(57)【要約】【課題】縦型炉の内部形状を変えることなく基板の表面処理が可能で、表面処理される基板の品質を均一にする基板保持用治具を提供する。【解決手段】溝５７に基板５３が嵌まり込むことによって、基板を保持する保持部材５２と、各保持部材５２の両端部に設けられ、縦型炉の内部形状に応じた外径形状に形成される底板５５および天板５６とを含む。底板５５および天板５６の形状は、縦型炉の形状に応じて決定されるので、基板保持部材５２が炉内に挿入されても、炉内を流れる気体の流速、流量および流量比などを、基板の大きさに拘わらずほぼ同じにすることができる。これによって炉内部の形状を変えることなく、表面処理される基板の品質を均一にすることができる。【選択図】　　　図１
2004006508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を表面処理するための縦型炉内に、複数の基板を上下方向に間隔をあけて保持するための基板保持用治具であって、
長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って延びる溝が長手方向に間隔をあけて、複数形成される形状であり、溝に基板が嵌まり込むことによって、基板を保持する複数の保持部材と、
各保持部材の両端部に設けられ、保持部材によって保持される基板よりも大きな基板を表面処理可能な縦型炉の内部形状に応じた外径形状に形成される板部材とを含むことを特徴とする基板保持用治具。
【請求項２】
少なくともいずれか一方の板部材の外形形状は、変更可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の基板保持用治具。
【請求項３】
少なくともいずれか一方の板部材は、保持部材に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項２記載の基板保持用治具。
【請求項４】
長手方向一端側の溝と長手方向他端側の溝との間の寸法は、縦型炉における温度が均一に保持される均熱領域の寸法よりも小さく形成されているとともに各板部材間の寸法は、前記均熱領域の寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板保持用治具。
【請求項５】
（ａ）基板を表面処理するための縦型炉と、
（ｂ）縦型炉内に、複数の基板を上下方向に間隔をあけて保持するための基板保持用治具であって、
（ｂ１）長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って延びる溝が長手方向に間隔をあけて、複数形成される形状であり、溝に基板が嵌まり込むことによって、基板を保持する複数の保持部材と、
（ｂ２）各保持部材の両端部に設けられ、保持部材によって保持される基板よりも大きな基板を表面処理可能な縦型炉に応じた外径形状に形成される板部材とを備える基板保持用治具とを含むことを特徴とする基板表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば不純物拡散法による半導体ウェハ基板の拡散処理、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称；ＣＶＤ）法による薄膜形成処理などを行う縦型炉に基板を複数枚上下方向に間隔をあけて搭載する際に好適に用いられる基板保持用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板の表面処理として、Ｎ型またはＰ型導電型の不純物を半導体ウェハに付着させ、加熱炉内で半導体ウェハを加熱して、半導体ウェハにＮ型またはＰ型拡散層を設ける熱拡散法がある。また基板に薄膜を形成するために、減圧炉内に配置される基板表面に沿って気体を流し、その気体を化学反応させて基板表面に薄膜を形成する化学気相成長（ＣＶＤ）法がある。
【０００３】
前述するような表面処理は、縦型炉を用いて行われる。縦型炉は、基板保持用治具によって、炉心管内に複数の基板を上下方向に間隔をあけて配置される状態で、炉内を減圧および加熱する。また近年では基板となる半導体ウェハの大口径化が取り組まれており、縦型炉を用いて、外形形状の異なる基板に対して表面処理する必要がある。
【０００４】
図７は、従来の基板保持用治具１の一部を示す断面図である。基板保持用治具１は、棒状に延びる複数の保持部材２が設けられる。各保持部材２は、基板３を保持するための複数の突起４を複数有する。基板保持用治具１は、各突起４の上面に基板３を乗載することによって、基板３を長手方向に間隔をあけて複数保持する。
【０００５】
図８は、突起４を省略して基板保持用治具１を示す正面図であり、図９は、図８のＳ９−Ｓ９切断面線から見た断面図である。基板保持用治具１は、前記各保持部材２と、各保持部材２の長手方向一端部に固定される底板５と、長手方向他端部に固定される天板６とを有する。底板５および天板６の外周径は、保持される基板３の外周径に対してほぼ等しい形状を有する。
