JP2007048771A - 基板処理装置及び基板保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理量の基板面内均一性を向上させると共に、サイズアップすることなく、支柱とリング状プレートとの固着部の強度アップを図ることができる基板処理装置及び基板保持具を提供する。
【解決手段】ボート２１７は、略垂直に設けられた少なくとも３本の支柱１５と、支柱１５に多段に設けられて複数のウェハ２００を所定の間隔で略水平に載置する複数のウェハ支持部１６と、ウェハ支持部１６に支持されるウェハ２００に対して所定の間隔で略水平に設けられる複数のリング状プレート１３と、支柱１５のウェハ支持部１６に支持されるウェハ２００に対して略反対側に設けられ、複数のリング状プレート１３の内周面を載置する複数のプレート用切欠き２５とを有する。このプレート用切欠き２５に、リング状プレート１３が載置されて固着される。
【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置及び基板保持具に係り、特に基板面内の処理量の均一性と基板保持具の強度を改善したものに関する。

従来、縦型ＣＶＤ装置等において、複数の基板（ウェハ）を保持する基板保持具として、リング状プレートを有するボートが用いられている（例えば、特許文献１）。このボートは、図１６〜図１７に示すように、垂直に設けられた４本の支柱３２を持つ。支柱３２はウェハの出し入れが可能なように略半円周の範囲で配設されている。これらの支柱３２は、リング状プレートとしての石英製ホルダプレート３３の外側に配置される。このホルダプレート３３は、支柱３２に設けた溝部（図示省略）に水平姿勢で多段に溶接され、ホルダプレート３３の上面にはウェハを載置する基板載置部としての支持つめ部３４が複数設けられている。支持つめ部３４は支柱３２と重ならないように、ホルダプレート３３上に散在させる
このようなボートを使用してウェハ処理、例えばウェハ上に成膜を行えば、石英製ホルダプレート３３がウェハ面上の処理ガスの流れを均一化することにより、ウェハ端の膜厚だけが厚くなるのを抑制することができる。また、略半円周に配設された４本の支柱３２よりも内側のホルダプレート３３上に設けた支持つめ部３４の上に、ウェハを保持するので、支柱３２とウェハとの距離が遠ざかることから、支柱３２の影響が少なくなり、膜厚均一性を向上させることが可能となる。
特開平１１−４０５０９号公報（図５、図６、図７、図１０）

しかし、上述した従来の基板保持具では、リング状プレートの外側に支柱を配置するので、支柱がリング状プレートからはみ出す。また、リング状プレート上に基板載置部が設けられるので、リング状プレートの外形に変形や出っぱりが生じる。このため、従来の基板保持具を使用しても、なお支柱や基板載置部が処理ガスの流れの不均一な部分を構成することとなるため、これらの支柱や基板載置部の影響を無くすことはできず、基板処理結果でも、この支柱や基板載置部に対応する基板部分における処理量が少なくなる傾向にあった。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板保持具を構成する支柱や基板載置部などの影響による基板処理量の基板面内不均一部分を無くし、基板面内均一性を向上させることが可能で、併せて従来の基板保持具よりもサイズアップすることなく、支柱とリング状プレートとの固着部の強度が高く且つ長寿命化が可能な基板処理装置及び基板保持具を提供することにある。

第１の発明は、複数の基板を保持することが可能な基板保持具と、前記基板保持具に保持される基板を収容する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された処理室に処理ガスを供給するガス供給手段とを備え、前記基板保持具は、略垂直に設けられた少なくとも３本の支柱と、前記支柱に設けられ、前記複数の基板を所定の間隔で略水平に載置する複数の基板載置部と、前記基板載置部に支持される基板に対して所定の間隔で略水平に設けられる複数のリング状プレートと、前記支柱の前記基板載置部に支持される基板に対して略反対側に設けられ、前記複数のリング状プレートの内周面を載置する複数のリング状プレート載置部とを有し、前記リング状プレート載置部に前記リング状プレートを載置して固着したことを特徴とする基板処理装置である。

基板は基板保持具に保持された状態で、加熱手段によって加熱された処理室に収容されて処理される。ここで、基板を保持する基板保持具は、少なくとも３本の支柱を有するので、基板を安定に保持できる。また、支柱にリング状プレートが設けられているので、基板の周縁部の処理量が多くなるのを抑制できる。また、基板載置部を、リング状プレートにではなく支柱に設けることによって、支柱と基板載置部とを１つにまとめたことにより、支柱と基板載置部とが与える基板処理量への悪影響を低減することができる。したがって、基板処理量の面内均一性を改善できる。
また、リング状プレートを支柱に設けたリング状プレート載置部に固着したので、支柱とリング状プレートの固着部の強度が高く、リング状プレートが支柱から剥がれて破損しにくくなる。したがって、基板保持具の強度を改善できる。
なお、「基板に対して所定の間隔で略水平に設けられるリング状プレート」の所定の間隔とは、０値すなわち基板上面とリング状プレート上面とが一致、つまり面一になることも含む。

