JP2011035189A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料ガスをウエハに全体にわたって均一に接触させる。
【解決手段】ウエハ群を保持して回転するボートと、ボートが搬入されるインナチューブおよび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たプロセスチューブと、インナチューブ内にガスを導入する第一ガス導入ノズルおよび第二ガス導入ノズルと、プロセスチューブ内を排気する排気口と、プロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えているＣＶＤ装置において、インナチューブの側壁に一対のスリットを開設し、インナチューブをインナチューブ受けによって回転かつ昇降可能に支持する。原料ガスをウエハの中心を通すことにより、原料ガスをウエハに均一に接触させることができるので、ウエハ面内均一性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置、特に、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に関し、例えば、半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ（以下、ウエハという）にポリシリコンやシリコン窒化膜等を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。

半導体装置の製造工程において、ウエハにポリシリコンやシリコン窒化膜等の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。
一般的なバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置は、ウエハが搬入され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複数本のガス導入ノズルと、プロセスチューブ内を排気する排気口と、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ユニットとを備えており、複数枚のウエハがボートによって長く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ノズルによって導入されるとともに、ヒータユニット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。

２０００−３１１８６２号公報

前記した一般的なバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置においては、複数本のガス導入ノズルと排気口とが対向していない場合には、ガス導入ノズルによってインナチューブ内に導入された原料ガスがウエハの中心に届かないために、ウエハ面内膜厚均一性が低下するという問題点がある。

本発明の目的は、基板面内処理状態均一性を向上させることができる基板処理装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
基板を収容するインナチューブおよび該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たプロセスチューブと、
前記インナチューブ内にガスを導入するガス導入ノズルと、
前記プロセスチューブ内を排気する排気口と、を備え、
前記インナチューブを回転させる回転機構を有する基板処理装置。

この基板処理装置によれば、基板面内処理状態均一性を向上させることができる。

本発明の一実施形態であるバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置を示す縦断面図である。 横断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
図１、図２は本発明の一実施形態を示している。
本実施形態に係る基板処理装置は、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）として構成されている。
図１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およびインナチューブ３はいずれも、石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられて円筒形状にそれぞれ一体成形されている。

インナチューブ３は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の筒中空部は処理室４を形成している。処理室４にはボートによって長く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。インナチューブ３の側壁には一対のスリット３ａ、３ｂが互いに１８０度離れた位置に配置されて、互いに対向するよう垂直にそれぞれ開設されている。
インナチューブ３の下端開口は被処理物としてのウエハ１０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１０の最大外径よりも大きくなるように設定されている。

アウタチューブ２はインナチューブ３に対して大きめに相似し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とインナチューブ３との間の下端部は、鍔付き円筒形状に形成されたインレットアダプタ６によって気密封止されており、インレットアダプタ６はアウタチューブ２およびインナチューブ３についての保守点検作業や清掃作業のためにアウタチューブ２およびインナチューブ３に着脱自在に取り付けられている。インレットアダプタ６がＣＶＤ装置の機枠（図示せず）に支持されることより、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。

インレットアダプタ６の側壁の一部には排気口７が開設されており、排気口７は高真空排気装置（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。排気口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。排気口７がインレットアダプタ６に開設されているため、排気口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の下端部に配置されていることになる。

インレットアダプタ６には下端開口を閉塞するシールキャップ９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９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ボートエレベータ（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９の中心線上には回転軸２１が挿通されており、回転軸２１は第一軸受２２によって回転自在に支持されているとともに、ロータリーアクチュエータ（図示せず）によって回転駆動されるように構成されている。
第一軸受２２の外側には第二軸受２３によって回転自在に支持されたインナチューブ受け２４が設置されており、インナチューブ受け２４は回転軸２１のためのロータリーアクチュエータとは別のロータリーアクチュエータ（図示せず）によって回転駆動されるように構成されている。インナチューブ受け２４は鍔付きの円筒形状に形成されており、鍔部２５によってインナチューブ３を支持するように構成されているとともに、ボートエレベータとは別のエレベータ（図示せず）によってシールキャップ９に対して昇降されるように構成されている。

回転軸２１の上端には、被処理物としてのウエハ１０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ている。
ボート１１は上下で一対の端板１２、１３と、両端板１２、１３間に架設されて垂直に配設された複数本の保持部材１４とを備えており、各保持部材１４に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没設された多数条の保持溝１５間にウエハ１０を挿入されることにより、複数枚のウエハ１０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構成されている。ボート１１とシールキャップ９との間には上下で一対の補助端板１６、１７が複数本の補助保持部材１８によって支持されて配設されており、各補助保持部材１８には多数条の保持溝１９が没設されている。

アウタチューブ２の外部にはプロセスチューブ１内を全体にわたって均一に加熱するためのヒータユニット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、ヒータユニット２０はＣＶＤ装置の機枠（図示せず）に支持されることより垂直に据え付けられた状態になっている。

