JP6916766B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板に薄膜の生成等の処理を行う基板処理装置及び基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
半導体装置の製造工程に於ける基板処理を行う基板処理装置として、縦型基板処理装置がある。縦型基板処理装置では、複数枚の基板を多段に積層させて保持した状態で、処理室内に装入し、複数枚の基板を一括して処理する様になっている。
近年、分解し難い原料ガスを使用する高温プロセスの需要が高まっている。高温プロセスを実行する場合、処理室下部の炉口部も高温となる為、炉口部に設けられたＯリング等のシール部材の耐熱温度を超える可能性がある。この為、炉口部に冷却流路を設け、冷却流路内に冷却水を流通させることで、シール部材を耐熱温度範囲内に維持している。
一方で、炉口部の温度が低下した場合、拡散した原料ガスの反応副生成物が炉口部に付着し、パーティクル発生の原因となる。従来では、炉口部に対する反応副生成物の付着を抑制する為の手段として、炉口部にヒータを設けるものがある。然し乍ら、冷却流路付近の温度低下を避けることはできず、冷却流路付近での反応副生成物の付着を避けるのは困難である。
又、従来では、炉口部を開閉する蓋部に炉口部の内面と平行なガイド部を設ける方法もある。この方法の場合、ガイド部にパージガスを供給し、炉口部の内面にパージガスを流通させることで、炉口部に対する反応副生成物の付着を抑制している。然し乍ら、この方法では、炉口部との接触によるガイド部の破損を防止する為、ガイド部と炉口部の内面との間に所定の大きさ、例えば４ｍｍ程度の隙間を設ける必要があり、充分な効果を得られなかった。
特開２０１６−９７２４号公報 米国特許第６９０２６２４号明細書 特許第６１４６８８６号公報
本発明は、炉口部に対する原料ガスの副生成物の付着を抑制する基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
本発明の一態様は、複数の基板を所定の軸に沿って所定の間隔で配列した状態で収容する筒状の空間を有する処理室と、ガス供給管にそれぞれ連通し、前記処理室内でガスを放出する複数のノズルとを有し、前記処理室は、一端が開放された筒状の反応管と、前記反応管の開放端に接続すると共に、側面に前記ガス供給管を前記処理室内に導入する複数のガス供給孔を有する筒状のマニホールドと、前記マニホールドの前記反応管と接続される端と反対の端の開口を開閉可能に塞ぐ蓋とを有し、前記蓋は、前記蓋との間に第１の隙間が形成される様、前記蓋の内面に設けられた保護プレートと、前記蓋の外側から前記第１の隙間にパージガスを導入する導入口とを備え、前記マニホールドは、前記マニホールドとの間に第２の隙間が形成される様、前記マニホールドの内壁にガイドプレートを備え、前記第１の隙間を前記マニホールドに向って流れた前記パージガスが、前記マニホールドの内壁で偏向されて前記第２の隙間へ流入する様に構成された基板処理装置に係るものである。
本発明の一態様によれば、マニホールドの内壁に対する反応副生成物の付着、パーティクルの発生が大幅に抑制され、生産性の向上を図ることができるという優れた効果を発揮する。
本発明の第１の実施例に係る基板処理装置を示す縦断面図である。 該基板処理装置の炉口部を示す縦断面図である。 該炉口部のガイド部及び周辺部を示す縦断面図である。 該炉口部を示す斜視図である。 該炉口部のガイド部及び周辺部を示す断面斜視図である。 第１の実施例の第１の変形例を示すガイド部及び周辺部の縦断面図である。 第１の実施例の第２の変形例を示すガイド部及び周辺部の縦断面図である。 第１の実施例の第３の変形例に係るガイド部及び周辺部を示す縦断面図である。 第３の変形例に係る炉口部を示す平断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。尚、以下の図面に於いて、同一又は対応する構成については、同一又は対応する符号を付し、その説明を省略する。
第１の実施例に於いて、基板処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造方法に於ける製造工程の一工程として、熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置（以下、処理装置と称する）１として構成されている。
図１に示される様に、処理装置１は、円筒状の反応管２と、反応管２の外周に設置された加熱手段（加熱機構）としてのヒータ３とを備える。反応管２は、例えば石英（ＳｉＯ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等により形成される。反応管２には、温度検出器４が設置される。温度検出器４は、反応管２の内壁に沿って立設される。
反応管２の下端開口部には、円形のマニホールド５が、Ｏリング等のシール部材６を介して連結され、反応管２の下端を支持している。マニホールド５は、例えばステンレス等の金属により形成される。反応管２とマニホールド５とで処理容器７が形成される。処理容器７の内部には、基板としてのウェーハＷを処理する処理室８が形成される。
又、反応管２は、外周方向（半径方向）に突出する様に、供給バッファ室２Ａと排気バッファ室２Ｂとがそれぞれ対向して形成されている。供給バッファ室２Ａは、上下に延びる隔壁によって複数の空間に区画されている。供給バッファ室２Ａの各区画には、ノズル２３ａ、ノズル２３ｂ、ノズル２３ｃ（後述）がそれぞれ設置される。供給バッファ室２Ａの横幅は、これらのノズル２３を安全に設置できる範囲でなるべく小さく設定されうる。他方、排気バッファ室２Ｂの横幅は、排気速度を高める為供給バッファ室２Ａのそれと同じかより大きく設定されうる。最大の横幅を持つ排気バッファ室２Ｂは、その両側が供給バッファ室２Ａの両側と繋がることで、２重円筒管の様態を呈する。供給バッファ室２Ａ及び排気バッファ室２Ｂと処理室８との境界壁は、供給バッファ室２Ａ等が設けられていない箇所に於ける反応管２の内径と同じ内径に形成され、それにより基板の周囲が基板と同心の壁によって囲まれる。境界壁には、その両側を連通させる複数のスリットが設けられる。供給バッファ室２Ａの下方には、ノズル２３ａ、ノズル２３ｂ、ノズル２３ｃを挿脱する為の開口部２Ｅが形成されている。開口部２Ｅは、供給バッファ室２Ａと略同じ幅に形成されている。尚開口部２Ｅをどの様な形状にしたとしても、開口部２Ｅとノズル２３ａ、ノズル２３ｂ、ノズル２３ｃの基部との間の間隙をなくすことは難しい為、該間隙を通じて供給バッファ室２Ａの内外をガスが流通しうる。
