JP2005108914A

JP2005108914A - 半導体処理装置

Info

Publication number: JP2005108914A
Application number: JP2003336749A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Matsuda; 智行松田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】基板支持体の温度分布を均一にすることができ、かつ正確に温度を検出することができる半導体処理装置を提供する。
【解決手段】基板を支持する基板支持体３４の側面には、挿入部９２が形成されている。この挿入部９２には例えば熱電対からなる温度検出手段９４が挿入されている。このため加熱装置５８やリフレクタ６２ａ〜６２ｃには温度検出するための孔を形成する必要がなく、孔の影響を受けずに基板支持体３４の温度分布がよくなり、また、熱電対９４が基板支持体３４に密着するので基板支持体３４の温度を正確に検出できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体を処理するための半導体処理装置に関する。

半導体処理装置は、基板支持体（サセプタ）に基板を支持した状態で処理室において基板を処理する。基板支持体の下方には加熱装置（ヒータ）が配置され、この加熱装置により基板支持体を介して基板が加熱される。このような半導体処理装置は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００２−２１２７２９号公報

基板の加熱温度を制御するため、サセプタには、温度検出手段が設けられる。しかしながら、従来の半導体処理装置においては、温度検出手段は、ヒータの下方からサセプタへ延びてサセプタの温度を検出するようにしてある。このため、ヒータには、温度検出手段を通すための貫通孔が形成されており、この貫通孔の影響を受けサセプタの温度分布が均一にならないおそれがある。また、温度検出手段とサセプタとの接触が悪く、正確な温度検出ができないおそれがある。

本発明の目的は、基板支持体の温度分布を均一にすることができ、かつ正確に温度を検出することができる半導体処理装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、基板を支持する基板支持体と、この基板支持体に支持された状態で基板を処理する処理室と、前記基板支持体より下方に位置し、前期処理室に収納された基板を加熱する加熱装置と、前記基板支持体の温度を検出する温度検出手段とを有する半導体処理装置において、前記基板支持体は、前記基板の半径方向に位置する側面に挿入部を有し、前記温度検出手段は、前記基板支持体の挿入部に挿入されてなる半導体処理装置にある。

本発明に係る半導体処理装置は、回転機構により基板支持体を回転させる形式のものであってもよいし、基板支持体を固定した形式のものであってもよい。

加熱装置の下方にリフレクタを設け、このリフレクタにより加熱装置からの熱を反射させるように構成することが好ましい。この場合、温度検出手段が基板支持体の側面に設けられているので、リフレクタも同様に貫通孔を形成する必要がなくなり、基板支持体の温度分布をより均一にすることができる。

温度検出手段は、例えば熱電対から構成される。また、基板支持体の挿入部は、基板支持体に形成された溝あるいは孔からなる。

本発明によれば、温度検出手段を基板支持体の側面から挿入するようにしたので、温度検出手段を挿入するための孔を加熱装置に形成する必要がなくなり、基板支持体の温度分布を改善することができ、また、基板支持体の温度を正確に検出することができる。

図１において、第１の実施形態に係る半導体処理装置１０が示されている。この半導体処理装置１０は、例えば枚葉式ＣＶＤ炉（枚葉式コールドウォール形ＣＶＤ炉）であり、上部に基板処理部１２を備えている。この基板処理部１２は、円筒状の本体部１４を有し、この本体部１４の上側と下側がそれぞれ上部キャップ１６と下部キャップ１８とにより閉鎖され、該基板処理部１２内に処理室２０が構成されている。

基板処理部１２の本体部１４には、ゲートバルブ２２によって開閉される基板挿入口２４が水平方向横長に開設されており、この基板挿入口２４を介して処理室２０に処理すべき基板２６が図示しない基板移載機により搬入され、処理後には搬出されるようになっている。

また、本体部１４の基板挿入口２４の対向する壁面上部には、排気口２８が形成されている。この排気口２８は、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続され、処理室２０と連通するように開設されており、処理室２０内は排気装置によって排気されるようになっている。
また、本体部１４の上部には排気口２８に連通する排気空間３０が円環状に形成され、この排気空間３０は、カバープレート３２とともに基板２６の前面に対し、均一に排気が行われるように作用する。
なお、カバープレート３２は、基板２６のエッジ部を覆うように後述する基板支持体（サセプタ）３４上に延在しており、基板２６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。

