JP2014063958A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハサイズが変化するとウエハサイズに合わせた構造の変更が必要となり、コストアップと設計変更に時間がかかるという課題があった。
【解決手段】複数の基板を保持するホルダと、前記ホルダを複数の支持部で支持する保持体と、前記保持体で支持されたホルダが保持する複数の基板を処理する処理室と、を有し、前記ホルダは支持部に支持される外周部と、該外周部の内側で複数の基板を保持する内周部とで構成され、該内周部は少なくとも保持される複数の基板の内、前記外周部近傍側に配置される基板の中心位置が前記ホルダの重心と前記支持部とを結ぶ線上の位置を避けて配置されるように構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置および基板若しくは半導体デバイスの製造方法に関するものである。

炭化ケイ素（ＳｉＣ、シリコンカーバイド）は、ケイ素（Ｓｉ、シリコン）に比して、絶縁耐圧や熱伝導性が高いこと等から、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。その一方でＳｉＣは、不純物拡散係数が小さいこと等から、Ｓｉに比して結晶基板や半導体装置（半導体デバイス）の製造が難しいことが知られている。例えば、Ｓｉのエピタキシャル成膜温度が９００℃〜１２００℃程度であるのに対し、ＳｉＣのエピタキシャル成膜温度は１５００℃〜１８００℃程度となっており、装置の耐熱構造や材料の分解抑制等に技術的な工夫が必要となる。また、ＳｉとＣの２元素の反応で成膜が進むため、膜厚や組成均一性の確保、ドーピングレベルの制御技術にもシリコン系の成膜装置に無い工夫が必要となる。

量産用のＳｉＣエピタキシャル成長装置として市場に供されている装置としては、「パンケーキ型」や「プラネタリ型」と称される形態の、所謂枚葉型の基板処理装置が主流である。パンケーキ型やプラネタリ型のＳｉＣエピタキシャル成長装置では高周波等で成膜温度まで加熱したサセプタ上に数枚〜十数枚程度のＳｉＣ基板を平面的に並べ、原料ガスやキャリアガスを供給する方法でＳｉＣエピタキシャル膜を成膜している。原料ガスとしてはＣ原料としてＣ_３Ｈ_８（プロパン）やＣ_２Ｈ_４（エチレン）、Ｓｉ原料としてＳｉＨ_４（モノシラン）が多く採用されており、キャリアとしてはＨ_２（水素）が使用される。気相中でのシリコン核形成の抑制や結晶の品質向上を狙って塩化水素（ＨＣｌ）を添加したり、塩素（Ｃｌ）を構造中に含むトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロルシラン（ＳｉＣｌ_４、四塩化珪素)などの原料を使う場合もある。
図９にパンケーキ型装置と図１０に図９におけるＡ−Ａ断面概略図を示す。このような反応室構造では平面的に配置された基板７０１に対しシリコン成膜材料、カーボン成膜材料が中心部に設置されたガス供給経路７０２を経てガス供給口７０４から反応室内部へ供給される。反応室内へ供給されたガスはサセプタ７０５と反応容器壁７０６との間の排気経路７０３から排気部７０７を経由して排気されるのが一般的であり、ガス供給口７０４から排気経路７０３にかけてガスの濃度分布は大きく変化する。これに伴う膜厚の不均一性を回避するために、成膜時に基板７０１およびサセプタ７０５を回転さることが一般的に行われている。このようなパンケーキ型やプラネタリ型のＳｉＣエピタキシャル成長装置では、一度に処理できる基板枚数を増やすにはサセプタ７０５の直径を大きくすれば良いが、サセプタ７０５の直径を大きくすると装置サイズも大きくなりコストが増大する問題があった。この問題は基板径が大きくなるほど、より深刻となる。また、ガス供給口７０４方向からガス排気経路７０３方向（半径方向）に２枚以上の基板を並べると前述のガス濃度差の問題により処理基板間に膜厚差が発生するため、一度に処理できる実用的なウエハ枚数が制限されるという問題があった。

一方、複数の基板を効率的に処理し得るバッチ式の基板処理装置として、例えば、縦方向に複数の基板を積層するよう保持するボートを備えたバッチ式縦型基板処理装置が知られている。このバッチ式縦型基板処理装置は、複数の基板を積層するよう保持したボートを処理炉内に搬送し、その後、処理炉内を所定温度に昇温させ、処理炉内に設けたガスノズルから各基板に向けて反応ガスを供給する。これにより、各基板の成膜面が反応ガスに曝されて、各基板を一度に効率良く成膜処理することができる。

このようなバッチ式縦型基板処理装置をＳｉＣエピタキシャル成長装置に応用したものとしては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。

特開２０１０−２８３３３６号公報

複数枚のＳｉＣ基板を一括処理できるバッチ式の成膜装置では、基板サイズが変化すると基板サイズに合わせた構造の変更が必要となり、コストアップと設計変更に時間がかかるという問題があった。

