JP2011049480A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基板を同時に表面処理する場合に、全ての基板の表面を均一に処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】複数の基板１１２を傾斜させて、かつ、間隔をあけて垂直方向に積層保持する縦型基板保持具と、前記複数の基板の間隔よりも狭い間隔で垂直方向に配置された複数のガス導入口１５７と、を備え、前記縦型基板保持具を、その長手方向を回転軸として回転させる事で、傾斜した前記基板面に衝突したガス流が攪拌されて全ての基板に均一に原料ガスが供給された後に垂直方向に配置された複数のガス排気口１５８から排気される。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置、及びこの装置を用いた基板処理方法に関する。

従来、半導体ウエハ上にＳｉＯ_２、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、またはＳｉ_３Ｎ_４等からなる薄膜を成膜する場合には、薄膜材料を含有する反応性ガスをウエハ表面に供給して反応させるＣＶＤ法が主に用いられる。図７に、ウエハ表面に薄膜を形成する際に使用される従来のＣＶＤ装置１０の構成を模式的に示す。ＣＶＤ装置１０では、複数のウエハ８０を水平に等間隔で搭載した石英ボート７０がコントローラ４０からの命令に従ってローディング装置６０によって石英反応管２０内に収容される。石英ボート７０が石英反応管２０内に収容されると、炉口キャップ６１と炉口部２３とが密着することにより、ウエハ８０が石英反応管２０内に密閉されて外気から遮断される。その後、石英反応管２０の内部はコントローラ４０からの命令を受信した加熱用ヒータ３０によって所定の温度に維持され、ここにコントローラ４０からの命令を受信したガスシステム５０からガス導入ポート２１を介して石英反応管２０内に原料ガスが導入される。石英反応管２０内に導入された原料ガスは、石英反応管２０内における対流や拡散によってウエハ８０の表面に到達し、そこで反応して薄膜を形成する。そして、薄膜形成時に生成した副産物や未反応ガスは、キャリアガスと共に、石英反応管２０から排気ポート２２を介して排気される。

ここで、ＣＶＤ装置１０において、石英反応管２０の下部に設けられたガス導入ポート２１から石英反応管２０内に導入された原料ガスは、石英反応管２０内の対流によって上昇しながら周囲に拡散していく。そのため、石英反応管２０の天井付近では、原料ガスの濃度が低くなって成膜速度が低下したり、ウエハ８０間の間隙では、原料ガスが十分に拡散できずにその濃度が不均一になっていたりしていた。このような原料ガスに関する石英反応管２０内での部分的な濃淡を軽減するために、ガス導入ポート２１に石英反応管２０の天井付近にまで達するノズルを取り付けたり、薄膜形成中に石英ボート７０を回転させたりしていた。また、特許文献１では、石英ボートにウエハを位置決めするための位置決め機構を設けて、この位置決め機構に当接するようにウエハを所定の角度だけ傾斜させていた。

特開平６−２６８０４８号公報

しかしながら、このようにガス導入ポート２１に石英反応管２０の天井付近にまで達するノズルを取り付けたり、薄膜形成中に石英ボート７０を回転させたり、石英ボートに位置決め機構を設けてウエハを所定の角度だけ傾斜させたりしても、石英ボートに搭載されたウエハ間の間隙では、原料ガスが対流と拡散によって広がっていくことに変わりはないため、原料ガスの濃度の不均一性の問題が十分に解決されたとは言えなかった。

本発明の目的は、複数の基板を同時に表面処理する場合に、全ての基板の表面を均一に処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、複数の基板を傾斜させて、かつ、間隔をあけて保持する基板保持具と、前記基板間の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口と、を備える基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、複数の傾斜面を備える基板保持具の前記傾斜面に基板を配置する基板配置工程と、前記傾斜面に配置された前記基板に、前記傾斜面間の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口からガスを供給することにより、前記基板の表面を処理する基板表面処理工程と、を有する基板処理方法が提供される。

本発明にかかる基板処理装置及び基板処理方法によれば、基板間の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口から基板にガスが供給されるため、ガスが基板間の全ての間隙に確実に供給される。また、基板保持具が複数の基板を傾斜させて、かつ、間隔をあけて保持するため、ガス導入口から噴出されたガスの気流が基板の表面に衝突してその向きを変えたり拡散したりする。したがって、本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法によれば、全ての基板の表面を均一に処理することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示す模式図である。 （ａ）は図１の石英ボートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ鎖線に従う断面図である。 （ａ）は図１の反応炉の上部の構成を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）の反応炉の底面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るウエハ間の間隔とガス導入口間の間隔との関係を示す概念図であり、（ｂ）は（ａ）の状態から石英ボートが１８０°回転した状態を示す概念図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態に係る石英ボートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の石英ボートの正面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る石英ボートの構成を示す正面図である。 従来のＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