マニホールド５の上端には、外周方向に突出する外フランジ５ａと、内周方向に突出する内フランジ５ｂとが形成されている。外フランジ５ａは外部管としての反応管２（供給バッファ室２Ａ及び排気バッファ室２Ｂの外壁を含む）を支持している。内フランジ５ｂは内部管（の一部分）としての供給バッファ室２Ａ及び排気バッファ室２Ｂの内壁を支持すると共に、開口部２Ｅに対応する箇所が切り欠かれている。内フランジ５ｂは、後述の熱伝導を高める為、マニホールド５に溶接されうる。
又、マニホールド５の下端開口部（処理容器７の下端開口部）は、円盤状の蓋（ドア）部９によって開閉される。蓋部９は、例えば金属により形成される。蓋部９の上面には、Ｏリング等のシール部材１１が設置され、シール部材１１により反応管２と外気とが気密にシールされる。蓋部９の上面には、後述する蓋部カバーとしての円盤状の保護プレート１２が設置される。蓋部９の中央には孔が形成され、後述する回転軸１３が挿通される。シール部材６やシール部材１１の保護の為、これらは所定の耐熱温度（例えば２００℃）以下に保たれることが望ましく、外フランジ５ａにはシール部材６やシール部材１１を耐熱温度以下に維持する為の冷却流路２５（図３参照）が形成されている。
処理室８は、複数枚、例えば２５〜１５０枚のウェーハＷを垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート１４を内部に収納する。ボート１４は例えば石英やＳｉＣ等により形成され、ボート１４は断熱構造体１５の上方に支持される。ボート１４と断熱構造体１５とにより基板保持体が構成される。
断熱構造体１５の外形は円柱状となっており、蓋部９を貫通する回転軸１３によって支持される。回転軸１３は、蓋部９の下方に設置された回転機構１６に接続される。回転軸１３の蓋部９を貫通した部分には、例えば磁性流体シールが設けられており、回転軸１３は反応管２の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成されている。回転軸１３が回転されることにより、断熱構造体１５とボート１４が一体に回転される。蓋部９は昇降機としてのボートエレベータ１７により上下方向に駆動される。ボートエレベータ１７により、基板保持体及び蓋部９が一体に昇降され、反応管２に対してボート１４が搬入出される。
処理装置１は、基板処理に使用される処理ガスとして原料ガス、反応ガスや不活性ガスを処理室８内に供給するガス供給機構１８を有している。ガス供給機構１８が供給する処理ガスは、成膜される膜の種類に応じて選択される。第１の実施例では、ガス供給機構１８は、原料ガス供給部、反応ガス供給部、不活性ガス供給部、第１パージガス供給部、第２パージガス供給部を含む。
原料ガス供給部は、ガス供給管１９ａを具備している。ガス供給管１９ａには、上流方向から順に、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）２１ａ及び開閉弁であるバルブ２２ａが設けられている。ガス供給管１９ａの下流端は、マニホールド５の側壁を貫通するノズル２３ａに接続されている。ノズル２３ａは、反応管２内に反応管２の内壁に沿って上下方向に立設し、ボート１４に保持されるウェーハＷに向って開口する複数の供給孔が形成されている。ノズル２３ａの供給孔を介して、ウェーハＷに対して原料ガスが供給される。
以下、同様の構成にて、反応ガス供給部からは、ガス供給管１９ｂ、ＭＦＣ２１ｂ、バルブ２２ｂ、ノズル２３ｂを介して反応ガスがウェーハＷに対して供給される。不活性ガス供給部からは、ガス供給管１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ、ＭＦＣ２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ、バルブ２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ、ノズル２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介してウェーハＷに対して不活性ガスが供給される。
第１パージガス供給部は、ガス供給管１９ｆを具備している。ガス供給管１９ｆには、上流方向から順にＭＦＣ２１ｆ及びバルブ２２ｆが設けられている。ガス供給管１９ｆの下流端は、回転軸１３の周囲に形成された中空部２４に接続されている。中空部２４は、磁性流体シールにより軸受けの手前でシールされ、上端、即ち反応管２の内部に開放されている。又、中空部２４から保護プレート１２の上面まで連通した空間が形成され、該空間は断熱構造体１５と保護プレート１２との間に形成された間隙４１（図２参照）と連続しており、第１パージガス流路を形成している。こうして第１パージガス供給部から供給された第１パージガス２８は、間隙４１をパージしながら、炉口部である処理容器７下方に対して供給される。つまり、第１パージガス２８は、上流に於いて回転軸１３の周囲をパージし、下流では炉口部のノズル２３ａ〜２３ｃ付近をパージした後、最終的に反応管２の下端に形成された排気口２６より排出される。尚、パージガスとしては、原料ガスや反応ガスと反応しないガスであればよい。
