JP2012212819A - 縦型バッチ式成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理室内に炉内温度傾斜を設定しなくても、縦型被処理体ボートの上段に積まれた被処理体ウエハへの成膜量と、下段に積まれた被処理体への成膜量とのバラツキを抑制することが可能な縦型バッチ式成膜装置を提供すること。
【解決手段】複数の被処理体Ｗに対して一括して成膜を行う処理室１０１と、被処理体Ｗを加熱する加熱装置１３１と、処理室１０１の内部を排気する排気機構１３０と、処理室１０１を収容する収容容器１０２と、収容容器１０２の内部に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構１２０と、処理室１０１の側壁に設けられた複数のガス導入孔１０１ａとを備え、処理に使用されるガスを、複数のガス導入孔１０１ａを介して、処理室１０１の内部に複数の被処理体Ｗの処理面に対して平行な流れで供給しつつ、処理室１０１内に炉内温度傾斜を設定せずに、複数の被処理体Ｗに対して一括して成膜を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、縦型バッチ式成膜装置に関する。
複数の半導体ウエハに一括して膜を成膜するバッチ型成膜装置としては、縦型バッチ式成膜装置が知られている（特許文献１）。縦型バッチ式成膜装置では、半導体ウエハを、縦型ウエハボートに高さ方向に積み重ね、縦型ウエハボートごと処理室内に収容する。
成膜に使用される成膜ガスは、処理室の下方から供給され、処理室の上方から排気する。このため、成膜ガスは、処理室の下方から上方に進むにつれて消費が進み、縦型ウエハボートの上段に積まれた半導体ウエハに届く成膜ガスが少なくなる、という事情がある。このままでは、縦型ウエハボートの上段に積まれた半導体ウエハへの成膜量と、下段に積まれた半導体ウエハへの成膜量とにバラツキを生じてしまう。
このような成膜量のバラツキを抑制するために、処理室の内部に、処理室の下方では温度が低く、反対に上方では温度が高くなるような炉内温度傾斜が設定されるように、ヒータを制御し、縦型ウエハボートの上段に積まれた半導体ウエハに対しては、成膜がより促進されるように工夫している。
特開平８−１１５８８３号公報
このように、縦型バッチ式成膜装置では、成膜をするごとに、処理室の内部に、炉内温度傾斜を設定しなければならない。また、処理室内の温度が、適切な炉内温度傾斜で安定するまでには、相応の温度安定時間が必要である。
近時、半導体集積回路装置は高集積化が進展し、トランジスタやメモリセルなどの素子を半導体ウエハ表面から上層に向けて積み上げていく、いわゆる素子の３次元化が進んでいる。素子が３次元化された半導体集積回路装置においては、例えば、シリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜を何十層にも繰り返し積層した積層構造も見られる。
例えば、成膜温度条件が異なる２種類以上のＣＶＤ成膜を同一の炉内で連続して複数回繰り返し行おうとすると、各ＣＶＤ成膜の度に最適な炉内温度傾斜を設定するためにヒータを制御する温度設定作業を繰り返し、なおかつ、炉内温度傾斜が安定するまでの温度安定時間を一層ごとにとらなければならない。このため、例えば、シリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜を何十層にも積層した積層構造を形成するには、膨大な時間がかかってしまう。
この発明は、処理室内に炉内温度傾斜を設定しなくても、縦型ウエハボートの上段に積まれた半導体ウエハへの成膜量と、下段に積まれた半導体ウエハへの成膜量とのバラツキを抑制することが可能な縦型バッチ式成膜装置を提供する。
この発明の第１の態様に係る縦型バッチ式成膜装置は、複数の被処理体に対して一括して成膜を行う縦型バッチ式成膜装置であって、複数の被処理体を高さ方向に積み重ねた状態で収容し、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う処理室と、前記処理室に収容された前記複数の被処理体を加熱する加熱装置と、前記処理室の内部を排気する排気機構と、前記処理室を収容する収容容器と、前記収容容器の内部に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構と、前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と収容容器とを連通させる複数のガス導入孔とを、備え、前記処理に使用されるガスを、前記複数のガス導入孔を介して、前記処理室の内部に前記複数の被処理体の処理面に対して平行な流れで供給しつつ、前記処理室内に炉内温度傾斜を設定せずに、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う。
