JP2003092238A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理基板の昇温速度を向上し、成膜時の被
処理基板温度を均一化する。 【解決手段】 基板処理装置は、真空容器内で被処理基
板Ｗを保持しつつ回転させる基板保持体２を備える。基
板保持体２は、被処理基板Ｗを載置するリング状載置部
１２を有する回転体１０と、回転体１０内に回転体とは
非接触で設けられ、被処理基板Ｗを加熱するヒータ、ヒ
ータ支持体、支持軸等を一体化したヒータ部５０とを有
する。被処理基板Ｗを所定の温度に昇温させる際は、回
転体１０に対して上昇させたヒータ部５０に被処理基板
Ｗを接触保持させた状態で直接加熱する。昇温後、被処
理基板Ｗを成膜処理する際には、回転体１０に対して下
降させたヒータ部５０から被処理基板Ｗを離間させると
ともに、リング状載置部１２に被処理基板Ｗを保持させ
た状態で、載置部１２に保持した被処理基板Ｗをヒータ
部５０に対して相対的に回転させることにより被処理基
板Ｗの処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板を加熱
しつつ処理する基板処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】図３に基板処理装置の一例である枚葉式
反応炉の概略を示す。基板保持体２上に被処理基板Ｗを
保持した真空容器１内に、反応性ガスを導入口３から供
給しつつ排気口４から排気することにより、被処理基板
Ｗ上に薄膜を形成する。このとき被処理基板Ｗは基板保
持体２によって所定温度に加熱されるとともに、基板保
持体２の回転によって回転するようになっている。 【０００３】図２は、上述した反応炉で使用される従来
の基板保持体２の構造を示す縦断面である。基板保持体
２は、回転体２０とヒータ部３０とから構成される。 【０００４】回転体２０は、被処理基板Ｗを保持しつつ
回転させるようになっている。回転体２０は、鉛直方向
に設けられた中空の回転軸２４と、回転軸２４の上部に
取り付けられた回転板２３と、回転板２３上に設けられ
た円筒状のサセプタ保持具２１とを備える。回転体２０
は、さらにサセプタ保持具２１の上部開口を塞ぐととも
に、被処理基板Ｗを保持するサセプタ２２を備える。サ
セプタ保持部２１の上部開口をサセプタ２２によって塞
ぐことにより、真空容器内に設けられる回転体２０の内
部を気密構造としている。 【０００５】回転体２０を回転させるために、回転軸２
４の下部に回転機構４０が取り付けられる。この回転機
構４０で回転軸２４を中心に回転体２０を回転させるこ
とにより、サセプタ２２上に保持した被処理基板Ｗを水
平面内で回転できるようになっている。 【０００６】ヒータ部３０は、回転体２０の回転を干渉
しないように回転体２０内に非接触で固定系として設け
られて、回転する被処理基板Ｗを加熱できるようになっ
ている。ヒータ部３０は、鉛直方向に設けられた中空の
ヒータ支持軸３５と、支持軸３１上に設けられたヒータ
支持板３１と、ヒータ支持板３１上にスペーサ３４を介
して設けられた抵抗加熱ヒータ３２と、ヒータ３２とヒ
ータ支持板３１との間に設けられたリフレクタ３３とを
備える。抵抗加熱ヒータ３２は、サセプタ２２と対向す
る位置に距離をおいて設けられ、サセプタ２２を加熱
し、このサセプタ２２を介して被処理基板Ｗを加熱でき
るようになっている。また、リフレクタ３３は、複数枚
積層して設けられて、ヒータ３２からの輻射熱を反射し
てサセプタ２２、ひいては被処理基板Ｗの加熱効率を上
げるようになっている。また、中空のヒータ支持軸３５
内には、例えば抵抗加熱ヒータ３２への給電線等が配設
される。ヒータ部３０は、そのヒータ支持軸３５に給電
線が走っているので、回転体２０に対して固定としてあ
