JP2010161276A - 半導体ウエハに被膜を形成する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被膜形成処理を連続的に実施可能な技術を提供する。
【解決手段】 被膜形成装置は、半導体ウエハを保持するウエハホルダと、搬入口から加熱管内に順次搬入される複数のウエハホルダを一連に支持しながら搬出口へと搬送する搬送手段と、加熱管内にガスを供給する第１ガス供給手段と、加熱管内のガスを外部に排出するガス排出手段を備えている。各々のウエハホルダは、保持した半導体ウエハを取り囲む枠体を有しており、搬送手段によって一連に支持された複数のウエハホルダは、それらの枠体が連なって搬入口から搬出口まで伸びる反応空間を形成する。第１ガス供給手段は、熱分解すると単独でも被膜を形成し得る第１種類のガスを、枠体の内側に形成される反応空間に供給し、ガス排出手段は、枠体の内側に形成される反応空間のガスを外部に排出するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハに被膜を形成する技術に関する。特に、化学気相成長処理（ＣＶＤ処理）によって被膜を形成する技術に関する。

ＣＶＤ処理は、半導体ウエハに被膜を形成する手法の一種であり、半導体ウエハを加熱管内に収容し、加熱管内に被膜材料を含む原料ガスを供給することによって、半導体ウエハに被膜材料を堆積させる技術である。
特許文献１に、ＣＶＤ処理によって半導体ウエハに被膜を形成する技術が開示されている。この技術では、複数の半導体ウエハをボートと称する治具に載置し、当該治具を加熱管内に収容することによって、複数の半導体ウエハに一括してＣＶＤ処理を行っている。

特開平１０−２８４４２４号公報

特許文献１に開示された技術のように、複数の半導体ウエハに一括してＣＶＤ処理を行う手法では、前工程から既定数の半導体ウエハが供給されるまで、仕掛品の半導体ウエハを無用に滞留させてしまうことになる。また、ＣＶＤ処理後においても、多数の半導体ウエハを一括して後工程に供給することになり、やはり仕掛品の半導体ウエハを無用に滞留させてしまうことになる。
さらに、特許文献１に開示された技術では、半導体ウエハに対してＣＶＤ処理を行った際に、加熱管の内壁にも被膜が形成されてしまう。加熱管の内壁に形成された被膜は、適当な頻度で除去する必要があり、被膜を除去する洗浄作業を行うために、ＣＶＤ処理をたびたび休止しなければならない。その結果、仕掛品の半導体ウエハを無用に滞留させてしまう。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、半導体ウエハの被膜形成処理を連続的に実施し、仕掛品の半導体ウエハを無用に滞留させることを防止できる技術を提供する。

本発明は、半導体ウエハに被膜を形成する被膜形成装置に具現化される。この被膜形成装置は、複数の半導体ウエハをそれぞれ保持する複数のウエハホルダと、ウエハホルダを搬入可能な搬入口からウエハホルダを搬出可能な搬出口まで伸びる加熱管と、搬入口から加熱管内に順次搬入される複数のウエハホルダを一連に支持しながら搬出口へと搬送する搬送手段と、加熱管内にガスを供給する第１ガス供給手段と、加熱管内のガスを外部に排出するガス排出手段を備えている。
この被膜形成装置において、各々のウエハホルダは、保持した半導体ウエハを取り囲む枠体を有しており、搬送手段によって一連に支持された複数のウエハホルダは、それらの枠体が連なって搬入口から搬出口まで伸びる反応空間を形成する。そして、第１ガス供給手段は、熱分解すると単独でも被膜を形成し得る第１種類のガスを、枠体の内側に形成される反応空間に供給し、ガス排出手段は、枠体の内側に形成される反応空間のガスを外部に排出するように構成されている。

この被膜形成装置は、半導体ウエハをセットしたウエハホルダを、搬入口から加熱管内を通って搬出口まで順次搬送可能であり、前工程から順次供給される半導体ウエハに対して、被膜の形成処理を一枚ずつ順次開始することができる。複数の半導体ウエハを一括して処理する従来の技術と比較して、仕掛品の半導体ウエハを過剰に滞留させることがない。
さらに、この被膜形成装置では、各々のウエハホルダが枠体を有しており、加熱管内で一連に支持された半導体ウエハの枠体によって、搬入口から搬出口まで伸びる反応空間が形成される。反応空間には、被膜の原料となる第１種類のガスが供給され、半導体ウエハに被膜を形成する処理が施される。このとき、反応空間は枠体の内側に形成され、加熱管の内壁からは隔離されているので、加熱管の内壁にまで被膜が形成されることが顕著に防止される。その結果、加熱管の洗浄作業を行う頻度、即ち、被膜の形成処理を休止しなければならない頻度を、有意に低減させることができる。被膜の形成処理を長期間に亘って連続的に実施することが可能であり、仕掛品の半導体ウエハを過剰に滞留させることがなくなる。