（１）本実施形態に係る基板処理装置１００の構成
本実施形態に係る基板処理装置１００は、図１に示すように、気密室構造に構築されており、その内部にポッドステージ１１０、ポッド１１１、ポッドオープナ１１３、移載ロボット１１５、石英ボート１２０、キャップ部１２１、フランジ１２２、石英ボート回転装置１２３、駆動装置１３０、アーム１３１、ガスユニット１４０、反応管１５０、均熱管１６０、加熱用ヒータ１６１、及びコントローラ１７０を備えている。ポッド１１１は、未処理または処理済の複数のウエハ１１２をその内部に密閉して格納するキャリアである。また、ポッド１１１はウエハ１１２を格納したり取り出したりするための開口部を備えており、この開口部に密閉ドアが嵌め込まれることによってポッド１１１は密閉される。

基板処理装置１００は、未処理のウエハ１１２を格納したポッド１１１を搬入したり処理済のウエハ１１２を格納したポッド１１１を搬出したりするためのポッド出し入れ口（図示せず）をポッドステージ１１０の近傍に備えている。このポッド出し入れ口を介して基板処理装置１００に搬入されたポッド１１１は、ポッドステージ１１０上に配置される
。ポッドステージ１１０上に配置されたポッド１１１は、コントローラ１７０からの命令を受信したポッドオープナ１１３によって密閉ドアの鍵を解除された後に、ポッドオープナ１１３がこの密閉ドアを保持したまま移動することによって開放される。ポッド１１１が開放された後には、コントローラ１７０からの命令を受信した移載ロボット１１５が、ポッド１１１に格納されている未処理の複数のウエハ１１２を石英ボート１２０に順に搭載していく。石英ボート１２０に搭載すべきウエハ１１２の枚数がポッド１１１に格納されているウエハ１１２の枚数よりも多い場合は、石英ボート１２０に所定枚数のウエハ１１２が搭載されるまで、ポッドステージ１１０上のポッド１１１を取り替えながら移載ロボット１１５による搭載作業が繰り返される。石英ボート１２０に所定枚数のウエハ１１２が搭載されると、コントローラ１７０からの命令に従って駆動装置１３０が作動してアーム１３１を鉛直方向に引き上げる。アーム１３１はフランジ１２２に固定されているため、駆動装置１３０の作動によって石英ボート１２０、キャップ部１２１、フランジ１２２、及び石英ボート回転装置１２３が引き上げられて、最終的に石英ボート１２０が反応管１５０内に収容される。石英ボート１２０が反応管１５０内に収容されている間は、反応管１５０の底部にあるフランジ１５４とフランジ１２２は密着している。

石英ボート１２０は、反応管１５０の底部を構成するフランジ１５４の開口部の直下に配置されている。キャップ部１２１は、その上面に石英ボート１２０を保持するための凹みを有しており、フランジ１２２を介して石英ボート回転装置１２３に連結されている。石英ボート回転装置１２３は、コントローラ１７０からの命令に従ってキャップ部１２１を回転させる。なお、フランジ１２２は軸受け構造を有しているため、キャップ部１２１が回転してもフランジ１２２は回転しない。反応管１５０は、熱伝導率の高い材料からなる均熱管１６０と、均熱管１６０のさらに外側に設置された加熱用ヒータ１６１と、に囲まれている。加熱用ヒータ１６１は、コントローラ１７０からの命令に従って予めまたは石英ボート１２０が反応管１５０内に収容された時に、均熱管１６０を介して反応管１５０全体を外部から均等に加熱する。

石英ボート１２０が反応管１５０内に収容された後に、コントローラ１７０からの命令を受信したガスユニット１４０は、薄膜材料を含有する反応性ガス（以下、「原料ガス」と称する場合がある）をガスノズル１４１から反応管１５０内に導入する。反応管１５０内に導入された原料ガスは、反応管１５０の唯一の排気口である排気ポート１４５に向かって流れながら加熱用ヒータ１６１による加熱によって化学反応する。そして、ウエハ１１２の表面やその近傍で原料ガスが化学反応することにより、ウエハ１１２の表面で結晶が生成して成長したりその表面に反応生成物が付着したりする。その結果、ウエハ１１２の表面に薄膜が形成される。なお、石英ボート１２０は、ガスノズル１４１から原料ガスが反応管１５０内に導入されている間は、常に回転している。

