JP2004288744A

JP2004288744A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004288744A
Application number: JP2003076428A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Minami; 南　　政克; Seishin Sato; 聖信佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】ボート上流部での処理の均一性を向上させ、後工程での不良の発生を防止し、基板処理全体での歩留りの向上、処理品質の向上を図る。
【解決手段】基板２１を処理する反応炉と、反応炉内で基板を支持する基板保持具１１と、反応炉内にガスを供給するガス導入管９と、前記基板保持具の上流側に設けられた複数枚のプレート２５，２６とを有し、該プレートは面積が異なる少なくとも２種類のプレートから成る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ等の基板表面に於ける薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造する工程として、シリコンウェーハ等の基板表面に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理がある。又、該基板処理には所要枚数の基板を一括で処理するバッチ式の基板処理装置と、一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置がある。バッチ式の基板処理装置では、例えば、縦型反応炉を具備した基板処理装置がある。
【０００３】
縦型反応炉を具備した基板処理装置では、処理される基板（以下ウェーハ）は基板保持具（以下ボート）に水平姿勢で多段に支持される。ボートに保持されたウェーハはボートエレベータにより反応炉内に装入され、炉内で加熱されると共に処理ガスが導入され、薄膜の生成等所要の処理が為される。
【０００４】
基板処理が完了すると、ボートエレベータによりボートが炉内より引出され、基板移載機により払出される様になっている。
【０００５】
図４により従来の基板処理装置の縦型反応炉について説明する。
【０００６】
図４中、１は上端が閉塞された筒状のヒータであり、２は該ヒータ１の内部に該ヒータ１と同心に設けられた有天筒状の外部反応管、３は該外部反応管２の内部に該外部反応管２と同心に設けられた内部反応管であり、該内部反応管３の上端が開放されている。前記外部反応管２と内部反応管３との間には下端が閉塞された円筒状の空間４が形成され、前記内部反応管３の内部には反応室５が画成される。
【０００７】
前記外部反応管２の下端に炉口フランジ６が前記外部反応管２と同心に設けられ、前記炉口フランジ６の内周面に突設された内フランジ部７に前記内部反応管３の下端が支持されている。
【０００８】
前記炉口フランジ６には排気管８及びガス導入管９が設けられている。前記排気管８は前記空間４の下端に連通し、図示しない排気装置に接続され、排気圧は圧力制御部（図示せず）等により制御される。前記ガス導入管９は前記反応室５の下端部に連通し、図示しない処理ガス導入源に連通され、図示しない流量制御器等により処理ガスの供給流量が制御されている。
【０００９】
前記縦型反応炉の下方には、ボートエレベータ（図示せず）が設けられ、該ボートエレベータ（図示せず）により、ボート１１が前記内部反応管３の内部に装入される様になっている。
【００１０】
前記ボートエレベータ（図示せず）は昇降可能な昇降フランジ１２を有し、該昇降フランジ１２には炉口蓋１３が設けられ、前記昇降フランジ１２に立設された軸１４が前記炉口蓋１３を気密に貫通し、前記軸１４の上端にボート受台１５が設けられている。前記ボート１１は前記ボート受台１５に載置され、前記ボート１１が前記内部反応管３に装入された状態では、前記炉口蓋１３により前記炉口フランジ６下端が気密に閉塞される様になっている。
【００１１】
前記ボート１１について、図４〜図６を参照して説明する。
【００１２】
前記ボート１１は、ボート下フランジ１６、ボート上フランジ１７及び前記ボート下フランジ１６と前記ボート上フランジ１７間に掛渡された複数本（図示では４本）の支柱１８を有している。該支柱１８は略半円周上に、前記ウェーハの出入りが可能な様に配置されている。
【００１３】
前記支柱１８には所要ピッチでウェーハ保持溝１９が刻設され、該ウェーハ保持溝１９にウェーハ２１が挿入されて保持される。
【００１４】
前記ボート１１の下部、即ち前記炉口フランジ６から前記ヒータ１の下部に亘って前記ウェーハ２１と略同形状の断熱板２２が装填される。該断熱板２２が装填された部分はボート断熱部２３として機能し、該ボート断熱部２３により炉口部からの放熱が抑制される。又、前記ボート１１の前記ボート断熱部２３の上方には前記ウェーハ２１が装填される。ウェーハとしては、ダミーウェーハ、製品用ウェーハ、モニタウェーハがあり、ダミーウェーハ、製品用ウェーハ、モニタウェーハは処理の内容に対応して適宜配列される。
【００１５】
