(57)【要約】    【課題】  バッチ処理を行う基板処理装置に於いて、定常時、非定常時での基板温度の面内均一化、基板間均一化を図り、基板処理品質の向上を図る。    【解決手段】  ボート８に上下方向に多段に載置された基板９を処理室７内に装入し、基板をヒータ２で加熱しつつ前記処理室内に処理ガスを導入して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、前記ボートの上下断熱域４１，４２の少なくとも一方に炭素を添加し焼結された石英製の断熱板４３を複数枚載置した。    【選択図】          図１
2008071939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボートに上下方向に多段に載置された基板を処理室内に装入し、基板をヒータで加熱しつつ前記処理室内に処理ガスを導入して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、前記ボートの上下断熱域の少なくとも一方に炭素を添加し焼結された石英製の断熱板を複数枚載置したことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置としては、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置、或は基板を所定枚数一度に処理するバッチ式の基板処理装置とがあり、更にバッチ式の基板処理装置として縦型処理炉を具備する縦型基板処理装置がある。
【０００３】
縦型基板処理装置では縦型処理炉を具備しており、該縦型処理炉は処理室を画成する反応管、該反応管の周囲に設けられた加熱装置を具備し、処理される基板（例えばウェーハ）は基板保持具により水平姿勢で多段に保持された状態で前記処理室に収納される。前記加熱装置によりウェーハ、処理室を加熱した状態で、処理室に処理ガスを導入しつつ排気し、減圧雰囲気下で減圧ＣＶＤ処理によりウェーハに成膜する等の処理（定常時）を行っている。
【０００４】
ウェーハの処理品質、例えばウェーハ間の成膜の均一性、或は同一ウェーハでの面内での膜質、膜厚均一性は、処理時の加熱温度に影響される。一方で、前記処理室は、縦型処理炉の下部炉口部からの放熱、上部天井部からの放熱があり、処理室の上部、下部で均一性が低下する。更に、ウェーハ処理開始時のウェーハの装入時、処理後の引出し時には、更に均一性が低下する。
【０００５】
この為、基板保持具（ボート）の下部（炉口部に近い部分）には、石英製断熱板又はＳｉＣ製断熱板が実装された断熱部が設けられ、炉口部からの熱放出が抑制されている。更に、基板保持具の上部に所要枚数のダミーウェーハが実装されて上部断熱領域が形成され、又前記断熱部に隣接する部分にはダミーウェーハが実装されて下部断熱領域が形成され、基板保持具の上部、下部のダミーウェーハを除く部分に製品用のプロダクトウェーハが実装される様になっている。
【０００６】
然し乍ら、ダミーウェーハは複数回の処理しか使用することができない。この為、ダミーウェーハの代りに処理回数の制限のない断熱板が使用される場合がある。断熱板の材質としては、石英製、或はＳｉＣ製が選択される。
【０００７】
石英製、或はＳｉＣ製は、比熱、熱伝導率等、熱的な性質がそれぞれ異なり、石英製の断熱板では、基板面内での温度偏差が大きくなり、ＳｉＣ製の断熱板では、非定常時（基板保持具の装入時、引出し時）の基板保持具上下方向での温度特性が悪くなる。例えば、基板保持具上下両端部での昇温温度が遅くなる等の問題を有していた。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−８１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、定常時、非定常時での基板温度の面内均一化、基板間均一化を図り、基板処理品質の向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ボートに上下方向に多段に載置された基板を処理室内に装入し、基板をヒータで加熱しつつ前記処理室内に処理ガスを導入して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、前記ボートの上下断熱域の少なくとも一方に炭素を添加し焼結された石英製の断熱板を複数枚載置した基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボートに上下方向に多段に載置された基板を処理室内に装入し、基板をヒータで加熱しつつ前記処理室内に処理ガスを導入して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、前記ボートの上下断熱域の少なくとも一方に炭素を添加し焼結された石英製の断熱板を複数枚載置したので、基板列の上部、下部に位置する基板の昇温速度の追従偏差、降温速度の追従偏差を改善できると共に基板の面内温度偏差を改善し、又定常時でのウェーハ列方向の温度偏差を改善することができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１３】
先ず、図１に於いて、本発明に係る基板処理装置に用いられる縦型の処理炉について説明する。