ウエハ１１２の表面に形成された薄膜が所望の厚さに成長した時には、コントローラ１７０からの命令に従って、石英ボート回転装置１２３が石英ボート１２０の回転を止め、ガスユニット１４０が反応管１５０への原料ガスの導入を停止し、加熱用ヒータ１６１が反応管１５０への加熱を停止する。その後、駆動装置１３０がコントローラ１７０からの命令に従ってアーム１３１を下降させることにより、ウエハ１１２を搭載した時の高さにまで石英ボート１２０が降ろされる。そして、コントローラ１７０からの命令に従って、移載ロボット１１５が処理済のウエハ１１２をポッド１１１に所定枚数格納する。その後、コントローラ１７０からの命令を受信したポッドオープナ１１３が、保持しているポッド１１１の密閉ドアをポッド１１１の開口部に嵌入して施錠することによってポッド１１１を密閉する。このようにして密閉されたポッド１１１は、図示しないポッド出し入れ口から基板処理装置１００の外部に搬出される。

石英ボート１２０は、図２に示すように、天板１２４、４本の支柱１２５、隣り合う２
本の支柱１２５に取り付けられた複数の爪１２６、及び底板１２８を備えている。４本の支柱１２５は全て、天板１２４と底板１２８に固定されている。４本の支柱１２５の外周面上における天板１２４の中心側の部分には、図２に示すように、水平方向に対する角度がＸである一定幅の傾斜溝１２９が等間隔で複数設けられている。また、図２における左側の２本の支柱１２５には、爪１２６が上下の傾斜溝１２９の間に左側に張り出して取り付けられている。爪１２６は、水平方向に対する角度がＸとなるように、支柱１２５の上下の傾斜溝１２９の間に取り付けられている。そのため、爪１２６の上面と傾斜溝１２９の底面とは、同一平面を構成している。また、図２（ａ）の爪１２６における天板１２４の外周側の部分には、上向きに突出した突起部１２７が設けられている。

ウエハ１１２の径が大きい場合、ウエハ１１２自身の重みによる撓みが発生する。従来のような水平保持では、ウエハ１１２の撓みによる熱応力歪みや、スリップ、割れ等が発生しやすく、複数枚の処理においては不利であった。これを解決する方法として、本方式のような角度Ｘを設け、ウエハ１１２自身の重みによる撓みを発生させにくくさせ、ウエハ１１２の熱応力を緩和させ、スリップなどの発生を抑制するようにしている。なお、上述の角度Ｘは、ウエハ１１２の厚みにより異なるが、例えば０°以上４５°以下の範囲内とすることができる。

移載ロボット１１５によって石英ボート１２０に搭載されたウエハ１１２は、図２に示すように、傾斜溝１２９の底面、爪１２６の上面、及び突起部１２７によって支持されている。そのため、石英ボート１２０に搭載されたウエハ１１２は、水平方向に対して角度Ｘを有することになる。しかし、ウエハ１１２は、その外周面で突起部１２７と接しているため、石英ボート１２０から落下することはない。このように、石英ボート１２０はウエハ１１２を傾斜させるとともにその傾斜方向の下端で突起部１２７によって支持しているため、石英ボート１２０が駆動装置１３０による昇降や石英ボート回転装置１２３による回転に由来する振動や衝撃を受けても、ウエハ１１２は石英ボート１２０から落下したりその搭載位置がずれたりすることはない。

反応管１５０は、図３に示すように、ガスユニット１４０に連結されたガスノズル１４１、排気ポート１４５、内壁１５１、外殻１５２、フランジ１５３、１５４、及び２枚の仕切板１５５を備えている。反応管１５０は、外殻１５２とその内部を仕切る内壁１５１とで構成される二重管構造を有している。なお、図３は、反応管１５０をフランジ１５３の位置で上部と下部に２分割した場合におけるその上部の構成のみを示している。外殻１５２の上端は丸く閉じており、一方でその下端には内壁１５１の内径と同じ大きさの内径の開口部を有するフランジ１５４が取り付けられている。フランジ１５４の開口部の直下には石英ボート１２０が配置されており、この開口部を介して石英ボート１２０が反応管１５０に収容されたり引き出されたりする。フランジ１５３は、外殻１５２の外径と同じ大きさの内径の開口部を有するドーナツ板形状であり、この開口部に外殻１５２を挿入されて外殻１５２の外周面に固着している。フランジ１５３とフランジ１５４の間の反応管１５０の下部には、ガスノズル１４１と排気ポート１４５が向かい合うように設置されている。

