JP7650403B2 - シールアセンブリ、半導体装置の製造方法、基板処理方法およびプログラム - Google Patents

シールアセンブリ、半導体装置の製造方法、基板処理方法およびプログラム Download PDF

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Description

本開示は、シールアセンブリ、半導体装置の製造方法、基板処理方法およびプログラムに関する。
配管同士の接合部は、配管を接合するフランジ間に、配管の接合部を気密にするためのＯリング（シールリング）と、Ｏリングを固定するための内側センターリング（インナーリング）および外側センターリング（アウターリング）とを両側のフランジで挟んだ構造となっている（例えば特許文献１参照）。この場合、基板を処理する際のシールリングの熱膨張によるシールリング割れを低減することが要求される。
特開２００５－２４３９４９号公報
本開示は、基板を処理する際のシールリング割れを低減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、
継手のフランジ同士をシールするシールリングと、前記シールリングの内周側に配置され、前記シールリングの内周側への移動または変形を規制するインナーリングと、前記シールリングの外周側に配置され、前記シールリングの外周側への移動または変形を規制するアウターリングと、を備え、前記インナーリングと前記アウターリングの間には、前記シールリングの体積の熱膨張を受け入れる空間が円周方向に複数設けられる、技術が提供される。
本開示の一態様によれば、シールリング割れを低減す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。 本開示の一実施形態におけるシールアセンブリの平面図である。 本開示の一実施形態における配管接続部のアウターリングがシールリングに接触する箇所を示す断面図である。 本開示の一実施形態における配管接続部のアウターリングがシールリングと離間している箇所を示す断面図である。 本開示の一実施形態における配管接続部の比較例を示す断面図である。 本開示の一実施形態におけ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。 本開示の一実施形態における半導体装置の製造方法のフローチャートである。 本開示の一実施形態における配管接続部の変形例を示す断面図である。 本開示の一実施形態における配管接続部の変形例を示す断面図である。 本開示の一実施形態における配管接続部の変形例を示す断面図である。 本開示の一実施形態における配管接続部の変形例を示す断面図である。
以下、本開示の一態様について、主に図１～８を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
（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（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（ＳｉＯ２）、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。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、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、支持具としてのボート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及び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、原料ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。
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。
ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、還元ガスとは異なる第１５族元素を含むガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。
ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスが、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。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスや、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ることができる。
主に、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。原料ガス供給系を金属含有ガス供給系と称することもできる。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、ガス供給管３３０から第１５族元素を含むガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により第１５族元素を含むガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を第１５族元素を含むガス供給系に含めて考えてもよい。また、金属含有ガス供給系と還元ガス供給系と第１５族元素を含むガス供給系を処理ガス供給系と称することもできる。また、ノズル４１０，４２０，４３０を処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４により不活性ガス供給系が構成される。
