JP2004221214A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面反応によって基板上に薄膜を成長させる際の、基板加熱時間を短縮する。
【解決手段】載置ユニット２０内に、窒素ガスよりも熱伝導率の高い例えばヘリウムガスを導入可能なサセプタ内領域パージライン１２を備え、基板２００を処理温度まで加熱する昇温過程において、サセプタ内領域パージライン１２より載置ユニット２０内に熱伝導率の高いヘリウムガスを導入する。これにより、加熱手段の熱を基板載置台に効率よく伝達し、基板加熱時間を短縮することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧下で基板上に薄膜を成長させる基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から基板上への薄膜の成形方法は様々あるが、化学気相蒸着（ＣＶＤ）は量産における優位性から製造現場で多く使用されている。また、近年、基板の大口径化に伴いますます薄膜の面内均一性を向上することが困難になっている。
【０００３】
ＣＶＤ装置において、基板を固定されたヒータの上で加熱する方式では、基板面内の温度のばらつきが多く、ヒータのパターンを基板に転写してしまうことがある。また、反応室の排気口方向へのガス流れの影響が少なからず発生し、膜厚均一性の低下につながる。
【０００４】
このような背景のもと、基板を回転させる構造を採用するＣＶＤ装置が用いられている。すなわち、サセプタとヒータとを切り離すことでヒータのパターン転写を防ぎ、かつ基板を回転させることで、基板円周方向の表面反応ガス流れの偏りを減らし、薄膜の膜厚均一性を向上させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の基板を回転させるＣＶＤ装置では、減圧下で薄膜を形成する場合、ヒータとサセプタ間は輻射による熱の授受のみが支配的となり、固定ヒータ上に基板を置く方法に比べて、ヒータ加熱開始から基板目標到達時間までの時間がなくなるため、基板搬入時から薄膜の形成開始時までのダウンタイム短縮が問題となる。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、表面反応によって基板上に薄膜を成長させる際に、基板加熱時間を短縮することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、基板を載置可能な基板載置台を有する載置ユニットと、基板載置台と隙間を有して載置ユニット内に設けられ、基板載置台を介して基板載置台上に載置された基板を加熱可能な加熱手段とを具備する基板処理装置において、前記載置ユニット内には、窒素ガスよりも熱伝導率の高いガスを導入可能な導入ポートが備えられており、基板を処理温度まで加熱する昇温過程において、導入ポートより載置ユニット内に熱伝導率の高いガスが導入されることを特徴とするものである。
【０００８】
なお、実施の形態においては、目標温度（処理温度）到達付近になると、窒素ガスよりも熱伝導率の高いガスである例えばヘリウムに加えて窒素を導入するようにしている。これは、基板またはサセプタの温度が目標温度に近づくに従い熱伝導率の低いガスの比率を上げることで温度上昇率を下げ、目標温度をオーバーシュートさせないためである。そして、実施の形態では、ヘリウムと窒素のトータル流量を、目標温度に近づくに従い減らしていくとともに、目標温度に到達した時点でヘリウムの導入を完全に停止し、窒素のみ導入するようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。
図１に本発明の実施の形態の概略断面図を、図２にガスパージ概念図を、図３にサセプタ内領域ガスパージ導入割合例を、図４に本発明が適用される基板処理装置の概要を示す平面図を、図５に図４の側断面図をそれぞれ示す。
【００１０】
まず、図４及び図５に基づいて、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
【００１１】
なお、本発明が適用される基板処理装置においては、ウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図４を基準とする。すなわち、図４が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００１２】
基板処理装置は、真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下で基板２００を移載する第一の基板移載機１１２が設置されている。前記第一の基板移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００１３】
筐体１０１の６枚の側壁のうち前側に位置する２枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐えるロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出用の基板置き台１４１が設置されている。
【００１４】
予備室１２２及び予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されており、第二の搬送室１２１には基板２００を移載する第二の基板移載機１２４が設置されている。第２の基板移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００１５】
図４中、第二の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されており、また、図５中、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアーを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
【００１６】
