JP2003109907A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理基板の半径方向の成膜膜厚の均一性を向上
させるものである。 【解決手段】基板１８を処理する処理室３と、該処理室
内で基板を保持するサセプタ７と、該サセプタを加熱す
るヒータ８と、前記処理室内にガスを供給するガス導入
部２と、該ガス導入部に対する前記サセプタの傾きを調
整する傾き調整機構２６とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は被処理基板に成膜、
エッチング等所要の処理を行う基板処理装置、特に枚葉
式の基板処理装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】半導体装置を製造する場合に、ウェーハ
等の被処理基板に酸化膜や金属膜を形成する工程で使用
される基板処理装置として、枚葉式コールドウォール形
ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という。）があ
る。 【０００３】従来のこの種の枚葉式ＣＶＤ装置として
は、被処理基板としてのウェーハを収容する処理室と、
該処理室でウェーハを一枚ずつ保持するサセプタと、該
サセプタに保持されたウェーハを加熱する加熱ユニット
と、前記サセプタに保持されたウェーハに処理ガスを供
給するガス導入部と、前記処理室を排気する排気口とを
備えているものがある。 【０００４】斯かる枚葉式ＣＶＤ装置に於いて、ウェー
ハに生成される膜厚や膜質に影響する要因の１つに、成
膜処理中の被処理基板の温度が挙げられる。 【０００５】従来被処理基板の温度制御は、サセプタを
複数の加熱区分に分割し、ゾーンコントロールを行い均
熱加熱を行っている。 【０００６】図３、図４により従来の基板処理装置につ
いて説明する。 【０００７】真空容器１の上部にはガス導入部２が気密
に設けられ、前記真空容器１とガス導入部２とで反応室
３が形成され、該反応室３には基板加熱部４が昇降可能
に収納されている。 【０００８】該基板加熱部４は中空筒状のヒータ収納室
５にヒータユニット６を収納している。前記ヒータ収納
室５の上面は水平であり、基板載置台を兼ねるサセプタ
７となっている。前記ヒータユニット６は前記サセプタ
７と平行な円盤状のヒータ８を有し、該ヒータ８は図４
に見られる様に、同心多重円状にゾーン８ａ，８ｂ，８
ｃに分割され、該ゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ毎に加熱力が
調整できる様になっている。前記サセプタ７の温度は各
ゾーン毎に温度検出器により検出され、各ゾーンの温度
検出結果により前記各ゾーンの加熱力が制御される。 【０００９】前記ガス導入部２はチャンバ蓋９と該チャ
ンバ蓋９との間にガス溜空間１１を形成するガス分散板
１２から成り、該ガス分散板１２には処理ガスを前記反
応室３に均等に流入させる多数の導入孔１３が穿設され
ている。又、前記ガス溜空間１１には図示しない処理ガ
ス供給源に接続されたガス導入管１４が連通している。 【００１０】前記真空容器１には上部に排気口１５が設
けられ、又前記ヒータユニット６が降下した状態で、前
記サセプタ７上の基板に対して搬送可能な搬送口１６が
設けられ、該搬送口１６はゲート弁１７により開閉され
る。 【００１１】基板処理について説明する。 【００１２】前記基板加熱部４が降下し、前記ゲート弁
１７が開かれた状態で、前記搬送口１６より図示しない
基板搬送ロボットにより基板１８が搬入され、前記サセ
プタ７上に載置される。前記ゲート弁１７が閉鎖され、
前記基板加熱部４が上昇した状態で、前記ガス導入管１
４から前記ガス溜空間１１に処理ガスが供給され、前記
ガス分散板１２により前記反応室３に均等に分散供給さ
れる。 【００１３】前記サセプタ７は前記ヒータ８により加熱
され、前記サセプタ７上に保持された基板１８は前記サ
セプタ７により加熱される。前記基板１８に所要の膜が
生成される。又、反応後のガスは前記排気口１５を介し
て排気される。 【００１４】処理が完了すると、前記反応室３内が不活
性ガスによりガスパージされ、前記ゲート弁１７が開放
され、前記基板加熱部４が降下して図示しない基板搬送
ロボットより前記基板１８が搬出される。 【００１５】上記した様に、成膜する過程で膜厚の均一
性には温度が重要な要因となっており、前記ヒータ８は
同心多重円状にゾーン８ａ，８ｂ，８ｃに分割され、該
ゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ毎に加熱力が制御され、前記基
板１８の加熱状態を均一とし、膜厚の均一性を向上させ
ている。 【００１６】 【発明が解決しようとする課題】ゾーンコントロール
は、前記ヒータ８を同心多重円状にゾーン８ａ，８ｂ，
８ｃに分割し、該ゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ毎に加熱力が
制御されている。即ち、同心多重円状に、温度のバラン
スを調整している。この為、ゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ間
では加熱力に差が生じることとなり、半径方向では傾斜
した温度分布を生じる可能性がある。温度分布が発生す
ると、生じた温度差に起因して膜厚差が生じてしまう。 【００１７】又、上記した従来の基板処理装置では、ゾ
ーンコントロールによるサセプタの温度制御による膜厚
コントロールであり、ゾーンコントロールすることで発
生した温度分布については修正する手段はなかった。こ
の為、膜厚の均一性を向上させるには限界があった。 【００１８】本発明は斯かる実情に鑑み、ゾーンコント
ロールで制御できなかった成膜膜厚の均一性を更に向上
させるものである。 【００１９】 【課題を解決するための手段】本発明は、基板を処理す
る処理室と、該処理室内で基板を保持するサセプタと、
該サセプタを加熱するヒータと、前記処理室内にガスを
供給するガス導入部と、該ガス導入部に対する前記サセ
プタの傾きを調整する傾き調整機構とを具備する基板処
理装置に係るものである。 【００２０】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。 【００２１】図１に於いて、図３中で示したものと同等
のものには同符号を付し、その説明を省略する。 【００２２】真空容器１から下方にガイドロッド２１が
垂設され、該ガイドロッド２１にスライド軸受２２を介
して昇降基板２３が昇降自在に設けられ、該昇降基板２
３は図示しないエアシリンダ等のアクチュエータを具備
する昇降駆動部により昇降される。前記昇降基板２３に
はヒータユニット６に給電用のケーブルを挿通する為の
通孔２４が穿設されており、該通孔２４と同心にドーナ
ツ状の座板２５が前記昇降基板２３の上面に固着され、
後述する様に、該昇降基板２３と前記通孔２４間には調
整ボルト２６が円周上所要等間隔で、例えば３０°間隔
で１２本設けられている。 【００２３】該調整ボルト２６について図２により説明
する。 【００２４】該調整ボルト２６は前記座板２５と前記昇
降基板２３とを固定する為の取付けボルト３０と組で設
けられる。 【００２５】前記調整ボルト２６の頭部は６角形となっ
ており、該調整ボルト２６を前記昇降基板２３に螺通
し、上端を前記座板２５の下面に当接させる。前記取付
けボルト３０は６角孔付きボルトであり、前記調整ボル
ト２６に遊貫させ、突出した上端部を前記座板２５に螺
合させる。 【００２６】前記調整ボルト２６を締込むことで、該調
整ボルト２６先端は上方に変位し、前記座板２５は前記
昇降基板２３に対して離反する。前記取付けボルト３０
を締込むことで、前記座板２５と前記調整ボルト２６と
が強固に締結される。即ち、前記座板２５が前記調整ボ
ルト２６を介して前記昇降基板２３に固定される。 【００２７】尚、上記調整ボルト２６と前記取付けボル
ト３０とを同心とし、一体的に設けたが、前記調整ボル
ト２６と取付けボルト３０とを近接した位置に個別に設
けてもよいことは言う迄もない。 【００２８】前記座板２５に底フランジ板２７を気密に
且つ同心に固着する。該底フランジ板２７は前記座板２
５に設けられた孔より大径の孔を有するドーナツ状であ
る。前記底フランジ板２７に筒状の軸受ホルダ２８を気
密に且つ前記底フランジ板２７と同心に固着し、前記軸
受ホルダ２８と真空容器１間を密封継手２９で気密に接
続する。該密封継手２９はベローズ３１を有し、伸縮可
能且つ屈曲可能となっている。前記座板２５には中空の
内支持軸３２が立設され、該内支持軸３２の上端に前記
ヒータユニット６のヒータベース３３が固着され、該ヒ
ータベース３３に電極を兼ねる支柱３４を介してヒータ
８が設けられている。該ヒータ８は従来と同様、同心多
重円状にゾーン８ａ，８ｂ，８ｃに分割され、該ゾーン
８ａ，８ｂ，８ｃ毎に加熱力が制御され、基板１８の加
熱状態を均一としている。前記支柱３４には前記内支持
