JP2005183494A

JP2005183494A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2005183494A
Application number: JP2003418834A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Sueyoshi; 守末吉
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【目的】
電極２５３とヒータ２０７を固定する作業を行う場合に、ワッシャ２２の中心がずれて、
固定手段２０が傾いた状態でヒータ２０７と電極２５３が固定された場合に、金属製のワ
ッシャ２１の一部がヒータ２０７に点接触することを防止し、ヒータと金属部品との点接
触による金属部品の融解とその後に生じる放電、及び、ヒータの焼損・破壊を防止するこ
とができる。
【解決手段】
本発明によれば基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱体と、前記加熱体に
電力を供給する電極とを有し、前記電極に前記加熱体を螺子止めする際、少なくともカー
ボンからなる第１のワッシャと、前記第１のワッシャより外径の小さな金属からなる第２
のワッシャとを用い、電極、加熱体、第１のワッシャ、第２のワッシャ、螺子の順序にて
螺子止めすることを特徴とする基板処理装置とするものである。

【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容してヒータによって加熱
した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置が作り込まれる半
導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のための
リフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利
用して有効なものに係わる。

基板処理装置、例えば半導体製造装置の処理室構造の一例を図４に示す。図４は処理室
の縦断面構造を示している。

図４において、２００はウエハ、２０１は処理室、２１７はサセプタ、２２８は回転筒、
２０７はヒータ、２６４は放射温度計を示している。被処理基板であるウエハ２００は、
回転筒２２８の上に設けられたサセプタ２１７に保持されるようになっている。また、ウ
エハ２００は、ヒータ２０７によって加熱されたサセプタ２１７を介して処理に適した温
度に加熱され、処理室２０１内に所望のガスが供給されることによってウエハに所望の処
理が施されるようになっている。ヒータ２０７の出力は放射温度計２６４にて非接触で測
定されたサセプタ２１７の裏面温度をもとに温度制御部（図示せず）によって制御されて
いる。ヒータ（加熱体）２０７は電極２５３の上端面に固定手段１によって固定され、前
記電極２５３から前記ヒータ２０７に電力を供給することで、前記ヒータ２０７の温度が
上がるようになっている。

図６にヒータ２０７を電極２５３に固定する固定手段１の従来例を示す。
１０は例えばニッケル（Ｎｉ）からなる金属（即ち、導電性を有する）の螺子、１６は絶
縁体、１７は絶縁基材、１１、１４は例えばニッケル（Ｎｉ）からなる金属の（即ち、導
電性を有する）ワッシャ、１２，１３は例えばカーボンからなる（即ち、導電性を有する
）ワッシャ、２０７はヒータ（加熱体）、２５３は電極を示している。
絶縁基材１７の上にヒータ２０７を設け、前記ヒータ２０７の上面は絶縁体１６により被
覆されている。前記絶縁基材１７、ヒータ２０７、絶縁体１６に挿通孔９が設けられ、電
極２５３の上端面には螺子１０が螺合する螺子穴が設けられている。図６に示すように、
電極２５３の上端面にワッシャ１３、ワッシャ１４を介してヒータ２０７が設けられる。
前記ヒータ２０７の挿通孔９付近の絶縁体１６が除去され、導電性のワッシャ１２が直接
ヒータ２０７に面接触するよう嵌合されている。前記ワッシャ１２の上には、ワッシャ１
２の外径よりも大きな外径を持つ金属製のワッシャ１１が設けられ、螺子１０を用いてヒ
ータ２０７と電極２５３が固定されている。

しかしながら、上述した図６の様な固定手段の構成では、ヒータを電極に固定する作業
時、図５に示すように、ワッシャ１２の中心がずれてワッシャ１２の一部が絶縁体１６に
て支持され、固定手段１が傾いた状態で固定される場合がある。この様な状態でヒータが
電極に固定（接続）されると、ヒータと電極は非常に少ない接触面積にて接続されること
とになり、前記接触面に過度の電流が流れる。特に、図６に示す従来例では、金属製のワ
ッシャ１１の外径がカーボン製のワッシャ１２の外径よりも大きいため、金属製のワッシ
ャ１１がヒータ２０７に非常に少ない面積で接触（点接触）する場合がある。その場合、
ワッシャ１１が異常発熱し、ワッシャ１１の融解が生じる。そして、前記ワッシャ１１の
融解により、ワッシャ１１とヒータ２０７の間に微小間隔が生じると、前記微小間隔にお
いて放電（スパーク）が発生してさらに発熱し、最終的にはヒータ２０７の焼損、破壊を
引き起こす虞があった。

