基板処理装置および半導体装置の製造方法
ガスを流し、基板に膜を堆積させる処理室と、処理室に配置され、基板を加熱するランプユニットと、ランプユニット囲う第１の囲い体と、第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、ランプユニットと第１の囲い体との間の第１の空間、および第１の囲い体と第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体をそれぞれ流通させる冷媒流通装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体基板に所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板処理装置として、ランプを使用して基板を加熱するタイプの装置がある。本発明者は、このような装置において、その内部の雰囲気が基板を処理する処理室の雰囲気とは隔離された管を設け、この管の内部にランプを設け、この管とランプとの間に冷却媒体を流すことを案出した（日本国特願２００３−３３２２７７号参照）。
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、本発明者は、さらに研究を行った結果、本発明者が提案した上記装置では、基板処理時に処理室内に流すガスが反応して上記管の外側に堆積物を生じるという問題があることを見いだした。
【０００４】
従って、本発明の主な目的は、基板に所望のガスを流し、ランプによって基板を加熱しながら、基板に所望の膜を堆積させる基板処理装置であって、ランプを覆う管等の囲い体に堆積物が生じるのを抑制または防止できる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の一態様によれば、
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、を有する基板処理装置を使用して、前記基板に前記所望の膜を堆積させる工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉を説明するための概略上面図である。
【図２】図１のＡＡ線縦断面図である。
【図３】本発明の実施例１で使用されるチャンバ貫通石英管を説明するための概略斜視図である。
【図４】ランプのバルブ温度とランプの相対寿命との関係を示す図である。
【図５】空冷ガス用ブロアによる空冷風量の時間変化を示す図である。
【図６】本発明が好適に適用される基板処理装置を説明するための概略横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好ましい一実施の態様によれば、
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記基板処理装置は、少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第２の空間に該第１の空間よりも多くの量の冷却媒体を流通させるよう該冷媒流通装置を制御する制御部を有する。
【００１０】
また、好ましくは、前記基板処理装置は、少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の囲い体の温度より該第２の囲い体の温度を低くするように、該第１と第２の空間へ流通させる冷却媒体の量を制御する制御部を有する。
【００１１】
また、好ましくは、少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の空間と該第２の空間とで異なる冷却媒体を流通させ、該第２の空間に流通させる冷却媒体は、該第１の空間に流通させる冷却媒体よりも冷却効率の高い媒体である。例えば、第１の空間にＮ２を流し、第２の空間にはＨｅまたはＨ２を流す。
【００１２】
また、好ましくは、前記基板処理装置は、該冷却媒体の流通量は、該処理室内にある基板の温度を昇温させる過程よりも、基板の温度を降温させる過程の方を多くするように該冷媒流通装置を制御する制御部を有する。
【００１３】
また、好ましくは、前記第１の空間および第２の空間の少なくとも一方に、温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の空間および第２の空間に流通させる冷却媒体の流量の少なくとも一方を制御する。さらに好ましくは、前記第１の空間および第２の空間の両方に、温度検出手段をそれぞれ設け、これらの温度検出手段の検出結果にそれぞれ基づいて、前記第１の空間および第２の空間に流通させる冷却媒体の流量をそれぞれ制御する。
【００１４】
また、本発明の好ましい他の実施の態様によれば、上記基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉を説明するための概略上面図であり、図２は、図１のＡＡ線縦断面図であり、図３は、本発明の実施例１で使用されるチャンバ貫通石英管を説明するための概略斜視図である。
【００１７】
図１、２を参照すると、処理炉２０２は、チャンバ１１と、サセプタ２４と、上側ランプ群７０および下側ランプ群７２からなるヒータアッセンブリとを備えている。チャンバ１１は、チャンバ蓋１３とチャンバ本体１２とを備え、チャンバ本体１２は、チャンバ側壁１５とチャンバ底１４とを備えている。チャンバ側壁１５は、４つのチャンバ側壁１６、１７、１８、１９からなっている。処理基板であるウエハ２００は、サセプタ２４に搭載されて処理される。サセプタ２４は、サセプタ２３およびその内部のサセプタ２２からなっている。サセプタ２２の内側には、ウエハ２００よりも少し小さい貫通孔２４１が設けられており、ウエハ２００の周辺部をサセプタ２２によって保持している。ウエハ２００がサセプタ２４に搭載された状態で、ウエハ２００、サセプタ２４、チャンバ蓋１３、チャンバ側壁１６、１７、１８、１９によって処理チャンバ２０を画成している。なお、チャンバ蓋１３とチャンバ本体１２とにより処理室２１０を構成している。
【００１８】
チャンバ１１のチャンバ側壁１６にはフランジ２５が取り付けられ、フランジ２５の側端には、ゲートバルブ１３０が取り付けられている。フランジ２５の天井には、プロセスガス供給管２７が設けられ、プロセスガスを処理室２１０に供給し得るようになっている。そして、プロセスガスはチャンバ側壁１７に設けられたプロセスガス排気口２８より処理室２１０外へ排気される。ウエハ２００は、ゲートバルブ１３０を経由して処理室２１０内に搬入され、突上げピン４０の上下により、サセプタ２２に搭載される。また、処理が終わったウエハ２００は、突上げピン４０によりサセプタ２２から持ち上げられ、ゲートバルブ１３０を介して処理室２１０から搬出される。なお、突上げピン４０は、突き上げピン上下機構４１により上下する。
【００１９】