る。上記ヒータ支持板３１、抵抗加熱ヒータ３２及びリ
フレクタ３３は回転体２０のサセプタ保持具２１内に設
けられ、ヒータ支持軸３５は回転軸２４の内部に設けら
れる。 【０００７】基板保持体２は、サセプタ２２、サセプタ
保持具２１、ヒータ３２、リフレクタ３３などの各部材
がすべて独立して設けられ、これらを組み立てることに
よって構成されている。このような基板保持体２が基板
処理装置としての反応炉内に設けられる。そしてヒータ
部３０は、ヒータ３２によりサセプタ２２を加熱し、加
熱されたサセプタ２２を介して被処理基板Ｗを間接的に
加熱するようになっている。 【０００８】上述したような基板保持体２を使用した反
応炉では、まず基板保持体２の内部に設けた固定系のヒ
ータ部３０によりサセプタ２２を介して被処理基板Ｗを
間接的に加熱して、被処理基板Ｗを所定の温度に昇温さ
せる。つぎに昇温後、被処理基板Ｗを成膜処理等する
際、ヒータ部３０に対して外部に設けた回転体２０を回
転させることで、サセプタ２２上に保持した被処理基板
Ｗを回転させ、ヒータ部３０により間接加熱されている
被処理基板Ｗの温度を均一化するとともに、反応ガスの
流れの均一化も図るようにしている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
基板処理装置では、次のような問題点があった。 【００１０】（１）ヒータによる被処理基板の加熱が、
サセプタとは離間したヒータによりサセプタを加熱し、
加熱されたサセプタを介して被処理基板を加熱する間接
加熱であるため、昇温時、被処理基板を所定温度にまで
加熱する昇温速度が遅い。 【００１１】（２）また、サセプタを介した間接加熱で
あるため、成膜時、サセプタを回転させても、基板面内
温度の均一化が十分に図れない。 【００１２】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、被処理基板の昇温速度を向上し、成膜時
の被処理基板温度を十分に均一化することが可能な基板
処理装置を提供することにある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明は、被処理基板に
対して接離可能に設けられ、前記被処理基板を所定の温
度に昇温させる際は、前記被処理基板に接触保持させた
状態で前記被処理基板を加熱し、前記昇温後、前記被処
理基板を処理する際は、前記被処理基板から離した状態
で加熱する加熱手段と、前記被処理基板から離した状態
で前記被処理基板を加熱する基板処理の際に、前記被処
理基板を保持するとともに、前記加熱手段に対して前記
被処理基板を相対的に回転させる保持手段とを備えた基
板処理装置である。 【００１４】被処理基板を所定の温度に昇温させる際
は、加熱手段に被処理基板を接触保持させた状態で加熱
する。したがって、加熱手段により被処理基板を直接加
熱することができるので、昇温スピードが向上する。昇
温後、被処理基板を成膜処理する際は、加熱手段を被処
理基板から離間させることにより被処理基板を間接加熱
しながら回転させる。したがって、この離間によって被
処理基板に対する加熱手段からの熱の不均一さが解消さ
れるので、被処理基板の温度を均一化できる。その結
果、被処理基板を均一に処理できる。 【００１５】なお、被処理基板にはシリコン基板などの
半導体基板、石英基板またはガラス被処理基板などが含
まれる。また、被処理基板の処理には、薄膜形成の他
に、酸化膜形成、エッチング、拡散等の処理が含まれ
る。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。 【００１７】図１は、実施の形態による基板保持体２の
構成を示す縦断面図である。従来例と大きく異なる点
は、ヒータ部５０を一体化し、一体化したヒータ部で気
