described.
  • the valve 609c is opened, and the second inert gas is supplied from the second inert gas supply source 609 to the exhaust gas treatment chamber 601 via the gas supply pipe 609a, the flow rate adjusting unit 609b, and the valve 609c. ..
  • the second inert gas is supplied at least until the gas concentration in the exhaust gas treatment chamber 601 becomes smaller than a predetermined concentration.
  • the supply flow rate from the second inert gas supply source 609 to the exhaust gas treatment chamber 601 continues until the second inert gas supply flow rate stabilizes once and then fluctuates.
  • the second inert gas stored in the second inert gas supply source 609 may be used up.
  • the supply of the first inert gas may be stopped. Further, the flow rate of the first inert gas is maintained at the same flow rate as that during the normal detoxification treatment, so that the second inert gas is supplied in addition to the supply of the first inert gas. Is also good. Further, the flow rate of the first inert gas may be changed so as to be smaller than the flow rate of the second inert gas.
  • the flow rate setting (flow rate data of the second inert gas) of the flow rate adjusting unit 609b may be set to a predetermined flow rate in advance, or is based on the H 2 gas flow rate used in the above-mentioned film forming step.
  • the flow rate data of the second inert gas may be calculated and set.
  • the flow rate data of the second inert gas may be calculated and set based on the above-mentioned H 2 gas flow rate and the gas characteristic data.
  • the characteristic data of the gas includes at least one of the explosion concentration, the molecular weight, the gas type, and the like.
  • the flow rate of the inert gas is calculated so that the concentration is smaller than the explosive concentration.
  • the inert gas flow rate in the formula is any one of the flow rate of the second inert gas, the flow rate of the first inert gas, and the total flow rate of the second inert gas.
  • the lower limit of the flow rate of the inert gas is 1200 slm.
  • the lower limit of the inert gas flow rate becomes 1920Slm.
  • the explosion concentration of H 2 gas is set to 4%.
  • the gas characteristic data such as the explosion concentration and the molecular weight are configured to be readable from the gas safety data sheet (SDS: Safety Data Sheet) data. That is, these data are configured to be recordable in the storage device 121c.
  • the flow rate data of the second inert gas calculated by the above formula is the flow rate. It is set as the lower limit value of the adjusting unit 609b. That is, it is impossible to set a flow rate smaller than the calculated inert gas flow rate.
  • This setting is executed by the CPU 121a of the controller 121. Further, the calculated flow rate data of the second inert gas is output (notified) to the input / output device 122 without setting the calculated flow rate data of the second inert gas as the lower limit value of the flow rate adjusting unit 609b. ) May be configured.
  • the controller 121 tells the input / output device 122 to change the flow rate setting of the needle valve or to an orifice having a flow rate larger than the calculated flow rate.
  • the message may be configured to be broadcast so as to encourage the exchange of. With such a configuration, the flow rate setting work of the flow rate adjusting unit 609b becomes easy.
  • This flow rate setting is executed at least before the second inert gas supply step S703. If the flow rate adjusting unit 609b is configured such that the flow rate of the needle valve or orifice cannot be easily adjusted, the needle valve is adjusted or the orifice of the corresponding flow rate is used when assembling the substrate processing device 10 or the exhaust gas treatment system 600. Is installed.
  • the inert gas may be supplied to the exhaust gas treatment chamber 601 without controlling the flow rate.
  • the inert gas By supplying the inert gas without controlling the flow rate, it is possible to shorten the time for reducing the gas concentration in the exhaust gas treatment chamber 601.
  • the load of the exhaust equipment (not shown) of the semiconductor manufacturing factory connected to the subsequent stage of the exhaust gas treatment chamber 601 will increase, and that the exhaust gas treatment system 600 needs to have a pressure-resistant structure. Therefore, preferably, the flow rate is adjusted as described above to supply the inert gas to the exhaust gas treatment chamber 601.
  • valve 608c which is a part of the first inert gas supply unit
  • valve 609c which is a part of the second inert gas supply unit
  • a three-way valve connecting the exhaust gas treatment chamber 601, the first inert gas supply unit, and the second inert gas supply unit may be provided.
  • the controller 121 or the exhaust gas controller 601c is configured to be able to control the three-way valve when it is determined that the processing of the exhaust gas treatment chamber 601 has stopped.
  • (E) By calculating the flow rate of the second inert gas based on the gas flow rate used in the film forming process and the gas characteristic data, the operator of the substrate processing apparatus and the operator of the exhaust gas treatment system It is possible to reduce work mistakes.
  • (F) By setting the calculated second inert gas flow rate as the lower limit value, it is possible to reduce work mistakes of the operator of the substrate processing apparatus and the operator of the exhaust gas treatment system.
  • (G) By notifying the calculated second inert gas flow rate, it is possible to reduce work mistakes of the operator of the substrate processing apparatus and the operator of the exhaust gas treatment system.
  • a reducing gas (combustible gas), although an example of using the H 2 gas, the present disclosure is not limited to this, monosilane ( SiH 4) gas, disilane (Si 2 H 6) gas, may be used silane-based gas and the like. Since these gases are also flammable, the detoxification treatment as described above is required.
  • the lower limit of the second inert gas flow rate is 144 slm.
  • Si 2 H 6 gas is supplied for 2 slm
  • the lower limit of the second inert gas flow rate is 398 slm.
  • the lower limit of the explosion concentration is 1.37% for SiH 4 gas and 0.5% for Si 2 H 6 gas, respectively.
  • the present disclosure is not limited to this, and a step of forming a titanium nitride (TiN) film may be used.
  • TiN titanium nitride
  • TiCl 4 gas, SiH 4 gas, and NH 3 gas may be used.
  • detoxification process described above may be performed.
  • the present disclosure is not limited to the steps of forming these films, and can be applied to, for example, the steps of forming Mo films.
  • any Mo-containing gas such as MoO 2 Cl 2 , MoOCl 4 , or the like and any reducing gas such as H 2 , SiH 4 , Si 2 H 6 or the like are used.