第二の搬送室１２１の筐体１２５には、基板２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口１３４と、前記基板搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８とがそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及び基板搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６を備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及び基板搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００の基板２００出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示してない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給及び排出されるようになっている。
【００１７】
図４中、筐体１０１の６枚の側壁のうち背面側に位置する２枚の側壁には基板２００に所望の処理を行う第一の処理室２０２と、第二の処理室１３７とがそれぞれ隣接して連結されており、第一の処理室２０２及び第二の処理室１３７は、いずれもコールドウォール式の処理室によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における６枚の側壁のうちの残りの互いに対向する２枚の側壁には、第三の処理室としての第一のクリーニングユニット１３８と、第四の処理室としての第二のクリーニングユニット１３９と、がそれぞれ連結されており、第一のクリーニングユニット１３８及び第二のクリーニングユニット１３９は、いずれも処理済の基板２００を冷却するように構成されている。
【００１８】
図１に示されるように、第一の処理室２０２には、載置ユニット２０が配設されており、載置ユニット２０は、サセプタ（基板載置台）６と、サセプタ６を保持するサセプタ台８と、サセプタ台８を支持するサセプタテーブル９とにより構成されている。サセプタ６は、基板２００を載置、保持可能であるとともに、気相反応物を基板２００上で表面反応させるための熱源であるヒータ（加熱手段）５からの熱を基板２００に伝達可能である。基板２００を含む、サセプタ６、サセプタ台８及びサセプタテーブル９は、第一の処理室２０２下部に配置したモータ１０により回転可能であり、ヒータ５は、サセプタ６と隙間を有して載置ユニット２０内に配設されている。第１の処理室２０２の図中左側壁には基板２００の第一の処理室２０２内への搬入出を行う基板搬送口４が形成されており、第一の処理室２０２の図中右側壁には、第一の処理室２０２から気相反応物及び過剰反応物を排出する排気口２が設けられている。第一の処理室２０２の図中上部に反応ガス供給口７が設けられており、この反応ガス供給口７から第一の処理室２０２内に気相反応物を供給可能である。また、気相反応物が第一の処理室２０２の下部及び載置ユニット２０内のサセプタ内領域１３に入り込まないようにするため、第１の処理室２０２の側部に反応室パージガスライン１１が、サセプタテーブル９の下部からサセプタ内領域１３に、サセプタ内領域パージライン（導入ポート）１２が、それぞれ導入されている。サセプタ内領域パージライン１２は、窒素ガスよりも熱伝導率の高いガスをサセプタ内領域１３に導入可能であり、ヒータ５によるサセプタ６の加熱時間を短縮可能である。また、サセプタテーブル９の下部から載置ユニット２０内にサセプタ内領域排気口１４が導入されている。
【００１９】
以上は第一の処理室２０２について説明したが、第二の処理室１３７も第一の処理室２０２と同様の構成を有するものとする。
【００２０】
次に、本実施の形態による処理工程を説明する。
未処理の基板２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されてくる。図４及び図５に示されるように、搬送されてきたポッド１００は、ＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及び基板搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００の基板出し入れ口が開放される。
【００２１】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二の基板移載機１２４はポッド１００から基板２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、基板２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中は、第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３の負圧は維持されている。基板２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００２２】
予備室１２２があらかじめ設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、予備室１２２、第一の搬送室１０３、第一の処理室２０２が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一の基板移載機１１２が基板置き台１４０から基板２００をピックアップして第一の処理室２０２に搬入する。
【００２３】
第１の処理室２０２では、基板２００を基板搬送口４から搬入後に、サセプタ６上に載置保持させ、サセプタ６、サセプタ台８及びサセプタテーブル９が一体となって基板２００を薄膜形成位置まで上昇させる。このとき、ヒータ５は、昇降にかかわらず、常にサセプタ６との距離が一定になるように昇降する。薄膜形成位置まで上昇後、ヒータ５による加熱を開始するが、ヒータ温度は２００〜７５０℃の範囲とされる。これと同時に、図示してないポンプを用いて反応室排気口２より第一の処理室２０２内の減圧を行う。この減圧方法に関しては、基板２００の搬送モジュールの圧力を低減させることができればあらかじめ目標圧力まで引いておくことも可能であり、目標圧力は１００〜２４０００？とされる。
【００２４】
ヒータ加熱開始後、基板２００加熱時間短縮のために、サセプタ内領域１３にサセプタ内領域パージライン１２より比較的に熱伝導率の高いヘリウムなどのガスを図２中矢印Ａで示されるように流す。導入されるガス温度は、室温から２００℃程度までの加熱とされ、この際、サセプタ内領域１３と第一の処理室２０２内の圧力差が大きくなるとサセプタ６、基板２００などのずれや変形破損などの原因となるため、図２矢印Ｂで示されるように、反応室パージライン１１より窒素を導入し、第一の処理室２０２内の圧力を制御する。
【００２５】