本発明の目的は、基板処理装置の自動処理を可能とし、ＳｉＣ基板を積載処理可能で、異径のＳｉＣ基板でも同一装置で処理可能な基板処理装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明に係る基板処理装置は、複数の基板を保持するホルダと、ホルダを複数の支持部で支持する保持体と、保持体で支持されたホルダが保持する複数の基板を処理する処理室と、を有し、ホルダは支持部に支持される外周部と、外周部の内側で複数の基板を保持する内周部とで構成され、内周部には少なくとも保持される複数の基板の内、外周部近傍側に配置される基板の中心位置がホルダの重心と支持部とを結ぶ線上の位置を避けて配置されるように構成している基板処理装置である。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、処理する基板サイズが変わっても、基板処理装置で処理可能な基板サイズの外形と同じ外形の基板ホルダに処理する基板を設置することで、反応室内の構造を変更することなく、基板処理を行うことができる。

本発明に係る基板処理装置の概要を示す斜視図である。 処理炉の内部構造を示す断面図である。 処理炉周辺の構造を示す断面図である。 基板処理装置の制御系統を説明するブロック図である。 ボートの詳細構造を示す斜視図である。 （ａ）２枚のウエハをウエハホルダに保持させた状態を示す上面図であり、（ｂ）同縦断面図である。 （ａ）５枚のウエハをウエハホルダに保持させた状態を示す上面図であり、（ｂ）同縦断面図である。 ウエハホルダ外周部に貫通孔を有した図である。 従来のパンケーキ型ＳｉＣエピタキシャル膜成長装置の反応室断面図である。 図９のＡ−Ａ断面図である。

［第１実施の形態］
以下、本発明の第１実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施の形態では、基板処理装置の一例であるＳｉＣエピタキシャル成長装置において、高さ方向（縦方向）にＳｉＣウェーハを積層する、所謂バッチ式縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置を挙げている。これにより、一度に処理できるＳｉＣウエハの数を増やしてスループット（製造効率）を向上させている。

＜全体の構成＞
図１は本発明に係る基板処理装置の概要を示す斜視図であり、まず、図１を用いて、本発明の一実施の形態におけるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置、および、半導体デバイスの製造工程の一つであるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法について説明する。

基板処理装置（成膜装置）としての半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、種々の機能を備えた複数の装置を収容する筐体１２を有している。この半導体製造装置１０では、例えば、ＳｉＣ等で構成された基板としてのウエハ１４を収納する基板収容器として、ポッド（フープ）１６をウエハキャリアとして使用している。

筐体１２の正面側（図中向かって右側）には、ポッドステージ１８が設けられ、当該ポッドステージ１８上にポッド１６が搬送されるようになっている。ポッド１６には、例えば、２５枚のウエハ１４が収納され、蓋１６ａが閉じられた状態（密閉状態）のもとで、ポッドステージ１８上にセットされる。

筐体１２の正面側で、かつポッドステージ１８の背面側には、当該ポッドステージ１８と対向するようにしてポッド搬送装置２０が設けられている。また、ポッド搬送装置２０の近傍でかつ背面側には、複数段（図示では３段）のポッド収納棚２２，ポッドオープナ２４および基板枚数検知器２６が設けられている。各ポッド収納棚２２は、ポッドオープナ２４および基板枚数検知器２６の上方側に設けられ、ポッド１６を複数個搭載（図示では５個）し、その状態を保持するよう構成されている。ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８，各ポッド収納棚２２およびポッドオープナ２４間で、次々とポッド１６を搬送するようになっている。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋１６ａを開けるもので、基板枚数検知器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して設けられ、蓋１６ａが開けられた状態のもとでポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知するものである。

筐体１２の内部には、その他に、基板移載機２８，基板保持具としてのボート３０が設けられている。基板移載機２８は、例えば、５本のアーム（ツイーザ）３２を備え、各アーム３２は、図示しない駆動手段により昇降可能かつ回転可能な構造となっており、ポッド１６から５枚のウエハ１４を一度に取り出せるようになっている。そして、各アーム３２を正面側から背面側に反転移動させることで、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からボート３０に向けて、ウエハ１４を５枚ずつ搬送することができる。

筐体１２内の背面側でかつ上方側には、処理炉４０が設けられている。処理炉４０の内部には、複数枚のウエハ１４を装填したボート３０が搬入され、これにより、複数積層したウエハ１４を一度に熱処理（バッチ処理）できるようになっている。

＜処理炉の構成＞
図２は処理炉の内部構造を示す断面図を、図３は処理炉周辺の構造を示す断面図を、図４は基板処理装置の制御系統を説明するブロック図を、図５はボートの詳細構造を示す斜視図を、図６は２枚のウエハをウエハホルダに保持させた状態を示す断面図を、図７は５枚のウエハをウエハホルダに保持させた状態を示す断面図を、図８はウエハホルダ外周部に貫通孔を構成した説明図をそれぞれ表している。次に、これらの図２〜図８を用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０について説明する。