【０００６】
図１０は、基板保持用治具１が縦型炉２０に挿入される減圧ＣＶＤ装置の一部を示す断面図であり、図１０（１）は、５インチの半導体ウェハに成膜処理される場合を示し、図１０（２）は、４インチの半導体ウェハに成膜処理される場合を示す。減圧ＣＶＤ装置は、たとえば基板である半導体ウェハに薄膜を形成し、半導体ウェハの大きさにあわせて、縦型炉２０の炉心管２３ａ，２３ｂおよび基板保持用治具１ａ，１ｂが交換される。
【０００７】
縦型炉２０は、炉口２４の形状、ガスアウト側の開口２５の形状および基板３を保持する基板保持用治具１ａ，１ｂの形状などによって、炉内を流れる気体の流量、炉内の温度などのプロセス状態が異なる。
【０００８】
したがって減圧ＣＶＤ装置は、最適なプロセス状態で薄膜生成処理を行うために、半導体ウェハの大きさに応じた炉心管２３ａ，２３ｂに交換される。また交換された炉心管２３ａ，２３ｂのインナチューブ２１ａ，２１ｂ内に、半導体ウェハの大きさに応じた基板保持用治具１ａ，１ｂが挿入される。
【０００９】
たとえば、５インチの半導体ウェハ用インナチューブ２１ａの内径Ｌ３は、４インチの半導体ウェハ用インナチューブ２１ｂの内径Ｌ４よりも大きく形成される。また５インチの半導体ウェハ用の基板保持用治具１ａの天板６ａは、４インチの半導体ウェハ用の基板保持用治具１ｂの天板６ｂよりも大きく形成される。
【００１０】
処理する半導体ウェハの大きさに応じて、インナチューブ２１ａ，２１ｂを交換する場合、交換作業に長時間を費やす。具体的には、インナチューブ２１およびアウタチューブ２２を含む炉心管２３を交換する必要があり、炉心管２３を交換する場合、炉心管２３の温度を降温するために１０時間必要となり、また基板保持用治具２１を交換するために４時間必要である。このように半導体ウェハの大きさに応じて炉心管２３を交換する場合は、交換時間が多くかかり生産性が悪いという問題がある。
【００１１】
また５インチの半導体ウェハ用の炉心管２３ａのインナチューブ２１ａ内に、４インチの半導体ウェハ用の基板保持用治具１ｂを挿入して、４インチの半導体ウェハに薄膜を生成することは可能である。しかし、炉口２４およびガスアウト側の開口２５の形状が５インチの半導体ウェハ用に設けられているので、炉内の温度状態、炉内の気体の流速などのプロセス条件が最適にならない。
【００１２】
したがって５インチの半導体ウェハ用の炉心管２３ａで４インチの半導体ウェハに成膜処理する場合には、プロセス条件が最適にならず、半導体ウェハの面内での生成される薄膜のばらつき、および上下方向に配置される半導体ウェハごとの薄膜のばらつきが生じ、均一な品質の薄膜を生成することが困難になる。
【００１３】
たとえば減圧ＣＶＤ装置によって、５インチの半導体ウェハ用の炉心管２３ａで４インチの半導体ウェハ用の基板保持用治具１ｂを用いて、４インチの半導体ウェハにポリシリコン膜を成膜した場合、膜厚のばらつきが２０％以上となり、ばらつきが大きいので、製造上採用することができない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
また大きさの異なる基板を保持可能な基板保持用治具が特開平１０−２２２２７号公報および特開平５−２９１１６６号公報に記載されている。このような基板保持用治具は、大きい基板用の炉心管に、小さい基板を保持した状態で挿入される。基板保持用治具は、大きさの異なる基板を保持するために、保持部材から突出する突出部分が形成される。突出部分は、大きい基板および小さい基板を乗載可能に形成される。このような基板保持用治具は、突出部分が形成されない場合には、大きさの異なる基板を保持することができず、構成上突起部分が必ず設けられる。
【００１５】
突出部分は、炉内の状態が不均一になる原因となる。たとえばＣＶＤによって基板に薄膜を形成する場合、薄膜を形成するための気体が炉内を流れる。炉内を流れる気体は、突起部分に衝突することによって気体の流れが乱れてしまう。これによって突起部分付近の基板部分と、突起部分から離れた基板部分とで生成される薄膜の状態が異なってしまい、基板の面内で均一な薄膜を形成することができない。
【００１６】
また炉内が高温になる場合、突起部分が熱変形するおそれがある。変形した突起部分に保持される基板は、その配置位置がずれてしまい表面処理が良好に行われない場合がある。また耐熱性の素材で、突起を有する正確な形状を形成することが困難であり、精度よく突起部分が形成されない場合がある。寸法精度が悪い突起部分に保持される基板は、その配置位置がずれてしまい表面処理が良好に行われない。
【００１７】
したがって大きさの異なる２つの基板をともに保持可能な基板保持用治具では、炉心管を交換することなく、基板の表面処理を行うことが可能であるが、突起部分が形成されることによって、表面処理される基板の品質がばらつき、品質を均一にすることができないという問題がある。
【００１８】