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４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０，４３０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，４３０ａ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、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａ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４１０，４２０，４３０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４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ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（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２３０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，４３０ａ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２３０が設けられている。排気管２３０は、上流側から順に、第一の配管２３１、第二の配管２３２および第三の配管２３３が接続されて構成されている。第一の配管２３１には、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が接続され、第二の配管２３２にはＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３が接続され、第三の配管２３３には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２３０、ＡＰＣバルブ２４３及び圧力センサ２４５により、排気系が構成される。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、搬送系）として構成されている。
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ダミー基板２１８が水平姿勢で多段に支持されている。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の下部にダミー基板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４１０，４２０，４３０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１に示すように、真空ポンプ２４６の下流側には、有害または可燃性のガス（例えば特殊高圧ガスや水素）等を処理する除害装置２４７が設けられる。除害装置２４７が設けられることにより安全性が向上する。真空ポンプ２４６には除害装置２４７と接続するための配管２４８が設けられる。除害装置２４７には真空ポンプ２４６と接続するための配管２４９が設けられる。真空ポンプ２４６、除害装置２４７および配管２４８，２４９は排気系に含めてもよい。
配管２４８と配管２４９とを接続する配管接続部２５０には連通孔配管２５１が接続される。連通孔配管２５１には、上流側から順に、連通孔配管２５１の内部の圧力を計測する圧力センサ２５２、バルブ２５３、排気装置２５４が接続される。バルブ２５３は連通孔配管２５１を排気装置２５４に開閉可能に流体的に接続する。この構成により、コントローラ１２１は、圧力センサ２５２で測定された圧力を、配管２４８，２４９内の圧力より小さい所定の圧力範囲に保つように、バルブ２５３の開閉を制御することが可能である。
（配管接続部）
図４に示すように、排気管２３０の第一の配管２３１はフランジ２３１ｂを有し、第二の配管２３２はフランジ２３２ｂを有する。フランジ２３１ｂとフランジ２３２ｂを対向させて、シールリング２７１、インナーリング２７２およびアウターリング２７３によりによって封止（シール）されて第一の配管２３１と第二の配管２３２は接続される。シールリング２７１、インナーリング２７２およびアウターリング２７３はシールアセンブリ２７０を構成する。シールアセンブリ２７０およびフランジ２３１ｂ，２３２ｂは継手（配管接続部）を構成する。第二の配管２３２と第三の配管２３３も同様に接続される。
シールリング２７１は、エラストマーを含み、断面が略円形のＯリングである。シールリング２７１は、フランジ２３１ｂの面の、対向するフランジ２３２ｂと最も接近する円環領域において接触するような直径を有する。これにより、フランジ２３１ｂ，２３２ｂ間をシールすることができる。
インナーリング２７２はシールリング２７１の内周側に配置され、外周面２７２ａは、シールリング２７１が嵌合するように円形に形成されている。これにより、シールリング２７１の内周側への移動または変形を規制することができる。
アウターリング２７３はシールリング２７１の外周側に配置され、内周側がシールリング２７１の方向（内周側）に凸の凸形状の断面を有する。これにより、シールリング２７１の外周側への移動または変形を規制することができる。
アウターリング２７３の厚み（ｔｏ）は、インナーリング２７２の厚み（ｔｉ）よりわずかに小さく形成されている。これにより、シールリング２７１の弾性力によって自律的にアウターリング２７３が位置決めされる。本実施形態における継手はフランジ２３１ｂ，２３２ｂが図示しないクランプによって締め付けられて固定される、ＮＷクイックカップリング等のクランプ継手である。