処理炉４０は、円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備えている。反応管４２は、石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上方側が閉塞され下方側が開口した有底筒状に形成されている。反応管４２内の反応室４４には、ボート３０が収納されるようになっている。ここで、ボート３０は、ウエハホルダ１００（図６〜図８参照）に搭載されたウエハ１４を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えて整列させ、縦方向に複数積層した状態で保持するようになっている。なお、ボート３０の下方側には、例えば、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により円柱形状に形成された断熱部材としてのボート断熱部３４が設けられ、加熱体４８からの熱が、処理炉４０の下方側に伝達し難くなっている。

反応管４２の開口側（図２中下方側）には、反応管４２と同心円状にマニホールド３６が配設されている。マニホールド３６は、例えば、ステンレス材料等からなり、上方側および下方側が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド３６は反応管４２を支持し、マニホールド３６と反応管４２との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。これにより、反応管４２およびマニホールド３６の内部に充填された反応ガスが外部に漏洩するのを防止している。

マニホールド３６は、その下方側に設けられた保持体（図示せず）に支持されており、これにより反応管４２は、地面（図示せず）に対して垂直に据え付けられた状態となっている。ここで、反応管４２およびマニホールド３６により、反応容器を形成している。

処理炉４０は、加熱体４８と誘導コイル５０とを備えている。加熱体４８は反応室４４内に設けられ、上方側が閉塞されて下方側が開口された有底筒状に形成されている。これにより、加熱体４８内に供給される反応ガスを封止でき、かつ反応室４４の上方側への放熱を抑制できる。加熱体４８は、少なくとも複数積層されたウエハ１４の積層領域を囲むように設けられ、磁場発生部として機能する誘導コイル５０により誘導加熱されるようになっている。

誘導コイル５０は、円筒形状の支持部材５１の内周側に螺旋状に固定され、当該誘導コイル５０は外部電源（図示せず）により通電される。そして、誘導コイル５０を通電することで当該誘導コイル５０は磁場を発生し、ひいては加熱体４８が誘導加熱される。このように加熱体４８を誘導加熱により発熱させることで、反応室４４内が所望の処理温度（１５００〜１８００℃）に加熱されるようになっている。

加熱体４８の近傍には、反応室４４内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられており、当該温度センサおよび誘導コイル５０は、コントローラ１５２の温度制御部５２（図４参照）と電気的に接続されている。温度制御部５２は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、反応室４４内の温度が所望の温度分布となるよう、誘導コイル５０への通電具合を所定のタイミングで調節（制御）するようになっている。

反応管４２と加熱体４８との間には、例えば、誘導加熱され難いカーボンフェルト等で形成された断熱材５４が設けられている。断熱材５４は、側壁部５４ａと蓋部５４ｂとを備え、反応管４２および加熱体４８と同様に、上方側が閉塞され下方側が開口された有底筒状に形成されている。このように、断熱材５４を設けることで加熱体４８からの輻射熱の伝達を遮断し、反応管４２あるいは反応管４２の外部が加熱されるのを抑制している。
なお、側壁部５４ａおよび蓋部５４ｂは、一体成形または別部材で構成することができる。

誘導コイル５０の外周側には、反応室４４内の熱が外部に伝達されるのを抑制するために、例えば、水冷構造の外側断熱壁５５が設けられている。外側断熱壁５５は円筒形状に形成され、反応室４４（支持部材５１）を包囲するよう配置されている。さらに、外側断熱壁５５の外周側には、誘導コイル５０を通電することで発生する磁場が、外部に漏洩するのを防止するための磁気シール５８が設けられている。磁気シール５８においても、上方側が閉塞され下方側が開口された有底筒状に形成されている。

加熱体４８と各ウエハ１４との間には、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガス，Ｃｌ（塩素）原子含有ガス，Ｃ（炭素）原子含有ガスおよび還元ガスを供給する複数の第１ガス供給口６０を備えた第１ガス供給ノズル（ガスノズル）６１が設けられている。また、加熱体４８と各ウエハ１４との間で、第１ガス供給ノズル６１の対向位置には、第１ガス供給ノズル６１から供給された反応ガスを外部に排気する第１ガス排気口６２が設けられている。さらに、反応管４２と断熱材５４の間には、第２ガス供給口６４を備えた第２ガス供給ノズル６５と、その対向位置には、第２ガス排気口６６が設けられている。
以下、それぞれのノズルについて説明する。

第１ガス供給ノズル６１は、例えば、カーボングラファイト等で中空パイプ状に形成され、その先端側は加熱体４８の上方側に延在しており、第１ガス供給ノズル６１の各第１ガス供給口６０は各ウエハ１４の側面に向けられている。第１ガス供給ノズル６１の基端側は、マニホールド３６を貫通しつつ、当該マニホールド３６に溶接等により固定されている。第１ガス供給ノズル６１は、少なくとも、Ｓｉ原子含有ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ_４）ガス、Ｃｌ原子含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガス、Ｃ原子含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス、還元ガスとして例えば水素（Ｈ_２）ガスとをそれぞれ混合した状態とし、この反応ガスを各ウエハ１４に向けて供給するようになっている。