図２に示されているように、アウタチューブ２とインナチューブ３との隙間である排気路８における排気口７と反対側の位置には、第一ガス導入ノズル３１と第二ガス導入ノズル３２とが近接して配置されており、第一ガス導入ノズル３１および第二ガス導入ノズル３２はそれぞれ垂直に立脚されている。第一ガス導入ノズル３１および第二ガス導入ノズル３２のガス導入口部はインレットアダプタ６の側壁を径方向外向きに貫通してプロセスチューブ１の外部に突き出されている（図１参照）。第一ガス導入ノズル３１には原料ガスを供給する原料ガス供給装置（図示せず）が接続されており、第二ガス導入ノズル３２にはパージガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置（図示せず）が接続されている。
第一ガス導入ノズル３１および第二ガス導入ノズル３２には、複数個の噴出口３１ａ、３２ａが垂直方向に並べられて開設されている。噴出口３１ａ、３１ｂ群の個数は処理されるウエハ１０の枚数に対応されている。本実施形態において、噴出口３１ａ、３１ｂの個数は処理されるウエハ１０の枚数に一致されており、各噴出口３１ａ、３１ｂの高さ位置はボート１１に保持された上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。第一ガス導入ノズル３１および第二ガス導入ノズル３２の流路断面積は、噴出口３１ａ、３１ｂ群の開口面積の総和よりも大きく設定されている。

次に、作用を説明する。

被処理物としてのウエハ１０はボート１１に、保持部材１４の保持溝１５間にその円周縁部がそれぞれ係合するように挿入されて行き、外周縁部が各保持溝１５に係合されて自重を支えられるようにセットされて保持される。複数枚のウエハ１０はボート１１における保持状態においてその中心を揃えられて互いに平行にかつ水平に整列されている。

図１に示されているように、複数枚のウエハ１０が装填されたボート１１はボートエレベータによって上昇され、インナチューブ３の炉口５から処理室４内に搬入されて行き、回転軸２１に支持されたままの状態で処理室４内に存置される。この状態で、シールキャップ９は炉口５をシールした状態になる。

同時に、インナチューブ受け２４がエレベータによってシールキャップ９に対して上昇されて持ち上げられるとともに、ロータリーアクチュエータによって回転されることにより、インナチューブ３の一対のスリット３ａ、３ｂの一方が第一ガス導入ノズル３１に対向されるとともに、他方が排気口７に対向される。

プロセスチューブ１の内部が所定の真空度（数Ｐａ以下）に排気口７によって排気され、プロセスチューブ１の内部が所定の温度（例えば、約４００℃）に全体にわたって均一にヒータユニット２０によって加熱される。ボート１１は回転軸２１によって回転される。

次いで、所定の原料ガスが第一ガス導入ノズル３１の導入口部に供給されると、原料ガスが第一ガス導入ノズル３１を流通し複数個の噴出口３１ａから噴出する。
図１に示されているように、第一ガス導入ノズル３１の噴出口３１ａから噴出した原料ガスは、インナチューブ３の第一ガス導入ノズル３１に近接したスリット３ａから処理室４内に噴き込み、対向するスリット３ｂから排気路８に流出し、排気口７によって排気される。
このとき、一対のスリット３ａ、３ｂは互いに対向するように開設されているので、原料ガスはウエハ１０の中心を流通する。また、第二ガス導入ノズル３２の噴出口３２ａはスリット３ａ、３ｂのいずれにも対向していないので、第二ガス導入ノズル３２にパージガスが供給されている場合であっても、パージガスは処理室４内に侵入することはない。したがって、処理室４内に吹き込まれた原料ガスはパージガスに干渉されることなく、ウエハ１０の中心を流通する。

処理室４に導入された原料ガスがウエハ１０に接触することにより、熱ＣＶＤ反応によってウエハ１０の表面にＣＶＤ膜が形成される。このとき、処理室４内に吹き込まれた原料ガスはウエハ１０の中心を流通するとともに、ボート１１の回転に伴って、ウエハ１０が自転することにより、原料ガスはウエハ１０の全面にわたって均一に接触するので、ＣＶＤ膜はウエハ１０面内において均一に形成される。つまり、ウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。

しかも、複数個の噴出口３１ａのそれぞれは上下で隣合うウエハ１０と１０との間に対向するようにそれぞれ配置されていることにより、各噴出口３１ａからそれぞれ噴出された原料ガスは上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間のそれぞれに流れ込んで中心を流通するので、原料ガスは各ウエハ１０の全面にわたってより一層均一に接触する。

