JP2007019068A - 常圧ｃｖｄ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大サイズのリアクタによって小サイズのウェハを高スループットで効率良く均一に成膜処理できるようにする。
【解決手段】
小サイズの複数のウェハＷを大サイズ用のＣＶＤ装置１の保持手段７０にて吸着保持する。この保持状態で大サイズ用のリアクタ８０において前記複数ウェハＷを一度に成膜処理する。この成膜の途中でウェハＷをリアクタ８０から一旦出し、向き変更手段４０で各ウェハＷの向きを変えた後、リアクタ８０に戻し、成膜処理を再開する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、常圧近傍下でウェハに成膜を行なう常圧ＣＶＤ方法及び装置に関する。

一般に、ＣＶＤ装置には、リアクタが設けられている。リアクタは、成膜ヘッドとヒータを含んでいる。ヒータでウェハを加熱するとともに成膜ヘッドから膜原料ガスを吹き付け、成膜を行なう。
特許文献１には枚葉式のＣＶＤ装置が記載されている。この装置は、１つのリアクタに１つの回転ステージが設けられている。この回転ステージに１枚のウェハをセットし、回転ステージを回転させながら成膜するようになっている。
複数のウェハを一度に処理するものとしては、例えば２つのリアクタを備え、各リアクタにウェハを１枚ずつセットして併行処理するものが知られている。
特開平１１−２４３０８６号公報

例えば、１２インチのウェハ用のＣＶＤ装置を有するユーザが、６インチのウェハのＣＶＤ処理をしたい場合、６インチ用の装置を新たに設備するのは無駄が多い。１２インチ用の装置で６インチのウェハを処理するとしても、６インチウェハを１個ずつ枚葉処理するのではスループットを改善できない。また、リアクタを複数設備するのもコストがかかる。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小サイズのウェハを大サイズ用の装置で効率よく処理することを目的とする。

発明者は、上記課題を解決するために、小サイズの複数のウェハを大サイズ用のリアクタで同時に処理することを着想した。一方、その場合、処理の均一性の問題が生じる。すなわち、図６（ａ）に示すように、ウェハとリアクタのサイズが対応している場合には、膜原料ガスがウェハの表面上を放射状に均一に流れ、膜も均一になるのに対し、図６（ｂ）に示すように、大サイズのリアクタに小サイズのウェハを複数配置した場合、ウェハとウェハの間の部分と各ウェハ上とで流通抵抗が異なるため、ガス流が一様でなくなり、膜の均一性が損なわれる。

そこで、本発明は、処理すべきウェハより大きいサイズ用のリアクタを用いて、複数の前記ウェハを一度に常圧近傍下で成膜処理する成膜処理工程を実行し、
この成膜処理工程の途中に、前記複数のウェハの向きを変える向き変更工程を介在させることを特徴とする。

向き変更工程の介在回数は、１回に限らず複数回でもよい。
前記向き変更工程は、前記成膜処理を中断して行なうことが好ましい。成膜処理を中断し、前記複数のウェハを一旦リアクタから出したうえで向き変更を行ない、その後、リアクタに戻し、成膜処理を再開するとよい。

また、本発明は、小サイズの複数のウェハを一度に常圧近傍下で成膜処理可能な大サイズ用のリアクタと、
前記複数のウェハを保持して前記リアクタの成膜処理に供する保持手段と、
前記リアクタによる成膜処理の途中で前記複数のウェハの向きを変える向き変更手段と、
を備えたことを特徴とする。

前記保持手段が、前記リアクタによる成膜処理が行なわれる成膜位置と、この成膜位置から離れた退避位置との間で進退可能になっており、
前記向き変更手段が、前記退避位置において前記複数のウェハの向き変更を行なうことが好ましい。