第１ガス供給ノズル６１は、第１ガスライン６８に接続されている。第１ガスライン６８は、流量制御器（流量制御手段）としての各ＭＦＣ（マスフローコントローラ）７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄおよび各バルブ７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄを介して、第１ガス源７０ａ，第２ガス源７０ｂ，第３ガス源７０ｃ，第４ガス源７０ｄに接続されている。なお、各ガス源７０ａ〜７０ｄには、例えば、ＳｉＨ_４ガス，ＨＣｌガス，Ｃ_３Ｈ_８ガス，Ｈ_２ガスがそれぞれ充填されている。

この構成により、例えば、ＳｉＨ_４ガス，ＨＣｌガス，Ｃ_３Ｈ_８ガス，Ｈ_２ガスのそれぞれの供給流量，濃度，分圧等を制御することができる。各バルブ７４ａ〜７４ｄおよび各ＭＦＣ７２ａ〜７２ｄは、コントローラ１５２のガス流量制御部７８（図４参照）に電気的に接続されている。ガス流量制御部７８は、供給すべきそれぞれの反応ガスの流量を所定流量とするよう、所定のタイミングで制御するようになっている。ここで、ＳｉＨ_４ガス（成膜ガス），ＨＣｌガス（エッチングガス），Ｃ_３Ｈ_８ガス（成膜ガス），Ｈ_２ガス（還元ガス）をそれぞれ供給する各ガス源７０ａ〜７０ｄ，各バルブ７４ａ〜７４ｄ，各ＭＦＣ７２ａ〜７２ｄ，第１ガスライン６８，第１ガス供給ノズル６１および各第１ガス供給口６０によって、第１ガス供給系を構成している。

なお、上述においては、第１ガス供給ノズル６１の各第１ガス供給口６０から、少なくとも、Ｓｉ原子含有ガス，Ｃｌ原子含有ガス，Ｃ原子含有ガスおよび還元ガスを供給するようにしたが、これに限らず、それぞれの反応ガスに対応させて個別にガス供給ノズルを設けても良い。この場合、各反応ガスは反応室４４内で混合されることになる。また、例えば２つのガス供給ノズルを設けて、上記４種類の反応ガスのうちの２種類を任意の組み合わせで混合させておき、各ウエハ１４に向けて供給するようにしても良い。
また、上述した原料ガス以外にキャリアガスとして希ガスなどの不活性ガスを原料ガスとともに供給するようにしても良い。

また、上述においては、Ｃｌ原子含有ガスとしてＨＣｌガスを用いた場合を例示したが、これに限らず、塩素（Ｃｌ_２）ガス等を用いても良い。

さらに、上述においては、Ｓｉ原子含有ガスとＣｌ原子含有ガスとを第１ガスライン６８内で混合しておき、この混合した反応ガスを各第１ガス供給口６０からウエハ１４に供給するようにしたが、これに限らず、Ｓｉ原子とＣｌ原子とを含有するガスである、例えばテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガス，トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）ガス，ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス等を供給するようにしても良い。

また、上述においては、Ｃ原子含有ガスとしてＣ_３Ｈ_８ガスを用いた場合を例示したが、これに限らず、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガス，アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガス等を用いても良い。

さらには、第１ガス供給ノズル６１内でドーパントガスを混合させておき、各第１ガス供給口６０からドーパントガスを含有する反応ガスを供給するようにしても良い。また、当該ドーパントガスを供給するための専用のガス供給ノズルを別途設け、当該ガス供給ノズルからドーパントガスを反応室４４内に供給するようにしても良い。

加熱体４８と各ウエハ１４との間で第１ガス供給ノズル６１と対向する第１ガス排気口６２には、マニホールド３６を貫通して当該マニホールド３６に溶接等により固定されたガス排気管７６が接続されている。これにより、反応室４４内に供給された反応ガスは、第１ガス排気口６２およびガス排気管７６を介して、半導体製造装置１０の外部に排出される。

このように、各第１ガス供給口６０から反応室４４内に、少なくとも、Ｓｉ原子含有ガス，Ｃｌ原子含有ガス，Ｃ原子含有ガスおよび還元ガスを供給するようにし、各第１ガス供給口６０から供給された反応ガスを、ボート３０に積層された各ウエハ１４に対して側面方向から平行に流し、その後、反応ガスは第１ガス排気口６２に向かう。これにより、各ウエハ１４の下面である成膜面全体を、効率的かつ均一に反応ガスに曝すことができる。

