JP2002158178A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置および半導体装置の製造方法

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JP2002158178A
JP2002158178A JP2000354366A JP2000354366A JP2002158178A JP 2002158178 A JP2002158178 A JP 2002158178A JP 2000354366 A JP2000354366 A JP 2000354366A JP 2000354366 A JP2000354366 A JP 2000354366A JP 2002158178 A JP2002158178 A JP 2002158178A
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susceptor
heater
wafer
zone
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Itaru Okada
格 岡田
Tomoko Nishiwaki
倫子 西脇
Katsunao Kasatsugu
克尚 笠次
Eisuke Nishitani
英輔 西谷
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Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒータのサイズを大きくせずに、基板面内均熱
性を向上させることができる基板処理装置および半導体
装置の製造方法を提供する。 【解決手段】ウェーハ５０をサセプタ２０上に載置した
状態でヒータ１０によりサセプタ２０を介してウェーハ
５０を加熱してウェーハ５０を処理する基板処理装置で
あって、ヒータ１０は複数のゾーンヒータ１４、１５、
１６に分割し、ウェーハ５０の端５１付近に分割位置が
あるゾーンヒータ１５、１６間の間隙１７の中心の位置
１９が、ウェーハ端５１を基準にウェーハ５０の半径方
向に内側１０ｍｍの位置５２から外側６ｍｍの位置５３
までの範囲にあるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置およ
び半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体ウェーハ
をサセプタ上に載置した状態でヒータによりサセプタを
介して半導体ウェーハを加熱して半導体ウェーハを処理
する枚葉式の半導体製造装置およびこの半導体製造装置
を用いて半導体ウェーハを処理する工程を備える半導体
装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ウェーハ面内の均熱性を得るためには、
ウェーハを載置するサセプタの均熱性が重要である。サ
セプタに均熱性をもたせるためには、ウェーハサイズよ
り大きなヒータであれば均熱性がとれるがコストがかか
る。反対になるべく小さいサイズでヒータを製作しよう
とすると、外周よりの熱の逃げが問題となり、均熱性が
とれない。また、サセプタやヒータにウェーハ搬送用の
突き上げピンが通過する穴があったり、ヒータ電極部か
らの熱の逃げなども均熱性の低下の原因になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ヒー
タのサイズを大きくせずに、基板面内均熱性を向上させ
ることができる基板処理装置および半導体装置の製造方
法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板を
サセプタ上に載置した状態でヒータにより前記サセプタ
を介して前記基板を加熱して前記基板を処理する基板処
理装置であって、前記ヒータは複数ゾーンに分割制御さ
れ、前記基板の基板端付近に分割位置があるヒータ間の
間隙の中心の位置が、前記基板端を基準に前記基板の半
径方向に内側１０ｍｍから外側６ｍｍまでの範囲にある
ことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００５】好ましくは、前記ヒータ間の間隙の中心の
位置が、前記基板端を基準に前記基板の半径方向に内側
５ｍｍから前記基板端までの範囲にある。
