基板処理装置
【課題】温度計用保護管を処理室にシールを確保しつつ着脱可能に設置する。
【解決手段】熱電対６１が挿入される石英製の保護管６２をエルボ管形状に形成する。石英製のプロセスチューブ３１の炉口３３付近の側壁に開設された取付孔６３に石英製のスペーサ６４とパイプ６５を溶着し、パイプ６５に保護管６２の屈曲下端部をプロセスチューブ３１の内側から挿入する。パイプ６５にスペーサ６６とシールリング６７が収納されたキャップ６８を嵌合し、パイプ６５の外側端部に異径ウルトラトール６９を嵌合し、異径ウルトラトール６９の外側端部にスペーサ７０とシールリング７１が収納されたキャップ７２を嵌合する。一対の保護管６２、６２を連結棒７３で連結し、両保護管のプロセスチューブ３１の内周面との間に当てブロック７４、７４を挟み込む。保護管を石英製のプロセスチューブに着脱可能に取り付けることで、メンテナンス作業を向上できる。
【解決手段】熱電対６１が挿入される石英製の保護管６２をエルボ管形状に形成する。石英製のプロセスチューブ３１の炉口３３付近の側壁に開設された取付孔６３に石英製のスペーサ６４とパイプ６５を溶着し、パイプ６５に保護管６２の屈曲下端部をプロセスチューブ３１の内側から挿入する。パイプ６５にスペーサ６６とシールリング６７が収納されたキャップ６８を嵌合し、パイプ６５の外側端部に異径ウルトラトール６９を嵌合し、異径ウルトラトール６９の外側端部にスペーサ７０とシールリング７１が収納されたキャップ７２を嵌合する。一対の保護管６２、６２を連結棒７３で連結し、両保護管のプロセスチューブ３１の内周面との間に当てブロック７４、７４を挟み込む。保護管を石英製のプロセスチューブに着脱可能に取り付けることで、メンテナンス作業を向上できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、特に、温度測定技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memorry ）のキャパシタ（Capacitor ）の静電容量部（絶縁膜）を形成するための五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）膜の表面近傍に付着したカーボン（Ｃ）を除去する基板処理装置として、バッチ式リモートプラズマ処理装置が提案されている。
その一例として、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を形成するプロセスチューブが石英によって一体的に形成されており、このプロセスチューブの処理室には互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されているバッチ式リモートプラズマ処理装置、がある。例えば、特許文献１参照。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８０３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記したバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、プロセスチューブが石英によって一体的に形成されているために、処理室にカスケード温度計を取り付けるのが困難であるという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。
【０００５】
本発明の目的は、温度計を確実に保護しつつ、その取り付けを簡単化することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る基板処理装置は、基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記プロセスチューブの側壁を貫通して前記処理室に挿入された保護管と、前記保護管に挿入された温度計とを備えており、
前記保護管は前記プロセスチューブの側壁の一部に固定された接続部材の中空部に挿通されており、前記接続部材の外周面と前記保護管の外周面との間にはシールリングが介設されていることを特徴とする。
また、本発明に係る基板処理装置は、基板を収容する空間を形成するプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記基板の近傍の温度を測定するために前記プロセスチューブ内に延在して設けられる保護管に収容された温度測定手段と、前記プロセスチューブの外壁に設けられた中空の接続部とを有し、
前記保護管が前記接続部の中空部を通って前記プロセスチューブの外部に導出され、前記接続部の外壁と前記接続部から導出した前記保護管の外壁とに掛け渡って設けられるシール手段を備えており、
前記接続部の外壁と前記シール手段との間、および、前記保護管の外壁と前記シール手段との間のそれぞれにシール部材を介して前記シール手段を気密に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記した手段によれば、接続部材の外周面とシールリングとの間、および保護管の外周面とシールリングとの間によって保護管の内外の気密を維持することができるので、温度計を保護することができる。また、前記した手段によれば保護管は接続部材に挿通することにより、プロセスチューブに簡単に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてのＣＶＤ法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法を実施するＡＬＤ装置として構成されている。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ順次に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。
例えば、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜を形成する場合のＡＬＤ法においては、ＤＣＳ（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ジクロロシラン）とＮＨ3 （アンモニア）を用いて、３００〜６００℃の低温で、高品質の成膜が可能である。そして、複数種類の反応性ガスは１種類ずつ順次に供給する。また、膜厚の制御は反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は２０サイクル行う。
【００１０】
図１に示されているように、ＡＬＤ装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３の下方にはウエハ姿勢整合装置１４が二組設備されている。外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４がカセット２に収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ１の姿勢を整合する。カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。
【００１１】
筐体１１の内部にはカセット授受ユニット１２に対向してカセット棚１５が設備されており、カセット授受ユニット１２の上方には予備カセット棚１６が設備されている。カセット授受ユニット１２とカセット棚１５との間には、カセット移載装置１７が設備されている。カセット移載装置１７は前後方向に進退可能なロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム１８は進退、昇降および横行の協働により、カセットステージ１３の上の水平姿勢となったカセット２をカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送して移載するようになっている。
【００１２】
カセット棚１５の後方にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置１９が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置１９は進退可能なウエハ保持部２０を備えており、ウエハ保持部２０には複数枚のウエハ保持プレート２１が水平に取り付けられている。ウエハ移載装置１９の後方にはボートエレベータ２２が設備されており、ボートエレベータ２２のアーム２３には基板保持具としてのシールキャップ２４が水平に設置されている。
【００１３】
図２に示されているように、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の炉口３３の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されており、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の下端面にシールリング２４ａを挟んで当接することにより、プロセスチューブ３１の炉口３３を閉塞するようになっている。シールキャップ２４の中心線上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されるようになっている。シールキャップ２４の中心線上には回転軸２７が挿通されており、回転軸２７はシールキャップ２４と共に昇降し、かつ、回転駆動装置２８によって回転されるようになっている。回転軸２７の上端には支持板２９が水平に固定されており、支持板２９の上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されている。
