JP2011035189A - 基板処理装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)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)
- 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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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014534644A (ja) * | 2011-11-17 | 2014-12-18 | ユ−ジーン テクノロジー カンパニー.リミテッド | 補助ガス供給ポートを含む基板処理装置 |
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-
2009
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