図３に示すように、インナーリング２７２とアウターリング２７３の間には、シールリング２７１の体積の熱膨張を受け入れる空間２７０ａが円周方向に周期的に設けられる。例えば、アウターリング２７３の内周面は、真円に対して半径方向に所定の周期で波打つように形成される。アウターリング２７３は破線２７０ｂの箇所において肉厚が大きく形成されてシールリング２７１に近づいている。図３の破線２７０ｂにおいては、図４および図５に示すように、アウターリング２７３は、凸形状の突出部２７３ａの高さが周方向で変化する。アウターリング２７３は、例えば３～４回回転対称の形状にしてもよい。この場合、アウターリング２７３は、３～４箇所でシールリング２７１の外輪を支え、シールリング２７１との接触箇所を低減することができる。なお、アウターリング２７３の内周面に代えて、または、さらに、インナーリングの外周面が、真円に対して半径方向に所定の周期で波打つように形成されてもよい。周期は３以上で程よく多い数が好ましいが、多すぎると蛇行の曲率がシールリングの線径に比べて小さくなり過ぎて、シールリングが蛇行できない。
このような構成により、アウターリング２７３は、室温において、シールリング２７１の外周の全部ではない一部と接触する。言い換えると、アウターリング２７３には、シールリング２７１と当接する箇所（接触箇所）と、シールリング２７１と離間する箇所（非接触箇所）が存在する。インナーリング２７２とアウターリング２７３の間の空間の断面積からシールリング２７１の断面積を除いた自由断面積の、シールリング２７１の断面積に対する比は、例えば、非接触個所において１：１０以上であり、接触箇所については比率は問わない。ここでシールリング２７１の断面積は、押圧されていない、つまり自由状態における断面積が用いられる。また、シールリング２７１は、室温より高い温度に加熱されたときに、インナーリング２７２とアウターリング２７３の間の空間内で蛇行する。これにより、アウターリング２７３によるシールリング２７１へのつぶし量が緩和され、破損を低減することができる。
（比較例）
配管接続部の構成として、円周状にアウターリング２７３がシールリング２７１を保持する構造が考えられる。図６に示すように、シールリング２７１が熱膨張すると、シールリング２７１の膨張により増加する断面積が、アウターリング２７３とインナーリング２７２との間の空間の断面積から膨張前のシールリング２７１の断面積を除いた空間面積を超えてしまい逃げる空間がない。また、比較例におけるアウターリング２７３は、内周側に凹の凹形状の断面を有する。このため、アウターリング２７３は内周側にエッジが形成される。このため、シールリング２７１がそのエッジに押し当てられて亀裂が発生することがある。
これに対し、本実施形態では、外輪を残して外部透過や電熱効果を維持しつつ、シールリング２７１との接触を減らすことで、シールリング２７１が膨張するときの逃げる空間（自由空間）があり、また、シールリング２７１がアウターリング２７３に押し当てられる箇所における潰し量が緩和されるので、亀裂の発生を低減できる。これにより、シールリング２７１の熱膨張による破損を低減し、高温仕様時でも透過リスクを低減できる。
図７に示すように、制御部（制御手段、制御器）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（基板処理方法）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（基板処理方法）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３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４，２５３、圧力センサ２４５，２５２、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等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃから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、圧力センサ２５２に基づくバルブ２５３の開閉動作、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ことが可能な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
以下、図８を参照して、原料ガスと還元ガスとを用い、ウエハ２００上に所定の膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
本実施形態における成膜処理では、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程（Ｓ９４１）と、処理室２０１内から原料ガス（残留ガス）を除去する工程（Ｓ９４２）と、処理室２０１内のウエハ２００に対して還元ガスを供給する工程（Ｓ９４３）と、処理室２０１内から還元ガス（残留ガス）を除去する工程（Ｓ９４４）と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００に膜を形成する。
本明細書において「ウエハ」という用語は、「ウエハそのもの（ベアウエハ）」の他、「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（複合体）」を意味する。同様に「ウエハの表面」という用語は、「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、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。「基板」という用語の解釈も、「ウエハ」と同様である。
（Ｓ９０１：ウエハチャージおよびボートロード）
最初に、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、マニホールド２０９の下端開口が開放される。その後、図１に示すように、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内へ搬入（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２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（Ｓ９０２：圧力調整）