【００１４】
ボート２５は上下で一対の端板２５ａ、２５ｂと、両端板２５ａと２５ｂとの間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材２５ｃとを備えており、各保持部材２５ｃには多数条の保持溝２５ｄが長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材２５ｃの多数条の保持溝２５ｄ間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２５に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。
【００１５】
図２〜図４に示されているように、ＡＬＤ装置１０は石英（ＳｉＯ2 ）が用いられて一体的に形成されたプロセスチューブ３１を備えており、プロセスチューブ３１は一端が開口で他端が閉塞の円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ３１の筒中空部は複数枚のウエハ１を収容して処理する処理室３２を形成しており、プロセスチューブ３１の下端開口はウエハ１を出し入れするための炉口３３を形成している。プロセスチューブ３１の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。プロセスチューブ３１の外部にはプロセスチューブ３１の周囲を包囲するヒータユニット３４が同心円に設備されており、ヒータユニット３４は処理室３２を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット３４はＡＬＤ装置１０の筐体１１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１６】
図３に示されているように、プロセスチューブ３１の炉口３３の付近における側壁の一部には、処理室３２を真空引きする排気管３５の一端が接続されており、排気管３５の他端は可変流量制御弁３７を介して真空ポンプ３６に接続されている。なお、可変流量制御弁３７は弁体の開度を調節して排気量を調整することにより、処理室３２の圧力を制御するようになっている。
【００１７】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略１８０度反対側の位置には、ガス供給管３８の一端が接続されており、ガス供給管３８の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源３９に接続されている。ガス供給管３８の途中には可変流量制御弁４０と上流側開閉弁４１とガス溜め４２と下流側開閉弁４３とがガス供給源３９の側から順に介設されている。
プロセスチューブ３１におけるガス供給管３８と対向する部分には、樋形状の隔壁４４がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁４４はガス供給室４５を形成するように構成されている。隔壁４４には複数個の吹出口４６がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４６はガス供給室４５に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
吹出口４６の開口面積はガス供給室４５と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、ガス供給室４５と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４６の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
【００１８】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略９０度離れた位置には、プラズマ室４８を形成した樋形状の隔壁（以下、プラズマ室壁という。）４７がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁の断面形状は円弧形に形成されており、その周方向の幅は略６０度に設定されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁における排気管３５側の端部には、複数個の吹出口４９がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４９はプラズマ室４８に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。プラズマ室壁４７の吹出口４９とガス供給室４５を形成した隔壁（以下、ガス供給室壁という。）４４の吹出口４６との位相差は、約１２０度に設定されている。
プラズマ室壁４７の吹出口４９の開口面積はプラズマ室４８と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、プラズマ室４８と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４９の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
【００１９】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７の吹出口４９と反対側の位置には、ガス供給管５０の一端が接続されており、ガス供給管５０の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源５１に接続されている。ガス供給管５０の途中には可変流量制御弁５２と開閉弁５３とが、ガス供給源５１の側から順に介設されている。また、ガス供給管５０のプラズマ室壁４７の内部側端にはノズル５４の一端が接続されており、ノズル５４は垂直に立脚されている。ノズル５４には複数個のガス供給口５５が垂直方向に等間隔に配置されて、それぞれ周方向内向きに開設されている。
【００２０】
プラズマ室４８の内部には一対の保護管５６、５６がプラズマ室４８の中心線を挟んで互いに反対側に対称形にそれぞれ配置されて、上下方向に延在するように敷設されている。各保護管５６は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、各保護管５６の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ３１の側壁を貫通して外部に突き出されている。各保護管５６の中空部内は処理室３２の外部（大気圧）に連通されている。両保護管５６、５６の中空部には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の棒状電極５７、５７がそれぞれ同心的に敷設されており、両棒状電極５７、５７間には高周波電力を印加する高周波電源５８が整合器５９を介して電気的に接続されている。
高周波電源５８および整合器５９はコントローラ６０によって制御されるようになっている。また、コントローラ６０は可変流量制御弁３７、４０、５２や開閉弁４１、４３、５３およびヒータユニット３４等を制御するようになっている。
【００２１】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７と１８０度反対側の位置には、カスケード温度計としての熱電対６１を敷設するための保護管６２が二本、周方向に隣り合わせに並べられてそれぞれ垂直に立設されている。各熱電対６１はコントローラ６０に温度測定結果を送信するようになっており、コントローラ６０は温度測定結果に基づいてヒータユニット３４等を制御するようになっている。
【００２２】
本実施の形態においては、保護管６２は石英が使用されて細長い円筒形状で下端部が直角に屈曲されたエルボ管（Ｌ字管）形状に形成されており、その屈曲下端部がプロセスチューブ３１の側壁に図５に示されているように取り付けられている。
すなわち、プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における所定の位置には、保護管６２の外径よりも大口径の取付孔６３が開設されており、保護管６２の屈曲下端部が取付孔６３にプロセスチューブ３１の内側から挿入されている。プロセスチューブ３１の外周面における取付孔６３の部位には、接続部材としてのスペーサ６４が同心円に配されて溶着されており、スペーサ６４の外側端部には接続部材としてのパイプ６５が同心円に配されて溶着されている。スペーサ６４は石英が使用されて内径が取付孔６３と略等しい円形リング形状に形成されている。パイプ６５は石英が使用されて内径が保護管６２の外径と等しい円筒形状に形成されている。
保護管６２の屈曲下端部はパイプ６５の内周に嵌入されることにより、水平に支承された状態になっている。パイプ６５の外周にはスペーサ６６およびシールリング６７が収納されたキャップ６８が嵌合されており、パイプ６５のスペーサ６４と反対側の端部には異径ウルトラトール６９が嵌合されている。シールリング６７は異径ウルトラトール６９とキャップ６８との結合によって圧縮されることにより、保護管６２の外周面とパイプ６５の内周面との間すなわち取付孔６３を気密シールした状態になっている。
