(57)【要約】【課題】基板載置部材に起因した処理ガスの流れの不均一部分を無くし、基板面内の膜厚均一性を向上する。【解決手段】半導体製造装置は、ウェハの搭載されたボートを反応管内に挿入し、加熱した反応管内に反応ガスを導入して、ウェハ上に薄膜を成長させる。ボートは、複数の支柱２１と、多数のリング状の載置プレート２０とから構成される。各載置プレート２０には、載置プレート２０の上面に複数のウェハ支持用突起１７が形成される。また、支柱２１を挿通するための複数の支柱用挿入孔２４が設けられる。支柱用挿入孔２４は、プレート幅内に納まるように開けられており、支柱２１を挿入したとき、支柱２１が載置プレート２０から出ないようになっている。支柱用挿入孔２４を開けた多数枚の載置プレート２１を適宜間隔を開けて積層し、支柱用挿入孔２４を揃えて治具で仮固定する。各載置プレート２１の支柱用挿入孔２４に支柱を挿入して溶着固定することにより、ボートは組み立てられる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を多段に積載した基板載置部材を反応管内に挿入し、反応管内にガスを流しながら反応管内の基板を加熱して成膜処理する半導体製造装置において、
前記基板載置部材は、前記基板を１枚ずつ載置する複数のリング状の載置プレートを備え、
前記載置プレートは、プレート幅内に納まるように開けられた複数の支柱用挿入孔を有し、前記支柱用挿入孔が合致するように多段に積載されており、
各支柱用挿入孔に支柱を挿入して各載置プレート間を所望する間隔で固定したことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置に係り、特にガスの流れに影響を与える基板載置部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造装置は、複数枚のウェハを多段に積載する基板載置部材としてのボートと、ボートを挿入する反応管と、反応管を囲繞しボートに積載されたウェハを加熱するヒータとを有し、反応管に処理ガスを流すことでウェハ面上に成膜処理を行なうものである。
【０００３】
図７に、上述した半導体製造装置で用いられる基板載置部材としての従来のボートの要部図を示す。ボートはウェハを１枚ずつ保持する複数のリング状の載置プレート１６と、これを支持する複数（４本）の支柱１５とを備える。載置プレート１６の上面にはウェハを支持するための複数（３つ）の支持突起１７が設けられる。支柱１５は断面円形をしており、その一側に載置プレート保持用の溝を多段に設ける。各支柱１５に設けた溝が円の中心に向くように、複数の支柱１５を半円状に配列固定する。複数の支柱１５に囲まれた空間に載置プレートを特定方向（支柱が配列されていない側）から挿入し、支柱１５に設けた溝に各載置プレート１６の外周を溶着して、複数枚のウェハを多段に積載するボートが組み立てられる。なお、支柱外周の膨らみは溶着部２５を示す。
【０００４】
図７に示すボートにおいて問題となるのは、半円状に配列した支柱１５の内側から載置プレート１６を取り付けているために、支柱１５の溝部に残る厚さａの分だけ、載置プレート１６の外径から突出する点である。反応管とボート（ボートの輪郭は載置プレートの外径によって決まる）との隙間は小さいほどガスの流れが均一になるが、厚さａ分だけボートの外径を大きくできないため、反応管とボートとの隙間を小さくできない。したがって、反応管とボートとの隙間にダウンフローが発生し、処理ガスの流れが不均一になってしまう。
【０００５】
そこで、載置プレートの外径から支柱が突出しないようにしたボートが考えられた。図８にそのようなボート例を示す。支柱には断面半円形のものを用いる。リング状の載置プレート１６の外周の複数箇所（４箇所）に、支柱差込み用の複数の切欠部１８を設ける。半円上に配列固定された複数（４本）の支柱１５に囲まれた空間に、切欠部１８を設けた載置プレート１６を特定方向から挿入し、各切欠部１８に支柱１５を差し込んで溶着し、複数枚のウェハを多段に積載するボートが組み立てられる。
【０００６】
