JP2005050841A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板面内での温度ばらつきを抑制し、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基板処理装置および半導体装置の製造方法の提供。
【解決手段】基板を処理する処理室と、処理室内でウエハ２００を支持するサセプタ２１７と、基板を加熱するヒータとを有する基板処理装置において、サセプタのウエハ２００載置面に、複数の凸部１，１’，１’’を設け、中心部に設けた凸部２の表面の面積が、他の凸部の表面の面積よりも大きい前記装置と、この装置を用いた半導体装置の製造方法。
【選択図】 図５

Description

【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するものであり、詳しくは、基板面内での温度ばらつきを抑制し、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基板処理装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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などのシリコン膜を形成する工程がある。コールドウオールタイプの反応容器を用いて、この工程を行う場合、基板はサセプタ上で加熱する。そのため、膜厚均一性向上のためにはサセプタ面内の温度均一性の向上と、サセプタ表面の平坦度の向上が必要である。
【０００３】
しかしながら、サセプタ面内の温度均一性を向上させることは困難であり、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。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。またサセプタの平坦度向上も困難であり、サセプタ毎で平坦度が異なるため、サセプタの出来不出来によって、基板面内の膜厚均一性が決まるという問題点もあった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１０９９０７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、基板面内での温度ばらつきを抑制し、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基板処理装置および半導体装置の製造方法の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、下記の構成によって解決される。
【０００７】
（１） 基板を処理する処理室と、
処理室内で基板を支持する支持体と、
基板を加熱するヒータとを有する基板処理装置において、
前記支持体の基板載置面には複数の凸部が設けられるとともに、中心部に設けられた凸部の表面の面積が、他の凸部の表面の面積よりも大きいことを特徴とする基板処理装置。
【０００８】
この構成によれば、基板面内での温度ばらつきを抑制し、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基板処理装置が提供される。
【０００９】
（２） 基板を処理する処理室と、
処理室内で基板を支持する支持体と、
基板を加熱するヒータとを有する基板処理装置において、
前記支持体の基板載置面には複数の凸部が格子状に設けられるとともに、最外周の凸部は基板と同心円状に配置されることを特徴とする基板処理装置。
【００１０】
この構成によれば、基板面内での温度ばらつきを抑制し、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基板処理装置が提供される。
【００１１】
（３） 基板を処理室内に搬入する工程と、
基板載置面に複数の凸部が設けられるとともに中心部に設けられた凸部の表面の面積が他の凸部の表面の面積よりも大きい支持体により基板を支持する工程と、前記処理室内で前記支持体により基板を支持した状態で、基板を処理する工程と、処理後の基板を処理室から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００１２】
この構成によれば、基板面内での温度ばらつきを抑制し、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装置の製造方法が提供される。
【００１３】
また、次に示す態様も本発明に好ましいものである。
【００１４】
（４） 前記（１）または（２）に記載の基板処理装置において、ヒータは支持体下方に設けられることを特徴とする基板処理装置。
【００１５】
（５） 前記（１）または（２）に記載の基板処理装置において、中心部の凸部の直径を３ｍｍ以上３０ｍｍ以下、中心部以外の凸部の直径を０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることを特徴とする基板処理装置。
【００１６】
（６） 前記（１）または（２）に記載の基板処理装置において、中心部および中心部以外の凸部の高さを０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下とすることを特徴とする基板処理装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１８】
図１および図２に於いて、本発明の基板処理装置の概要を説明する。
【００１９】
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１を基準とする。すなわち、図１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。
【００２０】