上側ランプ群７０に関しては、図３に示すように、石英製円管５１を複数本並べて両端にフランジ５３を溶接したチャンバ貫通石英管５０を、チャンバ１１に取り付けている。なお、隣接する石英製円管５１同士の間には隙間が設けられている。さらに、突上げピン４０が石英製円管５１の間を移動できるように、突上げピン４０が存在するところは、隣接する石英製円管５１同士の間を広くしている。チャンバ貫通石英管５０は、チャンバ後部（ゲートバルブ１３０と反対側）の側壁１７に設けた貫通孔４３より挿入し、チャンバ貫通石英管５０の先端を、チャンバ側壁１６の貫通孔４２に挿入し、チャンバ貫通石英管５０の先端のフランジ５３をチャンバ側壁１６に設けたフランジ４４にＯリング（図示せず）を介して押圧する。一方、チャンバ貫通石英管５０の後端のフランジ５３をチャンバ貫通石英管押えフランジ２９によりＯリング（図示せず）を介して押圧し、チャンバ貫通石英管５０の前後２ヶ所のＯリング（図示せず）を押圧しながら固定する。このように、チャンバ貫通石英管５０の両端とチャンバ１１との間はＯリングによりシールされているので、処理室２１０内の雰囲気とチャンバ貫通石英管５０の内部の雰囲気とを隔離することができ、その結果、処理室２１０内を減圧すると共に、チャンバ貫通石英管５０の内部に冷却媒体としての空冷用のガスを流すことができる構造となっている。
【００２０】
チャンバ貫通石英管５０の複数本の石英製円管５１の内部には、チャンバ貫通石英管５２がそれぞれ挿入されている。そして、チャンバ貫通石英管５２の内部にはランプ７１がそれぞれ挿入されている。ランプ７１は、フィラメント（図示せず）と該フィラメントを囲うランプ管（図示せず）とを含むランプユニットで構成されている。空冷ガスは、外側空冷ガス用ブロア（送風機）３１７により外側空冷ガス供給管３４を経由し、外側空冷ガス供給チャンバ３０を介して外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間に流入し、外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間を通って、チャンバ３１内に流出し、その後、空冷ガス排気口３５より排気される。
【００２１】
空冷ガスは、また、内側空冷ガス用ブロア（送風機）３１８により内側空冷ガス供給管３７を経由し、外側空冷ガス供給チャンバ３０内に設けられた内側空冷ガス供給チャンバ３６を介して内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間に流入し、内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間を通って、チャンバ３１内に流出し、その後、空冷ガス排気口３５より排気される。
外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間を通って流れる空冷ガスの流量は、外側空冷ガス用ブロア３１７と内側空冷ガス用ブロア３１８とによりそれぞれ独立に制御される。
【００２２】
外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間には、熱電対３２１が挿入され、内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間には、熱電対３２２が挿入されている。熱電対３２１、３２２からの信号は、温度検出部３１６に送られ、そこで温度が求められ、主制御部３１０に送られる。主制御部３１０内のガス制御部３１４は、求められた温度に応じて外側空冷ガス用ブロア３１７と内側空冷ガス用ブロア３１８とをそれぞれ制御する。ガス制御部３１４は、プロセスガス供給の制御も行う。
【００２３】
なお、ランプ７１については、端部（封し部）を除いたバルブ部が風量可変の空冷領域である。ランプ７１の端部（封し部）は図示しない別の手段により空冷している。
【００２４】
下側ランプ群７２に関しては、石英製円管でできたチャンバ貫通石英管５４を、チャンバ１１に貫通させている。チャンバ貫通石英管５４の両端とチャンバ１１の側壁１８、１９との間はそれぞれＯリング（図示せず）によりシールされ、処理室２１０内の雰囲気とチャンバ貫通石英管５４の内部の雰囲気とを隔離することができ、その結果、処理室２１０内を減圧すると共に、チャンバ貫通石英管５４の内部に冷却媒体としての空冷用のガスを流すことができる構造となっている。
【００２５】
チャンバ貫通石英管５４の内部にチャンバ貫通石英管５５が挿入されている。そして、チャンバ貫通石英管５５の内部にはランプ７３が挿入されている。ランプ７３は、フィラメント（図示せず）と該フィラメントを囲うランプ管（図示せず）とを含むランプユニットで構成されている。空冷ガスは、外側空冷ガス用ブロア（図示せず）により、外側空冷ガス供給チャンバ３２を介して外側のチャンバ貫通石英管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間に流入し、外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間を通って、チャンバ３３内に流出し、その後排気される。
【００２６】
空冷ガスは、また、内側空冷ガス用ブロア（図示せず）により外側空冷ガス供給チャンバ３２内に設けられた内側空冷ガス供給チャンバ３８を介して内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間に流入し、内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間を通って、チャンバ３３内に流出し、その後排気される。外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間を通って流れる空冷ガスの流量は、外側空冷ガス用ブロア（図示せず）と内側空冷ガス用ブロア（図示せず）とによりそれぞれ独立に制御される。
【００２７】
外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間には、熱電対（図示せず）が挿入され、内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間には、熱電対（図示せず）が挿入されている。これらの熱電対（図示せず）からの信号は、温度検出部３１６に送られ、そこで温度が求められ、主制御部３１０に送られる。主制御部３１０内のガス制御部３１４は、求められた温度に応じて外側空冷ガス用ブロア（図示せず）と内側空冷ガス用ブロア（図示せず）とをそれぞれ制御する。
【００２８】
なお、ランプ７３については、端部（封し部）を除いたバルブ部が風量可変の空冷領域である。ランプ７３の端部（封し部）は図示しない別の手段により空冷している。
【００２９】
また、本実施例の基板処理装置の処理炉２０２は、ウエハ２００の放射率を測定し、その放射率を計算するための非接触式の放射率測定手段を備える。すなわち、チャンバ蓋１３上に放射率測定部３０１を設け、その内部に放射率測定用プローブ３０２を設ける。チャンバ蓋１３に貫通孔３０３を設け、ウエハ２００からの放射光を放射率測定用プローブ３０２で測定できるようにする。放射率測定用プローブ３０２からの信号は、放射率検出部３１１に送られ、そこで、放射率が求められ、主制御部３１０に送られる。
【００３０】