密を保持しつつ被処理基板を直接加熱できるようにした
点である。 【００１８】基板保持体２は、被処理基板Ｗを回転させ
つつ保持する保持手段としての回転体１０と、回転体１
０内に非接触で設けられ被処理基板Ｗを直接的かつ間接
的に加熱することが可能な加熱手段としてのヒータ部５
０とから構成される。 【００１９】回転体１０は、中空の載置部保持具１１と
回転軸１４とから主に構成される。載置部保持具１１
は、上下方向に偏平な円筒形をしており、上部が開口し
下部が中央開口部を除いて閉じている。上部開口縁に
は、被処理基板Ｗの外周部のみを保持するリング状の載
置部１２が設けられる。リング状載置部１２で被処理基
板Ｗを保持するために、リング状載置部１２の内径は、
被処理基板Ｗの外径よりもやや小さく設定してある。中
空の回転体１０は、そのリング状載置部１２の表面に被
処理基板Ｗが載置保持されると、載置部保持具１１の上
部開口が塞がれて、気密が確保されるようになってい
る。 【００２０】回転軸１４は中空であり、載置部保持具１
１の中央開口に鉛直方向に取り付けられる。回転体１０
は、その回転軸１４が上ベース４５上に設けられた回転
機構４１に取り付けられる。この回転機構４１で回転軸
１４を中心に回転体１０を回転させることにより、リン
グ状載置部１２上に保持した被処理基板Ｗを水平面内で
回転できるようになっている。 【００２１】ヒータ部５０は、抵抗加熱ヒータ、リフレ
クタ、ヒータ支持板、ヒータ支持軸などが一体的に構成
される。一体型のヒータ部５０は、例えば窒化アルミ、
石英、あるい金属などで構成する。また、回転体１０に
対して相対的に昇降できるように設けられる。ヒータ部
５０は、上昇時に被処理基板Ｗを保持して被処理基板Ｗ
を直接加熱し、下降時に被処理基板Ｗから離れて、被処
理基板Ｗを間接的に加熱するようになっている。ヒータ
部５０は円板状でやや肉厚のヒータ頭部５１と、ヒータ
頭部５１に下方に鉛直状に取り付けられたヒータ脚部５
２とから構成される。 【００２２】ヒータ頭部５１は、サセプタ、ヒータ、及
び気密保持の機能をもつ。ヒータ頭部５１は、中央部に
被処理基板Ｗの外周部を除く基板中央部を保持する平滑
面を有する凸状のサセプタ部５１ａを有し、外周部にサ
セプタ部５１ａよりも一段低い肩部５１ｂを有する。サ
セプタ部５１ａの径はリング状載置部１２の内径よりも
小さく設定され、サセプタ部５１ａがリング状載置部１
２内に入るようになっている。ヒータ部５０の上昇時、
ヒータ部５０は、被処理基板Ｗと接触することにより被
処理基板Ｗを押し上げ、リング状載置部１２からサセプ
タ部５１ａに移載して保持する。また、リング状載置部
１２の裏面にヒータ頭部５１の肩部Ｌが当接されると、
載置部保持具１１の上部開口が塞がれて、回転体１０の
気密が確保されるようになっている。 【００２３】ヒータ頭部５１内には、被処理基板Ｗを加
熱するためのヒータパターン５３が埋め込まれ、そのヒ
ータパターン５３への給電線５４がヒータ脚部５２に埋
め込まれている。ヒータパターン５３の材料は、例えば
タングステン、モリブデンなどの比較的抵抗の大きな金
属を使用する。また、給電線５４もヒータパターン５３
と同じ材料で構成することもできるが、その場合、抵抗
を少なくするために、線径をヒータパターンよりも大き
く設定するとよい。また、ヒータパターン５３で発生し
た熱がヒータ頭部５１からヒータ脚部５２へ逃げないよ
うに、ヒータ頭部５１とヒータ脚部５２との間に熱遮蔽
部材を埋め込むようにしてもよい。なお、ヒータ脚部５
２に給電線５４が走っているので、ヒータ部５０は回転
体１０のように回転はさせない。 【００２４】一体型ヒータ部５０は、例えばセラミック
スで構成する場合は、粉末を固めて作製する。金属で構
成する場合は、ヒータパターン５３及び給電線５４と、
