(57)【要約】【課題】ウエハの面内温度分布を全体にわたって略均一にする。【解決手段】天井面が彎曲面に形成されたアウタチューブ２と、ボート１１を収容する処理室４を形成したインナチューブ３と、ボート１１を支持しマニホールド６の下端開口を閉塞するシールキャップ１７と、アウタチューブ２の側方に設置されたメインヒータ２０と、メインヒータ２０を被覆した断熱カバー１９とを備えたＣＶＤ装置において、アウタチューブ２の上方にはサブヒータ２６が輻射光がボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハＷの中央部に向かうように敷設されており、サブヒータ２６の上方にはその最上段のウエハＷの中央部領域に反射光を略収束する凹面鏡２７が配設されている。【効果】最上段のウエハの中央部はメインヒータによる加熱の不足分をサブヒータと凹面鏡で補われるので、最上段のウエハの面内温度分布は均一になる。【選択図】      図２
2005032883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
彎曲面が一端部に形成されており複数枚の基板を収納して処理する処理室が形成されたプロセスチューブと、前記プロセスチューブの彎曲面の外方に配設されたヒータと、このヒータが発生する熱を前記処理室の前記彎曲面側に位置する前記基板の中央部側に反射させる反射鏡と、を備えている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、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ＩＣが作り込まれる基板としての半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ３  Ｎ４  ）やポリシリコン等を堆積（デポジション）させるＣＶＤ装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法においては、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のＣＶＤ膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が、広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４５８６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のＣＶＤ装置においては、図１に示されているように、ウエハの径方向の温度分布がボートの最上段および最下段において不均一になるという問題点がある。すなわち、図１（ａ）はボートの最上段の保持溝に保持されたウエハの径方向の温度分布、図１（ｂ）はボートの中央段の保持溝に保持されたウエハの径方向の温度分布、図１（ｃ）はボートの最下段の保持溝に保持されたウエハの径方向の温度分布をそれぞれ示している。図１（ｂ）に示されているように、中央段のウエハの径方向の温度分布は殆ど均一な状態になっているのに対して、図１（ａ）に示された最上段のウエハの径方向の温度分布および図１（ｃ）に示された最下段のウエハの径方向の温度分布は、周辺部の温度が高く中央部の温度が低いすり鉢状の温度分布になっている。この現象は、ウエハの大口径化に伴って顕著になっている。これはプロセスチューブの熱が天井部および炉口部に奪われるためと、考えられる。ウエハの大口径化に対応したＣＶＤ装置を開発するためには、プロセスチューブの熱が天井部および炉口部に奪われる問題を解決する必要がある。
【０００５】
プロセスチューブの熱が天井部に奪われる問題を解決する手段としては、プロセスチューブの上方にサブヒータを設置することが、一般的に考えられる。しかし、この手段においては、プロセスチューブの上端部全体が一律に加熱される状態になり、最上段のウエハの中央部の温度の低下が改善される訳ではないので、最上段のウエハの径方向の温度分布は、やはり不均一になってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、ウエハの面内温度分布のばらつきの発生を防止することができる基板処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、彎曲面が一端部に形成されており複数枚の基板を収納して処理する処理室が形成されたプロセスチューブと、前記プロセスチューブの彎曲面の外方に配設されたヒータと、このヒータが発生する熱を前記処理室の前記彎曲面側に位置する前記基板の中央部側に反射させる反射鏡と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、処理室の彎曲面側に位置した基板の中央部が発熱体と反射鏡とによって余分に加熱されるために、処理室の彎曲面側の基板における面内温度分布は全体にわたって均一になる。
【０００９】
本発明のその他の特徴のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）反射鏡は２〜５μｍの波長の光を反射するように構成されている。
