JP2007005581A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
バッチ処理に於いて、複数種のウェーハを同時に処理し、而も処理品質を向上させる。
【解決手段】
基板を処理する反応管２と、該反応管内の基板を加熱するヒータ１０と、前記反応管内で所要数の基板を保持する基板保持具１６とを有し、該基板保持具は少なくとも２種類以上の基板を保持すると共に、各種類の基板に対応したウェーハ保持領域を有し、各ウェーハ保持領域毎に基板を支持する基板支持部の間隔又は／及び形状が異なる様構成された。
【選択図】 図１

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板にＣＶＤ処理により薄膜を生成し、或は不純物の拡散処理、アニール処理等の基板処理を行う基板処理装置に関するものである。

シリコンウェーハ等の基板（石英ウェーハ、Ｓｉウェーハ、ＳｉＣウェーハ等）を処理して半導体装置を製造する工程に、基板表面にＣＶＤ処理膜の生成処理、或は酸化膜の生成処理、不純物の拡散処理、或はアニール処理等の基板処理がある。

基板処理を行う基板処理装置には、一枚ずつ処理を行う枚葉式と、所定枚数一度に処理するバッチ式があり、バッチ式の基板処理装置では処理炉を具備し、該処理炉内に所定枚数のウェーハが収納されて処理される。処理炉内では、基板は基板保持具（以下ボート）により水平姿勢で多段に保持されている。

基板処理装置でウェーハに成膜処理を行う場合、通常、被処理ウェーハの材質は石英ウェーハ、Ｓｉウェーハ、ＳｉＣウェーハ等の内一種類であり、又ボートがウェーハを保持する形態はボート全体で単一形態となっていた。即ち、ボートでのウェーハ保持間隔は同一であり、又ボートのウェーハ保持部の形状も同一となっていた。

然し乍ら、近年の顧客需要の多様化が進み、バッチ式の基板処理装置に於いても、複数の種類のウェーハに対して同時に処理を行う様になっている。

複数種のウェーハ、例えば種類や材質が異なるウェーハ、又板厚が異なるウェーハを処理炉内に混在して処理する場合が生じている。

ウェーハの保持間隔、ウェーハ保持部の形状が同一で、種類の異なるウェーハを処理した場合、適正に処理できない場合が生じる。

例えば、板厚の異なるＳｉウェーハと石英ウェーハをボートにより同時に保持して加熱処理した場合、Ｓｉウェーハと石英ウェーハとは板厚、熱膨張が異なる為、例えばＳｉウェーハの反りが大きくＳｉウェーハのエッジ部が上側のウェーハ保持部に接触して傷を発生し、同時にパーティクルが発生して処理品質の低下を導く場合があった。

更に、単一種のウェーハを処理する場合であっても、ウェーハの炉内での位置で、ガス流量、成膜温度が異なり、バッチ処理する全てのウェーハが均一に処理できるとは限らなかった。

本発明は斯かる実情に鑑み、バッチ処理に於いて、複数種のウェーハを同時に処理し、而も処理品質を向上させようとするものである。

本発明は、基板を処理する反応管と、該反応管内の基板を加熱するヒータと、前記反応管内で所要数の基板を保持する基板保持具とを有し、該基板保持具は少なくとも２種類以上の基板を保持すると共に、各種類の基板に対応したウェーハ保持領域を有し、各ウェーハ保持領域毎に基板を支持する基板支持部の間隔又は／及び形状が異なる様構成された基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を処理する反応管と、該反応管内の基板を加熱するヒータと、前記反応管内で所要数の基板を保持する基板保持具とを有し、該基板保持具は少なくとも２種類以上の基板を保持すると共に、各種類の基板に対応したウェーハ保持領域を有し、各ウェーハ保持領域毎に基板を支持する基板支持部の間隔又は／及び形状が異なる様構成されたので、各種の基板それぞれの処理中に生じる反りによるボートの他の部位との接触が避けられ、パーティクルの発生が抑制され、複数の基板を同時に処理した場合の処理品質が向上するという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明が実施される基板処理装置の概略を説明する。