  • the present disclosure is not limited to the steps of forming a transition metal film such as these, and can be applied to, for example, a step of forming a Si film.
  • the formation of the Si film is performed using the above-mentioned silane-based gas.
  • the present disclosure has described the case where it is applied to a double reaction tube composed of an outer tube 203 and an inner tube 204, but the present disclosure is not limited to this, and it can be applied to a single reaction tube.
  • Substrate processing device 121 ... Controller, 200 ... Wafer (board), 201 ... Processing room

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Abstract

除害装置が停止した場合においても、処理ガスを無害化する。 基板を収容する反応管と、反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、反応管内の処理ガスを排気する排気部と、排気部に接続され、排気された処理ガスを処理する排ガス処理室と、反応管内に第1の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源に接続され、排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給部と、排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給部と、排ガス処理室内のガスを排気する排気管と、排ガス処理室で処理ガスを処理している間は、第1不活性ガス供給部から排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給し、排ガス処理室の処理が停止した時は第2不活性ガス供給部から排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する様に第1不活性ガス供給部と第2不活性ガス供給部とを制御可能に構成された制御部と、を有する。

Description

基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、記録媒体および排ガス処理システム
 本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、記録媒体および排ガス処理システムに関する。
 半導体装置の製造工程の一工程で用いられる基板処理装置では、除害装置を用いて、基板処理装置で使われた処理ガスに対して除害処理が行われている。例えば、特許文献1、特許文献2参照。
特開2010-073772号公報 特開2009-88308号公報
 上述したように除害装置が何らかの原因により、停止した場合には、処理ガスを別の手段で無害化する必要がある。
 本開示は、除害装置が停止した場合においても、処理ガスを無害化することが可能な技術を提供する。
 本開示の一態様によれば、例えば、基板を収容する反応管と、反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、反応管内の処理ガスを排気する排気部と、排気部に接続され、排気された処理ガスを処理する排ガス処理室と、反応管内に第1の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源に接続され、排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給部と、排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給部と、排ガス処理室内のガスを排気する排気管と、排ガス処理室で処理ガスを処理している間は、第1不活性ガス供給部から排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給し、排ガス処理室の処理が停止した時は第2不活性ガス供給部から排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する様に第1不活性ガス供給部と第2不活性ガス供給部とを制御可能に構成された制御部と、を有する技術が提供される。
 本開示によれば、除害装置が停止した場合においても、処理ガスを無害化させることが可能となる。
本開示の一実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。 図1におけるA-A線概略横断面図である。 基板処理装置と排ガス処理システムの概略を示す図である。 基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 基板処理工程を示すフロー図である。 ガス供給のタイミングを示す図である。 排ガス処理工程を示すフロー図である。
<本開示の一実施形態>
 以下に本開示の一実施形態について説明する。
(1)基板処理装置の構成
 基板処理装置10は、加熱手段(加熱機構、加熱系)としてのヒータ207が設けられた処理炉202を備える。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。
 ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管としての反応容器(処理容器)を構成するアウタチューブ203が配設されている。アウタチューブ203は、例えば石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料等で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ203の下方には、アウタチューブ203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)などの金属材料で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部と、アウタチューブ203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ203は垂直に据え付けられた状態となる。
 アウタチューブ203の内側には、反応管としての反応容器を構成するインナチューブ204が配設されている。インナチューブ204は、例えば石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。主に、アウタチューブ203と、インナチューブ204と、マニホールド209とにより反応管としての処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の筒中空部(インナチューブ204の内側)には処理室201が形成されている。
 処理室201は、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。
 処理室201内には、ノズル410,420,430がマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430には、ガス供給管310,320,330が、それぞれ接続されている。ただし、本実施形態の処理炉202は上述の形態に限定されない。
 ガス供給管310,320,330には上流側から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)312,322,332がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管310,320,330には、開閉弁であるバルブ314,324,334がそれぞれ設けられている。ガス供給管310,320,330のバルブ314,324,334の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管510,520,530がそれぞれ接続されている。ガス供給管510,520,530には、上流側から順に、流量制御器(流量制御部)であるMFC512,522,532及び開閉弁であるバルブ514,524,534がそれぞれ設けられている。