したがって本発明の目的は、縦型炉の内部形状を変えることなく、表面処理される基板の品質を均一にする基板保持用治具を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板を表面処理するための縦型炉内に、複数の基板を上下方向に間隔をあけて保持するための基板保持用治具であって、
長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って延びる溝が長手方向に間隔をあけて、複数形成される形状であり、溝に基板が嵌まり込むことによって、基板を保持する複数の保持部材と、
各保持部材の両端部に設けられ、保持部材によって保持される基板よりも大きな基板を表面処理可能な縦型炉の内部形状に応じた外径形状に形成される板部材とを含むことを特徴とする基板保持用治具である。
【００２０】
本発明に従えば、基板を保持した状態で縦型炉に挿入された場合、基板保持用治具の長手方向が上下方向に沿って配置され、基板を縦型炉内で上下方向に間隔をあけて複数保持する。また保持部材の両端部には板部材が設けられるので、保持する複数の基板を挟んで２つの板部材が配置される。
【００２１】
縦型炉によって長手方向一方から他方に表面処理用の気体が流され、長手方向に並ぶ複数の基板に表面処理が行われる。気体は、まず上流側の板部材に沿って流れて板部材から離れる。上流側の板部材から離れた気体は、長手方向に沿って流れるとともに各基板の表面に沿って流れる。基板表面に沿って流れる気体が、基板に熱を与えるまたは基板表面で化学反応することによって、基板は表面処理される。また長手方向に流れる気体は、下流側の板部材に達して下流側の板部材に沿って流れて、炉内から排出される。
【００２２】
板部材の形状が、縦型炉の形状に応じて決定されるので、上流側の板部材から離れて長手方向に流れる気体の流速、流量および流量比などのプロセス状態が、基板の大きさによってばらつくことが少ない。これによって基板の大きさに適合するように、炉内部の形状およびプロセス条件を変える必要なく、炉内の状態を均一にすることができる。また基板の大きさ毎にプロセス条件を設定する必要がないので、表面処理作業を簡単に行うことができる。
【００２３】
また下流側の板状部材から離れて炉外へ流れるときに、気体の流速および流れる方向が変わり、気体の流れが乱れる場合がある。保持する基板の大きさではなく、縦型炉の形状に応じて下流側の板部材が形成されることによって、下流側の板部材付近の気体の流れが乱れることを防止することができる。これによって下流側の板部材付近の炉内の状態を上流側の炉内の状態に近づけることができ、長手方向に並ぶ基板付近の炉内の状態が一方側と他方側とでばらつくことを防止することができる。
【００２４】
たとえば少なくともいずれか一方の板状部材と炉芯管との間の間隔が、プロセス条件に対して予め定める寸法に形成され、たとえば板状部材と炉芯管との間の間隔が狭くなるように形成される。これによって炉芯管と板状部材との間を通過する気体の流速を予め定める速度にすることができ、気体の流速を速くして整流作用を得ることができ、気体が炉内で乱れることを防いで各基板の表面処理を均一に行うことができる。したがって縦型炉で表面処理された半導体の性能のばらつきを抑えることができる。基板保持用治具のいずれか一方の板状部材の形状を予め定める形状に形成することによって、整流作用を得ることができるが、２つの板状部材をともに予め定める形状にそれぞれ形成することによって、表面処理される半導体の性能のばらつきをより確実に抑えることができる。
【００２５】
各板状部材は、保持部材によって保持される基板よりも大きな基板を表面処理可能な縦型炉に応じた外形形状に形成される。これによって、保持する基板よりも大きな基板を表面処理可能な縦型炉で、保持する基板が表面処理された場合でも、大きな基板が表面処理される場合とほぼ同様の炉内の状態を保つことができる。
【００２６】
さらに基板保持用治具は、溝に基板が嵌り込むことによって基板を保持する。この溝は、長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って形成される。突起を形成する場合に比べて溝を形成する場合のほうが、寸法精度を高く形成することができ、溝にはめ込まれる基板の位置を正確に配置することができる。また溝が形成される部分では、突起が形成される場合に比べて熱処理時に変形する量が少なく、保持した基板の配置位置がばらつくことを防止することができる。これによって配置位置に起因する表面処理される基板の品質のばらつきを少なくすることができる。さらに突起がある場合に比べて、基板表面を流れる気体の流れが乱れることを防止することができ、より品質を向上させることができる。
【００２７】