この発明の第２の態様に係る縦型バッチ式成膜装置は、複数の被処理体に対して一括して成膜を行う縦型バッチ式成膜装置であって、複数の被処理体を高さ方向に積み重ねた状態で収容し、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う処理室と、前記処理室に収容された前記複数の被処理体を加熱する加熱装置と、前記処理室を収容する収容容器と、前記収容容器の内部を、ガス拡散室とガス排気室とに区分する隔壁と、前記ガス拡散室に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構と、前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と前記ガス拡散室とを連通させる複数のガス導入孔と、前記ガス排気室の内部を排気する排気機構と、前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と前記ガス排気室とを連通させる複数のガス排気孔と、備え、前記処理に使用されるガスを、前記複数のガス導入孔を介して、前記処理室の内部に前記複数の被処理体の処理面に対して平行な流れで供給しつつ、前記処理室内に炉内温度傾斜を設定せずに、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う。
この発明の第３の態様に係る縦型バッチ式成膜装置は、複数の被処理体に対して一括して成膜を行う縦型バッチ式成膜装置であって、複数の被処理体を高さ方向に積み重ねた状態で収容し、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う処理室と、前記処理室に収容された前記複数の被処理体を加熱する加熱装置と、前記処理室を収容する収容容器と、前記収容容器と前記処理室との間の空間の一部に形成され、前記収容容器と前記処理室との間の空間にガス排気室を区画するとともに、前記収容容器の内部にガス拡散室を形成するダクトと、前記ガス拡散室に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構と、前記ダクトの側壁に設けられたガス供給孔と、前記処理室の側壁に設けられ、前記ガス供給孔を介して前記処理室と前記ガス拡散室とを連通させる複数のガス導入孔と、前記ガス排気室の内部を排気する排気機構と、前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と前記ガス排気室とを連通させる複数のガス排気孔と、備えている。
この発明によれば、処理室内に炉内温度傾斜を設定しなくても、縦型ウエハボートの上段に積まれた半導体ウエハへの成膜量と、下段に積まれた半導体ウエハへの成膜量とのバラツキを抑制することが可能な縦型バッチ式成膜装置を提供できる。
この発明の第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図 図１中の２−２線に沿う水平断面図 加熱装置の一例を示す縦断面図 この発明の第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の変形例を概略的に示す水平断面図 この発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図 図６中の６−６線に沿う水平断面図 この発明の第３の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図 図７中の８−８線に沿う水平断面図
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図、図２は図１中の２−２線に沿う水平断面図である。
図１及び図２に示すように、縦型バッチ式成膜装置１００ａは、下端が開口された円筒形の処理室１０１と、処理室１０１を収容する、下端が開口された円筒形の収容容器１０２とを有している。処理室１０１及び収容容器１０２は、例えば、石英により形成されている。収容容器１０２の下端開口部には、円筒形のマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。マニホールド１０３は、例えば、ステンレススチールにより形成されている。本例のマニホールド１０３は、その上端の一部が、処理室１０１の下端開口部に、Ｏリング等のシール部材１０５を介して連結されている。マニホールド１０３は、処理室１０１及び収容容器１０２の下端を支持する。また、マニホールド１０３と処理室１０１との連結部１０３ａは、処理室１０１の排気通路となる。
マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体ウエハ、本例では、シリコンウエハＷが、縦型ウエハボート１０６に支持された状態で挿入される。縦型ウエハボート１０６は、図示せぬ支持溝が形成された複数本の支柱１０７を有する。複数のシリコンウエハＷは、図示せぬ支持溝に支持される。また、縦型ウエハボート１０６は、テーブル１０８上に、石英製の保温筒１０９を介して載置される。
テーブル１０８は、蓋部１１０を貫通する回転軸１１１上に支持される。蓋部１１０は、例えば、ステンレススチールにより形成され、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する。また、蓋部１１０の回転軸１１１が貫通する部分には、例えば、磁性流体シール１１２が設けられている。これにより、回転軸１１１は、処理室１０１の内部を気密にシールしつつ回転可能になっている。