本発明に係る被膜形成装置は、加熱管内にガスを供給する第２ガス供給手段をさらに備えることが好ましい。この場合、第２ガス供給手段は、分解しても単独では被膜を形成しない第２種類のガスを、枠体の外側に形成される周辺空間に供給することが好ましい。
この構成によると、枠体の外側に形成される周辺空間から、枠体の内側に形成される反応空間へと向う、ガスの流れを形成することができる。反応空間に供給した第１種類のガスが周辺空間に漏れ出すことを防止し、加熱管の内壁における被膜の形成をより確実に防止することができる。

前記した第１ガス供給手段は、搬入口と搬出口の一方において反応空間にガスを供給することが好ましい。この場合、前記したガス排出手段は、搬入口と搬出口の一方において反応空間のガスを排出することが好ましい。
この構成によると、搬入口と搬出口に到る反応空間の全体に第１種類のガスを確実に行き渡らせることができる。

前記した搬送手段において互いに隣接するウエハホルダでは、一方のウエハホルダの枠体の端部が、他方のウエハホルダの枠体の端部の内側に挿入されていることが好ましい。
この構成によると、反応空間に供給した第１種類のガスが、隣接するウエハホルダの枠体の隙間を通って周辺空間に漏れ出ることを抑制することができ、加熱管の内壁への被膜の形成をより確実に防止することができる。

前記した加熱管では、その中間部分にヒータが設置されたヒータ設置区間が設けられているとともに、その両端部分にヒータが設置されていないヒータ非設置区間が設けられていることが好ましい。
搬入口や搬出口の位置では、反応空間に供給した第１種類のガスが、周辺空間に漏れ出しやすい。また、搬入口や搬出口に加熱管を閉塞する蓋体を設けた場合、反応空間に面する蓋体に、被膜が形成されてしまうことがある。このような場合、加熱管の両端部分では加熱を行わない構成とすると、第１種類のガスが熱分解することを抑制することができ、搬入口や搬出口の付近で意図しない被膜が形成されることを効果的に防止することができる。

上記した被膜形成装置は、被膜が形成された半導体ウエハの製造装置と解することもでき、上記した被膜形成装置によって、被膜が形成された半導体ウエハの新規で有用な製造方法が実現されることになる。この製造方法では、複数の半導体ウエハをそれぞれ保持する複数のウエハホルダを、搬入口から搬出口まで伸びる加熱管内に搬入口から順次搬入するとともに、加熱管内に順次搬入される複数のウエハホルダを一連に支持しながら搬出口へと搬送する。ここで、各々のウエハホルダは、保持した半導体ウエハを取り囲む枠体を有しており、一連に支持された複数のウエハホルダは、それらの枠体が連なることによって搬入口から搬出口まで伸びる反応空間を形成する。そして、熱分解すると単独でも被膜を形成し得る第１種類のガスを、枠体の内側に形成される反応空間に供給するとともに、枠体の内側に形成される反応空間のガスを、外部に排出することを特徴とする。
この製造方法によると、被膜が形成された半導体ウエハを連続的に製造することが可能であり、材料となる仕掛品の半導体ウエハを無用に滞留させることを防止することができる。

本発明によると、半導体ウエハの被膜形成処理を連続的に実施し、仕掛品の半導体ウエハを無用に滞留させることを防止することができる。

ＣＶＤ装置の構成を示す模式図。 図１中のII−II線断面図。 ウエハホルダの（Ａ）正面図、及び（Ｂ）側面図を示している。 図３中のIV−IV線断面図。 加熱管の搬入口及び搬出口の周辺の構成を示す図。 ＣＶＤ装置の動作時における第１の状態を示す模式図。 ＣＶＤ装置の動作時における第２の状態を示す模式図。 ＣＶＤ装置の動作時における第３の状態を示す模式図。 ＣＶＤ装置の動作時における第４の状態を示す模式図。 ＣＶＤ装置の動作時における第５の状態を示す模式図。 ＣＶＤ装置の動作時における第６の状態を示す模式図。 ＣＶＤ装置の動作時における第７の状態を示す模式図。