シャワーヘッド３６は、基板処理部１２の上部キャップ１６に一体的に組み込まれており、基板処理部１２をバッファ室３８と反応室４０に分けている。また、上部キャップ１６の天井壁にはガス供給管４２が挿入されており、このガス供給菅４２には、例えば原料ガスやパージガス等の処理ガスが供給される。このシャワーヘッド３６には、バッファ室３８と反応室４０とを連通する多数の連通孔４４が形成されている。

基板処理部１２の下部キャップ１８の中心には貫通孔４６が円形に開設されており、この貫通孔４６の中心線上には円筒形状に形成された支持軸４８が処理室２０に下方から挿通されている。この支持軸４８はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構５０によって昇降されるようになっている。

支持軸４８の上端には加熱ユニット５２が同心に配されて水平に固定されており、この加熱ユニット５２は支持軸４８によって昇降されるようになっている。即ち、加熱ユニット５２は、円板形状に形成された支持板５４を備えており、この支持板５４は支持軸４８の上端開口に同心円状に固定されている。支持板５４の上面には支柱を兼ねる複数本の電極５６，５６が垂直に立脚されており、これら電極５６，５６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加熱装置（ヒータ）５８が架橋されて固定されている。これら電極５６，５６に対する電気配線６０，６０は支持軸４８の中空部内を挿通されている。
また、ヒータ５８の下方にはリフレクタ６２が支持板５４に固定されて設けられ、ヒータ５８から発せられた熱をサセプタ３４側に反射させて、効率の良い加熱が行われるようにしてある。

回転軸６３は、支持軸４８よりも大径の円筒形状に形成され、支持軸４８の外側にあって、貫通孔４６に同心円状に配置され、処理室２０に下方から挿通されている。この回転軸６３はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構５０によって支持軸４８と共に昇降されるようになっている。さらに、回転軸６３の上端には回転ドラム６４が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム６４は回転軸６３によって回転されるようになっている。この回転ドラム６４は円板状に形成された回転板６６と、円筒形状に形成された回転筒６８とを備えており、回転板６６の内周縁辺部が円筒形状の回転軸６３の上端開口に固定されて、回転板６６の上面外周縁辺部に回転筒６８が同心円に固定されている。回転筒６８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３４が回転筒６８の上端開口を閉塞するように被せられている。

回転ドラム６４には基板昇降装置７０が設置されている。基板昇降装置７０は、円形リング形状に形成された２つの昇降リング７２，７４を有し、下側の昇降リング７２は回転ドラム６４の回転板６６上に支持軸４８と同心円状に配置されている。この昇降リング７２の下部には複教本（本実施形態においては三本）の第１のピン７６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、各第１のピン７６は回転板６６に形成された第１のガイド孔７８にそれぞれ移動自在に嵌入されている。各第１のピン７６の長さは、下側の昇降リング７２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、基板２６のサセプタ３４上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各第１のピン７６の下端は処理室２０の底面、即ち、下部キャップ１８の上面に離着座自在に対向されている。

上側の昇降リング７４は、加熱ユニット５２の支持板５４に円形リング形状に形成され、下側の昇降リング７２と同様に、支持軸４８と同心円に配置されている。この昇降リング７４の下面には複数本（本実施形態においては三本）の第２のピン８０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、各第２のピン８０は支持板５４に形成された第２のガイド孔８２に移動自在に嵌入されている。これらの第２のピン８０の長さは、上側の昇降リング７４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、その下端が下側の昇降リング７２の上面に適度なエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらの第２のピン８０は回転ドラム６４の回転時に上側の昇降リング７４に干渉しないようになっている。

また、下側の昇降リング７４の上面には複数本（本実施の形態においては三本）の第３のピン８４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、該第３のピン８４の上端はヒータ５８及びサセプタ３４のそれぞれに形成された挿入孔に対向するようになっている。これらの第３のピン８４の長さはヒータ５８及びサセプタ３４の挿入を下から押通してサセプタ３４に載置された基板２６をサセプタ３４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、これら第３のピン８４の長さは、下側の昇降リング７２が支持板５４に着座した状態において、その上端がヒータ５８の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの第３のピン８４は回転ドラム６４の回転時にサセプタ３４に干渉しないように、且つヒータ５８の加熱を妨げないようになっている。

基板処理部１２は、複数本の支柱８６によって水平に支持されている。また、サセプタ３４を回転させるための回転機構８８が設置されている。この回転機構８８は、例えばブラシレスＤＣモータが使用されており、回転軸６３に連結されている。なお、回転軸６３の周囲には、処理室２０内を気密に保つためのベローズ９０が設けられている。