図１および図２に示されているように、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には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。前記第一のウエハ移載機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。
【００２１】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、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得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には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００２２】
予備室１２２および予備室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いる。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機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。
【００２３】
図１に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また、図２に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
【００２４】
図１および図２に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、前記ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８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のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口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のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００２５】
図１に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウオール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第一のクーリングユニット１３８と、第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
【００２６】
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
【００２７】
未処理のウエハ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来る。図１および図２に示されているように、搬送されて来たポッド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のキャップ及びウエハ搬入搬出口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のウエハ出し入れ口が開放される。
【００２８】
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ウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、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。ウエハ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。
【００２９】
予備室１２２が予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、第一の処理炉２０２が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の処理炉２０２に搬入する。そして、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００３０】
第一の処理炉２０２で前記処理が完了すると、処理済みのウエハ２００は第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００３１】
そして、第一のウエハ移載機１１２は第一の処理炉２０２から搬出したウエハ２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウエハを冷却する。
【００３２】
第一のクーリングユニット１３８にウエハ２００を移載すると、第一のウエハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を第一の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００３３】
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機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。
【００３４】
冷却済みのウエハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウエハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、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。
【００３５】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、前記排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室１２３内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に対応したウエハ搬入搬出口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の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ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のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口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行く。
【００３６】
以上の作動が繰り返されることにより、ウエハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理炉２０２およ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、第二の処理炉１３７およ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。
【００３７】
なお、上述の基板処理装置では、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。また、第一の処理炉２０２と第二の処理炉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。第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、第二の処理炉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。
【００３８】
次に第一の処理炉２０２について説明する。
【００３９】
図３に示されているように、処理炉２０２は、枚葉式ＣＶＤ炉（枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ炉）として構成されており、被処理基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１を形成したチャンバ２２３を備えている。チャンバ２２３は上側キャップ２２４と円筒カップ２２５と下側キャップ２２６とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
【００４０】
チャンバ２２３の円筒カップ２２５の円筒壁の中間部にはゲートバルブ１３０によって開閉されるウエハ搬入搬出口２５０が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口２５０は被処理基板であるウエハ２００を処理室２０１に図１または図２に図示したウエハ移載機１１２によって搬入搬出し得るように形成されている。すなわち、ウエハ２００はウエハ移載機１１２によって下から機械的に支持された状態で、ウエハ搬入搬出口２５０を搬送されて処理室２０１に対して搬入搬出されるようになっている。
【００４１】
円筒カップ２２５のウエハ搬入搬出口２５０と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続された排気口２３５が処理室２０１に連通するように開設されており、処理室２０１内は排気装置によって排気されるようになっている。
【００４２】
また、円筒カップ２２５の上部には排気口２３５に連通する排気バッファ空間２４９が円環状に形成され、カバープレート２４８とともにウエハ２００の全面に対し、均一に排気が行われるように作用している。
【００４３】
なお、カバープレート２４８は、ウエハ２００のエッジ部を覆うように一部のサセプタ（基板保持手段）２１７上方に延在しており、ウエハ２００のエッジ部に成膜されるＣＶＤ膜を制御するために用いられる。
【００４４】
チャンバ２２３の上側キャップ２２４には処理ガスを供給するシャワーヘッド２３６が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ２２４の天井壁にはガス供給管２３２が挿入されており、各ガス供給管２３２には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガスＡ、Ｂを導入するため開閉バルブ２４３、流量制御装置（マスフローコントローラ＝ＭＦＣ）２４１から成るガス供給装置が接続されている。上側キャップ２２４の下面には円板形状に形成されたシャワープレート（以下、プレートという。）２４０がガス供給管２３２から間隔を置いて水平に固定されており、プレート２４０には複数個のガス吹出口（以下、吹出口という。）２４７が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
【００４５】
上側キャップ２２４の内側面とプレート２４０の上面とが画成する内側空間によってバッファ室２３７が形成されており、バッファ室２３７はガス供給管２３２に導入された処理ガス２３０を全体的に均等に拡散させて各吹出口２４７から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。
【００４６】
チャンバ２２３の下側キャップ２２６の中心には挿通孔２７８が円形に開設されており、挿通孔２７８の中心線上には円筒形状に形成された支持軸２７６が処理室２０１に下方から挿通されている。支持軸２７６はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構（昇降手段）２６８によって昇降されるようになっている。
【００４７】
支持軸２７６の上端には加熱ユニット２５１が同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット２５１は支持軸２７６によって昇降されるようになっている。すなわち、加熱ユニット２５１は円板形状に形成された支持板２５８を備えており、支持板２５８は支持軸２７６の上端開口に同心円に固定されている。支持板２５８の上面には支柱を兼ねる複数本の電極２５３が垂直に立脚されており、これら電極２５３の上端間には円板形状に形成され複数領域に分割制御されるヒータ（加熱手段）２０７が架橋されて固定されている。これら電極２５３に対する電気配線２５７は支持軸２７６の中空部内を挿通されている。