図８に示すボートでは、支柱が載置プレート１６から突出しないため、載置プレート１６は最大外径を取ることができ、反応管とボートとの隙間を小さくすることは可能である。しかし、載置プレート１６を特定方向から支柱空間に挿入する必要上、載置プレート１６の挿入先の奥側の２箇所では支柱の差込み位置が浅いので切欠部１８は小さくて済むが、手前側の２箇所では差込み位置が深くなるので、切欠部１８は大きくカットせざるを得ないことになる。このため載置プレート１６に設けた切欠部１８が、熱的不均一、ガスの流れの不均一部分となり、成膜結果でも、この切欠部における膜厚が薄くなる傾向にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の半導体製造装置を構成する基板載置部材において、支柱に設けた載置プレート保持用溝に載置プレートを保持させるタイプのものでは、支柱が載置プレートの外径より突出するため、反応管と載置プレートとの隙間を小さくすることができず、処理ガスの流れを均一にすることができない。
【０００８】
また、載置プレートに設けた支柱差込み用の切欠部に支柱を差し込むタイプのものでは、載置プレートの最大外径を取ることは可能であるが、支柱差込み用の切欠部が、熱的不均一、ガスの流れの不均一部分となるという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、基板載置部材に起因したガスの流れの不均一部分を無くすことによって、上述した従来技術の問題点を解消して、基板面内の膜厚均一性を向上することが可能な半導体製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数枚の基板を多段に積載した基板載置部材を反応管内に挿入し、反応管内に処理ガスを流しながら反応管内の基板を加熱して成膜処理する半導体製造装置において、前記基板載置部材は基板を１枚ずつ載置する複数のリング状の載置プレートを有し、各載置プレートにプレート幅内に納まる複数の支柱用挿入孔を開け、前記支柱用挿入孔を合致させて複数の載置プレートを積層し、各支柱用挿入孔に支柱を挿入し、前記支柱に各載置プレートを所望する間隔で水平姿勢に固定したことを特徴とする。
【００１１】
基板載置部材の各載置プレートに複数枚の基板を積載する。基板を積載した基板載置部材を反応管に挿入する。加熱手段により基板載置部材に積載された基板を加熱する。反応管に処理ガスを流しつつ排気する。これにより前記基板面上に成膜される。載置プレートに、プレート幅内に納まる支柱用挿入孔を開けて支柱を挿入するようにしたから、支柱に設けた溝部に載置プレートの外周を保持させるものと異なり、支柱は載置プレートの幅内に納まり、載置プレートの外周部から突出しない。したがって、反応管と基板載置部材との隙間を最小にすることができ、成膜膜厚均一に有害なダウンフローの形成を防止できる。また、支柱を取り付けるために載置プレートの外周部を成形する必要がないので、載置プレートの外周部に支柱差込み用の切欠部を設けるものと異なり、載置プレートの外周は円形を保ったままである。したがって、載置プレートの形状に起因するガス流れの不均一部分が生じない。
【００１２】
なお、第１の発明において、載置プレートの形状のみならず、支柱断面も流線形とし、支柱によってもガス流れが乱されないようにがするのが好ましい。流線形として例えば紡錘形がある。また、基板載置部材の載置プレートには、載置プレートから基板を浮かして支持するための支持突起が少な＜とも３つ設けられていることが好ましい。基板搬送機による基板載置部材に対する基板の出し入れを簡単にするためである。
【００１３】
また、第１の発明において、反応管は、外管と外管内に同軸的に配設された内管との二重管で構成され、内管内の一側に配設され、内管に挿入される基板載置部材に載置された各基板にガスを供給するための複数の噴出孔を有するノズルと、ノズルと対向する他側の内管壁に開けられノズルを介して内管に導入されたガスを内管から導出させるスリット状の開口と、前記スリット状開口を介して内管から導出されたガスを内管と反応管との間の空間を介して反応管から排出する排気路とを備えて構成することが好ましい。
【００１４】