【００１４】
処理炉１は加熱装置としてのヒータ２を有し、該ヒータ２は円筒形状をしており、支持部材としてのヒータベース３に垂直に設置されている。
【００１５】
前記ヒータ２の内側には、該ヒータ２と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ４が配設されている。該プロセスチューブ４は内部反応管５と、その外側に同心に設けられた外部反応管６とから構成されている。
【００１６】
前記内部反応管５は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状となっている。前記内部反応管５の内部は処理室７が画成され、該処理室７には基板保持具（ボート８）が収納可能であり、該ボート８にはウェーハ９が水平姿勢で多段に実装される。
【００１７】
前記外部反応管６は、例えば石英又は炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径が前記内部反応管５の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状をしている。
【００１８】
前記外部反応管６の下方には、該外部反応管６と同心円状にマニホールド１１が配設され、該マニホールド１１は前記ヒータベース３に支持されている。前記マニホールド１１は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。
【００１９】
前記内部反応管５は前記マニホールド１１に形成された内フランジ１２に立設され、前記外部反応管６は前記マニホールド１１の上端フランジにＯリング等のシール部材１３を介して気密に立設されている。
【００２０】
前記内部反応管５、前記外部反応管６、前記マニホールド１１により反応容器が形成され、前記マニホールド１１の下端開口部は炉口部を形成する。
【００２１】
該炉口部はＯリング等のシール部材１４を介してシールキャップ１５により気密に閉塞され、該シールキャップ１５にはガス導入部としてのノズル１６が設けられ、該ノズル１６は前記処理室７に連通し、前記ノズル１６にはガス供給管１７が接続されている。
【００２２】
該ガス供給管１７は前記ノズル１６に対し上流側に、図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。前記ガス供給管１７にはガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１８が設けられ、該ＭＦＣ１８を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源に接続されている。又、前記ＭＦＣ１８には、ガス流量制御部１９が電気的に接続され、該ガス流量制御部１９は供給するガスの流量が所望の量となる様、所望のタイミングにて前記ＭＦＣ１８を制御する様に構成されている。
【００２３】
前記マニホールド１１には、前記処理室７の雰囲気を排気する排気管２１が設けられ、該排気管２１は、前記内部反応管５と前記外部反応管６とによって形成される筒状空間２２の下端部に連通している。
【００２４】
前記排気管２１には真空ポンプ等の真空排気装置２３が接続され、前記排気管２１には圧力検出器２４及び圧力調整装置（例えば圧力調整弁）２５が設けられており、該圧力調整装置２５は圧力制御部２６に電気的に接続され、該圧力制御部２６は前記圧力検出器２４からの検出結果に基づき前記圧力調整装置２５が制御され、前記処理室７の圧力が所定の圧力（真空度）となる様真空排気され、或は前記処理室７の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００２５】
前記シールキャップ１５は前記マニホールド１１の下端に垂直下方から当接される様になっている。前記シールキャップ１５は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。該シールキャップ１５の前記処理室７と反対側には、前記ボート８を回転させる回転機構２７が設置されている。
【００２６】
該回転機構２７の回転軸２８は前記シールキャップ１５を貫通して、ボート受台２９に連結され、該ボート受台２９に前記ボート８が載置される様になっている。前記回転機構２７は前記回転軸２８、前記ボート受台２９を介して前記ボート８及びウェーハ９を一体に回転させる様に構成されている。
【００２７】
前記プロセスチューブ４の下方には昇降機構としてのボートエレベータ３１が設けられ、前記シールキャップ１５は前記ボートエレベータ３１によって垂直方向に昇降される様に構成され、該ボートエレベータ３１は前記ボート８を前記処理室７に対し装入、引出し可能となっている。前記回転機構２７及び前記ボートエレベータ３１には、駆動制御部３２が電気的に接続されており、所望の動作をする様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００２８】
前記プロセスチューブ４内には、温度検出器としての温度センサ３５が設置されている。前記ヒータ２と前記温度センサ３５は温度制御部３６に電気的に接続されている。又、前記ヒータ２にも加熱源温度センサ（図示せず）が設けられ、該加熱源温度センサは前記温度制御部３６に電気的に接続されている。
