基板処理装置及び半導体装置の製造方法
【課題】炉口部近傍に於ける基板温度の面内均一性を図ることで基板の処理枚数を増大させ、基板の処理効率を向上させる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】複数枚の基板１３を保持する基板保持具５と、該基板保持具が搬入される処理炉１と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部２と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部８，１１と、前記処理炉内を排気する排気部１２と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板１３ｂが保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップ６が設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板３４が設けられた。
【解決手段】複数枚の基板１３を保持する基板保持具５と、該基板保持具が搬入される処理炉１と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部２と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部８，１１と、前記処理炉内を排気する排気部１２と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板１３ｂが保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップ６が設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板３４が設けられた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置としては、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置、或は基板を所定枚数一度に処理するバッチ式の基板処理装置があり、更にバッチ式の基板処理装置として、縦型処理炉を具備する縦型基板処理装置がある。
【０００３】
先ず、図８に於いて、従来の基板処理装置に於ける処理炉について説明する。
【０００４】
処理炉１は筒状のヒータ２を有し、該ヒータ２の内側には、均熱管３と反応管４とが同心多重に設けられており、該反応管４にボート５が搬入される様になっている。該ボート５はボートキャップ６を介してシールキャップ７に載置され、該シールキャップ７は図示しないボートエレベータによって昇降可能に設けられている。
【０００５】
前記反応管４の上端にはガス導入管８が挿通され、前記反応管４の下端には排気口９が設けられている。前記ガス導入管８の下端はガス供給管１１と接続され、前記排気口９はガス排気管１２と接続されている。
【０００６】
前記ボート５は前記反応管４より引出した状態で、所定枚数のウェーハ１３を前記ボート５に装填し、前記ボートエレベータにより前記ボート５を上昇させ、前記反応管４内に搬入する。前記ヒータ２で前記反応管４内を所定の温度に加熱し、前記ガス供給管１１、前記ガス導入管８により反応性ガスを前記反応管４内に導入し、ウェーハ１３表面に薄膜を生成し、反応後のガスは前記排気口９、前記ガス排気管１２を経て排気される。
【０００７】
前記ボート５に保持されたウェーハ１３は前記ヒータ２によって熱処理される。ウェーハ１３は前記ヒータ２の熱放射によって加熱されるが、ウェーハ１３の中心部へは前記ヒータ２の熱放射が殆ど届かず、ウェーハ１３の中心部は主に周辺部からの熱伝導によって加熱される為、ウェーハ１３の中心部は温度上昇速度が遅くなる。
【０００８】
又、構造上前記ボート５上方及び下方には熱源が存在しない為、該ボート５上方のＴＯＰ領域と該ボート５下方のＢＯＴＴＯＭ領域では、前記ヒータ２の加熱による温度安定時に熱逃げにより温度が低下し、面内温度分布が悪化する。
【０００９】
尚、ＴＯＰ領域はヒータ断熱材（図示せず）で密閉されているが、ＢＯＴＴＯＭ領域に於いてはウェーハ１３の出入れの為のＯリング等のシール部（図示せず）を水冷する必要がある為、特に熱逃げにより温度が低下し易く、面内温度分布が悪化する。ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３の面内温度分布は、図９に示される様に、ウェーハ１３の中心部の温度が十分に上昇せず、外周部の温度より低くなる傾向がある。
【００１０】
この為、通常はＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域にダミーウェーハ１３ｂを装填し、温度特性の良好な中間部分にプロダクトウェーハ１３ａを保持して処理が行われる。
【００１１】
ウェーハ１３の処理に於いては、前記ボート５に保持されるプロダクトウェーハ１３ａは多ければ多い程よく、少しでも多くのプロダクトウェーハ１３ａを前記ボート５に保持することで生産性が向上する。
【００１２】
然し乍ら、プロダクトウェーハ１３ａの装填枚数を増加させる為、ウェーハ１３間のピッチを狭くした場合には、反応性ガスの拡散性やウェーハ搬送ロボットの動作範囲等による制約がある。又、ボート５の全長を長くする場合には基板処理装置自体の装置高さに制約がある。又、ＢＯＴＴＯＭ領域の下側に別途ヒータ２を設ける場合には、構造が複雑となり、又高コストとなり、又メンテナンスが困難であり、又前記ボート５の回転軸に対する対応が困難となり、更に該ボート５の交換ができないという問題があった。
【００１３】
又、前記シールキャップ７の断熱性を向上させた場合には、ウェーハ１３の積層方向の温度分布は向上するが、ウェーハ１３の面内温度分布は改善されない。又、従来装填されていたダミーウェーハ１３ｂの更に下方にダミーウェー１３ｂを装填する場合には、ウェーハ搬送ロボットの動作範囲の制約により限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−７１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、炉口部近傍に於ける基板温度の面内均一性を図ることで基板の処理枚数を増大させ、基板の生産性を向上させる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板処理装置に係るものである。
【００１７】
更に又本発明は、第１の搬送機構が下部に保持されたダミー基板と下端に設けられたボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板保持具に複数枚の基板を移載する工程と、第２の搬送機構が前記基板保持具を処理室に搬入する工程と、ガス供給部が前記処理室に処理ガスを供給する工程と、加熱部が基板を加熱する工程と、前記第２の搬送機構が前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、前記第１の搬送機構が前記基板保持具から基板を取出す工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられたので、前記基板保持具下部に保持された基板からの熱逃げを防止し、前記基板保持具下部に保持された基板の面内温度均一性を向上させることで、温度特性が良好な領域を拡大させることができ、１バッチ当りの基板の処理枚数を増加させることで生産性の向上を図ることができる。
【００１９】
更に又本発明によれば、第１の搬送機構が下部に保持されたダミー基板と下端に設けられたボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板保持具に複数枚の基板を移載する工程と、第２の搬送機構が前記基板保持具を処理室に搬入する工程と、ガス供給部が前記処理室に処理ガスを供給する工程と、加熱部が基板を加熱する工程と、前記第２の搬送機構が前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、前記第１の搬送機構が前記基板保持具から基板を取出す工程とを有するので、基板を加熱する工程では前記基板保持具下部に保持された基板からの熱逃げを防止し、前記基板保持具下部に保持された基板の面内温度均一性を向上させることで、温度特性が良好な領域を拡大させることができ、基板の生産性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に係る基板処理装置の斜視図である。