蓋部１１０の周辺部とマニホールド１０３の下端開口部との間、処理室１０１の下端開口部との間には、Ｏリング等のシール部材１１３が介設されている。これにより、処理室１０１及び収容容器１０２の内部と外界とが気密にシールされる。回転軸１１１は、ボートエレベータ等の図示せぬ昇降機構に支持されたアーム１１４の先端部分に取り付けられる。これにより、ウエハボート１０６及び蓋部１１０は、一体的に昇降されて処理室１０１及び収容容器１０２に対して挿脱される。
縦型バッチ式成膜装置１００ａは、収容容器１０２の内部に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構１２０を備えている。ガス供給機構１２０が供給するガスは、成膜される膜の種類に応じて換えられる。例えば、縦型バッチ式成膜装置１００ａが、ＳｉＯ２膜とＳｉＢＮ膜とを複数積層させた積層膜を成膜する場合には、ガス供給機構１２０は、シリコン原料ガス供給源１２１、酸化剤を含むガス供給源１２２、窒化剤を含むガス供給源１２３、ボロン含有ガス供給源１２４、並びに不活性ガス供給源１２５を含む。シリコン原料ガスの一例はジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＤＣＳ）、又はテトラエトキシシランＳｉ（Ｃ２Ｈ５Ｏ）４：ＴＥＯＳ）、酸化剤を含むガスの一例は酸素（Ｏ２）ガス、窒化剤を含むガスの一例はアンモニア（ＮＨ３）、ボロン含有ガスの一例は三塩化ボロン（ＢＣｌ３）、並びに不活性ガスの一例は窒素（Ｎ２）ガスである。不活性ガスは、例えば、パージガスとして使用される。
シリコン原料ガス供給源１２１は、流量制御器１２６ａ及び開閉弁１２７ａを介して、ガス導入ポート１２８に接続されている。ガス導入ポート１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通しており、その先端からガスを、収容容器１０２の内部に供給する。
以下、同様にして、酸化剤を含むガス供給源１２２は流量制御器１２６ｂ及び開閉弁１２７ｂを介して、窒化剤を含むガス供給源１２３は流量制御器１２６ｃ及び開閉弁１２７ｃを介して、ボロン含有ガス供給源１２４は流量制御器１２６ｄ及び開閉弁１２７ｄを介して、不活性ガス供給源１２５は流量制御器１２６ｅ及び開閉弁１２７ｅを介して、それぞれガス導入ポート１２８に接続されている。
マニホールド１０３と処理室１０１との連結部１０３ａには、排気口１２９が取り付けられている。排気口１２９には、真空ポンプ等を含む排気機構１３０が接続される。排気機構１３０は、処理室１０１内を、その下方から排気することで処理に使用したガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
収容容器１０２の外周には、筒体状の加熱装置１３１が設けられている。加熱装置１３１は、処理室１０１の内部を、収容容器１０２の側壁及び処理室１０１の側壁を介して加熱する。これにより、処理室１０１の内部に供給されたガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容されている被処理体、本例ではシリコンウエハＷを加熱する。
縦型バッチ式成膜装置１００ａの各構成部の制御は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、オペレータが、装置１００ａを管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、装置１００ａの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１５１が接続されている。
コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、装置１００ａで実行される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて装置１００ａの各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実行することで、装置１００ａは、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理を実行する。
第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａは、処理室１０１が、収容容器１０２の内部に収容されている。処理に使用されるガスは、直接に処理室１０１の内部に供給されるのではなく、収容容器１０２の内部に供給される。処理室１０１の側壁には、処理室１０１の内部と収容容器１０２の内部とを連通させる複数のガス導入孔１０１ａが形成されている。処理に使用されるガスは、複数のガス導入孔１０１ａを介して、処理室１０１の内部に複数の被処理体、本例ではシリコンウエハＷの処理面に対して平行な流れで供給される。ここで、処理に使用されるガスは、収容容器１０２の内部に、その下方から供給される。しかし、処理に使用されるガスは、収容容器１０２の内部を流れる。このため、処理に使用されるガスは、シリコンウエハＷに接することなく、縦型ウエハボート１０６の上段に積まれたシリコンウエハＷの位置まで届く。従って、縦型ウエハボート１０６の下段から上段まで、処理に使用されるガスの量や成分を均等になるように、シリコンウエハＷに供給することができる。つまり、シリコンウエハＷに供給されるガスの量や成分が、縦型ウエハボート１０６への収容位置でばらついてしまうことを抑制することができる。