上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものであ
る。すなわち、本発明は請求項１に記載のように、基板を処理する処理室と、前記基板を
加熱する加熱体と、前記加熱体に電力を供給する電極とを有し、前記電極に前記加熱体を
螺子止めする際、少なくともカーボンからなる第１のワッシャと、前記第１のワッシャよ
り外径の小さな金属からなる第２のワッシャとを用い、電極、加熱体、第１のワッシャ、
第２のワッシャ、螺子の順序にて螺子止めすることを特徴とする基板処理装置とするもの
である。

本発明によれば、基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱体と、前記加熱体
に電力を供給する電極とを有し、前記電極に前記加熱体を螺子止めする際、少なくともカ
ーボンからなる第１のワッシャと、前記第１のワッシャより外径の小さな金属からなる第
２のワッシャとを用い、電極、加熱体、第１のワッシャ、第２のワッシャ、螺子の順序に
て螺子止めするようにしたので、螺子が加熱体に対して傾いた状態で固定されたとしても
、第２のワッシャが加熱体に接触するのを防止できる。
また、本発明の他の実施例によれば、基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱
体と、前記加熱体に電力を供給する電極とを有し、前記電極の上面端部にて前記加熱体を
支持し、上方より螺子にて前記電極と前記加熱体とを固定する固定手段とを有する基板処
理装置であって、前記固定手段は、前記加熱体の上面に絶縁体を被覆し、前記螺子周囲の
前記絶縁体を除去して第１のワッシャを嵌合し、前記第１のワッシャの上面に前記第１の
ワッシャーの外径より小さい外径を持つ第２のワッシャを設け、前記第２のワッシャーの
周囲に絶縁性を有する第３のワッシャーを設け、前記第３のワッシャの内径を第２のワッ
シャの外径より大きく第１のワッシャの外径より小さくし、前記第３のワッシャの外径を
第１のワッシャの外径より大きくし、さらに前記螺子の頭部の外径を前記第３のワッシャ
の内径より大きくする様な構成を有するので、電極と加熱体を固定する作業を行う場合に
、第１のワッシャの中心がずれて、固定手段が傾いた状態で加熱体と電極が固定されたと
しても、金属製の第２のワッシャの一部が加熱体に点接触することが防止されると共に、
金属製の螺子の頭頂部端部が加熱体に点接触することも防止できる。これにより、加熱体
と金属部品との点接触による金属部品の融解とその後に生じる放電、及び、ヒータの焼損
・破壊を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

図２および図３に於いて、本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装
置の概要を説明する。

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（ｆｒｏｎｔｏｐｅｎｉｎｇｕｎｉｆｉｅｄｐｏｄ。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２を基準
とする。すなわち、図２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。

図２および図３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。

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。

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１
２１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。

図２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３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。

図２および図３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。

図２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、第三の処理炉としての第一
のクーリングユニット１３８と、第四の処理炉としての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。

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。

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２および図３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。

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。

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。

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。

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。

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１
１２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２
０２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。

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１３
８から第一の搬送室１０３に搬出される。

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。

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１
００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。

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。

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２
０２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。

次に、本発明が適用される基板処理装置の処理炉にて行われる処理の一例として、枚葉
式ＣＶＤ炉を用いたウエハ等の基板への成膜処理について、簡単に説明する。

図４に示されているように、本発明に係る処理炉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（半導体ウ
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。

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２４４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４に図示しないウエハ移載装
置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
装置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。

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。
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の前面に対し、均一に排気
が行われるように作用している。
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。

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。
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。

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。

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。即ち、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（加熱体）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。
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。

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。

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２２
７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２
１７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。

図４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。

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。

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２５
６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２
６６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２
０７の加熱を妨げないようになっている。

図４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。

昇降台２８２に設置されたサセプタ回転機構（回転手段）２６７にはブラシレスＤＣモー
タが使用されており、出力軸（モータ軸）が中空軸に形成されて回転軸２７７として構成
されている。サセプタ回転機構２６７はハウジング２８３を備えており、ハウジング２８
３が昇降台２８２の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング２８３の内周
面には電磁石（コイル）によって構成された固定子（ステータ）２８４が固定されている
。すなわち、固定子２８４はコイル線材（エナメル被覆銅線）２８６が鉄心（コア）２８
５に巻装されて構成されている。コイル線材２８６には図示しないリード線がハウジング
２８３の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子
２８４はブラシレスＤＣモータのドライバ（図示せず）から電力をコイル線材２８６にリ
ード線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。

固定子２８４の内側には回転子（ロータ）２８９がエアギャップ（隙間）を設定されて同
心円に配置されており、回転子２８９はハウジング２８３に上下のボールベアリング２９
３を介して回転自在に支承されている。すなわち、回転子２８９は円筒形状の本体２９０
と鉄心（コア）２９１と複数個の永久磁石２９２とを備えており、本体２９０には回転軸
２７７がブラケット２８８によって一体回転するように固定されている。鉄心２９１は本
体２９０に嵌合されて固定されており、鉄心２９１の外周には複数個の永久磁石２９２が
周方向に等間隔に固定されている。鉄心２９１と複数個の永久磁石２９２とによって環状
に配列された複数の磁極が形成されており、固定子２８４の形成する回転磁界が複数個の
磁極すなわち永久磁石２９２の磁界を切ることにより、回転子２８９が回転するようにな
っている。