【００２９】
前記温度センサ３５、前記加熱源温度センサ（図示せず）により検出された温度情報に基づき前記ヒータ２への通電状態を調整し、前記処理室７の温度が所望の温度、温度分布となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３０】
前記ガス流量制御部１９、前記圧力制御部２６、前記駆動制御部３２、前記温度制御部３６は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部３７に電気的に接続されている。前記ガス流量制御部１９、前記圧力制御部２６、前記駆動制御部３２、前記温度制御部３６、前記主制御部３７はコントローラ３８として構成されている。
【００３１】
前記ボート８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、該ボート８の下部には、断熱部３３が形成され、該断熱部３３に隣接した部分に下部断熱領域４１が形成され、前記ボート８の上部に上部断熱領域４２が形成される。
【００３２】
前記断熱部３３には、耐熱性材料からなる円板形状をした石英製の断熱板３４（後述）が水平姿勢で多段に実装されており、前記ヒータ２からの熱が前記マニホールド１１側に伝わり難くなる様構成されている。
【００３３】
又、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２には、カーボン添加断熱板４３が所要枚数実装される。
【００３４】
該カーボン添加断熱板４３は、石英材に数重量％未満のカーボンを添加して（混合して）焼結したものであり、好ましくは石英材中にカーボンが固溶しない様に焼結する。
【００３５】
斯かるカーボン添加断熱板４３は、石英材と略同等の機械的性質を有し、石英材とＳｉＣ材を組合せた温度特性を有している。
【００３６】
即ち、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２に所要枚数実装した際には、定常時のウェーハの実装方向（列方向）の熱伝導率が小さく、ウェーハ間の温度偏差を小さくする、石英材としての特徴を有し、又熱伝導率が大きく、定常時でのボート上部、下部に位置するウェーハの面内温度偏差を小さくするＳｉＣ材としての特徴を併せ持つ。又、前記カーボン添加断熱板４３の熱容量は大きく、該カーボン添加断熱板４３は、降温時のウェーハの列方向での温度偏差を少なくする。
【００３７】
次に、上記構成に係る処理炉１を用いて、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ＣＶＤ法によりウェーハ９上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作は前記コントローラ３８により制御される。
【００３８】
ウェーハ９はウェーハカセット（基板搬送容器）に所要枚数（例えば２５枚）収納された状態で搬入されて、カセット搬送機によりカセット棚等の所要部位に格納され、基板移載機によって、カセット内のウェーハ９が前記ボート８に移載される。
【００３９】
所定数枚のウェーハ９が前記ボート８に実装（ウェーハチャージ）されると、所定数枚のウェーハ９を保持した前記ボート８は、前記ボートエレベータ３１によって持上げられて前記処理室７に搬入（ボートローディング）される。この状態で、前記シールキャップ１５は前記シール部材１４を介して前記炉口部を気密に閉塞した状態となる。
【００４０】
前記処理室７が所望の圧力（真空度）となる様に前記真空排気装置２３によって真空排気される。この際、前記処理室７の圧力は、前記圧力検出器２４で測定され、測定結果に基づき前記圧力調整装置２５が、フィードバック制御される。
【００４１】
又、前記処理室７が所望の温度となる様に前記ヒータ２によって加熱される。この際、前記処理室７が所望の温度、温度分布となる様に前記温度センサ３５が検出した温度情報に基づき前記ヒータ２への通電状態がフィードバック制御される。
【００４２】
続いて、前記回転機構２７により、前記ボート８が回転されることで、ウェーハ９が回転される。
【００４３】
次いで、処理ガス供給源（図示せず）から処理ガスが供給され、前記ＭＦＣ１８にて所望の流量となる様に制御されたガスが、前記ガス供給管１７を流通して前記ノズル１６から前記処理室７に導入される。導入されたガスは前記処理室７を上昇し、前記内部反応管５の上端開口から前記筒状空間２２に流下して前記排気管２１から排気される。ガスは前記処理室７を通過する際にウェーハ９の表面と接触し、熱ＣＶＤ反応によってウェーハ９の表面上に堆積され、薄膜が生成される。
【００４４】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源（図示せず）から不活性ガスが供給され、前記処理室７が不活性ガスに置換されると共に、該処理室７の圧力が常圧に復帰される。
【００４５】
その後、前記ボートエレベータ３１により前記シールキャップ１５が降下されて、前記炉口部が開口されると共に、処理済ウェーハ９が前記ボート８に保持された状態で前記処理室７より引出される。降下された前記ボート８より図示しない基板移載機により、処理済ウェーハ９が前記ボート８より払出され、ウェーハカセット（図示せず）に移載される。