第２パージガス供給部は、ガス供給管１９ｇを具備している。ガス供給管１９ｇには、上流方向から順にＭＦＣ２１ｇ及びバルブ２２ｇが設けられている。ガス供給管１９ｇの下流端は、蓋部９を貫通し、蓋部９の上面に第２パージガス供給口が形成される。従って、第２パージガス供給口は、蓋部９の上面に形成され、第２パージガス流路２７に開口する。第２パージガス供給口の開口位置は、ノズル２３ａ，２３ｂ，２３ｃの近傍である。バルブ２２ｇから第２パージガス供給口の間のガス供給管１９ａには、ベローズ管の様なフレキシブルな配管が用いられる。第２パージガス流路２７は環状又は略環状（ループ状）であり、保護プレート１２の下面に同心に形成されている。
排気バッファ室２Ｂの外壁に形成された排気口２６には、排気管３２が取付けられている。排気管３２には、処理室８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３３、及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３５が接続されている。この様な構成により、処理室８内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。排気管３２は、ノズル２３ａ，２３ｂ，２３ｃと対向する位置に設置される。
回転機構１６、ボートエレベータ１７、ガス供給機構１８のＭＦＣ２１ａ〜２１ｇ、バルブ２２ａ〜２２ｇ及びＡＰＣバルブ３４には、これらを制御するコントローラ３６が接続される。コントローラ３６は、例えばＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなり、処理装置１の動作を制御する様に構成される。コントローラ３６には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３７が接続されている。
コントローラ３６には、記憶媒体としての記憶部３８が接続されている。記憶部３８には、処理装置１の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置１の各構成部に処理を実行させるプログラム（レシピとも言う）が、読出し可能に格納される。
記憶部３８は、コントローラ３６に内蔵された記憶装置（ハードディスクやフラッシュメモリ）であってもよいし、可搬性の外部記録装置（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）であってもよい。又、コンピュータへのプログラムの提供は、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。プログラムは、必要に応じて入出力装置３７からの指示等にて記憶部３８から読出され、読出されたレシピに従った処理をコントローラ３６が実行することで、処理装置１はコントローラ３６の制御のもと、所望の処理を実行する。
蓋部９の上面に設けられた保護プレート１２は、例えば石英等の耐熱耐腐食素材製（耐食素材製）となっている。保護プレート１２が金属製の蓋部９を覆うことにより、蓋部９への処理ガスの接触が抑制され、処理ガスによる蓋部９の腐食や劣化が抑制される。
図２は、炉口部及び断熱構造体１５の内部構造を示している。断熱構造体１５は、円柱状の筒体３９と、回転軸１３によって支えられた金属製の円盤状の底板４０を有している。筒体３９は、例えば石英等の耐熱材料で形成され、下端が開放された中空構造となっており、底板４０に載せられる。又、筒体３９内には、中空筒状の断熱板支持柱４２が底板４０の上に設けられている。尚、図２中では、ノズル２３ａ〜２３ｃを総称してノズル２３としている。
断熱板支持柱４２は、例えば石英等の耐熱材料で形成された円板状の断熱板４３を多段に積層して保持している。断熱板支持柱４２内には、サブヒータ４４が挿通されている。サブヒータ４４は、断熱板支持柱４２の上方でリング状となっており、サブヒータ４４により筒体３９の上面、及び処理室８の下部を加熱する様になっている。サブヒータ４４を挿通する為、回転軸１３も中空構造を有しており、回転軸１３の下端付近の側部に設けた貫通孔１３ｃから、第１パージガス２８から分岐した第３パージガス２９が回転軸１３内に導入される。
第１パージガス供給部から供給された第１パージガス２８は、回転軸１３の外周を上昇した後、進路を水平に変えて、底板４０と保護プレート１２の間の狭い間隙４１をパージしながら、炉口部である処理容器７下方に対して供給される。即ち、第１パージガス２８は、上流に於いて回転軸１３の周囲をパージし、下流では保護プレート１２の露出面やノズル２３ａ〜２３ｃの基部をパージした後、最終的に反応管２の下端に形成された排気口２６より排出される。
保護プレート１２は、ノズル２３ａ，２３ｂ，２３ｃが配設された箇所を除き、マニホールド５の近傍まで広がっている。保護プレート１２は、第２パージガス流路２７よりも中心側に位置する中心部１２ａと、第２パージガス流路２７よりも外周側に位置する外周部１２ｂとから構成されている。中心部１２ａの下面は蓋部９の上面と接触し、外周部１２ｂの下面と蓋部９の上面との間には、所定の間隔を有する第１の隙間としての隙間４６が形成されている。又、外周部１２ｂの外周端とマニホールド５の内壁との距離は、例えば５〜８ｍｍ程度となっている。
又、マニホールド５には、マニホールド５の内壁に沿って垂直に延出するガイドプレート４７が設けられている。ガイドプレート４７は、例えば石英等の耐熱耐腐食素材製で、１．５〜３ｍｍ程度の肉厚を有する。ガイドプレート４７とマニホールド５の内壁との間には、所定の間隔、例えば１ｍｍ〜２ｍｍの間隔を有する第２の隙間としての隙間４８が形成されている。尚、保護プレート１２（外周部１２ｂ）とガイドプレート４７とで第２パージガス４９（図３参照）のガイド部を構成する。