本発明は、ほぼ常圧下（大気圧近傍下）でのＣＶＤに好適である。ここで、ほぼ常圧（大気圧近傍）とは、１．０１３×１０⁴〜５０．６６３×１０⁴Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡易化を考慮すると、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×１０⁴Ｐａが好ましく、９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、大サイズのリアクタによって小サイズのウェハを高スループットで効率良く均一に成膜処理することができる。大サイズ用の装置が既に設備されている場合には、それに簡易な改変を加えて用いることができ、小サイズ用の装置をまったく新たに設備する必要がなく、低価格化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は、常圧ＣＶＤ装置１を示したものである。常圧ＣＶＤ装置１は、例えば１２インチ用のＣＶＤ装置をベースとするものであり、これを用いてそれより小サイズの６インチのウェハＷを３枚同時に処理するものである。

常圧ＣＶＤ装置１は、ウェハカセット１０と、アライナー２０と、スワッパ３０と、エレベータ４０と、１２インチ用のリアクタ８０と、ハウジング９０を備えている。ハウジング９０にアライナー２０とスワッパ３０とエレベータ４０とリアクタ８０が収容されている。

ウェハカセット１０には、成膜すべき６インチサイズのウェハＷが収容されている。
ウェハカセット１０は、ハウジング９０の外側のアライナー２０近くに横付けされるようになっている。

詳細な図示は省略するが。アライナー２０は、ウェハＷを回転させる回転台と、ウェハＷの外周部のノッチやオリフラの位置を検出するセンサを有し、ウェハＷを回転させながら、ノッチやオリフラの位置を検出し、ウェハＷが一定の方向を向くようにアライメントを行なうようになっている。

アライナー２０には、ロボットアーム２１が付設されている。ロボットアーム２１は、ウェハＷをウェハカセット１０からピックアップしアライナー２０の回転台に載せたり、アライメント後のウェハＷをスワッパ３０に配置したり、成膜済みのウェハＷをスワッパ３０からピックアップしてウェハカセット１０に戻したりするようになっている。

アライナー２０の隣にスワッパ３０が配置されている。
スワッパ３０は、長円形のテーブル３１を有している。テーブル３１は、中心軸３２のまわりに１８０度ごとに回転し、静止するようになっている。静止時には、スワッパ３０の一側部は、中心軸３２よりアライナー２０の側の第１位置３３に配置され、他側部は、中心軸３２を挟んで上記第１位置３３とは１８０°反対側の第２位置３４に配置されることになる。

スワッパ３０のテーブル３１の両側部にはそれぞれ３つ（複数）の円形の穴３５，３５，３５が形成されている。３つの穴３５，３５，３５は、三角格子状に配列されている。各穴３５は、ウェハＷより若干（例えば１ｃｍ程度）大径になっており、内側にウェハＷを配置できるようになっている。穴３５の縁には内側へ突出する爪３６が周方向に離れて３つ（複数）設けられている。これら爪３６，３６…にウェハＷの外周部が引っ掛けられるようになっている。
スワッパ３０の片側の３つの穴３５，３５，３５と他方の側の３つの穴３５，３５，３５は、互いに中心軸３２に関して１８０度回転対象状に配置されている。

図２に示すように、スワッパ３０の第２位置３４の下方にはエレベータ４０が設けられている。
エレベータ４０は、垂直に伸縮する３つ（複数）の伸縮シャフト４１，４１，４１を有している。図１に示すように、伸縮シャフト４１，４１，４１は、第２位置３４の３つの穴３５，３５，３５にそれぞれ対応する位置に配置されている。

各伸縮シャフト４１の上端部に３本のスポーク４２，４２，４２が設けられている。スポーク４２，４２，４２は、互いに１２０度離れて伸縮シャフト４１の上端部から放射状に水平に延びている。スポーク４２の長さは、スワッパ３０の穴３５の半径より若干小さく、６インチのウェハＷの半径と略等しい。各スポーク４２の先端部にはピン４２ｐが設けられている。これらスポーク４２，４２，４２のピン４２ｐ，４２ｐ，４２ｐによってウェハＷを三点支持できるようになっている。

伸縮シャフト４１は、それぞれモータ４３に連結され、このモータ４３によって軸心周りに回転角度を調節可能になっている。ひいては、スポーク４２上のウェハＷの向きを変更可能になっている。モータ４３を含むエレベータ４０は、ウェハＷの向き変更手段を構成している。