本発明を実施するための好適な特徴を列記する。
（形態１） 加熱管には、加熱管を周方向から囲繞するヒータを、加熱管の軸方向に沿って複数設けることが好ましい。
（形態２） 加熱管内において、枠体の内側に形成される反応空間の圧力は、枠体の外側に形成される周辺空間の圧力よりも、低いことが好ましい。この構成によると、枠体の外側に形成される周辺空間から、枠体の内側に形成される反応空間へと向う、ガスの流れを形成することができる。反応空間に供給した第１種類のガスが周辺空間に漏れ出すことを防止し、加熱管の内壁における被膜の形成をより確実に防止することができる。
（形態３） 加熱管の搬入口には、ウエハホルダを加熱管内に順次搬入する搬入装置が設けられており、加熱管の搬出口には、ウエハホルダを加熱管内から順次搬出する搬出装置を有することが好ましい。この場合、搬入装置及び搬出装置は、ロードドックチャンバを有することが好ましい。この構成によると、加熱管内を減圧した状態に維持することができ、半導体ウエハに均質な被膜を形成することが可能となる。

本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１に、本実施例のＣＶＤ装置１０の構成を模式的に示す。図２は、図１中のII−II線断面図である。ＣＶＤ装置１０は、半導体ウエハ１２０にＣＶＤ処理（化学気相成長処理）を施し、半導体ウエハ１２０の表面に被膜を形成する装置である。
ＣＶＤ装置１０は、例えば、シリコンで形成された半導体ウエハ１２０の表面に、ポリシリコン膜、窒化膜、ＨＴＯ酸化膜、ＴＥＯＳ酸化膜を形成することができる。なお、ＣＶＤ装置１０は、これらの被膜に限られず、利用する原料ガスに応じて、多種の被膜を形成することができる。

図１、図２に示すように、ＣＶＤ装置１０は、複数のウエハホルダ１００と、複数のウエハホルダ１００を収容可能な加熱管４０と、加熱管４０内で複数のウエハホルダ１００を搬送する固定治具６２及び可動治具６４と、加熱管４０内に第１の原料ガスを供給する第１ガス供給装置５１と、加熱管４０内に第２の原料ガスを供給する第２ガス供給装置５２と、加熱管４０内にウエハホルダ１００を順次搬入する搬入装置２０と、加熱管４０内からウエハホルダ１００を順次搬出する搬出装置８０を備えている。

先ず、図３、図４を参照して、ウエハホルダ１００の構成について説明する。図３（Ａ）は、ウエハホルダ１００の正面図を示しており、図３（Ｂ）は、ウエハホルダ１００の側面図を示している。そして、図４は、図３（Ａ）中のIV−IV線における断面図を示している。なお、図３、図４では、ウエハホルダ１００に保持された半導体ウエハ１２０が併せて示されている。
図３、図４に示すように、ウエハホルダ１００は、リング状の枠体１１０を有している。枠体１１０の一方の端部は、比較的に径の小さい小径部１１０ａとなっており、枠体１１０の他方の端部は、比較的に径の大きい大径部１１０ｂとなっている。ここで、小径部１１０ａの外径は、大径部１１０ｂの内径よりも小さくなっており、２つのウエハホルダ１００を隣接させたときに、一方のウエハホルダ１００の小径部１１０ａを、他方のウエハホルダ１００の大径部１１０ｂに挿入できる構成となっている。なお、図１や図５に示すように、加熱管４０内では、枠体１１０の小径部１１０ａが搬出口４０ｂ側に位置し、枠体１１０の大径部１１０ｂが搬入口４０ａ側に位置する。

枠体１１０の内周面には、半導体ウエハ１２０を保持する複数の支持部１０２が形成されている。各々の支持部１０２には、溝１０２ａが形成されており、半導体ウエハ１２０の外周縁１２０ｅを収容可能となっている。複数の支持部１０２に保持された半導体ウエハ１２０は、枠体１１０と同軸上に位置し、枠体１１０によって周囲から取り囲まれる。
枠体１１０の外周面には、一対の側方突出部１１２と、下方突出部１１４が形成されている。側方突出部１１２は、固定治具６２がウエハホルダ１００を支持するために設けられており、下方突出部１１４は、可動治具６４がウエハホルダ１００を支持するために設けられている。
以上のように、各々のウエハホルダ１００は、一枚の半導体ウエハ１２０を保持可能であり、保持された半導体ウエハ１２０が、枠体１１０によって取り囲まれる構成となっている。

次に、図１、図２を参照して、加熱管４０の構成について説明する。加熱管４０は、断面形状が略円形の管形状を有している。加熱管４０の内径は、ウエハホルダ１００の外径よりも十分に大きく、加熱管４０内でウエハホルダ１００を搬送可能となっている。加熱管４０の一端は、ウエハホルダ１００を搬入可能な搬入口４０ａとなっており、加熱管４０の他端は、ウエハホルダ１００を搬出可能な搬出口４０ｂとなっている。加熱管４０は、略水平に配置されており、搬入口４０ａから搬出口４０ｂまで水平面内で略直線状に伸びている。