このように、第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａによれば、縦型ウエハボート１０６への収容位置における、シリコンウエハＷへの処理に使用されるガスの供給量や供給成分のばらつきが抑制されることで、処理室１０１内に炉内温度傾斜を設定しなくても、縦型ウエハボート１０６の上段に積まれたシリコンウエハＷへの成膜量と、下段に積まれたシリコンウエハＷへの成膜量とのバラツキを抑制することが可能となる、という利点を得ることができる。
そして、処理に使用されるガスを、複数のガス導入孔１０１ａを介して、処理室１０１の内部に複数の被処理体、本例ではシリコンウエハＷの処理面に対して平行な流れで供給しつつ、処理室１０１内に炉内温度傾斜を設定せずに、複数のシリコンウエハＷに対して一括して成膜を行う。これにより、スループット良く成膜プロセスを実施することができる、という利点を得ることができる。
このような利点は、例えば、
（１） 複数のシリコンウエハＷ上に第１の膜を形成し、
（２） 第１の膜上に、この第１の膜と異なる第２の膜を形成し、
（３） （１）の手順と（２）手順とを繰り返し、複数のシリコンウエハＷ上に、第１の膜及び第２の膜が複数積層された積層膜を成膜する成膜プロセスにおいて、より良く得ることができる。
第１の膜の例としては、シリコン酸化物膜、本例ではＳｉＯ２膜、第２の膜の例としては、シリコン窒化物膜、本例ではＳｉＢＮ膜を挙げることができる。
また、第１の膜の他例としては、ノンドープアモルファスシリコン膜、第２の膜の他例としては、アクセプタ原子、例えばボロン（Ｂ）や、ドナー原子、例えばリン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）がドープされたドープトアモルファスシリコン膜を挙げることができる。
また、ノンドープアモルファスシリコン膜とドープトアモルファスシリコン膜とが複数積層された積層膜を成膜する場合、ノンドープアモルファスシリコン膜の成膜温度とドープトアモルファスシリコン膜の成膜温度とを、同一温度にすることが可能である。どちらの膜も、基本的にアモルファスシリコン膜であり、このアモルファスシリコン膜に、アクセプタ原子、又はドナー原子をドープするか否かを変えるだけで良いからである。
ノンドープアモルファスシリコン膜とドープトアモルファスシリコン膜とを複数積層、例えば１０層から１００層繰り返して積層した積層膜を成膜する場合、ノンドープアモルファスシリコン膜の成膜温度とドープトアモルファスシリコン膜の成膜温度とを同一温度とすると、成膜温度を変更せずに済むので、スループット良く成膜できる、という利点を得ることができる。
もちろん、シリコン酸化物膜、例えばＳｉＯ２膜と、シリコン窒化物膜、例えばＳｉＢＮ膜とを、例えば１０層から１００層繰り返して積層した積層膜を成膜する場合にも、双方の膜の成膜温度を同一とすれば、上記同様の利点を得ることができる。
次に、炉内温度傾斜を設定しない場合の一例を説明する。
図３は、加熱装置１３１の一例を示す縦断面図である。
図３に示すように、加熱装置１３１は、処理室１０１の内部をゾーンごとに加熱する加熱体１３１ａ〜１３１ｅを備えている。本例では、処理室１０１の内部が、ボトムゾーン、センター〜ボトムゾーン、センターゾーン、トップ〜センターゾーン、及びトップゾーンの５つのゾーンに分割され、加熱体１３１ａ〜１３１ｅはそれぞれ、各ゾーンを加熱する。
処理室１０１内に炉内温度傾斜を設定しない場合には、加熱体１３１ａ〜１３１ｅそれぞれに設定される設定温度を、全て同じ温度にすれば良い。例えば、センターゾーンを加熱する加熱体１３１ｃの温度を７６０℃に設定した場合には、ボトムゾーンを加熱する加熱体１３１ａ、センター〜ボトムゾーンを加熱する加熱体１３１ｂ、トップ〜センターゾーンを加熱する加熱体１３１ｄ、及びトップゾーンを加熱する加熱体１３１ｅの温度も、それぞれ７６０℃に設定する。
ちなみに、処理室１０１内に炉内温度傾斜を設定する、例えば、センターゾーンを加熱する加熱体１３１ｃの温度を７６０℃に設定し、炉内温度傾斜として３０℃を設定する一例を述べておくと、加熱体１３１ａの温度は７４４．５℃、加熱体１３１ｂの温度は７４９．２℃、加熱体１３１ｄ温度は７７１．５℃、及び加熱体１３１ｅの温度は７７４．５℃、となる。
また、加熱体１３１ａ〜１３１ｅそれぞれに同じ設定温度を設定したとしても、実際には加熱体１３１ａ〜１３１ｅには温度ばらつきΔＴがある。実使用上、許容できる加熱体の温度ばらつきΔＴは、本例のように処理室１０１の内部を５つのゾーンに分割した場合、ボトムゾーンに対応する加熱体１３１ａからトップゾーンに対応する加熱体１３１ｅまでの間で±５℃以下（±５℃≧ΔＴ）の範囲である。
