JP2007095754A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理後の残留ガス成分と基板表面との反応を基板面内で均一化し、基板面内の基板処理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を提供する。
【解決手段】処理室内に基板を搬入し、処理室内に処理ガスを供給して基板を処理し、その後、基板処理後の処理室内を処理室内の処理済基板を回転させた状態でパージし基板処理後の残留ガス成分と基板表面との反応を基板表面内で均一化し、処理済基板を処理室より搬出する。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、シリコン等の半導体ウエハよりＩＣ等の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置（半導体デバイス）を製造する工程には、熱ＣＶＤ法により基板であるシリコン等の半導体ウエハ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。

アモルファスシリコン膜の形成を行うには、低温での成膜が必要となるが、ＳｉＨ_４ガスなどを用い、活性化エネルギーが大きな領域で成膜を行った場合、基板の面内温度分布の影響を受けやすくなる。そのため、基板面内の膜厚均一性を向上させるためには、基板の面内温度分布の均一化が必要であった。

一方、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスなどを用い、活性化エネルギーの小さな領域で成膜を行った場合、基板の面内温度分布の影響は小さくなり、ＳｉＨ_４ガスなどを用いた場合と比べ、基板面内の膜厚均一性は向上する。しかしながら、ガス流れの影響を強く受ける領域での成膜となるため、従来の排気方法では、成膜後の残留ガス成分と基板表面が反応し、基板面内の膜厚均一性を劣化させてしまうという問題があった。

従って、本発明の主な目的は、基板処理後の残留ガス成分と基板表面との反応を基板面内で均一化し、基板面内の基板処理の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を提供することにある。

本発明によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
基板処理後の前記処理室内をパージする工程と、
処理済基板を前記処理室より搬出する工程と、を有し、
前記処理室内をパージする工程は、前記処理室内の処理済基板を回転させた状態で行うことを特徴とする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、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
前記処理室内にパージガスを供給する供給系と、
前記処理室内で基板を支持する支持具と、
前記支持具を回転させる回転機構と、
前記基板を支持した前記支持具を回転させた状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理した後、前記支持具の回転を維持した状態で、前記処理室内にパージガスを供給して前記処理室内をパージするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、基板処理後の残留ガス成分と基板表面との反応を基板面内で均一化し、基板面内の基板処理の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。

次に本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例では、基板を処理する処理室、処理室内で基板を支持する支持体、基板加熱手段、ガス排出手段とを有する半導体製造装置を用いて、処理ガスの供給停止後もパージガスを導入するとともに、支持体の回転運動を続けることで、基板表面と処理室内の残留ガスとの反応を均一化し、基板面内の膜厚均一性劣化を抑制することを可能にしている。

次に、本発明の好ましい一実施例を図面を参照してより詳細に説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の好ましい一実施例に使用する基板処理装置の概要を説明する。

なお、本実施例に使用す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。

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。

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。

図１に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはノッチまたはオリエンテーションフラット合わせ装置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。

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。

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。

次に、図３を参照して、本実施例で用いられる処理炉を説明する。
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３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。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。

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。

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。

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。

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２８３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）２８５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２９３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。

この処理炉２０２は、３５０℃〜９００℃の温度、１０００Ｐａ〜５００００Ｐａまでの圧力で、単一基板毎の処理を可能とする。

以下、上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。

図１、２を参照すれば、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。

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、後述するように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。

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。

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。

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。

次に、処理炉２０２における基板処理の一例として、本実施例では、半導体装置の製造工程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。

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３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をウエハ昇降装置２７５のウエハ突上ピン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。

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。

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２８９の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部３０４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、メイン排気口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を経由してメイン排気口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。

予め選定された所定の処理時間が経過すると、処理ガス２３０の供給は停止される。同時にパージガスが供給管２３２に導入される。ガス供給管２３２に導入されたパージガスは、シャワープレート２４０の各ガス吹出口２４７からウエハ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パージガスはカバープレート２４８の上方空間を通って、排気バッファ空間２４９を経由してメイン排気口２３５に吸い込まれて排気されて行く。

基板処理後のパージ工程では、従来、処理ガス２３０の供給停止と同時に、サセプタ回転機構２６７の運転を停止していた。そのため、メイン排気口２３５へ流れる残留ガスと基板表面が反応し、ガス流れの影響を受けた膜厚分布となり、膜厚均一性が劣化するという問題があった。

この問題を解決するため、本実施例では、処理ガス２３０の供給停止後もサセプタ回転機構２６７の運転を続け、残留ガスと基板表面が均一に反応するようにした。

処理ガス２３０の供給停止からサセプタ回転機構２６７の運転を停止するまでの時間は５秒から５分が望ましく、パージガスとしてはＮ_２などの不活性ガスを用い、流量は１ｓｌｍ〜３１ｓｌｍ、パージ時間は５秒〜５分間が望ましい。パージ時間の延長は、スループットの低下に直結するため、本実施例では、パージガス流量を２１ｓｌｍ、パージ時間を３０秒間としている。パージガス流量、パージ時間は、使用ガス、処理温度等により、任意に選ばれることはいうまでもない。

本発明は、Ｓｉ_２Ｈ_６ガス等を使用し、活性化エネルギーの小さな領域で成膜を行った場合に、特に効果を発揮する。

本発明を用いることにより、ガス排出口の追加等の改造を実施せずに、成膜後の残留ガス成分と基板表面との反応を均一化し、基板面内の膜厚均一性を向上させることができる。

表１に、処理ガスの供給停止後も基板の回転を維持して不活性ガスによりパージを行った本実施例における膜厚の平均値、最低膜厚、最高膜厚、均一性を示す。なお、ここで、σ％とは、膜厚測定結果の標準偏差を膜厚測定結果の平均値で割った値に１００を掛けた値をいい、±ＭａｘＭｉｎ％とは、膜厚測定結果の最低値と最高値の差の半分を膜厚測定結果の平均値で割った値に１００を掛けた値である。