また、第一ガス導入ノズル３１の流路断面積が複数個の噴出口３１ａの総開口面積よりも大きく設定されていることにより、各噴出口３１ａからの原料ガスの噴出量は充分に確保されるため、各ウエハ１０において原料ガスのＣＶＤ反応を効率的に進行させるに充分な接触が確保されることになる。

原料ガスは各ウエハ１０内の全面にわたってそれぞれ均一に接触するため、ＣＶＤ膜の堆積状態は各ウエハ１０内において全体にわたって膜厚および膜質共に均一になる。そして、ＣＶＤ膜の膜厚がウエハ１０内において全体的に均一に形成されるということは、膜厚不足箇所の発生を考慮しなくて済むため、成膜速度を相対的に向上させ得ることを意味する。

なお、ＣＶＤ膜の堆積膜厚は処理時間によって制御することができる。また、化学反応の進行程度は、原料ガスの流量や流速、濃度、ヒータユニット２０による加熱温度、プロセスチューブ１内の真空度等の調整によって制御することができる。

以上のようにして所望のＣＶＤ膜が堆積された後に、シールキャップ９が下降されることによって炉口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１０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。

前記実施形態によれば、次の効果が得られる。

1) インナチューブの側壁に一対のスリットを互いに対向するように開設することにより、インナチューブ内に導入された原料ガスをウエハの中心を流通させることができるので、ウエハ面内膜厚均一性および膜質均一性を向上させることができる。

2) 原料ガスをウエハの中心を流通させることにより、原料ガスをウエハ内において全体にわたって均一に接触させることができるため、ＣＶＤ膜の堆積状態をウエハ内において全体にわたって膜厚および膜質共に均一化することができ、成膜速度を相対的に向上させることができる。

3) 処理室において各ウエハに形成される膜厚および膜質を全体的に均一化させることにより、処理室内に長手方向に長く配列されたウエハ群の全体にわたって均一にＣＶＤ膜を形成することができるため、ウエハ相互間膜厚均一性および膜質均一性を向上させることができる。

4) 原料ガスを処理室内に導入するガス導入ノズルに形成された複数個の噴出口のそれぞれを上下で隣合うウエハ同士の間の空間に対向するように配置することにより、各噴出口から噴出された原料ガスを上下で隣合うウエハ同士の間の空間のそれぞれに流し込ませることができるため、ウエハ面内均一性を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施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。

例えば、インナチューブの側壁に開設するスリットは、一連に形成するに限らず、断続的に形成してもよいし、多数の小孔によって形成してもよい。

ガス導入ノズルに開設する噴出口の個数は、処理するウエハの枚数に一致させるに限らず、処理するウエハの枚数に対応して増減することができる。例えば、噴出口は上下で隣合うウエハ同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、２枚や３枚置きに配設してもよい。

ガス導入ノズルはプロセスチューブ内に２本配置するに限らず、１本または３本以上配置してもよい。

プロセスチューブ内を排気する排気口は、インレットアダプタに開設するに限らず、アウタチューブに開設してもよい。

前記実施形態ではバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置や拡散装置、酸化膜形成装置および熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

前記実施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。

本発明の好ましい態様を付記する。
（１）基板を収容するインナチューブおよび該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たプロセスチューブと、
前記インナチューブ内にガスを導入するガス導入ノズルと、
前記プロセスチューブ内を排気する排気口と、を備え、
前記インナチューブを回転させる回転機構を有する基板処理装置。
（２）前記基板への前記ガス導入時またはガス導入前に、前記インナチューブが回転される（１）の基板処理装置。
（３）前記インナチューブの側壁にスリットが開設されている（１）の基板処理装置。
（４）前記基板を回転させる回転機構を有する（１）の基板処理装置。
（５）前記基板への前記ガス導入時またはガス導入前に、前記インナチューブが回転され、前記スリットが前記ガス導入ノズルに近接される（２）の基板処理装置。
（６）前記インナチューブの側壁に一対のスリットが互いに対向するように開設されており、前記基板への前記ガス導入時またはガス導入前に前記インナチューブが回転されて、一方のスリットが前記ガス導入ノズルに対向され、他方のスリットが前記排気口に対向される（１）の基板処理装置。

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…インレットアダプタ、７…排気口、８…排気路、９…シールキャップ、１０…ウエハ（基板）、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６、１７…補助端板、１８…補助保持部材、１９…保持溝、２０…ヒータユニット、２１…回転軸、２２…第一軸受、２３…第二軸受、２４…インナチューブ受け、２５…鍔部、３１…第一ガス導入ノズル、３２…第二ガス導入ノズル。

Claims (1)

1. 基板を収容するインナチューブおよび該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たプロセスチューブと、
   前記インナチューブ内にガスを導入するガス導入ノズルと、
   前記プロセスチューブ内を排気する排気口と、を備え、
   前記インナチューブを回転させる回転機構を有する基板処理装置。

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