同様に、処理室１０１の内部を、例えば、７つのゾーンに分割した場合には、温度ばらつきΔＴは、ボトムゾーンに対応する加熱体からトップゾーンに対応する加熱体までの間で±７℃以下（±７℃≧ΔＴ）の範囲に抑えられることが、実使用上良い。
つまり、許容できる加熱体の温度ばらつきΔＴとしては、ボトムゾーンに対応する加熱体からトップゾーンに対応する加熱体までの間で“±７℃≧ΔＴ”、より好ましくは“±５℃≧ΔＴ”の範囲となる。
このように、第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａによれば、処理室１０１部に炉内温度傾斜を設定せずに成膜するので、処理室１０１内に炉内温度傾斜を設定するために加熱装置１３１を制御する温度設定作業を繰り返したり、炉内温度傾斜が安定するまでの温度安定時間を一層ごとにとったりする必要がない。
このため、例えば、２種類以上の異なる膜が、何十層、例えば１０層から１００層繰り返し積層された積層膜を成膜する場合に、スループットを向上できる、という利点を得ることができる。
このため、第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａは、素子が３次元化された半導体集積回路装置に内在する構造の成膜プロセスへの適用に有利である。
（変形例）
図４はこの発明の第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の変形例を概略的に示す水平断面図である。
第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａは、処理に使用されるガスを、処理室１０１内に、被処理体、例えばシリコンウエハＷの処理面に対して平行な流れ（水平方向の流れ）で供給し、処理に使用されたガスを、処理室１０１の下方から排気する。即ち、処理に使用されたガスは方向変換されて、例えばシリコンウエハＷの処理面に対して交差する方向、例えば、縦方向に流れて排気される。
処理室１０１の内部には、処理に使用されたガスが縦方向に流れる、いわば排気通路となる部分が生じるが、この排気通路となる部分のコンダクタンスが小さいと、処理に使用されたガスが排気され難くなる、ということも想定される。
もしも、処理に使用されたガスが排気され難くなった場合には、処理に使用されるガスが、例えばシリコンウエハＷの処理面の上方でよどみ、シリコンウエハＷの処理面の上方において、処理に使用されるガスの量や成分にムラが生じ、成膜量の面内均一性に影響を及ぼすことも考えられる。
このような事情を解消したい場合には、処理室１０１内において、縦方向にガスが流れる排気通路のコンダクタンスを大きくすると良い。排気通路のコンダクタンスを大きくするためには、例えば、図４に示すように、縦方向にガスが流れる排気通路１３２の管径を太くすると良い。管径を太くするには、シリコンウエハＷの縁から処理室１０１の内壁面までの距離を、排気通路１３２以外の部分では距離“ｄ１”とし、排気通路１３２の部分では距離“ｄ２”としたとき、“ｄ１＜ｄ２”に設定すれば良い。
このような変形例によれば、排気通路１３２のコンダクタンスを、図２に示した構造に比較してより大きくすることができるので、処理に使用されたガスがより排気されやすくなる。このため、処理に使用されるガスが、被処理体、例えばシリコンウエハＷの処理面の上方でよどむことを解消することができる。よって、処理に使用されるガスが、例えばシリコンウエハＷの処理面の上方を、この処理面に平行に層流で流れるようになり、成膜量の面内均一性が、より向上する、という利点を得ることができる。
（第２の実施形態）
図５はこの発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図、図６は図５中の６−６線に沿う水平断面図である。
図５及び図６に示すように、第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｂが、第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａと、特に、異なるところは、
（１） 収容容器１０２の内部に設けられ、収容容器１０２の内部を、ガス拡散室１０２ａとガス排気室１０２ｂとに区分する隔壁１３３を備えていること
（２） 処理室１０１の側壁に、処理室１０１の内部とガス拡散室１０２ａの内部とを連通させる複数のガス導入孔１０１ｂが設けられていること
（３） 同じく処理室１０１の側壁に、処理室１０１の内部とガス排気室１０２ｂの内部とを連通させる複数のガス排気孔１０１ｃが設けられていること
（４） 排気口１２９がガス排気室１０２ｂに接続され、排気機構１３０がガス排気室１０２ｂを排気すること
である。その他の構成は、第１の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ａと同様であるので、その説明は省略する。
このような第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｂにおいても、処理室１０１が、収容容器１０２の内部に収容されているので、処理に使用されるガスは、直接に処理室１０１の内部に供給されずに、収容容器１０２に設けられたガス拡散室１０２ａの内部に供給される。このため、処理に使用されるガスが、ガス拡散室１０２ａの下方から供給されたとしても、処理に使用されるガスは、シリコンウエハＷに接することなく、縦型ウエハボート１０６の上段に積まれたシリコンウエハＷの位置まで届く。