内管内の一側に配設されたノズルと対向する他側の内管壁にスリット状の開口を設けると、ノズルから内管へ導入されたガスは、基板載置部材に載置された各基板上を基板面と平行に通過して内管から導出される。このとき、基板載置部材を最大外径として反応管と基板載置部材との隙間を小さくしてあると、この隙間にダウンフローが生じることはなく、スリット状開口から内管と外管との間に形成された空間を介して反応管からそのまま排気される。したがって、基板面上のガスフローに乱れがなく、ガスは円滑に排気される。
【００１５】
第２の発明は、複数枚の基板を多段に積載した基板載置部材を反応管内に挿入し、反応管内にガスを流しながら反応管内の基板を加熱して成膜処理する半導体製造装置を作製する方法において、前記基板載置部材を作製する際、基板を１枚ずつ載置する複数の載置プレートを用意し、各載置プレートに支柱用挿入孔を形成し、支柱用挿入孔を形成した複数の載置プレートを、支柱用挿入孔を揃えて積層させた状態で治具を用いて仮固定し、仮固定した複数の載置プレートの支柱用挿入孔に支柱を挿入し、挿入した支柱を載置プレートに固定し、固定後治具を取り外すようにしたことを特徴とする。
【００１６】
治具を用いて仮固定している複数の載置プレートを串刺しにするように、支柱を各載置プレートの支柱用挿入孔に挿入するので、基板載置部材を簡単に組み立てることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図４に半導体製造装置の全体構成図を示す。半導体製造装置は、ウェハカセット３０を搭載するカセットストッカ１と、カセットストッカ１とボート３との間でウェハの移載を行うウェハ移載手段２と、複数枚のウェハを多段に積載する基板載置部材としてのボート３と、ボート３を反応管に挿入及び引き出すボート昇降手段４と、反応管とこれを加熱するヒータを備えた熱処理装置５とから構成されている。
【００１９】
熱処理装置は例えば縦型ＣＶＤ装置で構成される。図５は、そのような縦型ＣＶＤ装置の内部構成を示す。筒状ヒータ１２の内側に石英製の反応管３１が設けられる。反応管３１は、上端が閉じた外管７と、外管７の内部に同心状に配設された上端が閉じた内管６とから構成される。ウェハ１１を処理する反応室３２は内管６によって形成される。反応管３１は金属製の炉口フランジ１０上に立設される。炉口フランジ１０の下端はシールキャップ３３により気密に閉塞され、シールキャップ３３上にボート９が立設されて内管６内に挿入される。ボート９には処理されるウェハ７が水平姿勢で多段に積載される。
【００２０】
炉口フランジ１０にはガス導入ノズル８が取り付けられ、炉口フランジ内部で立ち上がって内管６内に挿入され、ボート９の上方にまで延在している。ガス導入ノズル８には、多段に積層されたウェハの配列に合わせて多数のノズル孔３５が設けられる。ノズル孔３５が設けられたガス導入ノズル８と対向する内管６の管壁には、ガス導入ノズル８より内管６内に導入されたガスを導出するスリット状の開口１４が設けられる。スリット状の開口１４は、ノズル孔３５と同様に多段に設けられる。導出されたガスは外管７と内管６との間に形成される円筒状の空間２３に流れ込み、炉口フランジ１０に設けられた排気ポート１３より排出される。前記空間２３と排気ポート１３とから排気路が構成される。
【００２１】
ボート昇降手段４によりボート９を下降させ、ボート９にウェハ７を多段に装填し、ボート昇降手段４によりボート９を内管６内に挿入する。シールキャップ３３が炉口フランジ１０下端を完全に密閉した後、反応室３２内を排気して減圧する。
【００２２】
ヒータ１２により内管６内を所定の成膜温度に加熱する。回転駆動部２６によりボート９を回転させる。ガス導入ノズル８から処理ガスを反応管６内に導入する。処理ガスはノズル孔８から噴出して多段に積載された各ウェハ上をウェハ面と平行に通過し、スリット状の開口１４を経由して反応管６から導出され、空間２３を経てガス排気ポート１３より排出される。処理ガスがウェハ上を通過する際、各ウェハ７の表面に成膜される。成膜後、ガス導入ノズル８から不活性ガスを導入し、反応管３１内を不活性ガスに置換して常圧に復帰させる。ボート９を下降させ、ボート９から成膜後のウェハ７を払い出す。
【００２３】