 ガス供給管310,320,330の先端部にはノズル410,420,430がそれぞれ連結接続されている。ノズル410,420,430は、L字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430の垂直部は、インナチューブ204の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状(溝形状)の予備室201aの内部に設けられており、予備室201a内にてインナチューブ204の内壁に沿って上方(ウエハ200の配列方向上方)に向かって設けられている。
 ノズル410,420,430は、処理室201の下部領域から処理室201の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ200と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔410a,420a,430aが設けられている。これにより、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aからそれぞれウエハ200に処理ガスを供給する。このガス供給孔410a,420a,430aは、インナチューブ204の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔410a,420a,430aは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ204の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔410a,420a,430aから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
 ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aは、後述するボート217の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aから処理室201内に供給された処理ガスは、ボート217の下部から上部までに収容されたウエハ200の全域に供給される。ノズル410,420,430は、処理室201の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート217の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
 ガス供給管310からは、処理ガスとして、金属元素を含む原料ガス(金属含有ガス)が、MFC312、バルブ314、ノズル410を介して処理室201内に供給される。原料としては、例えば金属元素としてのタングステン(W)を含み、ハロゲン系原料(ハロゲン化物、ハロゲン系タングステン原料)としてのフッ化タングステン(WF)が用いられる。
 ガス供給管320からは、処理ガスとして、還元ガスが、MFC322、バルブ324、ノズル420を介して処理室201内に供給される。還元ガスとしては、例えば、水素(H)を含むガスや、シリコン(Si)及び水素を含み、ハロゲンを含まないガスを用いることができる。例えば水素(H)ガス、モノシラン(SiH)ガス、ジシラン(Si)ガス等のシラン系ガス、等を用いることができる。これらのガスは還元剤として作用する。また、これらのガスは、可燃性の性質を有し、可燃性ガスとも呼ぶ。
 ガス供給管330からは、処理ガスとして、原料ガスと反応する反応ガスが、MFC332、バルブ334、ノズル430を介して処理室201内に供給可能に構成される。反応ガスとしては、例えば窒素(N)を含むN含有ガスとしての例えばアンモニア(NH)ガスを用いることができる。
 ガス供給管510,520,530からは、不活性ガスとして、例えば窒素(N)ガスが、それぞれMFC512,522,532、バルブ514,524,534、ノズル410,420,430を介して処理室201内に供給される。以下、不活性ガスとしてNガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Nガス以外に、例えば、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いてもよい。
 主に、ガス供給管310,320、MFC312,322、バルブ314,324、ノズル410,420により処理ガス供給部(処理ガス供給系とも呼ぶ)が構成されるが、ノズル410,420のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系は単にガス供給系と称してもよい。ガス供給管310から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管310、MFC312、バルブ314により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル410を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管320から還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管320、MFC322、バルブ324により還元ガス供給系が構成されるが、ノズル420を還元ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、ガス供給管510,520、MFC512,522、バルブ514,524により不活性ガス供給系が構成される。なお、ガス供給管330、MFC332、バルブ334を処理ガス供給系に含めて考えても良い。成膜に必要なガス種分だけ、ガス供給管、MFC、バルブを適宜追加すれば良い。ガス供給管330から反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管330、MFC332、バルブ334により反応ガス供給系が構成されるが、ノズル430を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管330から反応ガスとして窒素含有ガスを供給する場合、反応ガス供給系を窒素含有ガス供給系と称することもできる。なお、ガス供給管530、MFC532、バルブ534を不活性ガス供給系に加えても良い。なお、本開示における処理ガス供給部は、反応ガス(還元ガス)を供給する構成のみで構成しても良い。具体的には、ノズル420で構成しても良いし、ノズル420にガスを供給する構成(還元ガス供給系)を含めて構成しても良い。
 本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ204の内壁と、複数枚のウエハ200の端部とで定義される円環状の縦長の空間内の予備室201a内に配置したノズル410,420を経由してガスを搬送している。そして、ノズル410,420のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔410a,420aからインナチューブ204内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル410のガス供給孔410a、ノズル420のガス供給孔420aにより、ウエハ200の表面と平行方向に向かって原料ガス等を噴出させている。
 排気孔(排気口)204aは、インナチューブ204の側壁であってノズル410,420に対向した位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。ノズル410,420のガス供給孔410a,420aから処理室201内に供給され、ウエハ200の表面上を流れたガスは、排気孔204aを介してインナチューブ204とアウタチューブ203との間に形成された隙間で構成される排気路206内に流れる。そして、排気路206内へと流れたガスは、排気管231内に流れ、処理炉202外へと排出される。
 排気孔204aは、複数のウエハ200と対向する位置に設けられており、ガス供給孔410a,420aから処理室201内のウエハ200の近傍に供給されたガスは、水平方向に向かって流れた後、排気孔204aを介して排気路206内へと流れる。排気孔204aはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
 マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、上流側から順に、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ243は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができる。主に、排気孔204a、排気路206、排気管231、APCバルブ243及び圧力センサ245により、排気部(排気系とも呼ぶ)が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。
 マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属材料で構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。シールキャップ219における処理室201の反対側には、ウエハ200を収容するボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、アウタチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ115は、ボート217及びボート217に収容されたウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成されている。
 基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば25~200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成される断熱板218が水平姿勢で多段(図示せず)に支持されている。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料で構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
 図2に示すように、インナチューブ204内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電量を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、ノズル410,420及び430と同様にL字型に構成されており、インナチューブ204の内壁に沿って設けられている。
 図3に示す様に、基板処理装置10の排気部に接続された真空ポンプ246の下流側には、排ガス処理室601を含む排ガス処理システム600が接続される。真空ポンプ246と排ガス処理室601は、排気管603により接続される。排気管603には、上流側(真空ポンプ側)から第1のバルブとしてのバルブ604が設けられている。なお、バルブ604の上流側には、設備排気系統に排気ガスをバイパス排気させるバイパス排気管605が接続されている。バイパス排気管605には、第2のバルブとしてのバルブ606が設けられる。なお、バルブ604とバルブ606は、別々のバルブでは無く、同一のバルブ、即ち三方弁607により構成しても良い。基板処理装置10の排気ガスは、真空ポンプ246、バルブ604、排気管603を介して、排ガス処理室601に供給(排気)される様に構成される。
 なお、排ガス処理室601には、複数の基板処理装置10の排気ガスが供給可能に構成されていることが有る。複数の基板処理装置10を有する場合、図3の点線に示す様に、排気管603、バルブ604,606、バイパス排気管605、等を基板処理装置10の台数分増やせば良い。
<排ガス処理システム>
 排ガス処理システムは、少なくとも排ガス処理室601が設けられている。排ガス処理室601には、排ガス処理室601に供給される排ガスを無害化する処理部601aと処理部601aの動作を検出する検出部601bが設けられている。また、検出部601bは、検出したデータ(測定値)を排ガスコントローラ601c又は、後述のコントローラ121に送信可能に構成されている。ここで、処理部601aは、排ガス処理室601内に、炎又はプラズマを発生させる電極又は、加熱源で構成される。検出部601bは、炎センサ、光センサ、マッチングボックス、等で構成され、排ガス処理室601内での処理が行われているか否かを検出可能に構成されている。具体的には、炎やプラズマが発生しているか否かを光や、電極に引火される電力等を測定可能に構成される。
 排ガス処理室601には、第1の不活性ガスとしての窒素(N)ガスを供給する第1不活性ガス供給源608と、第2の不活性ガスとしての窒素(N)ガスを供給する第2不活性ガス供給源609から、それぞれ不活性ガスとしてのNガスが供給可能に構成される。ここで、第1不活性ガス供給源608は、半導体装置の製造工場の設備に設けられるNガスラインを意味し、第2不活性ガス供給源609は、基板処理装置10と排ガス処理システム600のいずれか又は両方に設けられる、Nガスボンベまたは、Nガスを貯留可能なタンクを意味する。第1不活性ガス供給源608と排ガス処理室601とは、ガス供給管608aで接続される。ガス供給管608aには、上流側からMFC608bとバルブ608cが設けられる。ここで、第1不活性ガス供給部は、ガス供給管608a、MFC608b、バルブ608cで構成される。第2不活性ガス供給源609と排ガス処理室601とは、ガス供給管609aで接続される。ガス供給管609aには、上流側から流量調整部609bとバルブ609cが設けられる。流量調整部609bは、MFC、ニードルバルブ、オリフィス、のいずれかで構成される。好ましくは、ニードルバルブ、オリフィスのいずれかで構成され、更に好ましくは、オリフィスで構成される。ニードルバルブや、オリフィス、等の流量調整手段は、電力や圧縮空気を用いずに流量調整できるため、何等かの原因で、電力や圧縮空気を供給できなくなったとしても排ガス処理室に不活性ガスを供給することが可能となる。ここで、第2不活性ガス供給部は、ガス供給管609a、流量調整部609b、バルブ609cで構成される。
 なお、第2不活性ガス供給源609を、不活性ガスを貯留可能なタンクで構成する場合、図3の点線で示す様に、第1不活性ガス供給源608と、第2不活性ガス供給源609とをガス供給管609dで接続し、ガス供給管609dにバルブ609eを設けて、第1不活性ガス供給源608から、第2不活性ガス供給源609に不活性ガスを供給可能に構成しても良い。この場合、第2不活性ガス供給源609への不活性ガスの貯留は、例えば、基板処理装置10での処理前に行われる。
 また、排ガス処理室601には、排ガス処理を促進させる効果のある、添加ガスが供給可能に構成される。ここで、添加ガスとは、燃焼やプラズマの発生を促進させるガスである。燃焼を促進させるガスとしては、例えば、プロパン(C)ガス、水素(H)ガス、酸素(O)ガス、ドライエア、等の少なくともいずれかが用いられる。主に、プロパンガスが用いられる。好ましくは、還元ガスとは異なる種類のガスが用いられる。プラズマの生成を促進させるガスとしては、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、等の希ガスがある。添加ガスは、添加ガス源610からガス供給管610aを介して、排ガス処理室601に供給される。ガス供給管610aには、上流側からMFC610b、バルブ610cが設けられている。
 排ガス処理室601には、排ガス処理室601で処理された排ガスを排気する排気管611が接続され、半導体装置の製造工場の排気設備に排気可能に構成される。排気管611には、バルブ612が設けられている。
 排ガス処理システム600は、少なくとも排ガス処理室601、排気管603,611、バイパス排気管605、バルブ604,606,608c,609c,612で構成される。上述のその他の構成を排ガス処理システム600に加えても良い。
 図4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データを入出力する入出力装置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、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程(各ステップ)をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることができ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、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、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。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、上述のMFC312,322,332,512,522,532、バルブ314,324,334,514,524,534、圧力センサ245、APCバルブ243、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115、排ガス処理システム600等に接続可能に構成されている。また、排ガス処理システム600は、排ガスコントローラ601cに接続可能に構成されている。