異径ウルトラトール６９のパイプ６５と反対側の端部には、スペーサ７０およびシールリング７１が収納されたキャップ７２が嵌合されている。シールリング７１は異径ウルトラトール６９とキャップ７２との結合によって圧縮されることにより、保護管６２の外周面と異径ウルトラトール６９の内周面との間すなわち取付孔６３を気密シールした状態になっている。
【００２３】
以上のようにして屈曲下端部がプロセスチューブ３１の側壁に取り付けられた一対の保護管６２、６２は、いずれも垂直に立脚された状態で、Ｌ字形状の縦部分の対向面間における上中下段に水平に架設された三本の連結棒７３によって互いに連結されることにより、図３〜図５に示されているように、垂直姿勢を維持した状態で固定されている。すなわち、円筒形状の保護管６２はパイプ６５の内周面に沿って回転することができるために、単独の保護管６２は垂直姿勢を維持することができないが、隣り合う保護管６２、６２同士が連結棒７３によって連結されると、互いに回転を阻止した状態になるために、双方の保護管６２、６２は垂直姿勢を維持することができる状態になる。
【００２４】
また、プロセスチューブ３１の側壁に屈曲下端部が取り付けられ垂直に敷設された状態の両保護管６２、６２におけるプロセスチューブ３１の内周面との間には、当てブロック７４、７４がそれぞれ挟み込まれている。この当てブロック７４、７４により、両保護管６２、６２のプロセスチューブ３１の径方向の位置決めが確保されている。
【００２５】
次に、以上の構成に係るＡＬＤ装置１０を使用したＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
【００２６】
まず、基板処理装置としての全体の流れを説明する。
図２に示されているように、ＡＬＤ装置１０の被処理基板としてのウエハ１は複数枚がボート２５にウエハ移載装置１９によって装填（チャージング）される。複数枚のウエハ１が装填されたボート２５はシールキャップ２４および回転軸２７と共にボートエレベータ２２によって上昇されて、プロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）される。
【００２７】
図７に示されているように、ウエハ１群を保持したボート２５が処理室３２に搬入されて、処理室３２がシールキャップ２４によってシールされると、処理室３２は排気管３５に接続された真空ポンプ３６によって所定の圧力以下に排気され、ヒータユニット３４への供給電力が上昇されることにより、処理室３２の温度が所定の温度に上昇される。ヒータユニット３４がホットウオール形構造であることにより、処理室３２の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート２５に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
【００２８】
処理室３２の温度が予め設定された値に達して安定した後に、後述するＡＬＤ法による成膜作業が実施される。
【００２９】
所定の成膜作業が完了すると、シールキャップ２４がボートエレベータ２２によって下降されることにより炉口３３が開口されるとともに、ボート２５に保持された状態でウエハ１群が炉口３３から処理室３２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
処理室３２の外部に搬出されたウエハ１群はボート２５からウエハ移載装置１９によってディスチャージングされる（降ろされる）。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１が一括してバッチ処理される。
【００３０】
次に、ＡＬＤ法による成膜作業を、ＤＣＳガスとＮＨ3 ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合について説明する。
ＤＣＳガスとＮＨ3 ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、次の第一ステップ、第二ステップおよび第三ステップが順に実施される。
【００３１】
第一ステップにおいては、図６に示されているように、プラズマ励起の必要なＮＨ3 ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとが併行して流される。
ガス供給管５０に設けた開閉弁５３および排気管３５に設けた可変流量制御弁３７が共に開けられる。ガス供給管５０から可変流量制御弁５２により流量調整されたＮＨ3 ガスがノズル５４のガス供給口５５からプラズマ室４８へ噴出し、一対の棒状電極５７、５７間に高周波電源５８から整合器５９を介して高周波電力を印加してＮＨ3 ガスをプラズマ励起し、活性種として処理室３２に供給しつつ排気管３５から排気する。
ＮＨ3 ガスをプラズマ励起することによって活性種として流すときは、可変流量制御弁３７を適正に調整することにより、処理室３２の圧力を１０〜１００Ｐａとする。可変流量制御弁５２によって制御するＮＨ3 ガスの供給流量は、１０００〜１００００ｓｃｃｍ（スタンダード・立方センチメートル）である。ＮＨ3 ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ１を晒す時間は、２〜１２０秒間である。このときのヒータユニット３４の制御温度は、ウエハの温度が３００〜６００℃になるように設定されている。ＮＨ3 ガスは反応温度が高いために、このウエハ温度（３００〜６００℃）では反応しないので、プラズマ励起することによって活性種としてから流すことにより、ウエハ１の温度が低い温度範囲のままであっても、ＮＨ3 ガスをウエハに堆積することができる。
【００３２】
このＮＨ3 ガスをプラズマ励起することによって活性種として供給しているときに、ガス供給管３８の上流側開閉弁４１を開いて、下流側開閉弁４３を閉めて、ＤＣＳガスも流すようにする。これにより、上流側開閉弁４１と下流側開閉弁４３との間に設けたガス溜め４２にＤＣＳガスを溜める。このとき、処理室３２に流しているガスはＮＨ3 ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳガスは存在しない。したがって、ＮＨ3 ガスは気相反応を起こすことはなく、プラズマによって励起されて活性種となったＮＨ3 ガスはウエハ１上の下地膜と表面反応する。
【００３３】
第二ステップにおいては、ガス供給管５０の開閉弁５３が閉められて、ＮＨ3 ガスの供給は停止される。しかし、ＤＣＳガスのガス溜め４２への供給は継続する。ガス溜め４２に所定圧、所定量のＤＣＳガスが溜まったら、上流側開閉弁４１も閉めることにより、ガス溜め４２にＤＣＳガスを閉じ込めておく。
ガス溜め４２内にはＤＣＳガスを、圧力が２００００Ｐａ以上になるように溜める。また、ガス溜め４２と処理室３２との間のコンダクタンスが１．５×１０-3ｍ3 ／ｓ以上になるように、コントローラ６０を制御する。さらに、処理室３２の容積と、これに対する必要なガス溜め４２の容積との比として考えると、処理室３２の容積が１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め４２は処理室３２の容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
また、排気管３５の可変流量制御弁３７は開いたままにして、処理室３２を真空ポンプ３６によって２０Ｐａ以下に排気することにより、処理室３２に残留したＮＨ3 ガスを処理室３２から排除する。この際に、窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留したＮＨ3 ガスを排除する効果をより一層高めることができる。
【００３４】
第三ステップにおいては、処理室３２の排気が終わったら、排気管３５の可変流量制御弁３７を閉じて排気を止める。ガス供給管３８の下流側開閉弁４３を開く。これにより、ガス溜め４２に溜められたＤＣＳガスが処理室３２に一気に供給される。このとき、排気管３５の可変流量制御弁３７が閉じられているので、処理室３２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。
ＤＣＳガスを供給するための時間は２〜４秒に設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウエハの温度はＮＨ3 ガスの供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳガスの供給により、ウエハ１の下地膜の上のＮＨ3 ガスとＤＣＳガスとが表面反応して、ウエハ１の上にシリコン窒化膜が形成される。成膜後、下流側開閉弁４３を閉じ、可変流量制御弁３７を開けて処理室３２を真空排気し、残留するＤＣＳガスの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時には窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留するＤＣＳガスの成膜に寄与した後のガスを処理室３２から排除する効果をより一層高めることができる。また、上流側開閉弁４１を開いてガス溜め４２へのＤＣＳガスの供給を開始する。
