JP2011249407A

JP2011249407A - 基板処理装置

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Publication number: JP2011249407A
Application number: JP2010118417A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Takada; 政利高田; Takashi Sasaki; 隆史佐々木
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】ボート上にダミーウエハと隣接して製品ウエハを搭載するようにした基板処理装置において、製品ウエハの面間膜厚均一性を向上させる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ボート上に、表面に凹凸が形成された複数の第１の基板（製品ウエハ）を積層保持するとともに第１の基板の上端若しくは下端に第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板（ダミーウエハ）を保持し、処理室内にて第１の基板および第２の基板を処理する際に、第１の基板および第２の基板に向けて処理ガスを供給するとともに、第２の基板に向けて不活性ガスを供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコン基板等の基板処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造装置や製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウエハ）に酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜等を堆積（デポジション）して成膜等の処理を行ううえで有効な基板処理技術に関する。

ＩＣの製造において、例えば、ウエハに酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜等のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）膜をデポジションするため、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。）が、広く使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置の例を図８に示す。図８のＣＶＤ装置においては、インナチューブ４０１およびこのインナチューブ４０１を取り囲むアウタチューブ４０２から構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚の基板としてのウエハ４０３を保持してインナチューブ４０１内に搬入するボート（基板保持具）４０４と、インナチューブ４０１内に原料ガスを導入するガス導入ノズル４１４と、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気口４０６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４０７とを備えている。
前記ボート４０４は、上下各１枚の端板と、該上下の端板同士を結合する複数本のボート支柱とを備えている。ボート支柱には複数の溝が設けられていて、各溝にはそれぞれ１枚のウエハ４０３を保持するようになっており、ボート支柱は、ウエハ保持部材として機能するようになっている。

図８に示すように、ガス導入ノズル４１４には複数個の噴出口４１４ａがボートに保持された各ウエハ４０３に対応して開設されており、例えば、ガス導入ノズル４１４の噴出口４１４ａは、積層されたウエハ４０３の上部の限定された領域のみに設けられている。図９に示すように、ガス導入ノズルは、ガス導入ノズル４１４，４１５，４１６，４１７，４１８のように、複数設けられており、それぞれの噴出口の位置をウエハ積層方向（縦方向）においてずらすことにより、高さ方向に任意の場所に任意の流量のガスを供給することができる。これにより、上下のウエハ間の膜厚均一性や成膜速度を向上させるようにしているが、積層されたウエハ４０３のうち上部に積層されたウエハ４０３及び下部に積層されたウエハ４０３の成膜均一性は、ガス流の差等の影響により、中央部に積層されたウエハ４０３よりも悪くなる傾向にある。

上記のＣＶＤ装置においては、複数枚のウエハ４０３がボート４０４上に水平姿勢で多段に積層されて保持された状態で、インナチューブ４０１内に搬入（ボートローディング）される。その後、原料ガスがガス導入ノズル４１４〜４１８によってインナチューブ４０１内に導入されるとともに、ヒータユニット４０７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４０３にＣＶＤ膜がデポジションされる。その際、複数のガス導入ノズルの複数の噴出口から水平に噴出された原料ガスは、ボート４０４上に水平、かつ多段に保持されたウエハ４０３の間を流れてウエハ４０３の表面に接触し、インナチューブ４０１とアウタチューブ４０２との間を通過し、排気孔４０６から外部に排気される。