【図２】該基板処理装置に用いられる処理炉を示す立断面図である。
【図３】炭化シリコン、石英、シリコンの熱伝導率等を比較する表である。
【図４】（Ａ）は波長毎の黒体の単色射出能の強さを温度別に示したグラフであり、（Ｂ）は炭化シリコン、石英、シリコンの波長毎の熱放射率を比較したグラフである。
【図５】前記処理炉の要部拡大立断面図であり、（Ａ）は該処理炉の下部を示し、（Ｂ）はボートの下部を示している。
【図６】本発明の実施例に係る伝熱板の第１の変形例であり、（Ａ）は該伝熱板の側面図を示し、（Ｂ）は該伝熱板の平面図を示している。
【図７】本発明の実施例に係る伝熱板の第２の変形例であり、（Ａ）は該伝熱板の側面図を示し、（Ｂ）は該伝熱板の平面図を示している。
【図８】従来の処理炉を示す立断面図である。
【図９】従来の処理炉の要部拡大立断面図であり、（Ａ）は該処理炉の下部を示し、（Ｂ）はボートの下部を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２２】
先ず、図１に於いて、本発明に係る基板処理装置の一例について説明する。尚、図１中、図８中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
基板処理装置１５は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１６を有する。前記基板処理装置１５には、例えばＳｉ（シリコン）又はＳｉＣ（炭化シリコン）等で構成された基板としてのウェーハ１３（図２参照）を収納する基板収容器として、フープ（以下、ポッドと称す）１７が使用される。前記筐体１６の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、該ポッドステージ１８にはポッド１７が搬送される。ポッド１７には、例えば２５枚のウェーハ１３が収納され、蓋が閉じられた状態で前記ポッドステージ１８にセットされる。
【００２４】
前記筐体１６内の正面であって、前記ポッドステージ１８に対向する位置には、ポッド搬送装置１９が配置されている。又、該ポッド搬送装置１９の近傍にはポッド収納棚２１、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２３が配置されている。前記ポッド収納棚２１は前記ポッドオープナ２２の上方に配置され、ポッド１７を複数個載置した状態で保持する様に構成され、前記基板枚数検知器２３は、前記ポッドオープナ２２に隣接して配置される。前記ポッド搬送装置１９は前記ポッドステージ１８と前記ポッド収納棚２１と前記ポッドオープナ２２との間でポッド１７を搬送し、前記ポッドオープナ２２はポッド１７の蓋を開けるものであり、前記基板枚数検知器２３は蓋を開けられたポッド１７内のウェーハ１３の枚数を検知する様になっている。
【００２５】
前記筐体１６内には、第１の搬送機構としての基板移載機２４、基板保持具としてのボート５が配置されている。前記基板移載機２４は、アーム（ツイーザ）２０を有し、図示しない駆動手段により昇降可能且つ回転可能な構造となっている。前記アーム２０は、例えば５枚のウェーハ１３を取出すことができ、前記アーム２０を動かすことにより、前記ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド１７及び前記ボート５間にてウェーハ１３を搬送する。
【００２６】
前記ボート５は、例えばＳｉＯ2 （石英）やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェーハ１３を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート５の下端には、例えばＳｉＯ2 やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された断熱部材としてのボートキャップ６（図２参照）が設けられており、ヒータ２（図２参照）からの熱が後述する処理炉１の下方側に伝わり難くなる様に構成されている。
【００２７】
前記筐体１６内の背面側上部には前記処理炉１が配置され、該処理炉１内に複数枚のウェーハ１３が保持された前記ボート５が搬入され、熱処理が行われる。
【００２８】
次に、図２に於いて、前記基板処理装置１５の前記処理炉１について説明する。尚、図２中、図８中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
該処理炉１は加熱部として、発熱体２５と該発熱体２５の周囲を覆う断熱体２６により構成された前記ヒータ２を有し、該ヒータ２は円筒形状をしており、支持部材としてのヒータベース２７に垂直に設置されている。
【００３０】
前記ヒータ２の内側には均熱管３が同心に配設され、該均熱管３の内側には反応管４が配設される。前記均熱管３は、例えばＳｉＯ2 又はＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状となっている。又、前記反応管４は、例えばＳｉＯ2 又はＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状となっている。
【００３１】
該反応管４の下端開口部は炉口部を形成し、前記反応管４の内側に処理室２８が画成される。又、該処理室２８には前記ボート５が収納可能であり、該ボート５にはウェーハ１３が水平姿勢で多段に保持される様になっており、前記ボート５の下端には前記ボートキャップ６が設けられている。
【００３２】
前記反応管４の上端には、ガス導入管８が挿通され、該ガス導入管８は下端でガス供給管１１と接続され、該ガス供給管１１は図示しないガス供給源に接続されており、前記ガス導入管８、前記ガス供給管１１とでガス供給部が構成される。又、前記反応管４の下端には排気口９が設けられ、該排気口９に前記処理室２８の雰囲気を排気するガス排気管１２が接続され、該ガス排気管１２は図示しない真空排気装置に接続されており、前記ガス排気管１２と前記真空排気装置とで排気部が構成される。
【００３３】
前記反応管４の下端部には、炉口蓋体としてのシールキャップ７が設けられている。該シールキャップ７は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。該シールキャップ７の上面には、前記反応管４の下端と当接するＯリング等のシール部材２９が設けられる。
【００３４】
前記シールキャップ７の下側には、前記ボート５を回転させる回転機構３１が設けられている。該回転機構３１の回転軸３２は前記シールキャップ７を貫通しており、前記回転軸３２は前記ボートキャップ６を介して前記ボート５を支持し、前記ボートキャップ６を介して前記ボート５及びウェーハ１３を一体に回転させる様に構成されている。
【００３５】
又、前記反応管４の下方には、第２の搬送機構としてのボートエレベータ（図示せず）が設けられ、前記シールキャップ７は前記ボートエレベータにより垂直方向に昇降される様に構成され、該ボートエレベータは前記ボート５を前記処理室２８に対して搬入、搬出可能となっている。
【００３６】
前記ボート５には、所定ピッチでウェーハ１３を保持する為の保持部であるスロット（図示せず）が形成され、該スロットを介して前記ボート５にウェーハ１３が保持される様になっている。前記スロットの高さ方向中央部には所定枚数のプロダクトウェーハ１３ａが保持され、前記スロットの高さ方向上部のＴＯＰ領域、及び下部のＢＯＴＴＯＭ領域には、それぞれ所定枚数のダミーウェーハ１３ｂ，１３ｂが保持されている。
【００３７】
又、前記ボート５には、最上段のスロットの上方と、最下段のスロットの下方にそれぞれ伝熱板ホルダ３３，３３が形成され、該伝熱板ホルダ３３，３３にはそれぞれ円板状の伝熱板３４，３４が保持される様になっている。
【００３８】
該伝熱板３４は、シリコン原子を含有していることが望ましい。該伝熱板３４がシリコン原子を含有することによって、ウェーハ（基板）１３やウェーハ１３上に生成する薄膜に悪影響を与えることを防止することができる。又、ボート（基板保持具）５と同様の材料になり、高温に加熱されたとしても膨張率が遜色無い値となるので、伝熱板３４・ボート５・ウェーハ１３が擦れることにより発生するパーティクルの低減や、伝熱板３４・ボート５・ウェーハ１３の著しい膨張差による各部の損傷を防ぐことができる。これにより、クリーニングや部品交換等のメンテナンス時間を低減し、スループットの低下を防ぐことができる。
【００３９】