（２）複数枚の基板はボートに中心を揃えた状態で互いに水平に保持されており、反射鏡はボートの最上段の保持溝に保持された基板の中心に対して線対称形の彎曲面に形成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１１】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、図２に示されたＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されており、本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置はＩＣの製造方法における特徴工程である成膜工程を実施するように構成されている。
【００１２】
図２に示されているように、ＣＶＤ装置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た縦形のプロセスチューブ１を備えており、プロセスチューブ１はアウタチューブ２とインナチューブ３とから構成されている。アウタチューブ２は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されており、インナチューブ３は炭化シリコン（ＳｉＣ）または石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ３は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ３の筒中空部はボートによって垂直方向に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を実質的に形成している。インナチューブ３の下端開口は被処理基板としてのウエハを出し入れするための炉口５を実質的に構成している。したがって、インナチューブ３の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。
【００１３】
アウタチューブ２は内径がインナチューブ３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に形成されており、インナチューブ３にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。アウタチューブ２の閉塞壁である天井壁は彎曲面としてのドーム形状に形成されている。インナチューブ３とアウタチューブ２との間の下端部は、円形リング形状に形成されたマニホールド６によって気密封止されており、マニホールド６はアウタチューブ２およびインナチューブ３についての交換等のためにアウタチューブ２およびインナチューブ３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド６がＣＶＤ装置の機枠１８に支持されることにより、アウタチューブ２およびインナチューブ３から成るプロセスチューブ１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１４】
マニホールド６の側壁の上部には排気管７が接続されており、排気管７は排気装置（図示せず）に接続されて処理室４を所定の真空度に排気し得るように構成されている。排気管７はアウタチューブ２とインナチューブ３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、アウタチューブ２とインナチューブ３との隙間によって排気路８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管７がマニホールド６に接続されているために、排気管７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路８の最下端部に配置された状態になっている。
【００１５】
インナチューブ３の下方側にはガス導入管９がインナチューブ３の炉口５に連通するように接続されており、ガス導入管９には原料ガス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。ガス導入管９によって炉口５に導入されたガスはインナチューブ３の処理室４内を流通して排気路８を通って排気管７によって排気される。また、マニホールド６の側壁の下部における他の場所には圧力計１０がインナチューブ３の炉口５に連通するように接続されており、圧力計１０はインナチューブ３の処理室４における上流側領域の圧力を測定するように構成されている。
【００１６】
マニホールド６には下端開口を閉塞するシールキャップ１７が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ１７はアウタチューブ２の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ１７の中心線上には被処理基板としてのウエハＷを保持するためのボート１１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００１７】
ボート１１は上下で一対の上側端板１２および下側端板１３と、上側端板１２と下側端板１３との間に垂直に立脚された複数本（本実施の形態においては三本とする。）の保持部材１４とを備えており、三本の保持部材１４には多数の保持溝１５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート１１は三本の保持部材１４の保持溝１５間にウエハＷを挿入されることにより、複数枚のウエハＷを水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート１１とシールキャップ１７との間には断熱キャップ部１６が配置されており、断熱キャップ部１６はボート１１をシールキャップ１７の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート１１の下端を炉口５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。