【００３５】
以上の第一ステップ〜第三ステップを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハの上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。
【００３６】
ＡＬＤ法においては、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力およびガスの暴露時間に比例する。よって、所望する一定量のガスを短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。
本実施の形態においては、可変流量制御弁３７を閉めたうえで、ガス溜め４２に溜めたＤＣＳガスを瞬間的に供給しているので、処理室３２のＤＣＳガスの圧力を急激に上げることができ、所望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、ガス溜め４２にＤＣＳガスを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ3 ガスをプラズマ励起することによって活性種として供給および処理室３２を排気しているので、ＤＣＳガスを溜めるための特別なステップを必要としない。
また、処理室３２を排気してＮＨ3 ガスを除去してからＤＣＳガスを流すので、両者はウエハ１に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳガスはウエハ１に吸着している
ＮＨ3 ガスのみ有効に反応させることができる。
【００３８】
ところで、ＡＬＤ装置を含む一般的なＣＶＤ装置においては、カスケード温度計として複数本（対）の熱電対が処理室に設置されており、最近では、四本または五本の熱電対を設置することが主流になって来ている。
通例、複数本の熱電対は石英から成る一本の保護管に挿入されてプロセスチューブに設置されており、保護管はステンレス製のインレットフランジ（マニホールド）に締結されている。この場合には、保護管をインレットフランジに締結する時や時間経過によって保護管が傾いたりする可能性があるので、保護管をインレットフランジにサポート金具によって強固に固定することが実施される。
本実施の形態に係るＡＬＤ装置のように、インレットフランジが一体的に形成された石英製のプロセスチューブに石英製の保護管を設置する場合には、保護管をプロセスチューブに溶接によって固定することが、考えられる。この場合には、保護管の取付時の傾き等は防止することができる。
しかしながら、この場合には、次のような問題点がある。
プロセスチューブの洗浄時に保護管を取り外す必要があるために、プロセスチューブのメンテナンスが困難になる。熱電対の挿入作業が困難になる。熱電対の挿入作業の困難性により、一本の熱電対毎に保護管が一本ずつ必要になるために、プロセスチューブの構造が複雑になり、コストアップを招来してしまう。
【００３９】
前述した実施の形態によれば、以上の問題点を解決することができ、次の効果が得られる。
【００４０】
1) 熱電対が挿入される石英製の保護管をエルボ管形状に形成し、その屈曲下端部をプロセスチューブの側壁に開設された取付孔に内側から挿入するとともに、石英製のスペーサや石英製のパイプ、異径ウルトラトールおよびキャップ等によって締結することにより、石英製の保護管を石英製のプロセスチューブに溶着せずに済むために、プロセスチューブのメンテナンスを容易に実施することができる。
【００４１】
2) 保護管の外周面と異径ウルトラトールの内周面との間をシールリングによってシールするとともに、保護管の外周面と異径ウルトラトールの内周面との間をシールリングによってシールすることにより、取付孔を気密シールすることができるので、プロセスチューブの気密性を維持することができ、また、保護管に挿入された熱電対を確実に保護することができる。
【００４２】
3) 屈曲下端部がプロセスチューブの側壁に取り付けられた一対の保護管をいずれも垂直に立脚された状態で、Ｌ字形状の縦部分の対向面間における上中下段に水平に架設された連結棒によって互いに連結することにより、隣り合う保護管同士が連結棒によって回転を阻止した状態になるので、双方の保護管の垂直姿勢を維持することができる。
【００４３】
4) 複数本の保護管をプロセスチューブに簡単かつ着脱可能に取り付けることができるので、各保護管毎に熱電対を一本ずつ挿入することができ、複数本の熱電対をプロセスチューブに敷設する場合におけるコストアップを抑制することができる。
【００４４】
5) 複数本の保護管をプロセスチューブに着脱可能に取り付けることができるので、プロセスチューブの洗浄に際して、保護管を取り外すことができ、その結果、プロセスチューブのメンテナンスの作業性をより一層高めることができる。
【００４５】
6) プロセスチューブの側壁に屈曲下端部が取り付けられ垂直に敷設された状態の保護管におけるプロセスチューブの内周面との間に当てブロックを挟み込むことにより、当てブロックによって保護管のプロセスチューブの径方向の位置決めを確保することができるので、保護管の取り付け作業性をより一層高めることができる。
【００４６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４７】
例えば、保護管は二本に限らず、一本または三本以上であってもよい。
【００４８】
カスケード温度計としては、熱電対を使用するに限らない。
【００４９】
前記実施の形態では、低温での窒素膜の形成において、ＤＣＳとアンモニアとを交互に供給してシリコン窒化膜を形成する場合について説明したが、ＡＬＤ装置は、キャパシタの静電容量部のＴａ2 Ｏ5 膜に介在したカーボンを除去する場合、その他の膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハにＡＬＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素（Ｎ2 ）ガスまたはアンモニア（ＮＨ3 ）または一酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を供給し、処理室を室温〜７５０℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。
また、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面を水素（Ｈ2 ）ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができた。
【００５０】
また、前記実施の形態ではＡＬＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００５１】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態であるＡＬＤ装置を示す斜視図である。
【図２】その主要部を示す正面断面図である。
【図３】図２のIII-III 線に沿う一部省略平面断面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う側面断面図である。
【図５】保護管の取付部を示しており、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図６】ガスの流れを示す主要部の一部省略平面断面図である。
【図７】同じく一部省略側面断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…ウエハ（被処理基板）、２…カセット、１０…ＡＬＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマＣＶＤ装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…ウエハ姿勢整合装置、１５…カセット棚、１６…予備カセット棚、１７…カセット移載装置、１８…ロボットアーム、１９…ウエハ移載装置、２０…ウエハ保持部、２１…ウエハ保持プレート、２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２４ａ…シールリング、２５…ボート、２５ａ、２５ｂ…端板、２５ｃ…保持部材、２５ｄ…保持溝、２６…断熱キャップ部、２７…回転軸、２８…回転駆動装置、２９…支持板、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３３…炉口、３４…ヒータユニット、３５…排気管、３６…真空ポンプ、３７…可変流量制御弁、３８…ガス供給管、３９…ガス供給源、４０…可変流量制御弁、４１…上流側開閉弁、４２…ガス溜め、４３…下流側開閉弁、４４…隔壁、４５…ガス供給室、４６…吹出口、４７…隔壁、４８…プラズマ室、４９…吹出口、５０…ガス供給管、５１…ガス供給源、５２…可変流量制御弁、５３…開閉弁、５４…ノズル、５５…ガス供給口、５６…保護管、５７…棒状電極、５８…高周波電源、５９…整合器、６０…コントローラ、６１…熱電対（カスケード温度計）、６２…保護管、６３…取付孔、６４…スペーサ（接続部材）、６５…パイプ（接続部材）、６６…スペーサ、６７…シールリング、６８…キャップ、６９…異径ウルトラトール、７０…スペーサ、７１…シールリング、７２…キャップ、７３…連結棒、７４…ブロック。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、特に、温度測定技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memorry ）のキャパシタ（Capacitor ）の静電容量部（絶縁膜）を形成するための五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）膜の表面近傍に付着したカーボン（Ｃ）を除去する基板処理装置として、バッチ式リモートプラズマ処理装置が提案されている。