ここで、好ましくは、反応室４４の内部における加熱体４８と各ウエハ１４との間で、かつ第１ガス供給ノズル６１と第１ガス排気口６２との間に、反応ガスの流れ方向を各ウエハ１４に向けるための構造物（図示せず）を設けると良い。この構造物の材料としては、好ましくは断熱材またはカーボングラファイト等を用いることで、耐熱性の向上やパーティクル発生の抑制を図ることができる。これにより、各第１ガス供給口６０から供給される反応ガスを、より各ウエハ１４の成膜面全体に行き渡るようにすることができ、各ウエハ１４を効率的かつ均一に反応ガスに曝すことができる。ひいては各ウエハ１４上に成膜されるＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚均一性（成膜精度）を向上させることができる。

反応管４２と断熱材５４との間に配置された第２ガス供給ノズル６５の基端側は、マニホールド３６を貫通して当該マニホールド３６に溶接等により固定されている。第２ガス供給ノズル６５は、第２ガスライン６９に接続され、当該第２ガスライン６９は、ＭＦＣ７２ｅおよびバルブ７４ｅを介して、第５ガス源７０ｅに接続されている。なお、第５ガス源７０ｅには、例えば不活性ガスとして、希ガスのＡｒ（アルゴン）ガスが充填されている。これにより、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長に寄与する反応ガスが、反応管４２と断熱材５４との間に進入するのを防止し、反応管４２の内壁や断熱材５４の外壁に不要な生成物が付着するのを抑制できる。なお、バルブ７４ｅおよびＭＦＣ７２ｅにおいても、コントローラ１５２のガス流量制御部７８（図４参照）に電気的に接続されている。

反応管４２と断熱材５４との間で、第２ガス供給ノズル６５との対向部位には、第２ガス排気口６６が設けられている。第２ガス排気口６６においても、第１ガス排気口６２と同様にガス排気管７６に接続されている。ガス排気管７６の下流側には、圧力検出器としての圧力センサ（図示せず）および圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ７９を介して、真空ポンプ等の真空排気装置８０が接続されている。

圧力センサおよびＡＰＣバルブ７９には、コントローラ１５２の圧力制御部９８（図４参照）が電気的に接続されている。圧力制御部９８は、圧力センサにより検出された圧力に基づき、所定のタイミングでＡＰＣバルブ７９の開度を調節（制御）するようになっている。これにより、反応管４２と断熱材５４との間に供給されたＡｒガスを、第２ガス排気口６６，ガス排気管７６およびＡＰＣバルブ７９を介して真空排気装置８０から外部に所定量排気することで、処理炉４０内の圧力が所定圧力に調整される。

ここで、Ａｒガス（不活性ガス）を供給する第５ガス源７０ｅ，バルブ７４ｅ，ＭＦＣ７２ｅ，第２ガスライン６９，第２ガス供給ノズル６５および第２ガス供給口６４によって、第２ガス供給系を構成している。また、不活性ガスとして、Ａｒガスを供給するようにした場合を例示したが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス，ネオン（Ｎｅ）ガス，クリプトン（Ｋｒ）ガス，キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスのうちの少なくとも１つのガス、または上述の希ガスのうちの少なくとも１つのガスとＡｒガスとを組み合わせたガスを供給するようにしても良い。

＜処理炉の周辺の構成＞
図３に示すように、処理炉４０の下方側には、当該処理炉４０の開口部分である炉口１４４を気密に閉塞するシールキャップ（炉口蓋体）１０２が設けられている。シールキャップ１０２は、例えば、ステンレス等の金属材料により略円盤状に形成されている。シールキャップ１０２と処理炉４０の天板１２６との間には、両者間をシールするシール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられ、これにより処理炉４０内を気密に保持できるようにしている。

シールキャップ１０２には回転機構１０４が設けられ、当該回転機構１０４の回転軸１０６は、シールキャップ１０２を貫通してボート断熱部３４に連結されている。そして、回転機構１０４を回転駆動することにより、回転軸１０６およびボート断熱部３４を介して処理炉４０内でボート３０が回転し、これに伴いウエハ１４も回転するようになっている。

シールキャップ１０２は、処理炉４０の外側に設けられた昇降モータ（昇降機構）Ｍによって垂直方向（上下方向）に昇降されるよう構成され、これによりボート３０を処理炉４０に対して搬入搬出できるようになっている。回転機構１０４および昇降モータＭには、コントローラ１５２の駆動制御部１０８（図４参照）が電気的に接続されている。駆動制御部１０８は、回転機構１０４および昇降モータＭを、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するようになっている。

処理炉４０の下方側には、予備室としてのロードロック室ＬＲが設けられ、当該ロードロック室ＬＲの外側には下基板ＬＰが設けられている。下基板ＬＰには、昇降台１１４を摺動自在に支持するガイドシャフト１１６の基端部が固定され、また、昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８の基端部が回転自在に支持されている。また、ガイドシャフト１１６の先端部およびボール螺子１１８の先端部には、上基板ＵＰが装着されている。ボール螺子１１８は上基板ＵＰに搭載された昇降モータＭにより回転駆動され、昇降台１１４はボール螺子１１８の回転駆動により昇降するようになっている。

