JP2001345313A

JP2001345313A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2001345313A
Application number: JP2000161919A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Horie; 邦明堀江; Yuji Araki; 裕二荒木; Kiwamu Tsukamoto; 究塚本; Yukio Fukunaga; 由紀夫福永
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の昇温時間を大幅に短縮して装置として
のスループットを向上させることができるようにした基
板処理装置を提供する。【解決手段】処理室１４内に搬入した基板Ｗを基板台
座部２６で保持し加熱しつつ処理する基板処理装置であ
って、基板台座部２６を構成する分離自在な基板ホルダ
２４を有し、加熱した基板ホルダ２４上に基板Ｗを載置
保持して基板ホルダ２４ごと処理室１４内に搬入するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばチタン酸バ
リウム／ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜
や配線用の銅膜等を基板上に形成したり、基板にエッチ
ング処理を施すのに使用される基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。

【０００３】このような大容量素子の製造に用いる誘電
体薄膜として、誘電率が１０以下であるシリコン酸化膜
やシリコン窒化膜に替えて、誘電率が２０〜３０程度で
ある五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）薄膜、あるいは誘電
率が３００程度であるチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）又は
これらの混合物であるチタン酸バリウムストロンチウム
等の金属酸化物薄膜材料が有望視されている。また、さ
らに誘電率が高いＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ１等の強誘電体
の薄膜材料も有望視されている。

【０００４】上記の他、配線材料として、アルミニウム
に比べ配線抵抗が小さく、エレクトロマイグレーション
耐性に優れた銅も有望視されている。更に、ゲート絶縁
膜の材料として、ＢｉＶＯ，Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２，ＹＭ
ｎＯ_３，ＺｎＯ，（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ等が、ペロブスカイ
ト構造の電極材料として、ＳｒＲｕＯ_３，ＢａＲｕ
Ｏ _３，ＩｒＯ，ＣａＲｕＯ_３等が、バリア層やバッファ
層の材料として、ＭｇＯ，Ｙ_２Ｏ_３，ＹＳＺ，ＴａＮ等
が、超伝導材料として、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｌａ−
Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ，Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｈｇ−Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ等が有望視されている。

【０００５】ここで、基板にＤＲＡＭの電極用誘電膜材
料のＢＳＴを成膜したり、配線用の銅膜、ＴｉＮ膜を成
膜する化学気相成長装置（ＣＶＤ）、或いはその他のエ
ッチング装置等の枚葉式の半導体製造装置においては、
プロセスチャンバとしての処理室を有し、この処理室内
に一枚ずつ搬入した基板を基板台座部で保持し、基板を
基板台座部に設けられた加熱手段を介して一定の温度に
加熱しつつ処理（成膜やエッチング）することが広く行
われている。

【０００６】例えば、チタン酸バリウム／ストロンチウ
ム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を形成するための成膜
装置の処理室には、例えば、図６（ａ）に示すように、
ヒータ等の加熱手段１００を内蔵した基板台（ホットプ
レート）１０２のみからなる基板台座部１０４ａや、図
６（ｂ）に示すように、このような基板台（ホットプレ
ート）１０２の上に基板ホルダ１０６を常設して構成し
た基板台座部１０４ｂが配置されており、この基板台
（ホットプレート）１０２または基板ホルダ１０６上に
基板Ｗを搬送して載置し、加熱手段１００を介して基板
Ｗを所定温度に加熱しつつ、処理室の上部に設けられた
ガス噴射ヘッドから原料ガスと酸化ガスとの混合ガスを
基板Ｗに向けて噴射して、基板Ｗの表面に薄膜を成長さ
せるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板を加熱
して処理を施す場合には、基板の温度によって処理後の
状態が変動するため、基板をその全面に亘ってできるだ
け所定温度に均一となるように加熱する必要がある。し
かし、枚葉式の基板処理装置の場合、基板をその全面に
亘ってできるだけ所定温度に均一となるように加熱する
と、図７に示すように、基板温度が所定温度Ｔ_０に近く
なると、基板と加熱手段（ヒータ）との温度差が小さく
なって、基板の昇温にかなりの時間を要し、スループッ
トを低下させてしまうといった問題があった。