【００４６】
処理済ウェーハ９を収納したウェーハカセットは、カセット搬送機を経て基板処理装置外部に搬送される。
【００４７】
上記した基板処理工程に於いて、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２に前記カーボン添加断熱板４３を実装することで、定常時のウェーハ列方向の温度偏差が他の材料、例えば石英製の断熱板を使用した場合に比べて小さくなる。即ち、ウェーハ列の上下端部での温度の冷えが改善され、他の部分のウェーハと同等の温度となる。
【００４８】
又、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２に前記カーボン添加断熱板４３を実装することで、昇温時、ウェーハ列方向温度偏差とウェーハ面内温度偏差が他の材料、例えば石英製の断熱板を使用した場合に比べて小さくなる。即ち、ウェーハ上下端部領域の昇温速度が速まり、他の部分のウェーハと同等の昇温速度が得られる。
【００４９】
又、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２に前記カーボン添加断熱板４３を実装することで、降温時、ウェーハ列方向温度偏差とウェーハ面内温度偏差が他の材料、例えば石英製の断熱板を使用した場合に比べて小さくなる。即ち、ウェーハ上下端部領域の降温速度が遅くなり、他の部分のウェーハと同等の降温速度となる。
【００５０】
尚、前記カーボン添加断熱板４３を用いる場合は、他の材質の断熱板と組合せて実装してもよい。例えば、前記カーボン添加断熱板４３と他の断熱板とを交互に実装してもよい。又、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２のプロダクトウェーハに隣接、若しくは近接する部分については、熱特性が同一のダミーウェーハを用い、他の部分については前記カーボン添加断熱板４３を用いてもよい。
【００５１】
又、前記下部断熱領域４１、前記上部断熱領域４２に実装する断熱板は、前記カーボン添加断熱板４３とＳｉＣ製の断熱板とを交互に実装してもよい。
【００５２】
更に、前記断熱部３３に実装する断熱板は、全て石英製でもよいし、又前記カーボン添加断熱板４３でもよい。或は、該カーボン添加断熱板３４と石英製の断熱板、或はＳｉＣ製の断熱板とを混在させてもよい。
【００５３】
更に又、上記実施の形態では、１つのボート８の下部に断熱部３３を形成したが、ボート８の下部を分離し、分離した部分にカーボン添加断熱板３４を実装し、断熱部３３を形成してもよい。
【００５４】
尚、一例迄、本実施の形態の処理炉にてウェーハを処理する際の処理条件としては、例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の成膜に於いては、処理温度６００〜８００℃、処理圧力１０〜１００Ｐａ、ガス種、ガス供給流量ＤＣＳ  ２０〜５０ｓｃｃｍ、アンモニア  １００〜２００ｓｃｃｍが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウェーハに処理がなされる。
【００５５】
（付記）
尚、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００５６】
（付記１）ボートに上下方向に多段に載置された基板を処理室内に装入し、基板をヒータで加熱しつつ前記処理室内に処理ガスを導入して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、前記ボートに載置された基板の上下端に炭素を添加し焼結された石英製の断熱板を複数枚載置させた基板処理装置。
【００５７】
（付記２）ボートに上下方向に多段に載置された基板を処理室内に装入し、基板をヒータで加熱しつつ前記処理室内に処理ガスを導入して基板の処理を行う基板処理装置に於いて、前記ボートに載置された基板の上下端に炭化珪素製の断熱板を１枚以上載置させ、且つ該断熱板の上下端に炭素を添加し焼結された石英製の断熱板を１枚以上載置させた基板処理装置。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態に係る処理炉の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１              処理炉
２              ヒータ
４              プロセスチューブ
７              処理室
８              ボート
９              ウェーハ
１５            シールキャップ
１７            ガス供給管
２１            排気管
２５            圧力調整装置
３１            ボートエレベータ
３３            断熱部
３４            断熱板
３５            温度センサ
４１            下部断熱領域
４２            上部断熱領域
４３            カーボン添加断熱板 
【図１】
2008071939.tif 000003