JP2015185579A - 基板処理装置、基板保持体、基板ホルダ及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板間の膜厚の均一性の向上及び／又は基板面内の膜厚の均一性の向上を図る。【解決手段】処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備え、前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体と、前記基板保持体を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を排気する排気部と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置、基板保持体、基板ホルダ及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造に用いる装置として、多数の基板をボート（基板保持体）に積層して所要の成膜処理を行う縦型の基板処理装置が知られている。特許文献１には、このような基板処理装置に用いられるボートが示されている。

また、縦型の基板処理装置において、例えばＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）のような気相反応が強い成膜処理を行う場合、ウエハの膜厚の均一性を確保するために、図１２に示すようなリング状の基板ホルダ３００が用いられる。図１２（ａ）は、基板ホルダ３００の上面図であり、（ｂ）は、基板ホルダ３００の側面図であり、（ｃ）は斜視図である。
リング状の基板ホルダ３００は、図１３に示すように、ボートの柱５０２に固定される。ウエハ２００は、基板ホルダ３００上に載置されることにより、ボートに積層される。

特開２００９−１７０９３３号公報

しかしながら、近年の微細化された半導体では、Ｌｏａｄｉｎｇ効果の影響を受けることがある。すなわち、モニター用のフラットなウエハと、それよりも表面積が大きいプロダクト・ウエハでは、同一条件で処理しても形成される膜厚が異なる。そのため、基板処理装置のテスト等においてモニター用のウエハで均一性よく成膜できたとしても、プロダクト・ウエハでは均一性が低下することがある。この均一性の低下は、ボートに複数のウエハを積層した場合、ボートの上方領域と下方領域で挙動が異なる。

例えば、処理ガスをボートの下方から供給する場合、ボートの下方領域ではＬｏａｄｉｎｇ効果の影響が緩やかで、ボートの上方領域に行くほど影響が大きくなる。逆に、ガスをボートの上方から供給する場合、Ｌｏａｄｉｎｇ効果の影響はその逆となる。このＬｏａｄｉｎｇ効果の影響に起因して、ボートに積層された基板間の膜厚の均一性が低下すると共に、基板面内の膜厚の均一性が低下するおそれがある。

本発明は、基板間の膜厚の均一性の向上及び／又は基板面内の膜厚の均一性の向上が可能な基板処理装置、基板保持体、基板ホルダ及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備え、前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体と、前記基板保持体を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を排気する排気部と、を有す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、処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備える基板保持体であって、前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体が提供される。

本発明の他の態様によれば、処理基板が載置されるリング状の基板ホルダであって、外径中心に対して内径中心が偏心させられた基板ホルダが提供される。

本発明の他の態様によれば、処理基板が載置されるリング状の基板ホルダであって、リングの幅が連続的に変化する基板ホルダが提供される。

本発明の他の態様によれば、複数のリング状の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体に処理基板を搬送し、前記基板保持体を処理室に収容して熱処理を行い、前記熱処理の終了後、前記処理室から基板保持体を出し、前記基板保持体から前記処理基板を引き出す、工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明に係る基板保持体、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板ホルダによれば、基板間の膜厚の均一性の向上及び／又は基板面内の膜厚の均一性の向上が可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理容器の縦断面図である。 図３（ａ）は、本発明に係る基板ホルダを説明するための上面図である。図３（ｂ）は、本発明に係る基板ホルダを説明するための側面図である。図３（ｃ）は、本発明に係る基板ホルダを説明するための斜視図である。 図４は、本発明に係る基板保持体の模式図である。 図５は、本発明に係る基板保持体の一実施例を説明するための側面図である。 図６は、本発明に係る基板ホルダの他の実施例を説明するための上面図である。 図７は、本発明に係る基板保持体の他の実施例を説明するための側面図である。 図８は、本発明に係る基板保持体の他の実施例を説明するための側面図である。 図９は、基板上の成膜状態を説明するための基板上面図である。 図１０は、本発明に係る基板ホルダの他の実施例を説明するための上面図である。 図１１は、本発明に係る基板保持体の他の実施例を説明するための側面図である。 図１２（ａ）は、従来の基板ホルダを示す上面図である。図１２（ｂ）は、従来の基板ホルダを示す側面図である。図１２（ｃ）は、従来の基板ホルダを示す斜視図である。 図１３は、従来のボートに基板を載置した状態を示す側面図である。

（基板処理装置の構成）
まず、本実施形態に係る基板処理装置１０の構成について、主に図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。図２は、本実施形態に係る基板処理装置の処理炉２０２の縦断面図である。本実施形態に係る基板処理装置では、半導体装置や半導体素子を製造する工程の内、基板に膜を形成する工程や、膜を改質する工程等が行われる。ここで、半導体装置とは、ＬＳＩのような集積回路、マイクロプロセッサ、半導体メモリ等である。また、半導体素子とは、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ等である。