第２の発明は、複数の基板を保持することが可能な基板保持具であって、略垂直に設けられた少なくとも３本の支柱と、前記支柱に設けられ、前記複数の基板を所定の間隔で略水平に載置する複数の基板載置部と、前記基板載置部に支持される基板に対して所定の間隔で略水平に設けられる複数のリング状プレートと、前記基板載置部に支持される基板に対して略反対側に設けられ、前記複数のリング状プレートの内周面を載置する複数のリング状プレート載置部とを有し、前記リング状プレート載置部に前記リング状プレートを載置して固着したことを特徴とする基板保持具である。
基板を保持する基板保持具は、少なくとも３本の支柱を有するので、基板を安定に保持できる。また、支柱にリング状プレートが設けられているので、基板の周縁部の処理量が多くなるのを抑制できる。また、基板載置部を、リング状プレートにではなく支柱に設けることによって、支柱と基板載置部とを１つにまとめたことにより、支柱と基板載置部とが与える基板処理量への悪影響を低減することができる。したがって、基板処理量の面内均一性を改善できる。
また、リング状プレートを支柱に設けたリング状プレート載置部に固着したので、支柱とリング状プレートの固着部の強度が高く、リング状プレートが支柱から剥がれて破損しにくくなる。したがって、基板保持具の強度を改善できる。
なお、「基板に対して所定の間隔で略水平に設けられるリング状プレート」の所定の間隔とは、０値すなわち基板上面とリング状プレート上面とが一致、つまり面一になることも含む。

第３の発明は、第１の発明において、前記リング状プレートの前記支柱に対向する内周面が、前記支柱の周辺で切り欠いてある基板処理装置である。
リング状プレートの内周面が支柱の周辺で切り欠いてあると、支柱の周辺での処理ガスが流れやすくなり、支柱の有る部分と支柱が無い部分とで基板に対する処理ガスの流れの均一化を図ることができる。したがって、基板処理量の面内均一性を改善できる。

第４の発明は、第２の発明において、前記リング状プレートの前記支柱に対向する内周面が、前記支柱の周辺で切り欠いてある基板保持具である。
リング状プレートの内周面が支柱の周辺で切り欠いてあると、支柱の周辺での処理ガスが流れやすくなり、支柱の有る部分と支柱が無い部分とで基板に対する処理ガスの流れの均一化を図ることができる。したがって、基板処理量の面内均一性を改善できる。

第５の発明は、複数の基板を保持することが可能な基板保持具と、前記基板保持具に保持される基板を収容する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された処理室に処理ガスを供給するガス供給手段とを備え、前記基板保持具は、略垂直に設けられた少なくとも３本の支柱と、前記支柱に設けられ、前記複数の基板を所定の間隔で略水平に載置する複数の基板載置部と、前記基板載置部に支持される基板に対して所定の間隔で略水平に設けられる複数のリング状プレートと、前記基板載置部に支持される基板に対して略反対側に設けられ、前記複数のリング状プレートの内周面を載置する複数のリング状プレート載置部とを有し、前記リング状プレート載置部に前記リング状プレートを載置して固着した基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法において、前記基板保持具の基板載置部に前記基板を載置する工程と、前記基板保持具の基板載置部に載置された基板を前記処理室に搬入する工程と、前記加熱手段により前記処理室を加熱する工程と、前記加熱された処理室に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

複数の基板は基板載置部に載置されることにより基板保持具に保持される。複数の基板を保持した基板保持具が処理室に搬入される。処理室は加熱手段によって加熱され、加熱された処理室にガス供給手段から処理ガスが供給されて、基板保持具に保持された複数の基板が処理される。ここで、基板を保持する基板保持具は、少なくとも３本の支柱を有するので、基板を安定に保持できる。また、支柱にリング状プレートが設けられているので、基板の周縁部の処理量が多くなるのを抑制できる。また、基板載置部を、リング状プレートにではなく支柱に設けることによって、支柱と基板載置部とを１つにまとめたことにより、支柱と基板載置部とが与える基板処理量への悪影響を低減することができる。したがって、基板処理量の面内均一性を改善できる。
また、リング状プレートを支柱に設けたリング状プレート載置部に固着したので、支柱とリング状プレートの固着部の強度が高く、リング状プレートが支柱から剥がれて破損しにくくなる。したがって、基板保持具の強度を改善できる。
なお、「基板に対して所定の間隔で略水平に設けられるリング状プレート」の所定の間隔とは、０値すなわち基板上面とリング状プレート上面とが一致、つまり面一になることも含む。

本発明によれば、基板保持具を構成する支柱や基板載置部などの影響による基板処理量の基板面内不均一部分を無くし、基板面内均一性を向上させることができる。また、従来の基板保持具よりもサイズアップすることなく、支柱とリング状プレートとの固着部の強度が高く且つ長寿命化を図ることができる。したがって、基板処理における歩留まり及び品質の向上を長時間確保することができる。

以下に本発明の基板処理装置及び基板保持具を、縦型炉を有する半導体製造装置に適用した実施の形態を説明する。なお、半導体製造装置では、シリコンなどの基板よりＩＣ等の半導体素子を製造する。