【０００６】また、好ましくは、前記ヒータ間の間隙の
中心の位置が、前記基板端にある。
【０００７】好ましくは、前記サセプタは複数に分割さ
れ、前記複数ゾーンに分割されたヒータの端が、前記サ
セプタの前記基板側の分割位置から５〜１０ｍｍの範囲
に位置する。
【０００８】また、好ましくは、前記複数に分割された
サセプタは、前記基板の外周に位置する外周サセプタを
有し、前記外周サセプタ上に石英からなる部材を設け
る。
【０００９】本発明によれば、基板をサセプタ上に載置
した状態でヒータにより前記サセプタを介して前記基板
を加熱して前記基板を処理する工程を備える半導体装置
の製造方法であって、前記ヒータは複数ゾーンに分割制
御され、前記基板の基板端付近に分割位置があるヒータ
間の間隙の中心の位置が、前記基板端を基準に前記基板
の半径方向に内側１０ｍｍから外側６ｍｍまでの範囲に
あることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１１】図１は、本発明の一実施の形態の半導体ウ
ェーハ処理装置を説明するための概略縦断面図であり、
図２は、その部分拡大概略縦断面図である。
【００１２】本発明の半導体ウェーハ処理装置１は、反
応室４０と、その内部に設けられた半導体ウェーハ５０
を載置するサセプタ２０、サセプタ２０の下に設けられ
たヒータ１０、シャワーヘッド４２とを備えている。反
応ガスは、ガス導入口４３およびシャワーヘッド４２を
介して、反応室４０内にシャワー状に供給され、その
後、半導体ウェーハ５０上に供給され、排気孔４４より
排気される。ウェーハ５０は、ウェーハ搬入出口４５よ
り反応室４０内に搬入され、反応室４０から搬出され
る。
【００１３】ウェーハ５０の面内の温度は、サセプタ２
０の温度に影響を受ける。ウェーハ面内均熱性を確保す
るためにはサセプタ２０を効率よく温度制御することが
重要である。よってヒータ１０をゾーン１、ゾーン２、
ゾーン３の３つのゾーンヒータ１４、１５、１６に分割
し、また、サセプタ２０もヒータ１０の各ゾーンへの分
割位置に対応する位置で分割サセプタ２１、２２、２３
に分割している。また、外周の分割サセプタ２３の外部
にさらに外周分割サセプタ２４を設けている。ヒータ１
０をゾーン１〜３の３系統で温度制御を行う。
【００１４】分割されたゾーンヒータ毎に温度制御を行
うことにより、温度制御性を高めている。ヒータ１０を
各ゾーンに分割する位置は、サセプタ２０の分割位置に
対応しており、例えばサセプタ中心部のみ温度を上げた
い場合には、ゾーンヒータ１４１のみ温度を上げるとい
うことが可能となる。
【００１５】また、図示していないウェーハ搬送構造に
より、ウェーハ５０の下の分割サセプタ２１を持ち上げ
る構造になっており、持ち上げたウェーハ５０をウェー
ハ搬送プレート４１により搬入、搬出する。
【００１６】外周のゾーンヒータ１６は、その外側への
放熱があるので、その分、内側のゾーンヒータ１５、１
４よりも温度を高くする必要があり、その内側のゾーン
ヒータ１５とは、温度差が大きくなるので物理的に離間
して設けている。ゾーンヒータ１５と、さらにその内側
のゾーンヒータ１４とは、別々に温度制御されるが、温
度差が小さいので、一つのプレート上にヒータパターン
を配置させて形成した構造となっている。
【００１７】このように、外周のゾーンヒータ１６は、
その内側のゾーンヒータ１５とは物理的に離間して設け
ているが、外周のゾーンヒータ１６とその内側のゾーン
ヒータ１５との間の温度差が大きいので、外周のゾーン
ヒータ１６と内側のゾーンヒータ１５との間のヒータ１
０の分割位置が、サセプタ２０の均熱性、ひいてはその
上に載置されるウェーハ５０の均熱性に大きく影響を与
える。そこで、外周のゾーンヒータ１６と内側のゾーン
ヒータ１５との間のヒータ１０の分割位置とウェーハ５
０の均熱性との関係を調べた。その結果を、表１に示
す。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１において、Ｚｏｎｅ１の欄は、ゾーン
１のゾーンヒータ１４の直径を表し、Ｚｏｎｅ３の欄
は、ゾーン３のゾーンヒータ１３の外周径を表す。Ｚｏ
ｎｅ２の欄は、ゾーン２のゾーンヒータ１５とゾーン３
のゾーンヒータ１６との分割位置の直径の値を表す。こ
こで、ゾーンヒータ１５とゾーンヒータ１６との分割位
置とは、ゾーンヒータ１５とゾーンヒータ１６との間の
