JP2004273601A

JP2004273601A - 半導体処理装置

Info

Publication number: JP2004273601A
Application number: JP2003059611A
Authority: JP
Inventors: Masanao Fukuda; 正直福田; Satoyuki Matsuda; 智行松田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】従来技術で問題となる半導体装置の製造方法における基板面内での温度のばらつきを抑制し、基板面内の温度均一性、ひいては基板面内の膜厚均一性を向上させることのできる半導体処理装置を提供すること。
【解決手段】ウェハ１を処理する際、基板処理室５０の外面側からの開閉手段である第１の開閉手段のみしか無かったため、基板挿入口８のエリアに空間９０が生じてしまっていて、この空間９０が、ヒータユニット２０による熱を逃がしてしまう働きをしてしまっていたため、ウェハ面内の膜厚均一性を悪化させる原因になっていたが、基板処理室５０の内面側からの開閉手段である第２の開閉手段を設けることにより、空間９０を基板処理室５０内から遮断することができ、その結果、ウェハ面内の膜厚均一性が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体装置の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウェハ（以下、ウェハという。）に窒化膜や金属膜を形成するのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造方法においては、ウェハに窒化膜や金属膜を形成するのに、枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という。）が使用される場合がある。従来のこの種の枚葉式ＣＶＤ装置として、被処理基板としてのウェハを処理する基板処理室と、この処理室においてウェハを一枚ずつ保持する基板保持板（以下、サセプタという。）と、サセプタに保持されたウェハを加熱するヒータユニットと、ウェハをサセプタに受け渡すウェハ移載手段としてのウェハ移載装置と、ウェハをサセプタに受け渡す際に処理室を開閉する開閉手段と、ヒータユニットを基板処理室内で上昇及び降下させる多段階調整可能な昇降機構、ウェハをサセプタに受け渡す受け渡し手段としての基板支持具（以下、リフトピンという。）、サセプタに保持されたウェハに処理ガスを供給するガスヘッドと、処理室を排気する排気口とを備えているものがある。
前記した枚葉式ＣＶＤ装置を利用して行うＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置を製造する工程には、熱ＣＶＤ法により基板上へアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等のシリコン膜を形成する工程がある。この工程では、成膜ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスが用いられ、キャリアガスとして窒素（Ｎ_２）ガスが用いられる。ＳｉＨ_４を用いたポリシリコン膜の形成において、成膜の要因となるのは、ＳｉＨ_４よりも、寧ろその中間生成物であるＳｉＨ_２によるものが主要因となっている。そのため膜厚均一性向上のためには、反応容器内の温度を精度よく管理する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した枚葉式ＣＶＤにおいては、上記方法により基板上にシリコン膜の成膜を行う場合、コールドウォール装置の性質上、容器全体の温度管理は困難であり、それが原因で基板面内の温度均一性が悪くなるという問題があった。さらには、その結果として、基板面内の膜厚均一性も悪くなるという問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記の従来技術で問題となる半導体装置の製造方法における基板面内での温度のばらつきを抑制し、基板面内の温度均一性、ひいては基板面内の膜厚均一性を向上させることのできる半導体処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特徴とするところは、基板を基板支持体に収納して処理する処理室と、前記基板を前記基板支持体に搬送する搬送手段と、前記処理室の、前記搬送手段側の面に設けた開口部の開閉手段とを有する半導体処理装置において、前記開閉手段は、前記開口部を前記処理室に対し外面側を開閉する第１の開閉手段と前記開口部を前記処理室に対し内面側を開閉する第２の開閉手段とを有することを特徴とする半導体処理装置を提供することにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【０００７】