ウエハ４０３をボート４０４に搭載する際は、例えば、ボート４０４の上部にはダミーウエハとして表面に凹凸が形成されていないベアウエハを５０枚程度積層し、下部にはダミーウエハとして表面に凹凸が形成されていないベアウエハを３０〜４０枚程度積層し、上下部のダミーウエハの間に表面に凹凸が形成されたウエハとしての製品ウエハを１０〜２０枚程度積層する。こうすることにより、製品ウエハの成膜均一性を向上させるようにしている。
図６は、従来例におけるウエハ成膜実験結果を示す図であり、上部にダミーウエハを２５枚積層し、ガス消費速度の大きい製品ウエハを模擬するものとしてＴＥＧウエハ（Test Element Group：評価用ウエハ）を搭載し、目標膜厚１５０ｎｍとして、３２．３分間成膜処理した場合である。図６において、縦軸は膜厚値（ｎｍ）である。横軸は、ボート４０４におけるウエハ位置であり、１００がボート４０４の最上部（Ｔｏｐ）、１がボート４０４の最下部（Ｂｔｍ）である。６１は、ボート４０４に、ＴＥＧウエハを０枚搭載した場合であり、６２は、ＴＥＧウエハを１枚搭載した場合であり、６３は、ＴＥＧウエハを１５枚搭載した場合である。
図６の６２や６３が示すように、製品ウエハ（ＴＥＧウエハ）の領域の膜厚が薄くなっており、製品ウエハの枚数が多くなるほど、製品ウエハの膜厚が薄くなっている。これは、原料ガスの供給量は一定なのに対し、製品ウエハの枚数に比例して、ガス消費量が多くなるためと考えられる。
また、図６の６３が示すように、製品ウエハ領域の膜厚分布は、積層方向に対して弓なり、つまり、製品ウエハ領域の上下両端付近の膜厚が、中央付近の膜厚よりも厚くなっている。この理由は、次のようなメカニズムによるものと考えられる。（１）製品ウエハ領域ではガス消費量が多いため、成膜寄与ガス（図６ではＳｉＨ_４（シラン）ガス）の濃度が薄くなり、それに伴い、製品ウエハ領域の膜厚が全体的に薄くなる。（２）製品ウエハ領域では成膜寄与ガスの濃度は薄く、一方、製品ウエハ以外の領域では成膜寄与ガスの濃度は濃いため、製品ウエハ領域と製品ウエハ領域以外の領域との境界では、成膜寄与ガス濃度の不連続点が生じる。（３）成膜寄与ガス濃度の不連続な勾配は、積層ウエハと反応管との間の空間の相互拡散により平均化されるので、濃度勾配が緩やかとなる。（４）上記の（１）〜（３）により、製品ウエハ領域の上端と下端では、成膜寄与ガス濃度が比較的高い状態に保たれるので、その部分では、膜厚が厚くなる。

図７は、従来の基板処理装置におけるＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の反応流れ解析によるウエハ成膜計算結果を示す図であり、ＴＥＧウエハを０枚、又は１枚、若しくは１５枚積層し、ＴＥＧウエハの上側にダミーウエハを２５枚積層し、ＴＥＧウエハの下側にダミーウエハを１０枚積層して、ガス導入ノズル４１４〜４１８からＳｉＨ_４ガスを供給し、目標膜厚１５０ｎｍとして、３２．３分間成膜処理した場合である。上記の計算モデルは２次元無限遠系であり、実際の３次元の流れとは異なる流動となるが、ウエハと反応管との間の空間における濃度拡散を表現できるため、ガスの気相反応速度、表面反応速度、ウエハ間を通過するガス流量を実際と合わせることで、ある程度定性的に現象を表現できるものである。この場合、ＴＥＧウエハの表面ではダミーウエハの３倍のガス消費速度を与えている。ここで使用した反応モデルは次のとおりである。
［気相反応モデル］ＳｉＨ_４→ＳｉＨ_２＋Ｈ_２（反応速度係数ｋ１）
［表面反応モデル１］ＳｉＨ_４→Ｓｉ〈Ｓ〉↓＋Ｈ_２（反応速度係数ｋ２）
［表面反応モデル２］ＳｉＨ_４→Ｓｉ〈Ｓ〉↓＋Ｈ_２（反応速度係数ｋ３）
上記の各反応速度係数は、ｋ１〜３＝ＡＴβｅｘｐ（−Ｅ／ＲＴ）であり、実験結果をある程度再現するように、値を調整して求めた。
図７において、縦軸は膜厚値（ｎｍ）である。横軸は、ボート４０４におけるウエハ位置であり、１００がボート４０４の最上部（Ｔｏｐ）、１がボート４０４の最下部（Ｂｔｍ）である。７２は、７１の部分拡大図であり、７３は、ボート４０４に、ＴＥＧウエハを０枚搭載した場合であり、７４は、ＴＥＧウエハを１枚搭載した場合であり、７５は、ＴＥＧウエハを１５枚搭載した場合である。図７のウエハ成膜計算結果は、図６のウエハ成膜実験結果とよく合致していることが分かる。

上述のように、製品ウエハは、ダミーウエハのようなベアウエハよりも表面の凹凸が大きいため、処理ガスの消費量が多い。したがって、製品ウエハ積層領域では成膜寄与ガス濃度が薄い状態となり、ベアウエハ積層領域では成膜寄与ガス濃度が濃い状態となる。ガスは、濃度差が存在すれば相互に拡散し、ベアウエハ積層領域と製品ウエハ積層領域の不連続なガス濃度を補間するように働くため、製品ウエハ積層領域の高さ方向において、ベアウエハ積層領域に近い場所、つまり、製品ウエハの上端側と下端側で膜厚が厚くなり、製品ウエハ積層領域の高さ方向の膜厚分布が、弓なりとなり、均一性が低下するという課題がある。