【０００８】特に、基板台（ホットプレート）の上面に
基板ホルダを常設して、この基板ホルダの上に基板を載
置保持するようにした基板台座部にあっては、基板台
（ホットプレート）と基板ホルダの間と、基板ホルダと
基板の間の２カ所に大きな熱抵抗（微小なクリアラン
ス）を有する構造となるため、基板を均一に加熱するた
めには、基板を基板ホルダ上へ設置した時の基板ホル
ダ表面の温度低下、基板ホルダの所定温度への加熱、
基板ホルダを通しての基板の所定温度への加熱、とい
う昇温プロセスとなって、基板の昇温時間が更に長くな
ってしまう。

【０００９】ここで、枚葉式の基板処理装置のように、
一枚毎に基板を処理する場合には、基板の加熱時間がそ
のまま処理時間に加えられてスループットが決まってし
まい、例えば、成膜やエッチングといった真の処理時間
が３分で、基板の予熱に３分を要すると、搬送時間等を
無視すると、予熱のためにスループットが約１／２にな
ってしまう。

【００１０】なお、基板を予熱室で予め加熱しておき、
加熱した基板をロボットハンド等の搬送装置で処理室の
基板台座部の上面に搬送して載置することでスループッ
トを上げることも行われているが、この場合でも、図８
に実線で示すように、基板の搬送の過程で、基板の熱容
量が小さいためロボットハンド等と直接接触した時に基
板は急速に冷却されてしまい、処理室での再加熱が必要
となって、予熱時間はｔ_１→ｔ_２になるだけの効果しか
ない。また、基板の搬送の過程での冷却を考慮して、基
板を所定温度Ｔ_０よりΔｔだけ高い温度に加熱すること
で処理室での再加熱を省くことも考えられるが、プロセ
ス上、所定温度Ｔ_０以上に基板を加熱できない場合が多
い。また、Ｔ_０以上昇温してもプロセス上問題ない場合
であっても、基板はロボットハンドの接触部のみ冷却さ
れ不均一性が生じてしまい、その不均一を均一にするた
めの時間が必要となる。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、基板の昇温時間を大幅に短縮して装置としてのスル
ープットを向上させることができるようにした基板処理
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、処理室内に搬入した基板を基板台座部で保持し加熱
しつつ処理する基板処理装置において、前記基板台座部
を構成する分離自在な基板ホルダ有し、加熱した基板ホ
ルダ上に基板を載置保持して基板ホルダごと処理室内に
搬入するようにしたことを特徴とする基板処理装置であ
る。

【００１３】これにより、基板の搬送の課程でロボット
ハンド等の搬送装置に直接接触する基板ホルダは冷却さ
れるものの、基板の冷却を抑えることができ、しかも冷
却された基板ホルダの下面を容易に加熱して、直ちに基
板の処理に移行することができる。特に、基板ホルダと
して熱容量の大きいものを使用すれば、基板の温度低下
を実質的に無視することができる。ここで、熱伝導率の
大きいものを使用すると基板への熱供給速度は大きくな
るが、熱伝導率も大きくなるので、対流がある場合、搬
送中に放熱しやすくなる。一方、熱伝導率の小さいもの
を使用すると、放熱は少なくなるが基板への熱供給速度
も小さくなる。従って、対流が無視できる程度の真空度
で搬送する様な場合は、外周への放熱はロボットハンド
と接触部を除くと（ロボットハンドの接触部は小さくで
きる）輻射のみとなり熱伝導率とは無関係になり、基板
ホルダとして熱伝導率の大きいものを使用した方が、熱
供給速度が大きくなる。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記基板ホルダ
は、内部に発熱機構を有することを特徴とする請求項１
記載の基板処理装置である。これにより、基板ホルダに
内蔵した発熱機構で基板ホルダ自体を加熱することで、
基板ホルダの加熱による基板の昇温時間を短くすること
ができる。この発熱機構としては、例えばカーボンヒー
タやＳｉＣヒータ等を挙げることができる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、基板ホルダ及び
／または基板ホルダと基板を加熱する予熱室を備えたこ
とを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置で
ある。これにより、予熱室で基板ホルダを加熱し、この
加熱した基板ホルダ上に基板を載置保持して処理室内に
基板ホルダごと搬入することで、基板の加熱時間を短く
することができる。ここで、本機構を有すれば、クラス
タが複数連結されている場合であっても、基板ホルダ自
体に発熱機構を有していれば処理室内での加熱時間を短
くできる。基板ホルダに加熱機構を設けていない場合で
複数のクラスタが連結されている場合、予熱室を連結部
分に設けると両側の処理室に直ちに基板ホルダを移動で
きるので、基板が冷却される時間を最小限にできる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、前記予熱室内に
基板ホルダ及び／または基板ホルダと基板の加熱に供す
る機構を配置したことを特徴とする請求項３記載の基板
処理装置である。この機構としては、基板ホルダ自体に
発熱機構を有している場合は、この発熱機構に電力を供
給する給電機構であり、また基板ホルダ自体に発熱機構
を有していない場合は、輻射熱を利用したヒータや、誘
導加熱を利用した高周波加熱装置等が挙げられる。請求
項５に記載の発明は、基板ホルダの搬送機に基板ホルダ
を加熱する機構を設けたことを特徴とする基板処理装置
である。これにより、搬送の過程での基板の温度低下を
より確実に防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１乃至図３は、本発明の第１の
実施の形態の基板処理装置を示すもので、この基板処理
装置には、内部にロボット等の搬送装置を有する横断面
六角形状の搬送室１０が備えられ、この搬送室１０の周
囲に、２個のロードロック室１２と、例えばエッチング
や成膜等の処理を行う処理室１４がゲートバルブ１６
ａ，１６ｂを介して接続され、更に予熱室１８と基板ホ
ルダ室２０がゲートバルブ１６ｃ，１６ｄを介して接続
されている。