内壁１５１は、外殻１５２の天井、２枚の仕切板１５５、及びフランジ１５４の開口部に隙間なく接合されている。同様に、２枚の仕切板１５５は、内壁１５１、外殻１５２の天井、及びフランジ１５４に隙間なく接合されている。そのため、反応管１５０の内部は、内壁１５１及び２枚の仕切板１５５により、ガスノズル１４１が存在する空間であるガス導入路１５６、石英ボート１２０が収容される空間であるボート収容室１４３、及び排気ポート１４５が存在する空間である排気路１５９に分割されている。

内壁１５１は、図３に示すように、ガス導入路１５６とボート収容室１４３を連通する
貫通孔である複数のガス導入口１５７、ならびにボート収容室１４３と排気路１５９を連通する貫通孔である複数の排気口１５８を備えている。したがって、ガスノズル１４１からガス導入路１５６に供給された原料ガスは、ガス導入口１５７を介してボート収容室１４３に導入される。次いで、ボート収容室１４３で化学反応することによってウエハ１１２の表面に薄膜を形成する。次いで、排気口１５８を介して排気路１５９に流れ込む。最後に、排気ポート１４５から反応管１５０の外部へ排気される。

内壁１５１に設けられたガス導入口１５７間の間隔は、図４に示すように、石英ボート１２０に搭載されたウエハ１１２間の間隔よりも狭くなっている。ガス導入口１５７間の間隔がウエハ１１２間の間隔よりも狭いことにより、石英ボート１２０に搭載されたウエハ１１２間の間隙の全てに原料ガスが確実に供給されるようになる。

ガス導入口１５７からボート収容室１４３内に導入された原料ガスは、主に水平方向に向かう気流となってウエハ１１２の表面に衝突する。ウエハ１１２の表面に衝突した原料ガスは、その衝突によって気流の向きを変えたり拡散したりする。そのため、ウエハ１１２の下面に衝突した原料ガスは、図４（ａ）に示すようにその向きを変えて下隣のウエハ１１２の上面に衝突したりウエハ１１２の下面に沿って拡散したりする。また、ガス導入口１５７から原料ガスが導入されている間は、石英ボート１２０が回転しているため、反応管１５０の内部の状態は、図４（ａ）の状態から１８０°回転して図４（ｂ）の状態に周期的に変化する。図４（ｂ）の状態になった時には、ガス導入口１５７からボート収容室１４３内に導入された原料ガスは、ウエハ１１２の上面に衝突することになる。そのため、図４（ａ）の状態と図４（ｂ）の状態では、ウエハ１１２間の間隙における原料ガスの気流が全く異なっている。さらに、石英ボート１２０が回転することにより、石英ボート１２０及びウエハ１１２が撹拌器として機能するため、ウエハ１１２の表面に薄膜を形成している間は、ウエハ１１２間の間隙における原料ガスの気流は複雑に変化し続ける。

このように、本実施形態では、原料ガスがウエハ１１２の表面に衝突した後にその気流が変化したり拡散したりする上に、石英ボート１２０の回転によって原料ガスの気流や拡散状態が複雑に変化し続けることから、ウエハ１１２間の間隙において原料ガスの濃淡が生じ難くなる。その結果、本実施形態によれば、複数のウエハ１１２の表面に同時に均一な薄膜を形成することができる。したがって、一般的にはウエハ１１２が大きくなるほど原料ガスの濃淡が生じ易くなって不均一な薄膜が形成され易くなるが、本実施形態によれば、ウエハ１１２が大きくなってもその表面に均一な薄膜を形成することができる。

（２）基板処理装置１００の動作
ここで、基板処理装置１００の動作すなわち基板処理装置１００においてウエハ１１２の表面に薄膜を形成する各成膜工程について、順を追って説明する。