該伝熱板３４は、ウェーハ１３よりも熱伝導率が大きく、熱放射率が高い材質であることが望ましく、又効果的に熱を伝える為、前記伝熱板３４は所定の厚み、例えば３ｍｍ程度の厚みを有することが望ましい。
【００４０】
以下、図３、図４（Ａ）（Ｂ）に於いて、該伝熱板３４の好適な材質について検討する。
【００４１】
図３は、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＯ2 （石英）、Ｓｉ（シリコン）の３つの材質について、熱伝導率等を比較した表である。尚、図３に示される熱伝導率は、各材質の代表値を示している。
【００４２】
図３に示される様に、ＳｉＯ2 の熱伝導率はＳｉの熱伝導率の１／１０以下であり、ＳｉＣの熱伝導率はＳｉの熱伝導率の３倍以上となっている。従って、熱伝導率に於いてはＳｉＣが特に優れていると言える。又、ＳｉＣは３つの材質の中で最も比熱が小さいので、加熱速度に関しても優れていると言える。
【００４３】
又、図４（Ａ）は波長毎の黒体の単色射出能の強さを温度別に示したグラフであり、図４（Ｂ）はＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉの３つの材質について、波長毎の熱放射率を比較したグラフである。尚、図４（Ｂ）に示される熱放射率は、各材質の代表値を示している。
【００４４】
前記発熱体２５が放射するエネルギは灰色体が放射するエネルギと考えることができる。灰色体のエネルギ波長分布は黒体と相似形となるので、黒体の単色射出能について考察する。
【００４５】
例として、８００Ｋに於ける放射エネルギを考える。温度当りの放射エネルギは、プランクの法則により求まる曲線により囲まれた部分の面積を求めることで得ることができ（ステファン・ボルツマンの法則）、図４（Ａ）中、８００Ｋに於ける放射エネルギは、波長が２μｍ〜５μｍ付近の波長領域で比較的多くなっているのが分る。
【００４６】
８００Ｋの場合の２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於ける各材質の熱放射率を比較すると、ＳｉＯ2 は５μｍ付近の波長領域に於いては高い熱放射率を有しているが、２μｍ付近の波長領域の熱放射率は極めて低い値となっている。又、Ｓｉは２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於いて熱放射率が低くなる傾向があるのに対し、ＳｉＣは２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於いて熱放射率が比較的高い値となっている。従って、熱放射率は、２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於いて、ＳｉＣが他の２つの材質に対して優れていると言える。
【００４７】
以上の結果により、ＳｉＣは他の２つの材質と比較して、熱伝導率、熱放射率共に優れているので、前記伝熱板３４はＳｉＣ製とするのが望ましい。
【００４８】
次に、上記構成に係る前記処理炉１を用い、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ＣＶＤ法によりウェーハ１３上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明に於いて、前記基板処理装置１５を構成する前記ガス供給部、前記排気部、前記加熱部等の各部の動作は、図示しない制御部により制御される。
【００４９】
ウェーハ１３はポッド１７に所要枚数（例えば２５枚）収納された状態で搬入され、前記ポッド搬送装置１９により前記ポッド収納棚２１等所要部位に格納され、前記基板移載機２４によりポッド１７内のウェーハ１３が前記ボート５に移載される。
【００５０】
所定枚数のウェーハ１３が前記ボート５に保持されると、所定枚数のウェーハ１３を保持した前記ボート５は、ボートエレベータ（図示せず）によって持上げられて前記処理室２８に搬入される。この状態では、前記シールキャップ７は前記シール部材２９を介して前記炉口部を気密に閉塞した状態となる。
【００５１】
前記処理室２８が所望の圧力（真空圧）となる様に、前記ガス排気管１２を介して真空排気装置（図示せず）によって真空排気され、又前記処理室２８が３００〜１０００℃、例えば６００℃となる様に前記ヒータ２によって加熱される。
【００５２】
図５（Ａ）（Ｂ）は、例として、ＢＯＴＴＯＭ領域に前記伝熱板３４を設けた場合を示しており、前記ヒータ２により加熱が開始されると、前記発熱体２５より前記処理室２８の軸心方向に向って熱が放射される。
【００５３】
前記発熱体２５より放射された熱により、前記ボート５に保持されたウェーハ１３及び前記伝熱板３４の外周部が加熱され、ウェーハ１３及び前記伝熱板３４の外周部より中心部に向って熱が伝導する。
【００５４】
この時、前記伝熱板３４はＳｉＣ製であり、この熱伝導率はウェーハ１３よりも高いので、前記伝熱板３４は短時間で中心部迄加熱される。更に、該伝熱板３４は熱放射率が高くなっているので、加熱された該伝熱板３４の上面及び下面より、ウェーハ１３の積層方向に対して熱が放射される。
【００５５】
尚、図示はしないが、ＴＯＰ領域に設けられた伝熱板３４に於いても、短時間で中心部迄加熱され、該伝熱板３４の上面及び下面よりウェーハ１３の積層方向に対して熱が放射される。
【００５６】
続いて、前記回転機構３１により、前記ボート５が回転されることで、ウェーハ１３が回転される。
【００５７】
次いで、処理ガス供給源（図示せず）から処理ガスが供給され、処理ガスは前記ガス供給管１１、前記ガス導入管８を流通して前記処理室２８に導入される。導入された処理ガスは、前記処理室２８を降下し、前記ガス排気管１２から排気される。処理ガスは前記処理室２８を通過する際にウェーハ１３の表面と接触し、熱ＣＶＤ反応によってウェーハ１３の表面上に堆積され、薄膜が生成される。
【００５８】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源（図示せず）から不活性ガスが供給され、前記処理室２８が不活性ガスに置換されると共に、該処理室２８の圧力が常圧に復帰される。
【００５９】
その後、ボートエレベータ（図示せず）により前記シールキャップ７が降下され、前記炉口部が開口されると共に、処理済ウェーハ１３が前記ボート５に保持された状態で前記処理室２８より引出される。降下された前記ボート５より前記基板移載機２４により、処理済ウェーハ１３が払出され、ポッド１７に移載される。
【００６０】
処理済ウェーハ１３を収納したポッド１７は、前記ポッド搬送装置１９を経て前記基板処理装置１５外部に搬送される。
【００６１】
上記した基板処理工程に於いて、前記ボート５のＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に前記伝熱板ホルダ３３，３３を形成し、該伝熱板ホルダ３３，３３に前記伝熱板３４，３４を設けることで、加熱時には該伝熱板３４，３４よりウェーハ１３の積層方向に対して熱が放射されるので、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３に対しては、外周部からの熱伝導に加えて前記伝熱板３４，３４からの熱放射によっても熱が伝達されることとなり、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３の加熱速度を上昇させることができる。
【００６２】
更に、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に前記伝熱板３４，３４を設けることで、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於ける熱逃げの影響を軽減することができるので、前記処理室２８の温度安定時に於けるＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３中心部の温度低下を防止することができる。ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ温度の面内均一性を向上させることで、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域の温度特性を改善し、ウェーハ１３の積層方向に於ける温度特性の良好な領域を拡大することができる。
【００６３】