【００４８】
また、ヒータ２０７の下方には反射板２５２が支持板２５８に固定されて設けられ、ヒータ２０７から発せられた熱をサセプタ２１７側に反射させて、効率の良い加熱に作用している。
【００４９】
また、温度検出手段である放射温度計２６４が、支持軸２７６の下端から導入され、放射温度計２６４の先端がサセプタ２１７の裏面に対し所定の隙間を設けて設置されている。放射温度計２６４は、石英から成るロッドと光ファイバとの組み合わせから構成され、サセプタ２１７の裏面（例えばヒータ２０７の分割領域に対応する裏面）から発せられる放射光を検出し、サセプタ２１７の裏面温度を算出するのに用いられ（予め取得したウエハ２００とサセプタ２１７の温度の関係によりウエハ２００の温度を算出することも可能）、この算出結果に基づきヒータ２１７の加熱具合を制御している。
【００５０】
下側キャップ２２６の挿通孔２７８の支持軸２７６の外側には、支持軸２７６よりも大径の円筒形状に形成された回転軸２７７が同心円に配置されて処理室２０１に下方から挿通されており、回転軸２７７はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構２６８によって支持軸２７６と共に昇降されるようになっている。回転軸２７７の上端には回転ドラム２２７が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム２２７は回転軸２７７によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム２２７はドーナツ形の平板に形成された回転板２２９と、円筒形状に形成された回転筒２２８を備えており、回転板２２９の内周縁辺部が円筒形状の回転軸２７７の上端開口に固定されて、回転板２２９の上面の外周縁辺部に回転筒２２８が同心円に固定されている。回転ドラム２２７の回転筒２２８の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ２１７が回転筒２２８の上端開口を閉塞するように被せられている。
【００５１】
図３に示されているように、回転ドラム２２７にはウエハ昇降装置２７５が設置されている。ウエハ昇降装置２７５は円形リング形状に形成された２つの昇降リングのそれぞれに突上ピン（基板突上手段）２６６、２７４を突設したものから構成されており、下側の昇降リング（以下、回転側リングという。）は回転ドラム２２７の回転板２２９の上に支持軸２７６と同心円に配置されている。回転側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、回転側ピンという。）２７４が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各回転側ピン２７４は回転板２２９に回転筒２２８と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔２５５にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン２７４の長さは回転側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウエハのサセプタ上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各回転側ピン２７４の下端は処理室２０１の底面すなわち下側キャップ２２６の上面に離着座自在に対向されている。
【００５２】
加熱ユニット２５１の支持板２５８には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング（以下、ヒータ側リングという。）が支持軸２７６と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、ヒータ側ピンという。）２６６が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン２６６は支持板２５８に支持軸２７６と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔２５４にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン２６６の長さはヒータ側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、その下端が回転側リングの上面に適度のエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン２６６は回転ドラム２２７の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
【００５３】
また、ヒータ側リングの上面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、突上部という。）２６６が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、突上部２６６の上端はヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６に対向するようになっている。これらの突上部２６６の長さはヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６を下から挿通してサセプタ２１７に載置されたウエハ２００をサセプタ２１７から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これらの突上部２６６の長さはヒータ側リングが支持板２５８に着座した状態において、その上端がヒータ２０７の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部２６６は回転ドラム２２７の回転時にサセプタ２１７に干渉しないように、かつ、ヒータ２０７の加熱を妨げないようになっている。