図１４は縦型炉を有する半導体製造装置の概略図であり、図１５は縦型炉としての減圧ＣＶＤ処理炉の断面図である。図１４に示すように、筐体１０内部の前側にカセットローダ６が位置し、カセットローダ６の後側にカセット棚１が設けられる。カセット棚１の上方にバッファカセット棚７が設けられ、カセット棚１の後側にウェハ移載機２が設けられる。ウェハ移載機２の後側にボート２１７を昇降させるボートエレベータ８が設けられ、ボートエレベータ８の上方に縦型炉５が設けられる。

縦型炉５は、図１５に示すように、外管（以下、アウタチューブ２０５）と内管（以下、インナチューブ２０４）とを有する。アウタチューブ２０５は例えば石英（ＳｉＯ₂）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。インナチューブ２０４は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、アウタチューブ２０５内に同軸的に配置されている。アウタチューブ２０５とインナチューブ２０４との間の空間は筒状空間２５０を成す。インナチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気されるようになっている。

アウタチューブ２０５およびインナチューブ２０４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウタチューブ２０５およびインナチューブ２０４が保持されている。このマニホールド２０９は保持手段（以下ヒータベース２５１）に固定される。アウタチューブ２０５の下端部およびマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、両者の間が気密にシールされている。

マニホールド２０９には、その外側からインナチューブ２０４内の下方にガス供給手段としての第１のガス供給管２３２が挿入されて、ガスをインナチューブ２０４内に供給できるようになっている。

マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）が気密シール可能に着脱自在に取り付けられている。シールキャップ２１９には、その外側からインナチューブ２０４内の上方にガス供給手段としての第２のガス供給管２３２ａが挿入され、インナチューブ２０４内に処理ガスを導入できるようになっている。この第２のガス供給管２３２ａには、複数のウェハ２００に向けられた複数のガス孔（図示せず）が設けられ、インナチューブ２０４内に導入された処理ガスを各ウェハに供給できるようになっている。

シールキャップ２１９の上にボートキャップ２１１を介して基板保持具（以下ボート２１７）が載置されている。また、シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に多段に保持されている複数のウェハ２００を回転させる。又、シールキャップ２１９に昇降手段（図示略）が連結されていて、ボート２１７を昇降させる。

アウタチューブ２０５の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同軸的に配置されている。ヒータ２０７は、アウタチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出する。前述したインナチューブ２０４、アウタチューブ２０５と、マニホールド２０９とで、ボート２１７に支持されたウェハ２００を収納して処理するための処理室２０１を構成する。

図１５に示した処理炉による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、昇降手段によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウェハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、処理室２０１内の温度を所定の処理温度にする。第１のガス供給管２３２により予め処理室２０１内を不活性ガスで充填しておき、昇降手段により、ボート２１７を上昇させて処理室２０１内に移し、処理室２０１の内部温度を所定の処理温度に維持する。処理室２０１内を所定の真空状態まで排気した後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウェハ２００を回転させる。同時に第２のガス供給管２３２ａから処理用のガスを供給する。供給された処理ガスは、各ウェハ２００に対して均等に供給される。
減圧ＣＶＤ処理中の処理室２０１内は、排気管２３１を介して排気され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行って、ウェハ２００上に薄膜を形成する。

このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウェハ２００の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、処理室２０１内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、昇降手段によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウェハ２００を処理室２０１から取り出す。処理室２０１から取り出されたボート２１７上の処理済のウェハ２００は、未処理のウェハ２００と交換され、再度前述同様にして処理室２０１内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理が成される。

上述した減圧ＣＶＤ処理において、ウェハ２００上に形成される薄膜の膜厚の面内均一性を向上させるためには、図１６及び図１７と同様な、支柱にリング状プレートを設ける構造のボートを使用する場合、好ましくは、ボート２１７を構成する支柱がリング状プレートから外側にはみ出さないようにすると良い。また、ボート２１７は回転軸２５４（図１５参照）により回転させるため、特に支柱をリング状プレートの内側に取り付けると、支柱とガス供給管２３２、２３２ａ、および支柱とインナチューブ２０４との回転の際のすき間をより適切に保つことが可能となり、支柱とガス供給管２３２、２３２ａ、および支柱とインナチューブ２０４の内壁との擦れによるパーティクル発生等を回避できる。さらに、リング状プレート１３にウェハ支持部を設けないようするのが良い。すなわち、支柱がリング状プレートからはみ出さず、またリング状プレートの外形は変形や出っぱりのないほうが良い。

そこで、本発明のプロトタイプのボート２１７では、上記要請に応えるために、リング状プレート１３に基板載置部としてのウェハ支持部を固着するのではなく、支柱１５に直接ウェハ支持部を固着するようにした。また、支柱をリング状プレート１３の内側に取り付けるようにすると共に、リング状プレート１３の支柱取付部を切り欠くようにした。その結果、半導体製造装置において、ウェハの面内均一性を向上させることができるようになった。特に実施の形態のような縦型炉を有するバッチ式の半導体製造装置においては、成膜速度向上（デポレート向上）、およびウェハ品質向上の要求にも対応できるようになった。