前記断熱板２２、前記ウェーハ２１が装填された状態で、前記ボート１１は前記反応室５に装入される。
【００１６】
基板処理について略述する。
【００１７】
前記ヒータ１より前記内部反応管３内の前記ウェーハ２１が加熱され、前記ガス導入管９から処理ガスが導入される。該処理ガスは前記ボート受台１５の周辺から前記反応室５内に流入し、更に該反応室５を上昇して前記ウェーハ２１と反応し、該ウェーハ２１に成膜等所要の処理が為される。反応後のガスは上昇し、前記内部反応管３の上端で折返して前記空間４を降下して前記排気管８から排出される。
【００１８】
基板処理が完了すると、前記処理ガスの導入が停止され、前記反応室５が不活性ガスでガスパージされ、前記反応室５外の圧力と同圧化され、図示しないボートエレベータにより前記ボート１１が降下される。降下状態の該ボート１１から処理済の前記ウェーハ２１が払出される。
【００１９】
尚、上記した従来例としては、例えば特許文献１に示されたものがある。
【００２０】
【特許文献１】
特開平７−３７９７３号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の基板処理装置では、前記ウェーハ２１と前記断熱板２２と前記内部反応管３の内面間に形成される隙間が、前記処理ガスが上昇する際の流路２４となる。前記ボート１１に装填されている、前記ウェーハ２１、前記断熱板２２共に略同径であるので、前記内部反応管３内面と前記ウェーハ２１、前記断熱板２２間で形成される前記流路２４は前記ボート１１の上流端から下流端迄一様となっていた。
【００２２】
基板処理によっては、導入する前記処理ガスの流量が多く、流速が早くなる場合がある。この様な条件では、前記処理ガスの上流部分、即ち前記ボート１１の下部部分に位置する前記ウェーハ２１のエッジ部の成膜が薄くなるという現象が生じ、ウェーハ面内における膜厚分布の均一性が低下するという問題が生じている。膜厚の均一性の低下は、成膜後の処理工程、例えばエッチング処理等で処理不良を生じる虞れがあるという問題を有していた。
【００２３】
本発明は斯かる実情に鑑み、ボート上流部での処理の均一性を向上させ、後工程での不良の発生を防止し、基板処理全体での歩留りの向上、処理品質の向上を図るものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板を処理する反応炉と、反応炉内で基板を支持する基板保持具と、反応炉内にガスを供給するガス導入管と、前記基板保持具の上流側に設けられた複数枚のプレートとを有し、該プレートは面積が異なる少なくとも２種類のプレートから成る基板処理装置に係るものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１〜図３は本発明に係る基板処理装置の要部を示しており、図中、図４〜図６中で示したものと同等のものには同符号を付し、その詳細を省略する。
【００２７】
外部反応管２の下端に炉口フランジ６が設けられ、該炉口フランジ６の内フランジ部７に内部反応管３が前記外部反応管２と同心に立設されている。
【００２８】
前記炉口フランジ６には排気管８及びガス導入管９が設けられ、前記排気管８は空間４の下端に連通し、前記ガス導入管９は反応室５の下端に連通している。前記排気管８は図示しない排気装置に接続され、排気圧は圧力制御部（図示せず）等により制御され、前記ガス導入管９は図示しない処理ガス導入源に連通され、図示しない流量制御器等により処理ガスの供給流量が制御される。
【００２９】
ボート１１はボート受台１５に載置され、ボートエレベータ（図示せず）により、前記内部反応管３の内部に装入される様になっている。尚、軸１４が回転可能に設けられ、基板処理中図示しない回転装置によって回転する様にしてもよい。
【００３０】
前記ボート１１の下部には、炉口部からの放熱を抑制する為の小断熱板２５、該小断熱板２５より面積の大きい大断熱板２６が装填され、ボート断熱部２３が構成される。
【００３１】
前記小断熱板２５は処理用のウェーハ２１と略同形状である。前記大断熱板２６の外径は前記小断熱板２５より大きくなっており、例えば前記ボート受台１５と同径となっている。従って前記大断熱板２６の外周は支柱１８が立設されている円周の径より大きく、外側に張出しており、前記大断熱板２６は前記支柱１８と干渉しない様に、欠切部２７が形成され、該欠切部２７に前記支柱１８が嵌合する様になっている。
【００３２】
前記大断熱板２６は、前記小断熱板２５の所要枚数毎に装填されている。例えば、図示では前記大断熱板２６，２６の間に２枚の前記小断熱板２５が装填されている。而して、前記小断熱板２５と前記内部反応管３間には幅広の流路２４ａが形成され、前記大断熱板２６と前記内部反応管３間には狭小な流路２４ｂが形成される。
【００３３】
基板処理について略述する。
【００３４】
前記大断熱板２６、前記小断熱板２５、前記ウェーハ２１が装填された状態で、図示しないボートエレベータにより、前記ボート１１は前記反応室５に装入される。
【００３５】
前記ヒータ１より前記内部反応管３内の前記ウェーハ２１が加熱され、前記ガス導入管９から前記処理ガスが導入される。
【００３６】