ヒータ部５０本体との絶縁を取る必要がある。なお、ヒ
ータパターン５３の他に、ヒータ頭部５１ａにリフレク
タなど必要な部材を埋め込むことも可能である。 【００２５】ヒータ部５０は、そのヒータ脚部５２の下
端が上ベース４５よりも下方に設けられた下ベース４６
に固着されることにより支持される。 上ベース４５と
下ベース４６との間には上ベース４５に対して下ベース
４６を相対的に昇降させる昇降機構４８が取り付けられ
る。昇降機構４８は、例えば、モータ４２で減速駆動さ
れるギヤボックス４３を、上ベース４５と下ベース４６
とを鉛直方向に連結したボールネジ４４に沿って動かす
ことにより、ギヤボックス４３を固着した下ベース４６
を相対的に動かし、ヒータ部５０を回転体１０に対して
相対的に昇降させるようになっている。昇降移動にとも
なう回転体１０内の気密は、ベース４５、４６間に設け
たベローズ４７で確保している。ここで、上ベース４５
又は下ベース４６のいずれを動かしてもよい。上ベース
４５又は下ベース４６のいずれを装置の固定ベースとす
るかで、回転体１０がヒータ部５０に対して昇降する
か、又はヒータ部５０が回転体１０に対して昇降するか
が決まる。 【００２６】次に、上述したような基板保持体２を使用
した反応炉の作用を説明する。 【００２７】まず、ヒータ部５０を回転体１０に対して
相対的に上昇させることにより、リング状載置部１２に
載置されている被処理基板Ｗにサセプタ部５１ａを接触
させて、被処理基板Ｗを持ち上げる。これにより被処理
基板Ｗをリング状載置部１２からヒータ部５０に移載さ
せ、サセプタ部５１ａの表面上に被処理基板Ｗを保持す
る。このとき、回転体１１の上部開口は、被処理基板Ｗ
に代わってヒータ頭部５１で塞がれるため、基板保持体
２の気密は保持される。被処理基板Ｗからヒータ頭部５
１への交替、及びこれとは逆のヒータ頭部５１から被処
理体Ｗへの交替を、気密状態を保持して円滑に行うため
に、ヒータ頭部５１の肩部５１ｂの段差は、リング状載
置部１２の厚さと等しくなるように設定することが好ま
しい。 【００２８】給電線５４からヒータパターン５３に電力
を供給して、ヒータ頭部５１を加熱し、ヒータ頭部５１
で被処理基板Ｗを直接加熱して、所定温度に昇温させ
る。ここで所定温度は、例えば１５０℃〜９００℃の範
囲である。なお、本発明の効果が顕著に表れるのは、７
００℃〜９００℃である。 【００２９】つぎに被処理基板Ｗを昇温後、被処理基板
Ｗを成膜処理等する際、昇降機構４８によりヒータ部５
０を回転体１０に対して相対的に下降させる。被処理基
板Ｗをヒータ部５０から載置部１２に移載して、被処理
基板Ｗは載置部１２で保持し、ヒータ部５０からは離間
させる。離間させた状態で被処理基板Ｗを間接加熱す
る。ここで、被処理基板Ｗをヒータ部５０から離間させ
るのは、被処理基板を熱源からある一定距離離すことに
より、サセプタ部５１ａの平面度が被処理基板Ｗに与え
る温度の不均一さを解消することができ、被処理基板の
面内温度分布の均一性を向上させることができるからで
ある。このとき被処理基板Ｗとヒータ部５０との離間距
離Ｇは、回転精度にもよるが、好ましくは１ｍｍ以下と
し、より好ましくはμｍオーダとするとよい。 【００３０】離間距離Ｇを確保した状態で、ヒータ部３
０に対して外部に設けた回転体２０を回転させること
で、サセプタ２２上に保持した被処理基板Ｗを回転さ
せ、ヒータ部３０により間接加熱されている被処理基板
Ｗの温度を均一化するとともに、真空容器内に流す反応
ガスの流れの均一化を図る。このようにして反応性ガス
を供給しつつ排気することにより、被処理基板Ｗ上に薄
膜等を形成する。 【００３１】本実施の形態によれば、被処理基板Ｗを所
定の温度に昇温させる際は、ヒータ部５０を相対的に上
昇して、ヒータ部に被処理基板Ｗを接触保持させた状態