軸３２の内部を通して電気配線がなされ、前記支柱３４
を介して前記ヒータ８に給電される様になっている。 【００２９】前記軸受ホルダ２８に回転軸受３５を介し
て回転軸３６が回転自在に設けられ、該回転軸３６の上
端に前記内支持軸３２と同心の外支持軸３７が気密に立
設され、該外支持軸３７の上端にヒータ収納室５が固着
されている。而して、前記真空容器１に連通する空間は
前記密封継手２９、軸受ホルダ２８、内支持軸３２が境
界となって気密が保持されている。 【００３０】前記軸受ホルダ２８の前記回転軸受３５と
回転軸受３５との間には内面側から凹部が形成され、該
凹部には鉄心、巻線からなる回転磁界発生部３８が収納
され、前記凹部は非磁性体の気密シールド板３９により
気密に封止されている。尚、図示しないが、前記回転磁
界発生部３８には外部から電力が供給される様になって
いる。 【００３１】又、前記軸受ホルダ２８の凹部と対向して
前記回転軸３６の外面に凹部が形成され、該凹部には永
久磁石が円周方向に所定間隔で極が交互となる様に配設
されている。前記永久磁石群は固定磁界を発生する固定
磁界発生部４１を形成し、前記軸受ホルダ２８の凹部も
又非磁性体の気密シールド板４２により気密に封止され
ている。 【００３２】而して、前記回転磁界発生部３８と前記固
定磁界発生部４１とは電気モータ４６を構成し、前記回
転磁界発生部３８に電力を供給することで、前記回転軸
３６が回転する様になっている。 【００３３】前記回転軸３６の下端には外周面にピッチ
の異なる磁気パターンが複数段形成された検出リング４
３、前記軸受ホルダ２８の下端には磁気センサ４４が前
記検出リング４３に対向して配設され、前記検出リング
４３と前記磁気センサ４４とでロータリエンコーダ４７
が形成される。前記磁気センサ４４からの信号に基づき
前記回転磁界発生部３８に印加される電力が制御され、
前記回転軸３６の回転速度、回転位置が制御される。 【００３４】以下、作動について説明する。 【００３５】前記昇降基板２３が降下され前記内支持軸
３２を介して前記ヒータユニット６が、又前記軸受ホル
ダ２８、回転軸３６、外支持軸３７を介してヒータ収納
室５が降下する。降下した状態で基板１８が前記サセプ
タ７上に搬入される。 【００３６】前記昇降基板２３が上昇され、前記サセプ
タ７が基板処理位置となる。前記ヒータ８に電力が供給
され、前記サセプタ７を介して基板１８が加熱され、前
記電気モータ４６により前記ヒータ収納室５が回転され
る。該ヒータ収納室５の回転により該ヒータ収納室５と
前記ヒータ８とが相対回転を行う。ガス溜空間１１を経
てガス分散板１２より処理ガスが均等に導入される。
又、同時に前記排気口１５を経てガスが排気される。 【００３７】該排気口１５は一箇所であり、導入された
処理ガスは該排気口１５に向って流れるが、前記基板１
８は前記サセプタ７を介して前記電気モータ４６により
回転されるので、前記基板１８が処理ガスに接する状態
は均等となる。又、前記サセプタ７は前記ヒータ８によ
って加熱されるが、該ヒータ８と前記サセプタ７とは相
対回転をするので、前記ヒータ８による加熱状態が均等
化される。又、ゾーン８ａ，８ｂ，８ｃ毎に加熱力が制
御され、前記基板１８の加熱状態を均一としている。 【００３８】該基板１８には所要の膜が均一に生成され
る。処理が完了すると前記ヒータ収納室５の回転を停止
し、該ヒータ収納室５を降下して処理済の基板１８を搬
出する。 【００３９】上記処理工程に於いて、前記ヒータ収納室
５を回転させること、前記ヒータ８を同心円状に分割し
て加熱力のゾーンコントロールを行うことで、円周方向
の膜厚の均一性は充分に保証される。然し乍ら、前記サ
セプタ７の半径方向の温度均一性、膜厚均一性はゾーン
コントロールによる加熱力の制御だけであり、半径方向
の膜厚均一性がゾーンコントロールによる加熱力の制御
では高精度に得られない場合がある。 【００４０】本発明者は、前記ガス導入部２、具体的に
は前記ガス分散板１２に対してサセプタ７、即ち基板１
８を傾斜させることで、膜厚が変化することを確認して
おり、又傾斜方向と膜厚の変化の傾向は、前記基板１８
が高い方が膜厚が薄く、低い方が膜厚が厚いという基板
１８の傾斜方向と膜厚変化の傾斜方向とが逆の関係にあ
ることも確認している。尚、斯かる現象が生じるのは、
前記サセプタ７、基板１８の熱が前記ガス分散板１２に
奪われる為であると本発明者は解析している。 【００４１】上記した基板１８の成膜処理後、半径方向