【００５４】
図３に示されているように、チャンバ２２３は複数本の支柱２８０によって水平に支持されている。これらの支柱２８０には各昇降ブロック２８１がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック２８１間にはエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降される昇降台２８２が架設されている。昇降台２８２の上にはサセプタ回転装置（回転手段）２６７が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ２２３との間にはベローズ２７９が、回転軸２７７の外側を気密封止するように介設されている。
【００５５】
なお、本処理炉２０２は、ガス制御部、駆動制御部、加熱制御部、温度検出部、等から構成される主制御部を有する。ガス制御部はＭＦＣ２４１、開閉バルブ２４３に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部はサセプタ回転機構２６７、昇降ブロック２８１に接続され、これらの駆動を制御する。加熱制御部は配線２５７を介しヒータ２０７に接続され、ヒータ２０７の加熱具合を制御する。温度検出部は放射温度計２６４に接続され、サセプタ２１７の温度を検出し、加熱制御部と連携してヒータ２０７の加熱制御に用いられる。
【００５６】
この処理炉２０２は、４００℃以上８５０℃以下の高温、１００００Ｐａまでの高圧で単一基板毎の処理を可能とする。
【００５７】
次に、以上の構成に係る処理炉の作用を説明することにより、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。
【００５８】
ウエハ２００の搬出搬入に際しては、回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１が回転軸２７７および支持軸２７６によって下限位置に下降される。すると、ウエハ昇降装置２７５の回転側ピン２７４の下端が処理室２０１の底面すなわち下側キャップ２２６の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン２６６を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部２６６がヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６を挿通して、サセプタ２１７の上面に載置されたウエハ２００を下方から支持してサセプタ２１７から浮き上がらせる。
【００５９】
ウエハ昇降装置２７５がウエハ２００をサセプタ２１７の上面から浮き上がらせた状態になると、ウエハ２００の下方空間すなわちウエハ２００の下面とサセプタ２１７の上面との間に挿入スペースが形成された状態になるため、図示しないウエハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウエハ搬入搬出口２５０からウエハ２００の挿入スペースに挿入される。ウエハ２００の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウエハ２００を受け取る。ウエハ２００を受け取ったツィーザはウエハ搬入搬出口２５０を後退してウエハ２００を処理室２０１から搬出する。そして、ツィーザによってウエハ２００を搬出したウエハ移載機は、処理室２０１の外部の空ウエハカセット等の所定の収納場所にウエハ２００を移載する。
【００６０】
次いで、ウエハ移載機は実ウエハカセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウエハ２００をツィーザによって受け取って、ウエハ搬入搬出口２５０から処理室２０１に搬入する。ツィーザはウエハ２００をサセプタ２１７の上方においてウエハ２００の中心がサセプタ２１７の中心と一致する位置に搬送する。ウエハ２００を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウエハ２００をウエハ昇降装置２７５の突上ピン２６６上に移載する。ウエハ２００をウエハ昇降装置２７５に受け渡したツィーザは、ウエハ搬入搬出口２５０から処理室２０１の外へ退出する。ツィーザが処理室２０１から退出すると、ウエハ搬入搬出口２５０はゲートバルブ（仕切弁）２４４によって閉じられる。
【００６１】
ゲートバルブ２４４が閉じられると、処理室２０１に対して回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１が回転軸２７７および支持軸２７６を介して昇降台２８２によって上昇される。回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１の上昇により、突上ピン２６６、２７４が回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１に対し相対的に下降し、図３に示されているように、ウエハ２００はサセプタ２１７の上に完全に移載された状態になる。回転軸２７７および支持軸２７６は突上部２６６の上端がヒータ２０７の下面に近接する高さになる位置にて停止される。
【００６２】
一方、処理室２０１が排気口２３５に接続された排気装置（図示せず）によって排気される。この際、処理室２０１の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ２７９によって隔絶されている。
【００６３】
続いて、回転ドラム２２７が回転軸２７７を介してサセプタ回転機構２６７によって回転される。
【００６４】