第２パージガス流路２７に供給された第２パージガス４９は、隙間４６を通って第２パージガス流路２７から半径方向外側に流出し、蓋部９の上面をパージする。又、隙間４６を通った第２パージガス４９は、蓋部９の上面に沿って直進した後、マニホールド５の内壁にて垂直方向に偏向され、隙間４８を流通してマニホールド５の内壁をパージする。隙間４８を通った第２パージガス４９は、第１パージガス２８と合流し、内フランジ５ｂに形成された通気孔５ｄを通り、排気口２６より排出される。尚、第２パージガス流路２７、隙間４６、隙間４８を総称して第２パージガス流路としてもよい。又、第１パージガス２８と第２パージガス４９の流量の合計は、ウェーハＷの成膜に影響しない流量とするのが望ましい。
中空部２４に於いて第１パージガス２８から分岐した第３パージガス２９は、回転軸１３とサブヒータ４４との間隙及び断熱板支持柱４２とサブヒータ４４との間隙を通して、断熱構造体１５内に導入される。これらの間隙が第３パージガス流路３０を構成する。尚、第３パージガスの排出孔として、底板４０には、例えば等角度ピッチで複数の開口４０Ａが形成されている。
第３パージガス２９は、第３パージガス流路３０を通って、断熱板支持柱４２の上端より筒体３９内に供給される。筒体３９内の第３パージガス２９は、筒体３９の内周面に沿って降下し、開口４０Ａより排出されて第１パージガス２８と合流し、炉口部内に放出される。第３パージガス２９が炉口部内に放出される過程で、筒体３９内がパージされる。第３パージガス２９の流量は第１パージガス２８よりも多くなる様に、それぞれの流路のコンダクタンスが設計される。尚、パージガスとしては、原料ガスや反応ガスと反応しないガスであればよい。
次に、図３〜図５に於いて、ガイド部及びその周辺部の詳細について説明する。尚、図４は、ガイドプレート４７を炉口部から取り外した状態を示している。
ガイドプレート４７は、ノズル２３ａ，２３ｂ，２３ｃが配設された箇所を除き、略円筒状に形成されている。即ち、ガイドプレート４７は、断面Ｃ字状の開いた円筒状に形成されている。
ガイドプレート４７の上端には、所定箇所に所定数の切欠き５１が形成されている。切欠き５１は、温度検出器４やノズル２３等、マニホールド５の側壁を貫通する部材と対応する位置に設けられている。切欠き５１により、炉口部にガイドプレート４７を取付けた際に、各部材とガイドプレート４７との接触が防止される。又、ガイドプレート４７の下端には、少なくとも３箇所、図４中では４箇所に係合凹部５２が形成されている。
内フランジ５ｂの下面には、ガイドプレート固定具５４が、それぞれ少なくとも３箇所に設けられている。又、内フランジ５ｂには、温度検出器４等、マニホールド５及び反応管２の内壁に沿って延出する部材と対応する箇所に切欠き部５ｃが形成され、各部材と内フランジ５ｂとが接触しない様構成されている。更に、内フランジ５ｂには、第２パージガス４９を排気口２６へと排気する為の通気孔５ｄが形成されている。排気バッファ室２Ｂが十分広い幅を有する場合、排気バッファ室２Ｂを介して排気する追加の通気孔５ｄが、所定角度ピッチで複数形成されうる。
外フランジ５ａの上面には、シール部材６が設けられている。従って、シール部材６の温度上昇を抑制し、耐熱温度内に維持する為の冷却流路２５は、外フランジ５ａに形成される。尚、冷却流路２５は、シール部材６を耐熱温度未満となる所定の温度以下に維持できる位置に設けるのが望ましい。且つ、冷却流路２５は、マニホールド５の内壁の温度が反応副生成物の付着を抑制可能な所定の温度以上とできる位置に設けるのが望ましい。本実施例の場合、冷却流路２５の近傍（冷却流路２５により温度が低下する箇所）となるマニホールド５の内壁に、内フランジ５ｂが形成されている。
図５の様に、内フランジ５ｂの開口部２Ｅに対応する切り欠きの両側には、ニッケル合金製の棒状のノズル補助固定具５３が設けられる。ノズル補助固定具５３は、上端がネジ止め等所要の手段により内フランジ５ｂの下面に固着されている。そして、ノズル補助固定具５３の下端に渡された平板（不図示）によって、ノズルの垂直荷重を受け止める様になっている。
ガイドプレート固定具５４は、内フランジ５ｂの下面と平行な固定部５４ａと、固定部５４ａの外周端からマニホールド５の内壁に沿って下方に延出する延出部５４ｂと、延出部５４ｂの下端から外周方向に突出する係合部５４ｃとから構成されている。又、ガイドプレート固定具５４は、弾性素材、例えば０．５ｍｍ以下の厚さのステンレス鋼にて形成され、固定部５４ａ及び係合部５４ｃが半径方向に延出する様、固定部５４ａがネジ５５により内フランジ５ｂの下面に固着されている。係合部５４ｃは係合凹部５２に係合可能であり、係合部５４ｃと係合凹部５２の係合により、ガイドプレート４７がガイドプレート固定具５４に支持される。尚、係合部５４ｃと係合凹部５２とが係合した際には、延出部５４ｂがガイドプレート４７と接触し、ガイドプレート４７を半径方向外側へと付勢させることができる。
ガイドプレート固定具５４は弾性素材であるので、ガイドプレート固定具５４を屈曲させることで、係合部５４ｃが半径方向に進退する。ガイドプレート４７を取付ける際には、係合部５４ｃを半径方向内側に移動させた状態で、ガイドプレート固定具５４の周囲を覆う様に、ガイドプレート４７を炉口部内に挿入する。この状態で係合部５４ｃの位置を戻せば、係合部５４ｃがガイドプレート４７の内径よりも半径方向外側に突出し、係合部５４ｃと係合凹部５２とが係合する。
係合部５４ｃと係合凹部５２とを係合させた際には、ガイドプレート固定具５４の復元力により、ガイドプレート４７が半径方向外側へと付勢される。ガイドプレート固定具５４は、少なくとも３箇所に設けられているので、復元力の釣合いにより、ガイドプレート４７の半径方向の位置が決定される。この為、ガイドプレート４７はマニホールド５と略同心に保持され、隙間４８の幅は全周に亘って１〜２ｍｍ程度とすることができる。尚、ガイドプレート４７とマニホールド５の内壁とが面接触しない様に、それぞれの係合凹部５２の近傍に於けるガイドプレート４７の外周面に、微小突起を設けてもよい。