また本発明は、少なくともいずれか一方の板部材の外形形状は、変更可能に構成されることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、板部材の外形形状が変更可能に構成されるので、炉内部の形状に応じた形状に変更することができる。これによって縦型炉の炉内部の形状が異なる場合であっても、複数の基板保持用治具を有する必要が無い。また基板保持用治具全体を縦型炉に応じて交換する必要が無く、基板保持用治具を交換するために費やす時間を短縮させることができる。
【００２９】
また本発明は、少なくともいずれか一方の板部材は、保持部材に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、板部材が着脱可能であるので、大きさの異なる板部材に着け換えることができる。これによって縦型炉の炉内部の形状に応じた形状の板部材を準備することによって、複数の基板保持用治具全体を有する必要が無い。また基板保持用治具全体を縦型炉に応じて交換する必要が無く、炉内部の形状に応じた板部材に着け換えることによって、炉内部の形状に応じた基板保持用治具を構成することができ、交換するために費やす時間を短縮させることができる。
【００３１】
また本発明は、長手方向一端側の溝と長手方向他端側の溝との間の寸法は、縦型炉における温度が均一に保持される均熱領域の寸法よりも小さく形成されているとともに各板部材間の寸法は、前記均熱領域の寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、縦型炉内に挿入された場合、溝が均熱領域に配置されるので溝にはめ込まれる基板もまた均熱領域に配置される。また炉内の気体が流れる方向の下流側の板部材が、均熱領域から超えた領域に配置される。すなわち下流側の板部材は、基板から遠ざかる位置に形成される。これによって板部材の端面付近で気体の流速および流れる方向が変わり、気体の流れが乱れる場合であっても、基板付近で気体の流れが乱れることを防止することができる。これによって気体の流れが乱れることに起因する表面処理される基板の面内でのばらつきを抑えることができ、より品質の向上した表面処理を行うことができる。
【００３３】
また本発明は、（ａ）基板を表面処理するための縦型炉と、
（ｂ）縦型炉内に、複数の基板を上下方向に間隔をあけて保持するための基板保持用治具であって、
（ｂ１）長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って延びる溝が長手方向に間隔をあけて、複数形成される形状であり、溝に基板が嵌まり込むことによって、基板を保持する複数の保持部材と、
（ｂ２）各保持部材の両端部に設けられ、保持部材によって保持される基板よりも大きな基板を表面処理可能な縦型炉に応じた外径形状に形成される板部材とを備える基板保持用治具とを含むことを特徴とする基板表面処理装置である。
【００３４】
本発明に従えば、基板保持用治具が挿入されることによって、基板を縦型炉内で上下方向に間隔をあけて保持する。また縦型炉内で、基板保持用治具の長手方向一方から他方に表面処理用の気体を流し、長手方向に並ぶ基板に順に表面処理を行う。
【００３５】
気体は、上流側の板部材に沿って流れて板部材から離れる。板部材から離れた気体は、長手方向に流れるとともに各基板の表面に沿って流れる。基板表面に沿って流れる気体は、基板に熱を与えるまたは基板表面で化学反応することによって、基板に表面処理を行う。また保持部材の長手方向に流れる気体は、下流側の板部材に達すると、他方の板部材に沿って流れて、炉内から排出される。
【００３６】
基板保持用治具の板部材の形状が、基板の大きさに拘わらず縦型炉の形状に応じて決定されるので、上流側の板部材から離れて長手方向に流れる気体の流速、流量および流量比などのプロセス条件は、基板の大きさによってばらつくことが少ない。また排出口付近で気体の流速および流れる方向が変わり、気体の流れが乱れる場合であっても、基板に与える影響が少ない形状に下流側の板部材が形成されることによって、下流側の板部材付近のプロセス条件を上流側のプロセス条件に近づけることができ、長手方向に並ぶ基板に与えられる条件が一方側と他方側とでばらつくことを防止することができる。
【００３７】
これによって基板の大きさに適合するように、炉内部の形状およびプロセス条件を変える必要なく、表面処理される基板の品質を均一にすることができる。また基板の大きさ毎にプロセス条件を設定する必要がないので、表面処理作業を簡単に行うことができる。
【００３８】