回転ドラム２２７の回転中には、回転側ピン２７４は処理室２０１の底面から離座し、ヒータ側ピン２６６は回転側リングから離座しているため、回転ドラム２２７の回転がウエハ昇降装置２７５に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット２５１は停止状態を維持することができる。すなわち、ウエハ昇降装置２７５においては、回転側リングと回転側ピン２７４が回転ドラム２２７と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン２６６が加熱ユニット２５１と共に停止した状態になっている。
【００６５】
ウエハ２００の温度が処理温度まで上昇し、排気口２３５の排気量および回転ドラム２２７の回転作動が安定した時点で、図３に実線矢印で示されているように、処理ガス２３０が供給管２３２に導入される。ガス供給管２３２に導入された処理ガス２３０は、ガス分散空間として機能するバッファ室２３７に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、シャワープレート２４０の各ガス吹出口２４７からそれぞれが略均等な流れになって、ウエハ２００に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口２４７群からシャワー状に吹き出した処理ガス２３０はカバープレート２４８の上方空間を通って、排気バッファ空間２４９を経由して排気口２３５に吸い込まれて排気されて行く。
【００６６】
この際、回転ドラム２２７に支持されたサセプタ２１７の上のウエハ２００は回転しているため、吹出口２４７群からシャワー状に吹き出した処理ガス２３０はウエハ２００の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス２３０がウエハ２００の全面にわたって均等に接触するため、ウエハ２００に処理ガス２３０によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ２００の全面にわたって均一になる。
【００６７】
また、加熱ユニット２５１は支持軸２７６に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム２２７によって回転されながら加熱ユニット２５１によって加熱されるウエハ２００の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウエハ２００の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウエハ２００に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ２００の全面にわたって均一に制御される。さらに、後述するようなサセプタ形状を実施することによって、膜厚均一性は向上する。
【００６８】
予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構２６７の運転が停止される。この際、サセプタ２１７は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部２６６とヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６は正確かつ再現性よく合致される。
【００６９】
サセプタ回転機構２６７の運転が停止されると、前述のように、回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１は回転軸２７７および支持軸２７６を介して昇降台２８２によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウエハ昇降装置２７５の作用によりウエハ２００をサセプタ２１７の上から浮き上げる。この際、突上部２６６とヒータ２０７およびサセプタ２１７の挿通孔２５６とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部２６６がサセプタ２１７およびヒータ２０７を突き上げる突き上げミスが発生することはない。
【００７０】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウエハ２００にＣＶＤ膜が成膜処理されて行く。
【００７１】
従来のサセプタ形状は表面の平坦なものを使用しており、ウエハ２００はヒータ２０７で加熱されて高温となっているサセプタ２１７からの直接伝熱によって加熱される。そのため、ウエハ２００の温度分布はサセプタ２１７の初期分布の影響を受け不均一となる。また、サセプタ２１７の表面加工精度によってウエハ２００との接触部分にばらつきが生じ、加熱むらが起きる。その結果として、ウエハ２００面内の膜厚分布は不均一となる。
【００７２】
そこで本発明によれば、支持体（サセプタ２１７）の基板（ウエハ２００）載置面に、複数の凸部を設けた。このことにより、ウエハ２００とサセプタ２１７表面との間に空間が設けられ、とくにヒータ２０７がサセプタ２１７の下方に設けられる場合、サセプタ２１７からの直接伝熱よりも、輻射を主力加熱手段とすることで、ウエハ２００面内温度の均一化を図ることができ、結果としてウエハ２００面内の膜厚均一性を向上させることができる。
【００７３】
本発明の第１実施形態について、図面を用いてさらに説明する。図４は、本発明の第１実施形態におけるサセプタ２１７の平面図である。図４（ａ）の態様によれば、サセプタ２１７の表面に、格子状に凸部１（ピン）を配置した。該ピンの拡大図を併せて示す。本態様によれば、凸部１として直径０．４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを、幅３０ｍｍの等間隔でサセプタ２１７上に合計８０ピン設けた。ウエハ２００としては、直径３０２ｍｍのシリコンウエハを用いた。なお、符号２５６は、サセプタ２１７の挿通孔である。
【００７４】
また図４（ｂ）の態様は、サセプタ２１７の表面に、ウエハ２００と同心円状に凸部１（ピン）を配置したものである。該ピンの拡大図を併せて示す。本態様によれば、凸部１として直径０．４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを、サセプタ２１７の中心部を円の中心として、破線の直径８０ｍｍのライン（Ｌｉｎｅ）１、直径１８６ｍｍのＬｉｎｅ２、直径２８０ｍｍのＬｉｎｅ３に沿うように、ウエハ２００と同心円状に合計３０ピン設けた。ウエハ２００としては、直径３０２ｍｍのシリコンウエハを用いた。