処理炉２０２はさらに温度検出手段である複数の温度測定用プローブ３０５を備える。好ましくは、ウエハ２００の異なる部分の温度をそれぞれ測定するために位置決めされた５個のプローブ３０５を含む。これによって処理サイクル中のウエハ２００の面内温度の均一性が確保される。チャンバ蓋１３に５個の貫通孔３０４を設け、その内部に温度測定用プローブ３０５の先端部をそれぞれ挿入し、ウエハ２００からの放射光を温度測定用プローブ３０５で測定できるようにする。これらの温度測定用プローブ３０５はチャンバ蓋１３に固定され、すべての処理条件においてウエハ２００のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。プローブ３０５によって測定された光子密度に基づき温度検出部３１５にてウエハ温度に算出され、主制御部３１０にて放射率による補正が行われた後、設定温度と比較される。主制御部３１０は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部３１２を介してヒータアッセンブリ内の加熱手段である上側ランプ群７０、下側ランプ群７２の複数ゾーンへの電力供給量を制御する。なお、主制御部３１０は、突上げピン上下機構４１を制御する駆動制御部３１３をさらに備えている。
【００３１】
図４に示すように、ランプの寿命を長く保つためには、ランプ点灯中はランプのバルブ表面を３００℃〜５００℃に保持する必要がある。また、他方では、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理などの場合は、処理室内のガス（例えば、モノシラン、ジシラン、ジクロロシラン）が上側ランプ群７０の外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１や下側ランプ群７２の外側のチャンバ貫通石英管５４に反応して堆積することを防止するため、外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１やチャンバ貫通石英管５４を２００℃程度以下に保持する必要がある。
【００３２】
そこで、主制御部３１０内のガス制御部３１４により、外側空冷ガス用ブロア３１７と内側空冷ガス用ブロア３１８とをそれぞれ制御することにより、上側ランプ群７０の外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間を通って流れる空冷ガスの流量をそれぞれ制御し、外側空冷ガス用ブロア（図示せず）と内側空冷ガス用ブロア（図示せず）とをそれぞれ制御することにより、下側ランプ群７２の外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間を通って流れる空冷ガスの流量をそれぞれ制御して、ランプ７１、７３のバルブ表面を３００℃〜５００℃、例えば４００℃に保持すると共に、上側ランプ群７０の外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１や下側ランプ群７２の外側のチャンバ貫通石英管５４を２００℃以下に保って、処理室内のガスが外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１や外側のチャンバ貫通石英管５４に反応して堆積することを防止している。
【００３３】
この様子を図５に示す。内側空冷ガス用ブロアは、ランプ７１、７３のバルブ表面が４００℃に保持されるように空冷風量を自動で調整している。外側空冷ガス用ブロワーは、膜堆積防止のため空冷風量を１００％としている。
【００３４】
また、ウエハの微細化が進むと共に、本実施例のようなランプ加熱装置ではウエハ２００の急速な昇温および降温が要求される。この際に、外側空冷ガス用ブロワーは、膜堆積防止のため空冷風量を１００％としているので、降温時にランプのバルブとチャンバ貫通石英管の温度が下がらずに高温のままであることを防止でき、ウエハを急速に降温できる。なお、この場合に、降温時に内側空冷ガス用ブロアの風量を昇温中や処理中の場合よりも大きくすることにより、ウエハをより一層急速に降温できる。
【００３５】
さらに、上側ランプ群７０の外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２や下側ランプ群７２の外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５の大きさ等、外側空冷ガス用ブロアや内側空冷ガス用ブロアの空冷ガス供給能力次第では、昇温や、処理中には、外側空冷ガス用ブロアの風量を１００％にする必要がなくなる。その場合には、降温時における外側空冷ガス用ブロアの風量を昇温中や処理中の場合よりも大きくすることにより、ウエハを急速に降温できる。なお、この場合においても、降温時に内側空冷ガス用ブロアの風量を昇温中や処理中の場合よりも大きくすることにより、ウエハをより一層急速に降温できる。
【００３６】
以上、本実施例を実施することにより、チャンバ貫通石英管の温度が高温となることを防止することができ、処理室内のガスが反応してチャンバ貫通石英管の外側に堆積することを抑制または防止でき、また、ウエハ温度の降温も急速に行える基板処理装置を提供する点で、実用上極めて大きな効果を奏することができる。
【００３７】
次に、図６を参照して、本発明が好適に適用される基板処理装置の概要を説明する。
【００３８】
なお、本発明が好適適用される基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図６を基準とする。すなわち、図６が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００３９】
図６に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００４０】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００４１】
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００４２】
図６に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリエンテーションフラット合わせ装置１０６が設置されている。
【００４３】
図６に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００４４】
図６に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウオール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット１３８と、第四の処理炉としての第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
【００４５】
以下、構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
【００４６】