その一例として、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を形成するプロセスチューブが石英によって一体的に形成されており、このプロセスチューブの処理室には互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されているバッチ式リモートプラズマ処理装置、がある。例えば、特許文献１参照。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８０３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記したバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、プロセスチューブが石英によって一体的に形成されているために、処理室にカスケード温度計を取り付けるのが困難であるという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。
【０００５】
本発明の目的は、温度計を確実に保護しつつ、その取り付けを簡単化することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る基板処理装置は、基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記プロセスチューブの側壁を貫通して前記処理室に挿入された保護管と、前記保護管に挿入された温度計とを備えており、
前記保護管は前記プロセスチューブの側壁の一部に固定された接続部材の中空部に挿通されており、前記接続部材の外周面と前記保護管の外周面との間にはシールリングが介設されていることを特徴とする。
また、本発明に係る基板処理装置は、基板を収容する空間を形成するプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記基板の近傍の温度を測定するために前記プロセスチューブ内に延在して設けられる保護管に収容された温度測定手段と、前記プロセスチューブの外壁に設けられた中空の接続部とを有し、
前記保護管が前記接続部の中空部を通って前記プロセスチューブの外部に導出され、前記接続部の外壁と前記接続部から導出した前記保護管の外壁とに掛け渡って設けられるシール手段を備えており、
前記接続部の外壁と前記シール手段との間、および、前記保護管の外壁と前記シール手段との間のそれぞれにシール部材を介して前記シール手段を気密に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記した手段によれば、接続部材の外周面とシールリングとの間、および保護管の外周面とシールリングとの間によって保護管の内外の気密を維持することができるので、温度計を保護することができる。また、前記した手段によれば保護管は接続部材に挿通することにより、プロセスチューブに簡単に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてのＣＶＤ法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法を実施するＡＬＤ装置として構成されている。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ順次に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。
例えば、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜を形成する場合のＡＬＤ法においては、ＤＣＳ（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ジクロロシラン）とＮＨ3 （アンモニア）を用いて、３００〜６００℃の低温で、高品質の成膜が可能である。そして、複数種類の反応性ガスは１種類ずつ順次に供給する。また、膜厚の制御は反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は２０サイクル行う。
【００１０】
図１に示されているように、ＡＬＤ装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３の下方にはウエハ姿勢整合装置１４が二組設備されている。外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４がカセット２に収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ１の姿勢を整合する。カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。
【００１１】
筐体１１の内部にはカセット授受ユニット１２に対向してカセット棚１５が設備されており、カセット授受ユニット１２の上方には予備カセット棚１６が設備されている。カセット授受ユニット１２とカセット棚１５との間には、カセット移載装置１７が設備されている。カセット移載装置１７は前後方向に進退可能なロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム１８は進退、昇降および横行の協働により、カセットステージ１３の上の水平姿勢となったカセット２をカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送して移載するようになっている。
【００１２】
カセット棚１５の後方にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置１９が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置１９は進退可能なウエハ保持部２０を備えており、ウエハ保持部２０には複数枚のウエハ保持プレート２１が水平に取り付けられている。ウエハ移載装置１９の後方にはボートエレベータ２２が設備されており、ボートエレベータ２２のアーム２３には基板保持具としてのシールキャップ２４が水平に設置されている。
【００１３】
図２に示されているように、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の炉口３３の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されており、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の下端面にシールリング２４ａを挟んで当接することにより、プロセスチューブ３１の炉口３３を閉塞するようになっている。シールキャップ２４の中心線上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されるようになっている。シールキャップ２４の中心線上には回転軸２７が挿通されており、回転軸２７はシールキャップ２４と共に昇降し、かつ、回転駆動装置２８によって回転されるようになっている。回転軸２７の上端には支持板２９が水平に固定されており、支持板２９の上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されている。
【００１４】
ボート２５は上下で一対の端板２５ａ、２５ｂと、両端板２５ａと２５ｂとの間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材２５ｃとを備えており、各保持部材２５ｃには多数条の保持溝２５ｄが長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材２５ｃの多数条の保持溝２５ｄ間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２５に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。
【００１５】
図２〜図４に示されているように、ＡＬＤ装置１０は石英（ＳｉＯ2 ）が用いられて一体的に形成されたプロセスチューブ３１を備えており、プロセスチューブ３１は一端が開口で他端が閉塞の円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ３１の筒中空部は複数枚のウエハ１を収容して処理する処理室３２を形成しており、プロセスチューブ３１の下端開口はウエハ１を出し入れするための炉口３３を形成している。プロセスチューブ３１の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。プロセスチューブ３１の外部にはプロセスチューブ３１の周囲を包囲するヒータユニット３４が同心円に設備されており、ヒータユニット３４は処理室３２を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット３４はＡＬＤ装置１０の筐体１１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１６】