図１は本発明の一実施形態である基板処理装置を示している。
本実施形態に係る基板処理装置１０は、基板としてのウエハを複数枚一括して処理する縦型基板処理装置である。
基板処理装置１０の筺体１２の正面側にはポッドステージ１４が設けられる。ポッドステージ１４には、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）１６が搬送される。ポッド１６は、例えば２５枚のウエハを収納し、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４に搬送される。

筺体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。
ポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２およびウエハ枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、ウエハ枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。
ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２はポッド１６の蓋を開けるものであり、蓋が開けられたポッド１６内のウエハ枚数がウエハ枚数検知器２４により検知される。

筺体１２内には、ウエハ移載機２６、ノッチアライナ２８および基板保持手段としてのボート２１７が配置されている。
ウエハ移載機２６は、例えば５枚のウエハを取り出すことができるアーム（ツィーザ）３２を有し、ツィーザ３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド１６、ノッチアライナ２８およびボート２１７間でウエハを搬送する。
ノッチアライナ２８は、ウエハに形成されたノッチまたはオリフラを検出してウエハのノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
ボート２１７は複数枚のウエハを水平姿勢で間隔をあけて多段に保持（積層）する。
なお、ボート２１７には、後述する基板ホルダが固定されるが、図１および図２では基板ホルダの図示は省略している。

筺体１２内の背面側上部には処理炉２０２が配置されている。
複数枚のウエハを装填したボート２１７が処理炉２０２内に搬入され、熱処理が行われる。

（１）基板処理装置の構成
図２は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２の縦断面図である。

図２に示されているように、処理炉２０２は、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１と、この処理室２０１内に処理ガスを供給する後述のガス供給手段と、前記ガス供給手段に設けられるガス加熱部１００と、ガス供給手段及び加熱手段を制御する制御部としてのコントローラ２４０と、を主に有して構成されている。

（処理室）
処理室２０１は、反応管としてのプロセスチューブ２０３内に設けられている。プロセスチューブ２０３は、内部反応管としてのインナーチューブ２０４及びその外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５により構成されている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されている。インナーチューブ２０４は、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には、処理室２０１が形成されている。この処理室２０１は、後述するボート２１７によってウエハ２００を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で積層可能に構成されている。

アウターチューブ２０５は、例えば石英又は炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。アウターチューブ２０５は、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウターチューブ２０５は、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。

アウターチューブ２０５の下方には、このアウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等により構成されている。マニホールド２０９は、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４及びアウターチューブ２０５に係合し、それらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間にはシール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。そして、プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９とにより反応容器が形成されるようになっている。

マニホールド２０９の下方には、このマニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に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２１９は、例えばステンレス等の金属により構成されている。シールキャップ２１９は、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。なお、シールキャップ２１９は、ボートエレベータ１１５により後述するボート２１７を処理室２０１内に搬入した際に、マニホールド２０９、Ｏリング２２０ｂを介してプロセスチューブ２０３の下端を気密に閉塞するように構成されている。

シールキャップ２１９の下側中心付近には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５４ａは、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２５４は、後述するコントローラ２４０に電気的に接続されている。

ボート２１７は、基板保持具として複数枚のウエハ２００を保持して処理室２０１内に収容可能となっている。ボート２１７は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するようになっている。ボート２１７は、回転機構２５４により回転される。これにより、ボート２１７に保持された複数枚のウエハ２００が回転される。

なお、ボート２１７の下段には、断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板２１６は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。断熱板２１６は、円板形状に形成されている。断熱板２１６は、断熱部材として後述するヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９の下端側に伝達し難くしている。なお、断熱板２１６をボート２１７に配置するのに代えて、ボート２１７の下部に断熱部材を設けるようにしてもよい。

シールキャップ２１９の下側周縁は、昇降機構であるボートエレベータ１１５のアームに連結されている。ボートエレベータ１１５は、プロセスチューブ２０３の外部に垂直に設置されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を垂直方向に昇降させるように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、処理室２０１内に対してボート２１７を搬入搬出可能となっている。ボートエレベータ１１５は、後述するコントローラ２４０に電気的に接続されている。

プロセスチューブ２０３外部には、処理室２０１を全体にわたって均一に加熱する加熱手段としてのヒータ２０６が、プロセスチューブ２０３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。ヒータ２０６は、円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。

プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６の温度は、温度センサ２６３の温度情報に基づき制御されるようになっている。ヒータ２０６及び温度センサ２６３は、後述するコントローラ２４０に電気的に接続されている。