【００１８】処理室１４の内部には、給電装置２２が配
置され、この給電装置２２の上面に分離自在な基板ホル
ダ２４を載置することで、基板Ｗを保持し加熱する基板
台座部２６が構成されるようになっている。つまり、こ
の基板ホルダ２４は、例えば、カーボンヒータやＳｉＣ
ヒータ等の発熱機構２８の周囲をセラミックス３０で囲
って構成され、給電装置２２から発熱機構２８に給電す
ることで、基板ホルダ２４の上面に載置保持した基板Ｗ
を加熱するようになっている。このため、基板ホルダ２
４の下面には、２個の凹状の雌型給電端子３２が、給電
装置２２の上面の該雌型給電端子３２の対応する位置に
は、雄型給電端子３４が設けられている。

【００１９】ここで、この実施の形態では、図３に示す
ように、雌型給電端子３２の底面は反応ガスによる変質
を防ぐため白金層３６で覆われ、雄型給電端子３４は銅
線３８の露出表面を白金層４０で覆って構成されてい
る。この構造で多少の高温の酸化雰囲気においても使用
できる。また、給電部の酸化が問題とならない還元性の
雰囲気で処理を行う場合には、他の材料で覆っても良
い。例えば、白金の他に、Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ等の金
属で覆うことで、比較的高温の雰囲気で使用可能とな
る。それ以外に、例えばＬａＢ_６，ＷＣ，ＺｒＮ，Ｔｉ
Ｎ，ＴａＮ等の導電セラミックスで覆っても良い。酸化
雰囲気用としては酸化物導電体を使用してもよい。酸化
物導電体としてはＩｒＯ_２，ＲｕＯ_２等がある。

【００２０】なお、図示しないが、基板ホルダ２４の下
面の他の一カ所には凹部が、給電装置２２の上面の該凹
部に対応する位置には、これに嵌入する凸部が設けら
れ、これによって、３点支持による確実な給電が行える
ようになっている。

【００２１】また、給電装置２２の上に基板ホルダ２４
を載置した時に、給電装置２２の上面と基板ホルダ２４
の下面との間に僅かの隙間Ｓができるよう構成され、更
に、給電装置２２の中央部にパージガス導入口２２ａが
設けられている。これによって、処理中にこの隙間Ｓに
放射状に外方に拡がるようにパージガスを流すことで、
基板Ｗの処理に影響を与えることなく、給電部の酸化が
防止されるようになっている。