ここで、図６を用いて内管６内におけるガスの流れを説明する。図６（ａ）は内管６とボート９の外径との隙間ｔが小さい場合、図６（ｂ）は隙間が大きい場合を示す。
【００２４】
第６（ａ）に示すように、ウェハ１１面と平行な方向から処理ガスを噴射する場合、処理ガスの流れを均一にするために、内管６とボート９の外径との隙間ｔを可能なかぎり小さくする必要がある。これはノズル８から出た処理ガスが、リング状の載置プレート１６に沿って導入されウェハ１１の表面を通過した後、そのままガス流が乱されることなく、内管６に設けられたスリット状の開口１４から導出されて、空間２３から排気されるためである。これに対して図６（ｂ）に示すように、隙間ｔが大きいと、内管６とボート９の外径との空間３４で矢印で示すようなダウンフロー１９が発生し、反応室３２内の上下方向で排気が不均一となり、ウェハ１１の膜厚均一性に影響を及ぼす。
【００２５】
上記隙間ｔを可能な限り小さくするためには、前述したように、ボート９を構成する支柱がリング状の載置プレート１６からはみ出さないようにする必要がある。また、支柱がはみ出していなくてもリング状の載置プレート１６の外形が変形していないことが要請される。
【００２６】
そこで、実施の形態では、ボート９を構成するボートを図１及び図２に示すように構成している。図１はボートを構成する載置プレートの説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図２はボートの全体構成図である。
【００２７】
ボート９は石英製であり、図１、図２に示すように、底円板４１と、４本の支柱２１と、天円板４２とを有する。４本の支柱２１は、底円板４１に半円状に配列固定されている。天円板４２は、４本の支柱２１の上端部に固定されている。底円板４１及び天円板４２の中央部には、ボート９の内部に処理ガスが入りやすくなるための円形穴４３、４４がそれぞれ形成されている。底円板４１と天円板４２との間には、所望する間隔で多段に水平姿勢で積載された複数のリング状の載置プレート２０が支柱２１によって固定されている。リング状の載置プレート２０　は、中央が開口した略円形に形成され、上面には載置プレートからウェハを浮かせて支持するための複数（例えば３個）のウェハ支持突起１７が形成されている。また、載置プレート２０には、４本の支柱２１を挿入するための４つの支柱用挿入孔２４が形成される。４つの支柱用挿入孔２４は、載置プレート２０の片側半分の半円上に適宜間隔を開けて形成される。支柱用挿入孔２４は載置プレート２０のプレート幅内に納まるように開けられており、外側にも内側にも開いていない。外側に開いて支柱が載置プレート２０から外方に突き出すとガス流を乱し、また、内側に開いて支柱が載置プレート２０から内方に突き出すとウェハをボート内に挿入できなくなるからである。　この４つの支柱用挿入孔２４にそれぞれ支柱２１が挿入されて、各載置プレート２０を所望する間隔で水平姿勢に溶着固定する。
【００２８】
ボート９を製作するには、ここでは、図示しない治具を用いて水平に多段に仮固定した載置プレート２０を支柱２１の上部から差し込み、溶着するという方法をとっている。すなわち、支柱用挿入孔２４を形成した複数のリング状載置プレート２０を用意する。複数の載置プレート２０を、各支柱用挿入孔２４が合致するように揃えて積層させた状態で、治具で仮固定する。底円板４３に４本の支柱２を半円状に配列して固定する。支柱２１を、仮固定した複数の載置プレート２０の支柱用挿入孔２４に挿入し、挿入した支柱２１を支柱用挿入孔部分で載置プレート２０に固定する。支柱２１に天円板４２を固定する。治具を取り外すと、多数枚のウェハを多段に積載するボートが完成する。なお、載置プレート２０の固定を含めたボート部材間の固定は、石英ガラス同士の溶着で行なう。なお、載置プレート２０を支柱２１の上部から差込んだが、下部から差込んでもよい。また、載置プレート材は、耐熱性であれば特に限定されないが、石英の他に、炭化ケイソ（ＳｉＣ　）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３　）、セラミック等の耐熱性材料が好ましい。
【００２９】