基板保持用治具の溝に基板が嵌り込むことによって基板を保持する。この溝は、長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って形成される。突起を形成する場合に比べて溝を形成する場合のほうが、寸法精度を高く形成することができ、溝にはめ込まれる基板の位置を正確に配置することができる。また溝が形成される部分では、突起が形成される場合に比べて熱処理時に変形する量が少なく、保持した基板の配置位置がばらつくことを防止することができる。これによって配置位置に起因する表面処理される基板の品質のばらつきを少なくすることができる。さらに突起がある場合に比べて、基板表面を流れる気体の流れが乱れることを防止することができ、より品質を向上させることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である基板保持用治具５１の一部を省略して示す正面図であり、図２は、基板保持用治具５１を示す平面図である。基板保持用治具５１は、基板５３を複数枚長手方向Ｙに並べて保持する。基板保持用治具５１は、圧力または温度の少なくともいずれか一方が調整された炉内で、上下方向に間隔をあけて複数枚保持する。たとえば基板保持用治具５１は、ＣＶＤによって薄膜を形成するための縦型炉内に挿入され、基板５３を縦型炉内で上下方向に複数並べて基板を保持する治具である。なお本発明において表面処理は、ＣＶＣなどの基板表面に膜を形成する処理ならびに基板の酸化および拡散などの基板の表面側部分に層を設ける処理を含む。
【００４０】
基板保持用治具５１は、棒状に延びる複数の保持部材５２と、保持部材５２の長手方向一方Ｙ１側端部を固定する底板５５と、保持部材５２の長手方向他方Ｙ２側端部を固定する天板５６とを含んで構成される。底板５５および天板５６は、板状の板部材であって、その形状は、縦型炉の炉内の形状に基づいて決定される板部材である。底板５５および天板５６は、円板状に形成される。
【００４１】
基板保持用治具５１は、底板５５および天板５６の中心が、同一線上に配置され、この底板５５と天板５６との中心を結ぶ線が基板保持用治具５１の中心軸線Ｒ１となる。底板５５および天板５６は、基板５３の外周径よりも大きく形成される。縦型炉は、基板保持用治具５１が保持する基板５３よりも大きい基板を表面処理可能に形成され、このような縦型炉に本発明の基板保持用治具５１が挿入される。
【００４２】
保持部材５２は、中心軸線Ｒ１まわりに周方向Ａに間隔をあけて複数配置され、少なくとも３つ以上設けられる。本実施の形態では、保持する基板５３が円板であり、基板保持用治具５１には、４つの保持部材５２が設けられる。また各保持部材５２は、中心軸線Ｒ１を中心とする仮想半円領域に配置され、基板５３の半径寸法分だけ中心軸線Ｒ１から離れた位置に配置される。また各保持部材５２の長手方向に垂直な断面において、中心軸線Ｒ１を中心とし、各保持部材５２に外接する仮想外接円の直径を仮定すると、この仮想外接円よりも、底板５５および天板５６の直径が大きく形成されるとともに、後述する炉芯管６６の内周径に応じた形状に形成される。これによって基板を保持する保持部材５２とは、無関係に底板５５および天板５６の形状を、縦型炉とくにインナーチューブの内径に応じた形状に形成される。
【００４３】
図３は、図２のＳ３−Ｓ３切断面線から見た基板保持用治具５１の一部を拡大して示す断面図であり、図４は、保持部材５２に基板５３が嵌合した状態を部分的に示す断面図である。
【００４４】
基板保持用治具５１は、長手方向Ｙに垂直な断面形状が長手方向Ｙに一様な素材に、長手方向Ｙに垂直な面に沿って延びる溝５７が複数形成される形状であって、溝５７は、長手方向Ｙに間隔をあけて複数形成される。たとえば基板５３の厚さが０．２５ｍｍ以上でかつ０．６５ｍｍ以下である場合、溝の上下方向の間隔は、３ｍｍ以上でかつ４ｍｍ以下である。基板保持用治具５１は、各溝５７に基板５３の周縁部５８が嵌り込むことによって、基板５３を保持する。これによって従来の技術に示すような突起が、保持部材５２に形成されることがない。また溝５７に基板５３が嵌り込むので、基板保持用治具５１に振動が生じても、上下方向に変位することが防止されて、基板５３が保持部材５２から外れることを防止することができる。
【００４５】
溝５７は、中心軸線Ｒ１に向かって開放して形成される。溝５７に嵌り込む基板５３の嵌合部分は、表面処理が良好に行われない。したがって嵌合部分は少ないほうが好ましい。また嵌合部分が少ない場合には、嵌合部分で基板を支えることができず、自重によって基板が破損してしまうおそれがある。したがって基板５３が自重によって破損せず、かつ表面処理される基板の品質を保つように保持部材５２の溝５７が形成される。
【００４６】
たとえば直径１００ｍｍ（４インチ）、厚さ０．４ｍｍの半導体ウェハを保持する場合、棒状の直径１２ｍｍの石英素材に、基板５３を乗載する乗載部分の面積は、４５ｍｍ２以上でかつ５６ｍｍ２以下となる溝５７が形成される。また各保持部材５２の乗載部分の面積を積算した値は、半導体ウェハの厚み方向一方側の面積の０．８パーセント以上でかつ２．０パーセント以下に設定される。このような形状に形成されることによって保持される基板が自重によって破損することなく確実に保持することができ、かつ表面処理が行われない嵌合部分を少なくすることができる。
【００４７】
溝５７は、また基板の厚みよりも２．０ｍｍ以上でかつ２．５ｍｍ以下大きい幅寸法に形成され、これによって円滑に基板を溝５７に嵌め込むことができるとともに基板保持用治具５１に振動が生じても保持状態が解除されることを防止することができる。