未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図６に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。
【００４７】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００４８】
予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、予備室１２２、第一の搬送室１０３、第一の処理炉２０２が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の処理炉２０２に搬入する。そして、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００４９】
第一の処理炉２０２で処理が完了すると、処理済みのウエハ２００は第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００５０】
そして、第一のウエハ移載機１１２は第一の処理炉２０２から搬出したウエハ２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウエハを冷却する。
【００５１】
第一のクーリングユニット１３８にウエハ２００を移載すると、第一のウエハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を第一の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００５２】
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
【００５３】
冷却済みのウエハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウエハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００５４】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第二の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００５５】
以上の作動が繰り返されることにより、ウエハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理炉２０２および第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理炉１３７および第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００５６】
なお、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。また、第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、第二の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット１３８（又は第二のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。
【００５７】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００４年３月１日提出の日本国特許出願２００４−５６３６３号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００５８】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態によれば、基板に所望のガスを流し、ランプによって基板を加熱しながら、基板に所望の膜を堆積させる基板処理装置であって、ランプを覆う管等の囲い体に堆積物が生じるのを抑制または防止できる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法が提供される。
その結果、本発明は、半導体ウエハに所望のガスを流し、ランプによって半導体ウエハを加熱しながら、半導体ウエハに所望の膜を堆積させる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に特に好適に利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体基板に所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板処理装置として、ランプを使用して基板を加熱するタイプの装置がある。本発明者は、このような装置において、その内部の雰囲気が基板を処理する処理室の雰囲気とは隔離された管を設け、この管の内部にランプを設け、この管とランプとの間に冷却媒体を流すことを案出した（日本国特願２００３−３３２２７７号参照）。
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、本発明者は、さらに研究を行った結果、本発明者が提案した上記装置では、基板処理時に処理室内に流すガスが反応して上記管の外側に堆積物を生じるという問題があることを見いだした。
【０００４】
従って、本発明の主な目的は、基板に所望のガスを流し、ランプによって基板を加熱しながら、基板に所望の膜を堆積させる基板処理装置であって、ランプを覆う管等の囲い体に堆積物が生じるのを抑制または防止できる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の一態様によれば、
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、を有する基板処理装置を使用して、前記基板に前記所望の膜を堆積させる工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉を説明するための概略上面図である。
【図２】図１のＡＡ線縦断面図である。
【図３】本発明の実施例１で使用されるチャンバ貫通石英管を説明するための概略斜視図である。
【図４】ランプのバルブ温度とランプの相対寿命との関係を示す図である。
【図５】空冷ガス用ブロアによる空冷風量の時間変化を示す図である。
【図６】本発明が好適に適用される基板処理装置を説明するための概略横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好ましい一実施の態様によれば、
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記基板処理装置は、少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第２の空間に該第１の空間よりも多くの量の冷却媒体を流通させるよう該冷媒流通装置を制御する制御部を有する。
【００１０】