［プロトタイプ］
以下、本発明のプロトタイプのボートを図６〜図７を用いて説明する。図６はボートの全体構成図であり、図７はボートの詳細図であって、（ａ）は２枚のリング状プレートに着目したボートの中央縦断面図、（ｂ）はボートの平断面図である。

ボート２１７は、例えば石英製であり、図６に示すように、二枚の平行な板としての底円板１７及び天円板１１と、底円板１７と天円板１１との間に略垂直に設けられた複数本、例えば３本の支柱１５とを有する。リング状プレート１３を安定かつシンプルに支持するためには、支柱１５の数は特に３本であることが好ましいが、３本以上であっても良い。支柱１５は略円柱状をしている。図示例では、支柱１５のウェハ支持部１６を取り付ける取付け面がカットされている。

３本の支柱１５は、底円板１７に略半円状に配列固定されている。天円板１１は、３本の支柱１５の上端部に固定されている。底円板１７と天円板１１との間には、所定の間隔で多段に略水平姿勢で設けられた複数のリング状プレート１３が、支柱１５に固着されている。リング状プレート１３は石英製であり、支柱１５も同じく石英製である。

各支柱１５には、複数のウェハ２００を垂直方向に所定の間隔で略水平に載置することが可能な複数の基板載置部としてのウェハ支持部１６が多段に突設される。図７に示すように、各ウェハ支持部１６は略円柱状をしており、ボート２１７の中心、すなわちリング状プレート１３の中心に向けて突設されている。この場合、支柱１５には、ウェハ１枚につきそれぞれ１つずつウェハ支持部１６を設ける。すなわち、１段に３つのウェハ支持部１６が突設されている。この突設された３つのウェハ支持部１６上に、ウェハ２００の外周を支持させることにより、ウェハ２００を載置するようになっている。このウェハ支持部１６は水平度が保たれているのが好ましい。水平度が保たれることにより、ウェハ搬送時にウェハがウェハ支持部１６に接触する等の干渉を回避し、またボート２１７にウェハ２００が載置された状態でのウェハ上に均一なガスの流れを確保できる。

上述したリング状プレート１３は、支柱１５のウェハ支持部１６の各設置位置よりも下方に設置され、ウェハ支持部１６に支持されるウェハ２００に対して所定の間隔で略水平に設けられる。このリング状プレート１３は、中央が開口した略円形に形成され、リング状プレート１３の内周面に３本の支柱１５を納めることにより、３本の支柱１５を取り囲むようになっている。本プロトタイプのように、ウェハの全周に亘って略円形に形成されたリング状プレート１３を設けることにより、ウェハの周縁部の膜厚が全周で厚くなる傾向を改善することができる。

リング状プレート１３の支柱１５に対向する内周面、あるいは支柱１５に近接する内周面、ないしは支柱１５の直近にある内周面には、３本の支柱１５を挿入するために、前記支柱１５の周辺で切り欠いた支柱用切欠き２０が形成されている。支柱用切欠き２０は、図７（ｂ）に示すように、リング状プレート１３の中心線２１上のウェハの出し入れ側の反対側に１個、又中心線２１に対して左右対称位置に１個ずつ計３個形成される。支柱用切欠き２０は、支柱１５をリング状プレート１３の内側に配設するために、内側から外側に向かって切り欠かれている。支柱用切欠き２０の深さは、支柱１５による膜厚への悪影響を低減するために、支柱１５が支柱用切欠き２０内に納まる深さとするのがよい。

図８は図７（ｂ）の丸印で囲ったＡ部の詳細図である。石英製のウェハ支持部１６は、石英製の支柱１５とは別体に設けられて、支柱１５のウェハ側のカット面に設けたウェハ支持部挿入孔２３に挿入され、溶着されている。これにより、従来のホルダプレート上に支持つめ部を固着したものと比べて、支柱１５とウェハ支持部１６との固着部の強度は高く且つ長寿命化が可能となる。なお、ウェハ支持部１６は、支柱１５に一体に取り付けても良い。

また、支柱用切欠き２０は、リング状プレート１３の内周面の支柱１５の周辺で切り欠かれている。この支柱用切欠き２０は、支柱１５が嵌め込まれる孔としての略円形ないし略半円形の嵌込み部２０ａと、嵌め込み部をリング状プレート１３の内周方向に開放させる開口部２０ｂとから構成される。支柱１５を嵌込み部２０ａに嵌めた状態で、この開口部２０ｂを平面視して、この開口部２０ｂ上にウェハ支持部１６を投影したとき、開口部２０ｂは、ウェハ支持部１６が開口部２０ｂの中央に納まり、開口部２０ｂの開口幅がウェハ支持部１６の幅よりも大きくなっていることが好ましい。このように支柱用切欠き２０にリング状プレート１３の内周方向に開放する開口部２０ｂを設けると、上方からウェハ支持部１６に当たったガスが、ウェハ支持部１６の両側に回り込んで、そのまま開口部２０ｂを通過して下方に流れるので、ウェハ支持部１６で乱流が生じがたくなる。したがって、ウェハ支持部付き支柱１５が存在する部分と、それが存在しない部分とで、処理ガスの流れに、差異が生じなくなる。特に、図示例のように、開口部２０ｂは前記内周面側へ扇形に開くようにすることが好ましい。開口部２０ｂが扇形に開いていると、ウェハ支持部１６で乱流が一層生じがたくなり、ウェハ支持部付き支柱１５が存在する部分と、それが存在しない部分とで、処理ガスの流れに、より差異が生じなくなるからである。