さらに、処理に使用されるガスは、処理室１０１の側壁に設けられた複数のガス導入孔１０１ｂを介して、処理室１０１の内部において、複数の被処理体、例えば、シリコンウエハＷの処理面に対して平行な流れで供給される。
従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。
さらに、第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｂによれば、処理室１０１に供給されたガスを、処理室１０１の側壁に設けられた複数のガス排気孔１０１ｃを介して、ガス排気室１０２ｂに排気する。このため、一旦、被処理体に接触し、被処理体と反応したガスを、複数の被処理体の処理面に対して平行な流れで排気することができる。つまり、供給から排気までの流れを複数の被処理体の処理面に対して平行にでき、処理に使用されるガスが被処理体に接触する時間を、縦型ウエハボート１０６の下段から上段まで、均一にすることが可能となる。
このように、第２の実施形態によれば、さらに、処理に使用されるガスとシリコンウエハＷとの接触時間をも、縦型ウエハボート１０６への収容位置に関わらずに均一にできるので、縦型ウエハボート１０６の上段に積まれたシリコンウエハＷへの成膜量と、下段に積まれたシリコンウエハＷへの成膜量とのバラツキを、さらに抑制することが可能となる、という利点を得ることができる。
（第３の実施形態）
図７はこの発明の第３の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図、図８は図７中の８−８線に沿う水平断面図である。
図７及び図８に示すように、第３の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｃが、第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｂと、特に、異なるところは、収容容器１０２の内部をガス拡散室１０２ａとガス排気室１０２ｂとに区分する隔壁１３３の代わりに、収容容器１０２の内部にガス拡散室１０２ａを形成するダクト１３４が設けられていることである。その他の構成は、第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｂと同様であるので、その説明は省略する。
ダクト１３４の側壁には、処理室１０１の側壁に形成されたガス導入孔１０１ｂに対応したガス供給孔１３４ａが設けられている。ダクト１３４は、収容容器１０２には、例えば、取り外し可能に固定されるが、処理室１０１とは固定されない。ダクト１３４は、例えば、わずかな隙間（クリアランス１３５）を介して処理室１０１に面している。ダクト１３４と処理室１０１との間にクリアランス１３５を設けておくことで、ダクト１３４と処理室１０１とが互い擦れ合うことがない。このため、パーティクルの発生を抑制することができる。また、クリアランス１３５のコンダクタンスを、処理室１０１の側壁に設けられたガス導入孔１０１ｂのコンダクタンスよりも小さくしておけば、ダクト１３４のガス供給孔１３４ａから供給されるガスが、クリアランス１３５を介して漏出することを抑制することができる。
また、ダクト１３４は、処理室１０１と収容容器１０２との間の空間の全体に形成せず、この空間の一部に形成する。これにより、処理室１０１と収容容器１０２との間の空間で、ダクト１３４が無い部分には、ガス排気室１０２ｂを区画することができる。このようなダクト１３４の水平断面形状は、処理室１０１及び処理容器１０２の水平断面形状が円形である場合、完全なリング形ではなく、セミリング形となる。本例では、円筒形の収容容器１０２を二分する部分、いわゆる直径部まで形成され、収容容器１０２の半径ｒとほぼ同じの径を持つハーフリング形となっている。
このように、ダクト１３４を、例えば、収容容器１０２の半径ｒとほぼ同じの径を持つハーフリング形とすることで、ガス拡散室１０２ａの容積を大きく保つことができる。ガス拡散室１０２ａの容積を大きく保つことで、ガス拡散室１０２ａの内壁に、例えば、処理に使用されるガスに由来した堆積物が付着したとしても、コンダクタンスがほとんど変化しなくなる、という利点を得ることができる。
例えば、一般的なガスノズルを考える。ガスノズルは管径が細いため、その内壁に堆積物の付着量が増えるにつれ、ガスノズルのコンダクタンスがだんだんと小さくなっていく。このため、処理に使用されるガスの流量を、流量制御器を用いて精度よく制御したとしても、実際に吐出されるガスの量は、経時的に変化している。
このようなガスの吐出量の経時的な変化は、ガス拡散室１０２ａの容積を大きく保ち、堆積物の付着によるコンダクタンスの変化量をごく小さい値に抑えることで解消することができる。
なお、この利点については、第１、第２の実施形態においても得られている。第１の実施形態では処理室１０１と収容容器１０２との間に形成された、処理に使用されるガスが供給される空間の容積が大きいため、また、第２の実施形態では、隔壁１３３によって区分されたガス拡散室１０２ａの容積が、本第３の実施形態と同様に大きいためである。