従って、温度特性が良好な領域を拡大させることができるので、プロダクトウェーハ１３ａの保持枚数を増加させると共に、ダミーウェーハ１３ｂの保持枚数を減少させることができる。プロダクトウェーハ１３ａの保持枚数を増加させることで、１バッチ当りのウェーハ処理枚数が増加し、生産性の向上を図ることができると共に、ウェーハ１３の１枚当りの消費エネルギを削減することができる。
【００６４】
又、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ１３の加熱速度が上昇することで、温度リカバリ時間を短縮することができるので、基板処理に於けるレシピ時間の短縮を図ることができ、ウェーハ１３の処理効率を向上させることができる。
【００６５】
又、本実施例に於ける前記伝熱板３４は、Ｓｉ原子を含有しているので、基板処理時にウェーハ１３や、ウェーハ１３に生成される薄膜に与える影響を抑制することができる。
【００６６】
更に、本実施例は、前記伝熱板３４を設けるだけでよいので、ウェーハ１３の積層ピッチを変更せず、ウェーハ１３の均熱区間を保ったままで、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於ける温度特性を改善することができる。
【００６７】
尚、本実施例では、前記ボート５のＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域の両方に前記伝熱板３４を設けているが、該伝熱板３４は熱逃げの影響が特に大きいＢＯＴＴＯＭ領域にのみ設ける様にしてもよい。
【００６８】
又、本実施例では、所定の厚みを有する前記伝熱板３４を１枚のみ設けているが、ＳｉＣ製の薄板を複数設ける場合でも前記伝熱板３４と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
図６（Ａ）（Ｂ）は、ＢＯＴＴＯＭ領域に於ける該伝熱板３４の第１の変形例を示している。
【００７０】
図６（Ａ）（Ｂ）に示される伝熱板３５は、円板部３６下面の中心部に、該円板部３６と同心な円筒状の凸部３７が形成された形状となっている。
【００７１】
該凸部３７が形成されたことで、前記発熱体２５から伝達される熱の受熱面積が増加し、又前記円板部３６の中心部にあることで、前記伝熱板３５の中心部により多くの熱を供給できる。更に、前記凸部３７を円筒状としたことで、受熱面積に対する体積が小さくなるので、前記伝熱板３５の加熱速度をより向上させることができ、ＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ１３の温度上昇をより早めることができる。
【００７２】
又、図７（Ａ）（Ｂ）は前記伝熱板３４の第２の変形例を示しており、図７（Ａ）（Ｂ）に示される伝熱板３８は、前記円板部３６下面の中心部に、該円板部３６と同心な棒状の凸部３９が形成された形状となっている。
【００７３】
前記伝熱板３８も前記伝熱板３５と同様、前記凸部３９が前記円板部３６の中心部に形成されたことで、前記発熱体２５から伝達される熱の受熱面積が増加し、前記伝熱板３８の中心部により多くの熱を供給できるので、前記伝熱板３８の加熱速度をより向上させることができ、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ１３の温度上昇をより早めることができる。
【００７４】
尚、図６（Ａ）（Ｂ）及び図７（Ａ）（Ｂ）に示される変形例では、前記円板部３６下面の中心部に、それぞれ円筒状の凸部３７及び棒状の凸部３９が形成されているが、前記発熱体２５からの熱放射を受けられる様、前記円板部３６下面の中心部に凸部が形成されていればよい。従って、凸部の形状は例えば三角柱状、四角柱状、円錐状等であってもよく、或は板を放射状に組合わせて凸部を形成してもよい。
【００７５】
又、凸部の表面積を増加させ、前記発熱体２５からの熱放射を受ける面積を増加させることで、より伝熱板の加熱速度を向上させることができる。
【００７６】
又、上記ではＢＯＴＴＯＭ領域に於ける伝熱板下面の中心に凸部を形成しているが、ＴＯＰ領域で熱逃げの影響が大きい場合には、ＴＯＰ領域の伝熱板に凸部を形成してもよい。この場合には、伝熱板上面の中心に凸部を設けることで、同様の効果を得ることができる。
【００７７】
尚、上述の実施例では、ＣＶＤ法による成膜例を示したが、プラズマを用いる処理であっても、原子層堆積による成膜、酸素ガスや水蒸気を用いた酸化処理、酸素原子を含有するガスと水素ガスを含有するガスとを用いた選択酸化処理等を行う処理装置についても本発明を適用することができる。
【００７８】
又、上述の実施例では、３００〜１０００℃、例えば６００℃に加熱することを記載したが、これ以外の温度で処理を行う装置に本発明を適用することで、基板保持具の炉口部近傍の基板温度の面内均一性を向上させつつ、基板保持具の縦方向の温度均一性を向上させることができる。基板の面内温度と基板保持具の縦方向の温度の均一性を向上させることで、基板の処理枚数を増加させ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００７９】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００８０】
（付記１）複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
【００８１】
（付記２）複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、少なくとも前記基板保持具に保持される最上段の基板よりも上方か、前記基板保持具に保持される最下段の基板よりも下方のいずれか一方に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
【００８２】
（付記３）前記伝熱板はシリコン原子を含有する付記１又は付記２の基板処理装置。
【００８３】
（付記４）前記伝熱板はシリコン原子と炭素原子を含有する付記１又は付記２の基板処理装置。
【００８４】
（付記５）前記伝熱板の反基板側面に凸部を形成する付記１〜付記４のうちいずれかの基板処理装置。
【００８５】
（付記６）前記伝熱板は円板部と凸部とからなり、該凸部は前記円板部と同心である付記５の基板処理装置。
【００８６】
（付記７）前記凸部の前記円板部と前記凸部との境目の形状は円形である付記６の基板処理装置。
【００８７】
（付記８）基板を処理する処理室に搬入される基板保持具であって、複数の基板を積層し、保持する保持部と、少なくとも最下端の該保持部よりも下方に設けられた伝熱板とを有することを特徴とする基板保持具。
【００８８】
（付記９）基板を処理する処理室に搬入される基板保持具であって、少なくとも最上段の基板よりも上方か、最下段の基板よりも下方のいずれか一方に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板保持具。
【００８９】
（付記１０）前記伝熱板の反基板側面に凸部を形成する付記８又は付記９の基板保持具。
【００９０】
（付記１１）前記伝熱板は、円板部と凸部とからなり、該凸部は前記円板部と同心である付記１０の基板保持具。
【００９１】
（付記１２）前記凸部の前記円板部と前記凸部との境目の形状は円形である付記１１の基板保持具。
【００９２】
（付記１３）円板部と凸部とからなり、該凸部は前記円板部と同心であることを特徴とする伝熱板。
【００９３】
（付記１４）前記凸部の前記円板部と前記凸部との境目の形状は円形である付記１３の伝熱板。
【符号の説明】
【００９４】
１ 処理炉
２ ヒータ
３ 均熱管
４ 反応管
５ ボート
６ ボートキャップ
１３ ウェーハ
１５ 基板処理装置
２８ 処理室
３４ 伝熱板
３５ 伝熱板
３７ 凸部
３８ 伝熱板
３９ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置としては、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置、或は基板を所定枚数一度に処理するバッチ式の基板処理装置があり、更にバッチ式の基板処理装置として、縦型処理炉を具備する縦型基板処理装置がある。
【０００３】
先ず、図８に於いて、従来の基板処理装置に於ける処理炉について説明する。
【０００４】
処理炉１は筒状のヒータ２を有し、該ヒータ２の内側には、均熱管３と反応管４とが同心多重に設けられており、該反応管４にボート５が搬入される様になっている。該ボート５はボートキャップ６を介してシールキャップ７に載置され、該シールキャップ７は図示しないボートエレベータによって昇降可能に設けられている。
【０００５】