先ず、ポッドステージ１１０上に配置されたポッド１１１に格納されている複数枚の未処理のウエハ１１２が、コントローラ１７０からの命令を受信した移載ロボット１１５により、石英ボート１２０に所定枚数搭載される。このとき、ウエハ１１２は、支柱１２５の外周面に設けられた傾斜溝１２９の底面、傾斜溝１２９と同じ傾斜角度を有する爪１２６の上面、及び爪１２６の一部である突起部１２７に接するように配置される。なお、ポッド１１１に格納されているウエハ１１２の枚数が石英ボート１２０に搭載すべきウエハ１１２の枚数に満たない場合は、ポッドステージ１１０上のポッド１１１を別のポッド１１１に入れ替えて、所定枚数に達するまで、移載ロボット１１５によるウエハ１１２の搭載作業が継続される。

次いで、コントローラ１７０からの命令を受信した駆動装置１３０がアーム１３１を鉛直方向に引き上げることにより、石英ボート１２０がボート収容室１４３に収容される。
石英ボート１２０がボート収容室１４３に収容された後は、フランジ１２２と排気ポート１４５が密着するため、反応管１５０内への通気経路は、ガスノズル１４１及び排気ポート１４５のみとなる。

次いで、コントローラ１７０からの命令を受信したガスユニット１４０が、ガスノズル１４１からガス導入路１５６に原料ガスを供給する。原料ガスがガス導入路１５６内に充満すると、ガス導入路１５６とボート収容室１４３とに圧力差が生じるため、原料ガスがガス導入路１５６からガス導入口１５７を介してボート収容室１４３に導入される。このとき、ガス導入口１５７間の間隔は石英ボート１２０におけるウエハ１１２間の間隔よりも狭いため、ガス導入口１５７からボート収容室１４３に導入された原料ガスは、全てのウエハ１１２間の間隙に確実に入り込むことができる。また、石英ボート１２０におけるウエハ１１２の傾きとガス導入口１５７から噴出した原料ガスの噴出方向とが非平行であるため、ガス導入口１５７から噴出された原料ガスは、ウエハ１１２間の間隙において、ウエハ１１２の表面と衝突してその気流の向きを変えたり拡散したりする。これにより、ウエハ１１２間の間隙における原料ガスの濃度の均一性が改善される。

次いで、ガスノズル１４１からガス導入路１５６に原料ガスが供給されると、コントローラ１７０からの命令を受信した石英ボート回転装置１２３が石英ボート１２０を回転させる。この石英ボート１２０の回転により、石英ボート１２０の表面とガス導入口１５７から噴出された原料ガスとの衝突状態が変化する上に、石英ボート１２０及びウエハ１１２が撹拌器として機能するため、ウエハ１１２間の間隙における原料ガスの均一性が一層良くなる。

次いで、石英ボート１２０におけるウエハ１１２間の間隙に供給された原料ガスは、加熱用ヒータ１６１からの加熱によって化学反応してウエハ１１２の表面に薄膜を形成する。そして、原料ガス中の未反応ガス、副生成物、及びキャリアガスは、ガス導入口１５７から新たに供給される原料ガスによってボート収容室１４３から排気口１５８を介して排気路１５９に押し出される。そして、排気路１５９に押し出された前記ガスは、排気ポート１４５から反応管１５０の外部に排気される。

次いで、所定時間が経過した後に、コントローラ１７０からの命令に従って、ガスユニット１４０がガスノズル１４１からガス導入路１５６への原料ガスの供給を停止し、石英ボート回転装置１２３がボート収容室１４３に収容された石英ボート１２０の回転を止める。これにより、ウエハ１１２の表面における薄膜成長も停止する。

次いで、コントローラ１７０からの命令を受信した駆動装置１３０がアーム１３１を降下させることにより、石英ボート１２０がボート収容室１４３から取り出される。

次いで、コントローラ１７０からの命令を受信した移載ロボット１１５が薄膜形成された処理済のウエハ１１２をポッド１１１に格納する。

（３）基板処理装置１００による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたはそれ以上の効果を奏する。

基板処理装置１００によれば、ガス導入口１５７間の間隔が石英ボート１２０に搭載されたウエハ１１２間の間隔よりも狭いため、石英ボート１２０におけるウエハ１１２間の全ての間隙に原料ガスが確実に供給される。

また、基板処理装置１００によれば、石英ボート１２０が複数のウエハ１１２を傾斜させて、かつ、間隔をあけて保持するため、ウエハ１１２間の間隙において、原料ガスがウ
エハ１１２の表面に衝突した後にその気流の向きを変えて拡散する。したがって、基板処理装置１００によれば、ウエハ１１２間の間隙において、原料ガスの濃淡が生じ難くなる。その結果、基板処理装置１００を用いれば、複数のウエハ１１２の表面に同時に均一な薄膜を形成することができる。