【００４８】
基板保持用治具５１は、耐熱性を有するとともに炉内を流れる気体と反応しない材料によって形成され、たとえば石英またはＳｉＣから成る。石英およびＳｉＣは、複雑な形状に加工する場合には、精度よく加工することが困難であるが、本発明に示す基板を保持するための溝５７は、形状が簡単であり容易にかつ精度よく形成することができる。
【００４９】
図５は、減圧ＣＶＤ装置６１の主要部分を示す断面図である。減圧ＣＶＤ装置６１は、基板表面処理装置であって、縦型炉内を減圧し、基板表面で薄膜を形成するための気体を化学反応させて、基板に薄膜を形成する装置である。
【００５０】
減圧ＣＶＤ装置６１は、基板５３が配置される空間を減圧および加熱する縦型炉６２と、前述する基板保持用治具５１と、縦型炉内に気体を導入するとともに縦型炉内から気体を排出する気体導入排出手段６３とを含んで構成される。
【００５１】
縦型炉６２は、インナチューブ６４およびアウタチューブ６５を含む炉心管６６と、炉心管６６を覆うシェル６７と、シェル６７に設けられ炉心管６６内を加熱するための加熱手段６８とを含んで構成される。炉心管６６は、一端部が開放されるインナチューブ６４とインナチューブ６４を覆うアウタチューブ６５とから成り、アウタチューブ内を気密状態とする。
【００５２】
インナチューブ６４は、インナチューブ内に気体を導入するための気体導入口６９が下端部に設けられるとともに上端部に開放する開口７０が設けられる。インナチューブ６４の開口７０は、アウタチューブ６５とインナチューブ６４との間の内の空間に連通して設けられ、アウタチューブ６５には、気体を排出するための気体排出口７１が下端部に設けられる。
【００５３】
炉心管６６をシェル６７が覆うことによって、炉心管内の温度が低下することを防止する。また加熱手段６８によって炉心管６６を加熱することによって、高温状態で気体に化学反応を生じさせる。
【００５４】
気体導入排出手段６３は、気体導入口６９から薄膜生成用の気体を導入し、気体排出口７１から気体を排出することによって、薄膜生成用の気体を炉心管内の上下方向に流す。また気体排出口７１から気体を吸引することによって炉心管内の圧力を減圧する。
【００５５】
炉内に導入された気体は、インナチューブ６４の下端部からインナチューブ６４の上端部の開口７０に向かって流れ、開口７０からインナチューブ外に流れる。インナチューブ外に流れた気体は、インナチューブ６４とアウタチューブ６５との間を流れ、アウタチューブ６５の下端部に設けられる気体排出口６３から排出される。気体は、インナチューブ６４の下端部から上端部に流れる間に、インナチューブ内に配置される基板表面で化学反応する。
【００５６】
基板保持用治具５１は、長手方向が上下方向に沿ってインナチューブ内に配置される。これによって基板保持用治具５１に保持される基板５３は、縦型炉内で上下方向に間隔をあけて保持される。
【００５７】
また減圧ＣＶＤ装置は、加熱手段６７によってインナチューブ６４の内部空間が加熱され、内部空間において温度が均一に保持される均熱領域７２が設定される。均熱領域７２は、上下方向に延びる領域である。基板保持用治具５１は、長手方向一端側の溝５７と長手方向他端側の溝５７と間の寸法は、均熱領域７２の上下方向寸法よりも小さく設定されており、均熱領域７２に基板５３が配置されるように形状が設定される。
【００５８】
気体導入口６９からインナチューブ６４の開口７０に向かってインナチューブ６４内を流れる気体は、底板５５に触れて、底板５５に沿って流れて底板５５から離れる。底板５５から離れた気体は、保持部材５２の長手方向に沿って流れるとともに各基板５３の表面を流れる。各基板５３の表面を流れる気体が、基板表面で化学反応することによって、基板５３の表面に薄膜を形成する。また保持部材５２の長手方向に流れる気体は、天板５６に達すると、天板５６に沿って流れて、インナチューブ６４の開口７０からインナチューブ外に流れる。
【００５９】
底板５５の形状が、基板５３の大きさに拘わらずインナチューブ６４の形状に応じて決定されるので、底板５５から離れて保持部材５２の長手方向に沿って流れる気体の流速、流量および流量比などのプロセス条件は、基板５３の大きさによってばらつくことが少ない。
【００６０】
また開口７０付近で気体の流速および流れる方向が変わり、気体の流れが乱れる場合であっても、基板５３に与える影響が少ない形状に天板５６が形成されることによって、天板５６付近の炉内の状態を底板５５側の炉内の状態に近づけることができ、上下方向に並ぶ基板のうち上方側と下方側とで品質がばらつくことを防止することができる。
【００６１】
これによって基板５３の大きさに適合するように、インナチューブ６４を含む炉心管６６の形状およびプロセス条件を変える必要なく、表面処理される基板の品質を均一にすることができる。また基板の大きさ毎にプロセス条件を設定する必要がないので、表面処理作業を簡単に行うことができる。
【００６２】