加熱管４０には、複数のヒータ４４が設けられている。ヒータ４４は、リング形状を有しており、管状の加熱管４０を周方向から囲繞している。ヒータ４４の内周面は、加熱管４０内に向けて放熱するヒータ面となっている。複数のヒータ４４は、加熱管４０の軸方向（図１中の左右方向）に沿って配列されている。本実施例では、リング形状を有する５つのヒータ４４が、加熱管４０の軸方向に沿って配列されている。複数のヒータ４４は、図示しない温度調節装置によって、その出力が個々に制御される。それにより、加熱管４０内の温度が、被膜の形成に必要な温度（原料ガスが熱分解する温度）に調節される。
ここで、個々のヒータ４４は、リング形状のものに限られず、例えば複数のパネルヒータ（平面形状のヒータ）を、加熱管４０の周囲に複数配置して構成してもよい。

図１に示すように、本実施例の加熱管４０では、その軸方向における中間部分Ｓ２のみに、複数のヒータ４４が設けられている。ヒータ４４が設置された中間部分Ｓ２では、ヒータ４４によって加熱管４０内が高温に加熱される。それにより、加熱管４０内に供給された原料ガスが熱分解を起こし、半導体ウエハ１２０の表面に被膜が形成（堆積）されていく。一方、加熱管４０の両端部分Ｓ１、Ｓ３は、ヒータ４４が設置されておらず、ヒータ４４の非設置区間となっている。それにより、搬入口４０ａや搬出口４０ｂの付近では、加熱管４０内の温度が中間部分Ｓ２よりも低く維持される。この構成によると、搬入口４０ａや搬出口４０ｂの付近では、原料ガスの熱分解が抑制されることになり、搬入装置２０や搬出装置８０へ被膜が形成されることを防止することができる。

また、加熱管４０の搬入口４０ａ側の端部Ｓ１をヒータ４４の非設置区間とすることにより、当該端部Ｓ１における内部温度は搬入口４０ａから中間部分Ｓ２に向って徐々に上昇していくことになる。さらに、加熱管４０の搬出口４０ｂ側の端部Ｓ３をヒータ４４の非設置区間とすることにより、当該端部Ｓ３における内部温度は中間部分Ｓ２から搬出口４０ｂに向って低下していくことになる。ウエハホルダ１００の搬送方向に沿って加熱管４０内にこのような温度勾配が形成されると、搬入口４０ａから加熱管４０内に搬入された半導体ウエハ１２０は、加熱管４０の中間部分Ｓ２へと搬送される間に、その温度が緩やかに上昇することになる。また、搬出口４０ｂから加熱管４０外に搬出される半導体ウエハ１２０は、搬出口４０ｂへと搬送される間に、その温度が緩やかに低下することになる。加熱管４０内へ半導体ウエハ１２０が搬入される際、及び、加熱管４０外に半導体ウエハ１２０が搬出される際に、半導体ウエハ１２０の急激な温度変化が防止されることから、熱応力に起因する半導体ウエハ１２０の破損が有意に防止される。

図１、図２に示すように、固定治具６２と可動治具６４は、加熱管４０内に設けられている。
固定治具６２は、加熱管４０内に固定されており、搬入口４０ａから搬出口４０ｂまで伸びている。固定治具６２には、複数の溝６２ａが等間隔に形成されている。固定治具６２の溝６２ａは、ウエハホルダ１００の側方突出部１１２が係合可能となっている。それにより、固定治具６２は、複数のウエハホルダ１００を、搬入口４０ａから搬出口４０ｂまで、等間隔で一連に支持することが可能となっている。
可動治具６４は、アクチュエータ６６によって支持されており、加熱管４０の軸方向（図１の左右方向）及び径方向（図１の上下方向）に移動可能となっている。可動治具６４にも、固定治具６２の溝６２ａと同じ間隔で、複数の溝６４ａが等間隔に形成されている。可動治具６４の溝６４ａは、ウエハホルダ１００の下方突出部１１４が係合可能に構成されている。可動治具６４は、固定治具６２に対して相対移動することによって、固定治具６２とウエハホルダ１００の受け渡しを繰り返し、複数のウエハホルダ１００を一連に支持しながら搬出口４０ｂへと搬送していく。即ち、固定治具６２、可動治具６４、アクチュエータ６６は、加熱管４０内で複数のウエハホルダ１００を搬送する搬送機構を構成している。固定治具６２、可動治具６４、アクチュエータ６６によるウエハホルダ１００の搬送動作については、後段において詳細に説明する。