さらに、基板処理装置１００によれば、原料ガスがガス導入口１５７からボート収容室１４３に導入されている間は、ボート収容室１４３において石英ボート１２０が回転しているため、ウエハ１１２の表面と原料ガスとの衝突状態が変化し続ける。さらに、石英ボート１２０の回転によって、石英ボート１２０及びウエハ１１２は撹拌器として機能する。これらにより、石英ボート１２０に搭載されたウエハ１１２間の間隙において、原料ガスの気流やその拡散状態が複雑に変化し続けるため、原料ガスの均一性が一層改善される。したがって、一般的にはウエハ１１２が大きくなるほど原料ガスの濃淡が生じ易くなって不均一な薄膜が形成され易くなるが、基板処理装置１００を用いれば、ウエハ１１２が大きくなってもその表面に均一な薄膜を形成することができる。

さらに、基板処理装置１００によれば、石英ボート１２０がウエハ１１２を傾斜させて保持するため、ウエハ１１２が大きくても、石英ボート１２０に搭載された状態でウエハ１１２に撓みが生じ難い。したがって、基板処理装置１００によって形成された薄膜は、ウエハ１１２が大きくても、応力が生じ難いために剥離し難い。

また、基板処理装置１００によれば、石英ボート１２０がウエハ１１２を傾斜させて保持するため、石英ボート１２０の昇降や回転によってウエハ１１２に衝撃や振動が加えられても、ウエハ１１２は、石英ボート１２０から落下したりその搭載位置がずれてしまったりすることがない。したがって、基板処理装置１００を用いてウエハ１１２の表面に薄膜を形成すれば、成膜不良によるウエハ１１２の不良品率を改善することができる。

＜本発明の他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、基板処理装置１００における石英ボート１２０の代わりに、図５に示す集合型石英ボート５００を用いる。そこで、本実施形態では、基板処理装置１００と相違する点のみについて詳細に説明する。

集合型石英ボート５００は、天板５０４、底板５０８、回転式ガス導入管５１０、及び軸受５２０、５２１を備えており、さらに天板５０４と底板５０８に固定された、石英ボート１２０から天板１２４及び底板１２８を取り除いた構成ユニット（以下、「基板積層部」と称する場合がある）を３組備えている。天板５０４と底板５０８の中央には軸受５２０、５２１が設置されており、回転式ガス導入管５１０は軸受５２０、５２１に回転自在に挿入されている。回転式ガス導入管５１０の上端は閉じており、その下端は石英ボート回転装置１２３に連結されている。また、底板５０８は、図示しない止金によってフランジ１２２に掛止されている。そのため、石英ボート回転装置１２３が作動すれば、回転式ガス導入管５１０は回転するが、フランジ１２２に掛止されている底板５０８は回転しない。つまり、集合型石英ボート５００では、回転式ガス導入管５１０が回転してウエハ１１２に原料ガスが供給されている間は、天板５０４、底板５０８、及び３組の基板積層部は回転しない。

回転式ガス導入管５１０は、中空管であって、その外周面に複数の貫通孔すなわちガス導入口５１１を備えている。また、本実施形態では、ガスノズル１４１は、反応管１５０の下部ではなく、回転式ガス導入管５１０の下端に連結されている。したがって、本実施形態では、ガスユニット１４０が作動すると、原料ガスは回転式ガス導入管５１０の内部を通ってガス導入口５１１からウエハ１１２に供給される。

ガス導入口５１１は、図５（ｂ）に示すように、回転式ガス導入管５１０の外周面に螺旋状に設けられている。このように螺旋状に設けられていれば、原料ガスの供給時に回転式ガス導入管５１０が回転するため、１枚のウエハ１１２に対して様々な高さのガス導入口５１１から原料ガスが供給されることになる。つまり、ガス導入口５１１が螺旋状に設けられていれば、ガス導入口１５７間の間隔を狭くした場合と同様の効果が奏される。また、ガス導入口５１１が螺旋状に設けられていれば、ガス導入口５１１が特定の高さに集中しないため、回転式ガス導入管５１０において局所的に強度の低い箇所が生じることはない。

