(57)【要約】【課題】高品質の基板処理が行え、基板処理の基板面内均一性が高く、しかも、一度に多くの枚数の基板を処理できる基板処理装置を提供する。【解決手段】基板を収容して処理する処理室と、処理室内で複数の基板を所定の間隔で多層に保持するボート等の基板保持手段とを備える基板処理装置において、基板保持手段にてウエハ等の基板を保持する間隔は、基板保持手段の中央部分に保持されるプロダクトウエハ等の製品用基板間の間隔よりも、基板保持手段の両端部分に配置されるダミーウエハ等の非製品用基板間の間隔が狭いものする。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容して処理する空間を形成する処理室と、
前記処理室内で複数の基板を所定の間隔で多層に保持する基板保持手段と、
を有する基板処理装置であって、
前記基板保持手段にて基板を保持する間隔は、前記基板保持手段の中央部分の間隔よりも、前記基板保持手段の両端部分の間隔が狭いことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置に関し、特に、シリコン等のウエハよりＩＣ等の半導体素子を製造する縦型減圧ＣＶＤ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の縦型減圧ＣＶＤ装置においては、ボートに複数のウエハを搭載した状態で、反応炉内に挿入してウエハの処理を行っていた。
【０００３】
ここでウエハは、プロダクトウエハ、モニタウエハ、ダミーウエハ等に分類されてボートに搭載される。プロダクトウエハは実際にＩＣ等の半導体素子が製作されるウエハであり、モニタウエハは半導体素子を製作するにあたって所望の成膜が行われたかをモニタするためのウエハである。
【０００４】
ダミーウエハはさらにプロダクトダミーウエハとサイドダミーウエハ等に分類される。プロダクトダミーウエハはプロダクトウエハに歯抜けがあった場合、そこでガスの流れが乱れたり温度の均一性にムラが生じたりするため、それらによる成膜不良を防ぐ理由によりその歯抜け部を埋めるものである。また、サイドダミーウエハはプロダクトウエハを挟み込むようにボートの両端に配置され、プロダクトウエハ領域の熱が逃げないようにし、また反応炉上下から飛来する微粒子や汚染物質がプロダクトウエハに付着しないようにするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、これらのプロダクトウエハ、モニタウエハ、ダミーウエハは図６に示すように全て同じ間隔でボートに配置される。装置高さを固定した場合、ウエハの間隔が狭いほどたくさんのウエハが配置でき、逆にウエハの間隔が広いほど配置できるウエハの枚数は少なくなる。例えば図６に示す通り６２０ｍｍの範囲にウエハを配置する場合、ウエハ間隔が５ｍｍなら１２５枚配置できるのに対して、図７に示す通りウエハ間隔を１０ｍｍとすると６３枚しか配置できない。そのために出来るだけプロダクトウエハを多く処理するためには、例えば図８に示すようにサイドダミーウエハを減らさなくてはならず、その結果、熱の逃げや汚染物質の飛来により膜厚均一性が悪くなったり膜成長不良が起きたりする問題があった。
【０００６】
ＰやＢをドーピングした多結晶や単結晶のＳｉやＳｉＧｅを形成する場合、ドーパントガスとしてＰＨ３、ＰＣｌ３やＢ２Ｈ６、ＢＣｌ３等が用いられるが、ウエハ間隔が狭いとそれらドーパントガスが十分行き渡らないため、ウエハ外周部でＰやＢの濃度が高く、ウエハ中心部でＰやＢの濃度が低くなってしまう。そのためＰやＢをドーピングした多結晶や単結晶のＳｉやＳｉＧｅを形成する場合、ＰやＢの濃度の面内均一性を良くするためにはウエハ間隔を拡げなくてはならない。その結果サイドダミーウエハの枚数を十分確保できず、原料ガスが化学反応が可能な状態に励起されるだけの十分な熱を吸収できなかったり、反応炉下部から熱が逃げたり、不用ガス成分や汚染物質がプロダクトウエハまで飛来したり等により、膜厚やドーピング濃度の均一性が悪くなったり膜成長不良が起きたりする問題があった。
【０００７】
従って、本発明の主な目的は、高品質の基板処理が行え、基板処理の基板面内均一性が高く、しかも、一度に多くの枚数の基板を処理できる基板処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
基板を収容して処理する空間を形成する処理室と、
前記処理室内で複数の基板を所定の間隔で多層に保持する基板保持手段と、
を有する基板処理装置であって、
前記基板保持手段にて基板を保持する間隔は、前記基板保持手段の中央部分の間隔よりも、前記基板保持手段の両端部分の間隔が狭いことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記中央部分には、製品用基板が保持され、前記両端部分には、非製品用基板が保持される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