第２パージガス供給部のガス供給管１９ｇは、ノズル近傍に位置する第２パージガス供給口に連通し、第２パージガス供給口から第２パージガス流路２７内に第２パージガス４９が供給される。第２パージガス流路２７内に供給された第２パージガス４９は、全周に亘った第２パージガス流路２７内を流通する。この時、第２パージガス流路２７の外周側では、保護プレート１２と蓋部９との間に隙間４６が形成されている。従って、第２パージガス４９は、第２パージガス流路２７を流通する過程で、蓋部９の上面をパージしつつ隙間４６より水平方向に流出する。
隙間４６より流出した第２パージガス４９は、コアンダ効果によって、蓋部９の上面に沿って流れ、マニホールド５の内壁に到達すると、マニホールド５の内壁に沿って上方に偏向される。ここで、流れがマニホールド５の内壁にぶつかり偏向される際の運動量の損失が十分小さいならば、隙間４６及び隙間４８の流路断面積は、連続的であるか、隙間４８のほうがわずかに狭いことが望ましい。ただし上記損失等によって運動量流束の低下が見込まれる場合は、隙間４８の方が広い流路断面積を持っていても良い。これによって隙間４６と隙間４８の間に隙間が開いていても、そこからパージガスが過剰に散逸したり他のガスが流入したりすることを抑えることができる。偏向された第２パージガス４９は、隙間４８に流入し、マニホールド５の内壁をパージしつつ炉口部へと放出される。炉口部へ放出された第２パージガス４９は、通気孔５ｄを通り、排気口２６より排気される。
次に、上述の処理装置１を用い、基板上に膜を形成する処理（成膜処理）について説明する。ここでは、ウェーハＷに対して、原料ガスとしてＤＣＳ（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ：ジクロロシラン）ガスと、反応ガスとしてＯ2 （酸素）ガスとを供給することで、ウェーハＷ上にシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜を形成する例について説明する。尚、以下の説明に於いて、処理装置１を構成する各部の動作は、コントローラ３６により制御される。
（ウェーハチャージ及びボートロード）
複数枚のウェーハＷがボート１４に装填（ウェーハチャージ）されると、ボート１４はボートエレベータ１７によって処理室８内に搬入（ボートロード）され、反応管２の下部以降は蓋部９によって気密に閉塞（シール）された状態となる。炉口部が蓋部９で閉塞されることで、保護プレート１２がガイドプレート４７に近接し、ガイド部が形成される。この時、ガイドプレート４７の下端は、保護プレート１２の上面よりも下方（蓋部９側）に位置し、保護プレート１２の外周端とガイドプレート４７の下端との最短距離は２〜３ｍｍ程度となっている。又この時、第１パージガス供給部から、第１パージガス２８としてＮ2 ガスを間隙４１を介してノズル２３ａ〜２３ｃの基部に供給する。又、第２パージガス供給部から、第２パージガス４９としてＮ2 ガスを、第２パージガス流路２７を介してガイドプレート４７とマニホールド５との間に供給する。更に、第１パージガス２８から分岐された第３パージガス２９が、筒体３９の内周面内に供給される。第１パージガス２８、第２パージガス４９の供給は、少なくとも成膜処理が完了する迄継続される。
（圧力調整及び温度調整）
処理室８内が所定の圧力（真空度）となる様に、真空ポンプ３５によって真空排気（減圧排気）される。処理室８内の圧力は、圧力センサ３３で測定され、測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４がフィードバック制御される。又、処理室８内のウェーハＷが所定の温度となる様に、ヒータ３によって加熱される。この際、処理室８が所定の温度分布となる様に、温度検出器４が検出した温度情報に基づきヒータ３への通電具合がフィードバック制御される。又、回転機構１６によるボート１４及びウェーハＷの回転を開始する。
（成膜処理）
［原料ガス供給工程］
処理室８内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室８内のウェーハＷに対してＤＣＳガスを供給する。ＤＣＳガスは、ＭＦＣ２１ａにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管１９ａ及びノズル２３ａを介して処理室８内に供給される。この時、第１パージガス供給部、第２パージガス供給部から炉口部に対してＮ2 ガスが供給されている。これにより、ノズル２３ａ〜２３ｃの基部と周辺部を第１パージガス２８で集中的にパージできると共に、それ以外の部分を第２パージガス４９でパージし、炉口部の原料ガス濃度を希釈できる。尚、この工程に於いて、第１パージガス供給部、第２パージガス供給部によるＮ2 ガスの供給を一時的に増加させてもよい。
［原料ガス排気工程］
次に、ＤＣＳガスの供給を停止し、真空ポンプ３５により処理室８内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部から、不活性ガスとしてＮ2 ガスを処理室８内に供給してもよい（不活性ガスパージ）。
［反応ガス供給工程］
次に、処理室８内のウェーハＷに対してＯ2 ガスを供給する。Ｏ2 ガスは、ＭＦＣ２１ｂにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管１９ｂ及びノズル２３ｂを介して処理室８内に供給される。この時、第１パージガス供給部、第２パージガス供給部から炉口部に対してＮ2 ガスが供給されている。これにより、ノズル２３ａ〜２３ｃの基部と周辺領域を集中的にパージできると共に、その他の部分についてもパージでき、炉口部に於ける反応ガス濃度を希釈することができる。
［反応ガス排気工程］
次に、Ｏ2 ガスの供給を停止し、真空ポンプ３５により処理室８内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からＮ2 ガスを処理室８内に供給してもよい（不活性ガスパージ）。