伸縮シャフト４１は、引込状態（図２）と突出状態（図３）との間で上下に伸縮するようになっている。図２に示すように、引込状態のときの伸縮シャフト４１の上端部のスポーク４２は、スワッパ３０のテーブル３１より下に位置している。図３に示すように、突出状態のときの伸縮シャフト４１は、穴３５を貫通し、上端のスポーク４２が後記退避位置のヒータ６０の下面に近接するようになっている。

図１及び図２に示すように、スワッパ３０の第２位置３４の隣にリアクタ８０が設けられている。
上述したように、このリアクタ８０は、１２インチのウェハに対応する大きさになっている。リアクタ８０は、１２インチ用の成膜ヘッド５０と、１２インチ用のヒータ６０とで構成されている。これら１２インチ用の成膜ヘッド５０及びヒータ６０は、６インチのウェハＷの３つ分に対応する大きさを有している。

成膜ヘッド５０の上面にガス供給口５１が開口されている。図示は省略するが、膜原料を含む処理ガスの供給源からガス供給路が延び、このガス供給路が成膜ヘッド５０のガス供給口５１に連なっている。これによって、処理ガスが、ガス供給路を経て、成膜ヘッド５０のガス供給口５１から上方へ吹出されるようになっている。
処理ガスとしては、ＴＥＯＳなどのシリコン含有ガスにオゾンを加えるのが好ましい。

成膜ヘッド５０の外周部には、排気口５２が設けられている。排気口５２は、ガス供給口５１を囲むようにして成膜ヘッド５０の上面に開口されている。排気口５２は、真空ポンプ等の排気機構（図示省略）に連なっている。これにより、処理済みのガスを排気口５２から吸引し排気できるようになっている。

ヒータ６０は、成膜ヘッド５０より上の高さに配置されている。図示は省略するが、ハウジング９０の床にはガイドレールが敷設されており、このガイドレールに門型の移動台が移動可能に設けられ、この門型移動台の上部にヒータ６０が設置されている。門型移動台の移動によって、ヒータ６０が、成膜位置（図２において実線）と退避位置（図２の仮想線、図３、図４）との間で水平に進退可能になっている。図２の実線に示すように、成膜位置のときのヒータ６０は、成膜ヘッド５０の真上に少し離れて対峙するようになっている。このとき、門型移動台は成膜ヘッド５０を跨ぐ状態になる。図２の仮想線、図３、図４に示すように、退避位置のときのヒータ６０は、スワッパ３０の第２位置３４及びエレベータ４０の真上に位置するようになっている。

ヒータ６０の下面には、ウェハ保持手段としてサセプタ７０が取り付けられている。サセプタ７０は、ヒータ６０と一緒に成膜ヘッド５０の真上の成膜位置と、エレベータ４０の真上の退避位置との間で進退可能になっている。
図５（ｂ）に示すように、サセプタ７０は、１２インチのウェハに対応する大きさを有し、６インチのウェハＷの場合、３つ分に対応する大きさを有している。

図５（ｃ）に示すように、真空ポンプ７１からの吸引路７２がヒータ６０を貫通し、サセプタ７０の上面の中央部に達している。同図（ａ）に示すように、サセプタ７０の上面には中央部から３方向に延びる吸引溝７３が形成されている。同図（ｃ）に示すように、この吸引溝７３の先端部から吸引孔７４が下方へ延び、サセプタ７０の下面に達している。同図（ｂ）に示すように、サセプタ７０の下面には放射溝を含む多重環状の吸着溝７５が１２０度間隔で３つ形成されている。この多重環状吸着溝７５の中心に吸引孔７４が連なっている。同図（ｂ）の仮想線に示すように、６インチのウェハＷが、各多重環状吸着溝７５を塞ぐようにしてサセプタ７０の下面に宛がわれ、真空ポンプ７１が駆動されることにより、ウェハＷがサセプタ７０の下面に吸着され保持されるようになっている。
この保持状態でヒータ６０が各ウェハＷを所望の温度（４００〜５００℃）まで加熱し、その温度に維持するようになっている。