 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からレシピ等を読み出すように構成されている。CPU121aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC312,322,332,512,522,532による各種ガスの流量調整動作、バルブ314,324,334,514,524,534の開閉動作、APCバルブ243の開閉動作及びAPCバルブ243による圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動及び停止、回転機構267によるボート217の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、ボート217へのウエハ200の収容動作等を制御するように構成されている。また、CPU121a又は排ガスコントローラ601cは、排ガス処理システム600における処理部601aによる処理動作、検出部601bによる検出動作、検出部601bによる検出に基づくMFC608b,610b、流量調整部609bによる各種ガスの流量調整動作、バルブ604,605,608c,609c,610c,612の開閉動作等を制御するように構成されている。
 コントローラ121は、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に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。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ている。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。コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置123を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
(2)基板処理工程(成膜工程)
 半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、ウエハ200上に、例えばゲート電極を構成する金属膜を形成する工程の一例について、図5を用いて説明する。金属膜を形成する工程は、上述した基板処理装置10の処理炉202を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
 本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体」を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面」を意味する場合がある。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。
(基板搬入工程S100)
 複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、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内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介してアウタチューブ203の下端開口を閉塞した状態となる。
(圧力調整および温度調整工程S200)
 処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づき、APCバルブ243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
[成膜工程S300]
 続いて、ウエハ200上に、成膜工程S300として、金属膜を形成する工程を実行する。金属膜は、W膜として説明する。成膜工程S300について、図5と図6を用いて説明する。
(第1処理ガス供給工程S301)
 先ず、第1処理ガス供給工程S301が行われる。バルブ314を開き、ガス供給管310内に第1処理ガスとしての原料ガスを供給する。ここで、原料ガスは、WFガスである。WFガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してWFガスが供給される。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にNガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管510内を流れたNガスは、MFC512により流量調整され、WFガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル420,430内へのWFガスの進入を防止するために、バルブ524,534を開き、ガス供給管520,530内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管320,330、ノズル420,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
 このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Pa、好ましくは5~2660Pa、より好ましくは10~1500Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するWFガスの供給流量は、例えば0.01~10slm、好ましくは0.3~3slm、より好ましくは0.5~2slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば0.01~20slm、好ましくは0.1~10slm、より好ましくは0.1~1slmの範囲内の流量とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば250~600℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
 このとき処理室201内に流しているガスはWFガスとNガスのみである。WFガスの供給により、ウエハ200(表面の下地膜)上にW含有層が形成される。W含有層は、フッ素(F)を含むW層であってもよいし、WFの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。
(残留ガス除去工程S302)
 W含有層が形成された後、バルブ314を閉じ、WFガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはW含有層形成に寄与した後のWFガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534は開いたままとして、Nガスの処理室201内への供給を維持する。Nガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはW含有層形成に寄与した後のWFガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(第2処理ガス供給工程S303)
 次に、第2処理ガスとしての反応ガスを供給する工程が行われる。ここで、反応ガスは、Hガスである。なお、第2処理ガスは、通常、還元性や可燃性の特性を有するガスが用いられる。第2処理ガス供給工程S303では、バルブ324を開き、ガス供給管320内に還元ガスであるHガスを流す。Hガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してHガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にNガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れたNガスは、MFC522により流量調整され、Hガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,430内へのHガスの進入を防止するために、バルブ514,534を開き、ガス供給管510,530内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管310,330、ノズル410,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
 このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Paの範囲内の圧力とする。MFC322で制御するHガスの供給流量は、例えば0.1~50slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~20slmの範囲内の流量とする。Hガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.1~20秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば200~600℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室201内に流しているガスはHガスとNガスのみであり、Hガスの供給により、ウエハ200(表面の下地膜)上に、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さの金属層としてのW層が形成される。