（排気系）
マニホールド２０９の下側側壁には、ガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。

ガス排気管２３１には、上流側から順に、圧力センサ２４５、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブとして構成された圧力制御装置２４２、真空ポンプとして構成された排気装置２４６が設けられている。排気装置２４６により処理室２０１内を排気しつつ、圧力センサ２４５により検出した圧力情報により圧力制御装置２４２の弁開度を調整することにより、処理室２０１内を所定の圧力に調整可能なように構成されている。圧力センサ２４５、圧力制御装置２４２、及び排気装置２４６は、後述するコントローラ２４０に電気的に接続されている。

主に、ガス排気管２３１、圧力センサ２４５、圧力制御装置２４２、排気装置２４６により、本実施形態に係る排気系が構成されている。

（ガス供給系）
シールキャップ２１９には、ガス導入部としてのノズル２３０Ａ，２３０Ｂが処理室２０１内に連通するように接続されている。ノズル２３０Ａの上流端には、ＤＣＳガス供給管３０１が接続されている。また、ノズル２３０Ｂの上流端には、Ｎ_２Ｏガス供給管３０２が接続されている。なお、本実施形態では、処理ガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２。以下、ＤＣＳ）ガス及び二窒化酸素（Ｎ_２Ｏ）ガスを用いる構成としている。

ＤＣＳガス供給管３０１には、上流方向から順に、ＤＣＳガスの供給源であるＤＣＳガス供給源３０１ａ、上流側開閉弁であるバルブ３０１ｂ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０１ｃ、及び下流側開閉弁であるバルブ３０１ｄが設けられている。

ＤＣＳガス供給源３０１ａから供給されるＤＣＳガスは、バルブ３０１ｂの開動作によりマスフローコントローラ３０１ｃ内を流通し、このマスフローコントローラ３０１ｃにより所定の流量に調整され、バルブ３０１ｄの開動作によりＤＣＳガス供給管３０１内を流通し、ノズル２３０Ａを介して処理室２０１内に供給されるようになっている。

Ｎ_２Ｏガス供給管３０２には、上流方向から順に、Ｎ_２Ｏガスの供給源であるＮ_２Ｏガスボンベ３０２ａ、上流側開閉弁であるバルブ３０２ｂ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０２ｃ、下流側開閉弁であるバルブ３０２ｄ及び後述のガス加熱部１００が設けられている。

Ｎ_２Ｏガスボンベ３０２ａから供給されるＮ_２Ｏガスは、バルブ３０２ｂの開動作によりマスフローコントローラ３０２ｃ内を流通し、このマスフローコントローラ３０２ｃにより所定の流量に調整され、バルブ３０２ｄの開動作によりガス加熱部１００を介してＮ_２Ｏガス供給管３０２内を流通し、ノズル２３０Ｂを介して処理室２０１内に供給されるようになっている。本実施形態では、Ｎ_２Ｏガス供給手段にガス加熱部１００を設けてＮ_２Ｏガスを加熱するように構成している

ＤＣＳガス供給管３０１のバルブ３０１ｄの下流側、Ｎ_２Ｏガス供給管３０２のバルブ３０２ｄの下流側であってガス加熱部１００の上流側には、パージガス、或いはキャリアガスとしての例えばＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給管３０５の下流端が、それぞれ下流側開閉弁であるバルブ３０５ｄ、バルブ３０５ｅを介して接続されている。つまり、Ｎ_２ガス供給管３０５は下流側で２本に分岐している。Ｎ_２ガス供給管３０５の分岐箇所よりも上流側には、上流側から順に、Ｎ_２ガスの供給源であるＮ_２ガスボンベ３０５ａ、上流側開閉弁であるバルブ３０５ｂ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０５ｃが設けられている。

Ｎ_２ガスボンベ３０５ａから供給されるＮ_２ガスは、バルブ３０５ｂの開動作によりマスフローコントローラ３０５ｃ内を流通し、このマスフローコントローラ３０５ｃにより所定の流量に調整され、バルブ３０５ｄの開動作によりＤＣＳガス供給管３０１内を流通し、ノズル２３０Ａを介して処理室２０１内に供給されるようになっており、また、バルブ３０５ｅの開動作によりＮ_２Ｏガス供給管３０２内を流通し、ノズル２３０Ｂを介して処理室２０１内に供給されるようになっている。なお、パージガスとしてＮ_２ガスを用いているが、例えばＡｒ又はＨｅガスを用いても構わない。