底板５５および天板５６の少なくとも一方は、中心軸線Ｒ１に垂直な平面において、挿入されるアウターチューブの内径面積に対して、底板５５または天板５６を除いた部分の面積が６５パーセント以上でかつ７５パーセント以下に設定される。また底板５５および天板５６の少なくとも一方は、中心軸線Ｒ１に垂直な平面において、挿入されるインナーチューブの内径面積に対して、底板５５または天板５６を除いた部分の面積が５０パーセント以上でかつ６０パーセント以下に設定される。
【００６３】
たとえば直径寸法が１００ｍｍ（４インチ）の半導体ウェハに０．０００４ｍｍのポリシリコンの薄膜を形成する場合、炉内の圧力を４０±１Ｐａ、炉内の温度を６２０±１度に保ち、ＳｉＨ４を流速１０ｍ／ｓで炉内を流す。インナチューブ６４の内径直径が１８８ｍｍで、アウタチューブ６５の内径直径が２６２ｍｍとすると、基板保持用治具５１の底板５５の外形直径は１４５ｍｍに決定され、天板５６の外形直径は、１３０ｍｍに決定される。インナチューブ６４と天板５６との間の半径方向の寸法は、２９ｍｍであり、長手方向に垂直な平面において、インナチューブ６４の内径面積に対して、天板５６を除いた部分の面積が５２．２パーセントに設定される。同様に底板５５を除いた部分の面積が４０．５パーセントに設定される。
【００６４】
前述する条件で、基板保持用治具５１を用いて基板を保持して、減圧ＣＶＤ装置６１によって基板に薄膜を形成することによって、上下方向に並ぶ基板毎の膜厚が５パーセント以内に改善されることが発明者の実験によって明らかにすることができた。表１に本発明の基板保持用治具５１と、図８に示す従来の基板保持用治具１との膜厚のばらつきを示す表である。
【００６５】
【表１】
2004006508.tif 000003
【００６６】
前述するように基板保持用治具５１によれば、基板５３を保持して減圧ＣＶＤ装置に用いることによって、表面処理される基板５３のばらつきを減らすことができ生産性を向上させることができる。底板５５および天板５６の形状がインナチューブ６４の内径、開口７０、導入口６９の形状に応じて決定されるので、基板５３の大きさ拘わらず、炉内を上下方向に流れる気体の流速、流量および流量比などのプロセス条件を、同じにすることができる。
【００６７】
これによって保持する基板５３よりも大きい基板を表面処理可能な縦型炉で、基板の大きさに拘わらず基板表面を流れる気体の状態を一定にすることができるので、インナチューブ６４の形状を変えることなく、表面処理される基板５３の品質を均一にすることができる。また炉内のプロセス条件を基板５３の大きさに応じて変更する必要がなく、また基板５３の大きさ毎にプロセス条件を設定する必要がないので、表面処理作業を簡単に行うことができる。
【００６８】
さらに基板保持用治具５１は、溝５７に基板５３が嵌り込むことによって基板５３を保持する。この溝５７は、長手方向に垂直な断面形状が長手方向に一様な素材に、長手方向に垂直な面に沿って形成される。突起を形成する場合に比べて溝を形成する場合のほうが、寸法精度を高く形成することができ、溝５７に嵌め込まれる基板５３の位置を正確に配置することができる。また溝５７が形成される部分は、突起が形成される場合に比べて熱処理時に変形する量が少なく、保持した基板５３の配置位置がばらつくことを防止することができる。これによって配置位置に起因する基板表面のばらつきを少なくすることができ、表面処理される基板の品質を向上させることができる。
【００６９】
また突起がある場合に比べて、基板表面を流れる気体の流れが乱れることを防止して、基板表面におけるばらつきを低減することができ、品質を向上させることができる。
【００７０】
図６は、本発明の他の実施の形態の基板保持用治具８１を示す正面図である。図６に示す基板保持用治具８１は、天板８２が着脱可能に設けられている以外は、図１に示す基板保持用治具５１と同様の構成を示す。したがって図１に示す基板保持用治具５１と同様の構成については、説明を省略し同様の効果を得ることができる。
【００７１】
さらに天板８２が着脱可能に構成されることによって、インナチューブ６４の形状に応じた大きさの天板８２に着け換えることができる。これによってインナチューブ６４の形状に応じた天板８２を準備していればよく、複数の基板保持用治具全体を有する必要が無い。また基板保持用治具全体を縦型炉に応じて交換する必要が無く、炉内部の形状に応じた天板８２に着け換えることによって、炉内部の形状に応じた基板保持用治具８１を構成することができ、交換するために費やす時間を短縮させることができる。また底板が着脱可能に形成されていても同様の効果を得ることができる。
【００７２】
前述する基板保持用治具は、本発明の一例示に過ぎず発明の構成を変更することができる。たとえば減圧ＣＶＤ装置６１に基板保持用治具５１，８１を用いたが、基板保持用治具５１，８１は、密閉空間で上下方向に積載される基板５３に用いられればよく、たとえば基板５３に拡散処理、酸化処理およびアニール処理が行われる装置に用いられてもよい。
【００７３】