下記の特許文献１には、ウエハ相互間の成膜均一性を向上させるため、処理室内にガスを供給するノズルにバッファ管を連結し、バッファ管に供給されたガスをバッファ管内で拡散してノズルに流し込むことにより、ノズルの各噴出口から噴出するガスの噴出流量をノズルの全長にわたって均等にすることで、ウエハ相互間の成膜を均一にする技術が開示されている。このような技術を用いた場合であっても、ボートの上部と下部にダミーウエハを積層し、ボートの中央部に製品ウエハを積層した場合には、上述した課題と同様に、製品ウエハの上下両端付近の膜厚が、製品ウエハの中央付近の膜厚よりも厚くなるものと考えられる。

特開２００８−２８５７３５号公報

本発明の目的は、基板保持具上に、表面に凹凸が形成された複数の第１の基板を積層保持するとともに、該複数の第１の基板の上端もしくは下端に、前記第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板を保持した状態での第１の基板の成膜処理均一性（面間膜厚均一性）を向上させることにある。

上記の課題を解決するため、本発明においては、ガス消費量の少ないベアウエハの領域に、不活性ガスや成膜抑制ガスを局所的に供給するものである。本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
表面に凹凸が形成された複数の第１の基板を積層保持するとともに該複数の第１の基板の上端若しくは下端に前記第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板を保持する基板保持具と、
該基板保持具に保持された前記第１の基板および前記第２の基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理室内の前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記処理室内にて前記第１の基板および前記第２の基板を処理する際に、前記第１のガス供給部により、前記複数の第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給するとともに前記第２のガス供給部により、前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給するように制御する制御部と、
を備える基板処理装置。

上記の構成により、基板保持具上に、表面に凹凸が形成された複数の第１の基板を積層保持するとともに、該複数の第１の基板の上端もしくは下端に、前記第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板を保持した状態での第１の基板の成膜処理均一性（面間膜厚均一性）を向上させることが可能となる。

本発明が適用される基板処理装置の斜透視図である本発明が適用される基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。本発明の実施例における不活性ガスノズルの配置位置を示す図である。本発明の実施例のウエハ成膜計算結果を示す図である。本発明の実施例のウエハ成膜計算結果を示す図である。従来装置におけるウエハ成膜実験結果を示す図である。従来装置におけるウエハ成膜計算結果を示す図である。従来例における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。従来例における基板処理装置の処理炉の水平断面図である。

本発明を実施するための形態において、半導体装置（ＩＣ等）の製造工程の１工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。なお、以下の説明では、基板処理装置としてＣＶＤ処理を行う縦型の基板処理装置に適用した場合について述べるが、酸化、拡散処理などを行う縦型の基板処理装置に適用することもできる。
図１は、本発明が適用される基板処理装置の斜透視図である。図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置１０は、筐体１０１を備え、シリコン等からなる基板であるウェハ２００を筐体１０１内外へ搬送するために、ウェハキャリア（基板収容器）としてカセット１１０が使用される。

筐体１０１の正面前方側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１０５が設置されている。カセット１１０は、筐体１０１外の工程内搬送装置（図示せず）によって、カセットステージ１０５上に搬入、載置され、また、カセットステージ１０５上から筐体１０１外へ搬出されるように構成されている。
筐体１０１内の前後方向における略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１１４が設置されている。カセット棚１１４は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１１４の一部として、移載棚１２３が設けられ、移載棚１２３には、後述するウェハ移載機構１１２の搬送対象となるカセット１１０が収納される。
カセットステージ１０５とカセット棚１１４との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１５が設置されている。カセット搬送装置１１５は、カセットステージ１０５、カセット棚１１４、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送することができる。

カセット棚１１４の後方には、ウェハ移載機構（基板移載機構）１１２が設置されている。ウェハ移載機構１１２は、ウェハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用保持具）を備えており、ウェハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして、後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウェハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して、移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりすることができる。

筐体１０１の後側上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１１６により開閉可能なように構成されている。処理炉２０２の構成については後述する。

処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１２１が設置されている。ボートエレベータ１２１には、昇降台としてのアーム１２２が設置されている。アーム１２２上には、シールキャップ２１９が水平姿勢で設置されている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１２１によりボート２１７が上昇したときに、処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体として機能するものである。
ボート２１７は、複数本のウェハ保持部材（支柱）を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウェハ２００を水平姿勢で、かつ、その中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて、多段に積層して保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。