リング状プレート１３と支柱１５とを固着する固着部１８は、支柱１５のウェハ支持部１６に支持されるウェハに対して略反対側（背面側）に設けられる。この固着部１８は、石英製の支柱１５と石英製リング状プレート１３とを互いに溶着して一体化した溶着部２８により形成される。

図９は図７（ａ）の丸印で囲ったＢ部の詳細図である。前述したように、支柱１５とリング状プレート１３との固着部１８は、リング状プレート１３の内周面と支柱１５の背面とを溶着して一体化した溶着部２８により形成される。

図１０は、支柱１５の背面側から支柱１５とリング状プレート１３との固着部１８を見た斜視図を示す。図８及び図９からもわかることであるが、リング状プレート１３はリング状プレート１３の支柱側部分を切り欠いて支柱１５に固着するために、リング状プレート１３の支柱用切欠きが形成されている固着部１８の部分の内外径間の幅は、支柱用切欠き２０の深さが深いほど、他部の幅と比べて狭くなる。

上述したボート２１７を製作する方法を図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はボートの全体図、図１１（ｂ）は（ａ）のＡ部詳細図である。なお、これらの図は、説明の便宜上、横倒しにして描いてある。支柱用切欠き２０を形成した複数のリング状プレート１３を用意する。図１１（ｂ）に示すように、複数のリング状プレート１３を、各支柱用切欠き２０が互いに上下（図では左右）で合致するように揃えて積層させた状態で、リング状プレート１３のピッチ［Ａ］を規定するために、高精度に加工された櫛形の位置決め治具を用いて仮固定する。底円板１７に３本の支柱１５を半円状に配列して固定する。このとき、支柱１５に突設したウェハ支持部１６は径方向内方を向くようにする。支柱１５を、仮固定した複数のリング状プレート１３の支柱
用切欠き２０に嵌めて、嵌めた支柱１５を切欠き部分でリング状プレート１３に固定する。リング状プレート１３は、垂直方向に設けられた複数のウェハ支持部１６間のちょうど中間位置に、それぞれ位置するように固着する。支柱１５に天円板１１を固定する。治具を取り外すと、多数枚のウェハを多段に積載するボート２１７が完成する。なお、リング状プレート１３の固着を含めたボート部材間の固着は、前述した石英ガラス同士の溶着で行なう。リング状プレート材や支持材、天円板材、底円板材（つまり、ボート２１７を構成する部材）は、耐熱性であれば特に限定されないが、石英の他に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、セラミック等の耐熱性材料が好ましい。

本プロトタイプによれば、支柱１５にウェハ支持部１６を設けることによって、ウェハの膜厚に対して個々に悪影響を与えている２種類の要因であるウェハ支持部１６と支柱１５とを１箇所に集約させるようにしたので、ウェハ支持部１６と支柱１５とを散在させた場合に比べて、ウェハ支持部１６と支柱１５との両方の膜厚に与える悪影響を１つにまとめることができるので、ウェハの膜厚への悪影響を低減することができる。また、本プロトタイプによれば、支柱取付部のリング状プレート１３の内周面を切り欠いて支柱用切欠き２０を設けるようにしたので、支柱１５及びウェハ支持部１６の有る部分において、ガス流の支柱１５及びウェハ支持部１６の影響を抑制することができ、ウェハ支持部１６及び支柱１５の無い部分と同様な膜厚をウェハ２００上に得ることができる。

この支柱用切欠き２０の効用を、図１２を用いて具体的に説明する。図１２は、処理ガスがインナチューブを横切る場合において、処理ガスがウェハ２００からリング状プレート１３の方向へ流れ、下部へ排気される場合のガス流れの概念図である。図１２（ａ）は支柱１５及びウェハ支持部１６が無い部分のガス流れ、図１２（ｂ）は支柱１５及びウェハ支持部１６が有る部分のガス流れを示す。ＣＶＤ処理等において、石英表面でも処理ガスによる成膜反応が起こることは周知の事実であるが、本来ウェハ２００で反応すべき処理ガスが石英表面で反応してしまうことにより、支柱１５及びウェハ支持部１６近傍のウェハ部へ供給される処理ガスの量が少なくなる。その結果として、支柱１５及びウェハ支持部１６近傍のウェハ部の膜厚が薄くなってしまう傾向にある。