で加熱する。したがって、ヒータ部５０により被処理基
板Ｗを直接加熱することができるので、間接加熱する場
合に比べて昇温スピードを向上することができる。ま
た、この段階では被処理基板を速やかに昇温させること
が狙いだから、サセプタ部５１ａの平面度が、多少被処
理基板Ｗに温度の不均一さを与えても、あまり問題とは
ならない。 【００３２】昇温後、被処理基板Ｗを成膜処理する際
は、ヒータ部５０を相対的に下降して被処理基板Ｗから
離間させることにより被処理基板Ｗを間接的に加熱す
る。このとき回転体１０を回転させることにより、非回
転のヒータ部５０に対して被処理基板Ｗを回転させる。
したがって、ヒータ部５０からの熱の回転による不均一
さの解消に加え、離間によって被処理基板に対する加熱
手段からの熱の不均一さも解消される。その結果、被処
理基板Ｗの面内温度を一層均一化でき、被処理基板Ｗを
均一に処理できる。 【００３３】また、被処理基板Ｗとヒータ頭部５１とで
上部開口は常に塞がれるので、ヒータ部５０に対して回
転体１０を昇降させても、回転体１０の気密状態は保持
される。したがって、真空容器内の反応性ガスが中空の
回転体１０内に流入したり、逆に回転体１０内の雰囲気
が真空容器内に流出することを有効に防止できる。 【００３４】また、ヒータ部５０を一体化したので、個
別部品から構成されていた従来のものと比べて、ヒータ
交換は、ヒータ部をユニットとして扱い、ユニット全体
を交換することができるので、メンテナンス性が向上
し、メンテナンス性の優れた基板処理装置を得ることが
できる。 【００３５】なお、上記実施の形態では、昇温の際、被
処理基板をヒータ部に単に載置することにより、接触保
持させるようにしたが、ヒータ部に静電吸着あるいは真
空吸着させるようにしてもよい。 【００３６】 【発明の効果】本発明によれば、昇温時は被処理基板を
ヒータ部に接触保持させたので、昇温速度を向上するこ
とができる。また、温度安定時には被処理基板とヒータ
部とを離間して被処理基板を回転させるようにしたの
で、処理時の被処理基板の面内温度を十分に均一化でき
る。したがって被処理基板を均一に処理できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施の形態による基板処理装置を構成する基板
保持体の縦断面図である。 【図２】従来例による基板処理装置を構成する基板保持
体の縦断面図である。 【図３】実施の形態と従来例に共通した基板処理装置の
概略構成図である。 【符号の説明】 ２ 基板保持体 １０ 回転体（保持手段） ５０ ヒータ部（加熱手段） Ｗ 被処理基板 Ｇ 離間距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 4F042 AA02 AA06 BA19 DA09 DF09 DF32 EB09 EB30 5F004 AA01 BA00 BB18 BB21 BB24 BB26 BB29 CA04 CA05 5F045 AB32 AD11 AD12 AD13 BB02 DP02 EB03 EK09 EM03 EM06 EM09 EM10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】被処理基板に対して接離可能に設けられ、
   前記被処理基板を所定の温度に昇温させる際は、前記被
   処理基板に接触保持させた状態で前記被処理基板を加熱
   し、前記昇温後、前記被処理基板を処理する際は、前記
   被処理基板から離した状態で加熱する加熱手段と、 前記被処理基板から離した状態で前記被処理基板を加熱
   する基板処理の際に、前記被処理基板を保持するととも
   に、前記加熱手段に対して前記被処理基板を相対的に回
   転させる保持手段とを備えた基板処理装置。