また、好ましくは、前記基板処理装置は、少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の囲い体の温度より該第２の囲い体の温度を低くするように、該第１と第２の空間へ流通させる冷却媒体の量を制御する制御部を有する。
【００１１】
また、好ましくは、少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の空間と該第２の空間とで異なる冷却媒体を流通させ、該第２の空間に流通させる冷却媒体は、該第１の空間に流通させる冷却媒体よりも冷却効率の高い媒体である。例えば、第１の空間にＮ２を流し、第２の空間にはＨｅまたはＨ２を流す。
【００１２】
また、好ましくは、前記基板処理装置は、該冷却媒体の流通量は、該処理室内にある基板の温度を昇温させる過程よりも、基板の温度を降温させる過程の方を多くするように該冷媒流通装置を制御する制御部を有する。
【００１３】
また、好ましくは、前記第１の空間および第２の空間の少なくとも一方に、温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の空間および第２の空間に流通させる冷却媒体の流量の少なくとも一方を制御する。さらに好ましくは、前記第１の空間および第２の空間の両方に、温度検出手段をそれぞれ設け、これらの温度検出手段の検出結果にそれぞれ基づいて、前記第１の空間および第２の空間に流通させる冷却媒体の流量をそれぞれ制御する。
【００１４】
また、本発明の好ましい他の実施の態様によれば、上記基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉を説明するための概略上面図であり、図２は、図１のＡＡ線縦断面図であり、図３は、本発明の実施例１で使用されるチャンバ貫通石英管を説明するための概略斜視図である。
【００１７】
図１、２を参照すると、処理炉２０２は、チャンバ１１と、サセプタ２４と、上側ランプ群７０および下側ランプ群７２からなるヒータアッセンブリとを備えている。チャンバ１１は、チャンバ蓋１３とチャンバ本体１２とを備え、チャンバ本体１２は、チャンバ側壁１５とチャンバ底１４とを備えている。チャンバ側壁１５は、４つのチャンバ側壁１６、１７、１８、１９からなっている。処理基板であるウエハ２００は、サセプタ２４に搭載されて処理される。サセプタ２４は、サセプタ２３およびその内部のサセプタ２２からなっている。サセプタ２２の内側には、ウエハ２００よりも少し小さい貫通孔２４１が設けられており、ウエハ２００の周辺部をサセプタ２２によって保持している。ウエハ２００がサセプタ２４に搭載された状態で、ウエハ２００、サセプタ２４、チャンバ蓋１３、チャンバ側壁１６、１７、１８、１９によって処理チャンバ２０を画成している。なお、チャンバ蓋１３とチャンバ本体１２とにより処理室２１０を構成している。
【００１８】
チャンバ１１のチャンバ側壁１６にはフランジ２５が取り付けられ、フランジ２５の側端には、ゲートバルブ１３０が取り付けられている。フランジ２５の天井には、プロセスガス供給管２７が設けられ、プロセスガスを処理室２１０に供給し得るようになっている。そして、プロセスガスはチャンバ側壁１７に設けられたプロセスガス排気口２８より処理室２１０外へ排気される。ウエハ２００は、ゲートバルブ１３０を経由して処理室２１０内に搬入され、突上げピン４０の上下により、サセプタ２２に搭載される。また、処理が終わったウエハ２００は、突上げピン４０によりサセプタ２２から持ち上げられ、ゲートバルブ１３０を介して処理室２１０から搬出される。なお、突上げピン４０は、突き上げピン上下機構４１により上下する。
【００１９】
上側ランプ群７０に関しては、図３に示すように、石英製円管５１を複数本並べて両端にフランジ５３を溶接したチャンバ貫通石英管５０を、チャンバ１１に取り付けている。なお、隣接する石英製円管５１同士の間には隙間が設けられている。さらに、突上げピン４０が石英製円管５１の間を移動できるように、突上げピン４０が存在するところは、隣接する石英製円管５１同士の間を広くしている。チャンバ貫通石英管５０は、チャンバ後部（ゲートバルブ１３０と反対側）の側壁１７に設けた貫通孔４３より挿入し、チャンバ貫通石英管５０の先端を、チャンバ側壁１６の貫通孔４２に挿入し、チャンバ貫通石英管５０の先端のフランジ５３をチャンバ側壁１６に設けたフランジ４４にＯリング（図示せず）を介して押圧する。一方、チャンバ貫通石英管５０の後端のフランジ５３をチャンバ貫通石英管押えフランジ２９によりＯリング（図示せず）を介して押圧し、チャンバ貫通石英管５０の前後２ヶ所のＯリング（図示せず）を押圧しながら固定する。このように、チャンバ貫通石英管５０の両端とチャンバ１１との間はＯリングによりシールされているので、処理室２１０内の雰囲気とチャンバ貫通石英管５０の内部の雰囲気とを隔離することができ、その結果、処理室２１０内を減圧すると共に、チャンバ貫通石英管５０の内部に冷却媒体としての空冷用のガスを流すことができる構造となっている。
【００２０】
チャンバ貫通石英管５０の複数本の石英製円管５１の内部には、チャンバ貫通石英管５２がそれぞれ挿入されている。そして、チャンバ貫通石英管５２の内部にはランプ７１がそれぞれ挿入されている。ランプ７１は、フィラメント（図示せず）と該フィラメントを囲うランプ管（図示せず）とを含むランプユニットで構成されている。空冷ガスは、外側空冷ガス用ブロア（送風機）３１７により外側空冷ガス供給管３４を経由し、外側空冷ガス供給チャンバ３０を介して外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間に流入し、外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間を通って、チャンバ３１内に流出し、その後、空冷ガス排気口３５より排気される。
【００２１】
空冷ガスは、また、内側空冷ガス用ブロア（送風機）３１８により内側空冷ガス供給管３７を経由し、外側空冷ガス供給チャンバ３０内に設けられた内側空冷ガス供給チャンバ３６を介して内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間に流入し、内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間を通って、チャンバ３１内に流出し、その後、空冷ガス排気口３５より排気される。
外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間を通って流れる空冷ガスの流量は、外側空冷ガス用ブロア３１７と内側空冷ガス用ブロア３１８とによりそれぞれ独立に制御される。
【００２２】
外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間には、熱電対３２１が挿入され、内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間には、熱電対３２２が挿入されている。熱電対３２１、３２２からの信号は、温度検出部３１６に送られ、そこで温度が求められ、主制御部３１０に送られる。主制御部３１０内のガス制御部３１４は、求められた温度に応じて外側空冷ガス用ブロア３１７と内側空冷ガス用ブロア３１８とをそれぞれ制御する。ガス制御部３１４は、プロセスガス供給の制御も行う。