プロトタイプでは、図１２において、リング状プレート１３に支柱用切欠き２０を設けることにより、支柱１５及びウェハ支持部１６が有る部分の支柱１５とウェハ端との距離Ｌｂを、支柱１５及びウェハ支持部１６が無い部分のリング状プレート１３の内周面とウェハ端との距離Ｌａより大きくすることによりコンダクタンスを大きくする。これによって、支柱１５及びウェハ支持部１６が有る部分に流れる処理ガスの量を増やすことにより、支柱１５及びウェハ支持部１６が無い部分のウェハ周縁部Ｗｂの膜厚と、支柱１５及びウェハ支持部１６が有る部分のウェハ周縁部Ｗａとの膜厚を同等とすることができる。
なお、図１２では、処理ガスがインナチューブを横切る場合において、処理ガスがウェハ２００からリング状プレート１３方向へ流れる場合を説明したが、処理ガスがリング状プレート１３からウェハ方向へ流れる場合や、処理ガスが下から上へ流れる場合も同様である。
したがって、処理ガスがインナチューブ２０４を下から上に向かって流れるにせよ、インナチューブ２０４を横切るにせよ、膜厚のウェハ面内均一性を向上させるという前述した要請に応えることができる。また、リング状プレートは、支柱に垂直方向に複数所定の間隔で設けられるので、複数のウェハの面間の均一性も改善できる。

また、図１２に示すように、リング状プレート１３とウェハ２００との垂直方向の距離の関係は、処理ガスは、ウェハ上面とウェハ２００より上部に配置されたリング状プレート下面との間を流すように供給するため、例えばウェハ上面とウェハ２００より上部に配置されたリング状プレート下面との距離がせまいと、リング状プレートに直接ガスがあたり、ガスが乱流になりやすく、膜厚均一性に悪影響を及ぼすことになってしまう。したがって、ウェハ上面とウェハ２００より上部に配置されたリング状プレート下面との距離は大きくなるように配置することが好ましい。とりわけ、図１３に示すように、ウェハ上面とリング状プレートの上面とが一致する、つまり面一になるように配置すると、面内膜厚均一性よりいっそう良好となる。また、高い成膜速度を維持することができ、つまり成膜速度も改善できることとなる。

また、Ｌａの最適値を実験により評価したところ、直径３００ｍｍウェハの成膜評価においては、Ｌａが２ｍｍ未満ではウェハ周縁部の膜厚がウェハ中心の膜厚より薄くなり、逆にＬａが７ｍｍを超えるとウェハ周縁部の膜厚がウェハ中心の膜厚より厚くなることがわかった。このことにより、ウェハ直径３００ｍｍサイズで、距離Ｌａは２〜７ｍｍが最適であると言える。また、Ｌｂは、Ｌａ＜Ｌｂであることが必須である。これはガス流の障害となる支柱１５とウェハ支持部１６の有る側のガス流路のコンダクタンスを大きくする必要があるからである。

また、プロトタイプでは、支柱１５にウェハ支持部１６を固着するようにしたので、ウェハ載置位置の精度を出すのは容易である。これは、支柱１５とウェハ支持部１６、支柱１５と底円板１７は、ともに機械加工されて精度の出た面をあてて溶接をすることができるからである。この点で、図１７に示す従来例のものは、ウェハ載置位置の精度を出すのは難しい。これは、ホルダプレート３３に支持つめ部３４を接合する際に、ホルダプレート３３の表面を鏡面状態に磨き上げて支持つめ部３４を圧着（鏡面状態の部材同士を熱と力をかけて接合する方法）する工程を採用する場合が多い。これにともなって、ホルダプレート３３は、例えば厚さ３ｍｍの原材料から厚さ２ｍｍの鏡面のプレートへ磨かなければならない工程が必然的に導入されるからである。 また、従来例のものは、上記工程を必要とするため、非常に製作時間がかかり、コストも高くなっていた。これに対してプロトタイプでは、支柱にウェハ支持部を固着し、このウェハ支持部を設けた支柱にウェハ支持部の存在しない単純構造のリング状プレートを接合するだけなので、上記工程を省くことができ、製作時間を大幅に短縮でき、コストダウンを実現できる。

また、支柱１５にウェハ支持部１６を固着していることにより、支柱１５の本数を、対称形でウェハ２００を保持できる最少本数である３本とすることができる。ガス流れがウェハに影響しないようにするために、リング状プレート１３の中心線に対して左右対称位置に支柱１５を設ける必要があるが、プロトタイプでは、図７（ｂ）に示すように、リング状プレート１３の中心線上のウェハの出し入れ側の反対側に設けたウェハ支持部１６に、重ねて支柱１５を設けることができるからである。したがって、支柱１５にウェハ支持部１６を設ける場合には、ガス流れがウェハに影響する部分を、最少の３ヶ所とすることができる。また、ウェハ支持部１６を３つとすることにより、３点支持にてウェハを保持でき、安定した保持が可能となる。

また、プロトタイプのボート２１７は、支柱１５をリング状プレート１３の内側に取り付けるようにしたので、支柱１５とインナチューブ２０４との回転の際のすき間をより適切に保つことが可能となり、支柱１５とインナチューブ２０４の内壁との擦れによるパーティクル発生等を回避できる。また、支柱１５にウェハ支持部１６を設けるという簡単な構成によって、ウェハ面内の膜厚の均一性を改善できるので、ボートサイズが大きくならず、装置サイズも大きくなることがない。したがって、熱量過多でスループットが悪化するということもない。