主に、ＤＣＳガス供給源３０１ａ、バルブ３０１ｂ、マスフローコントローラ３０１ｃ、バルブ３０１ｄ、ＤＣＳガス供給管３０１、Ｎ_２ガス供給管３０５、Ｎ_２ガスボンベ３０５ａ、バルブ３０５ｂ、マスフローコントローラ３０５ｃ、バルブ３０５ｄ、ノズル２３０Ａにより、ＤＣＳガス供給手段（ＤＣＳガス供給系ともいう）が構成されている。また、主に、Ｎ_２Ｏガスボンベ３０２ａ、バルブ３０２ｂ、マスフローコントローラ３０２ｃ、バルブ３０２ｄ、ガス加熱部１００、Ｎ_２Ｏガス供給管３０２、Ｎ_２ガス供給管３０５、Ｎ_２ガスボンベ３０５ａ、バルブ３０５ｂ、マスフローコントローラ３０５ｃ、バルブ３０５ｄ、ノズル２３０Ｂにより、Ｎ_２Ｏガス供給手段が構成される。また、主に、ＤＣＳガス供給手段、Ｎ_２Ｏガス供給手段（Ｎ_２Ｏガス供給系ともいう）、及びＮ_２Ｏガス供給手段に設けられたガス加熱部により、ガス供給手段（ガス供給系ともいう）が構成されている。

なお、マスフローコントローラ３０１ｃ、３０２ｃ、３０５ｃ、バルブ３０１ｂ、３０２ｂ、３０５ｂ、３０５ｄ、３０５ｅは、それぞれ後述するコントローラ２４０に電気的に接続されている。

（制御部）
制御部としてのコントローラ２４０は、上述したように回転機構２５４、ボートエレベータ１１５、ヒータ２０６、温度センサ２６３、圧力センサ２４５、圧力制御装置２４２、排気装置２４６、マスフローコントローラ３０１ｃ、３０２ｃ、３０５ｃ、バルブ３０１ｂ、３０２ｂ、３０５ｂ、３０５ｄ、３０５ｅにそれぞれ電気的に接続され、それらの動作を制御することにより、基板処理装置で行われる熱処理を制御している。

具体的には、コントローラ２４０は、回転機構２５４の回転軸２５４ａを所定のタイミングで回転させるようにしている。コントローラ２４０は、ボートエレベータ１１５を所定のタイミングで昇降させるようにしている。また、コントローラ２４０は、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力制御装置２４２の弁開度を調整し、処理室２０１内が所定のタイミングで所定の圧力となるようにしている。また、コントローラ２４０は、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整し、処理室２０１内が所定のタイミングにて所定の温度分布となるようにし、結果として処理室２０１内のウエハ２００に対して所定の温度となるようにしている。また、コントローラ２４０は、マスフローコントローラ３０１ｃ、３０２ｃ、３０５ｃの流量を制御しつつ、バルブ３０１ｂ、３０２ｂ、３０５ｂ、３０５ｄ、３０５ｅの開閉を制御することにより、処理室２０１内に所定のタイミングにて所定の流量のガス供給を行うようにしている。

（３）基板処理工程
次に、上記構成に係る処理炉２０１を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ２００を収容した処理室２０１内にＤＣＳガスとＮ_２Ｏガスとを供給し、ＣＶＤ法によりウエハ２００表面上に酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）を形成する基板処理工程を実施する。例えば、フラッシュメモリに用いられるＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）膜を形成する基板処理工程について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は主にコントローラ２４０により制御される。

（搬入工程）
先ず、ボート２１７に複数枚のウエハ２００を装填（ウエハチャージ）する。次に、コントローラ２４０の制御に基づいてボートエレベータ１１５を駆動し、ボート２１７を上昇させる。これにより、図２に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７が処理室２０１内に搬入（ボートローディング）される。このとき、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してプロセスチューブ２０３の下端を閉塞する。これにより、処理室２０１は気密に封止される。

また、ボート２１７の搬入時において、処理室２０１内にはパージガスとしてＮ_２ガスを流すようにしている。具体的には、バルブ３０５ｂを開とし、マスフローコントローラ３０５ｃにより流量調整しつつ、バルブ３０５ｄ、３０５ｅを開とし、処理室２０１内にＮ_２ガスを導入する。これにより、ボート２１７の搬送時における処理室２０１内へのパーティクル侵入抑制等の効果が得られる。

（圧力調整工程及び昇温工程）
処理室２０１内へのボート２１７の搬入が完了すると、処理室２０１内が所定の圧力（例えば２０Ｐａから２０００Ｐａ）となるよう処理室２０１内を排気する。
具体的には、排気装置２４６により排気しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力制御装置２４２の弁開度をフィードバック制御し、処理室２０１内を所定の圧力とする。また、処理室２０１内が所定温度となるようヒータ２０６によって加熱する。具体的には、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電量を制御して、処理室２０１内を所定の温度（例えば６００℃から８００℃）とする。そして、回転機構２５４を作動させ、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の回転を開始する。なお、ウエハ２００の回転は、後述する酸化膜形成工程が終了するまで継続する。