【００２２】更に、給電装置２２には、放射温度計４２
が先端を上方に突出して挿着され、基板ホルダ２４の該
放射温度計４２の挿着位置には貫通孔が設けられてい
る。これによって、放射温度計４２が基板Ｗの裏面に近
接して、基板Ｗの温度を直接測定するようになってい
る。

【００２３】予熱室１８にも、前記と同様な構成の給電
装置２２が配置され、基板ホルダ２４を予熱室１８内に
搬入し給電装置２２上に載置することで、予熱室１８内
でも基板ホルダ２４の加熱が行えるようになっている。
また、基板ホルダ室２０には、他の基板ホルダ２４が収
納されている。

【００２４】次に、この実施の形態の基板処理装置によ
る基板の処理の一例を工程順に説明する。先ず、基板ホ
ルダ室２０から基板ホルダ２４を予熱室１８内に搬入し
（ステップ）、給電装置２２上に載置して、基板ホル
ダ２４を加熱する（ステップ）。次に、ロードロック
室１２から１枚の基板Ｗを取り出し、これを予熱室１８
内に搬入し（ステップ）、加熱された基板ホルダ２４
上に載置して基板Ｗを基板ホルダ２４を介して予熱する
（ステップ）。

【００２５】基板Ｗが所定温度に達した時に、基板Ｗを
基板ホルダ２４と共に処理室１４内に搬入する（ステッ
プ）。この時、基板Ｗの搬送の課程でロボットハンド
等の搬送装置に直接接触する基板ホルダ２４は冷却され
るものの、基板Ｗの冷却を抑えることができ、しかも冷
却された基板ホルダの下面を容易に加熱して、直ちに基
板の処理に移行することができる。特に、基板ホルダと
して、熱容量の大きいものを使用すれば、基板Ｗは殆ど
冷却されず、この温度低下を実質的に無視することがで
きる。なお、ロボット等の搬送装置に給電装置を備え、
基板を基板ホルダと共に搬送する際にも基板ホルダを加
熱することで、この搬送の課程での基板の温度低下をよ
り確実に防止することができる。

【００２６】そして、処理室１４内で、基板ホルダ２４
を介して基板Ｗを加熱しつつ基板Ｗの処理を行う（ステ
ップ）。このように、基板ホルダ２４として、発熱機
構２８を内蔵したものを使用して、基板ホルダ２４自体
を加熱することで、基板Ｗの予熱室１８及び処理室１４
内での昇温時間をより短くすることができる。

【００２７】この処理室１４内での基板Ｗの処理と並行
して、次の処理のため、基板ホルダ室２０内の基板ホル
ダ２４を予熱室１８内に搬入して、基板ホルダ２４を加
熱する（上記ステップ）。基板Ｗの処理が終了した時
に、先ず処理後の基板Ｗをロードロック室１２に戻し
（ステップ）、しかる後、処理室１４内の基板ホルダ
２４を給電装置２２から分離して基板ホルダ室２０に戻
す（ステップ）。

【００２８】この実施の形態にあっては、内部に発熱機
構２８を内蔵した基板ホルダ２４を使用し、基板ホルダ
２４自体を加熱することで、基板Ｗの予熱室１８及び処
理室１４内での昇温時間をより短縮するようにした例を
示しているが、図６（ｂ）に示す、通常の基板ホルダ１
０６を備えた基板台座部１０４ｂを使用しても良い。こ
の場合、例えば、図４に示すように、予熱室１８の内部
に基板ホルダ１０６の周縁部を載置保持するリング状の
基板ホルダ保持部５０を配置するとともに、この基板ホ
ルダ保持部５０を挟んでこの上下にランプ等の加熱手段
５２を配置しておく。そして、予熱室１８内に搬入し基
板ホルダ保持部５０で周縁部を載置保持した基板ホルダ
１０６を加熱手段５２の輻射熱によって加熱し、更にこ
の加熱した基板ホルダ１０６上に基板Ｗを載置保持した
後、更に加熱し、しかる後、基板Ｗを基板ホルダ１０６
と共に処理室１４内に搬入して基板ホルダ１０６を基板
台（ホットプレート）１０２（図６（ｂ）参照）上に載
置し、この基板台１０２に内蔵された加熱手段１００
（図６（ｂ）参照）を介して基板Ｗを加熱しつつ処理す
る。