昇降台１１４には、中空パイプ状の昇降シャフト１２４が垂下するよう固定され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４との連結部分は気密となっている。これにより、昇降シャフト１２４は、昇降台１１４とともに昇降するようになっている。昇降シャフト１２４は、ロードロック室ＬＲの上方側の天板１２６に設けられた貫通孔１２６ａを、所定の隙間を持って貫通している。つまり、昇降シャフト１２４が昇降する際に、当該昇降シャフト１２４は天板１２６に接触することが無い。

ロードロック室ＬＲと昇降台１１４との間には、昇降シャフト１２４の周囲を覆うよう伸縮性を有するベローズ（中空伸縮体）１２８が設けられ、当該ベローズ１２８によりロードロック室ＬＲは気密に保持されている。なお、ベローズ１２８は、昇降台１１４の昇降量に対応し得る充分な伸縮量を備え、ベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外径に比べて充分に大きくなっている。これにより、ベローズ１２８は、その伸縮時において、昇降シャフト１２４と接触すること無くスムーズに伸縮することができる。

昇降シャフト１２４の下方側には、昇降基板１３０が水平に固定され、当該昇降基板１３０の下方側には、Ｏリング等のシール部材（図示せず）を介して駆動部カバー１３２が気密に取り付けられている。昇降基板１３０および駆動部カバー１３２は、駆動部収納ケース１３４を構成しており、これにより、駆動部収納ケース１３４内の雰囲気とロードロック室ＬＲ内の雰囲気とを隔離している。

駆動部収納ケース１３４の内部には、ボート３０を回転駆動する回転機構１０４が設けられ、当該回転機構１０４の周辺は、水冷構造の冷却機構１３５により冷却されるようになっている。

回転機構１０４には電力ケーブル１３８が電気的に接続されており、当該電力ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上方側から中空部を通って、回転機構１０４に導かれている。また、冷却機構１３５およびシールキャップ１０２には、冷却水流路１４０がそれぞれ形成されており、これらの冷却水流路１４０には、それぞれ冷却水配管１４２が接続されている。各冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上方側から中空部を通って、各冷却水流路１４０に導かれている。

コントローラ１５２の駆動制御部１０８により昇降モータＭを回転駆動させることで、ボール螺子１１８が回転し、これにより昇降台１１４および昇降シャフト１２４が昇降し、ひいては駆動部収納ケース１３４が昇降する。そして、駆動部収納ケース１３４を上昇させることで、昇降基板１３０に気密に設けたシールキャップ１０２が処理炉４０の開口部である炉口１４４を密閉し、これによりウエハ１４を熱処理できる状態となる。また、駆動部収納ケース１３４を下降させることで、シールキャップ１０２とともにボート３０が降下して、ウエハ１４を処理炉４０の外部に搬出できる状態となる。

図４に示すように、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を制御するコントローラ１５２は、温度制御部５２，ガス流量制御部７８，圧力制御部９８および駆動制御部１０８を備えている。これらの温度制御部５２，ガス流量制御部７８，圧力制御部９８および駆動制御部１０８は、操作部および入出力部を構成し、半導体製造装置１０の全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。

＜ウエハの積層構造＞
図５に示すように、ボート３０は、円盤状に形成された上板３０ａと、円環状に形成された下板３０ｂと、上板３０ａと下板３０ｂとの間に設けられ、両者を水平状態で支持する支柱としての第１ボート柱３１ａ，第２ボート柱３１ｂおよび第３ボート柱３１ｃとを備えている。上板３０ａ，下板３０ｂおよび各ボート柱３１ａ〜３１ｃは、何れもＳｉＣ等の耐熱材料により形成され、これらは互いに嵌め込みやネジ止め等の接続手段により一体に組み付けられている。

各ボート柱３１ａ〜３１ｃは、何れも同じ形状に形成され、ボート３０を組み立てた状態のもとで、各ボート柱３１ａ〜３１ｃが対向する側には、切り欠きよりなる複数のホルダ保持部ＨＳが設けられている。各ホルダ保持部ＨＳは、ウエハ１４を搭載したウエハホルダ１００（図６参照）の外周側を取り外し可能に保持するもので、各ボート柱３１ａ〜３１ｃの長手方向に沿って所定間隔で、例えば３０段設けられている。つまり、ボート３０は、少なくとも１枚以上３０枚以下のウエハ１４を、それぞれウエハホルダ１００を介して水平状態でかつ互いに中心を揃えた状態のもとで、縦方向に積層保持することができるよう構成されている。