図２において、サセプタ３４の周縁部分が拡大して示され、サセプタ３４は、基板２６の半径方向に位置する側面に挿入部９２が形成されている。この挿入部９２は、回転筒６８の上端付近の側面に開口し、サセプタ３４の中心方向に延びている孔として形成されている。この挿入部９２には、温度検出手段を構成する熱電対９４が挿入されている。熱電対９４の先端は、挿入部９２の奥端でサセプタ３４の内部に接している。この熱電対９４の他端は、回転筒６８の側面を通って下方に延び、例えば回転機構８８（図１）を介して外部に接続されている。この挿入部９２と熱電対９４とは、サセプタ３４の半径方向で複数設けられ、サセプタ３４における複数領域の温度を検出できるようにしてある。

次に、以上の構成に係る半導体処理装置１０の作用を説明する。

基板２６の搬出搬入に際しては、回転ドラム６４及び加熱ユニット５２が回転軸６３及び支持軸４８によって下限位置に下降される。すると、基板昇降装置７０の第１のピン７６の下端が下部キャップ１８の上面に突合するため、下側の昇降リング７２が回転ドラム６４及び加熱ユニット５２に対して相対的に上昇する。上昇した下側のリング７２は第２のピン８０を突き上げることにより、上側の昇降リング７４を持ち上げる。上側の昇降リング７４が持ち上げられると、上側のリング７４に立設された第３のピン８４がヒータ５８及びサセプタ３４の挿入孔を通過して、サセプタ３４の上面に載置された基板２６を下方から支持してサセプタ３４から浮き上がらせる。

基板昇降装置７０が基板２６をサセプタ３４の上面から浮き上がらせた状態になると、基板２６の下方空間、即ち基板２６の下面とサセプタ３４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、図示しない基板移載機に設けられたツィーザが基板挿入口２４から処理室２０に挿入される。基板２６の下方に挿入されたツィーザは上昇することにより基板２６を移載して受け取る。基板２６を受け取ったツイーザは基板挿入口２４を後退して基板２６を処理室２０から搬出する。

次いで、基板移載機は次回に成膜処理する基板２６をツィーザによって受け取って、基板挿入口２４から処理室２０に搬入する。ツィーザは基板２６をサセプタ３４の上方において基板２６の中心がサセプタ３４の中心と一致する位置に搬送する。基板２６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基板２６をサセプタ３４に移載する。基板２６を基板昇降装置７０に受け渡したツィーザは、基板挿入口２４から処理室２０の外へ退出する。ツィーザが処理室２０から退出すると、基板挿入口２４はゲートバルブ２２によって閉じられる。

ゲートバルブ２２が閉じられると、処理室２０に対して回転ドラム６４及び加熱ユニット５２が回転軸６３および支持軸４８を介して昇降機構５０によって上昇される。回転ドラム６４及び加熱ユニット５２の上昇により、基板２６はサセプタ３４の上に完全に移載された状態になる。

一方、処理室２０が排気口２８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２０の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ９０によって隔絶されている。

続いて、回転ドラム６４が回転軸６３を介して回転機構８８によって回転される。また、ヒータ５８には電気配線６０，６０を介して通電され、基板２６の加熱が開始される。基板２６の温度が処理温度まで上昇し、排気口２８の排気量および回転ドラム６４の回転作動が安定した時点で、処理ガスがガス供給管４２に導入される。ガス供給管４２に導入された処理ガスは、ガス分散空間として機能するバッファ室３８に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して混合され、シャワーヘッド３６の貫通孔４４からそれぞれが略均等な流れになって、基板２６に向かってシャワー状に吹き出す。貫通孔４４からシャワー状に吹き出した処理ガスは排気空間３０を経由して排気口２８に吸い込まれて排気されて行く。

予め選定された所定の処理時間が経過すると、ヒータ５８への通電が停止され、回転機構８８の運転が停止される。回転機構８８の運転が停止されると、前述したように、回転ドラム６４及び加熱ユニット５２は回転軸６３及び支持軸４８を介して昇降装置５０によって搬入搬出位置に下降される。そして、前述したように、基板２６をサセプタ３４上から浮き上げ、ツィーザにより処理室２０外へ搬出される。