図５は、加熱管４０内で一連に支持されるウエハホルダ１００を模式的に示している。図５に示すように、一連に支持された複数のウエハホルダ１００は、それらの枠体１１０が連なることによって、搬入口４０ａから搬出口４０ｂまで伸びる反応空間４１を形成する。先に説明したように、各々のウエハホルダ１００では、保持された半導体ウエハ１２０が枠体１１０によって取り囲まれているので、各々のウエハホルダ１００に保持された半導体ウエハ１２０は、枠体１１０の内側に形成される反応空間４１内に位置することになる。また、枠体１１０の外側には、加熱管４０の内壁との間に周辺空間４２が形成される。このように、加熱管４０内は、搬入口４０ａから搬出口４０ｂまで、ウエハホルダ１００の枠体１１０によって、内側に位置する反応空間４１と外側に位置する周辺空間４２に二分される。

次に、図１、図５を参照して、第１ガス供給装置５１、第２ガス供給装置５２、及びガス排出装置５３について説明する。
第１ガス供給装置５１は、第１ガス供給路２６を介して、加熱管４０内に第１の原料ガスを供給する。第１ガス供給路２６は、搬入口４０ａに設けられた搬入装置２０に形成されており、ウエハホルダ１００の枠体１１０の内側に形成される反応空間４１に向けて開口する。それにより、第１ガス供給装置５１が供給する第１の原料ガスは、ウエハホルダ１００の枠体１１０の内側に形成される反応空間４１に供給されるようになっている。
一方、第２ガス供給装置５２は、第２ガス供給路３８を介して、第２の原料ガスを供給する。第２ガス供給路３８は、搬入口４０ａの近傍に位置する加熱管４０の壁面に設けられており、ウエハホルダ１００の枠体１１０の外側に形成される周辺空間４２に向けて開口する。それにより、第２ガス供給装置５２が供給する第２の原料ガスは、ウエハホルダ１００の枠体１１０の外側に形成される周辺空間４２に供給されるようになっている。

ガス排出装置５３は、ガス排出路８６を介して、加熱管４０内のガスを外部に排出する。ガス排出装置５３は、加熱管４０内のガスを外部に排出することにより、加熱管４０内の圧力を減圧可能となっている。本実施例のＣＶＤ装置１０は、大気圧よりも十分に減圧した状態下でＣＶＤ処理を実施する、いわゆる減圧ＣＶＤ処理を行うことができる。ガス排出路８６は、搬出口４０ｂに設けられた搬出装置８０に形成されており、ウエハホルダ１００の枠体１１０の内側に形成される反応空間４１に向けて開口する。それにより、第１ガス排出装置５３によるガスの排出は、ウエハホルダ１００の枠体１１０の内側に形成される反応空間４１から行われるように構成されている。この構成により、加熱管４０内では、搬入口４０ａ側で供給された第１及び第２の原料ガスが搬出口４０ｂ側に向って流れるとともに、周辺空間４２から枠体１１０の隙間を通じて反応空間４１へと流れる気流が形成される。それにより、加熱管４０内に供給された第１及び第２の原料ガスが反応空間４１の全体に行き渡るとともに、反応空間４１に供給された第１の原料ガスが周辺空間４２へ漏れ出すことを防止することができる。
特に、隣接するウエハホルダ１００では、一方のウエハホルダ１００の枠体１１０の小径部１１０ａが、他方のウエハホルダ１００の枠体１１０の大径部１１０ｂの内側に挿入されている。この構成によると、第１の原料ガスの漏出がより効果的に防止される。さらに、隣接するウエハホルダ１００では、搬入口４０ａ側に位置するウエハホルダ１００の小径部１１０ａが、搬出口４０ｂ側に位置するウエハホルダ１００の大径部１１０ｂの内側に挿入されている。この構成によると、第１の原料ガスの流れ方向に対して、上流側に位置するウエハホルダ１００の小径部１１０ａが、下流側に位置するウエハホルダ１００の大径部１１０ｂに挿入される関係となり、第１の原料ガスの漏出がさらに効果的に防止される。