第１ボート柱３１ａおよび第２ボート柱３１ｂは、上板３０ａおよび下板３０ｂの周方向に沿って９０度間隔となるよう配置されている。また、第２ボート柱３１ｂおよび第３ボート柱３１ｃは、上板３０ａおよび下板３０ｂの周方向に沿って１８０度間隔となるよう配置されている。つまり、第１ボート柱３１ａと第２ボート柱３１ｂとの間隔は、第２ボート柱３１ｂと第３ボート柱３１ｃとの間隔よりも狭くなっている。なお、第１ボート柱３１ａおよび第３ボート柱３１ｃは、第１ボート柱３１ａおよび第２ボート柱３１ｂの関係と同様に、上板３０ａおよび下板３０ｂの周方向に沿って９０度間隔となっている。各ボート柱３１ａ〜３１ｃの間隔のうちの最も広く開口した開口部分、つまり第２ボート柱３１ｂと第３ボート柱３１ｃとの間の開口部分は、ウエハ１４を保持したウエハホルダ１００を移載するための開口部（搬入搬出部）となっている。

ウエハ１４を搭載するウエハホルダ１００は、図６〜図８に示すように円盤状に形成されている。例えば、本実施の形態で処理するウエハが６インチである場合、ウエハホルダ１００は６インチのウエハ１４が１枚載置されるように構成される。図６には例えば６インチよりも小径となるウエハを２枚乗せた状態を示し、図７においては、ウエハを５枚乗せた状態を示す。更に、図６（ａ）、図７（ａ）においては、ホルダカバー１２０を被せていない状態を示し、図６（ｂ）、図７（ｂ）においては、ホルダカバー１２０を被せた状態を示している。当該ウエハホルダ１００は、円環状のホルダベース１１０と円盤状のホルダカバー１２０とを備えている。ここで、ホルダベース１１０およびホルダカバー１２０においても、何れもＳｉＣ等の耐熱材料によりそれぞれ形成されている。なお、ホルダベース１１０は本発明におけるウエハホルダを、ホルダカバー１２０は本発明における蓋部材をそれぞれ構成している。このように、ホルダカバー１２０によりウエハ１４の上面１４ｂを覆う構成とすることにより、ウエハ１４の上方側から落下してくるパーティクル（微細ゴミ）からウエハ１４を保護することができ、ウエハ１４の上面に成膜されないようにすることができる。また、ＳｉＣコートされたホルダカバー１２０とウエハ１４を接触して加熱すると近接昇華が起こり、ウエハ１４の接触表面に面荒れ（ＳｉＣ付着）が発生してしまう。この面荒れを抑制する対策として、ホルダカバー１２０とウエハ１４との間にＴａｃプレート１０００を挟んでいる。

ウエハホルダ１００を構成するホルダベース１１０の外径寸法は、ウエハ１４の外径寸法よりも大きい外径寸法に設定されている。ホルダベース１１０の中央部分には、ホルダベース１１０を軸方向に貫通する貫通穴１１０ａが設けられ、当該貫通穴１１０ａの内周縁部には環状段差部１１１が形成されている。この環状段差部１１１は、ウエハ１４を保持するようになっている。環状段差部１１１のホルダベース１１０表面からウエハ１４を保持する保持面までの高さはウエハ１４の厚さと同一でも良いし、ホルダカバー１２０を設置するためにウエハ厚さ１４より高くしても良い。

前述したように反応ガスはウエハの横方向からウエハ表面と平行に流れている。その際に、ボート柱の影響により、ガスの流れに乱れが生じ、ウエハ面内のボート柱近傍部分の膜厚が薄くなってしまい、ウエハの表面に成膜される膜の同一ウエハ面内における膜厚の均一性に影響を与えている。そこで、図７で示すように、ホルダの外周部１３０の内側である内周部１４０に配置される複数の基板のうち、外周部近傍に配置された基板の中心位置がホルダの重心とボート柱とを結ぶ線上の位置を避けたところに基板を配置している。
更に別の実施例として、内周部に配置される複数の基板がホルダの中心に対して、点対称に配置されている。

更に、ボート柱近傍の基板の膜厚均一性を向上させるために、図８に示すように、ホルダベース１１０の基板の配置されている内周部１４０より外側である外周部１３０にガス流れを良くするための開口部（貫通孔）１５０を設けるとなおよい。図８ではガス流れを良くするためにボート柱部とボート柱中間部とで開口部１５０の形状を変えているが、開口部１５０は同一の形状で複数設けてもよい。
更に、基板の上から、ホルダ１００の内周部１４０の複数の基板１４を覆うようにホルダカバー１２０を配置する。更に、ホルダ１００の内周部１４０及び外周部１３０を覆うようにホルダカバー１２０を配置しても構わない。
また、ホルダベース１１０の環状段差部１１１にウエハ１４を保持させることで、ホルダベース１１０の中央部分にウエハ１４を精度良く位置決め（搭載）することができ、さらには図６に示すように、各ボート柱３１ａ〜３１ｃとウエハ１４とを遠ざけることができる。また、ウエハ１４を環状段差部１１１に保持させることで、ウエハ１４の成膜面となる下面１４ａを反応室４４内の雰囲気に曝すことができる。