ヒータベース２１に加熱手段であるヒータ１０が立設され、該ヒータ１０内に炭化珪素製の均熱管１が同心に収納され、該均熱管１内に炭化珪素製又は石英製の反応管２が同心に配設され、該反応管２はウェーハ１７を収納し、該ウェーハ１７を処理する処理室１９を画成する。尚、該処理室１９で処理されるウェーハ１７は、石英ウェーハ、Ｓｉウェーハ、ＳｉＣウェーハ等の内、２種類以上が同時に処理される。

前記反応管２の下端部には導入口５が取付けられ、該導入口５はガス供給管３を介して図示しない処理ガス供給源、或は窒素ガス等の不活性ガス（パージガス）供給源に接続され、前記ガス供給管３には流量制御手段、例えばマスフローコントローラ２２が設けられている。又前記反応管２の下端部には排気ポート９が連通され、該排気ポート９はガス排気管４を介して図示しない排気装置に接続され、前記ガス排気管４には圧力センサ２３、圧力調整器２４が設けられている。

前記導入口５には導管６が連通され、該導管６は前記反応管２の外面に沿って上昇し、該反応管２の上端面に設けられたガス溜め部７に連通し、該ガス溜め部７は分散孔８を介して前記処理室１９と連通している。

該処理室１９には炭化珪素製又は石英製のボート１６が装入、引出し可能となっており、該ボート１６はボートキャップ１５、ベース１２を介してシールキャップ１３に載置され、該シールキャップ１３は前記反応管２の下端開放面を気密に閉塞可能である。前記シールキャップ１３はボートエレベータ１８によって支持され、該ボートエレベータ１８は前記シールキャップ１３を介して前記ボートキャップ１５、前記ボート１６を昇降可能であり、昇降によって該ボート１６が前記処理室１９に装脱可能となっている。

前記ボートキャップ１５は前記ベース１２に対して回転可能であり、前記ボートキャップ１５は回転手段１４によって回転可能となっている。

図１中、２５は主制御部を示し、該主制御部２５は温度制御部２６、ガス流量制御部２７、駆動制御部２８、圧力制御部２９を具備している。

炉内の所要箇所の温度を検出する熱電対１１からの検出結果は前記温度制御部２６に入力され、該温度制御部２６は温度検出結果を基に前記処理室１９が所定温度、例えばプロセス温度となる様に前記ヒータ１０を制御する。又、前記ガス流量制御部２７は前記導入口５から導入される反応ガスを所定流量に制御し、前記圧力制御部２９は、前記圧力センサ２３から入力される圧力を基に前記圧力調整器２４を制御して前記処理室１９の圧力を所定圧力、例えばプロセス圧力に制御する。

前記駆動制御部２８は、前記回転手段１４を制御して処理中の前記ボート１６を所定の回転速度で回転させ、又前記ボートエレベータ１８を制御して、前記ボート１６の昇降を行わせる。

以下、基板処理の一例、例えば、酸化・拡散処理を説明する。

前記ボートエレベータ１８を駆動して、前記ボート１６を降下させる。

図示しないウェーハ移載機により前記ボート１６にウェーハ１７を１バッチ分の所定枚数移載する。前記ヒータ１０により前記反応管２が前記均熱管１を介して加熱され、前記熱電対１１により検出される前記処理室１９の温度に基づいて、該処理室１９の温度が所定の温度、例えば６００℃に制御される。尚、予め前記処理室１９は前記導入口５、前記導管６より不活性ガスが供給され、不活性ガスが充填されている。

未処理ウェーハ１７が装填された前記ボート１６が前記ボートエレベータ１８により前記反応管２に装入される。前記ボート１６の装入状態では、前記ベース１２が前記反応管２の下端開口部を気密に閉塞する。前記処理室１９の温度を、例えば処理温度としての７５０〜８００℃程度に昇温しつつ前記圧力センサ２３の検出圧力を基に前記処理室１９の圧力が処理圧、例えば７５０Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒに維持される。