（基板処理工程）
次に、各マスフローコントローラと各バルブとを制御して、Ｎ_２Ｏガスを処理室２０１に供給する。このＮ_２Ｏガスの供給と並行して、処理室２０１にＤＣＳガスを供給する。具体的には、バルブ３０２ｂとバルブ３０２ｄとを開いてＮ_２Ｏガスを供給すると共に、バルブ３０１ｂとバルブ３０１ｄとを開いてＤＣＳガスを供給する。

処理室２０１内に供給されたＮ_２ＯガスとＤＣＳガスとは、処理室２０１内で化学的気相反応を生じ、その結果、ウエハ２００表面に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜が形成される。酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜の生成に寄与しなかったガスは、ガス排気管２３１から排気される。

ウエハ２００上に所望の膜厚のＳｉＯ_２膜が形成されたら、バルブ３０１ｂ及び３０１ｄを閉としてＤＣＳガスの供給を停止すると共に、バルブ３０２ｂ及び３０２ｄを閉としてＮ_２Ｏガスの供給を停止する。なお、バルブ３０１ｄ及び３０２ｄを閉とした後、バルブ３０５ｄ及び３０５ｅを開とし、処理室２０１内にパージガスとしてＮ_２ガスを供給することで、処理室２０１内に残留しているＤＣＳガス及びＮ_２Ｏガスや反応生成物を効率よく排気させることができる。

（大気圧復帰工程及び降温工程）
処理室２０１のパージが完了したら、ボート２１７の回転を停止させてウエハ２００の回転を停止する。そして、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を降温させる。具体的には、バルブ３０２ｂ及び３０２ｄを開のままとして処理室２０１内にＮ_２ガスを供給しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて排気装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２０６への通電量を制御して、ウエハ２００の温度を降温させる。

（搬出工程）
その後、処理されたウエハ２００を上述の搬入工程と逆の手順により処理室２０１内から搬出する。

ここで、本実施形態にあっては、基板処理工程において、Ｎ_２ＯガスおよびＤＣＳガスの流量がそれぞれ４００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ３０２ｃ、３０１ｃを制御する。このような大流量のプロセスでは、ガスの導入側（本実施形態ではボート２１７の下方領域）でガスの偏りが生じ、ガスの導入側近傍のウエハでは傾斜した膜厚分布を示す。また、上記のようにＤＣＳガスよりもＮ_２Ｏガスの流量が大きい場合、このような傾向が顕著となることを発明者は知見している。本実施形態に係るボート２１７においては、上述したＬｏａｄｉｎｇ効果の影響に加え、大流量プロセスで生じる膜厚分布の傾斜も抑制するように構成している。

以下、本発明の特徴であるボート２１７（基板保持体）について図を用いて詳述する。

図３（ａ）は、リング状の基板ホルダ６００がボート柱５０２に設置された状態の上面図であり、図３（ｂ）は、基板ホルダ６００の基板支持部６０１に基板２００が載置されている状態の側面図であり、図３（ｃ）は、基板ホルダ６００の基板支持部６０１を省略した斜視図である。

基板ホルダ６００は、リング状のディスク（平板）から構成され、その外径は円形を呈する。基板ホルダ６００のリング部の上面には、基板２００を載置するためのＬ字形状の基板支持部６０１が複数（例えば３箇所）設けられている。以降の説明では、発明の理解が容易となるように、基板支持部６０１の記載を特別な場合を除き省略することとする。基板ホルダ６００は、例えば、リング部のリング幅６０２が２０ｍｍ、リング部の内径６０３が３００ｍｍ、リング部の外径６０４が３２０ｍｍに設定される。

この基板ホルダ６００が縦方向に複数積層されることにより、図４に示すようなボート２１７が構成される。ボート２１７は、円板形状の上板５０１と円板形状の下板５０３とを有し、それらは複数（本例では４本）のボート柱５０２により接続されている。複数のボート柱５０２は、互いに所定の角度ずつ隔てて配置されている。具体的には、ツィーザ３２が挿入される側を正面としたときに、ボート２１７の両サイドにボート柱５０２が１本ずつ設けられると共に、それらのボート柱５０２よりも後方側にボート柱５０２が１本ずつ設けられる。