（基板処理装置の動作概要）
次に、本発明に係る基板処理装置１０の動作概要について、図１を用いて説明する。なお、基板処理装置１０は、後述するコントローラ２８０により制御されるものである。まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、カセットステージ１０５上に載置される。
カセットステージ１０５上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、カセット棚１１４の指定された位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、再びカセット搬送装置１１５によって、前記カセット棚１１４の保管位置から移載棚１２３に搬送される。あるいは、カセットステージ１０５上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、直接、移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に搬送されると、ウェハ２００は、ウェハ移載装置１１２によって、カセット１１０のウェハ出し入れ口からピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウェハ２００を受け渡したウェハ移載装置１１２は、カセット１１０側に戻り、次のウェハ２００をカセット１１０からピックアップしてボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１１６が開放動作され、処理炉２０２の下端部の開口が開放される。続いて、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって上昇されることにより、処理対象のウェハ２００群を保持したボート２１７が、処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ボートローディング後は、シールキャップ２１９により処理炉２０２の下端部開口が閉じられ、処理炉２０２にてウェハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。

処理後は、ウェハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で、筐体１０１の外部へ払い出される。すなわち、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって下降され、ボート２１７上のウェハ２００がウェハ移載機構１１２によってピックアップされて、移載棚１２３上のカセット１１０へ受け渡される。移載棚１２３上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、カセット棚１１４に一時的に保管された後、カセットステージ１０５に搬送されるか、あるいは、カセット搬送装置１１５によって、直接、カセットステージ１０５に搬送される。カセットステージ１０５上のカセット１１０は、工程内搬送装置により、筐体１０１の外部へ払い出される。

（処理炉の構成）
次に、本実施形態に係る処理炉２０２の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。本実施形態の例においては、処理炉２０２は、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ用の処理炉として構成されている。

（プロセスチューブ）
処理炉２０２は、その内側に、縦形のアウタチューブ（外管）２２１を備えている。アウタチューブ２２１は、上端が閉塞され下端が開口された略円筒形状をしており、開口された下端が下方を向くように、かつ、筒方向の中心線が垂直になるように縦向きに配置され、筐体１０１によって固定的に支持されている。アウタチューブ２２１の内側には、インナチューブ（内管）２２２が設けられている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１はいずれも、本例では、石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、それぞれ略円筒形状に一体成形されており、両者でプロセスチューブを構成している。
インナチューブ２２２は、上端が閉塞し下端が開口した略円筒形状に形成されている。インナチューブ２２２内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で多段に積層された複数枚のウェハ２００を収容して処理する処理室２０４が形成される。インナチューブ２２２の下端開口は、ウェハ２００群を保持したボート２１７を出し入れするための炉口２０５を構成している。したがって、インナチューブ２２２の内径は、ウェハ２００群を保持するボート２１７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２２１は、インナチューブ２２２より大きく、かつ、インナチューブ２２２と略相似形状であり、上端が閉塞し下端が開口した略円筒形状に形成されており、インナチューブ２２２の外側を取り囲むように同心円状に被せられている。
インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の下端部は、それぞれ、その水平断面が略円形リング形状であるマニホールド２０６によって気密に封止されている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１は、その保守点検作業や清掃作業のために、マニホールド２０６に着脱自在に取り付けられている。マニホールド２０６が筐体１０１に支持されることにより、プロセスチューブは、筐体１０１に垂直に据え付けられた状態になっている。

（排気ライン）
マニホールド２０６の側壁の一部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気ラインとしての排気管２０７ａが接続されている。マニホールド２０６と排気管２０７ａとの接続部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気口２０７が形成されている。排気管２０７ａ内は、排気口２０７を介して、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１との間に形成された隙間からなる排気路２０９内に連通している。この排気路２０９の水平断面形状は、略一定幅の円形リング形状となっている。排気管２０７ａには、上流から順に、圧力センサ（不図示）、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２５５、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。真空ポンプ２４６は、処理室２０４内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気しうるように構成されている。ＡＰＣバルブ２５５および圧力センサは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサにより検出された圧力値に基づいてＡＰＣバルブ２５５の開度を制御するように構成されている。

（基板保持具）
マニホールド２０６には、マニホールド２０６の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９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２１９はアウタチューブ２２１の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、アウタチューブ２２１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１２１によって、前記円盤形状を水平姿勢に保った状態で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２１９上には、ウェハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に支持されるようになっている。ボート２１７は、上下で一対の端板と、両端板間に渡って垂直に設けられた複数本、本例では３本のウエハ保持部材（ボート支柱）とを備えている。端板及びウエハ保持部材は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料から構成される。
各ウエハ保持部材には、水平方向に刻まれた多数条の保持溝が、長手方向にわたって等間隔に設けられている。各ウエハ保持部材は、保持溝が互いに対向し、各ウエハ保持部材の保持溝の垂直位置（垂直方向の位置）が一致するように設けられている。ウェハ２００の周縁が、複数本のウエハ保持部材における同一の段の保持溝内に、それぞれ挿入されることにより、複数枚のウェハ２００は、水平姿勢、かつ互いにウエハの中心を揃えた状態で多段に積層されて保持されるように構成されている。