間隙１７の中心の位置１９をいう。なお、分割数が２と
は、ヒータが物理的に２個に分けられていることをい
い、ここではゾーン１，２とゾーン３とが物理的に分け
られている。表１の結果は、ウェーハ５０として、直径
３００ｍｍのウェーハを用い、ウェーハ温度を６５０℃
に設定し、ゾーンヒータ１４を７５０℃に温度設定し、
ゾーンヒータ１５を７５３℃に温度設定し、ゾーンヒー
タ１６を８５０℃に温度設定した場合の結果であり、ウ
ェーハ温度差（max-min）とは、このウェーハ５０の面
内における最高温度と最低温度との差をいう。
【００２０】ここで、例えばポリシリコン膜の生成の場
合、成膜速度が２００ｎｍ／ｍｉｎで±１％であること
が膜質向上のため要求されており、その場合のウェーハ
５０の均熱性としては、ウェーハ面内において、±０．
５℃であることが必要とされ、そのためには、ゾーンヒ
ータ１５とゾーンヒータ１６との分割位置が、ウェーハ
５０のウェーハ外周端５１よりウェーハの半径方向に−
１０ｍｍ（内側に１０ｍｍの位置：直径φ２９０ｍｍ）
の位置５２から＋６ｍｍ（外側に６ｍｍ：直径φ３０６
ｍｍ）の位置５３までの間で分割されることが好まし
く、さらに好ましくは、−５ｍｍ（内側に５ｍｍ）から
０ｍｍ（ウェーハ端５１の位置）までの間、さらにより
好ましくは０ｍｍ（ウェーハ端５１の位置）である（図
３参照）。
【００２１】また、ゾーン２のゾーンヒータ１５とゾー
ン３のゾーンヒータ１６は別体で構成されている関係
上、ゾーンヒータ１５とゾーンヒータ１６の分割位置
を、サセプタ２０の分割位置とは完全に一致させること
ができないので、サセプタ２０の分割位置（ウェーハ５
０側）を基準に５〜１０ｍｍの範囲で各ゾーンヒータの
端が位置すれば、効率よく均熱が得られるように制御可
能である。本実施の形態では、ゾーンヒータ１６の内側
端１８と分割サセプタ２３のウェーハ側端２８との距離
を５〜１０ｍｍの範囲にあるようにしている。
【００２２】なお、図３に示すように、外周の分割サセ
プタ２３の内側端の下側（ヒータ１０側）に係合部材２
７を設け、内部の分割サセプタ２２の外側端の上側（ウ
ェーハ５０側）に係合部材２６を設け、係合部材２７上
に係合部材２６を重ねて分割サセプタ２３と分割サセプ
タ２２とを結合させている。このような構造で分割サセ
プタ同士を係合させているのは、サセプタを支持するた
めと、分割した位置での垂直方向での熱漏れを防止する
ためである。
【００２３】外周ゾーンヒータ１６と外周分割サセプタ
２３、２４は、ウェーハ５０端からの熱の逃げを補うた
めのもので、サセプタからも同様に熱が逃げるため、そ
の材料は熱伝導率の低く、放射率の低い材料がよい。本
構造では外周分割サセプタ２４に石英を使用している。
石英はＳｉＣ、Ｓｉの約１／２０の熱伝導率であるた
め、温度が高いサセプタ側から温度の低いサセプタ支持
部材３０の側壁３１への熱伝導が抑制されるので、ウェ
ーハ５０（サセプタ２０）外周部の温度低下を防止でき
る。また、外周分割サセプタ２３、２４を石英製のサセ
プタカバー２５で覆うことにより、熱の逃げ低下、保温
の効果を更に高めており、ゾーンヒータ１６の出力低減
に寄与せしめている。なお、内側の分割サセプタ２１、
２２と外周の分割サセプタ２３は、カーボンのＳｉＣコ
ートである。
【００２４】外周分割サセプタ２３を石英とせずカーボ
ンのＳｉＣコートとしているのは、ウェーハに隣接する
サセプタ２３が石英の場合、サセプタ２３を温めるのに
大きなパワーが必要となり、ウェーハ面内の均熱コント
ロールが困難となるので、サセプタ２３を石英ではな
く、カーボンとしている。
【００２５】外周サセプタ２４の別例として、図４のよ
うに溝２６を設けることで、より熱伝導を抑制できる。
【００２６】また、よりよいウェーハ面内均一性を得る
ために、ウェーハ５０（サセプタ２０）とヒータ１０と
を相対的に回転させる構造を取り入れている。その構造
は、ヒータ１０の支持部材３５を固定軸とし、ウェーハ
５０を置くサセプタ２０の支持部材３５を回転軸とし、
マグネットカップリングなどを用いた回転導入機３９に
結合している。ヒータ１０等への電気配線を考慮し、ヒ
ータ１０を固定し、サセプタ２０を回転させている。
【００２７】上記本発明の実施の形態によれば、ウェー
ハ面内均熱性を向上でき、ヒータ１０延いてはヒータユ
ニット６０を最適サイズにすることによるコストの低減
が図れる。