前記反応管４の上端にはガス導入管８が挿通され、前記反応管４の下端には排気口９が設けられている。前記ガス導入管８の下端はガス供給管１１と接続され、前記排気口９はガス排気管１２と接続されている。
【０００６】
前記ボート５は前記反応管４より引出した状態で、所定枚数のウェーハ１３を前記ボート５に装填し、前記ボートエレベータにより前記ボート５を上昇させ、前記反応管４内に搬入する。前記ヒータ２で前記反応管４内を所定の温度に加熱し、前記ガス供給管１１、前記ガス導入管８により反応性ガスを前記反応管４内に導入し、ウェーハ１３表面に薄膜を生成し、反応後のガスは前記排気口９、前記ガス排気管１２を経て排気される。
【０００７】
前記ボート５に保持されたウェーハ１３は前記ヒータ２によって熱処理される。ウェーハ１３は前記ヒータ２の熱放射によって加熱されるが、ウェーハ１３の中心部へは前記ヒータ２の熱放射が殆ど届かず、ウェーハ１３の中心部は主に周辺部からの熱伝導によって加熱される為、ウェーハ１３の中心部は温度上昇速度が遅くなる。
【０００８】
又、構造上前記ボート５上方及び下方には熱源が存在しない為、該ボート５上方のＴＯＰ領域と該ボート５下方のＢＯＴＴＯＭ領域では、前記ヒータ２の加熱による温度安定時に熱逃げにより温度が低下し、面内温度分布が悪化する。
【０００９】
尚、ＴＯＰ領域はヒータ断熱材（図示せず）で密閉されているが、ＢＯＴＴＯＭ領域に於いてはウェーハ１３の出入れの為のＯリング等のシール部（図示せず）を水冷する必要がある為、特に熱逃げにより温度が低下し易く、面内温度分布が悪化する。ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３の面内温度分布は、図９に示される様に、ウェーハ１３の中心部の温度が十分に上昇せず、外周部の温度より低くなる傾向がある。
【００１０】
この為、通常はＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域にダミーウェーハ１３ｂを装填し、温度特性の良好な中間部分にプロダクトウェーハ１３ａを保持して処理が行われる。
【００１１】
ウェーハ１３の処理に於いては、前記ボート５に保持されるプロダクトウェーハ１３ａは多ければ多い程よく、少しでも多くのプロダクトウェーハ１３ａを前記ボート５に保持することで生産性が向上する。
【００１２】
然し乍ら、プロダクトウェーハ１３ａの装填枚数を増加させる為、ウェーハ１３間のピッチを狭くした場合には、反応性ガスの拡散性やウェーハ搬送ロボットの動作範囲等による制約がある。又、ボート５の全長を長くする場合には基板処理装置自体の装置高さに制約がある。又、ＢＯＴＴＯＭ領域の下側に別途ヒータ２を設ける場合には、構造が複雑となり、又高コストとなり、又メンテナンスが困難であり、又前記ボート５の回転軸に対する対応が困難となり、更に該ボート５の交換ができないという問題があった。
【００１３】
又、前記シールキャップ７の断熱性を向上させた場合には、ウェーハ１３の積層方向の温度分布は向上するが、ウェーハ１３の面内温度分布は改善されない。又、従来装填されていたダミーウェーハ１３ｂの更に下方にダミーウェー１３ｂを装填する場合には、ウェーハ搬送ロボットの動作範囲の制約により限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−７１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、炉口部近傍に於ける基板温度の面内均一性を図ることで基板の処理枚数を増大させ、基板の生産性を向上させる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板処理装置に係るものである。
【００１７】
更に又本発明は、第１の搬送機構が下部に保持されたダミー基板と下端に設けられたボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板保持具に複数枚の基板を移載する工程と、第２の搬送機構が前記基板保持具を処理室に搬入する工程と、ガス供給部が前記処理室に処理ガスを供給する工程と、加熱部が基板を加熱する工程と、前記第２の搬送機構が前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、前記第１の搬送機構が前記基板保持具から基板を取出す工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられたので、前記基板保持具下部に保持された基板からの熱逃げを防止し、前記基板保持具下部に保持された基板の面内温度均一性を向上させることで、温度特性が良好な領域を拡大させることができ、１バッチ当りの基板の処理枚数を増加させることで生産性の向上を図ることができる。
【００１９】
更に又本発明によれば、第１の搬送機構が下部に保持されたダミー基板と下端に設けられたボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板保持具に複数枚の基板を移載する工程と、第２の搬送機構が前記基板保持具を処理室に搬入する工程と、ガス供給部が前記処理室に処理ガスを供給する工程と、加熱部が基板を加熱する工程と、前記第２の搬送機構が前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、前記第１の搬送機構が前記基板保持具から基板を取出す工程とを有するので、基板を加熱する工程では前記基板保持具下部に保持された基板からの熱逃げを防止し、前記基板保持具下部に保持された基板の面内温度均一性を向上させることで、温度特性が良好な領域を拡大させることができ、基板の生産性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に係る基板処理装置の斜視図である。
【図２】該基板処理装置に用いられる処理炉を示す立断面図である。
【図３】炭化シリコン、石英、シリコンの熱伝導率等を比較する表である。
【図４】（Ａ）は波長毎の黒体の単色射出能の強さを温度別に示したグラフであり、（Ｂ）は炭化シリコン、石英、シリコンの波長毎の熱放射率を比較したグラフである。
【図５】前記処理炉の要部拡大立断面図であり、（Ａ）は該処理炉の下部を示し、（Ｂ）はボートの下部を示している。
【図６】本発明の実施例に係る伝熱板の第１の変形例であり、（Ａ）は該伝熱板の側面図を示し、（Ｂ）は該伝熱板の平面図を示している。
【図７】本発明の実施例に係る伝熱板の第２の変形例であり、（Ａ）は該伝熱板の側面図を示し、（Ｂ）は該伝熱板の平面図を示している。
【図８】従来の処理炉を示す立断面図である。
【図９】従来の処理炉の要部拡大立断面図であり、（Ａ）は該処理炉の下部を示し、（Ｂ）はボートの下部を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２２】
先ず、図１に於いて、本発明に係る基板処理装置の一例について説明する。尚、図１中、図８中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
基板処理装置１５は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１６を有する。前記基板処理装置１５には、例えばＳｉ（シリコン）又はＳｉＣ（炭化シリコン）等で構成された基板としてのウェーハ１３（図２参照）を収納する基板収容器として、フープ（以下、ポッドと称す）１７が使用される。前記筐体１６の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、該ポッドステージ１８にはポッド１７が搬送される。ポッド１７には、例えば２５枚のウェーハ１３が収納され、蓋が閉じられた状態で前記ポッドステージ１８にセットされる。
【００２４】
前記筐体１６内の正面であって、前記ポッドステージ１８に対向する位置には、ポッド搬送装置１９が配置されている。又、該ポッド搬送装置１９の近傍にはポッド収納棚２１、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２３が配置されている。前記ポッド収納棚２１は前記ポッドオープナ２２の上方に配置され、ポッド１７を複数個載置した状態で保持する様に構成され、前記基板枚数検知器２３は、前記ポッドオープナ２２に隣接して配置される。前記ポッド搬送装置１９は前記ポッドステージ１８と前記ポッド収納棚２１と前記ポッドオープナ２２との間でポッド１７を搬送し、前記ポッドオープナ２２はポッド１７の蓋を開けるものであり、前記基板枚数検知器２３は蓋を開けられたポッド１７内のウェーハ１３の枚数を検知する様になっている。