また、ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、保温筒２１０が設けられている。保温筒２１０は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から構成されている。保温筒２１０によって、後述するヒータユニット２０８からの熱が、マニホールド２０６側に伝わるのを抑止する。

シールキャップ２１９の下側（処理室２０４と反対側）には、ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７のボート回転軸は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。ボート回転軸を回転させることにより、処理室２０４内にてウェハ２００を回転させることが可能となる。シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１２１によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート２１７を処理室２０４内外に搬送することが可能となっている。
ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１が所望のタイミングにて所望の動作をするように制御する。

（ヒータユニット）
アウタチューブ２２１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または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット２０８が、アウタチューブ２２１を包囲するように設けられている。ヒータユニット２０８は、基板処理装置１０の筐体１０１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おり、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成されている。
インナチューブ２２２内には、温度検出器としての図示しない温度センサが設置されている。ヒータユニット２０８と温度センサは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、前記温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータユニット２０８への通電量を制御する。

（ガス供給系）
ガス供給系について、図２を用いて説明する。図２に示すように、処理室２０４内に処理ガスを供給する処理ガス供給ノズル２２３が、マニホールド２０６の側壁を貫通して、インナチューブ２２２の内壁（すなわち、処理室２０４の内壁）に沿うように垂直方向に、また、ウェハ２００の積層方向に延在するように設けられている。図２の例では、処理ガス供給ノズルは１本だが、複数用いることもできる。
また、処理室２０４内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ノズル２３５が、処理ガス供給ノズル２２３と同様に、マニホールド２０６の側壁を貫通して、インナチューブ２２２の内壁（すなわち、処理室２０４の内壁）に沿うように垂直方向に、また、ウェハ２００の積層方向に延在するように設けられている。不活性ガスとしては、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｈ_２（水素）、Ｎ_２（窒素）等を用いることができる。図２では省略しているが、図３に示すように、不活性ガス供給ノズル２３１、２３２、２３３、２３４が、不活性ガス供給ノズル２３５と同様に、マニホールド２０６の側壁を貫通して、インナチューブ２２２の内壁（すなわち、処理室２０４の内壁）に沿うように垂直方向に、また、ウェハ２００の積層方向に延在するように設けられている。

図３は、本発明の実施例における不活性ガスノズルの配置位置を示す図である。図３に示すように、ボート２１７には、上から順に、サイドダミーウエハ（ＳＤ）、フィルダミーウエハ（ＦＤ）、製品ウエハ又はＴＥＧウエハ、フィルダミーウエハ（ＦＤ）、サイドダミーウエハ（ＳＤ）が配置されている。
サイドダミーウエハ（ＳＤ）、フィルダミーウエハ（ＦＤ）等のダミーウエハは、回路パターンが設けられる前の状態のベアウエハであり、その表面は、製品ウエハ及びＴＥＧウエハに比べ凹凸が少なく平坦で、表面積が小さい。したがって、処理ガスの消費量は、製品ウエハ及びＴＥＧウエハに比べ少ない。
一方、製品ウエハ及びＴＥＧウエハには、回路パターンが設けられており、その表面は、ダミーウエハよりも凹凸が多く、表面積が大きい。したがって、処理ガスの消費量は、ダミーウエハに比べ多い。
上側のサイドダミーウエハ（ＳＤ）、フィルダミーウエハ（ＦＤ）に対応するように、つまり、上側のサイドダミーウエハ（ＳＤ）、フィルダミーウエハ（ＦＤ）に不活性ガスを供給するように、不活性ガス供給ノズル２３１、２３２が配置されている。また、下側のサイドダミーウエハ（ＳＤ）、フィルダミーウエハ（ＦＤ）に対応するように、不活性ガス供給ノズル２３３、２３４、２３５が配置されている。
なお、不活性ガス供給ノズルは、好ましくは、ダミーウエハ領域全体に対応するように設けた方がよいが、少なくとも、製品ウエハ及びＴＥＧウエハの領域に接するダミーウエハ領域に設けるようにするとよい。

図２に示すように、処理ガス導入ノズル２２３には、処理ガス供給ラインとしての処理ガス供給管２２４が接続されている。処理ガス供給管２２４には、上流から順に、例えば、ＳｉＨ_４（モノシラン）等の処理ガスを供給する処理ガス供給源２４０ａ、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａ、及び開閉バルブ２４３ａがそれぞれ設けられている。
また、不活性ガス導入ノズル２３１、２３２、２３３、２３４、２３５には、不活性ガス供給ラインとしての不活性ガス供給管２２５が接続されている。不活性ガス供給管２２５には、上流から順に、例えば、Ａｒ（アルゴン）等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ｂがそれぞれ設けられている。

ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるよう、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂを制御する。

図２や図３に示すように、処理室２０４内における処理ガス供給ノズル２２３の筒部には、複数個の噴出口２２３ａが垂直方向に配列するように設けられている。また、不活性ガス供給ノズル２３１〜２３５の筒部には、それぞれ、複数個の噴出口２３１ａ、２３２ａ、２３３ａ、２３４ａ、２３５ａ、が垂直方向に配列するように設けられている。噴出口２２３ａの個数は、例えば、ボート２１７に保持されたウェハ２００の枚数と一致するように形成されている。各噴出口２２３ａ、２３１ａ、２３２ａ、２３３ａ、２３４ａ、２３５ａの高さ位置は、例えば、ボート２１７に保持された上下で隣合うウェハ２００間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。なお、各噴出口２２３ａ、２３１ａ、２３２ａ、２３３ａ、２３４ａ、２３５ａの口径は、各ウェハ２００へのガスの供給量が均一になるように、それぞれ上下方向で異なる大きさに設定されていてもよい。

処理ガス供給ノズル２２３、不活性ガス供給ノズル２３１〜２３５から処理室２０４内に供給されたガスは、インナーチューブ２２２の上側開放端から排気路２０９内へ流れた後、排気口２０７を介して排気管２０７ａ内に流れ、処理炉２０２外へ排出されるように構成されている。

（コントローラ）
前記制御部２８０は、図示しない操作部や入出力部を備え、基板処理装置１０の各構成部と電気的に接続されており、基板処理装置１０の各構成部を制御する。前記制御部２８０は、成膜プロセスの制御シーケンスを時間軸で示したレシピに基づく温度制御や圧力制御、流量制御および機械駆動制御を指令する。また、制御部２８０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（中央演算ユニット）と該ＣＰＵを動作させるプログラムが格納されるメモリとを備えるものである。

図４は、本発明の実施形態におけるウエハ成膜計算結果を示す図であり、簡易的に計算するために、製品ウエハ５枚の上側にダミーウエハを６枚、下側に４枚積層して搭載したモデルを用いている。図４において、縦軸は成膜速度（単位はｋｇ／（ｍ^２・ｓ））である。横軸は、ボート４０４におけるウエハ位置であり、０がボート４０４に載置された最上端にあるダミーウエハ（Ｔｏｐ側）であり、単位はｍであり、数値が大きくなるほどボート４０４の最下部（Ｂｔｍ側）に近づくことになる。４１は、製品ウエハと上下のダミーウエハ部分に対し、ＳｉＨ_４ガスを０．８ｓｌｍ（standard Ｌ/min）供給するとともに、製品ウエハ５枚の上側と下側のダミーウエハ部分のみに対し、図３に示すような不活性ガス供給ノズルから不活性ガスであるアルゴンガスを１ｓｃｃｍ（standard cc/min）局所供給した場合であり、４２は、製品ウエハと上下のダミーウエハ部分に対し、ＳｉＨ_４ガスを０．８ｓｌｍ供給するが、アルゴンガスを供給しない場合である。４１は右縦軸に示される値で、４２は左縦軸に示される値である。

また、図５は、本発明の実施形態におけるウエハ成膜計算結果を示す図であり、簡易的に計算するために、製品ウエハ５枚の上側にダミーウエハを６枚、下側に４枚積層して搭載したモデルを用いている。図５において、縦軸は成膜速度（単位はｋｇ／（ｍ^２・ｓ））である。横軸は、ボート４０４におけるウエハ位置であり、０がボート４０４に載置された最上端にあるダミーウエハ（Ｔｏｐ側）であり、単位はｍであり、数値が大きくなるほどボート４０４の最下部（Ｂｔｍ側）に近づくことになる。５１は、製品ウエハと上下のダミーウエハ部分に対し、ＳｉＨ_４ガスを０．８ｓｌｍ供給するとともに、製品ウエハ５枚の上側と下側のダミーウエハ部分のみに対し、図３に示すような不活性ガス供給ノズルから不活性ガスであるアルゴンガスを５ｓｃｃｍ局所供給した場合であり、５２は、製品ウエハと上下のダミーウエハ部分に対し、ＳｉＨ_４ガスを０．８ｓｌｍ供給するが、アルゴンガスを供給しない場合である。５１は右縦軸に示される値で、５２は左縦軸に示される値である。