前記回転手段１４が駆動され、前記ボート１６を介して前記ウェーハ１７が回転される。同時に前記ガス供給管３から反応ガス若しくは水分発生器（図示せず）から水蒸気が供給される。供給された反応ガス若しくは水蒸気は、前記ガス溜め部７から前記分散孔８を通って前記反応管２を下降し、前記ウェーハ１７に対して均等に供給され、酸化・拡散の所要の処理がなされる。酸化・拡散処理中の前記処理室１９は、前記ガス排気管４を介して排気ガスが排気され、所定の圧力になる様前記圧力調整器２４により圧力が制御される。

基板処理が完了すると、前記処理室１９が不活性ガスによりガスパージされ、前記ボートエレベータ１８により前記ボート１６が降下され、処理済のウェーハ１７が払出される。

空となった前記ボート１６に未処理ウェーハ１７が移載され、上記した処理が繰返される。

尚、本発明で処理される基板の処理条件は、一例としてアニール処理に於いては、ウェーハ温度は１２００℃、ガス種供給量はＡｒガス、１０ｍ³ ／ｍｉｎ、処理圧力は７５５Ｔｏｒｒである。

次に、図２に於いて、前記ボート１６のウェーハ支持部３０について説明する。又、処理されるウェーハ１７は、Ｓｉウェーハ１７ａ、石英ウェーハ１７ｂであるとして説明する。

図２中、前記ボート１６の上部がＳｉウェーハ保持領域３１、下部が石英ウェーハ保持領域３２を示している。

Ｓｉと石英の材質を比較した場合、Ｓｉの方が石英より熱膨張率が大きく、前記Ｓｉウェーハ１７ａは前記石英ウェーハ１７ｂに対して厚みが薄い。これら、材質形状の相違から、前記Ｓｉウェーハ１７ａは前記石英ウェーハ１７ｂに対して加熱した場合の反りが大きい。例えば前記Ｓｉウェーハ１７ａについては、直径３００ｍｍのウェーハで中心部と周辺部との反りの差は５ｍｍ程度生じる。又、石英ウェーハ１７ｂについては、直径３００ｍｍのウェーハで中心部と周辺部との反りの差は１ｍｍ以下程度生じる。

反り量の大きいＳｉウェーハ保持領域３１での基板保持間隔Ｇ１を石英ウェーハ保持領域３２での基板保持間隔Ｇ２より大きくし、又各基板保持間隔Ｇ１、基板保持間隔Ｇ２は、それぞれ前記Ｓｉウェーハ１７ａ、前記石英ウェーハ１７ｂが最大反った場合の反り量より所要量の余裕がある様に、大きく設定する。余裕量としては、反った周端より更に１ｍｍ程度の間隙が形成される様にする。

基板保持間隔Ｇ１、基板保持間隔Ｇ２の相違は、ウェーハの材質、直径等が考慮されて設定され、上記した直径３００ｍｍのウェーハの例では、例えば基板保持間隔Ｇ１が８．５ｍｍで設定されると、基板保持間隔Ｇ２は７．５ｍｍと設定される。

又、基板保持間隔Ｇ１、基板保持間隔Ｇ２を変更する方法としては、前記ウェーハ支持部３０が設けられるピッチを変更する、或は該ウェーハ支持部３０の厚みを変更する。或はピッチを変更すると共に厚みを変更する方法が採られる。

図２では、前記Ｓｉウェーハ１７ａを支持するウェーハ支持部３０ａの厚みを薄く、前記石英ウェーハ１７ｂを支持するウェーハ支持部３０ｂの厚みを厚くし、更に前記ウェーハ支持部３０のピッチをＳｉウェーハ保持領域３１と石英ウェーハ保持領域３２とで変更して、基板保持間隔Ｇ１、基板保持間隔Ｇ２の間隙が得られる様にしてある。

本発明の様に、処理時のウェーハの反りでウェーハ周辺部が上側のウェーハ支持部３０に当接しない様にすることで、前記Ｓｉウェーハ１７ａ、前記石英ウェーハ１７ｂを混在させて処理した場合の、パーティクル発生量が大幅に減少する。