 (残留ガス除去工程S304)
 W層が形成された後、バルブ324を閉じ、Hガスの供給を停止する。そして、残留ガス除去工程S302と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくはW層形成に寄与した後のHガスを処理室201内から排除する。
(判定工程S400)
 上記した第1処理ガス供給工程S301~残留ガス除去工程S304を順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回))実行することにより、ウエハ200上に、所定の厚さのW膜を形成する。この判定工程S400では、所定回数がn回以上となっているか否かが判定される。n回以上であれば、Y(Yes)判定として、成膜工程S300を終了させる。n回未満であれば、N(No)判定とし、上述のサイクルを継続させる。なお、上述のサイクルは、複数回実行するのが好ましい。
 なお、上述では、残留ガス除去工程S302,S304を実行する例について説明したが、残留ガス除去工程S302,S304を実行せずに、第1処理ガスと第2処理ガスを気相中で反応させるプロセスを行わせても良い。
(アフターパージおよび大気圧復帰工程S500)
 ガス供給管510,520,530のそれぞれからNガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。Nガスはパージガスとして作用し、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスや副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201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201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
(基板搬出工程S600)
 その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、インナチューブ204の下端が開口される。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態でインナチューブ204の下端からインナチューブ204の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
 この様にして、基板処理工程が行われる。なお、この基板処理工程の内、少なくとも、可燃性ガスであるHガスを供給している間、次の排ガス処理工程S700が行われる。
(排ガス処理工程S700)
 基板処理装置10から排気された可燃性ガスとしてのHガスを含む排気ガスは、排気管603を通り、排ガス処理室601に供給される。排ガス処理室601では、処理部601aにより、無害化される。
(無害化処理)
 排ガス処理室601では、無害化処理が行われる。ここで無害化処理とは、燃焼、プラズマによる分解、加熱処理(加熱による熱分解)、他の元素との結合による安定化、希釈化、トラップ(吸着処理)、等の少なくともいずれかを意味する。燃焼処理や、プラズマが行われる際には、処理部601aから、対象のガスにエネルギーが与えられる。他の元素との結合をさせる際には、活性なガスが排ガス処理室601に供給される。希釈処理の際には、ガス供給管608aから、第1の不活性ガスが供給される。これらの処理によって無害化された排気ガスは、排ガス処理室601から、排気管611を介して、半導体装置の製造工場の排気設備に排気される。
 ここで、処理部601aは、無害化処理の内容によって、構成が異なる。例えば、燃焼処理の場合は、着火源となる。プラズマによる分解処理の場合は、プラズマを発生させる電極で構成される。加熱による熱分解の場合は、発熱体(ヒータ)で構成される。
 本開示では、無害化処理として、Hガスを燃焼(酸素Oと反応)させて、水(HO)を生成して無害化させる処理について説明している。ここで、酸素は、添加ガスとして供給される。
(添加ガスの供給)
 添加ガスの供給は、少なくとも上述の可燃性ガスが、反応管内であるインナチューブ204内に供給されている間継続される。ここでは、添加ガスとして、プロパン(C)ガスが供給される。プロパンガスは、MFC610bで流量調整され、バルブ610cを介して、排ガス処理室601に供給される。なお、プロパンガスの流量は、事前に設定された流量に調整しても良いし、上述の基板処理工程で、インナチューブ204内に供給されるHガスの流量に基づいて、燃焼に必要なプロパンガスの流量をMFC610bを用いて自動設定しても良い。また、更に、燃焼を促進させるために、酸素(O)ガスを添加しても良い。Oガスの流量は、例えば、水素と酸素の比率が、2:1となる様に、Oガスの流量を設定する。この設定は、コントローラ121のCPU121aで演算され、コントローラ121から、MFC610bに流量の設定データを送信可能に構成しても良い。また、コントローラ121から、排ガスコントローラ601cを介して、MFC610bに流量の設定データを送信するように構成しても良い。なお、排ガス処理室601での処理において、添加ガスが用いられない場合は、添加ガスは供給されない。
(希釈ガス供給)
 そして、排ガス処理室601内において無害化処理が行われている間であって、排気ガスを処理している間は、排ガス処理室601には、排気ガスを希釈させる第1の不活性ガスが供給される。第1の不活性ガスは、第1不活性ガス供給源608から、ガス供給管608a、MFC608b、バルブ608cを介して排ガス処理室601に供給される。第1の不活性ガスは、MFC608bによって、所定流量に調整されている。ここで、希釈ガスは、窒素(N)ガスや、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、等の希ガス元素ガス、二酸化炭素(CO)ガス等の不燃性ガスが用いられる。なお、Nガスや希ガス等も不燃性ガスと言える。本開示では、主にNガスを用いている例を記している。
(排ガス処理システムのエラー)
 ところで、排ガス処理室601での無害化処理が、何らかの原因(エラー)により、停止する場合がある。これに備えて、エラー判定工程S701を実行可能に構成される。
(エラー判定工程S701)
 エラー判定工程S701では、排ガスコントローラ601cと、コントローラ121のいずれか又は両方が、少なくとも排ガス処理室601での処理に異常が有るか否かを判定する。具体的には、排ガス処理室601に設けられた検出部601bが、排ガス処理室601内の燃焼が停止しているか否かを検出し、検出したデータ(電流値、電圧値、等)に基づき、排ガスコントローラ601cとコントローラ121のいずれか又は両方が、無害化処理が停止しているか否かを判定する。無害化処理が停止していない場合は、N(No)判定として、一定周期で、エラー判定工程S701を繰り返し実行させる。無害化処理が停止している場合、即ち、Y(Yes)判定された後は、次の、排気ルート切替工程S702が行われる。
(排気ルート切替工程S702)
 排気ルート切替工程S702では、基板処理装置10から排出される排気ガスが排ガス処理室601に供給されない様に排気ルートの切替が行われる。具体的には、排ガスコントローラ601cまたはコントローラ121が、第1のバルブとしてのバルブ604を閉じ、第2のバルブとしてのバルブ606を開き、基板処理装置10からの排気ガスは、バイパス排気管605に排気される様にルート変更する。バイパス排気管605から先は、半導体装置の工場の排気設備に排気される。この様に排気ルートを切り替えることで、排ガス処理室601に新たな排気ガスが入り込むことを抑制し、排ガス処理室601内での排ガスの濃度上昇を抑制することが可能となる。
 排気ルート切替工程S702の後、排ガス処理室601内の排ガスの濃度を下げる(希釈化)ため、不活性ガスの供給が行われる。この際、第1不活性ガス供給部であるガス供給管608aから大量の第1の不活性ガスが供給された場合、第1不活性ガス供給源608の圧力が低下する場合がある。
 第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給源608は、図3に示す様に、排ガス処理室601だけでなく、基板処理装置10のインナチューブ204内にも不活性ガスを供給可能に構成されている。例えば、上述の、ガス供給管510,520,530等の不活性ガス供給源として接続されている場合がある。また、一台の基板処理装置10だけで無く、複数台の基板処理装置10に接続されている場合がある。このような場合には、第1不活性ガス供給源608の圧力が一時的に低下し、基板処理装置10の処理に影響を与える可能性がある。この場合、基板処理装置10での所定の処理が停止する課題が生じる。ここで、第1不活性ガス供給源608が、純窒素のラインであれば、基板処理装置10で行われる基板への加熱処理や成膜処理に影響を与える可能性がある。第1不活性ガス供給源608が、工業用窒素のラインであれば、他の基板処理装置10のインナチューブ204内のパージや、基板処理装置10に設けられたウエハ200の搬送空間(不図示)内のパージ等に影響を与える可能性がある。また、他の基板処理装置10に接続された排ガス処理システム600での希釈処理に影響を与える可能性がある。そのため、本開示では、コントローラ121又は排ガスコントローラ601cは、排ガス処理室601で排気ガスを処理している間は、第1不活性ガス供給部から排ガス処理室601に第1の不活性ガスを供給し、排ガス処理室601における処理が停止した時は、第2不活性ガス供給部から排ガス処理室601に第2の不活性ガスを供給するように、第2不活性ガス供給工程S703を実行可能に構成している。