図４と図５より、次のことが分かる。すなわち、（１）アルゴンガスを１ｓｃｃｍ供給した場合は、供給しない場合と同様に、製品ウエハの膜厚（成膜速度）は、製品ウエハ領域の中央部で低下している。また、アルゴンガスを供給しない場合に比べアルゴンガスを１ｓｃｃｍ供給する場合の方が、製品ウエハ領域における上下間の成膜速度が若干均等になっている。すなわち、製品ウエハ領域における曲線の曲がり具合が、アルゴンガスを供給しない場合に比べアルゴンガスを１ｓｃｃｍ供給する場合の方が、緩やかになっている。（２）アルゴンガスを５ｓｃｃｍ供給した場合は、全体的な膜厚は薄くなるが、製品ウエハ領域の上端と下端の膜厚が薄くなっており、上記（１）と逆の膜厚分布を示している。（３）上記の（１）と（２）から、希釈ガスを製品ウエハ領域以外の領域に供給することにより、製品ウエハ領域の不均等な膜厚分布を打ち消すことが可能であり、また、好ましくは、製品ウエハ領域以外の領域に、希釈ガスを１ｓｃｃｍより多く５ｓｃｃｍよりも少なく供給することで、よりいっそう、製品ウエハ領域の不均等な膜厚分布を打ち消すことが可能であるといえる。

（基板処理方法）
次に、本発明に係る基板処理方法を、ＩＣの製造方法における成膜工程を例にして説明する。まず、ウエハチャージングステップにおいて、ウェハ２００はボート２１７に装填される。具体的には、ウェハ２００の円周縁の複数箇所が、複数のウエハ保持部材の保持溝にそれぞれ係合するように挿入され、該ウェハ２００の複数箇所の周縁部が各保持溝に係合されて、ウェハ２００の自重が支えられるように装填（チャージング）されて保持される。複数枚のウェハ２００は、ボート２１７におけるチャージング状態において、その中心を揃えられて互いに平行かつ水平、多段に積層され、整列されている。

次に、ボートローディングステップにおいて、複数枚のウェハ２００を積層、保持したボート２１７は、処理室２０４に搬入（ボートローディング）される。具体的には、ウェハ２００を装填されたボート２１７は、ボートエレベータ１２１により垂直方向に上昇され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に搬入され、図２に示されているように、処理室２０４に存置される。この状態において、シールキャップ２１９は処理室２０４の下端をシールした状態になる。
続いて、減圧ステップにおいて、排気口２０７を介して真空ポンプ２４６により、プロセスチューブ１の内部が所定の真空度（例えば、２００Ｐａ）に減圧されるとともに、昇温ステップにおいて、ヒータユニット２０８により、プロセスチューブ１の内部が所定の温度（例えば、４００℃）に昇温される。

次に、成膜ステップにおいて、ボート２１７が回転されつつ、所定の原料ガスが、処理ガス導入ノズル２２３に供給され、複数個の噴出口２２３ａからインナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。例えば、シリコン酸化膜が成膜される場合において、原料ガスとして、モノシランが処理室２０４に導入される。また、図３に示すように、不活性ガスとしてのアルゴンガスが、アルゴンガス供給用のガス導入ノズル２３１〜２３５によって処理室２０４に供給される。ここで、アルゴンガス供給用のガス導入ノズル２３１〜２３５は、ボート中央の製品ウエハやＴＥＧウエハが載置されている部分には配置されておらず、ボート両端のダミーウエハが載置されている部分に配置されている。このため、ガス導入ノズル２３１〜２３５から供給されたアルゴンガスは、ボート両端のダミーウエハに供給される処理ガスの濃度を低下させ、ボート中央の製品ウエハやＴＥＧウエハに供給される処理ガスの濃度に近づける。したがって、製品ウエハやＴＥＧウエハの両端部分、つまり、上下のダミーウエハと接する部分の処理ガス濃度を低下させ、製品ウエハやＴＥＧウエハに供給される処理ガスの濃度を均一化することができる。

処理室２０４に導入された原料ガスやアルゴンガスは、インナチューブ２２２の上端の開口部から、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の間の排気路２０９に流出して、マニホールド２０６に開設された排気口２０７から排気される。
このようにして、ウェハ２００の表面に接触しながら上下で隣合うウェハ２００と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガスのＣＶＤ反応によって、ウェハ２００の表面にはＣＶＤ膜が堆積する。

以上のようにして所望のＣＶＤ膜（例えば、シリコン酸化膜）が堆積された後に、原料ガスの供給が停止され、不活性ガスにより、処理室２０４内が大気圧に復帰された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ２１９が下降されることによって処理室２０４の下端が開口され、ボート２１７に保持された状態で処理済みのウェハ２００群が処理室２０４から外部に搬出（ボートアンローディング）される。