図５に示すように、各ボート柱５０２には基板ホルダ６００を載置、固定するための複数の載置部７０７が、ボート柱５０２に対して垂直方向に等間隔に設けられている。載置部７０７は、ボート柱５０２の内周面側に形成された溝から構成される。４本のボート柱５０２に形成された同一段の４個の載置部７０７は、同一平面内に位置している。この同一段の各載置部７０７に基板ホルダ６００の周縁部が挿入されることにより、基板ホルダ６００は水平に保持される。

この載置部７０７は、基板ホルダ６００の配置位置をボート２１７の積層方向と直交する方向に調整する調整部としても機能する。
同一段の４個の載置部７０７は、ボート２１７の中心軸（前後左右方向における中心軸）を中心とする同心円上に配置される。この載置部７０７（具体的には載置部７０７を構成する溝の最深部）が配置される円の直径７０９は、基板ホルダ６００の直径７０８よりも所定量だけ大きく設定される。これにより、載置部７０７を構成する溝内において、基板ホルダ６００の位置を前記所定量だけ調整することが可能となる。この位置調整により、基板ホルダ６００の中心点７０１をボート２１７の中心軸に対して偏心させることができる。これにより、基板ホルダ６００の汎用性を向上させることができると共に、成膜結果に応じて速やかに基板ホルダ６００の偏心量を調節することが可能となる。

そして、基板ホルダ６００上の複数の基板支持部６０１の上に基板２００が水平に支持される。基板ホルダ６００はリング（円環）状に形成される。基板ホルダ６００の垂直方向の厚さは、載置部７０７に挿入可能な寸法に設定されている。また、基板２００の中心点７０１と基板ホルダ６００の外径の中心点７０１は同一直線状に揃えるように配置する。
基板ホルダ６００の材質は、耐熱性やコストおよび加工の容易さから、ボート２１７と同じ石英とすることが好ましいが、表面をＣＶＤ法のような方法によって表面処理することにより、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜や炭化シリコン（ＳｉＣ）膜等を形成することもできる。

本発明の基板保持体２１７においては、図５に示すように、ボート柱５０２の基板ホルダ載置部７０７にリング状の複数の基板ホルダ６００を備えており、複数の基板ホルダ６００のうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅３０３が他の基板ホルダのリングの幅とは異なるように構成されている。より具体的には、複数の基板ホルダ６００のリング幅が、基板保持体２１７の上方から下方に行くに従って、増加または、減少するように構成される。換言すれば、複数の基板ホルダ６００のリングの内径が基板保持体２１７の上方から下方に行くに従って増加または減少するように構成される。このような構成によって、Ｌｏａｄｉｎｇ効果の影響を少なくするという効果を奏する。
上記のような基板処理装置１０の構成では、基板２００の外周側からガスが供給されるため、基板２００の膜厚は外周側の方が中心側よりも厚くなる傾向を示す（面内均一性に影響）。さらに、ボート２１７における基板２００の積層位置によって、この傾向の強弱が異なる。具体的には、ガスを下方から供給した場合、ボート２１７の下部に載置された基板２００よりも、ボート２１７の上部に載置された基板２００の方が上記した傾向が強くなる（面間均一性に影響）。
これに対し、リング状の基板ホルダ６００を用いることで、基板２００の外周側における成膜が抑制され、面内均一性を向上させることができる。また、複数の基板ホルダ６００のうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅３０３が他の基板ホルダのリングの幅とは異なるように構成する、すなわち、ボート２１７における基板２００の積層位置に応じて基板ホルダ６００の幅を設定することで、基板２００の積層位置による膜厚傾向の相違を解消し、面間均一性も向上させることができる。
また、基板ホルダ６００の内径を変更するように構成することで、基板ホルダ６００の外径を変更することなくリング幅を設定できるため、ボート２１７の形状に影響を与えることがないという効果も奏する。

本発明の第２の実施形態を図６に示す。図６は、基板ホルダ６００を複数のボート柱５０２の基板ホルダ載置部（調整部）７０７に乗せた状態を上方向から見た断面図である。本実施形態の基板ホルダ６００の特徴は、基板ホルダ６００の内径７０２の中心点７００と基板ホルダ６００の外径７０３の中心点７０１をずらしている点にある。すなわち、基板ホルダ６００の幅７０４（１６ｍｍ）、７０５（２０ｍｍ）、７０６（２２ｍｍ）は、７０４＜７０５＜７０６となるようにしており、基板ホルダ６００の円周方向の位置に従って、連続的に基板ホルダ６００のリングの幅７０４、７０５、７０６を変化させている。具体的には、基板ホルダ６００の円周方向において、基板２００の挿入方向（図６に矢印Ｉで示す）において奥側が最も幅が小さくなるようにされる。ボート柱５０２は基板２００の挿入方向に対して左右対称に設けられると共に、強度を確保するために少なくとも１本のボート柱５０２が挿入方向において奥側に設けられるのが一般的である。そのため、基板２００の挿入方向において奥側の領域ほど、ボート柱５０２が小さい離間距離で配置される。したがって、基板２００上において、基板２００の挿入方向の奥側へのガス供給が阻害されやすく、その部位の膜厚が薄くなる傾向を示す（図７参照。図７において、符号１０１，１０２，１０３，１０４，１０５は基板２００上の領域を示し、膜厚は１０１＜１０２＜１０３＜１０４＜１０５となる）。そこで、基板ホルダ６００のリング幅を上記のように構成することで、基板２００において膜厚が大きくなりやすい領域ほど成膜を抑制し、基板２００上における膜厚均一性を向上させるようにした。