上記構成の常圧ＣＶＤ装置１によってウェハＷを成膜処理する動作を説明する。
処理すべき６インチウェハＷの収容されたカセット１０を常圧ＣＶＤ装置１のハウジング９０の脇に横付けする。このカセット１０内のウェハＷをロボットアーム２１にてピックアップし、アライナー２０に載せ、アライメントを行なう。アライメント後のウェハＷをロボットアーム２１にてピックアップするとともに、このウェハＷを上下反転させ、表側の面を下に向け、裏面を上へ向けたうえで、スワッパ３０へ持って行く。そして、スワッパ３０の第１位置３３に位置する穴３５に納める。ウェハＷは、穴３５の周縁の爪３６に引っ掛けられた状態で支持される。
アライナー２０及びロボットアーム２１は、この動作を３回繰り返す。これによって、スワッパ３０の第１位置３３の３つの穴３５にそれぞれウェハＷを設置する。

次に、スワッパ３０を中心軸３２のまわりに１８０°回転させる。これにより、上記３つのウェハＷの設置された側が、第１位置３３から第２位置３４へ移動される。

サセプタ７０付きヒータ６０は、エレベータ４０の真上に位置させておく。
次いで、エレベータ４０の伸縮シャフト４１を引込状態から上方へ伸張させる。これにより、スポーク４２のピン４２ｐがウェハＷに当接し、更にウェハＷを穴３５から持ち上げる。３つの伸縮シャフト４１，４１，４１は同期して一緒に伸張し、３つのウェハＷ，Ｗ，Ｗを同時に持ち上げる。

これらウェハＷ，Ｗ，Ｗを、サセプタ７０から僅かに（例えば５ｍｍ程度）下方に離した位置で一旦止め、ヒータ６０で遠隔的に加熱する。この遠隔加熱を例えば約３０秒間行ない、ウェハＷを途中まで昇温した後、各スポーク４２に付加したリフトレバー（図示せず）によってウェハＷを押し上げ、サセプタ７０の下面にくっつける。このとき、各ウェハＷがサセプタ７０の各吸着溝７５に被さる。この当接状態で、ウェハＷが更にヒータ６０によって例えば約３０秒間加熱され、所望温度（４００〜５００℃）に達する。ウェハＷの当接前ひいては後述する吸着前に予め遠隔的に加熱しているので、ウェハＷの反りを防止することができる。

その後、図３に示すように、真空ポンプ７１を作動してサセプタ７０の各吸着溝７５を吸引し、各ウェハＷをサセプタ７０の下面に吸着する。伸縮シャフト４１は、収縮されてスワッパ３０の穴３５を通してスワッパ３０より下方に位置される。

次いで、図２に示すように、ヒータ６０ひいては３つのウェハＷ，Ｗ，Ｗを成膜ヘッド５０の真上の成膜位置へ移動させる。
そして、成膜ヘッド５０のガス供給口５１から例えばＴＥＯＳ＋Ｏ_３等の処理ガスを上方へ吹出す。これによって、処理ガスが、ウェハＷの下向きの表側面に接触し、例えばＮＳＧ膜等のＳｉ系膜が成膜されていく。
ここで、ウェハＷと成膜ヘッド５０の間のギャップよりもサセプタ７０の露出部分と成膜ヘッド５０のギャップのほうが広く、そこに処理ガスが流れ込もうとするため、ウェハＷ上でのガス流れは一様ではない（図６（ｂ）参照）。

上記の不均一を解消するために、途中まで成膜された時点で、成膜を中断する。この中断時点は、例えば成膜所要時間の全体のちょうど半分の時間だけ経過した時点とする。例えば、全体の所要時間が４分間であれば、成膜開始から２分経過後とする。

そして、図４に示すように、ヒータ６０を退避位置へ退避させ、サセプタ７０の下面のウェハＷをエレベータ４０の真上に位置させる。併行して、３本の伸縮シャフト４１をスワッパ３０の穴３５を通して上へ伸張させ、スポーク４２をサセプタ７０の直近下方に位置させる。
次いで、真空ポンプ７１による真空吸着を解除し、各ウェハＷをサセプタ７０の下面からスポーク４２のピン４２ｐ上に移し変える。
そして、モータ４３によって各伸縮シャフト４１を軸線まわりに１８０度回転させる。これにより、各ウェハＷの向きが１８０度変更される。