上下のボールベアリング２９３は回転子２８９の本体２９０の上下端部にそれぞれ設置さ
れており、上下のボールベアリング２９３には本体２９０の熱膨張を吸収するための隙間
が適宜設定されている。このボールベアリング２９３の隙間は本体２９０の熱膨張を吸収
する一方で、最小のがたつきに抑制するために、５〜５０μｍに設定されている。なお、
ボールベアリングの隙間とはボールをアウタレースまたはインナレースのいずれか片側に
寄せた場合に反対側に発生する隙間を意味している。

固定子２８４と回転子２８９との対向面には二重筒壁を構成する外側と内側の囲い部材で
あるカバー２８７とが互いに対向されて、ハウジング２８３の内周面と本体２９０の外周
面とにそれぞれ固定されており、それぞれのカバー２８７との間には所定のエアギャップ
（隙間）が設定されている。カバー２８７は非磁性体であるステンレス鋼が使用されて、
筒壁の厚さが極薄い円筒形状にそれぞれ形成されており、円筒の上下開口端においてハウ
ジング２８３および本体２９０に電子ビーム溶接によって全周にわたって確実かつ均一に
固着されている。カバー２８７は非磁性体であるステンレス鋼で極薄く形成されているた
め、磁束の拡散を防止してモータ効率の低下を防止するばかりでなく、固定子２８４のコ
イル線材２８６および回転子２８９の永久磁石２９２の腐食を防止することができ、かつ
また、コイル線材２８６等による処理室２０１の内部の汚染を確実に防止することができ
る。カバー２８７は固定子２８４を気密シール状態に囲うことにより、固定子２８４を真
空雰囲気となる処理室２０１の内部から完全に隔絶している。

また、サセプタ回転装置には磁気式ロータリーエンコーダ２９４が設置されている。すな
わち、磁気式ロータリーエンコーダ２９４は磁性体からなる被検出体としての被検出リン
グ２９６を備えており、被検出リング２９６は鉄等の磁性体が使用されて円形リング形状
に形成されている。被検出リング２９６の外周には被検出部としての歯が多数個環状に配
列されている。

ハウジング２８３の被検出リング２９６の対向位置には被検出リング２９６の被検出部で
ある各歯を検出する磁気センサ２９５が設置されている。磁気センサ２９５の先端面と被
検出リング２９６の外周面との隙間（センサギャップ）は、０．０６〜０．１７ｍｍに設
定されている。磁気センサ２９５は被検出リング２９６の回転に伴うこれらの対向位置に
おける磁束変化を磁気抵抗素子によってそれぞれ検出するように構成されている。磁気セ
ンサ２９５の検出結果はブラシレスＤＣモータすなわちサセプタ回転機構２６７の駆動制
御部に送信されて、サセプタ２１７の位置認識に使用されるとともに、サセプタ２１７の
回転量の制御に使用される。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２
５７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。

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。

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２
７５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２１
７から浮き上がらせる。

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４に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を移載して受け取る。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。

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をサセプタ２１７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。

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、２７
４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４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。

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。

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。すなわち、サセプタ回転機構２６７が運転されると、固定子２８４の回転磁界が
回転子２８９の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子２８９が回転するため、回
転子２８９に固定された回転軸２７７によって回転ドラム２２７が回転する。この際、サ
セプタ回転機構２６７に設置された磁気式ロータリーエンコーダ２９４によって回転子２
８９の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部に送信され、この信号に基づいて回転
速度等が制御される。

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。

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２２
７の回転作動が安定した時点で、図４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。

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。

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２
００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。
なお、一例まで、本実施例の処理炉２０２にて処理される処理条件は、Ｄ−Ｐｏｌｙ膜の
成膜において、ウエハ温度は約７００℃、ガス種およびガス供給量は、それぞれＳｉＨ４
、約０．３ＳＬＭ、処理圧力は約３６０００Ｐａである。

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すなわち回転子２８９の回転位置はサセプタ回転機構２６７
に設置された磁気式ロータリーエンコーダ２９４によって時々刻々と監視されているため
、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。

サセプタ回転機構２６７の運転が停止されると、前述に示されているように、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２８
２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。

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。

次に、図１を用いて、本発明におけるヒータと電極を固定する固定手段２０の詳細を説明
する。図１において、１０は例えばニッケル（Ｎｉ）からなる金属（即ち、導電性を有す
る）の螺子、１６は絶縁体、１７は絶縁基材、２１、２４は例えばニッケル（Ｎｉ）から
なる金属の（即ち、導電性を有する）ワッシャ、２２，２３は例えばカーボンからなる（
即ち、導電性を有する）ワッシャ、２５は例えばアルミナからなる（即ち、絶縁性を有す
る）ワッシャ、２０７はヒータ（加熱体）、２５３は電極を示している。

