JP2010086985A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理状態でのウェーハ周辺部の温度低下を防止し、膜厚の均一性の向上を図る。
【解決手段】基板８を処理する処理室３１と、該処理室内で基板を支持する基板支持部３６とを具備し、該基板支持部は基板の中心に向って延出する基板支持ピン３８を有し、基板は該基板支持ピンに載置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の基板に、酸化膜や金属膜や半導体膜を形成する成膜、アニール、酸化、拡散及びリフロー等の処理を行う基板処理装置に関するものである。

基板処理装置には、所定枚数の基板（ウェーハ）を一度に処理するバッチ式の基板処理装置、或は基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置とがある。

以下、枚葉式の基板処理装置について説明する。尚、図４は枚葉式基板処理装置に用いられる処理炉の概略を示している。

気密なチャンバ１は、内部が遮光プレート２によって上下に仕切られ、仕切られた上部空間は処理室３となっている。前記遮光プレート２の中央には円形の開口４が形成され、該開口４と同心に配置された均熱リング５が前記遮光プレート２の下側に設けられ、前記均熱リング５は図示しない駆動部によって回転される回転テーブル６に支持されている。前記均熱リング５の下側にリング状の基板支持部７が形成され、該基板支持部７にウェーハ８が保持される様になっている。

前記回転テーブル６の下方にはランプを加熱源とする加熱装置９が配設されている。尚、前記均熱リング５及び前記基板支持部７は、炭化珪素、石英、アルミナ製である。

前記チャンバ１の天井部の壁面に近い位置にガス供給管１１が連通され、該ガス供給管１１の反対側の壁面にはガス排気口１２が設けられている。尚、図中１３はウェーハ８の搬入出口、１４は該搬入出口１３を気密に閉塞するゲート弁である。

処理されるウェーハ８は前記搬入出口１３より搬入され、前記基板支持部７に載置され、ウェーハ８は前記基板支持部７によって外周部全周に亘って支持される。

前記加熱装置９により前記ウェーハ８を加熱し、前記ガス供給管１１より処理ガス１５を導入すると共に前記ガス排気口１２より排気し、ウェーハ８の表面に成膜等所要の処理を行う。

上記した従来の基板処理装置では、ウェーハ８の外周部全周（例えば約２ｍｍ）が前記基板支持部７と重合状態となり、該基板支持部７によってウェーハ８外周部への光（熱線）が遮断される。又、重合部分は熱容量が大きくなり、ウェーハ８外周部の加熱が不足となる。

この為、ウェーハ外周部の温度が極端に低下する。更に、温度の低下は、膜生成物の堆積状態に影響し、ウェーハ８外周部での膜厚が薄くなる現象を呈する。

図５は、従来の基板処理装置に於いて、基板加熱温度９００゜、酸素ガスの供給流量１００Ｔｏｒｒ、６０秒間酸化処理を行った時の径方向の、酸化膜測定結果である。

図中、横軸はウェーハ中心を０とした径方向の位置、縦軸はウェーハに成膜された膜の膜厚を示している。

図示される様に、−８０ｍｍ〜８０ｍｍは膜厚が均一であることを示しているが、ウェーハ外周部で膜厚が薄くなっていることを示し、ウェーハ全面に亘っては膜厚の均一性が低下している。これは、ウェーハ外周部の温度が低下していることが原因と考えられる。

従来の基板処理装置では、基板支持部７がウェーハ８外周部への光を遮断し、又、基板支持部７とウェーハ８外周部の重なる部分は熱容量が大きくなる為に温度が低くなり、ウェーハ外周部の膜厚が薄くなる。

本発明は斯かる実情に鑑み、ウェーハ処理状態でのウェーハ周辺部の温度低下を防止し、成膜の均一性の向上を図るものである。

本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持部とを具備し、該基板支持部は基板の中心に向って延出する基板支持ピンを有し、基板は該基板支持ピンに載置される基板処理装置に係り、又本発明は、前記基板支持ピンの材質は石英である基板処理装置に係り、更に又本発明は、前記基板支持ピンは４本以上である基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を処理する処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持部とを具備し、該基板支持部は基板の中心に向って延出する基板支持ピンを有し、基板は該基板支持ピンに載置されるので、基板と基板支持部が重合する部分は基板支持ピンに限定され、重合部分の熱容量を小さく押えられ、基板加熱時の温度低下を抑制でき、成膜品質、膜厚の均一性を向上することができる。

又、本発明によれば前記基板支持部の材質は石英であるので、基板を加熱する場合に熱線を遮断する影響を少なくでき、基板支持部での温度低下を抑制できるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、本発明が実施される基板処理装置の概略について、図１を参照して説明する。

基板処理装置は、処理炉１８、主制御部１９を備え、該主制御部１９は主に温度検出部２１、駆動制御部２２、加熱制御部２３、ガス制御部２４から構成され、基板処理装置及び処理炉１８を構成する各部の動作等を制御する。