上記のように、本実施例のＣＶＤ装置１０は、ウエハホルダ１００の枠体１１０の内側に形成される反応空間４１と、ウエハホルダ１００の枠体１１０の外側に形成される周辺空間４２に、それぞれ異なる種類のガスを供給することができる構成となっている。一般に、ＣＶＤ処理に使用される原料ガスは、熱分解すると単独でも被膜を形成し得るもの（第１種類）と、熱分解しても単独では被膜を形成しないもの（第２種類）に大別することができる。そこで、本実施例のＣＶＤ装置１０では、熱分解すると単独でも被膜を形成し得るガスについては、第１ガス供給装置５１によって反応空間４１に供給し、熱分解しても単独では被膜を形成しないガスについては、第２ガス供給装置５２によって周辺空間４２に供給する。この構成によると、ウエハホルダ１００に囲まれた反応空間４１内では被膜の形成が行われる一方において、加熱管４０に囲まれた周辺空間４２内では被膜の形成が防止されることになる。加熱管４０の内壁への被膜の形成を防止することができ、加熱管４０の内壁を洗浄する洗浄作業の頻度を大幅に減少させることができる。即ち、ＣＶＤ装置１０の稼動を休止する頻度を大幅に減少させることができる。

ここで、第１ガス供給装置５１によって供給する第１の原料ガスと、第２ガス供給装置５２によって供給する第２の原料ガスの組み合わせについて、いくつかの例を挙げておく。例えば、半導体ウエハ１２０にポリシリコン膜を形成する場合、第１の原料ガスにはシランガスを採用し、第２の原料ガスには窒素ガスやホスフィンガス（不純物をドープする場合）を採用するとよい。窒化膜を形成する場合には、第１の原料ガスにジクロルシランガスを採用し、第２の原料ガスにアンモニアガスを採用するとよい。ＨＴＯ酸化膜を形成する場合には、第１の原料ガスにシランガスを採用し、第２の原料ガスに亜酸化窒素ガスを採用するとよい。ＴＥＳＯ酸化膜を形成する場合には、第１の原料ガスにテトラエトキシシランガスを採用し、第２の原料ガスに酸素ガスを採用するとよい。上記したいずれの具体例においても、第１の原料ガスは、熱分解すると単独でも被膜を形成し得るガスであり、第２の原料ガスは、熱分解しても単独では被膜を形成しないガスとなっている。

次に、図１を参照して、搬入装置２０及び搬出装置８０について説明する。
搬入装置２０は、加熱管４０の搬入口４０ａに設けられている。搬入装置２０は、加熱管４０内の空間を外界から遮断する外側シャッター２４及び内側シャッター２８を備えている。ここで、前出の第１ガス供給路２６は、内側シャッター２８に形成されている。外側シャッター２４と内側シャッター２８の間には、気密性を有するロードロックチャンバ２２が形成されている。ロードロックチャンバ２２には、通気孔３２を介して、真空ポンプ３４及び弁装置３６が並列に接続されている。ロードロックチャンバ２２は、真空ポンプ３４によって減圧可能であるとともに、弁装置３６によって大気開放が可能となっている。また、ロードロックチャンバ２２には、ウエハホルダ１００を加熱管４０内の固定治具６２に引き渡す搬入機構３０が設けられている。
搬出装置８０は、加熱管４０の搬出口４０ｂに設けられている。搬出装置８０は、加熱管４０内の空間を外界から遮断する外側シャッター８４及び内側シャッター８８を備えている。ここで、前出のガス排出路８６は、内側シャッター８８に形成されている。外側シャッター８４と内側シャッター８８の間には、気密性を有するロードロックチャンバ８２が形成されている。ロードロックチャンバ８２には、通気孔９２を介して、真空ポンプ９４及び弁装置９６が並列に接続されている。ロードロックチャンバ８２は、真空ポンプ９４によって減圧可能であるとともに、弁装置９６によって大気開放が可能となっている。また、ロードロックチャンバ８２には、加熱管４０内の固定治具６２からウエハホルダ１００を引き取る搬出機構９０が設けられている。

以上、ＣＶＤ装置１０の構成について詳細に説明した。次に、図６から図１２を参照して、ＣＶＤ装置１０が実施する一連の動作について説明する。
図６に示すように、搬入口４０ａ側に位置する搬入装置２０では、外側シャッター２４を開放し、ウエハホルダ１００をロードロックチャンバ２２内の搬入機構３０にセットする。ウエハホルダ１００のセットは、図示しないロボットによって行われる。ここで、ウエハホルダ１００には、前工程から供給された半導体ウエハ１２０がセットされている。
加熱管４０内では、搬入口４０ａから搬出口４０ｂまで、固定治具６２によって複数のウエハホルダ１００が一連に支持されている。また、加熱管４０内では、第１ガス供給装置５１及び第２ガス供給装置５２による原料ガスの供給、及び、ガス排出装置５３によるガスの排出が行われている。それにより、加熱管４０内では、減圧された状況下で、ウエハホルダ１００に保持された半導体ウエハ１２０に被膜が形成されていく。先にも説明したように、原料ガスによる被膜の形成は、ウエハホルダ１００の内側に位置する反応空間４１のみで生じ、ウエハホルダ１００の外側に位置する周辺空間４２では生じない。従って、加熱管４０の内壁に被膜が形成されることが防止される。また、搬入口４０ａ及び搬出口４０ｂの付近では温度が低く維持されているので、搬入装置２０の内側シャッター２８や搬出装置８０の内側シャッター８８に被膜が形成されることも防止される。
搬出口４０ｂ側の搬出装置８０では、加熱管４０からウエハホルダ１００を引き取る準備として、ロードロックチャンバ８２の減圧が行われている。