図３は、従来の基板処理装置により前記Ｓｉウェーハ１７ａ、前記石英ウェーハ１７ｂを混在させて処理した場合と、本発明で前記Ｓｉウェーハ１７ａ、前記石英ウェーハ１７ｂを混在させて処理した場合との比較を示しており、本発明に係る基板処理装置での処理ではパーティクルの発生量が大幅に減少し、又膜厚の均一性も改善されており、基板保持間隔Ｇ１、基板保持間隔Ｇ２を変えることで、ウェーハの処理品質に悪影響がないことが示されている。

又、ウェーハ１７を支持する前記ウェーハ支持部３０の数、ウェーハ支持部３０の位置によってもウェーハ１７の反り状態が変化する。従って、前記ウェーハ支持部３０の数、位置の変更も考慮して、前記基板保持間隔Ｇ１、基板保持間隔Ｇ２を設定してもよい。

又、上記実施の形態では、前記ボート１６の上部をＳｉウェーハ保持領域３１とし、下部を石英ウェーハ保持領域３２としたが、逆に上部を石英ウェーハ保持領域３２とし、下部をＳｉウェーハ保持領域３１としてもよい。更に、前記ボート１６の中間部をＳｉウェーハ保持領域３１或は石英ウェーハ保持領域３２としてもよい等、保持領域をどの様に設定するかは、処理基板に応じて適宜設定することができる。

又、ウェーハの間隔と膜厚均一性との依存関係があることは知られており、同一種類の基板に成膜される膜質の均一性を向上させる為、ウェーハ保持領域の位置に応じてウェーハの間隔を変更する様にしてもよい。

（付記）
尚、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）基板を処理する反応管と、該反応管内の基板を加熱するヒータと、前記反応管内で所要数の基板を保持する基板保持具とを有し、該基板保持具は少なくとも２種類以上の基板を保持すると共に、各種類の基板に対応したウェーハ保持領域を有し、各ウェーハ保持領域毎に基板を支持する基板支持部の間隔又は／及び形状が異なる様構成されたことを特徴とする基板処理装置。

（付記２）２種類以上の基板とは、石英、シリコン、炭化シリコンからなる群から選択される少なくとも２種類以上の異なる材質の基板である付記１の基板処理装置。

（付記３）前記基板支持部の形状とは基板支持部の厚さである付記１の基板処理装置。

（付記４）前記基板保持具は、第１の材質又は厚さの基板を保持する第１の領域と、第２の材質又は厚さの基板を保持する第２の領域とを有し、前記第１の領域と前記第２の領域とでは、基板を支持する支持部の間隔又は／及び形状が異なる様に構成される付記１の基板処理装置。

（付記５）前記第１の材質とはシリコンであり、前記第２の材質とは石英である付記４の基板処理装置。

（付記６）前記第１の領域に於ける支持部の間隔の方が、前記第２の領域に於ける支持部の間隔よりも大きい付記５の基板処理装置。

（付記７）第１の領域に於ける支持部の厚さの方が、第２の領域に於ける支持部の厚さよりも薄い付記５又は付記６の基板処理装置。

（付記８）付記１の基板処理装置を用いて、少なくとも２種類以上の異なる材質又は厚さからなる基板を同一反応室内で一度に処理する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す立断面図である。 該基板処理装置に於けるボートの一部を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置で処理した場合の基板の処理状態と、従来の基板処理装置で処理した場合の基板の処理状態を示す図である。

符号の説明

１ 均熱管
２ 反応管
１０ ヒータ
１６ ボート
１７ ウェーハ
１７ａ Ｓｉウェーハ
１７ｂ 石英ウェーハ
１９ 処理室
３０ ウェーハ支持部
３１ Ｓｉウェーハ保持領域
３２ 石英ウェーハ保持領域

Claims (1)

1. 基板を処理する反応管と、該反応管内の基板を加熱するヒータと、前記反応管内で所要数の基板を保持する基板保持具とを有し、該基板保持具は少なくとも２種類以上の基板を保持すると共に、各種類の基板に対応したウェーハ保持領域を有し、各ウェーハ保持領域毎に基板を支持する基板支持部の間隔又は／及び形状が異なる様構成されたことを特徴とする基板処理装置。

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