実施例による図１、図２のボートでは、柱部分の突出部分が無いので、内管と載置プレート部分の隙間ｔを最小にすることが可能であり、最小にしたときには、ノズル孔より処理ガスが噴射されると、ウェハ面と平行に通過し、ダウンフローを生じることなく、そのままスリット状開口から空間２３を介して排気ポート１３から排出される。したがって、反応室３２内の上下方向において処理ガスの流れが不均一になることがない。また、載置プレートの外周に切欠部もなく、載置プレートの外周は円形を保つので、熱的均一性やガスの流れにおける均一性を損なうこともない。したがって、ウェハに与える熱的影響の均一化及び処理ガス流れの均一化ができ、処理ウェハ面内の膜厚の均一性を向上させることができる。その結果、半導体素子の製造における品質の向上を図ることができる。
【００３０】
なお、実施の形態では、支柱用挿入孔２４が載置プレート２０のプレート幅内に納まるように開けられており、外部には開いていない場合について説明した。しかし、支柱用挿入孔２４の一部がプレート外部に開口しても、そこに挿入された支柱によって挿入孔の開口が塞がれ、その結果、載置プレートの外周が円形に保持されるのであればよい。
【００３１】
また、支柱用挿入孔及びこれに挿入される支柱は、円形及び断面円形の場合を示したが、水平方向のガス流れに対し、ガス流れを乱さないように支柱断面を流線形状とすることが好ましい。図３に示すように、例えば断面紡錘形とし、ガス流の上流側と下流側とに支柱の突出部を向けて、水平方向のガス流れを乱し難くする。ボートを停止させたまま成膜処理を行なう場合は、図示するように、支柱の向きは全てガス流を平行にするとよい。これにより支柱２１によってもガス流れが乱れることがなくなり、処理ウェハ面内の膜厚の均一性を一層向上させることができる。
【００３２】
なお、図３に示すものは、ボートを停止させたまま成膜処理を行なう場合に特に有効な例であるが、ボートを回転させて処理を行なう場合は、支柱の向きを図９（ａ）に示すようにしてもよい。図９（ａ）の場合には、ボート回転（太矢印方向）によって支柱２１がガス導入ノズル８に一番近接した時（図９（ｂ））に、その近接した支柱２１によってノズル孔３５から噴出直後の勢いのある処理ガスの流れ（矢印）が乱れないように、全ての支柱２１の突出部の一端を回転中心に向けた例である。これにより、ガス導入ノズル８に支柱２１が近接しても乱れが少なくなり、ウェハ面内の均一性を向上できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、基板載置部材に起因したガスの流れの不均一部分を無くすことができるので、基板面内の膜厚均一性を向上することができる。したがって、半導体素子の製造における品質の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による半導体製造装置で用いられるボートを構成する載置プレートの説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】実施の形態によるボートの全体構成図である。
【図３】実施の形態による載置プレートを支持する支柱の変形例を示す説明図である。
【図４】実施の形態による半導体製造装置の全体構成図である。
【図５】実施の形態による熱処理装置の構成図である。
【図６】実施の形態による内管と載置プレートの距離とガス流れの関係を示す説明図で、（ａ）は内管とボートの外径との隙間ｔが小さい場合、（ｂ）は隙間が大きい場合を示す。
【図７】従来例によるボートを構成する載置プレートの構成図である。
【図８】他の従来例によるボートを構成する載置プレート構成図である。
【図９】実施の形態による載置プレートを支持する支柱の変形例を示す説明図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図ある。
【符号の説明】
９　　ボート（基板載置部材）
１１　　ウェハ（基板）
１２　　ヒータ（加熱手段）
２１　　支柱
２０　　載置プレート
２４　　支柱用挿入孔
３１　　反応管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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