次に、図７に示すように、搬入装置２０では、外側シャッター２４を閉鎖し、ウエハホルダ１００を収容したロードロックチャンバ２２を、真空ポンプ３４によって減圧していく。一方、搬出装置８０では、内側シャッター８８を開放し、ロードロックチャンバ８２を加熱管４０に連通させる。このとき、内側シャッター８８の開放に伴って、ガス排出装置５３の運転を一時的に中止する。ただし、搬出装置８０の真空ポンプ９４が運転し続けることによって、加熱管４０内の搬入口４０ａから搬出口４０ｂに向う気流は維持される。

次に、図８に示すように、加熱管４０の搬出口４０ｂでは、固定治具６２に支持されている一つのウエハホルダ１００が、搬出機構９０によって搬出装置８０のロードロックチャンバ８２に移送される。その結果、加熱管４０の搬出口４０ｂでは、固定治具６２にウエハホルダ１００の一つ分の空きスペースが生まれる。
搬出装置８０では、ウエハホルダ１００をロードロックチャンバ８２に収容した後、内側シャッター８８を閉鎖するとともに、弁装置９６を開弁させてロードロックチャンバ８２を大気開放する。
搬出装置８０によるウエハホルダ１００の搬出後、加熱管４０内では、可動治具６４が固定治具６２に向って上方に移動し、固定治具６２に支持された全てのウエハホルダ１００が可動治具６４へと受け渡される。この状態で、全てのウエハホルダ１００は固定治具６２から完全に離間しており、可動治具６４のみによって支持されている。

次に、図９に示すように、加熱管４０内では、可動治具６４が搬出口４０ｂに向って水平方向に移動し、全てのウエハホルダ１００が搬出口４０ｂに向けて移動される。このときの移動量は、固定治具６２に形成された溝６２ａの間隔に等しい。その結果、加熱管４０の搬入口４０ａでは、固定治具６２にウエハホルダ１００の一つ分の空きスペースが生まれる。このとき、第１ガス供給装置５１は、第１の原料ガスの供給を中断する。
次に、図１０に示すように、加熱管４０内では、可動治具６４が固定治具６２から離間するように下方へ移動し、可動治具６４に支持された全てのウエハホルダ１００が固定治具６２へと受け渡される。

ウエハホルダ１００の移動が完了後、図１１に示すように、搬入装置２０では、内側シャッター２８を開放するとともに、ロードロックチャンバ２２内のウエハホルダ１００が、搬入機構３０によって固定治具６２の空きスペースへ移送される。
一方、搬出装置８０では、外側シャッター８４を開放し、ロードロックチャンバ８２からウエハホルダ１００が取り出される。ウエハホルダ１００の取り出しは、図示しないロボットによって行われる。ウエハホルダ１００に保持された半導体ウエハ１２０は、ウエハホルダ１００から取り外して後工程に送られる。一方、使用後のウエハホルダ１００は、必要に応じて洗浄工程に送られた後に再利用される。ウエハホルダ１００の洗浄はオフラインで行うことができるので、加熱管４０を洗浄する場合とは異なり、ＣＶＤ装置１０の稼動を休止させる必要がない。

次に、図１２に示すように、搬入装置２０では、搬入機構３０を元の位置へ戻し、内側シャッター２８を閉鎖する。そして、新たなウエハホルダ１００を外部から受け入れる準備のため、弁装置３６を開弁させてロードロックチャンバ２２の大気開放を開始する。一方、搬出装置８０では、外側シャッター８４を閉鎖した後に、新たなウエハホルダ１００を加熱管４０から搬出する準備のため、ロードロックチャンバ２２の減圧を開始する。その結果、図６に示した最初の状態に戻る。