【００２９】この場合にも、基板の搬送の過程における
基板Ｗの冷却を防止するとともに、ロボットハンド等に
直接接触して冷却される基板ホルダ１０６の下面を基板
台１０２で直接加熱することで、処理室１４内での予熱
時間を殆ど有することなく、基板の処理に移行すること
ができる。

【００３０】また、図５に示すように、予熱室１８の内
部に、高周波電源５４を有する誘導加熱を利用した高周
波加熱装置５６を配置し、この加熱装置５６で基板ホル
ダ５８を直接加熱するようにしても良い。この場合、基
板ホルダとして、熱伝導性の良いＳｉＣ等のセラミック
スのみからなるものを使用しても良いが、被加熱物の発
熱に使われる電力Ｐと、比誘電率μ_ｒ ^２と、抵抗率ρと
の間には、Ｐ∝μ_ｒ ^２／ρ の関係があるため、図５に示すように、例えばセラミッ
クス６０の内部にμ_ｒ ^２／ρの大きなスチール６２と銅
製の均熱板６４を埋設して構成した基板ホルダ５８を使
用することで、加熱効率を大幅に高めることができる。
また、このような、基板ホルダ５８を使用した場合に
は、処理室１４内での基板ホルダ５８及び基板Ｗの加熱
に、このような高周波加熱装置を使用することで、処理
室１４内における基板Ｗの加熱をより効率的に行うこと
ができる。

【００３１】なお、この誘電加熱を利用した高周波加熱
装置の替わりに、誘電加熱を利用した高周波加熱装置を
使用しても良いことは勿論である。また、基板ホルダ上
に載置保持した基板を加熱する際の応答性を良くし、ま
たロボット等の搬送負荷を小さくするため、基板ホルダ
はできるだけ軽い（薄い）方が好ましく、更に、各室間
のゲートバルブの開口高さを小さくするためにも、基板
ホルダは薄い方が好ましい。このため、基板ホルダの肉
厚は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板を加熱しつつ処理する際に、基板の昇温時間を大幅
に短縮して装置としてのスループットを向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の基板処理装置の全体構成
を示す平面図である。

【図２】図１の処理室内に配置される基板台座部を示す
断面図である。

【図３】図２の要部拡大図である。

【図４】基板ホルダの加熱の例の説明に付する図であ
る。

【図５】基板ホルダの他の加熱の例の説明に付する図で
ある。

【図６】従来の基板台座部のそれぞれ異なる例を示す正
面図である。

【図７】従来例における基板温度と加熱時間の関係を示
すグラフである。

【図８】同じく、基板を予め加熱した時の基板温度と加
熱時間との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０搬送室１２ロードロック室１４処理室１８予熱室２０基板ホルダ室２２給電装置２２ａパージガス導入口２４，５８，１０６基板ホルダ２６基板台座部２８発熱機構３２雌型給電端子３４雄型給電端子３６，４０白金層３８銅線４２放射温度計５０基板ホルダ保持部５２加熱手段５４高周波電源５６高周波加熱装置６２スチール６４均熱板Ｗ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚本究東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者福永由紀夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BB20 BC05 BC06 BD04 CA04 5F031 CA02 DA13 EA01 EA19 FA01 FA03 FA07 FA11 FA12 GA37 HA09 HA37 JA01 JA46 MA04 MA28 MA30 MA32 PA11 5F045 BB02 BB08 EB08 EK09 EM09 EN05 GB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に搬入した基板を基板台座部で
保持し加熱しつつ処理する基板処理装置において、前記基板台座部を構成する分離自在な基板ホルダ有し、加熱した基板ホルダ上に基板を載置保持して基板ホルダ
ごと処理室内に搬入するようにしたことを特徴とする基
板処理装置。
【請求項２】前記基板ホルダは、内部に発熱機構を有
することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】基板ホルダ及び／または基板ホルダと基
板を加熱する予熱室を備えたことを特徴とする請求項１
または２記載の基板処理装置。
【請求項４】前記予熱室内に基板ホルダ及び／または
基板ホルダと基板の加熱に供する機構を配置したことを
特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】基板ホルダの搬送機に基板ホルダを加熱
する機構を設けたことを特徴とする基板処理装置。