次に説明する本発明の一実施の形態は、上記従来技術のサイドダミーウエハの枚数を十分確保できない問題を解決し、プロダクトウエハの枚数を減らさずともサイドダミーウエハの枚数を確保できる縦型減圧ＣＶＤ装置を基板処理装置の一例として提供せんとするものである。
【００１１】
まず、図１を参照して、基板として半導体シリコンウエハを使用する本実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置１０の全体について説明する。図１は、本実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略斜視図である。
【００１２】
基板処理装置１０の前面にはカセット授受ユニット５０が設けられている。基板処理装置１０の内部には、カセット授受ユニット５０に対向してカセット棚５１が設けられ、カセット授受ユニット５０の上方に予備カセット棚５２が設けられる。カセット授受ユニット５０とカセット棚５１との間にカセット移載機５３が設けられ、カセット棚５１の後方にウエハ移載機５４が設けられている。ウエハ移載機５４の後側にボートエレベータ５５が設けられ、ボートエレベータ５５の上方に縦型反応炉５６が設けられている。
【００１３】
カセット授受ユニット５０は基板搬送容器であるカセット５７を２個載置可能なカセットステージ５８、カセットステージ５８の下方に基板姿勢整合機５９を２組具備しており、外部搬送装置（図示せず）より搬送されたカセット５７がカセットステージ５８に垂直姿勢（即ち、カセット５７に収納されるウエハ１が垂直姿勢の状態）で載置されると、基板姿勢整合機５９がカセット５７内のウエハ（図示せず）のノッチやオリエンテーションフラットが同一位置となる様、ウエハの姿勢を整合する。
【００１４】
カセットステージ５８が９０°回転し、カセット５７を水平姿勢とすると共にカセット移載機５３により搬送可能な状態にする。
【００１５】
カセット移載機５３は前後方向に進退可能なロボットアーム６０を具備し、ロボットアーム６０は横行、及び昇降可能となっており、ロボットアーム６０の進退、昇降、横行の協動により、カセットステージ５８からカセット棚５１、又は予備カセット棚５２へカセット５７の搬送が行われる。
【００１６】
ボートエレベータ５５から延びるアーム６１にはシールキャップ２１が設けられており、シールキャップ２１に基板保持具であるボート２２が載置される。ボート２２はウエハを水平姿勢で多段に保持するものであり、ボートエレベータ５５により縦型反応炉５６内に装入、引出しされる。
【００１７】
ウエハ移載機５４は回転、昇降可能に設けられ、進退可能なウエハ保持部６２を具備し、ウエハ保持部６２は複数枚のウエハ保持プレート６３を有し、ウエハを複数枚一括、或いは一枚づつ保持可能となっている。
【００１８】
ウエハ移載機５４はカセット棚５１のカセット５７から下降状態のボート２２に複数枚一括、或いは一枚づつウエハを移載する。
【００１９】
所定枚数のウエハがボート２２に移載されると、縦型反応炉５６にボート２２が装入され、ウエハの処理がなされる。
【００２０】
処理された基板は、上記した作動とは逆の作動によりカセット棚５１のカセット５７に移載され、更にカセット移載機５３によりカセット授受ユニット５０に搬送され図示しない外部搬送装置により搬出される。
【００２１】
次に、図２〜図４を参照して、本実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置の反応管３１およびその周辺の構造ならびにボートへのウエハの搭載について説明する。図２は、本実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。図３は、本実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置の一例を説明するための概略縦断面図である。図４は、本実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置の他の例を説明するための概略縦断面図である。
【００２２】
ウエハカセット５７により投入されたウエハ１は移載機５４によりウエハカセット５７からボート２２へ移載される。このときウエハ１はウエハカセット５７からボート２２へ１枚づつか、複数枚、たとえば５枚一括に移載される。そして全てのウエハ１の移載が完了するとボート２２は反応炉５６内へ挿入される。反応管３１内は、真空排気系４３により真空排気管４４を介して減圧され、所望の温度にヒータ４８により加熱し温度が安定したところでガス供給系４１よりインレットフランジ３５に設けられたガス入口３６を介して反応管３１内に原料ガスを供給し、ウエハ１上にＣＶＤ反応により所望の膜が成膜される。なお、成膜中は、ボート２２はボート回転機構４６により回転される、また、移載機５４、ヒータ４８、真空排気系４３、ガス供給系４１、ボート回転機構４６等は制御系４２によって制御される。本実施の形態では、基板を収容して処理する空間を形成する処理室は、反応管３１、インレットフランジ３５およびシールキャップ２１によって構成されている。