またたとえば基板保持用治具５１，８１は、各底板５５と天板５６との間の寸法が、前記均熱領域７２の上下寸法よりも大きく形成されていてもよい。たとえば天板の厚さが１５０ｍｍであってもよく、気体が流れる最も下流側の基板の下流側端面と、天板の下流側端面との距離は、２０ｍｍ以上でかつ３５ｍｍ以下に形成される。これによって天板５６は、インナチューブ６４の開口７０に近い位置に配置され、基板５３から上下方向に遠ざかる。これによってインナチューブ６４の開口７０付近で気体の流れが乱れる場合であっても、天板５６によって流れが乱れる位置は開口７０により近い位置で乱れる。これによって基板付近で気体の流れが乱れることを防止することができ、表面処理される基板５３の面内でのばらつきを抑えることができ、より品質の向上した表面処理を行うことができる。また基板は、半導体ウェハでなくてもよく、他の材料からなる基板であっても良い。また基板の形状も円形以外の形状であってもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、炉内部の形状を変えることなく基板の表面処理を行うことができ、表面処理される基板の品質のばらつきを少なくして、品質を均一にすることができる。これによって表面処理される基板の歩留まりを向上することができ、基板の製造コストを低下させることができる。また基板の大きさに応じて、炉内部の形状を変える必要が無いので、炉内部の形状を変える手間を無くし、作業時間を短縮することができる。これによって単位時間あたりに表面処理される基板枚数を増加させることができる。
【００７５】
本発明によれば、板部材の形状が変更可能に構成されるので、炉内部の形状に応じた形状に変更することができる。これによって縦型炉の炉内部の形状が異なる場合であっても、複数の基板保持用治具を有する必要が無い。
【００７６】
また本発明によれば、板部材の形状が変更可能に構成されるので、炉内部の形状に応じた形状に変更することができる。これによって縦型炉の炉内部の形状が異なる場合であっても、複数の基板保持用治具を有する必要が無い。
【００７７】
また本発明によれば、気体が流れる方向下流側の板状部材が気体の排出口側に配置されるので、基板表面を流れる気体の流れが乱れることを防止することができる。これによって気体が乱れることに起因する表面処理される基板の面内でのばらつきを抑えることができ、より品質の向上した表面処理を行うことができる。
【００７８】
また本発明によれば、基板表面処理装置は、炉内部の形状を変えることなく基板の表面処理を行うことができ、表面処理される基板の品質のばらつきを少なくして、品質を均一にすることができる。これによって表面処理される基板の歩留まりを向上することができ、基板の製造コストを低下させることができる。また基板の大きさに応じて、炉内部の形状を変える必要が無いので、炉内部の形状を変える手間を無くし、作業時間を短縮することができる。これによって単位時間あたりに表面処理される基板枚数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である基板保持用治具５１の一部を省略して示す正面図である。
【図２】基板保持用治具５１を示す平面図である。
【図３】図２のＳ３−Ｓ３切断面線から見た基板保持用治具５１の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】保持部材５２に基板５３が嵌合した状態を部分的に示す断面図である。
【図５】減圧ＣＶＤ装置６１の主要部分を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の基板保持用治具８１を示す正面図である。
【図７】従来の技術の基板保持用治具１の一部を示す断面図である。
【図８】突起４を省略して基板保持用治具１を示す正面図である。
【図９】図９のＳ９−Ｓ９切断面線から見た断面図である。
【図１０】基板保持用治具が挿入された状態のＣＶＤ縦型炉２０の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
５１，８１　基板保持用治具
５２　保持部材
５３　基板
５５　底板
５６，８２　天板
５７　溝
５８　基板周縁部
６１　減圧ＣＶＤ装置
６２　縦型炉
６３　気体導入排出手段
６４　インナチューブ
６５　アウタチューブ
６６　炉心管
【図１】
2004006508.tif 000004
【図２】
2004006508.tif 000005
【図３】
2004006508.tif 000006
【図４】
2004006508.tif 000007
【図５】
2004006508.tif 000008
【図６】
2004006508.tif 000009
【図７】
2004006508.tif 000010
【図８】
2004006508.tif 000011
【図９】
2004006508.tif 000012
【図１０】
2004006508.tif 000013