図示の基板処理装置は、基板処理として半導体ウェーハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープポリシリコン、ノンドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属、又はケイ化タングステン等の薄膜を形成する為の化学蒸着処理が挙げられる。

以下、基板処理装置について具体的に説明する。

上端と下端が開放された金属製のチャンバ２６の下端は底蓋２７によって気密に閉塞され、上端は上蓋２８によって気密に閉塞されている。

前記チャンバ２６、前記底蓋２７、前記上蓋２８によって画成される気密の空間は遮光プレート２９によって上下に仕切られ、仕切られた上部の空間は処理室３１を形成する。

前記遮光プレート２９の中心には開口３２が形成され、該開口３２と同心に又該開口３２の下方に回転支持部３３が配設され、該回転支持部３３の回転軸３４は前記底蓋２７を気密に貫通し、該底蓋２７に設けられた駆動装置３５に連結され、該駆動装置３５によって所定の速度で定速回転される様になっている。又、前記駆動装置３５は前記底蓋２７から立設された少なくとも３本のウェーハ突上げピン４０を同時に昇降させる様になっており、該ウェーハ突上げピン４０の上端にはウェーハ８を載置可能となっている。

前記回転支持部３３の上面に、ウェーハ支持部材であるリング状の基板支持プレート３６が設けられ、更に該基板支持プレート３６の上面に均熱リング３７がそれぞれ前記回転支持部３３と同心に設けられている。前記基板支持プレート３６、前記均熱リング３７は前記回転支持部３３と一体に回転し、前記遮光プレート２９とは非接触となっている。

前記均熱リング３７の内径は、ウェーハ外径よりも大きく、又前記基板支持プレート３６内径は前記均熱リング３７の内径と同じか僅かに大きくなっており、前記基板支持プレート３６の内周縁からは中心に向って基板支持ピン３８が突設されている（図２参照）。

従って、ウェーハ８は前記基板支持ピン３８に載置された状態で、前記均熱リング３７の中央に収納される状態となる。又、ウェーハ８が前記基板支持ピン３８で支持されることで、接触面積が著しく小さくなり、又前記基板支持ピン３８が熱線を遮る度合も著しく小さくなり、更に該基板支持ピン３８とウェーハ８が重厚する部分での熱容量も著しく小さくなる。尚、熱容量、熱線の遮りを考慮すると、前記基板支持ピン３８は、小さい方が好ましく、折れない程度に幅は細く、ウェーハ８がずれて落ちない程度の長さ（例えば５ｍｍ）が好ましい。故に、前記ウェーハ８を支持し得る最小の形状とするのがよい。又、ウェーハ８との接触面積を小さくし、更に強度を有する形状として、前記基板支持ピン３８の断面を円形としてもよい。具体的には、ウェーハ８と基板支持ピン３８の重なる部分の総面積が１０００ｍｍ² （３００ｍｍウェーハの場合）以下であることが好ましい。

該基板支持ピン３８は、前記ウェーハ８を載置する為に、少なくとも３箇所に設けられる。更に、ウェーハ８を３箇所で支持した場合、ウェーハ８の前記基板支持ピン３８に接触する部分の温度のみが局所的に低下する。この為、前記基板支持ピン３８は、４本以上（例えば１２〜４８）に設けられることで、局所的な温度低下が緩和される。

又、前記基板支持プレート３６の少なくとも前記基板支持ピン３８については石英製等の透過率の高い材質が用いられることが好ましく、透明部材を用いることで、熱線の遮断が少なくなり、温度低下が防止される。又、光の遮光を極力防止する為にも、基板支持ピン３８はなるべく小さい方がよい。

前記基板支持プレート３６の材質については石英としたが、前記均熱リング３７については、炭化珪素で被覆したグラファイト、石英、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウム又は鋼等が用いられ、前記遮光プレート２９については炭化珪素等が用いられる。

前記回転支持部３３の下方に、加熱装置３９が配設される。

該加熱装置３９は、棒状の発熱ユニット４１が格子状に配設されたものであり、該発熱ユニット４１は前記チャンバ２６を気密に横断する石英管４２と該石英管４２に内装された棒状のハロゲンランプ４３によって構成され、該ハロゲンランプ４３は前記加熱制御部２３に接続され発光（発熱）が制御され、又該ハロゲンランプ４３と前記石英管４２との間には冷却空気が流通され、前記ハロゲンランプ４３を冷却する様になっている。

前記上蓋２８のチャンバ２６の壁面に近接した位置に前記ガス供給管４５が設けられ、該ガス供給管４５は開閉バルブ４６，４７、流量制御器４８，４９を介してガスＡ源、ガスＢ源に接続されている。ここで使用されるガスは、アルゴン又は窒素等の不活性ガス、水素、６フッ化タングステン等の所望のガスが用いられる。尚、前記開閉バルブ４６，４７、前記流量制御器４８，４９、前記ガスＡ源、ガスＢ源はガス供給部５０を構成する。