以上の構成により、本発明は、以下に示す少なくとも１つの効果をもたらす。
基板処理装置で処理する基板サイズが変わっても、基板処理装置で処理可能な基板サイズの外形と同じ外形の基板ホルダに処理する基板を設置することで、装置を変更せずに対応可能となり、コストパフォーマンスが向上できる。また、同一ホルダ上に基板を複数枚載置する場合は、ボート柱の影響を回避するように配置することにより、膜の面内均一性が向上する。更にウエハホルダの外周部のボート柱近傍に貫通穴を設けることにより、更なる面内均一性の向上が期待できる。

＜本発明の好ましい態様＞
次に、本発明の好ましい態様を付記する。

（付記１）
本発明の一態様によれば、複数の基板を保持するホルダと、前記ホルダを複数の支持部で支持する保持体と、前記保持体で支持されたホルダが保持する複数の基板を処理する処理室と、を有し、前記ホルダは支持部に支持される外周部と、該外周部の内側で複数の基板を保持する内周部とで構成され、該内周部は少なくとも保持される複数の基板の内、前記外周部近傍側に配置される基板の中心位置が前記ホルダの重心と前記支持部とを結ぶ線上の位置を避けて配置されるように構成している基板処理装置が提供される。

（付記２）
本発明の他の態様によれば、
複数の基板を保持したホルダを、保持体の複数の支持部で支持するステップであって、前記ホルダの外周部を前記支持部で支持し、前記外周部の内周部で、少なくとも前記保持された複数の基板のうち、前記外周部近傍側に配置した基板の中心位置が前記ホルダの重心と前記支持部とを結ぶ線上の位置を避けて配置した前記ホルダを支持するステップと、前記処理室にて、前記保持体で支持された前記ホルダが保持する複数の基板を処理するステップと、を有する基板の製造方法。

（付記３）
また好ましくは、
前記内周部は、前記保持される複数の基板が、前記ホルダの中心に対し点対称に配置されるように構成されている付記１の基板処理装置。

（付記４）
また好ましくは、
前記ホルダには、該外周部を貫通する貫通孔が構成されている付記１または付記３の基板処理装置。

（付記５）
また好ましくは、
前記ホルダには、該外周部を貫通する貫通孔が複数構成されている付記１または付記３の基板処理装置。

（付記６）
また好ましくは、
前記ホルダには、少なくとも前記内周部に保持される複数の基板を覆う蓋体が構成されている付記１または付記３の基板処理装置。

（付記７）
また好ましくは、
前記ホルダには、少なくとも前記内周部を覆う蓋体が構成されている付記１または付記３の基板処理装置。

（付記８）
また好ましくは、
前記ホルダには、前記外周部および前記内周部を覆う蓋体が構成されている付記１または付記３の基板処理装置。

（付記９）
また好ましくは、
前記ホルダには、前記外周部および前記蓋体を貫通する貫通孔が構成されている付記８の基板処理装置。

（付記１０）
また好ましくは、
前記ホルダには、前記外周部および前記蓋体を貫通する貫通孔が複数構成されている付記８の基板処理装置。

（付記１１）
本発明のさらに他の態様によれば、
複数の基板を保持したホルダを、保持体の複数の支持部で支持するステップであって、前記ホルダの外周部を前記支持部で支持し、前記外周部の内周部で、少なくとも前記保持された複数の基板のうち、前記外周部近傍側に配置した基板の中心位置が前記ホルダの重心と前記支持部とを結ぶ線上の位置を避けて配置した前記ホルダを支持するステップと、前記保持体を処理室へ搬送するステップと、前記処理室にて、前記保持体で支持された前記ホルダが保持する複数の基板を処理するステップと、を有する半導体装置の製造方法。

１０・・・・基板処理装置
１４・・・・ウエハ
１４ａ・・・ウエハ裏面
３０・・・・ボート
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ・・・・ボート柱
１００・・・ホルダ
１１０・・・ホルダベース
１１０ａ・・貫通穴
１１１・・・環状段差部
１２０・・・ホルダカバー
１３０・・・ホルダ外周部
１４０・・・ホルダ内周部
１５０・・・貫通孔

Claims (1)

1. 複数の基板を保持するホルダと、
   前記ホルダを複数の支持部で支持する保持体と、
   前記保持体で支持されたホルダが保持する複数の基板を処理する処理室と、を有し、
   前記ホルダは前記支持部に支持される外周部と、
   該外周部の内側で複数の基板を保持する内周部とで構成され、該内周部は少なくとも保持される複数の基板のうち、前記外周部近傍側に配置される基板の中心位置が前記ホルダの重心と前記支持部とを結ぶ線上の位置を避けて配置される基板処理装置。
   
   

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