(第2不活性ガス供給工程S703)
 第2不活性ガス供給工程S703について説明する。この工程では、バルブ609cが開き、第2不活性ガス供給源609から、ガス供給管609a、流量調整部609b、バルブ609cを介して、排ガス処理室601に第2の不活性ガスが供給される。
 第2の不活性ガスは、少なくとも、排ガス処理室601内のガス濃度が所定の濃度よりも小さくなるまで供給される。好ましくは、第2不活性ガス供給源609からの排ガス処理室601への供給流量が、第2の不活性ガス供給流量が一度安定した後、変動するまで継続する。なお、第2不活性ガス供給源609内に貯留された第2の不活性ガスは使い切りで運用しても良い。
 なお、第2の不活性ガスを供給している間は、第1の不活性ガスの供給は停止していても良い。また、第1の不活性ガスの流量を通常の無害化処理時の流量と同じ流量に維持して、第1の不活性ガスの供給に加えて第2の不活性ガスを供給するようにしても良い。また、第1の不活性ガスの流量を第2の不活性ガスの流量よりも小さくなるように流量変更しても良い。
 この様にして第2不活性ガス供給工程S703が行われる。
(第2の不活性ガス流量設定)
 ここで、流量調整部609bの流量設定(第2の不活性ガスの流量データ)は、事前に所定流量に設定されていても良いし、上述の成膜工程で用いられるHガス流量を基に、第2の不活性ガスの流量データを算出して設定しても良い。また、上述のHガス流量とガスの特性データに基づいて第2の不活性ガスの流量データを算出して設定しても良い。ここでガスの特性データとは、爆発濃度、分子量、ガス種類、等、の少なくともいずれかを含む。希釈対象のガスが、可燃性ガスや爆発性のガスである場合、爆発濃度よりも小さい濃度となる様に、不活性ガスの流量が算出される。例えば、「濃度X=可燃性ガス流量/(可燃性ガス流量+不活性ガス流量)」の式から、必要な不活性ガス流量を算出することができる。ここで、式中の不活性ガス流量とは、第2の不活性ガスの流量、第1の不活性ガスの流量と第2の不活性ガスの流量の合計値のいずれかとなる。例えば、Hガスを50slm供給している場合には、不活性ガス流量の下限は、1200slmとなる。Hガスを80slm供給している場合には、不活性ガス流量の下限は、1920slmとなる。ここでHガスの爆発濃度は、4%としている。なお、爆発濃度、分子量、等のガスの特性データは、ガスの安全データシート(SDS:Safety Data Sheet)データから読み取り可能に構成されている。即ち、これらのデータは記憶装置121cに記録可能に構成されている。
 第2の不活性ガスの流量を調整する流量調整部609bは、マスフローコントローラ(MFC)で構成されている場合には、上述の式で算出された第2の不活性ガスの流量データが、流量調整部609bの下限値として設定される。即ち、算出された不活性ガス流量のよりも小さい流量を設定することが不可に設定される。この設定は、コントローラ121のCPU121aが実行する。また、算出された第2の不活性ガスの流量データを、流量調整部609bの下限値として設定すること無く、算出された第2の不活性ガスの流量データを入出力装置122に出力(報知)する様に構成しても良い。
 また、流量調整部609bが、ニードルバルブやオリフィス、等で構成される場合、コントローラ121は、入出力装置122に、ニードルバルブの流量設定の変更や、算出された流量よりも大きい流量のオリフィスへの交換を促す様に、メッセージを報知可能に構成しても良い。この様に構成することで、流量調整部609bの流量設定作業が容易となる。
 この流量設定は、少なくとも、第2不活性ガス供給工程S703の前に実行する。流量調整部609bがニードルバルブやオリフィス等の流量調整が容易に行うことができない構成の場合には、基板処理装置10や排ガス処理システム600の組み立て時に、ニードルバルブの調整や、対応する流量のオリフィスの取り付けが行われる。
 なお、ここでは、第2不活性ガス供給工程S703で供給する不活性ガス流量を制御する例について説明したが、流量制御せずに、不活性ガスを排ガス処理室601に供給しても良い。流量制御せずに、不活性ガスを供給することで、排ガス処理室601内のガス濃度を小さくする時間を短縮することが可能となる。但し、排ガス処理室601の後段に接続された半導体製造工場の排気設備(不図示)の負荷が増大する可能性や、排ガス処理システム600の耐圧構造化が必要になる可能性がある。それ故、好ましくは、上述の様に流量調整して不活性ガスを排ガス処理室601に供給する。
 また、ここでは、排ガス処理室601に第1不活性ガス供給部の一部であるバルブ608cと、第2不活性ガス供給部の一部であるバルブ609cと、それぞれ制御する例について説明したが、バルブ608c,609cの代わりに排ガス処理室601と第1不活性ガス供給部と第2不活性ガス供給部とを接続する三方弁を設けてもよい。この場合、コントローラ121又は排ガスコントローラ601cは、排ガス処理室601の処理が停止したと判定したときに三方弁を制御可能に構成される。
(3)本実施形態による効果
 本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を得ることができる。
(a)排ガス処理室内の可燃性ガスの濃度を減少させることができる。
(b)排ガス処理室での無害化処理が停止した場合も、可燃性ガスの濃度を減少させることができる。
(c)第2不活性ガス供給源を用いることにより、第1不活性ガス供給源の圧力低下を抑制することが可能となる。
(d)成膜処理で用いるガス流量に基づいて、第2の不活性ガスの流量を算出することで、基板処理装置の作業者(オペレーター)や排ガス処理システムの作業者の作業ミスを低減することがでできる。
(e)成膜処理で用いるガス流量とガスの特性データに基づいて、第2の不活性ガスの流量を算出することで、基板処理装置の作業者(オペレーター)や排ガス処理システムの作業者の作業ミスを低減することがでできる。
(f)算出した第2の不活性ガス流量を下限値として設定することで、基板処理装置の作業者(オペレーター)や排ガス処理システムの作業者の作業ミスを低減することがでできる。
(g)算出した第2の不活性ガス流量を報知することで、基板処理装置の作業者(オペレーター)や排ガス処理システムの作業者の作業ミスを低減することがでできる。
 以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は、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。
 例えば、上述では、W膜を形成する工程で、還元性ガス(可燃性ガス)として、Hガスを用いた例を示したが、本開示は、これに限定されるものでは無く、モノシラン(SiH)ガス、ジシラン(Si)ガス、等のシラン系ガスを用いても良い。これらのガスも可燃性であるため、上述の様な無害化処理が必要となる。SiHガスを2slm供給している場合、第2の不活性ガス流量は、144slmが下限となる。Siガスを2slm供給している場合、第2の不活性ガス流量は、398slmが下限となる。爆発濃度の下限は、それぞれ、SiHガスが1.37%、Siガスが0.5%である。
 また、上述では、W膜を形成する工程を記したが、本開示は、これに限定されるものでは無く、窒化チタン(TiN)膜を形成する工程でも良い。TiN膜を形成する工程において、TiClガスとSiHガスと、NHガスを用いることがある。これらのガスの少なくともSiHガスの供給時に、上述の無害化処理が行われても良い。
 また、本開示はこれらの膜を形成する工程に限定されず、例えば、Mo膜を形成する工程にも適用することができる。Mo膜の形成工程では、MoOCl、MoOCl、等のいずれかのMo含有ガスと、H、SiH、Si等のいずれかの還元ガスが用いられる。
 また、本開示は、これらの様な遷移金属膜を形成する工程に限定されず、たとえば、Si膜を形成する工程にも適用することができる。Si膜の形成は、上述のシラン系ガスを用いて行われる。
 この様に、W膜を形成する処理に限らず、可燃性ガスを用いる処理に適用することが可能である。
 また、可燃性ガスを用いる処理や、使用したガス濃度を下げて排出する必要のある処理にも適用することが可能である。