【００１８】
アウタチューブ２の側方にはプロセスチューブ１の内部を加熱するヒータ（以下、メインヒータという。）２０が、アウタチューブ２の周囲を包囲するように同心円に設備されており、メインヒータ２０の外側は断熱カバー１９によって被覆されている。メインヒータ２０および断熱カバー１９はＣＶＤ装置の機枠１８に支持されることによって垂直に据え付けられている。メインヒータ２０は上側から順に、第一段ヒータ部２１、第二段ヒータ部２２、第三段ヒータ部２３、第四段ヒータ部２４、第五段ヒータ部２５に五分割されており、第一段ヒータ部２１〜第五段ヒータ部２５はコントローラ（図示せず）によって互いに連携および独立して制御されるように構成されている。
【００１９】
アウタチューブ２の天井壁の上面の上方には抵抗発熱体によって構成されたヒータ（以下、サブヒータという。）２６が、輻射熱線（輻射光）の大部分がボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハＷの中央部に向かうように敷設されている。サブヒータ２６の上方における近接した位置には反射面を構成した反射鏡としての凹面鏡２７が、球心および焦点がボート１１の中心線に一致し、かつ、その焦点がボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハＷの下方に位置するように配設されている。凹面鏡２７は鏡面研磨仕上げされたステンレス鋼板によって形成されており、２〜５μｍの波長の熱線（赤外線等）を反射するように設定されている。
【００２０】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置によるＩＣの製造方法における成膜工程を、ウエハに窒化シリコン（Ｓｉ３  Ｎ４  ）のＣＶＤ膜が形成される場合について説明する。
【００２１】
図２に示されているように、複数枚のウエハＷを整列保持したボート１１はシールキャップ１７の上にウエハＷ群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、エレベータによって差し上げられてインナチューブ３の炉口５から処理室４に搬入されて行き、シールキャップ１７に支持されたままの状態で処理室４に存置される。この状態で、シールキャップ１７は炉口５をシールした状態になる。
【００２２】
プロセスチューブ１の内部が所定の真空度（数十Ｐａ以下）に排気管７によって排気される。この際、プロセスチューブ１の内部の圧力は圧力計１０によって測定され、真空度がフィードバック制御される。また、メインヒータ２０およびサブヒータ２６によってプロセスチューブ１の内部が所定の温度（例えば、７６０℃程度）に全体にわたって加熱される。
【００２３】
次いで、処理ガスとしての原料ガス３０がインナチューブ３の処理室４にガス導入管９によって供給される。Ｓｉ３  Ｎ４  のＣＶＤ膜をデポジションする場合には原料ガス３０として、ＳｉＨ２  Ｃｌ２  とＮＨ３  や、ＳｉＨ４  とＮＨ３  等が処理室４に導入される。
【００２４】
導入された原料ガス３０はインナチューブ３の処理室４を上昇し、上端開口からアウタチューブ２とインナチューブ３との隙間によって形成された排気路８に流出して排気管７から排気される。原料ガス３０は処理室４を通過する際にウエハＷの表面に接触する。この接触による原料ガス３０のＣＶＤ反応により、ウエハＷの表面にはＳｉ３  Ｎ４  のＣＶＤ膜が堆積（デポジション）する。
【００２５】
Ｓｉ３  Ｎ４  のＣＶＤ膜が所望の堆積膜厚だけデポジションされる予め設定された処理時間が経過すると、シールキャップ１７が下降されて炉口５が開口されるとともに、ボート１１に保持された状態でウエハＷ群が炉口５からプロセスチューブ１の外部に搬出される。
【００２６】
ところで、プロセスチューブ１の上部におけるメインヒータ２０による熱が断熱カバー１９の天井部によって奪われるので、ボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハの径方向の温度分布は、周辺部の温度が高く中央部の温度が低いすり鉢状の温度分布になる。しかし、本実施の形態に係るＣＶＤ装置においては、サブヒータ２６および凹面鏡２７がアウタチューブ２の上方に設置されていることにより、最上段のウエハＷの径方向の温度分布は、図１（ｄ）に示されているように、周辺部の温度と中央部の温度とが略一致する温度分布になる。すなわち、サブヒータ２６の輻射熱の大部分がボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハＷの中央部に向かって照射し、かつ、凹面鏡２７で反射した輻射熱がボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハＷの中央部に収束することにより、ボート１１の最上段の保持溝１５に保持されたウエハＷの中央部はメインヒータ２０による加熱の不足分を補われるために、ボート１１の上段の保持溝１５に保持されたウエハの径方向の温度分布は、周辺部の温度と中央部の温度とが略一致する温度分布になる。
【００２７】