また、サセプタ内領域１３は、準密閉状態又は完全密閉状態であるため、図２中矢印Ｃで示されるように、サセプタ内領域排気口１４より排気が行われる。準密閉状態である場合、ヘリウムが第一の処理室２０２内に漏れ出すと、サセプタ内領域１３へのガス導入を止めて、再びポンプで第一の処理室２０２内を薄膜形成の目標圧力まで引き切るのに時間がかかり、サセプタ１６の昇温時間を短縮してもトータルの時間がかかってしまう可能性がある。そのため、第一の処理室２０２内の圧力はサセプタ内領域１３の圧力よりも陽圧にしておく必要がある。
【００２６】
図３に示されるように、サセプタ内領域１３には、ヒータ加熱開始後からサセプタ内領域パージライン１２よりヘリウムのみ導入していたが、目標温度（処理温度）到達付近になると、サセプタ内領域パージライン１２より、ヘリウムに加えて窒素を導入する。これは、基板２００またはサセプタ６の温度が目標温度に近づくに従い熱伝導率の低いガスの比率を上げることで温度上昇率を下げ、目標温度をオーバーシュートさせないためである。ヘリウムと窒素のトータル流量を、目標温度に近づくに従い減らしていくとともに、目標温度に到達した時点でヘリウムの導入は完全に停止し、窒素のみ導入する。また、第一の処理室２０２内のパージ流量も、サセプタ内領域１３のガスのトータル流量の変化に伴い、サセプタ内領域１３よりもわずかに陽圧になるように変動させていく。これにより、目標温度到達後のヘリウム残留をなくすことができる。
【００２７】
このように、基板２００への処理が完了すると、処理済の基板２００は、第一の基板移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００２８】
この後、第一の基板移載機１１２が第一の処理室２０２から搬出した基板２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済の基板２００が冷却される。
【００２９】
第一の基板移載機１１２は、第一のクーリングユニット１３８に基板２００を移載すると、予備室１２２の基板置き台１４０にあらかじめ準備された基板２００を第一の処理室２０２に前述した動作によって移載し、第一の処理室２０２内で前述の処理が行われる。
【００３０】
第一のクーリングユニット１３８においてあらかじめ設定された冷却時間が経過すると、冷却済みの基板２００が第一の基板移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
【００３１】
冷却済みの基板２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出された後、ゲートバルブ１２７が開かれ、第一の基板移載機１１２が第一のクーリングユニット１３８から搬出した基板２００を予備室１２３へ搬送する。そして、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００３２】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、排出用の予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室１２３が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第二の搬送室１２１の予備室１２３に対応した基板搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二の基板移載機１２４は基板置き台１４１から基板２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１の基板搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納していく。処理済の２５枚の基板２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップと基板搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されていく。
【００３３】
以上の作動が繰り返されることにより、基板２００が順次、処理されていく。以上の作動は第一の処理室２０２及び第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理室１３７及び第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００３４】
なお、第一の実施の形態においては、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。
【００３５】
また、第一の処理炉２０２と第二の処理室１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。別の処理を行う場合は、例えば、第一の処理室２０２で基板２００にある処理を行った後、続けて第二の処理室１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理室２０２で基板にある処理を行った後、第二の処理室１３７で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット１３８（又は第二のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板を処理温度まで加熱する昇温過程において、導入ポートより載置ユニット内に窒素ガスよりも熱伝導率の高いガスを導入することにより、加熱手段の熱を基板載置台に効率よく伝達し、基板加熱時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の概略断面図である。
【図２】ガスパージ概念図である。
【図３】サセプタ内領域ガスパージ導入割合例である。
【図４】本発明が適用される基板処理装置の概要を示す平面図である。
【図５】図４の側断面図である。
【符号の説明】
５ ヒータ
６ サセプタ
１２ サセプタ内領域パージライン
２０ 載置ユニット
２００ 基板

Claims (1)

1. 基板を載置可能な基板載置台を有する載置ユニットと、基板載置台と隙間を有して載置ユニット内に設けられ、基板載置台を介して基板載置台上に載置された基板を加熱可能な加熱手段とを具備する基板処理装置において、
   前記載置ユニット内には、窒素ガスよりも熱伝導率の高いガスを導入可能な導入ポートが備えられており、基板を処理温度まで加熱する昇温過程において、導入ポートより載置ユニット内に熱伝導率の高いガスが導入されることを特徴とする基板処理装置。

Images