なお、本発明は前記実施例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。
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ことが好ましいが、これに限らず、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。

前記実施の形態では処理がウエハに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あるいは磁気ディスク等であってもよい。
また、前記実施の形態では、シリコン酸化膜の堆積について説明したが、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ドープドポリシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜の成膜方法全般に適用することができ、さらに、酸化膜形成工程や拡散工程等の半導体装置の製造方法における熱処理工程全般に適用することができる。
また、前記実施の形態ではバッチ式縦形ホットウオール形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、バッチ式横形ホットウオール形装置や酸化膜形成装置や拡散装置および他の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。

本明細書には、次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
表面に凹凸が形成された複数の第１の基板を積層保持するとともに該複数の第１の基板の上端若しくは下端に前記第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板を保持する基板保持具と、
該基板保持具に保持された前記第１の基板および前記第２の基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理室内の前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記処理室内にて前記第１の基板および前記第２の基板を処理する際に、前記第１のガス供給部により、前記複数の第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給するとともに前記第２のガス供給部により、前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給するように制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
このようにすると、前記第１の基板間の膜厚均一性を向上することができる。

第２の発明は、前記第１の発明の基板処理装置であって、
前記第１のガス供給部は、前記基板保持具の側方に前記第１の基板及び前記第２の基板の積層方向に延在する基板処理装置。

第３の発明は、前記第１の発明の基板処理装置であって、
前記第２のガス供給部は、前記基板保持具の側方に前記第１の基板及び前記第２の基板の積層方向に延在する基板処理装置。

第４の発明は、前記第１の発明の基板処理装置であって、
前記第１の基板には、表面にデバイス用のパターンが形成されている基板処理装置。

第５の発明は、前記第１の発明の基板処理装置であって、
前記第２の基板は、表面が平坦に形成されているダミー基板である基板処理装置。

第６の発明は、前記第２の発明の基板処理装置であって、
前記第１のガス供給部は、前記第１の基板及び前記第２の基板夫々に対し、対向する位置に第１のガス供給孔が設けられた第１のガスノズルを有する基板処理装置。

第７の発明は、前記第３の発明の基板処理装置であって、
前記第２のガス供給部は、前記第２の基板に対し、対向する位置に第２のガス供給孔が設けられた第２のガスノズルを有する基板処理装置。

第８の発明は、
表面に凹凸が形成された複数の第１の基板と表面が第１の基板よりも平坦な第２の基板とを、基板保持具に積層して保持する工程と、
前記第１の基板および前記第２の基板を保持する基板保持具を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内にて前記複数の第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給するとともに前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給し、前記第１の基板および前記第２の基板を処理する工程と、
前記処理室内から前記第１の基板および前記第２の基板を保持する基板保持具を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

１０基板処理装置、１００カセット、１０１筐体、１０５カセットステージ、１１２ウエハ移載機構、１１４カセット棚、１１５カセット搬送装置、１１６炉口シャッタ、１２１ボートエレベータ、１２３移載棚、２００ウエハ（基板）、２０２処理炉、２０４処理室、２０５炉口、２０６マニホールド、２０７排気口、２０７ａ排気管、２０８ヒータユニット、２０９排気路、２１０保温筒、２１７ボート、２１９シールキャップ、２２１アウタチューブ、２２２インナチューブ、２２３処理ガス導入ノズル、２２３ａ噴出口、２３１不活性ガス導入ノズル、２３１ａ噴出口、２３２不活性ガス導入ノズル、２３２ａ噴出口、２３３不活性ガス導入ノズル、２３３ａ噴出口、２３４不活性ガス導入ノズル、２３４ａ噴出口、２３５不活性ガス導入ノズル、２３５ａ噴出口、２４３ａ開閉バルブ、２４３ｂ開閉バルブ、２４１ａＭＦＣ、２４１ｂＭＦＣ、２４０ａ原料ガス供給源、２４０ｂ不活性ガス供給源、２４６真空ポンプ、２５５ＡＰＣバルブ、２６７ボート回転機構、２８０コントローラ。

Claims

表面に凹凸が形成された複数の第１の基板を積層保持するとともに該複数の第１の基板の上端若しくは下端に前記第１の基板よりも表面の凹凸が少ない第２の基板を保持する基板保持具と、
該基板保持具に保持された前記第１の基板および前記第２の基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理室内の前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記処理室内にて前記第１の基板および前記第２の基板を処理する際に、前記第１のガス供給部により、前記複数の第１の基板および前記第２の基板に向けて処理ガスを供給するとともに前記第２のガス供給部により、前記第２の基板に向けて不活性ガスを供給するように制御する制御部と、
を備える基板処理装置。