【００２３】
ここでウエハ１はプロダクトウエハ、モニタウエハ、ダミーウエハ等に分類されてボート２２に移載される。プロダクトウエハは実際にＩＣ等の半導体素子が製作されるウエハであり、モニタウエハは半導体素子を製作するにあたって所望の成膜が行われたかをモニタするためのウエハである。
【００２４】
ダミーウエハはさらにプロダクトダミーウエハとサイドダミーウエハ等に分類される。プロダクトダミーウエハはプロダクトウエハに歯抜けがあった場合、そこでガスの流れが乱れたり温度の均一性にムラが生じたりするため、それらによる成膜不良を防ぐ理由によりその歯抜け部を埋めるものである。また、サイドダミーウエハはプロダクトウエハを挟み込むようにボートの両端に配置され、プロダクトウエハ領域の熱が逃げないようにし、また反応炉上下から飛来する微粒子や汚染物質がプロダクトウエハに付着しないようにするものである。
【００２５】
縦型ＣＶＤ装置では、プロダクトウエハとサイドダミーウエハはウエハカセット５７からボート２２へ移載する際、移載時間短縮のため５枚一括で移載されることが多く、これに伴いプロダクトウエハとサイドダミーウエハは５の倍数の数で管理されることが多い。そのためサイドダミーウエハは５枚あるいは１０枚で運用されることが好ましい。
【００２６】
例えば図３に示すように、反応管３１がアウターチューブ３２とインナーチューブ３３によって構成され、原料ガスをインナーチューブ３３の下から供給する場合、下側のサイドダミーウエハは１０枚、上側のサイドダミーウエハは５枚で運用されることが好ましい。
【００２７】
一方、図４に示すように、反応管３１がアウターチューブ３２のみで構成され、原料ガスをノズル３４によって上から供給する場合、下側のサイドダミーウエハは１０枚、上側のサイドダミーウエハも１０枚で運用されることが好ましい。
【００２８】
これはＣＶＤ法による膜形成では、原料ガスが反応管３１内で化学反応が可能な状態に励起される必要があり、ガス流れの上流では原料ガスが十分熱を吸収できるように５枚より１０枚の方が望ましいためである。またＣＶＤ法の原料ガスの１つであるＳｉＨ４は反応管３１導入初期に反応性の高いＳｉ２Ｈ６等を形成する。そのため上流側のウエハではウエハ外周部で膜厚が厚くなり均一性が悪くなる。これら不要ガス成分を上流側のサイドダミーウエハで吸着・消費させる目的のためにも５枚より１０枚の方が望ましい。
【００２９】
なお下側のサイドダミーウエハが１０枚で運用されるのが好ましいのは、反応炉下部は真空シールのためのＯリングやボート回転機構などの汚染源が存在するため汚染物質がプロダクトウエハまで飛来してくるのを防ぐ目的と、反応炉下部は熱が逃げやすく熱が逃げないように断熱板の意味も兼ねているためである。
【００３０】
本実施の形態は、サイドダミーウエハをプロダクトウエハやモニタウエハの間隔より狭くボート２２に配置することでサイドダミーウエハの枚数を確保するものである。プロダクトウエハでは膜厚やドーピング濃度のウエハ面内均一性を確保するためにウエハの間隔を適切な値にしなくてはならない。しかしサイドダミーウエハは断熱板の役割や微粒子・汚染物質・不用ガス成分の吸着・消費等の目的のためプロダクトウエハの両端に配置されるものであり、必ずしもプロダクトウエハと同じ間隔で配置される必要は無い。
【００３１】
例えば６２０ｍｍの範囲にウエハを配置する場合、すべてのウエハ間隔を１０ｍｍとするとボート上にウエハは６３枚しか配置できず、図７に示す通りサイドダミーウエハを下側１０枚、上側１０枚とすると、プロダクトウエハ４０枚、モニタウエハ３枚となってしまう。したがってプロダクトウエハを５０枚配置したい場合は、図８に示す通りサイドダミーウエハを下側５枚、上側５枚に減らさなくてはならない。そこで、本実施の形態ではサイドダミーウエハの間隔をプロダクトウエハ、モニタウエハの間隔よりも狭く配置し、例えばプロダクトウエハ、モニタウエハの間隔は１０ｍｍのままで、サイドダミーウエハの間隔だけを５ｍｍとするものである。この場合、図５に示す通りプロダクトウエハ５０枚のまま、モニタウエハは２枚となってしまうが、サイドダミーウエハを下側１０枚、上側１０枚を配置することが可能となる。
【００３２】