その後、ウェハＷを再びサセプタ７０の下面に吸着し、ヒータ６０と一緒に成膜ヘッド５０の真上の成膜位置に戻す。そして、成膜ヘッド５０からの処理ガス吹出しを再開し、残り半分の成膜を行なう。
ウェハＷが１８０度向きを変えられているので、前半とは１８０度違ったガス流れが各ウェハＷ上に形成される。したがって、ガス流が一様でなくても（図６（ｂ））、成膜の前半と後半を通して見ると平均化することができる。これによって、膜の均一性を確保することができる。ウェハＷの向き変更は、成膜位置から外して行なうので、成膜流に影響が及ぶことがない。
また、大サイズ用の常圧ＣＶＤ装置１によって小サイズのウェハＷを３枚（複数枚）同時に成膜処理するものであるので、スループットを向上でき、処理の効率化を図ることができる。
大サイズ用の装置を有している場合には、それをほとんどそのまま使用でき、小サイズ用の装置を新たに設備する必要もなく、低価格化を図ることができる。
エレベータ４０の伸縮シャフト４１を回転させることによりウェハＷの向き変更を行なっているので、ヒータ６０やサセプタ７０を回転式構造にする必要がなく、大掛かりな改変をしなくて済み、コストダウンを図ることができる。

成膜処理の終了後、成膜ヘッド５２からのガス供給を停止するとともに、ヒータ６０を退避位置へ退避させ、サセプタ７０の下面のウェハＷをエレベータ４０の真上に位置させる。併行して、３本の伸縮シャフト４１をスワッパ３０の穴３５を通して上へ伸張させ、スポーク４２をサセプタ７０の直近下方に位置させる。そして、サセプタ７０による吸着を解除し、各ウェハＷをスポーク４２上に移す。次いで、伸縮シャフト４１を収縮させてウェハＷを下降させる。スポーク４２がスワッパ３０の第２位置３４の穴３５を通り過ぎるとき、ウェハＷの外周部は穴３５の内周の爪３６に引っ掛かる。これにより、ウェハＷが穴３５に収納された状態で支持される。さらに、伸縮シャフト４１を収縮させ、スポーク４２をスワッパ３０のテーブル３１より下に位置させる（図２）。

次に、スワッパ３０を中心軸３２のまわりに１８０°回転させ、成膜済ウェハＷの設置された側を第１位置３３に移動させる。ここで、成膜済ウェハＷを例えば１分間静置し冷却させる。
その後、ロボットアーム２１によって成膜・冷却済ウェハＷをピックアップし、カセット１０に移す。

なお、図４に示すように、上記ウェハＷのリアクタ８０での成膜処理の実行期間中、これと併行して、ロボットアーム２１によって、次に処理すべきウェハＷをカセット１０からピックアップし、アライナー２０でアライメントしたうえで、テーブル３１のもう一方の側の穴３５に設置する操作を行なう。これにより、スループットの一層の短縮を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、成膜途中でのウェハＷの向き変更は、１回だけでなく複数回行うようになっていてもよく、ウェハＷを回転させる角度は１８０°に限られず、上記向き変更回数等に応じて適宜設定できる。
ウェハの向き変更は、ウェハＷをアライナー２０まで戻した後、このアライナー２０の設定を１８０°変更することによって行なうことにしてもよい。この場合、アライナー２０が向き変更手段を構成することになる。
サセプタ７０に吸着された状態のまま向き変更するようになっていてもよい。
向き変更手段は、複数のウェハＷを互いに共通の１つの軸のまわりに回転させるようになっていてもよい。
１つの大サイズリアクタで同時成膜する小サイズウェハの枚数は、３つに限られず、２つでもよく、４つ以上でもよい。