【００７５】
第１実施形態によれば、凸部１でウエハ２００を支持することによって、前記のように、サセプタ２１７表面との間に空間が設けられ、サセプタからの直接伝熱よりも、輻射を主力加熱手段とすることで、ウエハ２００面内温度の均一化が達成される。その結果としてウエハ２００面内の膜厚均一性を向上させることができる。
【００７６】
なお、前記第１実施形態では、特定の凸部１の形状・配置を採用した例について説明したが、例えばウエハの直径が３００ｍｍ程度であり、厚さが７００μｍ程度である場合、凸部間の距離は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。凸部１の高さは、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、凸部１の直径は０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。凸部１の高さが０．１ｍｍより大きい場合、例えば０．２ｍｍの場合、ウエハ２００とサセプタ２１７との温度差が大きくなるため、サセプタ２１７のウエハ２００が載置されない外周部に中心部よりも多くの膜が成膜され、クリーニングに時間がかかる恐れがある。また、ウエハ２００とサセプタ２１７との空間にもガスが回りこみ成膜が行われるため、回り込んだ部分と回り込まなかった部分で、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離に差が生じていき、ウエハ２００面内膜厚のばらつきが大きくなるという欠点もある。そのため、第１実施形態では凸部１の高さを０．１ｍｍ、直径を０．４ｍｍとしている。
【００７７】
次に本発明の第２実施形態について、図面を用いてさらに説明する。図５は、本発明の第２実施形態におけるサセプタ２１７の平面図である。
【００７８】
図５（ａ）の態様は、サセプタ２１７の表面に、格子状に凸部１（ピン）を配置するとともに、サセプタ２１７の中心部に、表面の面積（ウエハと接触する部分の面積）が他の凸部（凸部１）の表面の面積（ウエハと接触する部分の面積）よりも大きい凸部２を設けたものである。例えば、シラン系ガス（ＳｉＨ４等）とドーパントガス（ＰＨ３等）とを用いてドープトアモルファスシリコン膜や、ドープトポリシリコン膜を形成する場合等のように、プロセスによってはウエハ２００中心部の膜厚が落ち込む（薄くなる）ものがある。これを改善するためにウエハ中心部にウエハ２００と接触する面積が他の凸部１よりも大きい凸部２を設け、ウエハ中心部を輻射ではなくサセプタ２１７との直接伝熱によって加熱することでウエハ中心部の温度が従来よりも高くなるようにしている。これらのピンの拡大図（斜視図）を併せて示す。また、格子状に凸部１を配置した場合、ウエハ２００の最外周の下部に凸部１がない部分があり最外周においては、凸部１が均一に配置されないことから（図４（ａ）参照）、さらなるウエハ２００面内温度均一化を達成するために、ウエハ２００の最外周の下部の凸部１が不足している箇所にも凸部１と同一形状の凸部１’を均一に配置するようにした。本態様によれば、凸部１として直径０．４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを、幅３０ｍｍの等間隔でサセプタ２１７上に合計８０ピン設け、サセプタ２１７の中心部に、凸部２として直径３０ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを１つ設け、凸部１と同形状の凸部１’を凸部１が不足している部分（８箇所）に合計８ピン設けた。ウエハ２００としては、直径３０２ｍｍのシリコンウエハを用いた。なお、符号２５６は、サセプタ２１７の挿通孔である。したがって、サセプタ２１７からの熱の輻射が、ウエハ２００に均一に到達することになり、ウエハ中心部については、サセプタからの直接伝熱により加熱されることとなり、ウエハ２００面内の膜厚均一性をさらに向上させることができる。
【００７９】
また、図５（ｂ）の態様は、図５（ａ）の態様と同様に、サセプタ２１７の表面に、格子状に凸部１（ピン）を配置するとともに、サセプタ２１７の中心部に、表面の面積が他の凸部の表面の面積よりも大きい凸部２を設けたものである。これらのピンの拡大図（斜視図）を併せて示す。上述のように、格子状に凸部１を配置した場合、ウエハ２００の最外周の下部に凸部１が不足している部分があり、最外周部については、凸部が均一に配置されないことから（図４（ａ）参照）、さらなるウエハ２００面内温度均一化を達成するために、ウエハ２００の最外周の下部については、凸部１と同一形状の凸部１’’を、ウエハ２００と同心円状に均一に配置するようにした。なお、該同心円は、サセプタ２１７の中心部を円の中心として、直径２９０ｍｍで形成させた。本態様によれば、凸部１として直径０．４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを、幅３０ｍｍの等間隔でサセプタ２１７上に合計６０ピン設け、サセプタ２１７の中心部に、凸部２として直径３０ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを１つ設け、凸部１’’をウエハと同心円状に均一に合計２４ピン設けた。ウエハ２００としては、直径３０２ｍｍのシリコンウエハを用いた。なお、符号２５６は、サセプタ２１７の挿通孔である。したがって、サセプタ２１７からの熱の輻射が、ウエハ２００に均一に到達することになり、ウエハ中心部については、サセプタからの直接伝熱により加熱されることとなり、ウエハ２００面内の膜厚均一性をさらに向上させることができる。
【００８０】