このような、リング状の基板ホルダ６００の内径中心点７００と基板ホルダ６００の外径中心点７０１を偏心させた基板ホルダ６００を上下方向に積層したボート２１７を図８に示す。実際には、各基板ホルダ６００に設けられた基板支持部６０１の上に基板２００が載置されているが、この図においては、最上段の基板ホルダ６００のみの上に基板２００が載置されている状態を示している。この場合の基板２００の中心点７０１は、基板ホルダ６００の外径の中心点７０１と一致するように載置する。このような構成によって、面内均一性を向上させることができる。

次いで、本発明の第３の実施形態を図９に示す。本実施形態においては、ボート２１７の上方から下方に行くに従って、複数の基板ホルダ６００のリング幅が減少するように配置している。図１０には、ボート２１７の上方から下方に行くに従って、複数の基板ホルダ６００のリングの幅が増加するように配置している例を示す。いずれの場合も、複数の基板ホルダ６００の少なくとも一つは、ボート２１７の積層方向における基板ホルダ６００の外径中心線７０１に対し、基板ホルダ６００の内径中心線７００が偏心させられているものである。この場合でも、基板２００の中心点７０１は、基板ホルダ６００の外径の中心点７０１と一致するように載置する。このような構成によって、面間均一性と面内均一性とを向上させることができる。

本発明の第４の実施形態を図１１に示す。本実施形態においては、リング状基板ホルダ６００の内径６０３と外径６０４から構成されるリング部の幅６０２が全周に亘り同じであるものの、一部に表面積を減らすための穴部１２００を有している。特にリング状基板ホルダ６００のボート柱５０２が集中している側（基板２００において膜厚が薄くなる領域に近接する部位）の一部に穴部１２００を設けることにより、基板に成膜処理を施した際に、基板ホルダ６００全周のうちの一部の単位長さあたりの表面積を変える。基板２００に成膜される膜厚が薄くなる側に基板ホルダ６００の穴部の設けられた部分を設置することで、基板２００において膜厚が大きくなりやすい領域ほど成膜を抑制し、基板２００上における膜厚均一性を向上させることができる。

前記各実施の形態によれば、以下に示すうちの１つ以上の効果が得られる。

１) 基板ホルダに基板を保持して成膜を実施することにより、基板の直上あるいは直下の基板ホルダに処理ガスを付着させることで、基板の周縁部における成膜を抑制し、面内均一性を向上させることができる。

２）基板ホルダの外径中心に対する内径中心が偏心するように設定することにより、基板ホルダに付着するガスの量を基板ホルダの周方向で変化させることができ、基板の任意の領域における成膜を抑制し、面内均一性を向上させることができる。

３）基板保持具に設けられる複数個の基板ホルダを、内径が基板保持具の下端から上端へ向かって漸増あるいは漸減するようにそれぞれ構成することにより、基板間の膜厚不均一性を解消して面間均一性を向上させることができる。

４）基板保持具に設けられる複数個の基板ホルダを、外径中心に対する内径中心の偏心量を基板保持具の下端から上端へ向かって漸増あるいは漸減するようにそれぞれ構成することにより、基板間の膜厚不均一性を解消して面間均一性を向上させることができる。

４）基板保持具に基板ホルダ載置部を設け、基板ホルダを着脱自在に保持可能に構成することにより、基板ホルダの仕様変更や交換、修理等の作業性を向上させることができる。
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態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変更可能である。

また、本発明は、処理ガスとしてＮ_２ＯガスとＤＣＳガスとを用い、ウエハ上にＳｉＯ_２膜を形成する場合に限定されない。すなわち、処理室内に供給する処理ガスを予め加熱する他の基板処理装置であれば、他の処理ガスを用いてウエハ上に他の膜を成膜する場合であっても好適に適用可能である。また、ＣＶＤ法を用いて成膜する場合に限定されず、ＡＬＤ法を用いて成膜する場合にも好適に適用可能である。さらには、成膜に限らず、酸化処理、窒化処理、エッチングなどであっても好適に適用可能である。