図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置としてのコールドウォール型枚葉式ＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。この基板処理装置は、コールドウォール型の反応容器（チャンバ）を有しており、処理基板の加熱を基板保持板からの伝熱によって行うものである。ここで、コールドウォール型の反応容器とは、基板を加熱するための熱の大部分を容器の壁面を加熱することにより得るのではなく、容器の壁面を加熱しないで基板を処理するタイプの容器のことをいう。この場合、基板はランプ等で直接加熱したり、基板を載せる基板支持台に設けられたヒータで直接加熱したり、ヒータにより加熱した基板支持板からの伝熱により加熱したりする。これに対して、基板を加熱するための熱の大部分を容器の壁面を加熱することにより得る、すなわち容器壁面を処理温度と略同じ温度に加熱した状態で基板を処理するタイプの容器のことをホットウォール型の反応容器という。また、容器壁面を反応生成物が付着しない程度の低温（処理温度より低い温度）に加熱した状態で基板を処理するタイプのものもあるが（ウォームウォール型とも呼ばれる。）、本発明ではこのタイプもコールドウォール型に含めることとする。
【０００８】
図１、２において、基板処理装置３０は、処理の対象となるウェハ１を収容する反応容器（チャンバ）５０ａ、反応容器５０ａ内に形成される基板処理室５０、基板処理室５０内でウェハ１を支持するサセプタ２、ウェハ１を加熱するヒータ３、サセプタ２とヒータ３を含むヒータユニット２０、ウェハ１を装置３０の基板処理室５０内に搬入するための基板挿入口８、基板挿入口８の外面側を開閉する第１の開閉手段９、基板挿入口８の内面側を開閉する第２の開閉手段７０、第２の開閉手段を昇降させる基板処理室外に設けられた多段階調整可能な昇降手段８０、昇降手段８０を被覆する中空伸縮材８１、ウェハ１をサセプタに受け渡すウェハ受け渡し手段としてのウェハ移載装置４０、ウェハ１をサセプタ２に載置する際に、ウェハ１を一旦支持するリフトピン４、リフトピン４を基板処理室５０内で上昇及び降下させる基板処理室外に設けられた多段階調整可能な昇降機構１０、昇降手段１０を被覆する中空伸縮材８２、基板処理室５０内を排気するための排気口７、基板処理室５０内にガスを供給するガス供給口６を有している。
【０００９】
基板支持具４は石英製のピンで構成され、サセプタ２は、ウェハ１を支持するとともに、ヒータ３からウェハ１への伝熱を迅速かつ均一にする役割を果たす。ガス供給口６は、基板処理室５０内に所望のガス種を所望のガス流量、ガス比率で供給するためのものであり、そのガスのウェハ１処理面への供給は図示しないガス分散板によって均一化されている。排気口７は、未反応ガス及び反応過程で生成したガスを排気するためのものである。
【００１０】
この基板処理装置３０は、４００℃以上８５０℃以下の高温、１０００００Ｐａまでの高圧で、単一基板毎の処理を可能とする。
【００１１】
次に上記装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基板を処理する方法について説明する。本実施の形態においては、まずリフトピン４を基板搬送位置（図１に示した位置）まで移動させ、第１の開閉手段９を図１に示した位置まで下方向に移動し、且つ第２の開閉手段７０を図１に示した位置まで下方向に移動し、基板挿入口８及び第１、２の開口手段の間の空間９０を開く。ウェハ１は、基板処理室５０と基板挿入口８及び空間９０を通じて接続された基板搬送室４５（図中、その位置のみを示す）に設けられたウェハ移載装置４０により、基板挿入口８を経て、基板処理室５０内に搬入され、サセプタ２と空間を隔てて平行になるようにリフトピン４上に置かれる。図１にはこの状態が示されている。
【００１２】
次に、基板搬送室４５を空間９０と基板処理室５０から基板処理中に隔離するため、第１の開閉手段９及び第２の開閉手段７０によって閉じられる。
【００１３】
次に、リフトピント４は、上端をサセプタ２の上面よりも下方になるような基板処理位置（図２に示した位置）まで、昇降機構１０によって下降する。この時、基板支持具４に代わって基板保持板２が処理基板１を保持することとなる。ウェハ１は、ヒータ３で加熱されて高温となっている基板保持板２からの直接伝熱によって加熱される。
【００１４】