その後、処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）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。処理室２０１内の排気は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（Ｓ９０３：昇温）
また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の処理温度となるように、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への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内のウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（Ｓ９０４：成膜処理）
処理室６内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の４つのサブステップ、すなわち、Ｓ９４１、Ｓ９４２、Ｓ９４３及びＳ９４４を順次実行する。なおこの間、回転機構２６７により、回転軸２５５を介してボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
（Ｓ９４１：原料ガス供給）
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対し、原料ガスを供給し、ウエハ２００の最表面上に、第１の層を形成する。具体的には、バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａを介して処理室２０１内の処理領域へ供給され、排気口２３１ａを介して排気管２３０から排気される。また同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａを介して原料ガスと一緒に処理室２０１内の処理領域へ供給され、排気管２３０から排気される。また同時に不活性ガスは、ノズル４２０，４３０のガス供給孔４２０ａ，４３０ａを介して処理室２０１内の処理領域へ供給され、排気管２３０から排気される。このとき、コントローラ１２１は、第１圧力を目標圧力とする定圧制御を行う。
（Ｓ９４２：原料ガス排気）
第１の層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、原料ガスの供給を停止するとともに、ＡＰＣバルブ２４３を全開にする制御を行う。これにより、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第１の層の形成に寄与した後の原料ガスを処理室２０１内から排出する。なお、バルブ５１４を開いたままとして、処理室２０１内へ供給された不活性ガスに、残留ガスをパージさせてもよい。ノズル４１０からのパージガスの流量は、排気経路中で低蒸気圧ガスの分圧を飽和蒸気圧よりも下げるように、或いは、アウタチューブ２０３内での流速が拡散速度に打ち勝つ速度になるように設定される。
（Ｓ９４３：還元ガス供給）
ステップＳ９４２が終了した後、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に、還元ガスを流し、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１の層に対して還元ガスを供給する。還元ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａを介して処理室２０１内の処理領域へ供給され、排気口２３１ａを介して排気管２３０から排気される。また同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａを介して還元ガスと一緒に処理室２０１内の処理領域へ供給され、排気口２３１ａを介して排気管２３０から排気される。また同時に不活性ガスは、ノズル４１０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４３０ａを介して処理室２０１内の処理領域へ供給され、排気口２３１ａを介して排気管２３０から排気される。このとき、コントローラ１２１は、第２圧力を目標圧力とする定圧制御を行う。第１圧力や第２圧力は、一例として１００～５０００Ｐａである。
ここで、還元ガスとしては、例えば水素（Ｈ）で構成されるガスである。好ましくは、水素単体で構成されるガスである。具体的には、水素（Ｈ２）ガス、重水素（Ｄ２）を用いることができる。水素ガスは可燃性ガスである。
（Ｓ９４４：還元ガス排気）
還元ガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ３２４を閉じ、還元ガスの供給を停止するとともに、目標圧力を０とする定圧制御（つまり全開制御）を行う。これにより、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第１の層の形成に寄与した後の還元ガスを処理室２０１内から排出する。このとき、ステップＳ９４２と同様に、所定量の不活性ガスをパージガスとして処理室２０１内へ供給することができる。原料ガス排気若しくは還元ガス排気における到達圧力は、１００Ｐａ以下であり、好ましくは１０～５０Ｐａである。処理室２０１内の圧力は供給時と排気時とで１０倍以上異なりうる。
（Ｓ９４５：所定回数実施）
上述したＳ９４１からＳ９４４のステップを時間的にオーバーラップさせることなく順次行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚の膜を形成することができる。
（Ｓ９０５：降温）
このステップでは、必要に応じ、成膜処理の間続けられていたステップＳ９０３の温度調整が停止しもしくはより低い温度に設定し直され、処理室２０１内の温度が徐々に下げられる。
（Ｓ９０６：ベントおよび大気圧復帰）