また、図４に膜厚測定半径と膜厚との関係を示し、図５に基板の面内の膜厚分布を示す。
なお、ここで、「Ｅｄｇｅ １０ｍｍ」とは、ウエハの最外周から内側に向かって１０ｍｍの範囲は膜厚測定を行わないことを示している。本実施例では、直径２００ｍｍのウエハの半径０ｍｍ〜９０ｍｍが膜厚測定範囲となっている。

比較のために、処理ガスの供給停止と同時に基板の回転を停止して不活性ガスによりパージを行った場合の膜厚の平均値、最低膜厚、最高膜厚、均一性を、表２に示す。また、図６に膜厚測定半径と膜厚との関係を示し、図７に基板の面内の膜厚分布を示す。

表１、表２、図４、図５、図６、図７より、本実施例では、膜厚分布が改善され、面内均一性（σ％、±ＭａｘＭｉｎ％）が向上していることがわかる。なお、平均膜厚の増加（約２％）については、本発明により、残留ガスと基板表面が反応したためと推測される。

その後、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。このとき、反応室２０１、反応室サイド空間２０３内に残留する処理ガス２３０は、メイン排気口２３５及び、サイド排出口２０４から排気される。

サイド排気口２０４は、ベローズ２７９の下部に開設され、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続しており、加熱ユニット２５１の昇降によって下側キャップ２２６と回転板２２９との間に生じる反応室サイド空間２０３内を排気できるようになっている。これにより、基板処理後に加熱ユニット２５１が降下する際、回転板２２９により圧縮された反応室サイド空間２０３内のガスを排気し、処理室２０１内へのガスの流れ込み、巻き上げを防いでいる。

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。

ウエハが搬送位置まで下降した後、パージガスのみを反応室２０１に導入しながら、メイン排気口２３５及び、サイド排気口から反応室２０１内を排気する。これにより、反応室２０１内は、パージガスで急速に置換される。また、十分に反応室２０１が置換された後、チャック排気口２０６から、加熱ユニット空間２０５の排気を行うため、残留ガス成分とヒータ２１７との反応は抑制される。

チャック排気口２０６は、加熱ユニット２５１の下部に開設され、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続しており、加熱ユニット空間２５０内は排気装置によって排気できるようになっている。これにより、メイン排気口２３５で真空引きされている処理室２０１と加熱ユニット空間２０５に差圧が生じ、サセプタ２１７が浮き上がることを防いでいる。

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。

本発明の好ましい一実施例の基板処理装置を説明するための概略横断面図である。 本発明の好ましい一実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい一実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい一実施例の膜厚測定半径と膜厚との関係を示す図である。 本発明の好ましい一実施例の基板の面内の膜厚分布を示す図である。 比較例の膜厚測定半径と膜厚との関係を示す図である。 比較例の基板の面内の膜厚分布を示す図である。

符号の説明

１００…ポッド
１０１…筐体
１０３…搬送室
１０５…ＩＯステージ
１０６…オリエンテーションフラット合わせ装置
１０８…ポッドオープナー
１１２…ウエハ移載機
１１５…エレベータ
１２１…搬送室
１２２…予備室
１２３…予備室
１２４…ウエハ移載機
１２５…筐体
１２７…ゲートバルブ
１２８…ゲートバルブ
１２９…ゲートバルブ
１３０…ゲートバルブ
１３４…ウエハ搬入搬出口
１３７…処理炉
１３８…処理炉
１３９…処理ユニット
１４０…基板置き台
１４１…基板置き台
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
２２４…上側キャップ
２２５…円筒カップ
２２６…下側キャップ
２２７…回転ドラム
２２８…回転筒
２２９…回転板
２３０…処理ガス
２３２…ガス供給管
２３５…ガス排気口
２３６…シャワーヘッド
２３７…バッファ室
２４０…シャワープレート
２４１…マスフローコントローラ
２４３…バルブ
２４４…ゲートバルブ
２４７…ガス吹出口
２４８…カバープレート
２４９…排気バッファ空間
２５０…ウエハ搬入搬出口
２５１…加熱ユニット
２５２…反射板
２５３…電極
２５４…ガイド孔
２５５…ガイド孔
２５６…挿通孔
２５７…配線
２５８…支持板
２６４…放射温度計
２６６…ウエハ突上ピン
２６７…サセプタ回転機構
２６８…昇降機構
２７４…ウエハ突上ピン
２７５…ウエハ昇降装置
２７６…支持軸
２７７…回転軸
２７８…挿通孔
２７９…ベローズ
２８０…支柱
２８１…昇降ブロック
２８２…昇降台
２８３…ハウジング
２８４…固定子
２８５…鉄心
２８６…コイル線材
２８７…カバー
２８８…ブラケット
２８９…回転子
２９０…本体
２９１…鉄心
２９２…永久磁石
２９３…ボールベアリング
２９４…磁気式ロータリーエンコーダ
２９５…磁気センサ
２９６…被検出リング

Claims (1)

1. 処理室内に基板を搬入する工程と、
   前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
   基板処理後の前記処理室内をパージする工程と、
   処理済基板を前記処理室より搬出する工程と、を有し、
   前記処理室内をパージする工程は、前記処理室内の処理済基板を回転させた状態で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
   

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