実施例を説明するが、本発明がこの実施例に限定されるものでないのは当然である。
図１と同様の１２インチウェハ用のＣＶＤ装置を用いて６インチウェハを３枚並べてＮＳＧ膜を成膜した。目標膜厚は、９０００オングストロームとした。
約４５００オングストロームまで成膜後、各ウェハを１８０度回転させ、さらに４５００オングストローム成膜した。
その後、３つのウェハの各々について膜厚の均一性を測定した。測定は各ウェハにつき１７ポイント（ウェハの外縁から５ｍｍの部分を除く）で行い、次式にしたがって均一性評価を行なった。
均一性(±％)＝(最大膜厚―最小膜厚)÷(平均膜厚)×(１／２)×１００(％)
ここで、最大膜厚は、１７ポイントの測定膜厚のうちの最大値であり、最小膜厚は、１７ポイントの測定膜厚のうちの最小値であり、平均膜厚は、１７ポイントの測定膜厚の平均値である。
その結果、３つのウェハにつきそれぞれ±２．４８％、±２．４８％、±２．４８％となった。また、３つのウェハ全体の５１ポイントについて上記均一性の式を当てはめると、±３．８６％となった。

[比較例]
比較例として、実施例と同じ装置を用い、途中向きを変更せずに９０００オングストロームまで成膜し、上記実施例１と同様に各ウェハ、１７ポイントについて膜厚の均一性を測定したところ、±３．４８％、±３．９６％、±３．２７％となった。３つのウェハ、５１ポイントでは、±４．９７％となった。
これにより、途中向き変更することにより均一性を向上できることが確認された。

この発明は、例えば半導体製造分野においてウェハにＳｉ系膜などを成膜するのに適用可能である。

本発明の一実施形態に係る常圧ＣＶＤ装置を概略的に示す平面図である。 上記常圧ＣＶＤ装置の正面図である。 上記常圧ＣＶＤ装置を、エレベータからヒータへのウェハ受け渡し時の状態で示す正面図である。 上記常圧ＣＶＤ装置を、成膜途中でのウェハの向き変更時の状態で示す正面図である。 （ａ）は、上記常圧ＣＶＤ装置のサセプタの平面図であり、（ｂ）は、上記サセプタの底面図であり、（ｃ）は、ヒータ及びサセプタの断面図である。 成膜ヘッドと対応する大きさの１つのウェハを成膜する様子を示す解説平面図である。 成膜ヘッドより小さいサイズのウェハを３つ同時に成膜する様子を示す解説平面図である。

符号の説明

Ｗ ウェハ
１ 常圧ＣＶＤ装置
１０ ウェハカセット
２０ アライナー
２１ ロボットアーム
３０ スワッパ
３１ テーブル
３２ 中心軸
３３ スワッパの第１位置
３４ スワッパの第２位置
３５ 穴
３６ 爪
４０ エレベータ（向き変更手段）
４１ 伸縮シャフト
４２ スポーク
４３ モータ
５０ 成膜ヘッド
５１ ガス供給口
５２ 排気口
６０ ヒータ
７０ サセプタ（保持手段）
８０ リアクタ
９０ ハウジング

Claims (4)

1. 処理すべきウェハより大きいサイズ用のリアクタを用いて、複数の前記ウェハを一度に常圧近傍下で成膜処理する成膜処理工程を実行し、
   この成膜処理工程の途中に、前記複数のウェハの向きを変える向き変更工程を介在させることを特徴とする常圧ＣＶＤ方法。
2. 前記向き変更工程は、前記成膜処理を中断して行なうことを特徴とする請求項１に記載の常圧ＣＶＤ方法。
3. 小サイズの複数のウェハを一度に常圧近傍下で成膜処理可能な大サイズ用のリアクタと、
   前記複数のウェハを保持して前記リアクタの成膜処理に供する保持手段と、
   前記リアクタによる成膜処理の途中で前記複数のウェハの向きを変える向き変更手段と、
   を備えたことを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。
4. 前記保持手段が、前記リアクタによる成膜処理が行なわれる成膜位置と、この成膜位置から離れた退避位置との間で進退可能になっており、
   前記向き変更手段が、前記退避位置において前記複数のウェハの向き変更を行なうことを特徴とする請求項３に記載の常圧ＣＶＤ装置。

Images