成膜処理が完了した後、ノズル４１０、４２０，４３０のそれぞれから不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気口２３１ａより排気する。ノズル４１０、４２０，４３０より供給される不活性ガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物等が処理室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）。
（Ｓ９０７：ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
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、マニホールド２０９の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端からアウタチューブ２０３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、アウタチューブ２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）シールリングの線径（断面の太さ）に依存しないアウターリング形状のため、熱による破損が低減される。
（ｂ）設置場所や作業者による取り付きバラつきが低減され、シールリングの破損するリスクが低減される。
（ｃ）シールリングの耐熱温度付近まで配管を加熱することができる。これにより、配管加熱の温度を高くすることができる。
（ｄ）配管加熱の温度が高くなることにより、高温プロセス運用が可能となる。
（ｅ）配管加熱の温度を高くなることにより、炉内や配管類を加熱し副生成物を付き難くすることができる。
（ｆ）炉内や配管類に副生成物が付き難くなることにより、炉内や配管類の副生成物の量が多くなる大流量プロセスが可能となる。
（ｇ）炉内や配管類に副生成物が付き難くなることにより、副生物の除去するガスクリーニング頻度を少なくし、ダウンタイムを減少させることができる。これにより、生産性をあげることができる。
（３）他の実施形態
次に、上述した実施形態における配管接続部の変形例について図９～１２を参照しながら詳述する。以下の変形例では、上述した実施形態と異なる点のみ詳述する。
（変形例１）
本変形例では、比較例と同様に円周状にアウターリング２７３がシールリング２７１を保持する。しかし、本変形例では、図９に示すように、比較例におけるＵ字形状の溝を有するアウターリングに代えてＶ字形状のアウターリング２７３を備え、係合部がないインナーリングに代えて係合部があるインナーリング２７２を備える。インナーリング２７２の係合部２７２ｂはフランジ２３１ｂ，２３２ｂの内周側と係合し、フランジ２３１ｂ，２３２ｂの面に平行な方向における位置決めがなされる。アウターリング２７３は内周側にＶ型の谷形状を有し、インナーリング２７２が外周側にシールリング２７１を嵌合する凹部を有する。これにより、シールリング２７１はアウターリング２７３とインナーリング２７２との間に嵌め込まれて挟持される。シールリング２７１が膨張するときの逃げる空間（自由空間）は小さいが、アウターリング２７３にシールリング２７１を傷つけるエッジがないので、シールリング２７１の破損を低減することができる。
（変形例２）
本変形例では、図１０に示すように、変形例１におけるＶ字形状のアウターリングに代えて内周側がフランジ面に垂直な平坦面を有するアウターリング２７３を備える。これにより、シールリング２７１はアウターリング２７３とインナーリング２７２との間に挟持される。自由空間は変形例１よりも大きく、アウターリング２７３にシールリング２７１を傷つけるエッジがないので、シールリング２７１の破損を低減することができる。
（変形例３）
本変形例では、図１１に示すように、変形例２における係合部がないアウターリングに代えて係合部があるアウターリング２７３を備える。アウターリング２７３の係合部２７３ｂはフランジ２３１ｂ，２３２ｂの外周側と係合し、フランジ２３１ｂ，２３２ｂの面に平行な方向における位置決めがなされる。自由空間をシールリング２７１に沿って適切に分散することが可能である。また、室温で全周が離間するほど自由空間を拡大可能である。
（変形例４）
本変形例では、図１２に示すように、変形例３におけるインナーリングに代えてＵ字形状の溝を有するインナーリング２７２を備える。インナーリング２７２は、内周面を形成する横断面が矩形状の基部２７２ｃと、基部２７２ｃの上下両側からそれぞれフランジ２３１ｂ，２３２ｂの面に沿ってシールリング２７１に向かって延出する一対の凸部２７２ｄ，２７２ｄから構成され、凸部２７２ｄ，２７２ｄのシールリング２７１と当接する箇所には円弧を有している。一対の凸部２７２ｄ，２７２ｄ間には溝２７２ｅが形成されている。自由空間は変形例３よりも大きく、また、インナーリング２７２にシールリング２７１を傷つけるエッジがない。
また、上記実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。
これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
また、本開示は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本開示に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本開示に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
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。
２３１ｂ，２３２ｂ・・・フランジ
２７０・・・シールアセンブリ
２７１・・・シールリング
２７２・・・インナーリング
２７３・・・アウターリング

Claims (16)

  1. 継手のフランジ同士をシールするシールリングと、
    前記シールリングの内周側に配置され、前記シールリングの内周側への移動または変形を規制するインナーリングと、