本実施の形態の１つを説明する。ボート２２にはサイドダミーウエハの間隔に合わせ溝を設ける。例えば全て５ｍｍ間隔でボートに溝を設ける。ウエハカセット５７からボート２２へ移載機５４によりウエハ１を移載するために、ボート２２の溝の位置及び間隔を移載機５４より制御系４２に記憶させる（これを通常ティーチングと呼ぶ）。この時、サイドダミーウエハの間隔に合わせティーチングを行い、例えばこの場合５ｍｍ間隔でティーチングを行う。これを基準としてプロダクトウエハやモニタウエハの間隔はサイドダミーウエハの整数倍、例えば２倍つまり１０ｍｍや、３倍つまり１５ｍｍと制御系に設定することにすれば、改めてティーチングする必要は無くなる。ただしこの場合、プロダクトウエハやモニタウエハの間隔はサイドダミーウエハの整数倍、例えば１倍、２倍、３倍…に限られる。
【００３３】
本実施の形態のもう一つの例を説明する。ボート２２はサイドダミーウエハとプロダクトウエハの領域を始めから区別しておき、ボート２２の溝も始めからそれらの位置及び間隔に合わせて設けておく。サイドダミーウエハとプロダクトウエハとで別々にティーチングを行い制御系４２に記憶させる。この場合はサイドダミーウエハとプロダクトウエハの間隔はそれぞれ例えば３ｍｍと８ｍｍなど任意に決められるが、一度決めてしまうとボート２２の溝位置が固定されているためボート２２上のウエハ１の配置や枚数を任意に変えることは出来ず、変える場合はボート２２そのものを変えることになる。
【００３４】
上記いずれの例でもサイドダミーウエハをプロダクトウエハよりも狭い間隔で配置することで、プロダクトウエハの枚数を減らすことなく、サイドダミーウエハの枚数を確保できる。移載機５４はウエハカセット５７からボート２２にウエハ１を移載する際、サイドダミーウエハ領域とプロダクトウエハ領域とでそれぞれウエハ１の間隔を変えて５枚一括で移載するようにすれば短時間にウエハを移載することができる。
【００３５】
なお本実施の形態ではプロダクトウエハの間隔を１０ｍｍや８ｍｍ、サイドダミーウエハの間隔を５ｍｍや３ｍｍの場合で説明したが、これに限定されず、サイドダミーウエハをプロダクトウエハよりも狭い間隔で配置すれば、プロダクトウエハの枚数を減らさずともサイドダミーウエハの枚数を確保できるという上記効果が得られる。またサイドダミーウエハの枚数も５枚や１０枚の場合で説明したが、これに限定されず、それ以外の場合でもサイドダミーウエハをプロダクトウエハよりも狭い間隔で配置すれば、プロダクトウエハの枚数を減らさずともサイドダミーウエハの枚数を確保できるという上記効果が得られる。またウエハの移載する枚数も５枚一括でなくとも、１枚づつでも、また３枚一括や６枚一括で移載しても構わない。
【００３６】
本技術を用いることにより、サイドダミーウエハをプロダクトウエハやモニタウエハの間隔より狭くボートに配置することでサイドダミーウエハを必要な枚数だけ確保でき、これにより原料ガスが化学反応が可能な状態に励起されるだけの十分な熱を吸収でき、反応炉下部から熱が逃げず、不用ガス成分や汚染物質がプロダクトウエハまで飛来することを防ぐことができるため、膜厚やドーピング濃度の均一性が向上し膜成長不良を軽減することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、高品質の基板処理が行え、基板処理の基板面内均一性が高く、しかも、一度に多くの枚数の基板を処理できる基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の縦型減圧ＣＶＤ装置におけるボート上のウエハ配置の一例を説明するための図である。
【図６】従来技術の縦型減圧ＣＶＤ装置におけるボート上のウエハ配置の一例を説明するための図であり、ウエハ間隔５ｍｍ均等の場合の図である。
【図７】従来技術の縦型減圧ＣＶＤ装置におけるボート上のウエハ配置の他の例を説明するための図であり、ウエハ間隔１０ｍｍ均等の場合の図である。
【図８】従来技術の縦型減圧ＣＶＤ装置におけるボート上のウエハ配置のさらに他の例を説明するための図であり、ウエハ間隔１０ｍｍ均等の場合の図である。
【符号の説明】
１…ウエハ
１０…基板処理装置
２１…シールキャップ
２２…ボート
３１…反応管
３２…アウターチューブ
３３…インナーチューブ
３４…ノズル
３５…インレットフランジ
３６…ガス入口
４１…ガス供給系
４２…制御系
４３…真空排気系
４４…真空排気管
４６…ボート回転機構
４８…ヒータ
５０…カセット授受ユニット
５１…カセット棚
５２…予備カセット棚
５３…カセット移載機
５４…ウエハ移載機
５５…ボートエレベータ
５６…縦型反応炉
５７…カセット
５８…カセットステージ
５９…基板姿勢整合機
６０…ロボットアーム
６１…アーム
６２…ウエハ保持部
６３…ウエハ保持プレート
【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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