図３に示されているように、プロセスチューブ３１の炉口３３の付近における側壁の一部には、処理室３２を真空引きする排気管３５の一端が接続されており、排気管３５の他端は可変流量制御弁３７を介して真空ポンプ３６に接続されている。なお、可変流量制御弁３７は弁体の開度を調節して排気量を調整することにより、処理室３２の圧力を制御するようになっている。
【００１７】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略１８０度反対側の位置には、ガス供給管３８の一端が接続されており、ガス供給管３８の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源３９に接続されている。ガス供給管３８の途中には可変流量制御弁４０と上流側開閉弁４１とガス溜め４２と下流側開閉弁４３とがガス供給源３９の側から順に介設されている。
プロセスチューブ３１におけるガス供給管３８と対向する部分には、樋形状の隔壁４４がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁４４はガス供給室４５を形成するように構成されている。隔壁４４には複数個の吹出口４６がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４６はガス供給室４５に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
吹出口４６の開口面積はガス供給室４５と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、ガス供給室４５と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４６の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
【００１８】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略９０度離れた位置には、プラズマ室４８を形成した樋形状の隔壁（以下、プラズマ室壁という。）４７がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁の断面形状は円弧形に形成されており、その周方向の幅は略６０度に設定されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁における排気管３５側の端部には、複数個の吹出口４９がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４９はプラズマ室４８に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。プラズマ室壁４７の吹出口４９とガス供給室４５を形成した隔壁（以下、ガス供給室壁という。）４４の吹出口４６との位相差は、約１２０度に設定されている。
プラズマ室壁４７の吹出口４９の開口面積はプラズマ室４８と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、プラズマ室４８と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４９の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
【００１９】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７の吹出口４９と反対側の位置には、ガス供給管５０の一端が接続されており、ガス供給管５０の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源５１に接続されている。ガス供給管５０の途中には可変流量制御弁５２と開閉弁５３とが、ガス供給源５１の側から順に介設されている。また、ガス供給管５０のプラズマ室壁４７の内部側端にはノズル５４の一端が接続されており、ノズル５４は垂直に立脚されている。ノズル５４には複数個のガス供給口５５が垂直方向に等間隔に配置されて、それぞれ周方向内向きに開設されている。
【００２０】
プラズマ室４８の内部には一対の保護管５６、５６がプラズマ室４８の中心線を挟んで互いに反対側に対称形にそれぞれ配置されて、上下方向に延在するように敷設されている。各保護管５６は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、各保護管５６の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ３１の側壁を貫通して外部に突き出されている。各保護管５６の中空部内は処理室３２の外部（大気圧）に連通されている。両保護管５６、５６の中空部には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の棒状電極５７、５７がそれぞれ同心的に敷設されており、両棒状電極５７、５７間には高周波電力を印加する高周波電源５８が整合器５９を介して電気的に接続されている。
高周波電源５８および整合器５９はコントローラ６０によって制御されるようになっている。また、コントローラ６０は可変流量制御弁３７、４０、５２や開閉弁４１、４３、５３およびヒータユニット３４等を制御するようになっている。
【００２１】
プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７と１８０度反対側の位置には、カスケード温度計としての熱電対６１を敷設するための保護管６２が二本、周方向に隣り合わせに並べられてそれぞれ垂直に立設されている。各熱電対６１はコントローラ６０に温度測定結果を送信するようになっており、コントローラ６０は温度測定結果に基づいてヒータユニット３４等を制御するようになっている。
【００２２】
本実施の形態においては、保護管６２は石英が使用されて細長い円筒形状で下端部が直角に屈曲されたエルボ管（Ｌ字管）形状に形成されており、その屈曲下端部がプロセスチューブ３１の側壁に図５に示されているように取り付けられている。
すなわち、プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における所定の位置には、保護管６２の外径よりも大口径の取付孔６３が開設されており、保護管６２の屈曲下端部が取付孔６３にプロセスチューブ３１の内側から挿入されている。プロセスチューブ３１の外周面における取付孔６３の部位には、接続部材としてのスペーサ６４が同心円に配されて溶着されており、スペーサ６４の外側端部には接続部材としてのパイプ６５が同心円に配されて溶着されている。スペーサ６４は石英が使用されて内径が取付孔６３と略等しい円形リング形状に形成されている。パイプ６５は石英が使用されて内径が保護管６２の外径と等しい円筒形状に形成されている。
保護管６２の屈曲下端部はパイプ６５の内周に嵌入されることにより、水平に支承された状態になっている。パイプ６５の外周にはスペーサ６６およびシールリング６７が収納されたキャップ６８が嵌合されており、パイプ６５のスペーサ６４と反対側の端部には異径ウルトラトール６９が嵌合されている。シールリング６７は異径ウルトラトール６９とキャップ６８との結合によって圧縮されることにより、保護管６２の外周面とパイプ６５の内周面との間すなわち取付孔６３を気密シールした状態になっている。
異径ウルトラトール６９のパイプ６５と反対側の端部には、スペーサ７０およびシールリング７１が収納されたキャップ７２が嵌合されている。シールリング７１は異径ウルトラトール６９とキャップ７２との結合によって圧縮されることにより、保護管６２の外周面と異径ウルトラトール６９の内周面との間すなわち取付孔６３を気密シールした状態になっている。
【００２３】
以上のようにして屈曲下端部がプロセスチューブ３１の側壁に取り付けられた一対の保護管６２、６２は、いずれも垂直に立脚された状態で、Ｌ字形状の縦部分の対向面間における上中下段に水平に架設された三本の連結棒７３によって互いに連結されることにより、図３〜図５に示されているように、垂直姿勢を維持した状態で固定されている。すなわち、円筒形状の保護管６２はパイプ６５の内周面に沿って回転することができるために、単独の保護管６２は垂直姿勢を維持することができないが、隣り合う保護管６２、６２同士が連結棒７３によって連結されると、互いに回転を阻止した状態になるために、双方の保護管６２、６２は垂直姿勢を維持することができる状態になる。
【００２４】
また、プロセスチューブ３１の側壁に屈曲下端部が取り付けられ垂直に敷設された状態の両保護管６２、６２におけるプロセスチューブ３１の内周面との間には、当てブロック７４、７４がそれぞれ挟み込まれている。この当てブロック７４、７４により、両保護管６２、６２のプロセスチューブ３１の径方向の位置決めが確保されている。