【００２３】
なお、ランプ７１については、端部（封し部）を除いたバルブ部が風量可変の空冷領域である。ランプ７１の端部（封し部）は図示しない別の手段により空冷している。
【００２４】
下側ランプ群７２に関しては、石英製円管でできたチャンバ貫通石英管５４を、チャンバ１１に貫通させている。チャンバ貫通石英管５４の両端とチャンバ１１の側壁１８、１９との間はそれぞれＯリング（図示せず）によりシールされ、処理室２１０内の雰囲気とチャンバ貫通石英管５４の内部の雰囲気とを隔離することができ、その結果、処理室２１０内を減圧すると共に、チャンバ貫通石英管５４の内部に冷却媒体としての空冷用のガスを流すことができる構造となっている。
【００２５】
チャンバ貫通石英管５４の内部にチャンバ貫通石英管５５が挿入されている。そして、チャンバ貫通石英管５５の内部にはランプ７３が挿入されている。ランプ７３は、フィラメント（図示せず）と該フィラメントを囲うランプ管（図示せず）とを含むランプユニットで構成されている。空冷ガスは、外側空冷ガス用ブロア（図示せず）により、外側空冷ガス供給チャンバ３２を介して外側のチャンバ貫通石英管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間に流入し、外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間を通って、チャンバ３３内に流出し、その後排気される。
【００２６】
空冷ガスは、また、内側空冷ガス用ブロア（図示せず）により外側空冷ガス供給チャンバ３２内に設けられた内側空冷ガス供給チャンバ３８を介して内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間に流入し、内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間を通って、チャンバ３３内に流出し、その後排気される。外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間を通って流れる空冷ガスの流量は、外側空冷ガス用ブロア（図示せず）と内側空冷ガス用ブロア（図示せず）とによりそれぞれ独立に制御される。
【００２７】
外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間には、熱電対（図示せず）が挿入され、内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間には、熱電対（図示せず）が挿入されている。これらの熱電対（図示せず）からの信号は、温度検出部３１６に送られ、そこで温度が求められ、主制御部３１０に送られる。主制御部３１０内のガス制御部３１４は、求められた温度に応じて外側空冷ガス用ブロア（図示せず）と内側空冷ガス用ブロア（図示せず）とをそれぞれ制御する。
【００２８】
なお、ランプ７３については、端部（封し部）を除いたバルブ部が風量可変の空冷領域である。ランプ７３の端部（封し部）は図示しない別の手段により空冷している。
【００２９】
また、本実施例の基板処理装置の処理炉２０２は、ウエハ２００の放射率を測定し、その放射率を計算するための非接触式の放射率測定手段を備える。すなわち、チャンバ蓋１３上に放射率測定部３０１を設け、その内部に放射率測定用プローブ３０２を設ける。チャンバ蓋１３に貫通孔３０３を設け、ウエハ２００からの放射光を放射率測定用プローブ３０２で測定できるようにする。放射率測定用プローブ３０２からの信号は、放射率検出部３１１に送られ、そこで、放射率が求められ、主制御部３１０に送られる。
【００３０】
処理炉２０２はさらに温度検出手段である複数の温度測定用プローブ３０５を備える。好ましくは、ウエハ２００の異なる部分の温度をそれぞれ測定するために位置決めされた５個のプローブ３０５を含む。これによって処理サイクル中のウエハ２００の面内温度の均一性が確保される。チャンバ蓋１３に５個の貫通孔３０４を設け、その内部に温度測定用プローブ３０５の先端部をそれぞれ挿入し、ウエハ２００からの放射光を温度測定用プローブ３０５で測定できるようにする。これらの温度測定用プローブ３０５はチャンバ蓋１３に固定され、すべての処理条件においてウエハ２００のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。プローブ３０５によって測定された光子密度に基づき温度検出部３１５にてウエハ温度に算出され、主制御部３１０にて放射率による補正が行われた後、設定温度と比較される。主制御部３１０は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部３１２を介してヒータアッセンブリ内の加熱手段である上側ランプ群７０、下側ランプ群７２の複数ゾーンへの電力供給量を制御する。なお、主制御部３１０は、突上げピン上下機構４１を制御する駆動制御部３１３をさらに備えている。
【００３１】
図４に示すように、ランプの寿命を長く保つためには、ランプ点灯中はランプのバルブ表面を３００℃〜５００℃に保持する必要がある。また、他方では、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理などの場合は、処理室内のガス（例えば、モノシラン、ジシラン、ジクロロシラン）が上側ランプ群７０の外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１や下側ランプ群７２の外側のチャンバ貫通石英管５４に反応して堆積することを防止するため、外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１やチャンバ貫通石英管５４を２００℃程度以下に保持する必要がある。
【００３２】
そこで、主制御部３１０内のガス制御部３１４により、外側空冷ガス用ブロア３１７と内側空冷ガス用ブロア３１８とをそれぞれ制御することにより、上側ランプ群７０の外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５２とランプ７１との間を通って流れる空冷ガスの流量をそれぞれ制御し、外側空冷ガス用ブロア（図示せず）と内側空冷ガス用ブロア（図示せず）とをそれぞれ制御することにより、下側ランプ群７２の外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５との間を通って流れる空冷ガスの流量と内側のチャンバ貫通石英管５５とランプ７３との間を通って流れる空冷ガスの流量をそれぞれ制御して、ランプ７１、７３のバルブ表面を３００℃〜５００℃、例えば４００℃に保持すると共に、上側ランプ群７０の外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１や下側ランプ群７２の外側のチャンバ貫通石英管５４を２００℃以下に保って、処理室内のガスが外側のチャンバ貫通石英管５０の石英製円管５１や外側のチャンバ貫通石英管５４に反応して堆積することを防止している。