    前記シールリングの外周側に配置され、前記シールリングの外周側への移動または変形を規制するアウターリングと、を備え、
    前記インナーリングと前記アウターリングの間には、前記インナーリングの外周面又は前記アウターリングの内周面の、厚み方向の中央部において、前記シールリングの体積の熱膨張を受け入れる空間が円周方向に複数設けられ、
    前記アウターリングの内周面または前記インナーリングの外周面は、前記中央部が、円に対して半径方向に所定の周期で波打つように形成される、シールアセンブリ。
  2. 前記インナーリングと前記アウターリングの間の断面積が、室温より高い温度に加熱されたときの前記シールリングの断面積よりも大きくなる箇所を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  3. 前記インナーリングの外周面は、円形に形成されている、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  4. 前記アウターリングは、室温において、前記シールリングの全周ではない一部と接触する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  5. 前記シールリングは、室温より高い温度に加熱されたときに、前記インナーリングと前記アウターリングの間の空間内で蛇行する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  6. 前記シールリングは、エラストマーを含み、断面が略円形のＯリングであって、前記フランジの面の、対向する前記フランジと最も接近する円環領域において接触するような直径を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  7. 前記アウターリングは、内周側が、前記フランジの面に垂直な平坦面または内周側に凸形状の断面を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  8. 前記アウターリングは、前記凸形状の突出部の高さが周方向で変化する、請求項７に記載のシールアセンブリ。
  9. 前記アウターリングは、内周側がＶ型の谷形状を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  10. 前記アウターリングは、３乃至４回回転対称の形状を有する、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  11. 前記アウターリングは前記フランジの一方の外周と係合する係合部を有し、前記係合部によって、前記フランジの面に平行な方向における位置決めがなされる、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  12. 前記アウターリングの厚みは、前記インナーリングの厚みより小さい、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  13. 前記中央部が、前記フランジの面に垂直に形成される、請求項１に記載のシールアセンブリ。
  14. 継手のフランジ同士をシールするシールリングと、前記シールリングの内周側に配置され、前記シールリングの内周側への移動または変形を規制するインナーリングと、前記シールリングの外周側に配置され、前記シールリングの外周側への移動または変形を規制するアウターリングと、を備え、前記インナーリングと前記アウターリングの間には、前記インナーリングの外周面又は前記アウターリングの内周面の、厚み方向の中央部において、前記シールリングの体積の熱膨張を受け入れる空間が円周方向に複数設けられ、前記アウターリングの内周面または前記インナーリングの外周面は、前記中央部が、円に対して半径方向に所定の周期で波打つように形成される、シールアセンブリを備える基板処理装置に基板を搬入する工程と、
    前記基板を処理する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  15. 継手のフランジ同士をシールするシールリングと、前記シールリングの内周側に配置され、前記シールリングの内周側への移動または変形を規制するインナーリングと、前記シールリングの外周側に配置され、前記シールリングの外周側への移動または変形を規制するアウターリングと、を備え、前記インナーリングと前記アウターリングの間には、前記インナーリングの外周面又は前記アウターリングの内周面の、厚み方向の中央部において、前記シールリングの体積の熱膨張を受け入れる空間が円周方向に複数設けられ、前記アウターリングの内周面または前記インナーリングの外周面は、前記中央部が、円に対して半径方向に所定の周期で波打つように形成される、シールアセンブリを備える基板処理装置に基板を搬入する工程と、
    前記基板を処理する工程と、
    を有する基板処理方法。
  16. 継手のフランジ同士をシールするシールリングと、前記シールリングの内周側に配置され、前記シールリングの内周側への移動または変形を規制するインナーリングと、前記シールリングの外周側に配置され、前記シールリングの外周側への移動または変形を規制するアウターリングと、を備え、前記インナーリングと前記アウターリングの間には、前記インナーリングの外周面又は前記アウターリングの内周面の、厚み方向の中央部において、前記シールリングの体積の熱膨張を受け入れる空間が円周方向に複数設けられ、前記アウターリングの内周面または前記インナーリングの外周面は、前記中央部が、円に対して半径方向に所定の周期で波打つように形成される、シールアセンブリを備える基板処理装置に基板を搬入する手順と、
    前記基板を処理する手順と、
    を有するコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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