【００２５】
次に、以上の構成に係るＡＬＤ装置１０を使用したＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
【００２６】
まず、基板処理装置としての全体の流れを説明する。
図２に示されているように、ＡＬＤ装置１０の被処理基板としてのウエハ１は複数枚がボート２５にウエハ移載装置１９によって装填（チャージング）される。複数枚のウエハ１が装填されたボート２５はシールキャップ２４および回転軸２７と共にボートエレベータ２２によって上昇されて、プロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）される。
【００２７】
図７に示されているように、ウエハ１群を保持したボート２５が処理室３２に搬入されて、処理室３２がシールキャップ２４によってシールされると、処理室３２は排気管３５に接続された真空ポンプ３６によって所定の圧力以下に排気され、ヒータユニット３４への供給電力が上昇されることにより、処理室３２の温度が所定の温度に上昇される。ヒータユニット３４がホットウオール形構造であることにより、処理室３２の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート２５に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
【００２８】
処理室３２の温度が予め設定された値に達して安定した後に、後述するＡＬＤ法による成膜作業が実施される。
【００２９】
所定の成膜作業が完了すると、シールキャップ２４がボートエレベータ２２によって下降されることにより炉口３３が開口されるとともに、ボート２５に保持された状態でウエハ１群が炉口３３から処理室３２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
処理室３２の外部に搬出されたウエハ１群はボート２５からウエハ移載装置１９によってディスチャージングされる（降ろされる）。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１が一括してバッチ処理される。
【００３０】
次に、ＡＬＤ法による成膜作業を、ＤＣＳガスとＮＨ3 ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合について説明する。
ＤＣＳガスとＮＨ3 ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、次の第一ステップ、第二ステップおよび第三ステップが順に実施される。
【００３１】
第一ステップにおいては、図６に示されているように、プラズマ励起の必要なＮＨ3 ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとが併行して流される。
ガス供給管５０に設けた開閉弁５３および排気管３５に設けた可変流量制御弁３７が共に開けられる。ガス供給管５０から可変流量制御弁５２により流量調整されたＮＨ3 ガスがノズル５４のガス供給口５５からプラズマ室４８へ噴出し、一対の棒状電極５７、５７間に高周波電源５８から整合器５９を介して高周波電力を印加してＮＨ3 ガスをプラズマ励起し、活性種として処理室３２に供給しつつ排気管３５から排気する。
ＮＨ3 ガスをプラズマ励起することによって活性種として流すときは、可変流量制御弁３７を適正に調整することにより、処理室３２の圧力を１０〜１００Ｐａとする。可変流量制御弁５２によって制御するＮＨ3 ガスの供給流量は、１０００〜１００００ｓｃｃｍ（スタンダード・立方センチメートル）である。ＮＨ3 ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ１を晒す時間は、２〜１２０秒間である。このときのヒータユニット３４の制御温度は、ウエハの温度が３００〜６００℃になるように設定されている。ＮＨ3 ガスは反応温度が高いために、このウエハ温度（３００〜６００℃）では反応しないので、プラズマ励起することによって活性種としてから流すことにより、ウエハ１の温度が低い温度範囲のままであっても、ＮＨ3 ガスをウエハに堆積することができる。
【００３２】
このＮＨ3 ガスをプラズマ励起することによって活性種として供給しているときに、ガス供給管３８の上流側開閉弁４１を開いて、下流側開閉弁４３を閉めて、ＤＣＳガスも流すようにする。これにより、上流側開閉弁４１と下流側開閉弁４３との間に設けたガス溜め４２にＤＣＳガスを溜める。このとき、処理室３２に流しているガスはＮＨ3 ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳガスは存在しない。したがって、ＮＨ3 ガスは気相反応を起こすことはなく、プラズマによって励起されて活性種となったＮＨ3 ガスはウエハ１上の下地膜と表面反応する。
【００３３】
第二ステップにおいては、ガス供給管５０の開閉弁５３が閉められて、ＮＨ3 ガスの供給は停止される。しかし、ＤＣＳガスのガス溜め４２への供給は継続する。ガス溜め４２に所定圧、所定量のＤＣＳガスが溜まったら、上流側開閉弁４１も閉めることにより、ガス溜め４２にＤＣＳガスを閉じ込めておく。
ガス溜め４２内にはＤＣＳガスを、圧力が２００００Ｐａ以上になるように溜める。また、ガス溜め４２と処理室３２との間のコンダクタンスが１．５×１０-3ｍ3 ／ｓ以上になるように、コントローラ６０を制御する。さらに、処理室３２の容積と、これに対する必要なガス溜め４２の容積との比として考えると、処理室３２の容積が１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め４２は処理室３２の容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
また、排気管３５の可変流量制御弁３７は開いたままにして、処理室３２を真空ポンプ３６によって２０Ｐａ以下に排気することにより、処理室３２に残留したＮＨ3 ガスを処理室３２から排除する。この際に、窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留したＮＨ3 ガスを排除する効果をより一層高めることができる。
【００３４】
第三ステップにおいては、処理室３２の排気が終わったら、排気管３５の可変流量制御弁３７を閉じて排気を止める。ガス供給管３８の下流側開閉弁４３を開く。これにより、ガス溜め４２に溜められたＤＣＳガスが処理室３２に一気に供給される。このとき、排気管３５の可変流量制御弁３７が閉じられているので、処理室３２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。
ＤＣＳガスを供給するための時間は２〜４秒に設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウエハの温度はＮＨ3 ガスの供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳガスの供給により、ウエハ１の下地膜の上のＮＨ3 ガスとＤＣＳガスとが表面反応して、ウエハ１の上にシリコン窒化膜が形成される。成膜後、下流側開閉弁４３を閉じ、可変流量制御弁３７を開けて処理室３２を真空排気し、残留するＤＣＳガスの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時には窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留するＤＣＳガスの成膜に寄与した後のガスを処理室３２から排除する効果をより一層高めることができる。また、上流側開閉弁４１を開いてガス溜め４２へのＤＣＳガスの供給を開始する。
【００３５】
以上の第一ステップ〜第三ステップを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハの上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。
【００３６】
ＡＬＤ法においては、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力およびガスの暴露時間に比例する。よって、所望する一定量のガスを短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。
本実施の形態においては、可変流量制御弁３７を閉めたうえで、ガス溜め４２に溜めたＤＣＳガスを瞬間的に供給しているので、処理室３２のＤＣＳガスの圧力を急激に上げることができ、所望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、ガス溜め４２にＤＣＳガスを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ3 ガスをプラズマ励起することによって活性種として供給および処理室３２を排気しているので、ＤＣＳガスを溜めるための特別なステップを必要としない。
また、処理室３２を排気してＮＨ3 ガスを除去してからＤＣＳガスを流すので、両者はウエハ１に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳガスはウエハ１に吸着している