上述した４つの工程を行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、ウェーハＷ上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯ2 膜を形成することができる。
（ボートアンロード及びウェーハディスチャージ）
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からＮ2 ガスが供給され、処理室８内がＮ2 ガスに置換されると共に、処理室８の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ１７により蓋部９が降下され、ボート１４が反応管２から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウェーハＷは、ボート１４より取出される（ウェーハディスチャージ）。
ウェーハＷにＳｉＯ2 膜を形成する際の処理条件としては、例えば下記が例示される。
処理温度（ウェーハ温度）：３００℃〜７００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１Ｐａ〜４０００Ｐａ、
ＤＣＳガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｏ2 ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ2 ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることができる。
上述の様に、第１の実施例では、ガイド部を保護プレート１２（外周部１２ｂ）とガイドプレート４７とからなる分割構造とし、ガイドプレート４７をマニホールド５の内フランジ５ｂに固定的に設けている。
従って、蓋部９の開閉時に、マニホールド５とガイドプレート４７が接触する虞れがないので、マニホールド５とガイドプレート４７との接触によるパーティクルの発生や、ガイドプレート４７の破損を防止することができる。
尚、保護プレート１２がガイドプレート４７に接触したとしても、ガイドプレート４７が押し上げられるだけで、それらが直ちに破損するわけではないので、保護プレート１２とガイドプレート４７のクリアランスは、従来の４ｍｍよりも小さくて済む場合がある。
分割構造によって、隙間４８の大きさを１ｍｍ〜２ｍｍとすることができ、又ガイドプレート４７の下端を保護プレート１２の上面よりも蓋部９側に位置させたことで、隙間４８を流通する第２パージガス４９の流量及び流速を充分に確保でき、マニホールド５の内壁を効果的にパージすることができる。この為、マニホールド５の内壁に対する反応副生成物の付着、パーティクルの発生が大幅に抑制され、生産性の向上を図ることができる。
又、第２パージガス４９の供給量を抑えることができるので、パージガスの総流量を必要以上に増やす必要がない。従って、パージガスによるウェーハ処理への悪影響を抑制することができ、成膜品質を向上させることができる。
又、第１の実施例では、冷却流路２５の近傍に位置するマニホールド５の内壁部分に内フランジ５ｂを形成している。内フランジ５ｂは、炉内の中心部に近い為高温となり、内フランジ５ｂの近傍に位置するマニホールド５の内壁も高温となる。つまり、内フランジ５ｂと冷却流路２５の間では大きな温度勾配が生じているところ、マニホールド５の内壁部分が、冷却流路２５よりも内フランジ５ｂと熱伝導し易くなる様に、例えば内フランジ５ｂに近づけて構成されている。この為、内フランジ５ｂが充分に加熱され、又内フランジ５ｂから伝わった熱がマニホールド５の内壁温度を上昇させ、マニホールド５の内壁に対する反応副生成物の付着を抑制することができる。
又、温度検出器４等、ガイドプレート４７のマニホールド５の側壁を貫通して設けられた部材と対応する位置に切欠き５１を設け、ガイドプレート４７の係合部５４ｃと対応する位置に係合凹部５２を設けている。従って、ガイドプレート４７の周方向の位置決めが容易となり、効率よくガイドプレート４７を設置することができる。
又、弾性材料で形成されたガイドプレート固定具５４を少なくとも３箇所に設け、ガイドプレート４７を取付けた際には、ガイドプレート固定具５４がガイドプレート４７を半径方向外側へと付勢する様になっている。従って、ガイドプレート固定具５４の付勢力の釣合いによりガイドプレート４７の半径方向の位置が決定されるので、細かい位置合せが不要となり、効率よくガイドプレート４７を設置することができる。
以上、本発明の実施例を具体的に説明した。然し乍ら、本発明は上述の実施例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。
図６は、ガイド部の第１の変形例を示している。第１の変形例では、ガイドプレート４７が、垂直ガイド部４７ａと水平ガイド部４７ｂとから構成されている。
垂直ガイド部４７ａは、マニホールド５の内壁との間に１ｍｍ〜２ｍｍ程度の幅が形成される様、マニホールド５の内壁に対向して設けられている。又、水平ガイド部４７ｂは、垂直ガイド部４７ａの下端より半径方向内側に延出している。炉口部を蓋部９で閉塞した際には、水平ガイド部４７ｂは保護プレート１２の外周面と対向し、水平ガイド部４７ｂの下端は保護プレート１２の上面よりも下方に位置している。
第１の変形例では、隙間４６から流出した第２パージガス４９は、水平ガイド部４７ｂと蓋部９との間の隙間に流入した後、マニホールド５の内壁に沿って上方へと偏向され、隙間４８内に流入する構成となっている。
従って、上方へと偏向される際に、滞留した第２パージガス４９が炉口部内に漏れ出すことがなく、効率よくマニホールド５の内壁をパージすることができる。
図７は、ガイド部の第２の変形例を示している。第２の変形例では、保護プレート１２が、中心部１２ａと外周部１２ｂとガイド部１２ｃとから構成されている。