【００３３】
この様子を図５に示す。内側空冷ガス用ブロアは、ランプ７１、７３のバルブ表面が４００℃に保持されるように空冷風量を自動で調整している。外側空冷ガス用ブロワーは、膜堆積防止のため空冷風量を１００％としている。
【００３４】
また、ウエハの微細化が進むと共に、本実施例のようなランプ加熱装置ではウエハ２００の急速な昇温および降温が要求される。この際に、外側空冷ガス用ブロワーは、膜堆積防止のため空冷風量を１００％としているので、降温時にランプのバルブとチャンバ貫通石英管の温度が下がらずに高温のままであることを防止でき、ウエハを急速に降温できる。なお、この場合に、降温時に内側空冷ガス用ブロアの風量を昇温中や処理中の場合よりも大きくすることにより、ウエハをより一層急速に降温できる。
【００３５】
さらに、上側ランプ群７０の外側の石英製円管５１と内側のチャンバ貫通石英管５２や下側ランプ群７２の外側の石英製円管５４と内側のチャンバ貫通石英管５５の大きさ等、外側空冷ガス用ブロアや内側空冷ガス用ブロアの空冷ガス供給能力次第では、昇温や、処理中には、外側空冷ガス用ブロアの風量を１００％にする必要がなくなる。その場合には、降温時における外側空冷ガス用ブロアの風量を昇温中や処理中の場合よりも大きくすることにより、ウエハを急速に降温できる。なお、この場合においても、降温時に内側空冷ガス用ブロアの風量を昇温中や処理中の場合よりも大きくすることにより、ウエハをより一層急速に降温できる。
【００３６】
以上、本実施例を実施することにより、チャンバ貫通石英管の温度が高温となることを防止することができ、処理室内のガスが反応してチャンバ貫通石英管の外側に堆積することを抑制または防止でき、また、ウエハ温度の降温も急速に行える基板処理装置を提供する点で、実用上極めて大きな効果を奏することができる。
【００３７】
次に、図６を参照して、本発明が好適に適用される基板処理装置の概要を説明する。
【００３８】
なお、本発明が好適適用される基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図６を基準とする。すなわち、図６が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００３９】
図６に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００４０】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００４１】
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００４２】
図６に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリエンテーションフラット合わせ装置１０６が設置されている。
【００４３】
図６に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００４４】
図６に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウオール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット１３８と、第四の処理炉としての第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
【００４５】
以下、構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
【００４６】
未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図６に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。
【００４７】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００４８】
予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、予備室１２２、第一の搬送室１０３、第一の処理炉２０２が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の処理炉２０２に搬入する。そして、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００４９】
第一の処理炉２０２で処理が完了すると、処理済みのウエハ２００は第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００５０】
そして、第一のウエハ移載機１１２は第一の処理炉２０２から搬出したウエハ２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウエハを冷却する。
【００５１】
第一のクーリングユニット１３８にウエハ２００を移載すると、第一のウエハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を第一の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００５２】
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
【００５３】
冷却済みのウエハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウエハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００５４】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第二の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００５５】
以上の作動が繰り返されることにより、ウエハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理炉２０２および第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理炉１３７および第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００５６】
なお、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。また、第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、第二の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット１３８（又は第二のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。