以上に説明した一連の動作により、ＣＶＤ装置１０では、前工程から順次供給される半導体ウエハ１２０に対して、ＣＶＤ処理を順次開始することができる。また、ＣＶＤ処理後の半導体ウエハ１２０を、後工程に順次供給することができる。そのことから、仕掛品の半導体ウエハ１２０を無用に滞留させることを防止することができる。
また、ＣＶＤ装置１０では、ウエハホルダ１００によって形成される反応空間４１において被膜の形成が行われ、加熱管４０の内壁に接する周辺空間４２では被膜の形成が抑制される。それにより、加熱管４０の内壁に被膜が形成されることが防止され、加熱管４０の内壁を洗浄する洗浄作業の頻度を有意に低下させることができる。半導体ウエハ１２０のＣＶＤ処理を長期間に亘って連続的に実施することができ、仕掛品の半導体ウエハ１２０を無用に滞留させることを防止することができる。なお、ウエハホルダ１００には、特に枠体１１０の内側において被膜が形成されることになるが、ウエハホルダ１００の洗浄はオフラインで行うことができるので、ＣＶＤ装置１０を休止させる必要が生じない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、本実施例では、加熱管４０が水平方向に配置されているが、加熱管４０は鉛直方向に配置することもできるし、水平方向及び鉛直方向に対して角度を成す斜め方向に配置することもできる。この場合、ウエハホルダ１００、固定治具６２、可動治具６４の構成を、必要に応じて適宜変更することが可能である。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ＣＶＤ装置
２０：搬入装置
２２：ロードロックチャンバ
４０：加熱管
４０ａ：搬入口
４０ｂ：搬出口
４１：反応空間
４２：周辺空間
４４：ヒータ
５１：第１ガス供給装置
５２：第２ガス供給装置
５３：ガス排出装置
６２：固定治具
６４：可動治具
６６：アクチュエータ
８０：搬出装置
８２：ロードロックチャンバ
１００：ウエハホルダ
１１０：ウエハホルダの枠体
１１０ａ：枠体の小径部
１１０ｂ：枠体の大径部
１２０：半導体ウエハ

Claims (6)

1. 半導体ウエハに被膜を形成する被膜形成装置であって、
   複数の半導体ウエハをそれぞれ保持する複数のウエハホルダと、
   ウエハホルダを搬入可能な搬入口からウエハホルダを搬出可能な搬出口まで伸びる加熱管と、
   搬入口から加熱管内に順次搬入される複数のウエハホルダを一連に支持しながら搬出口へと搬送する搬送手段と、
   加熱管内にガスを供給する第１ガス供給手段と、
   加熱管内のガスを外部に排出するガス排出手段を備え、
   各々のウエハホルダは、保持した半導体ウエハを取り囲む枠体を有しており、搬送手段によって一連に支持された複数のウエハホルダは、それらの枠体が連なることによって搬入口から搬出口まで伸びる反応空間を形成し、
   第１ガス供給手段は、熱分解すると単独でも被膜を形成し得る第１種類のガスを、枠体の内側に形成される反応空間に供給し、
   ガス排出手段は、枠体の内側に形成される反応空間のガスを外部に排出することを特徴とする被膜形成装置。
2. 加熱管内にガスを供給する第２ガス供給手段をさらに備え、
   第２ガス供給手段は、分解しても単独では被膜を形成しない第２種類のガスを、枠体の外側に形成される周辺空間に供給することを特徴とする請求項１に記載の被膜形成装置。
3. 第１ガス供給手段は、搬入口と搬出口の一方において反応空間にガスを供給し、
   ガス排出手段は、搬入口と搬出口の他方において反応空間のガスを排出することを特徴とする請求項１又は２に記載の被膜形成装置。
4. 前記搬送手段において互いに隣接するウエハホルダでは、一方のウエハホルダの枠体の端部が、他方のウエハホルダの枠体の端部の内側に挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の被膜形成装置。
5. 前記加熱管の中間部分には、ヒータが設置されたヒータ設置区間が設けられており、
   前記加熱管の両端部分には、ヒータが設置されていないヒータ非設置区間が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の被膜形成装置。
6. 被膜が形成された半導体ウエハの製造方法であって、
   複数の半導体ウエハをそれぞれ保持する複数のウエハホルダを用意する工程と、
   搬入口から搬出口まで伸びる加熱管内に複数のウエハホルダを搬入口から順次搬入する工程と、
   加熱管内に順次搬入される複数のウエハホルダを一連に支持しながら搬出口へと搬送する工程を備え、
   各々のウエハホルダは、保持した半導体ウエハを取り囲む枠体を有しており、一連に支持された複数のウエハホルダは、それらの枠体が連なることによって搬入口から搬出口まで伸びる反応空間を形成し、
   熱分解すると単独でも被膜を形成し得る第１種類のガスを、枠体の内側に形成される反応空間に供給するとともに、枠体の内側に形成される反応空間のガスを、外部に排出することを特徴とする製造方法。

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