また、本発明は、上記した各実施形態をそれぞれ単独で実施する場合に限らず、これらを任意に組み合わせて実施することもできる。

＜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。

（付記１）
本発明のさらに他の態様によれば、処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備え、前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体と、前記基板保持体を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内を排気する排気部と、を有する基板処理装置が提供される。

（付記２）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダのリングの幅が、前記基板保持体の上方から下方に行くに従って増加または減少する付記１に記載の基板処理装置が提供される。

（付記３）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダのリングの内径が、前記基板保持体の上方から下方に行くに従って増加または減少する付記２に記載の基板処理装置が提供される。

（付記４）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、外径中心に対して内径中心が偏心させられた付記１から３のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。

（付記５）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、リングの幅が連続的に変化させられた付記１から３のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。

（付記６）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、前記基板保持体の積層方向における中心線に対し、リングの中心が偏心させられた付記１から３のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。

（付記７）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、前記基板保持体の積層方向における中心線に対し、内径中心が偏心させられた付記１から３のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。

（付記８）
本発明の一態様によれば、処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備える基板保持体であって、前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体が提供される。

（付記９）
本発明の他の態様によれば、前記複数の基板ホルダのリングの幅が、前記基板保持体の上方から下方に行くに従って増加または減少する付記８記載の基板保持体が提供される。

（付記１０）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダのリングの内径が、前記基板保持体の上方から下方に行くに従って増加または減少する付記８または９に記載の基板保持体が提供される。

（付記１１）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、外径中心に対して内径中心が偏心させられた付記８から１０のいずれかに記載の基板保持体が提供される。

（付記１２）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、リングの幅が連続的に変化させられた付記８から１０のいずれかに記載の基板保持体が提供される。

（付記１３）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、前記基板保持体の積層方向における中心線に対し、リングの中心が偏心させられた付記８から１０のいずれかに記載の基板保持体が提供される。

（付記１４）
本発明のさらに他の態様によれば、前記複数の基板ホルダの少なくとも一つは、前記基板保持体の積層方向における中心線に対し、内径中心が偏心させられた付記８から１０のいずれかに記載の基板保持体が提供される。

（付記１５）
本発明のさらに他の態様によれば、前記基板ホルダの配置位置を前記基板保持体の積層方向と直交する方向に調整する調整部を有する付記８から１４のいずれかに記載の基板保持体が提供される。

（付記１６）
本発明のさらに他の態様によれば、前記調整部は、前記基板ホルダを保持する複数本の支柱に設けられた溝部であり、前記複数本の支柱に設けられた溝部間の距離は、前記基板ホルダの前記溝部に対応する部位間の距離よりも所定量だけ大きく設定される付記１５に記載の基板保持体が提供される。

（付記１７）
本発明のさらに他の態様によれば、処理基板が載置されるリング状の基板ホルダであって、外径中心に対して内径中心が偏心させられた基板ホルダが提供される。

（付記１８）
本発明のさらに他の態様によれば、処理基板が載置されるリング状の基板ホルダであって、リングの幅が連続的に変化する基板ホルダが提供される。

（付記１９）
本発明のさらに他の態様によれば、複数のリング状の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体に処理基板を搬送し、前記基板保持体を処理室に収容して熱処理を行い、前記熱処理の終了後、前記処理室から基板保持体を出し、前記基板保持体から前記処理基板を引き出す、工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。

１０ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２１７ ボート（基板保持体）
５０２ ボート柱
６００ 基板ホルダ
６０１ 基板支持部
７０７ 載置部（調整部）
１２００ 穴部

Claims (5)

1. 処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備え、前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体と、
   前記基板保持体を収容する処理室と、
   前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記処理室内を排気する排気部と、
   を有する基板処理装置。
2. 処理基板が載置されるリング状の複数の基板ホルダを備える基板保持体であって、
   前記複数の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体。
3. 処理基板が載置されるリング状の基板ホルダであって、外径中心に対して内径中心が偏心させられた基板ホルダ。
4. 処理基板が載置されるリング状の基板ホルダであって、リングの幅が連続的に変化する基板ホルダ。
5. 複数のリング状の基板ホルダのうち、少なくとも一つの基板ホルダのリングの幅が他の基板ホルダのリングの幅と異なる基板保持体に処理基板を搬送し、
   前記基板保持体を処理室に収容して熱処理を行い、
   前記熱処理の終了後、前記処理室から基板保持体を出し、
   前記基板保持体から前記処理基板を引き出す、
   工程を有する半導体装置の製造方法。