上述したプロトタイプを用いた本発明の基板処理装置は、特に縦型装置に好適であるが、その他の基板処理装置にも適用可能である。また、基板処理装置は、成膜炉その他のアニール炉、拡散炉等にも適用可能である。また、成膜炉で成膜する対象膜種は、Ｄ−ＰＯＬＹ膜、Ｓｉ₃Ｎ₄膜、ＨＴＯ膜（高温酸化膜）などの他、ＣＶＤ膜全般にわたって適用可能である。
特に、本発明の基板処理装置は、ＣＶＤ膜において、デポレートが従来２０Å／ｍｉｎであったのを５０Å／ＭｌＮに向上できるので、デポレートを向上させる方法として有効である。またＣＶＤ膜において、本発明の基板処理装置は、ウェハ面内、ウェハ面間、バッチ間の均一性を、ノーマルボートないしリングボートを用いる従来の基板処理装置の±３％以内から±１％以内に向上できるので、ウェハ品質を向上させる方法としても有効である。

ところで、上述したプロトタイプのボート２１７では、リング状プレート１３の支柱側部分を切り欠くため、支柱１５と石英製リング状プレート１３の固着部１８の内外径間の幅が他部の幅と比べて狭いため、この部分の強度が弱くなり運搬や組立て作業の際に固着部１８から、リング状プレート１３が剥がれてボートが破損しやすくなってしまう。
また、定期的な酸溶液でのボート洗浄の際に支柱１５とリング状プレート１３の固着部１８の劣化が進行して、部品としての寿命が短くなってしまう。そこで前述したプロトタイプ構成のボートは改善の余地がある。

以下に説明する本実施の形態では、プロトタイプのボートを改善して、図１７に示す従来のボートよりもサイズアップすることなく、強度が高く且つ長寿命化を可能にしている。

［実施の形態］
図１〜図５は、実施の形態におけるボートの説明図であって、図１は図４（ａ）のＢ部の詳細図、図２は支柱の背後側から支柱とリング状プレートとの固着部を見た斜視図、図３は、図４（ｂ）のＡ部の詳細図、図４はボートの詳細図であって、（ａ）は２枚のリング状プレートに着目したボートの中央縦断面図、（ｂ）はボートの平断面図である。

実施の形態は、基本的な構成はプロトタイプと同じである。異なる点は、支柱にリング状プレート載置部を設け、そのリング状プレート載置部にリング状プレートが固着されている点である。以下、詳述する。

図４において、リング状プレート載置部２４は、支柱１５のウェハ支持部１６に支持されるウェハ２００に対して略反対側に設けられて、複数のリング状プレート１３の内周面を載置するようになっている。そして、このリング状プレート載置部２４にリング状プレート１３が固着されている。図４と対応するプロトタイプの図７と比較すると構成の違いが分かるが、図４ではＢ部に示されているように、リング状プレート１３の内周部が支柱１５に食い込んでいる。また、図４ではＡ部に示されているように、リング状プレート載置部２４におけるリング状プレート部分の幅が広くなっている。

図３に示すように、支柱の１５の背面、すなわち、支柱１５のリング状プレート１３に切り欠かれた嵌込み部２０ａと対向する面に、リング状プレート載置部としてのプレート用切欠き２５を設けてある。このプレート用切欠き２５に、支柱用切欠き２０のために幅が狭くなっているリング状プレート１３の幅狭部１３ａの内周部を保持させる。リング状プレート１３と支柱１５とを固着する固着部２７は、支柱１５に設けたプレート用切欠き２５の部分と、このプレート用切欠き２５上に載置されたリング状プレート１３の部分とを互いに溶着して一体化することにより形成される。

プレート用切欠き２５は図１に明瞭に示されており、支柱１５の背面側に設けたプレート用切欠き２５内にリング状プレート１３の幅狭部の内周部が載置され、石英製の支柱１５と石英製リング状プレート１３とが重なった固着部２７で固着されている。

図２あるいは図１、図３〜図４からわかるように、リング状プレート１３が支柱１５の外周部からできるだけはみ出すことなく、リング状プレート１３を支柱１５に固着するために、リング状プレート１３の支柱側部分を切り欠いてある点は、プロトタイプと同じであるが、プロトタイプのものと比べて、プレート用切欠き２５の深さの分、リング状プレート１３の幅狭部を広くすることができる。

このように、実施の形態では、プロトタイプのものと比べて、プレート用切欠き２５の深さの分、余計にリング状プレート１３の幅を残して支柱１５に固着することができるので、支柱１５とリング状プレート１３の固着部２７の強度を上げることができる。
また、支柱１５の背面に設けたプレート用切欠き２５に、リング状プレート１３の幅狭部の内周部を入り込ませることができるので、ボート２１７全体の外形寸法が大きくなることもない。

また、上述したボート２１７を製作する場合、プロトタイプでは、支柱とリング状プレートを溶接する際、リング状プレートのピッチ［Ａ］を規定するため櫛形の位置決め治具を使ってリング状プレートを固定してから支柱と溶着させていたことは前述した通りである。これに対して、実施の形態では、図５（ａ）のボート全体図のＡ部の詳細である図５（ｂ）に示すように、支柱１５のプレート用切欠き２５にリング状プレート１３をあてがうだけで、リング状プレート１３のピッチ［Ａ］を規定することができる。このためリング状プレート１３とウェハ支持部１６との位置精度を出す作業がプロトタイプのものと比べてはるかに容易になる。また、プロトタイプで使っていた位置決め治具を使用することなく、支柱１５とリング状プレート１３を溶着することができるので、ボートの製作が容易となる。
また、支柱１５に設けるプレート用切欠き２５は、機械加工にて加工するため、プレート用切欠き２５の設置位置を高精度に出すことができる。