該処理ガスは前記ボート受台１５の周辺から前記反応室５内に流入し、更にボート断熱部２３の周囲の前記流路２４ａ、前記流路２４ｂを通って前記反応室５の前記ウェーハ２１が装填された部分に達する。
【００３７】
前記流路２４ａは流路断面積が大きく、前記流路２４ｂは流路断面積が小さくなっているので、前記処理ガスの導入量を一定に制御すると、該処理ガスの流速は前記流路２４ａで遅くなり、前記流路２４ｂで早くなる。
【００３８】
流路断面積の大きい前記流路２４ａと流路断面積の小さい前記流路２４ｂが交互に繰返して形成されているので、前記処理ガスは前記ボート断熱部２３を通過する過程で、前記処理ガスが十分にミキシングされ、前記ボート１１の下部を流れる前記処理ガスの上昇方向の速度成分が抑制され、前記ボート１１の下部に装填されている前記ウェーハ２１のエッジ部の膜厚の減少が抑制され、ウェーハ面内における膜厚分布の均一性が向上することとなる。
【００３９】
又、前記ボート１１の下部の前記ウェーハ２１と、前記ボート１１の他の部分（中間部、上端部）の前記ウェーハ２１との膜厚分布傾向が同一、又は略同一となる。
【００４０】
この為、後工程での処理不良が防止され、歩留りの向上、製品品質の向上が図れる。
【００４１】
尚、上記実施の形態で、前記小断熱板２５と前記大断熱板２６との配列を、前記小断熱板２５を２枚に前記大断熱板２６を一枚としたが、前記小断熱板２５を３枚以上に前記大断熱板２６としてもよく、或は一枚の前記小断熱板２５と前記大断熱板２６とを交互に配列してもよい。更に、断熱板の大きさを３種以上としてもよい。要は、前記ボート断熱部２３に於ける前記処理ガスが上昇する前記流路２４に於いて、流路断面積が変化する構成となっていればよい。
【００４２】
又、前記大断熱板２６と前記支柱１８との関係で、上記実施の形態では前記欠切部２７に前記支柱１８を嵌合する様にしたが、前記大断熱板２６に孔を穿設し、該孔に前記支柱１８を貫通させてもよい。
【００４３】
（付記）
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。
【００４４】
（付記１）基板を処理する反応炉と、該反応炉内で複数枚の前記基板を支持する基板保持具と、前記反応炉内にガスを供給するガス導入管と、前記基板保持具のガス流上流側に設けられた複数枚のプレートを有し、前記プレートは面積が異なる少なくとも２種類のプレートから成ることを特徴とする基板処理装置。
【００４５】
（付記２）基板保持具は複数枚の基板を、略水平状態で間隔をもって複数段支持し、前記基板のガス流上流側に面積が異なる少なくとも２種類のプレートを複数枚設置し、この状態で、プレート上流側から処理用ガスを導入して前記基板処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４６】
（付記３）前記プレートは断熱板である付記１又は付記２の基板処理装置又は半導体装置の製造方法。
【００４７】
（付記４）前記プレートは略円形であり、少なくとも２種類の前記断熱板はそれぞれ径が異なる付記１又は付記２の基板処理装置又は半導体装置の製造方法。
【００４８】
（付記５）前記複数枚のプレートは、面積（径）の小さいものが複数枚連続で設置され、その間に面積（径）の大きいものが設置され、これが繰り返された配置である付記１又は付記２の基板処理装置又は半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記６）前記複数枚のプレートは、面積（径）の小さいものが複数枚連続で設置され、その隣に面積（径）の大きいものが設置され、これが繰り返された配置である付記１又は付記２の基板処理装置又は半導体装置の製造方法。
【００５０】
（付記７）面積（径）の大きい方のプレートに支柱との干渉を避ける切欠を形成した付記１又は付記２の基板処理装置又は半導体装置の製造方法。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板を処理する反応炉と、反応炉内で基板を支持する基板保持具と、反応炉内にガスを供給するガス導入管と、前記基板保持具の上流側に設けられた複数枚のプレートとを有し、該プレートは面積が異なる少なくとも２種類のプレートから成るので、前記プレートの周囲に形成されるガス流路の断面がガス流れ方向で変化し、ガスのミキシング効果が生じ、下流側で処理される基板処理の均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図１のＢ矢視図である。
【図４】従来例の断面図である。
【図５】従来例で使用されるボートの立面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図である。
【符号の説明】
１ヒータ
２外部反応管
３内部反応管
５反応室
２１ウェーハ
２３ボート断熱部
２４ａ流路
２４ｂ流路
２５小断熱板
２６大断熱板

Claims

基板を処理する反応炉と、反応炉内で基板を支持する基板保持具と、反応炉内にガスを供給するガス導入管と、前記基板保持具の上流側に設けられた複数枚のプレートとを有し、該プレートは面積が異なる少なくとも２種類のプレートから成ることを特徴とする基板処理装置。