石英ボート１２０の代わりに集合型石英ボート５００を用いれば、原料ガスがガス導入口５１１からウエハ１１２に供給されるため、反応管１５０は二重管構造を有する必要がない。そこで、本実施形態では、反応管１５０から内壁１５１及び２枚の仕切板１５５を取り除くことが好ましい。このようにすれば、反応管１５０におけるボート収容室１４３の容積を増やすことができ、反応管１５０の基板処理能力を高めることができる。さらに、本実施形態では、集合型石英ボート５００における３組の基板積層部の近傍にそれぞれ排気ポート１４５を増設することが好ましい。このようにすれば、ガス導入口５１１からウエハ１１２に供給された原料ガスが、反応管１５０の内部で不要な対流を生じさせることなく、速やかに排気ポート１４５から排気されるようになる。その結果、排気ポート１４５を増設すれば、ウエハ１１２間の間隙において、原料ガスの均一性が悪化することを防止できる。

集合型石英ボート５００において、３組の基板積層部は、爪１２６が取り付けられた隣接する２本の支柱１２５が天板５０４の外周側に位置するように天板５０４及び底板５０８に固定されている。３組の基板積層部をこのように設置することにより、図５（ｂ）に示すように、ガス導入口５１１から噴出した原料ガスの噴出方向に対して傾斜角度Ｘを有するように全てのウエハ１１２を配置することができ、その結果、この原料ガスをウエハ１１２の表面に確実に衝突させられるようになる。したがって、集合型石英ボート５００を用いれば、３組の基板積層部に搭載された全てのウエハ１１２の表面に均一な薄膜を同時に形成することができる。

底板５０８は、ウエハ１１２の表面に薄膜が形成されている間は、止金によってフランジ１２２に掛止されているが、移載ロボット１１５によって集合型石英ボート５００にウエハ１１２を搭載する時には、この止金が外されて自由に回転できるようになる。したがって、集合型石英ボート５００は、移載ロボット１１５によるウエハ１１２の搭載時に、１つの基板積層部が満載になれば、自身が回転することにより、移載ロボット１１５に対して空の基板積層部を新たに提供することができる。つまり、集合型石英ボート５００によれば、移載ロボット１１５は、ウエハ１１２を基板積層部に搭載する位置を変えることなく、全ての基板積層部にウエハ１１２を搭載することができる。

＜本発明の実施形態の変形例＞
本発明は上記の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。

上記の一実施形態では、反応管１５０において、ガス導入路１５６に供給された原料ガスがガス導入口１５７からボート収容室１４３に水平方向に噴出する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、ガス導入口１５７を傾斜させることにより、原料ガスがガス導入口１５７からボート収容室１４３に斜め方向に噴出するようにしてもよい。また、内壁１５１が薄くてガス導入口１５７を傾斜させても原料ガスの噴出方向が十分に傾斜しない場合は、ガス導入口１５７の周囲に傾斜させたノズルを取り付けてもよい。ただし、ガス導入口１５７から噴出した原料ガ
スがウエハ１１２の表面と衝突するように、ガス導入口１５７から噴出する原料ガスの噴出方向すなわちガス導入口１５７の傾きまたはガス導入口１５７の周囲に取り付けられたノズルの傾きは、石英ボート１２０に保持されたウエハ１１２の傾きと非平行であることが好ましい。また、複数のガス導入口１５７間の間隔は、複数のウエハ１１２間の間隔と同じであってもよい。

また、上記の一実施形態では、図３（ｂ）に示すように、ガス導入口１５７が水平方向に３つ設けられている場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、ガス導入口１５７は水平方向に横長のスリットであってもよい。

また、上記の一実施形態において、ガス導入口１５７の開口面積がガスノズル１４１の噴出口からの距離に応じて大きくなるように、ガス導入口１５７を加工してもよい。反応管１５０内において、原料ガスは、ガス導入路１５６に充満した後にガス導入口１５７からボート収容室１４３に導入される。ここで、ガス導入路１５６とボート収容室１４３との圧力差が大きければ、ガス導入口１５７から噴出する原料ガスの流量は、内壁１５１におけるガス導入口１５７の位置にかかわらず、ほぼ均一である。しかし、ガス導入路１５６とボート収容室１４３との圧力差が小さければ、すなわち原料ガスがガス導入路１５６に十分に充満する前にガス導入口１５７を介してボート収容室１４３に供給される状態であれば、ガス導入路１５６における圧力は、ガス導入路１５６に原料ガスを供給するガスノズル１４１の噴出口からの距離に応じて低下していく状態にある。そこで、このような状態にある場合には、ガス導入口１５７の開口面積がガスノズル１４１の噴出口からの距離に応じて大きくなるようにガス導入口１５７を加工することにより、内壁１５１におけるガス導入口１５７の位置にかかわらず、ガス導入口１５７から噴出する原料ガスの流量をほぼ均一にすることができる。