【００２８】なお、本実施の形態において、処理とは、
ＭＯＳトランジスタのゲート電極用のドープドポリシリ
コン膜の生成やＭＯＳトランジスタのキャパシタ用（絶
縁膜）の窒化膜、タンタル膜の生成をいう。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ヒータのサイズを大き
くせずに、基板面内均熱性を向上させることができる基
板処理装置および半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ処理装
置のサセプタを説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
１…半導体ウェーハ処理装置 １０…ヒータ １４…ゾーン１ヒータ １５…ゾーン２ヒータ １６…ゾーン３ヒータ １７…間隙 １８…ヒータ内側端 １９…ヒータ間の中心線位置 ２０…サセプタ ２１、２２…内部分割サセプタ ２３、２４…外周分割サセプタ ２５…サセプタカバー ２６、２７…係合部材 ２８…サセプタウェーハ側端 ３０…サセプタ支持部材 ３１…側壁 ３５…ヒータ支持部材 ４０…反応室 ４２…シャワーヘッド ４４…排気孔 ４５…ウェーハ搬入出口 ５０…ウェーハ ５１…ウェーハ端 ５２、５３…位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠次 克尚 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 (72)発明者 西谷 英輔 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA05 QB32 QB47 RF03 SS18 SS24 SS29 SS30 UB01 VV03 VV04 VV22 5F031 CA02 CA05 HA25 HA37 PA18 5F045 AA03 AB03 AD10 DP03 EF05 EK09 EK22 EM10

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板をサセプタ上に載置した状態でヒータ
    により前記サセプタを介して前記基板を加熱して前記基
    板を処理する基板処理装置であって、 前記ヒータは複数ゾーンに分割制御され、前記基板の基
    板端付近に分割位置があるヒータ間の間隙の中心の位置
    が、前記基板端を基準に前記基板の半径方向に内側１０
    ｍｍから外側６ｍｍまでの範囲にあることを特徴とする
    基板処理装置。
  2. 【請求項２】前記ヒータ間の間隙の中心の位置が、前記
    基板端を基準に前記基板の半径方向に内側５ｍｍから前
    記基板端までの範囲にあることを特徴とする請求項１記
    載の基板処理装置。
  3. 【請求項３】前記ヒータ間の間隙の中心の位置が、前記
    基板端にあることを特徴とする請求項１記載の基板処理
    装置。
  4. 【請求項４】前記サセプタは複数に分割され、前記複数
    ゾーンに分割されたヒータの端が、前記サセプタの前記
    基板側の分割位置から５〜１０ｍｍの範囲に位置するこ
    とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板
    処理装置。
  5. 【請求項５】前記複数に分割されたサセプタは、前記基
    板の外周に位置する外周サセプタを有し、前記外周サセ
    プタ上に石英からなる部材を設けたことを特徴とする請
    求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理装置。
  6. 【請求項６】基板をサセプタ上に載置した状態でヒータ
    により前記サセプタを介して前記基板を加熱して前記基
    板を処理する工程を備える半導体装置の製造方法であっ
    て、 前記ヒータは複数ゾーンに分割制御され、前記基板の基
    板端付近に分割位置があるヒータ間の間隙の中心の位置
    が、前記基板端を基準に前記基板の半径方向に内側１０
    ｍｍから外側６ｍｍまでの範囲にあることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
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