このように本実施の形態のボートによれば、プロトタイプのボートと比べて次のような効果がある。
（１）リング状プレートと支柱との切欠き部同士を固着することにより、固着部においてリング状プレートが支柱からはみ出す量を抑えることができるので、従来のボートよりもサイズアップするのを防止できる。
（２）支柱側にもプレート用の切欠きを設けたことにより、リング状プレートの支柱用切欠きの深さを浅くして残りの幅を広くすることができるので、リング状プレート自体の強度をアップすることができる。
（３）リング状プレートの切欠き部を支柱側に設けたプレート用切欠き部に載置して、重なった部分を固着するようにしたので、リング状プレートと支柱との固着部の面積を増大でき、固着部の強度をアップすることができる。
（４）リング状プレートと支柱との固着部の強度アップにより、リング状プレートが支柱から剥がれて破損するということもなく、ボートの部品寿命が延び、ランニングコストが削減できる。
（５）機械加工によってプレート用切欠きを設けることにより、支柱上のウェハ支持部に対するリング状プレートの位置精度を容易に出すことができる。

図４のＢ部の詳細を示すボートの要部断面図である。 実施の形態におけるボートを構成する支柱の背後側から支柱とリング状プレートとの固着部を見た要部斜視図である。 図４のＡ部の詳細を示すボートの要部断面図である。 実施の形態におけるボートの詳細図であって、（ａ）は２枚のリング状プレートに着目したボートの中央縦断面図、（ｂ）はボートの平断面図である。 実施の形態となるボートを製作する方法を説明するための図であって、（ａ）はボートの全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部詳細図である。 実施の形態とプロトタイプとに共通した基板保持具としてのボートの全体構成図である。 本発明のプロトタイプとなるボートの詳細図であって、（ａ）は２枚のリング状プレートに着目したボートの中央縦断面図、（ｂ）はボートの平断面図である。 図７（ｂ）のＡ部の詳細図である。 図７（ａ）のＢ部の詳細図である。 プロトタイプとなるボートを構成する支柱の背後側から支柱とリング状プレートとの固着部を見た要部斜視図である。 プロトタイプとなるボートを製作する方法を説明するための図であって、（ａ）はボートの全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部詳細図である。 実施の形態とプロトタイプにおけるガス流れを示す共通の説明図であって、（ａ）はウェハ支持部及び支柱が無い部分のガス流れを示す説明図、（ｂ）はウェハ支持部及び支柱が有る部分のガスの流れを示す説明図である。 実施の形態とプロトタイプにおけるガス流れを示す共通の説明図であって、（ａ）はウェハ支持部及び支柱が無い部分のガスの流れを示す説明図、（ｂ）ウェハ支持部及び支柱が有る部分のガスの流れを示す説明図である。 実施の形態における基板処理装置としての半導体製造装置の全体構成を示す斜視図である。 実施の形態における反応炉の縦断面図である。 従来例のホルダプレートの説明図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 従来例のボートの全体構成図である。

符号の説明

１５ 支柱
１６ ウェハ支持部（基板載置部）
１３ リング状プレート
２５ プレート用切欠き（リング状プレート載置部）
２７ 固着部
２００ ウェハ（基板）
２１７ ボート（基板保持具）
２０１ 処理室
２０７ ヒータ（加熱手段）
２３２ ガス供給管（ガス供給手段）
２３２ａ ガス供給管（ガス供給手段）

Claims (2)

1. 複数の基板を保持することが可能な基板保持具と、前記基板保持具に保持される基板を収容する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された処理室に処理ガスを供給するガス供給手段とを備え、
   前記基板保持具は、
   略垂直に設けられた少なくとも３本の支柱と、
   前記支柱に設けられ、前記複数の基板を所定の間隔で略水平に載置する複数の基板載置部と、
   前記基板載置部に支持される基板に対して所定の間隔で略水平に設けられる複数のリング状プレートと、
   前記支柱の前記基板載置部に支持される基板に対して略反対側に設けられ、前記複数のリング状プレートの内周面を載置する複数のリング状プレート載置部とを有し、
   前記リング状プレート載置部に前記リング状プレートを載置して固着したことを特徴とする基板処理装置。
2. 複数の基板を保持することが可能な基板保持具であって、
   略垂直に設けられた少なくとも３本の支柱と、
   前記支柱に設けられ、前記複数の基板を所定の間隔で略水平に載置する複数の基板載置部と、
   前記基板載置部に支持される基板に対して所定の間隔で略水平に設けられる複数のリング状プレートと、
   前記基板載置部に支持される基板に対して略反対側に設けられ、前記複数のリング状プレートの内周面を載置する複数のリング状プレート載置部とを有し、前記リング状プレート載置部に前記リング状プレートを載置して固着したことを特徴とする基板保持具。

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