次に、このような、図２に示した状態において、加熱されたウェハ１に対し、上部のガス供給口６より成膜ガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスと、キャリアガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスとを導入する。さらにキャリアガスＮ_２とともに水素（Ｈ_２）ガスを供給する。ＳｉＨ_４ガスと、Ｎ_２ガスと、Ｈ_２ガスは、ガス分散板５でウェハ１の処理面に均等になるように拡散されて供給される。これにより、熱ＣＶＤ反応が生じ、ウェハ上にポリシリコン膜が形成される。なお、成膜温度としては、５５０〜７８０℃、圧力としては６０００〜５００００Ｐａが例示される。
【００１５】
従来は、ウェハ１を移載させる際、ヒータユニット２０ごと上昇手段により上昇させていたため大変複雑な機構が必要になり、コスト面からも高額になってしまっていたが、低額であるリフトピン４のみの昇降手段１０による昇降であるため、コスト面からも低額で供給できる。また、耐久性の面からもヒータユニット２０自体の重量が大きいため、劣化が激しくなり、メンテナンス周期も短くなってしまっていたが、軽量なリフトピン４のみの昇降のため、定額で供給できる。また、ヒータユニット２０を移動させるため、その都度、バッチ毎のウェハ１との距離のばらつきが生じやすくなり、その結果、ウェハ面内の膜厚均一性の低下を起こしてしまっていたが、リフトピン４のみの昇降にすることにより、ウェハ１とヒータユニット２０との距離は移動することが無くなるため、距離のばらつきが所定の位置で一定となり、その結果、ウェハ面内の膜厚均一性が向上する。
【００１６】
従来は、ウェハ１を処理する際、基板処理室５０の外面側からの開閉手段である第１の開閉手段のみしか無かったため、基板挿入口８のエリアに空間９０が生じてしまっていて、この空間９０が、ヒータユニット２０による熱を逃がしてしまう働きをしてしまっていたため、ウェハ面内の膜厚均一性を悪化させる原因になっていたが、基板処理室５０の内面側からの開閉手段である第２の開閉手段を設けることにより、空間９０を基板処理室５０内から遮断することができ、その結果、ウェハ面内の膜厚均一性が向上する。
【００１７】
上記の基板処理後（基板上へのポリシリコン膜形成後）、リフトピン４は、基板搬入位置（図１に示した位置）まで上昇する。上昇の際、リフトピン４はサセプタ２上のウェハ１を突き上げて再び支持し、ウェハ１とサセプタ２との間に処理基板１の搬送のための空間を作る。
【００１８】
次に、基板挿入口８が第１の開閉手段及び第２開閉手段により、開けられ、ウェハ１は基板挿入口８から基板搬送室４５内のウェハ移載装置４０により基板搬送室４５へ運び出される。
【００１９】
以上に説明したように、本発明の実施により、コールドウォール型半導体製造装置を用いてポリシリコン膜を成膜する場合でも、基板を均一に加熱することができ、それにより均一性良く処理することができ、基板処理の歩留りが向上する効果が得られる。
【００２０】
なお、上記実施形態ではコールドウォールタイプの枚葉式装置（単一基板処理装置）の場合について説明したが、本発明はホットウォールタイプの装置や、バッチ式の装置（複数枚一括処理装置）にも適用できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、従来技術で問題となる半導体処理装置における基板面内での温度のばらつきを抑制し、基板面内の温度均一性、ひいては基板面内の膜厚均一性を向上させることのできる半導体処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する断面図で、処理基板を移載する際のタイミングでの図ある。
【図２】本発明の実施の形態を説明する断面図で、処理基板を処理するタイミングでの図である。
【符号の説明】
１…処理基板、２…基板保持板、３…ヒータ、４…基板支持具、６…ガス供給口、７…排気口、８…基板挿入口、９…第１の開閉手段、１０…昇降機構、２０…ヒータユニット、３０…基板処理装置、ウェハ移載装置４０、４５…基板搬送室、５０…基板処理室、５０ａ…反応容器、７０…第２の開閉手段、８０…昇降機構、８１…中空伸縮材８１、８２…中空伸縮材８２、９０…空間

Claims

基板を基板支持体に収納して処理する処理室と、
前記基板を前記基板支持体に搬送する搬送手段と、
前記処理室の、前記搬送手段側の面に設けた開口部の開閉手段とを有する半導体処理装置において、
前記開閉手段は、前記開口部を前記処理室に対し外面側を開閉する第１の開閉手段と
前記開口部を前記処理室に対し内面側を開閉する第２の開閉手段とを有することを
特徴とする半導体処理装置。