【００２５】
前記筐体１６内には、第１の搬送機構としての基板移載機２４、基板保持具としてのボート５が配置されている。前記基板移載機２４は、アーム（ツイーザ）２０を有し、図示しない駆動手段により昇降可能且つ回転可能な構造となっている。前記アーム２０は、例えば５枚のウェーハ１３を取出すことができ、前記アーム２０を動かすことにより、前記ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド１７及び前記ボート５間にてウェーハ１３を搬送する。
【００２６】
前記ボート５は、例えばＳｉＯ2 （石英）やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェーハ１３を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート５の下端には、例えばＳｉＯ2 やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された断熱部材としてのボートキャップ６（図２参照）が設けられており、ヒータ２（図２参照）からの熱が後述する処理炉１の下方側に伝わり難くなる様に構成されている。
【００２７】
前記筐体１６内の背面側上部には前記処理炉１が配置され、該処理炉１内に複数枚のウェーハ１３が保持された前記ボート５が搬入され、熱処理が行われる。
【００２８】
次に、図２に於いて、前記基板処理装置１５の前記処理炉１について説明する。尚、図２中、図８中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
該処理炉１は加熱部として、発熱体２５と該発熱体２５の周囲を覆う断熱体２６により構成された前記ヒータ２を有し、該ヒータ２は円筒形状をしており、支持部材としてのヒータベース２７に垂直に設置されている。
【００３０】
前記ヒータ２の内側には均熱管３が同心に配設され、該均熱管３の内側には反応管４が配設される。前記均熱管３は、例えばＳｉＯ2 又はＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状となっている。又、前記反応管４は、例えばＳｉＯ2 又はＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状となっている。
【００３１】
該反応管４の下端開口部は炉口部を形成し、前記反応管４の内側に処理室２８が画成される。又、該処理室２８には前記ボート５が収納可能であり、該ボート５にはウェーハ１３が水平姿勢で多段に保持される様になっており、前記ボート５の下端には前記ボートキャップ６が設けられている。
【００３２】
前記反応管４の上端には、ガス導入管８が挿通され、該ガス導入管８は下端でガス供給管１１と接続され、該ガス供給管１１は図示しないガス供給源に接続されており、前記ガス導入管８、前記ガス供給管１１とでガス供給部が構成される。又、前記反応管４の下端には排気口９が設けられ、該排気口９に前記処理室２８の雰囲気を排気するガス排気管１２が接続され、該ガス排気管１２は図示しない真空排気装置に接続されており、前記ガス排気管１２と前記真空排気装置とで排気部が構成される。
【００３３】
前記反応管４の下端部には、炉口蓋体としてのシールキャップ７が設けられている。該シールキャップ７は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。該シールキャップ７の上面には、前記反応管４の下端と当接するＯリング等のシール部材２９が設けられる。
【００３４】
前記シールキャップ７の下側には、前記ボート５を回転させる回転機構３１が設けられている。該回転機構３１の回転軸３２は前記シールキャップ７を貫通しており、前記回転軸３２は前記ボートキャップ６を介して前記ボート５を支持し、前記ボートキャップ６を介して前記ボート５及びウェーハ１３を一体に回転させる様に構成されている。
【００３５】
又、前記反応管４の下方には、第２の搬送機構としてのボートエレベータ（図示せず）が設けられ、前記シールキャップ７は前記ボートエレベータにより垂直方向に昇降される様に構成され、該ボートエレベータは前記ボート５を前記処理室２８に対して搬入、搬出可能となっている。
【００３６】
前記ボート５には、所定ピッチでウェーハ１３を保持する為の保持部であるスロット（図示せず）が形成され、該スロットを介して前記ボート５にウェーハ１３が保持される様になっている。前記スロットの高さ方向中央部には所定枚数のプロダクトウェーハ１３ａが保持され、前記スロットの高さ方向上部のＴＯＰ領域、及び下部のＢＯＴＴＯＭ領域には、それぞれ所定枚数のダミーウェーハ１３ｂ，１３ｂが保持されている。
【００３７】
又、前記ボート５には、最上段のスロットの上方と、最下段のスロットの下方にそれぞれ伝熱板ホルダ３３，３３が形成され、該伝熱板ホルダ３３，３３にはそれぞれ円板状の伝熱板３４，３４が保持される様になっている。
【００３８】
該伝熱板３４は、シリコン原子を含有していることが望ましい。該伝熱板３４がシリコン原子を含有することによって、ウェーハ（基板）１３やウェーハ１３上に生成する薄膜に悪影響を与えることを防止することができる。又、ボート（基板保持具）５と同様の材料になり、高温に加熱されたとしても膨張率が遜色無い値となるので、伝熱板３４・ボート５・ウェーハ１３が擦れることにより発生するパーティクルの低減や、伝熱板３４・ボート５・ウェーハ１３の著しい膨張差による各部の損傷を防ぐことができる。これにより、クリーニングや部品交換等のメンテナンス時間を低減し、スループットの低下を防ぐことができる。
【００３９】
該伝熱板３４は、ウェーハ１３よりも熱伝導率が大きく、熱放射率が高い材質であることが望ましく、又効果的に熱を伝える為、前記伝熱板３４は所定の厚み、例えば３ｍｍ程度の厚みを有することが望ましい。
【００４０】
以下、図３、図４（Ａ）（Ｂ）に於いて、該伝熱板３４の好適な材質について検討する。
【００４１】
図３は、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＯ2 （石英）、Ｓｉ（シリコン）の３つの材質について、熱伝導率等を比較した表である。尚、図３に示される熱伝導率は、各材質の代表値を示している。
【００４２】
図３に示される様に、ＳｉＯ2 の熱伝導率はＳｉの熱伝導率の１／１０以下であり、ＳｉＣの熱伝導率はＳｉの熱伝導率の３倍以上となっている。従って、熱伝導率に於いてはＳｉＣが特に優れていると言える。又、ＳｉＣは３つの材質の中で最も比熱が小さいので、加熱速度に関しても優れていると言える。
【００４３】
又、図４（Ａ）は波長毎の黒体の単色射出能の強さを温度別に示したグラフであり、図４（Ｂ）はＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉの３つの材質について、波長毎の熱放射率を比較したグラフである。尚、図４（Ｂ）に示される熱放射率は、各材質の代表値を示している。
【００４４】
前記発熱体２５が放射するエネルギは灰色体が放射するエネルギと考えることができる。灰色体のエネルギ波長分布は黒体と相似形となるので、黒体の単色射出能について考察する。
【００４５】
例として、８００Ｋに於ける放射エネルギを考える。温度当りの放射エネルギは、プランクの法則により求まる曲線により囲まれた部分の面積を求めることで得ることができ（ステファン・ボルツマンの法則）、図４（Ａ）中、８００Ｋに於ける放射エネルギは、波長が２μｍ〜５μｍ付近の波長領域で比較的多くなっているのが分る。
【００４６】
８００Ｋの場合の２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於ける各材質の熱放射率を比較すると、ＳｉＯ2 は５μｍ付近の波長領域に於いては高い熱放射率を有しているが、２μｍ付近の波長領域の熱放射率は極めて低い値となっている。又、Ｓｉは２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於いて熱放射率が低くなる傾向があるのに対し、ＳｉＣは２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於いて熱放射率が比較的高い値となっている。従って、熱放射率は、２μｍ〜５μｍ付近の波長領域に於いて、ＳｉＣが他の２つの材質に対して優れていると言える。
【００４７】