また、上記の各実施形態では、基板が半導体のウエハ１１２である場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、基板が金属、金属酸化物、ガラス、またはセラミックスからなるものであってもよい。

また、上記の各実施形態では、ウエハ１１２の表面に反応性ガスを供給して薄膜を形成する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、基板の表面に不活性ガスを供給して基板をアニール処理したり還元性ガスを供給して還元処理したりしてもよい。

また、上記の各実施形態では、基板保持具として支柱１２５の外周面に複数の傾斜溝１２９が設けられた石英ボート１２０や集合型石英ボート５００を使用する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、基板保持具として基板を傾斜させて保持するための傾斜面を備えたリングボートやカバーボートを使用してもよい。

また、上記の一実施形態では、反応管１５０が内壁１５１及び外殻１５２で構成される二重管構造を有する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、反応管１５０は排気路１５９を構成している内壁１５１の一部を備えていなくてもよい、すなわち排気路１５９を備えていなくてもよい。本発明は、傾斜した状態で間隔をあけて保持された複数の基板に、この基板間の間隔よりも狭い間隔で設けられたガス導入口からガスを供給することにより、基板の表面を均一に処理できるようにするものであるから、基板間に供給されたガスを排出するための経路が明確に区画されていなくても、本発明の効果は奏される。また、排気路１５９を構成している内壁１５１の一部を取り除けば、ボート収容室１４３が拡大するため、反応管１５０はより大きなウエハ１１２を処理できるようになる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の一態様によれば、複数の基板を傾斜させて、かつ、間隔をあけて保持する基板保持具と、
前記基板間の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口と、
前記ガス導入口からガスが供給されている間に、前記基板保持具を回転させる回転装置と、を備える基板処理装置が提供される。

また、好ましくは、前記ガス導入口にガスを供給するガスノズルをさらに備えた基板処理装置であって、
前記ガス導入口の開口面積が前記ガスノズルの噴出口からの距離に応じて大きくなる。

また、好ましくは、前記基板保持具に保持されている前記基板の傾きと前記ガス導入口から噴出するガスの噴出方向とが非平行である。

また、好ましくは、前記基板処理装置は、前記ガスを一時的に収容した後に前記ガス導入口のみから前記基板に供給する空間すなわちガス導入路をさらに備える。

また、好ましくは、前記基板保持具は、複数の前記基板を傾斜させて、かつ、鉛直方向に間隔をあけて保持する基板積層部を複数備える集合型基板保持具であって、
前記集合型基板保持具は、前記基板積層部の間に回転自在に設置された回転式ガス導入管を備え、
前記回転式ガス導入管は、外周面上に前記ガス導入口を備え、回転しながらガスを前記基板に噴出する。

また、好ましくは、前記回転式ガス導入管の外周面において、前記ガス導入口が螺旋状に設けられている。

本発明の他の態様によれば、複数の傾斜面を備える基板保持具の前記傾斜面に基板を配置する基板配置工程と、
前記傾斜面に配置された前記基板に、前記傾斜面の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口からガスを供給するガス供給工程と、
前記ガス導入口からガスが供給されている間に、前記基板保持具を回転させながら前記基板の表面を処理する基板表面処理工程と、を有する基板処理方法が提供される。

１００ 基板処理装置
１１２ ウエハ（基板）
１２０ 石英ボート（基板保持具）
１２６ 爪
１２７ 突起部（上面が傾斜面）
１２９ 傾斜溝（底面が傾斜面）
１５７ ガス導入口

Claims (2)

1. 複数の基板を傾斜させて、かつ、間隔をあけて保持する基板保持具と、
   前記基板間の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口と、を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 複数の傾斜面を備える基板保持具の前記傾斜面に基板を配置する基板配置工程と、
   前記傾斜面に配置された前記基板に、前記傾斜面間の間隔よりも狭い間隔で設置された複数のガス導入口からガスを供給することにより、前記基板の表面を処理する基板表面処理工程と、を有することを特徴とする基板処理方法。

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