さらに、第３の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｃによれば、ダクト１３４は収容容器１０２に、取り外し可能に固定され、処理室１０１には固定されない。このため、第２の実施形態に比較してメンテナンスがしやすい、という利点を得ることができる。
例えば、隔壁１３３が処理室１０１に固定されていると、成膜装置１００ｂを分解してメンテナンスする際、隔壁１３３の取り外し作業に手間がかかる。例えば、固定部分が、作業者にとっては狭い空間の内側にあるためである。
この点、第３の実施形態によれば、ダクト１３４が処理室１０１に固定されていないので、処理室１０１を収容容器１０２から取り外すだけで、処理室１０１とダクト１３４とを分離することができる。さらに、収容容器１０２から処理室１０１が取り外されれば、収容容器１０２の内側には作業者にとって十分な空間が得られる。このため、ダクト１３４は、収容容器１０２から容易に取り外すことができる。
このような第３の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置１００ｃによれば、第１、第２の実施形態と同様な利点が得られるとともに、第２の実施形態に比較して、メンテナンスがしやすい、という利点をさらに得ることができる。
以上、この発明を実施形態に従って説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されることは無く、種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では、ＳｉＯ２膜とＳｉＢＮ膜や、ノンドープアモルファスシリコン膜とドープトアモルファスシリコン膜とを複数積層した積層膜を形成することが可能な縦型バッチ式成膜装置を例示したが、膜については、これらの膜に限られるものではなく、成膜可能な膜であれば、いかなる膜の積層膜であっても良い。もちろん、ＳｉＯ２膜、ＳｉＢＮ膜、ノンドープアモルファスシリコン膜、及びドープトアモルファスシリコン膜を、様々に組み合わせて積層膜を成膜することも可能である。
また、基板としては、半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハに限定されるものでもなく、本発明は、ＬＣＤガラス基板等の他の基板にも適用することが可能である。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
Ｗ…シリコンウエハ、１０１…処理室、１０１ａ…ガス導入孔、１０１ｂ…ガス導入孔、１０１ｃ…ガス排気孔、１０２…収容容器、１０２ａ…ガス拡散室、１０２ｂ…ガス排気室、１２０…ガス供給機構、１３０…排気機構、１３１…加熱装置、１３２…排気通路、１３３…隔壁、１３４…ダクト、１３５…クリアランス。

Claims (13)

  1. 複数の被処理体に対して一括して成膜を行う縦型バッチ式成膜装置であって、
    複数の被処理体を高さ方向に積み重ねた状態で収容し、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う処理室と、
    前記処理室に収容された前記複数の被処理体を加熱する加熱装置と、
    前記処理室の内部を排気する排気機構と、
    前記処理室を収容する収容容器と、
    前記収容容器の内部に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構と、
    前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と収容容器とを連通させる複数のガス導入孔とを、備え、
    前記処理に使用されるガスを、前記複数のガス導入孔を介して、前記処理室の内部に前記複数の被処理体の処理面に対して平行な流れで供給しつつ、前記処理室内に炉内温度傾斜を設定せずに、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行うことを特徴とする縦型バッチ式成膜装置。
  2. 前記処理室内に、処理に使用されたガスが縦方向に流れる排気通路を有し、
    前記被処理体の縁から前記処理室の内壁面までの距離を、前記排気通路以外の部分では距離ｄ１とし、前記排気通路の部分では距離ｄ２としたとき、ｄ１＜ｄ２に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  3. 複数の被処理体に対して一括して成膜を行う縦型バッチ式成膜装置であって、
    複数の被処理体を高さ方向に積み重ねた状態で収容し、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う処理室と、
    前記処理室に収容された前記複数の被処理体を加熱する加熱装置と、
    前記処理室を収容する収容容器と、
    前記収容容器の内部を、ガス拡散室とガス排気室とに区分する隔壁と、