また、図５（ｃ）の態様は、サセプタ２１７の表面に、ウエハ２００と同心円状に凸部１（ピン）を配置するとともにサセプタ２１７の中心部に、表面の面積が他の凸部（凸部１）の表面の面積（ウエハと接触する部分の面積）よりも大きい凸部２を設けたものである。これらのピンの拡大図（斜視図）を併せて示す。本態様によれば、凸部１として直径０．４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを、破線の直径８０ｍｍのライン（Ｌｉｎｅ）１、直径１８６ｍｍのＬｉｎｅ２、直径２９０ｍｍのＬｉｎｅ３に沿うように、ウエハ２００と同心円状に合計４８ピン設けサセプタ２１７の中心部に、凸部２として直径３０ｍｍ、高さ０．１ｍｍのピンを１つ設けた。ウエハ２００としては、直径３０２ｍｍのシリコンウエハを用いた。なお、符号２５６は、サセプタ２１７の挿通孔である。本態様によれば、サセプタ２１７からの熱の輻射が、ウエハ２００に均一に到達することになり、ウエハ中心部については、サセプタからの直接伝熱により加熱されることとなり、ウエハ２００面内の膜厚均一性をさらに向上させることができる。
【００８１】
前記第２実施形態では、サセプタ２１７の中心部に、他の凸部の表面の面積よりも表面の面積が大きい凸部２を設けたことに一つの特徴を有している。上述のようにプロセスによってはウエハ２００の中心部の膜厚が落ち込むものがあるが、本実施形態によれば、ウエハ２００の中心部をサセプタ２１７からの輻射ではなく、サセプタ２１７からの直接伝熱によって加熱することが可能となり、ウエハ２００の中心部の温度を周囲部よりも高くすることができ、ウエハ２００の中心部の膜厚落ち込みを改善することができる。また、ウエハ２００の最外周の下部にも凸部を均一に配置することにより、サセプタ２１７からの熱の輻射が、ウエハ２００に均一に到達することになり、ウエハ２００面内温度均一化が達成され、ウエハ２００面内の膜厚均一性をさらに向上させることができる。
【００８２】
なお、前記第２実施形態では、特定の凸部１、凸部１’、凸部１’’および凸部２の形状・配置を採用した例について説明したが、例えばウエハの直径が３００ｍｍ程度であり、厚さが７００μｍ程度である場合、凸部間の距離は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。また、凸部１、凸部１’、凸部１’’および凸部２の高さは０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、凸部１、凸部１’および凸部１’’の直径は０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下、凸部２の直径は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるのが好ましい。これらの諸条件の範囲を満たすことにより、サセプタ２１７からの熱の輻射が、ウエハ２００に一層均一に到達することになり、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一層向上させることができる。また、ウエハ中心部については、サセプタからの直接伝熱により加熱されることとなり、ウエハ中心部の温度を最適な温度とすることができ、膜厚均一性を一層向上させることができる。
【００８３】
なお、凸部１は、膜厚測定時のポイントと重ならないように配置されており（エッジ３ｍｍ、４９ポイント）、最外周の凸部１の配置箇所は、直径２７０ｍｍ以上２９６ｍｍ以下が好ましい。
【００８４】
本発明の基板処理装置は、とくに半導体装置の製造に好適に用いられ、またディスプレイユニットなどの薄膜形成が必要な装置にも用いられ得る。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板面内での温度ばらつきを抑制し、基板面内の温度均一性を向上させることができ、また中心部の膜厚落ち込みが生じるプロセスにおいては膜厚落ち込みを防止することができ、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。また、本発明によれば、
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板処理装置の概要を説明するための図である。
【図２】本発明の基板処理装置の概要を説明するための図である。
【図３】本発明における処理炉の概要を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるサセプタの平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるサセプタの平面図である。
【符号の説明】
１，１’，１’’，２ 凸部
１０１ 筐体
１０３ 第一の搬送室
１１２ 第一のウエハ移載機
１２１ 第二の搬送室
１２２，１２３ 予備室
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ
２１７ サセプタ
２２３ チャンバ
２５６ 挿通孔

Claims (3)

1. 基板を処理する処理室と、
   処理室内で基板を支持する支持体と、
   基板を加熱するヒータとを有する基板処理装置において、
   前記支持体の基板載置面には複数の凸部が設けられるとともに、中心部に設けられた凸部の表面の面積が、他の凸部の表面の面積よりも大きいことを特徴とする基板処理装置。
2. 基板を処理する処理室と、
   処理室内で基板を支持する支持体と、
   基板を加熱するヒータとを有する基板処理装置において、
   前記支持体の基板載置面には複数の凸部が格子状に設けられるとともに、最外周の凸部は基板と同心円状に配置されることを特徴とする基板処理装置。
3. 基板を処理室内に搬入する工程と、
   基板載置面に複数の凸部が設けられるとともに中心部に設けられた凸部の表面の面積が他の凸部の表面の面積よりも大きい支持体により基板を支持する工程と、前記処理室内で前記支持体により基板を支持した状態で、基板を処理する工程と、処理後の基板を処理室から搬出する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images