以上の結果により、ＳｉＣは他の２つの材質と比較して、熱伝導率、熱放射率共に優れているので、前記伝熱板３４はＳｉＣ製とするのが望ましい。
【００４８】
次に、上記構成に係る前記処理炉１を用い、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ＣＶＤ法によりウェーハ１３上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明に於いて、前記基板処理装置１５を構成する前記ガス供給部、前記排気部、前記加熱部等の各部の動作は、図示しない制御部により制御される。
【００４９】
ウェーハ１３はポッド１７に所要枚数（例えば２５枚）収納された状態で搬入され、前記ポッド搬送装置１９により前記ポッド収納棚２１等所要部位に格納され、前記基板移載機２４によりポッド１７内のウェーハ１３が前記ボート５に移載される。
【００５０】
所定枚数のウェーハ１３が前記ボート５に保持されると、所定枚数のウェーハ１３を保持した前記ボート５は、ボートエレベータ（図示せず）によって持上げられて前記処理室２８に搬入される。この状態では、前記シールキャップ７は前記シール部材２９を介して前記炉口部を気密に閉塞した状態となる。
【００５１】
前記処理室２８が所望の圧力（真空圧）となる様に、前記ガス排気管１２を介して真空排気装置（図示せず）によって真空排気され、又前記処理室２８が３００〜１０００℃、例えば６００℃となる様に前記ヒータ２によって加熱される。
【００５２】
図５（Ａ）（Ｂ）は、例として、ＢＯＴＴＯＭ領域に前記伝熱板３４を設けた場合を示しており、前記ヒータ２により加熱が開始されると、前記発熱体２５より前記処理室２８の軸心方向に向って熱が放射される。
【００５３】
前記発熱体２５より放射された熱により、前記ボート５に保持されたウェーハ１３及び前記伝熱板３４の外周部が加熱され、ウェーハ１３及び前記伝熱板３４の外周部より中心部に向って熱が伝導する。
【００５４】
この時、前記伝熱板３４はＳｉＣ製であり、この熱伝導率はウェーハ１３よりも高いので、前記伝熱板３４は短時間で中心部迄加熱される。更に、該伝熱板３４は熱放射率が高くなっているので、加熱された該伝熱板３４の上面及び下面より、ウェーハ１３の積層方向に対して熱が放射される。
【００５５】
尚、図示はしないが、ＴＯＰ領域に設けられた伝熱板３４に於いても、短時間で中心部迄加熱され、該伝熱板３４の上面及び下面よりウェーハ１３の積層方向に対して熱が放射される。
【００５６】
続いて、前記回転機構３１により、前記ボート５が回転されることで、ウェーハ１３が回転される。
【００５７】
次いで、処理ガス供給源（図示せず）から処理ガスが供給され、処理ガスは前記ガス供給管１１、前記ガス導入管８を流通して前記処理室２８に導入される。導入された処理ガスは、前記処理室２８を降下し、前記ガス排気管１２から排気される。処理ガスは前記処理室２８を通過する際にウェーハ１３の表面と接触し、熱ＣＶＤ反応によってウェーハ１３の表面上に堆積され、薄膜が生成される。
【００５８】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源（図示せず）から不活性ガスが供給され、前記処理室２８が不活性ガスに置換されると共に、該処理室２８の圧力が常圧に復帰される。
【００５９】
その後、ボートエレベータ（図示せず）により前記シールキャップ７が降下され、前記炉口部が開口されると共に、処理済ウェーハ１３が前記ボート５に保持された状態で前記処理室２８より引出される。降下された前記ボート５より前記基板移載機２４により、処理済ウェーハ１３が払出され、ポッド１７に移載される。
【００６０】
処理済ウェーハ１３を収納したポッド１７は、前記ポッド搬送装置１９を経て前記基板処理装置１５外部に搬送される。
【００６１】
上記した基板処理工程に於いて、前記ボート５のＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に前記伝熱板ホルダ３３，３３を形成し、該伝熱板ホルダ３３，３３に前記伝熱板３４，３４を設けることで、加熱時には該伝熱板３４，３４よりウェーハ１３の積層方向に対して熱が放射されるので、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３に対しては、外周部からの熱伝導に加えて前記伝熱板３４，３４からの熱放射によっても熱が伝達されることとなり、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３の加熱速度を上昇させることができる。
【００６２】
更に、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に前記伝熱板３４，３４を設けることで、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於ける熱逃げの影響を軽減することができるので、前記処理室２８の温度安定時に於けるＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域のウェーハ１３中心部の温度低下を防止することができる。ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ温度の面内均一性を向上させることで、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域の温度特性を改善し、ウェーハ１３の積層方向に於ける温度特性の良好な領域を拡大することができる。
【００６３】
従って、温度特性が良好な領域を拡大させることができるので、プロダクトウェーハ１３ａの保持枚数を増加させると共に、ダミーウェーハ１３ｂの保持枚数を減少させることができる。プロダクトウェーハ１３ａの保持枚数を増加させることで、１バッチ当りのウェーハ処理枚数が増加し、生産性の向上を図ることができると共に、ウェーハ１３の１枚当りの消費エネルギを削減することができる。
【００６４】
又、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ１３の加熱速度が上昇することで、温度リカバリ時間を短縮することができるので、基板処理に於けるレシピ時間の短縮を図ることができ、ウェーハ１３の処理効率を向上させることができる。
【００６５】
又、本実施例に於ける前記伝熱板３４は、Ｓｉ原子を含有しているので、基板処理時にウェーハ１３や、ウェーハ１３に生成される薄膜に与える影響を抑制することができる。
【００６６】
更に、本実施例は、前記伝熱板３４を設けるだけでよいので、ウェーハ１３の積層ピッチを変更せず、ウェーハ１３の均熱区間を保ったままで、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於ける温度特性を改善することができる。
【００６７】
尚、本実施例では、前記ボート５のＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域の両方に前記伝熱板３４を設けているが、該伝熱板３４は熱逃げの影響が特に大きいＢＯＴＴＯＭ領域にのみ設ける様にしてもよい。
【００６８】
又、本実施例では、所定の厚みを有する前記伝熱板３４を１枚のみ設けているが、ＳｉＣ製の薄板を複数設ける場合でも前記伝熱板３４と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
図６（Ａ）（Ｂ）は、ＢＯＴＴＯＭ領域に於ける該伝熱板３４の第１の変形例を示している。
【００７０】
図６（Ａ）（Ｂ）に示される伝熱板３５は、円板部３６下面の中心部に、該円板部３６と同心な円筒状の凸部３７が形成された形状となっている。
【００７１】
該凸部３７が形成されたことで、前記発熱体２５から伝達される熱の受熱面積が増加し、又前記円板部３６の中心部にあることで、前記伝熱板３５の中心部により多くの熱を供給できる。更に、前記凸部３７を円筒状としたことで、受熱面積に対する体積が小さくなるので、前記伝熱板３５の加熱速度をより向上させることができ、ＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ１３の温度上昇をより早めることができる。
【００７２】
又、図７（Ａ）（Ｂ）は前記伝熱板３４の第２の変形例を示しており、図７（Ａ）（Ｂ）に示される伝熱板３８は、前記円板部３６下面の中心部に、該円板部３６と同心な棒状の凸部３９が形成された形状となっている。
【００７３】