以降、前述した作業が繰り返されることにより、次の基板２６にＣＶＤ膜が成膜処理されて行く。

上述したヒータ５８の加熱制御中においては、サセプタ３４の温度が熱電対９４により検出される。熱電対９４により検出されたサセプタ３４の温度検出信号は、図示しないヒータ５８の制御装置に出力され、この温度検出信号に基づいてヒータ５８への通電を制御する。
ここで、熱電対９４は、サセプタ３４の側面方向から挿入部９２に挿入されているので、ヒータ５８及びリフレクタ６２には、熱電対を挿入するための孔が形成されておらず、孔の影響を受けることがなく、サセプタ３４を均一に加熱することができる。また、これにより、サセプタ３４上に置かれている状態での基板２６にも、均一に加熱することができる。
また、熱電対９４は、サセプタ３４の側面方向から挿入部９２に挿入されているので、サセプタ３４の内部でサセプタ３４に密着しており、サセプタ３４の温度（熱電対９４が挿入された先端部分の温度）を正確に検出することができる。
また、基板処理装置１０の組み立て時には、熱電対９４をサセプタ３４の側方から挿入すればよいので、組み立て作業が容易になるものである。

図３において、本発明に係る第２の実施形態が示されている。この第２の実施形態においては、サセプタ３４は回転せず、装置に固定されている。即ち、サセプタ３４は、例えば石英から円筒状の支持台９６上に固定されている。この支持台９６の上端には、上方及び側方に開口する溝９８がサセプタ３４の半径方向に形成されている。そして、サセプタ３４の側面には、前述した挿入部９２が形成されており、熱電対９４が支持台９６の溝９８を介してサセプタ３４の挿入部９２に挿入され、熱電対９４の他端は支持台９６の側面に沿って下方に延びている。挿入部９２及び溝９８は、サセプタ３４の半径方向に複数形成し、複数本の熱電対９４を設けることができる。また、熱電対９４のサセプタ３４における位置は、基板２６に近い方がよく、例えばサセプタ９４の厚さの１／２よりも上方に熱電対９４が位置するように、挿入部９２を形成する。なお、挿入部９２は、この実施形態においては、孔として形成しているが、例えばサセプタ３４の下面に開口する溝として形成してもよい。

加熱ユニット５２は、前述した第１の実施形態と同様に、円板形状に形成された支持板５４を備えており、この支持板５４は支持軸４８の上端開口に同心円状に固定されている。支持板５４の上面には支柱を兼ねる複数本の電極５６が垂直に立脚されており、これら電極５６によりヒータ５８が架橋されて固定されている。ヒータ５８の下方には、第１のリフレクタ６２ａ、第２のリフレクタ６２ｂ及び第３のリクレクタ６２ｃが電極５６に支持されて設けられている。電極５６は、例えばコイルばねからなる弾性部材１００が設けられ、この弾性部材１００により、ヒータ５８、第１のリフレクタ６２ａ、第２のリフレクタ６２ｂ及び第３のリクレクタ６２ｃを支持板５４に弾性的に支持している。

この実施形態においても、熱電対９４は、サセプタ３４の側面方向から挿入部９２に挿入されているので、ヒータ５８及びリフレクタ６２ａ〜６２ｃには、熱電対を挿入するための孔が形成されておらず、孔の影響を受けることがなく、サセプタ３４を均一に加熱することができる。また、これにより、サセプタ３４上に置かれている状態での基板２６にも、均一に加熱することができる。
また、熱電対９４は、サセプタ３４の側面方向から挿入部９２に挿入されているので、サセプタ３４の内部でサセプタ３４に密着しており、サセプタ３４の温度を正確に検出することができる。
このため、この実施形態においては、サセプタ３４を回転させなくともサセプタの温度分布を均一にすることができる利点がある。

以上述べたように、本発明は、基板支持体の温度分布を均一にする必要がある半導体処理装置に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体処理装置を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る半導体処理装置の主要部を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る半導体処理装置の主要部を示す断面図である。

符号の説明

１０半導体処理装置
１２基板処理部
２０処理室
２２ゲートバルブ
２６基板
３４基板支持体（サセプタ）
５０昇降機構
５２加熱ユニット
５８加熱装置（ヒータ）
８８回転機構
９２挿入部
９４温度検出手段（熱電対）

Claims

基板を支持する基板支持体と、この基板支持体に支持された状態で基板を処理する処理室と、前記基板支持体より下方に位置し、前期処理室に収納された基板を加熱する加熱装置と、前記基板支持体の温度を検出する温度検出手段とを有する半導体処理装置において、前記基板支持体は、前記基板の半径方向に位置する側面に挿入部を有し、前記温度検出手段は、前記基板支持体の挿入部に挿入されてなることを特徴とする半導体処理装置。