ガイド部１２ｃは、外周部１２ｂの外周端より垂直上方に延出している。又、ガイド部１２ｃの外周面には、全周に亘って切欠き部１２ｄが形成されている。炉口部を蓋部９で閉塞した際には、ガイドプレート４７の下部が切欠き部１２ｄ内に収納される。又この時、ガイドプレート４７の下端はガイド部１２ｃの上端よりも下方に位置している。
第２の変形例では、隙間４６内を流通する第２パージガス４９は、ガイド部１２ｃの外周面とマニホールド５の内壁との間で上方に変更された後、隙間４８へと流入する構成となっている。
従って、上方へと偏向される際に、滞留した第２パージガス４９が炉口部内に漏れ出すことがなく、効率よくマニホールド５の内壁をパージすることができる。
次に、図８、図９に於いて、本発明の第３の変形例について説明する。尚、図６、図７中、図１、図３中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第３の変形例では、マニホールド５の側壁を半径方向に貫通し、隙間４８に開口する補助第２パージガス供給管５７を更に設けている。補助第２パージガス供給管５７は、隙間４８内に補助第２パージガス５８としてＮ2 ガスを噴出する。
隙間４８内に供給された補助第２パージガス５８は、ガイドプレート４７の外周面に沿って円周方向に拡散し、ガイドプレート４７の上端から流出する。或は、ガイドプレート４７が切欠かれた箇所からノズル２３ａ，２３ｂ，２３ｃに向って噴出する。
第３の変形例では、隙間４８に対して別途補助第２パージガス５８を供給する構成となっている。従って、隙間４８内を流れるパージガス流量を増大させることができるので、マニホールド５の内壁をより効果的にパージでき、マニホールド５の内壁に対する反応副生成物の付着、パーティクルの発生を更に抑制することができる。
又、補助第２パージガス５８は、ガイドプレート４７の切欠き箇所からノズル２３ａ〜２３ｃの基部と周辺部に供給されるので、ノズル２３ａ〜２３ｃの基部とその周辺部の処理ガス濃度が低減され、反応副生成物の付着を抑制することができる。これにより、パーティクルの発生が抑制でき、生産性の向上を図ることができる。
尚、第３の変形例の構成は、図６、図７に示される第１の実施例の変形例に対しても適用可能であることは言う迄もない。
尚、第１の実施例及びその変形例は、反応管２が外部管（反応管２）と内部管（供給バッファ室２Ａ及び排気バッファ室２Ｂの内壁）を有し、外フランジ５ａに外部管が支持され、内フランジ５ｂに内部管が支持される構成となっている。一方で、内部管を有さない若しくは（石英製の内フランジによって）内部管が外部管と一体に構成された処理装置に対しても本発明の構成が適用可能である。その場合であっても、マニホールド５の内壁の温度を上昇させる為、マニホールド５に結合する金属製の内フランジ５ｂを形成することができる。
又、第１の実施例及び第３の変形例では、ガイドプレート４７は、ノズル２３ａ〜２３ｃが設けられた部分を切除した断面Ｃ字状に構成されている。一方で、ガイドプレート４７を円筒形状としてもよい。この場合、ガイドプレート４７とノズル２３ａ〜２３ｃが接触しない様、ノズル２３ａ〜２３ｃと対応する箇所に切欠き５１が形成される。或は、ガイドプレート４７は、ノズル２３ａ〜２３ｃの少なくとも１本と対応する位置に切欠き５１を形成し、他のノズルと対応する箇所を切除したＣ字状としてもよい。
更に、第１の実施例及び第３の変形例では、ガイドプレート４７が１つの部材で形成されているが、ガイドプレート４７を２以上の部材からなる分割構造としてもよい。この場合、ガイドプレート４７の各部材は、それぞれガイドプレート固定具５４により３点以上で固定される。
尚、上述した第１の実施例、第３の変形例では、原料ガスとしてＤＣＳガスを用いる例について説明したが、本発明はこの様な態様に限定されない。例えば、原料ガスとしては、ＤＣＳガスの他、ＨＣＤＳ（Ｓｉ2 Ｃｌ6 ：ヘキサクロロジシラン）ガス、ＭＣＳ（ＳｉＨ3 Ｃｌ：モノクロロシラン）ガス、ＴＣＳ（ＳｉＨＣｌ3 ：トリクロロシラン）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、３ＤＭＡＳ（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］3 Ｈ：トリスジメチルアミノシラン）ガス、ＢＴＢＡＳ（ＳｉＨ2 ［ＮＨ（Ｃ4 Ｈ9 ）］2 ：ビスターシャリブチルアミノシラン）ガス等のハロゲン基非含有のアミノ系（アミン系）シラン原料ガスや、ＭＳ（ＳｉＨ4 ：モノシラン）ガス、ＤＳ（Ｓｉ2 Ｈ6 ：ジシラン）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを用いることができる。
又、上述の実施例では、ＳｉＯ2 膜を形成する例について説明した。然し乍ら、本発明はこの様な態様に限定されない。例えば、これらの他、若しくはこれらに加え、アンモニア（ＮＨ3 ）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス（窒化ガス）、プロピレン（Ｃ3 Ｈ6 ）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ3 ）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜等を形成することができる。
又、本発明は、ウェーハＷ上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む膜、即ち金属系膜を形成する場合に於いても、好適に適用可能である。
更に、上述の実施例では、ウェーハＷ上に膜を堆積させる例について説明したが、本発明は、この様な態様に限定されない。例えば、ウェーハＷやウェーハＷ上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能であるのは言う迄もない。
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