前記伝熱板３８も前記伝熱板３５と同様、前記凸部３９が前記円板部３６の中心部に形成されたことで、前記発熱体２５から伝達される熱の受熱面積が増加し、前記伝熱板３８の中心部により多くの熱を供給できるので、前記伝熱板３８の加熱速度をより向上させることができ、ＴＯＰ領域とＢＯＴＴＯＭ領域に於けるウェーハ１３の温度上昇をより早めることができる。
【００７４】
尚、図６（Ａ）（Ｂ）及び図７（Ａ）（Ｂ）に示される変形例では、前記円板部３６下面の中心部に、それぞれ円筒状の凸部３７及び棒状の凸部３９が形成されているが、前記発熱体２５からの熱放射を受けられる様、前記円板部３６下面の中心部に凸部が形成されていればよい。従って、凸部の形状は例えば三角柱状、四角柱状、円錐状等であってもよく、或は板を放射状に組合わせて凸部を形成してもよい。
【００７５】
又、凸部の表面積を増加させ、前記発熱体２５からの熱放射を受ける面積を増加させることで、より伝熱板の加熱速度を向上させることができる。
【００７６】
又、上記ではＢＯＴＴＯＭ領域に於ける伝熱板下面の中心に凸部を形成しているが、ＴＯＰ領域で熱逃げの影響が大きい場合には、ＴＯＰ領域の伝熱板に凸部を形成してもよい。この場合には、伝熱板上面の中心に凸部を設けることで、同様の効果を得ることができる。
【００７７】
尚、上述の実施例では、ＣＶＤ法による成膜例を示したが、プラズマを用いる処理であっても、原子層堆積による成膜、酸素ガスや水蒸気を用いた酸化処理、酸素原子を含有するガスと水素ガスを含有するガスとを用いた選択酸化処理等を行う処理装置についても本発明を適用することができる。
【００７８】
又、上述の実施例では、３００〜１０００℃、例えば６００℃に加熱することを記載したが、これ以外の温度で処理を行う装置に本発明を適用することで、基板保持具の炉口部近傍の基板温度の面内均一性を向上させつつ、基板保持具の縦方向の温度均一性を向上させることができる。基板の面内温度と基板保持具の縦方向の温度の均一性を向上させることで、基板の処理枚数を増加させ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００７９】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００８０】
（付記１）複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
【００８１】
（付記２）複数枚の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具が搬入される処理炉と、該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理炉内を排気する排気部と、前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、少なくとも前記基板保持具に保持される最上段の基板よりも上方か、前記基板保持具に保持される最下段の基板よりも下方のいずれか一方に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
【００８２】
（付記３）前記伝熱板はシリコン原子を含有する付記１又は付記２の基板処理装置。
【００８３】
（付記４）前記伝熱板はシリコン原子と炭素原子を含有する付記１又は付記２の基板処理装置。
【００８４】
（付記５）前記伝熱板の反基板側面に凸部を形成する付記１〜付記４のうちいずれかの基板処理装置。
【００８５】
（付記６）前記伝熱板は円板部と凸部とからなり、該凸部は前記円板部と同心である付記５の基板処理装置。
【００８６】
（付記７）前記凸部の前記円板部と前記凸部との境目の形状は円形である付記６の基板処理装置。
【００８７】
（付記８）基板を処理する処理室に搬入される基板保持具であって、複数の基板を積層し、保持する保持部と、少なくとも最下端の該保持部よりも下方に設けられた伝熱板とを有することを特徴とする基板保持具。
【００８８】
（付記９）基板を処理する処理室に搬入される基板保持具であって、少なくとも最上段の基板よりも上方か、最下段の基板よりも下方のいずれか一方に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板保持具。
【００８９】
（付記１０）前記伝熱板の反基板側面に凸部を形成する付記８又は付記９の基板保持具。
【００９０】
（付記１１）前記伝熱板は、円板部と凸部とからなり、該凸部は前記円板部と同心である付記１０の基板保持具。
【００９１】
（付記１２）前記凸部の前記円板部と前記凸部との境目の形状は円形である付記１１の基板保持具。
【００９２】
（付記１３）円板部と凸部とからなり、該凸部は前記円板部と同心であることを特徴とする伝熱板。
【００９３】
（付記１４）前記凸部の前記円板部と前記凸部との境目の形状は円形である付記１３の伝熱板。
【符号の説明】
【００９４】
１ 処理炉
２ ヒータ
３ 均熱管
４ 反応管
５ ボート
６ ボートキャップ
１３ ウェーハ
１５ 基板処理装置
２８ 処理室
３４ 伝熱板
３５ 伝熱板
３７ 凸部
３８ 伝熱板
３９ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を保持する基板保持具と、
該基板保持具が搬入される処理炉と、
該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、
前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理炉内を排気する排気部と、
前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、
前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、
前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記伝熱板はシリコン原子を含有する請求項１の基板処理装置。
【請求項３】
第１の搬送機構が下部に保持されたダミー基板と下端に設けられたボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板保持具に複数枚の基板を移載する工程と、
第２の搬送機構が前記基板保持具を処理室に搬入する工程と、
ガス供給部が前記処理室に処理ガスを供給する工程と、
加熱部が基板を加熱する工程と、
前記第２の搬送機構が前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、
前記第１の搬送機構が前記基板保持具から基板を取出す工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
複数枚の基板を保持する基板保持具と、
該基板保持具が搬入される処理炉と、
該処理炉に設けられ基板を加熱する加熱部と、
前記処理炉内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理炉内を排気する排気部と、
前記加熱部と前記ガス供給部と前記排気部とを制御する制御部とを具備し、
前記基板保持具の下部にはダミー基板が保持されると共に、
前記基板保持具の下端にボートキャップが設けられ、少なくともダミー基板と前記ボートキャップとの間に伝熱板が設けられたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記伝熱板はシリコン原子を含有する請求項１の基板処理装置。
【請求項３】
第１の搬送機構が下部に保持されたダミー基板と下端に設けられたボートキャップとの間に伝熱板が設けられた基板保持具に複数枚の基板を移載する工程と、
第２の搬送機構が前記基板保持具を処理室に搬入する工程と、
ガス供給部が前記処理室に処理ガスを供給する工程と、
加熱部が基板を加熱する工程と、
前記第２の搬送機構が前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、
前記第１の搬送機構が前記基板保持具から基板を取出す工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８０７７１（Ｐ２０１３−８０７７１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９１２６（Ｐ２０１１−２１９１２６）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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