に膜厚変化が生じた場合は、所要位置の調整ボルト２６
を締込み突出させ、反対側の調整ボルト２６を引込める
様に調整ボルト２６を調整する。該調整ボルト２６によ
り前記昇降基板２３に対して前記座板２５を傾斜させる
ことで、前記基板加熱部４が傾斜する。該基板加熱部４
の傾斜によって前記サセプタ７と前記ガス分散板１２と
が相対的に傾斜する。 【００４２】又、前記座板２５の傾斜に伴い、前記軸受
ホルダ２８も傾斜する。前記真空容器１は固定であり、
該真空容器１と前記軸受ホルダ２８との相対的な傾斜は
前記ベローズ３１によって吸収される。 【００４３】尚、前記外支持軸３７の傾斜量について
は、前記サセプタ７を前記ガス分散板１２に対して高低
差が０．１mm単位程度で傾斜させる。 【００４４】前記サセプタ７を傾斜させることで、前記
基板１８に生成される膜厚に傾斜が生じ、半径方向の膜
厚の均一性を改善することができる。 【００４５】次に、上記実施の形態に係る実施例を説明
する。 【００４６】以下の条件で、基板１８の傾斜と膜厚の変
化を確認した。 【００４７】 成膜膜種：Ｐｏｌｙ Ｓｉ 処理ガス：ＳｉＨ4 （モノシラン）、Ｎ2 （窒素） 処理温度：７００℃ 処理圧力：１２０００Pa ウェーハ径：φ３００mm サセプタ径：φ３１０mm ウェーハとガス分散板との距離６mm(水平時) 【００４８】上記条件で、サセプタ７の直径両端で０．
８mmの高低差を付けた。角度に換算すると、θ＝tan^-1
（０．８／３１０）＝０．１４７９°となる。 【００４９】この場合、膜厚の均一性は１０．９％変化
した。 【００５０】尚、基板１８の傾斜に対する膜厚変化の傾
斜率はガス種、基板処理装置自体の機械的構成等によっ
て変ると考えられ、適用については処理の種類毎、基板
処理装置の機種毎にデータを取って反映させることとな
る。 【００５１】尚、上記実施の形態では、前記サセプタ７
とヒータ８と相対回転させたが、両者を固定したもので
あっても本発明は適用可能である。尚、傾き調整機構と
して、調整ボルト２６を所要数円周上に設けたが、前記
座板２５と昇降基板２３との間に一対の楔状のリングを
挾設し、楔状リング間で相対回転させ傾斜させてもよ
く、或は前記座板２５と昇降基板２３間に弾性部材を介
在させ、前記軸受ホルダ２８の上端部に押し螺子等で水
平方向の変位を与える様にしてもよい等種々の手段が考
えられることは言う迄もない。 【００５２】 【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、基板を
処理する処理室と、該処理室内で基板を保持するサセプ
タと、該サセプタを加熱するヒータと、前記処理室内に
ガスを供給するガス導入部と、該ガス導入部に対する前
記サセプタの傾きを調整する傾き調整機構とを具備した
ので、ガス導入部に対してサセプタを相対的に傾斜さ
せ、基板に生成される膜厚を半径方向で変化させること
ができ、膜厚の均一性の向上が図れるという優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態を示す立断面図である。 【図２】本発明の実施の形態に於ける調整ボルトの詳細
図である。 【図３】従来例の立断面図である。 【図４】該従来例で使用されるヒータの説明図である。 【符号の説明】 １ 真空容器 ４ 基板加熱部 ５ ヒータ収納室 ７ サセプタ ８ ヒータ １１ ガス溜空間 １２ ガス分散板 ２３ 昇降基板 ２６ 調整ボルト ２７ 底フランジ板 ２８ 軸受ホルダ ３１ ベローズ ４６ 電気モータ

フロントページの続き (72)発明者 天野 富大 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） 4K030 AA06 AA18 BA29 BB03 CA04 FA10 GA02 KA41 LA15 4M104 BB01 DD44 HH20 5F031 CA02 HA01 HA37 HA53 KA07 MA28 MA29 MA32 PA30 5F045 BB02 DP03 DP28 DQ05 EK07 EK21 EK22 EM02 EM10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を処理する処理室と、該処理室内で
   基板を保持するサセプタと、該サセプタを加熱するヒー
   タと、前記処理室内にガスを供給するガス導入部と、該
   ガス導入部に対する前記サセプタの傾きを調整する傾き
   調整機構とを具備することを特徴とする基板処理装置。