    前記ガス拡散室に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構と、
    前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と前記ガス拡散室とを連通させる複数のガス導入孔と、
    前記ガス排気室の内部を排気する排気機構と、
    前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と前記ガス排気室とを連通させる複数のガス排気孔と、備え、
    前記処理に使用されるガスを、前記複数のガス導入孔を介して、前記処理室の内部に前記複数の被処理体の処理面に対して平行な流れで供給しつつ、前記処理室内に炉内温度傾斜を設定せずに、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行うことを特徴とする縦型バッチ式成膜装置。
  4. 複数の被処理体に対して一括して成膜を行う縦型バッチ式成膜装置であって、
    複数の被処理体を高さ方向に積み重ねた状態で収容し、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う処理室と、
    前記処理室に収容された前記複数の被処理体を加熱する加熱装置と、
    前記処理室を収容する収容容器と、
    前記収容容器と前記処理室との間の空間の一部に形成され、前記収容容器と前記処理室との間の空間にガス排気室を区画するとともに、前記収容容器の内部にガス拡散室を形成するダクトと、
    前記ガス拡散室に、処理に使用されるガスを供給するガス供給機構と、
    前記ダクトの側壁に設けられたガス供給孔と、
    前記処理室の側壁に設けられ、前記ガス供給孔を介して前記処理室と前記ガス拡散室とを連通させる複数のガス導入孔と、
    前記ガス排気室の内部を排気する排気機構と、
    前記処理室の側壁に設けられ、前記処理室と前記ガス排気室とを連通させる複数のガス排気孔と、備えていることを特徴とする縦型バッチ式成膜装置。
  5. 前記ダクトは、前記収容容器に取り外し可能に固定され、前記処理室には固定されていないことを特徴とする請求項４に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  6. 前記ダクトは、前記処理室に、クリアランスを介して面していることを特徴とする請求項５に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  7. 前記クリアランスのコンダクタンスは、前記複数のガス導入孔のコンダクタンスよりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  8. 前記処理に使用されるガスを、前記複数のガス導入孔を介して、前記処理室の内部に前記複数の被処理体の処理面に対して平行な流れで供給しつつ、前記処理室内に炉内温度傾斜を設定せずに、前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行うことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  9. 前記加熱装置は、前記処理室の内部をゾーンごとに加熱する複数の加熱体を備え、
    前記複数の被処理体に対して一括して成膜を行う際、前記複数の加熱体それぞれに設定される設定温度を、全て同じ温度にすることを特徴とする請求項１から請求項３、及び請求項８のいずれか一項に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  10. 前記複数の加熱体の温度ばらつきΔＴは、±７℃≧ΔＴの範囲に抑えられることを特徴とする請求項９に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  11. 前記複数の被処理体に対する一括した成膜が、
    （１） 前記被処理体上に第１の膜を形成し、
    （２） 前記第１の膜上に、この第１の膜と異なる第２の膜を形成し、
    （３） 前記（１）の手順と前記（２）手順とを繰り返し、前記複数の被処理体上に、前記第１の膜及び前記第２の膜が複数積層された積層膜を成膜するものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  12. 前記複数の被処理体が半導体ウエハであり、
    前記第１の膜及び前記第２の膜の一方がシリコン酸化物膜又はノンドープアモルファスシリコン膜であり、
    前記第１の膜及び前記第２の膜の他方がシリコン窒化物膜又はドープトアモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項１１に記載の縦型バッチ式成膜装置。
  13. 前記第１の膜の成膜温度と前記第２の膜の成膜温度とを、同一温度とすることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の縦型バッチ式成膜装置。
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