ＮＨ3 ガスのみ有効に反応させることができる。
【００３８】
ところで、ＡＬＤ装置を含む一般的なＣＶＤ装置においては、カスケード温度計として複数本（対）の熱電対が処理室に設置されており、最近では、四本または五本の熱電対を設置することが主流になって来ている。
通例、複数本の熱電対は石英から成る一本の保護管に挿入されてプロセスチューブに設置されており、保護管はステンレス製のインレットフランジ（マニホールド）に締結されている。この場合には、保護管をインレットフランジに締結する時や時間経過によって保護管が傾いたりする可能性があるので、保護管をインレットフランジにサポート金具によって強固に固定することが実施される。
本実施の形態に係るＡＬＤ装置のように、インレットフランジが一体的に形成された石英製のプロセスチューブに石英製の保護管を設置する場合には、保護管をプロセスチューブに溶接によって固定することが、考えられる。この場合には、保護管の取付時の傾き等は防止することができる。
しかしながら、この場合には、次のような問題点がある。
プロセスチューブの洗浄時に保護管を取り外す必要があるために、プロセスチューブのメンテナンスが困難になる。熱電対の挿入作業が困難になる。熱電対の挿入作業の困難性により、一本の熱電対毎に保護管が一本ずつ必要になるために、プロセスチューブの構造が複雑になり、コストアップを招来してしまう。
【００３９】
前述した実施の形態によれば、以上の問題点を解決することができ、次の効果が得られる。
【００４０】
1) 熱電対が挿入される石英製の保護管をエルボ管形状に形成し、その屈曲下端部をプロセスチューブの側壁に開設された取付孔に内側から挿入するとともに、石英製のスペーサや石英製のパイプ、異径ウルトラトールおよびキャップ等によって締結することにより、石英製の保護管を石英製のプロセスチューブに溶着せずに済むために、プロセスチューブのメンテナンスを容易に実施することができる。
【００４１】
2) 保護管の外周面と異径ウルトラトールの内周面との間をシールリングによってシールするとともに、保護管の外周面と異径ウルトラトールの内周面との間をシールリングによってシールすることにより、取付孔を気密シールすることができるので、プロセスチューブの気密性を維持することができ、また、保護管に挿入された熱電対を確実に保護することができる。
【００４２】
3) 屈曲下端部がプロセスチューブの側壁に取り付けられた一対の保護管をいずれも垂直に立脚された状態で、Ｌ字形状の縦部分の対向面間における上中下段に水平に架設された連結棒によって互いに連結することにより、隣り合う保護管同士が連結棒によって回転を阻止した状態になるので、双方の保護管の垂直姿勢を維持することができる。
【００４３】
4) 複数本の保護管をプロセスチューブに簡単かつ着脱可能に取り付けることができるので、各保護管毎に熱電対を一本ずつ挿入することができ、複数本の熱電対をプロセスチューブに敷設する場合におけるコストアップを抑制することができる。
【００４４】
5) 複数本の保護管をプロセスチューブに着脱可能に取り付けることができるので、プロセスチューブの洗浄に際して、保護管を取り外すことができ、その結果、プロセスチューブのメンテナンスの作業性をより一層高めることができる。
【００４５】
6) プロセスチューブの側壁に屈曲下端部が取り付けられ垂直に敷設された状態の保護管におけるプロセスチューブの内周面との間に当てブロックを挟み込むことにより、当てブロックによって保護管のプロセスチューブの径方向の位置決めを確保することができるので、保護管の取り付け作業性をより一層高めることができる。
【００４６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４７】
例えば、保護管は二本に限らず、一本または三本以上であってもよい。
【００４８】
カスケード温度計としては、熱電対を使用するに限らない。
【００４９】
前記実施の形態では、低温での窒素膜の形成において、ＤＣＳとアンモニアとを交互に供給してシリコン窒化膜を形成する場合について説明したが、ＡＬＤ装置は、キャパシタの静電容量部のＴａ2 Ｏ5 膜に介在したカーボンを除去する場合、その他の膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハにＡＬＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素（Ｎ2 ）ガスまたはアンモニア（ＮＨ3 ）または一酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を供給し、処理室を室温〜７５０℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。
また、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面を水素（Ｈ2 ）ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができた。
【００５０】
また、前記実施の形態ではＡＬＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００５１】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態であるＡＬＤ装置を示す斜視図である。
【図２】その主要部を示す正面断面図である。
【図３】図２のIII-III 線に沿う一部省略平面断面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う側面断面図である。
【図５】保護管の取付部を示しており、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図６】ガスの流れを示す主要部の一部省略平面断面図である。
【図７】同じく一部省略側面断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…ウエハ（被処理基板）、２…カセット、１０…ＡＬＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマＣＶＤ装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…ウエハ姿勢整合装置、１５…カセット棚、１６…予備カセット棚、１７…カセット移載装置、１８…ロボットアーム、１９…ウエハ移載装置、２０…ウエハ保持部、２１…ウエハ保持プレート、２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２４ａ…シールリング、２５…ボート、２５ａ、２５ｂ…端板、２５ｃ…保持部材、２５ｄ…保持溝、２６…断熱キャップ部、２７…回転軸、２８…回転駆動装置、２９…支持板、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３３…炉口、３４…ヒータユニット、３５…排気管、３６…真空ポンプ、３７…可変流量制御弁、３８…ガス供給管、３９…ガス供給源、４０…可変流量制御弁、４１…上流側開閉弁、４２…ガス溜め、４３…下流側開閉弁、４４…隔壁、４５…ガス供給室、４６…吹出口、４７…隔壁、４８…プラズマ室、４９…吹出口、５０…ガス供給管、５１…ガス供給源、５２…可変流量制御弁、５３…開閉弁、５４…ノズル、５５…ガス供給口、５６…保護管、５７…棒状電極、５８…高周波電源、５９…整合器、６０…コントローラ、６１…熱電対（カスケード温度計）、６２…保護管、６３…取付孔、６４…スペーサ（接続部材）、６５…パイプ（接続部材）、６６…スペーサ、６７…シールリング、６８…キャップ、６９…異径ウルトラトール、７０…スペーサ、７１…シールリング、７２…キャップ、７３…連結棒、７４…ブロック。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記プロセスチューブの側壁を貫通して前記処理室に挿入された保護管と、前記保護管に挿入された温度計とを備えており、
前記保護管は前記プロセスチューブの側壁の一部に固定された接続部材の中空部に挿通されており、前記接続部材の外周面と前記保護管の外周面との間にはシールリングが介設されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記プロセスチューブの側壁を貫通して前記処理室に挿入された保護管と、前記保護管に挿入された温度計とを備えており、
前記保護管は前記プロセスチューブの側壁の一部に固定された接続部材の中空部に挿通されており、前記接続部材の外周面と前記保護管の外周面との間にはシールリングが介設されていることを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１３１０５（Ｐ２００６−１３１０５Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８７５５４（Ｐ２００４−１８７５５４）
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【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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