（付記１）複数の基板を所定の軸に沿って所定の間隔で配列した状態で収容する筒状の空間を有する処理室と、ガス供給管にそれぞれ連通し、前記処理室内でガスを放出する複数のノズルとを有し、前記処理室は、一端が開放された筒状の反応管と、前記反応管の開放端に接続すると共に、側面に前記ガス供給管を前記処理室内に導入する複数のガス供給孔を有する筒状のマニホールドと、前記マニホールドの前記反応管と接続される端と反対の端の開口を開閉可能に塞ぐ蓋とを有し、前記蓋は、前記蓋との間に第１の隙間が形成される様、前記蓋の内面に設けられた保護プレートと、前記蓋の外側から前記第１の隙間にパージガスを導入する導入口とを備え、前記マニホールドは、前記マニホールドとの間に第２の隙間が形成される様、前記マニホールドの内壁にガイドプレートを備え、前記第１の隙間を前記マニホールドに向って流れた前記パージガスが、前記マニホールドの内壁で偏向されて前記第２の隙間へ流入する様に構成された基板処理装置。
（付記２）前記ガイドプレートの上端に前記複数のノズルの少なくとも１つを避ける為の切欠きが形成された付記１に記載の基板処理装置。
（付記３）前記ガイドプレートは複数の部材から構成され、各部材は弾性を有する固定具により３点以上で固定される付記１又は付記２に記載の基板処理装置。
１ 処理装置
２ 反応管
５ マニホールド
８ 処理室
９ 蓋部
１２ 保護プレート
１８ ガス供給機構
２５ 冷却流路
２７ 第２パージガス流路
４６ 隙間
４７ ガイドプレート
４８ 隙間
４９ 第２パージガス
５１ 切欠き
５２ 係合凹部
５４ ガイドプレート固定具

Claims (10)

  1. 複数の基板を所定の軸に沿って所定の間隔で配列した状態で収容する筒状の空間を有する処理室と、ガス供給管にそれぞれ連通し、前記処理室内でガスを放出する複数のノズルとを有し、前記処理室は、一端が開放された筒状の反応管と、前記反応管の開放端に接続すると共に、側面に前記ガス供給管を前記処理室内に導入する複数のガス供給孔を有する筒状のマニホールドと、前記マニホールドの前記反応管と接続される端と反対の端の開口を開閉可能に塞ぐ蓋とを有し、前記蓋は、前記蓋との間に第１の隙間が形成される様、前記蓋の内面に設けられた保護プレートと、前記蓋の外側から前記第１の隙間にパージガスを導入する導入口とを備え、前記マニホールドは、前記マニホールドとの間に第２の隙間が形成される様、前記マニホールドの内壁にガイドプレートを備え、前記第１の隙間を前記マニホールドに向って流れた前記パージガスが、前記マニホールドの内壁で偏向されて前記第２の隙間へ流入する様に構成された基板処理装置。
  2. 前記ガイドプレートは筒状又は略筒状に形成され、前記保護プレートは前記ガイドプレートの内径よりも小さい直径の円盤状に形成され、前記蓋が閉じた状態では、前記ガイドプレートの前記蓋寄りの端は、前記保護プレートの前記蓋と反対側の面よりも前記蓋に接近する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記ガイドプレートは、弾性素材の固定具により少なくとも３点で固定される様に構成された請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記処理室は、前記反応管と前記マニホールドの接続部を密封するシール部材と、前記反応管の内側に略同心に配置される内部管とを有する請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記マニホールドは、前記シール部材を介して前記反応管と当接する外フランジと、前記内部管を支持する内フランジと、前記外フランジに形成される冷却流路とを有する請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記冷却流路は、前記シール部材が所定の温度以下となり、且つ前記内フランジから伝わった熱が前記マニホールドの内壁の温度を上昇させる様に位置が設定された請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記第１の隙間と前記第２の隙間は、それぞれの流路断面積がおおよそ連続となる請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記マニホールドは金属製であり、前記保護プレート及び前記ガイドプレートは石英製であり、前記反応管は、前記開放端側に形成された排気口を有し、前記排気口から処理ガス及び前記パージガスが排出される請求項４〜請求項６のうちいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 基板を収容する筒状の空間を有する処理室と、ガス供給管にそれぞれ連通し、前記処理室内でガスを放出する複数のノズルを有し、
    前記処理室は、一端が開放された筒状の反応管と、前記反応管の開放端に接続すると共に、側面に前記ノズルが設けられる筒状のマニホールドと、前記マニホールドの前記反応管と接続される端と反対の端の開口を塞ぐ蓋とを有し、
    前記蓋は、前記蓋との間に第１の隙間が形成される様、前記蓋の内面に設けられた保護プレートと、前記蓋の外側から前記第１の隙間にパージガスを導入する導入口とを備え、
    前記マニホールドは、前記マニホールドとの間に第２の隙間が形成される様、前記マニホールドの内壁にガイドプレートを備え、前記第１の隙間を前記マニホールドに向って流れた前記パージガスが、前記マニホールドの内壁で偏向されて前記第２の隙間へ流入し、前記第２の隙間を前記蓋から離れる方向に通過する様に構成された基板処理装置。
  10. 請求項１に記載の基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、基板搬入工程と、基板処理工程と、基板搬出工程とを有し、前記基板処理工程では、前記導入口から成膜に影響しない所定量のパージガスを常時供給する半導体装置の製造方法。
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