【００５７】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００４年３月１日提出の日本国特許出願２００４−５６３６３号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００５８】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態によれば、基板に所望のガスを流し、ランプによって基板を加熱しながら、基板に所望の膜を堆積させる基板処理装置であって、ランプを覆う管等の囲い体に堆積物が生じるのを抑制または防止できる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法が提供される。
その結果、本発明は、半導体ウエハに所望のガスを流し、ランプによって半導体ウエハを加熱しながら、半導体ウエハに所望の膜を堆積させる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に特に好適に利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第２の空間に該第１の空間よりも多くの量の冷却媒体を流通させるよう該冷媒流通装置を制御する制御部を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第２の空間には一定の流量で冷却媒体を流通し、前記第１の空間には流量を可変して冷却媒体を流通するよう制御する請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の囲い体の温度より該第２の囲い体の温度を低くするように、該第１と第２の空間へ流通させる冷却媒体の量を制御する制御部を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第１の囲い体の温度が、３００〜５００℃の範囲となるように制御される請求項４記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第２の囲い体の温度が、２００℃以下となるように制御される請求項４記載の基板処理装置。
【請求項７】
少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の空間と該第２の空間とで異なる冷却媒体を流通させ、該第２の空間に流通させる冷却媒体が、該第１の空間に流通させる冷却媒体よりも冷却効率の高い媒体である請求項１記載の基板処理装置。
【請求項８】
該冷却媒体の流通量は、該処理室内にある基板の温度を昇温させる過程よりも、基板の温度を降温させる過程の方を多くするように該冷媒流通装置を制御する制御部を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第２の空間に流通される冷却媒体の量は、基板の昇温過程と降温過程とで同量の冷却媒体を流通させ、前記第１の空間に流通される冷却媒体の量は、基板の昇温過程よりも降温過程の方を多くして冷却媒体を流通するように制御される請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１０】
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、を有する基板処理装置を使用して、前記基板に前記所望の膜を堆積させる工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１】
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第２の空間に該第１の空間よりも多くの量の冷却媒体を流通させるよう該冷媒流通装置を制御する制御部を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第２の空間には一定の流量で冷却媒体を流通し、前記第１の空間には流量を可変して冷却媒体を流通するよう制御する請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の囲い体の温度より該第２の囲い体の温度を低くするように、該第１と第２の空間へ流通させる冷却媒体の量を制御する制御部を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第１の囲い体の温度が、３００〜５００℃の範囲となるように制御される請求項４記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第２の囲い体の温度が、２００℃以下となるように制御される請求項４記載の基板処理装置。
【請求項７】
少なくとも該処理室内で基板を処理している間は、該第１の空間と該第２の空間とで異なる冷却媒体を流通させ、該第２の空間に流通させる冷却媒体が、該第１の空間に流通させる冷却媒体よりも冷却効率の高い媒体である請求項１記載の基板処理装置。
【請求項８】
該冷却媒体の流通量は、該処理室内にある基板の温度を昇温させる過程よりも、基板の温度を降温させる過程の方を多くするように該冷媒流通装置を制御する制御部を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第２の空間に流通される冷却媒体の量は、基板の昇温過程と降温過程とで同量の冷却媒体を流通させ、前記第１の空間に流通される冷却媒体の量は、基板の昇温過程よりも降温過程の方を多くして冷却媒体を流通するように制御される請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１０】
所望のガスを流し、基板に所望の膜を堆積させるための空間を提供する処理室と、
該処理室に配置され、該基板を加熱するフィラメントと該フィラメントを囲うランプ管とを含むランプユニットを、少なくとも一つ以上有したランプユニット群と、
該ランプユニットを囲う少なくとも第１と第２の囲い体であって、該ランプユニットを囲う第１の囲い体と、該第１の囲い体を囲う第２の囲い体と、
該ランプユニットと該第１の囲い体との間の第１の空間、および該第１の囲い体と該第２の囲い体との間の第２の空間に、冷却媒体を流通させる冷媒流通装置と、を有する基板処理装置を使用して、前記基板に前記所望の膜を堆積させる工程を備える半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８３７６０
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１０５００（Ｐ２００６−５１０５００）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００３２７９
【国際出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００３２７９
【国際出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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