絶縁基材１７の上にヒータ２０７を設け、前記ヒータ２０７の上面は絶縁体１６により被
覆されている。前記絶縁基材１７、ヒータ２０７、絶縁体１６に挿通孔９が設けられ、電
極２５３の上端面には螺子１０が螺合する螺子穴が設けられている。図１に示すように、
電極２５３の上端面にワッシャ２３、ワッシャ２４を介してヒータ２０７が設けられる。
前記ヒータ２０７の挿通孔９付近の絶縁体１６が除去され、導電性のワッシャ２２（第１
のワッシャ）が直接ヒータ２０７に面接触するように嵌合されている。ワッシャ２２上に
は、外径がワッシャ２２より小さいワッシャ２１（第２のワッシャ）が設けられる。
前記ワッシャ２１の周囲に絶縁性のワッシャ２５（第３のワッシャ）が設けられ、前記ワ
ッシャ２５の内径はワッシャ２１の外径より大きくてワッシャ２２の外径より小さく、又
、前記ワッシャ２５の外径は第１のワッシャ２２の外径よりも大きい。即ち、前記ワッシ
ャ２５にてワッシャ２２と絶縁体１６との境界部の周囲を覆うようになっている。螺子１
０の頭頂部はワッシャ２５の内径より大きくなっており、螺子１０の頭頂部端部３０の下
側に絶縁部材（即ち、ワッシャ２５）が配置されるようになっている。そして、前記螺子
１０を前記電極２５３の螺子穴に螺合することで、ヒータ２０７と電極２５３とを固定す
る。

本発明では、上述したように、金属製のワッシャ２１の外径をワッシャ２２の外径より小
さくし、さらに、金属製の螺子１０の頭頂部端部３０の下側に絶縁部材（即ち、ワッシャ
２５）を配置するようにしたので、電極２５３とヒータ２０７を固定する作業を行う場合
に、ワッシャ２２の中心がずれて、固定手段２０が傾いた状態でヒータ２０７と電極２５
３が固定されたとしても、金属製のワッシャ２１の一部がヒータ２０７に点接触すること
を防止すると共に、金属製の螺子１０の頭頂部端部３０がヒータ２０７に点接触すること
も防止できる。これにより、ヒータと金属部品との点接触による金属部品の融解とその後
に生じる放電、及び、ヒータの焼損・破壊を防止することができる。

尚、本実施の形態においては、固定手段２０が傾いた状態で固定された場合、カーボン製
のワッシャ２２はヒータ２０７と点接触するが、カーボンの融点は２５００℃以上と高い
ため（金属、例えば鉄の融点は１５００℃程度）、ヒータ２０７の焼損・破壊を引き起こ
すことはない。本明細書でいう「螺子」とは、頭部に＋や−の刻印が為されたもののみで
なく、頂部が六角形にカットされたもの（ボルト）や、頂部に六角形の穴が刻印されたも
の（六角穴付きボルト）などを含むのは云うまでもない。

本発明が適用されるヒータと電極を固定する固定手段の概略図（縦断面図）本発明の基板処理装置を示す概略図（横断面図）本発明の基板処理装置を示す概略図（縦断面図）本発明における基板処理装置の処理炉の概略図（縦断面図）従来におけるヒータと電極を固定する固定手段の概略図２（縦断面図）従来におけるヒータと電極を固定する固定手段の概略図１（縦断面図）

符号の説明

１固定手段
９挿通孔
１０螺子
１１ワッシャ
１２ワッシャ
１３ワッシャ
１４ワッシャ
１６絶縁体
１７絶縁基材
２０固定手段
２１ワッシャ（第２のワッシャ）
２２ワッシャ（第１のワッシャ）
２３ワッシャ
２４ワッシャ
２５ワッシャ（第３のワッシャ）
３０螺子の頭頂部端部
２０２処理炉
２００ウエハ
２０１処理室
２０７ヒータ
２１７サセプタ
２２３チャンバ
２２８回転筒
２３０処理ガス
２３２ガス供給管
２３５ガス排気口

Claims

基板を処理する処理室と、
前記基板を加熱する加熱体と、
前記加熱体に電力を供給する電極と
を有し、
前記電極に前記加熱体を螺子止めする際、
少なくともカーボンからなる第１のワッシャと、前記第１のワッシャより外径の小さな金
属からなる第２のワッシャとを用い、
電極、加熱体、第１のワッシャ、第２のワッシャ、螺子の順序にて螺子止めすること
を特徴とする基板処理装置。