前記開閉バルブ４６，４７、流量制御器４８，４９は、前記ガス制御部２４によって制御され、ガスの供給、停止、及びガスの流量が制御される。

前記チャンバ２６の前記ガス供給管４５とは反対側の位置にガス排気口５２が設けられ、該ガス排気口５２は真空ポンプ等から成る排気装置（図示せず）に接続されている。又、前記チャンバ２６の所要位置にはウェーハ８の搬入出口５３が設けられ、該搬入出口５３はゲート弁５４によって開放、又は気密に閉塞可能となっている。

前記上蓋２８の前記ウェーハ８と対向する部位に、複数の温度測定用プローブ５５が設けられ、該温度測定用プローブ５５は前記ウェーハ８から放射される光子密度を測定し、前記温度検出部２１に送出する様になっており、光子密度に基づきウェーハ８の表面温度を検出する様になっており、前記主制御部１９は検出温度に基づき前記加熱制御部２３を介して前記加熱装置３９の加熱状態を制御する。尚、前記複数の温度測定用プローブ５５はウェーハ８の半径方向に異なった位置に設けられており、ウェーハ８の表面温度の分布を検出可能となっており、前記主制御部１９は温度分布の均一化を含む様に前記加熱制御部２３を制御する。

上記基板処理装置に於けるウェーハ８の処理について説明する。尚、処理の実行に伴う基板処理装置各部の動作は、前記主制御部１９が制御する。

前記ゲート弁５４を開放して、前記搬入出口５３よりウェーハ８を前記処理室３１に搬入する。前記ウェーハ突上げピン４０は前記駆動装置３５によって上昇されており、搬入されたウェーハ８は前記ウェーハ突上げピン４０の上端に載置される。

該ウェーハ突上げピン４０が降下され、前記ウェーハ８は前記基板支持ピン３８に載置される。前記駆動装置３５によって前記回転支持部３３が回転され、該回転支持部３３と一体に前記基板支持プレート３６、前記ウェーハ８が回転される。

前記加熱制御部２３が前記発熱ユニット４１によって前記ウェーハ８を加熱し、前記ガス制御部２４が前記開閉バルブ４６，４７の開閉を制御し、前記流量制御器４８，４９でガス流量を調整し、前記ガス供給管４５より前記処理室３１内に処理ガス１５を導入する。前記加熱装置３９は、前記処理室３１が所定の温度に維持される様、加熱状態を制御する。排気装置（図示せず）は、前記処理室３１が所定の圧力に維持される様、前記ガス排気口５２より排気を行う。

加熱されたウェーハ表面を処理ガスが通過することで、ウェーハ表面に薄膜が堆積生成される。

上記した様に、前記発熱ユニット４１により輻射で前記ウェーハ８が加熱されるが、前記基板支持ピン３８は部分的にしか前記ウェーハ８を保持してなく、前記基板支持ピン３８が前記ウェーハ８と重合することによる部分的な熱容量の増大、又前記基板支持ピン３８による輻射熱の遮断は小さく、又、該基板支持ピン３８は透明であるので、輻射熱を透過する。従って、ウェーハ８の外周部での温度低下を抑制した状態で基板処理が実行される。

基板処理が完了すると、前記ガス供給部５０から不活性ガスを前記処理室３１内に供給してガスパージを行い、前記ウェーハ突上げピン４０を上昇してウェーハ８を持上げ、前記ゲート弁５４を開いてウェーハ８を搬出する。

図３は本発明により基板処理した場合の膜厚分布を示している。

基板処理の条件は、１０５０℃、２０Ｔｏｒｒ、６０秒の酸化処理を行った時の酸化膜の径方向の膜厚分布を示している。図中、横軸はウェーハ中心を０とした径方向の位置、縦軸はウェーハに成膜された膜の膜厚を示している。

図３に見られる様に、ウェーハの外周部も含めて、膜厚の均一性は良好である。

而して、本発明を実施することで、ウェーハ外周部の温度低下を防止でき、ウェーハ面内の膜厚均一性を向上させることができ、歩留りの向上、処理品質の向上等を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の一例を示す概略断面図である。 該基板処理装置に使用される基板支持プレートの平面図である。 本発明で基板処理した場合の膜厚分布を示すグラフである。 従来の基板処理装置の概略断面図である。 従来の基板処理装置で基板処理した場合の膜厚分布を示すグラフである。

符号の説明

８ ウェーハ
１８ 処理炉
２６ チャンバ
２８ 上蓋
３１ 処理室
３５ 駆動装置
３６ 基板支持プレート
３７ 均熱リング
３８ 基板支持ピン
３９ 加熱装置
４５ ガス供給管
５２ ガス排気口
５５ 温度測定用プローブ

Claims (3)

1. 基板を処理する処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持部とを具備し、該基板支持部は基板の中心に向って延出する基板支持ピンを有し、基板は該基板支持ピンに載置されることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記基板支持ピンの材質は石英である請求項１の基板処理装置。
3. 前記基板支持ピンは４本以上である請求項１の基板処理装置。

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