 また、本開示は、アウタチューブ203とインナチューブ204により構成される二重の反応管に適用した場合について説明したが、これに限らず、一重の反応管にも適用することが可能である。
 以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
10・・・基板処理装置、121・・・コントローラ、200・・・ウエハ(基板)、201・・・処理室
 

Claims (15)

  1.  基板を収容する反応管と、
     前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
     前記反応管内の前記処理ガスを排気する排気部と、
     前記排気部に接続され、前記排気された処理ガスを処理する排ガス処理室と、
     前記反応管内に第1の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源に接続され、前記排ガス処理室に前記第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給部と、
     前記排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給部と、
     前記排ガス処理室内のガスを排気する排気管と、
     前記排ガス処理室で前記処理ガスを処理している間は、前記第1不活性ガス供給部から前記排ガス処理室に前記第1の不活性ガスを供給し、
     前記排ガス処理室の処理が停止した時は前記第2不活性ガス供給部から前記排ガス処理室に前記第2の不活性ガスを供給する様に前記第1不活性ガス供給部と前記第2不活性ガス供給部とを制御可能に構成された制御部と、
     を有する基板処理装置。
  2.  前記排ガス処理室には、前記排ガス処理室での処理状態を検出する検出部が設けられ、
     前記制御部は、前記検出部が出力したデータに基づいて、前記処理が停止しているか否かを判定可能に構成される
     請求項1に記載の基板処理装置。
  3.  前記制御部は、
     前記排ガス処理室の処理が停止していると判定した後、前記第1の不活性ガスの供給に加えて前記第2の不活性ガスを供給するように前記第1不活性ガス供給部と前記第2不活性ガス供給部とを制御可能に構成される
     請求項2に記載の基板処理装置。
  4.  前記制御部は、前記排ガス処理室の処理が停止していると判定した後、
     前記第2不活性ガス供給部から前記排ガス処理室に前記第2の不活性ガスを供給する際に、前記第2の不活性ガスの流量を前記第1の不活性ガスの流量よりも多くなるように前記第1不活性ガス供給部と前記第2不活性ガス供給部とを制御可能に構成される
     請求項2又は3に記載の基板処理装置。
  5.  前記排ガス処理室と前記第1不活性ガス供給部と前記第2不活性ガス供給部とは、三方弁で接続され、
     前記制御部は、前記排ガス処理室の処理が停止したと判定したときに前記三方弁を制御可能に構成される
     請求項2乃至4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  6.  前記制御部は、
     前記処理ガス供給部が供給する前記処理ガスの流量に基づいて、前記第2の不活性ガスの流量データを算出可能に構成される
     請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7.  前記制御部は、
     前記処理ガス供給部が供給する前記処理ガスの流量と前記処理ガスの特性データに基づいて、前記第2の不活性ガスの流量データを算出可能に構成される
     請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8.  前記制御部は、
     前記第2の不活性ガスの流量データを基に、前記第2の不活性ガスの流量を調整する流量調整部の流量を設定可能に構成される
     請求項6又は7に記載の基板処理装置。
  9.  データを入出力する入出力装置を有し、
     前記制御部は、
     前記第2の不活性ガスの流量データに対応するメッセージを前記入出力装置に送信可能に構成される
     請求項6又は7に記載の基板処理装置。
  10.  前記第2不活性ガス供給部には、前記第2の不活性ガスを事前に設定された流量に調整する流量調整部が、設けられる
     請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  11.  前記排気部の前記排ガス処理室の上流側には、排気設備に接続されるバイパス排気管が接続され、
     前記排気部の前記バイパス排気管との接続位置より下流側であって前記排ガス処理室の上流側に設けられた第1のバルブと、
     前記バイパス排気管に設けられた第2のバルブと、を有し、
     前記制御部は、前記排ガス処理室の処理が停止したことを判定した後、前記第1のバルブを閉じ、前記第2のバルブを開ける様に前記第1のバルブと前記第2のバルブを制御可能に構成される
     請求項2乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  12.  (a)基板を反応管内に収容する工程と、
     (b)前記反応管内に処理ガスを供給する工程と、
     (c)前記反応管内の前記処理ガスを排気する工程と、
     (d)前記排気された前記処理ガスを排ガス処理室に供給する工程と、
     (e)前記排ガス処理室で前記処理ガスを処理する工程と、
     (f)少なくとも前記(e)工程の間、前記反応管内と前記排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給する工程と、
     (g)前記(e)工程が停止した後に前記排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する工程と、
     を有する半導体装置の製造方法。
  13.  (a)基板を反応管内に収容させる手順と、
     (b)前記反応管内に処理ガスを供給させる手順と、
     (c)前記反応管内の前記処理ガスを排気させる手順と、
     (d)前記排気された前記処理ガスを排ガス処理室に供給させる手順と、
     (e)前記排ガス処理室で前記処理ガスを処理させる手順と、
     (f)少なくとも前記(e)手順の間、前記反応管内と前記排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給させる手順と、
     (g)前記(e)手順が停止した後に前記排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給させる手順と、
     をコンピュータが基板処理装置に実行させるプログラム。
  14.  (a)基板を反応管内に収容させる手順と、
     (b)前記反応管内に処理ガスを供給させる手順と、
     (c)前記反応管内の前記処理ガスを排気させる手順と、
     (d)前記排気された前記処理ガスを排ガス処理室に供給させる手順と、
     (e)前記排ガス処理室で前記処理ガスを処理させる手順と、
     (f)少なくとも前記(e)手順の間、前記反応管内と前記排ガス処理室に第1の不活性ガスを供給させる手順と、
     (g)前記(e)手順が停止した後に前記排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給させる手順と、
     をコンピュータが基板処理装置に実行させるプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  15.  基板を処理する基板処理装置から排気された処理ガスを処理する排ガス処理室と、
     前記基板処理装置に第1の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源に接続され、前記排ガス処理室に前記第1の不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給部と、
     前記排ガス処理室に第2の不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給部と、
     前記排ガス処理室内のガスを排気する排気管と、
     前記排ガス処理室で前記処理ガスを処理している間は、前記第1不活性ガス供給部から前記排ガス処理室に前記第1の不活性ガスを供給し、
     前記排ガス処理室の処理が停止した時は前記第2不活性ガス供給部から前記排ガス処理室に前記第2の不活性ガスを供給する様に前記第1不活性ガス供給部と前記第2不活性ガス供給部とを制御可能に構成された制御部と、を有する排ガス処理システム。
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