１）  サブヒータおよび凹面鏡をアウタチューブの上方に設置することにより、ボートの最上段の保持溝に保持されたウエハの中央部におけるメインヒータによる加熱の不足分をサブヒータの輻射熱と凹面鏡で反射した輻射熱の収束とによって補うことができるので、ボートの上段の保持溝に保持されたウエハの径方向の温度分布を全体にわたって略均一化することができる。
【００２８】
２）  ウエハの径方向の温度分布を均一化することにより、ウエハの面内の成膜の膜厚分布を均一化することができるので、ＣＶＤ装置の製造歩留りを向上させることができる。
【００２９】
３）  凹面鏡を２〜５μｍの波長の熱線（光）を反射するように構成することにより、サブヒータやメインヒータの輻射熱線（光）を効率よく反射することができるので、ボートの最上段の保持溝に保持されたウエハの中央部を効果的に加熱することができる。
【００３０】
４）  凹面鏡の焦点をボートの最上段の保持溝に保持されたウエハの下方に位置させることにより、凹面鏡で反射した輻射熱をボートの最上段の保持溝に保持されたウエハの中央部に収束させることができるので、ボートの最上段の保持溝に保持されたウエハの中央部を効果的に加熱することができる。
【００３１】
図３は本発明の他の実施の形態である急熱急冷タイプのＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【００３２】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、プロセスチューブ１と断熱カバー１９との間には冷却エア４０を流通させるための給気管４２が接続された冷却エア通路４１が、プロセスチューブ１を全体的に包囲するように形成されているとともに、断熱カバー１９の天井壁の中央部には冷却エア４０を冷却エア通路４１から排出する排気口４３が開設されており、プロセスチューブ１の上方にサブヒータ２６と共に設置された凹面鏡２７には排気口４３に連通する通気孔２８が開設されている点、である。なお、凹面鏡２７の通気孔２８はサブヒータ２６の直ぐ裏側に配置するに限らず、エア通路４１と排気口４３とを連通可能な他の位置に配置してもよい。
【００３３】
本実施の形態によれば、前記実施の形態に加えて、プロセスチューブ１の内部を急速に冷却することができるという作用および効果が得られる。
【００３４】
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。
【００３５】
例えば、凹面鏡は鏡面研磨仕上げされたステンレス鋼板によって形成するに限らず、鏡面研磨仕上げされたチタン（Ｔｉ）材や鏡面加工した耐熱ガラス材等によって形成してもよいし、半導体保護膜（例えば、シリコン酸化膜）を被覆または積層したステンレス鋼やチタン等の金属や石英およびセラミックスによって形成してもよい。また、凹面鏡の焦点は最上段の保持溝に保持されたウエハの後方に設定するに限らず、その前方に設定してもよい。
【００３６】
反射面は凹面鏡彎曲面に構成するに限らず、その他の彎曲面や平坦面またはその組合せによって構成してもよい。
【００３７】
ヒータは抵抗発熱体によって構成するに限らず、ランプヒータによって構成してもよい。
【００３８】
成膜処理はＳｉ３  Ｎ４  のＣＶＤ膜を形成する処理に限らず、ポリシリコンや酸化シリコン等の他のＣＶＤ膜を形成する処理であってもよい。
【００３９】
基板処理装置はＣＶＤ装置に限らず、酸化装置や拡散装置、アニール装置およびイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー等の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ）に使用される熱処理装置（ｆｕｒｎａｃｅ  ）にも適用することができる。
【００４０】
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、処理対象基板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。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハの面内温度分布のばらつきの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハ面内の温度分布を示す各グラフである。
【図２】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態である急熱急冷タイプのＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…プロダクトウエハ（基板）、１…プロセスチューブ、２…アウタチューブ、３…インナチューブ、４…処理室、５…炉口、６…マニホールド、７…排気管、８…排気路、９…ガス導入管、１０…圧力計、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６…断熱キャップ部、１７…シールキャップ、１８…機枠、１９…断熱カバー、２０…メインヒータ、２１…第一段ヒータ部、２２…第二段ヒータ部、２３…第三段ヒータ部、２４…第四段ヒータ部、２５…第五段ヒータ部、２６…サブヒータ（発熱体）、２７…凹面鏡（反射面）、２８…通気孔、３０…原料ガス（処理ガス）、４０…冷却エア、４１…冷却エア通路、４２…給気管、４３…排気口。
【図１】
2005032883.tif 000003
【図２】
2005032883.tif 000004
【図３】
2005032883.tif 000005