JP2010199493A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットや熱応答性の低下を防止しつつ、低温で熱処理を施す。
【解決手段】複数枚のウエハ１を一括して処理する処理室内に複数枚のウエハ１を保持して搬入するボート５０に、ウエハ１を１枚ずつ保持するヒータプレート６０を複数枚設け、各ヒータプレート６０はウエハ１よりも大径の円盤形状に形成する。ヒータプレート６０には第一発熱線６１および第二発熱線６２を設け、第一発熱線６１および第二発熱線６２は炭化シリコン、ポリシリコン、石英等で形成したカバー６３で被覆する。第一発熱線６１および第二発熱線６２は抵抗発熱体で直径１０ｍｍ以下の線形状に形成し、電力制御装置６５をそれぞれ設ける。各ヒータプレート６０上に各ウエハ１を一枚ずつ載置して、ウエハ１を熱伝導によって加熱することで、熱応答やスループットを高める。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜を形成する酸化膜形成工程や、ＣＶＤによる薄膜形成工程等の熱処理工程に利用して有効な技術に関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハに熱処理を低温で施す場合には、枚葉式プレートヒータ加熱装置、枚葉抵抗加熱式チャンバ加熱装置、枚葉抵抗加熱式チャンバを複数配置したセミ枚葉式加熱処理装置、円筒形状のヒータを縦置きにして処理するバッチ式縦型熱処理装置（例えば、特許文献１参照）等、が使用されている。

特開２００６−１９１１５１号公報

しかしながら、従来の熱処理装置においては、次のような問題点がある。
（１）低温で熱処理を施す場合には、ランプ加熱方式を使用することができないので、抵抗加熱を使用せざるを得ないが、抵抗加熱の場合には熱応答（レスポンス）が遅いために、処理時間が長くなり、スループットが低い。
（２）セミ枚葉式加熱処理装置においても、スループットはバッチ式縦型熱処理装置に追いつくことができない。
（３）バッチ式縦型熱処理装置においては、バッチ処理によってスループットは向上するが、大型の円筒形状ヒータを使用するために、ヒータの熱応答が枚葉抵抗加熱式に比べてさらに遅くなり、熱履歴差が発生することにより、熱プロセスに影響する場合がある。

本発明の目的は、スループットや熱応答性の低下を防止しつつ、低温で熱処理を施すことができる基板処理装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、
該処理室内で基板を保持する保持具と、
該保持具に保持された前記基板を加熱する加熱手段と、
を備えた基板処理装置であって、
前記加熱手段は、前記保持具に保持されている、
ことを特徴とする基板処理装置。

この基板処理装置によれば、スループットや熱応答性の低下を防止しつつ、低温で熱処理を施すことができる。

本発明の一実施形態である基板処理装置を示す概略の斜視図である。 その反応炉を示す断面図である。 プレートヒータを示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るバッチ式縦型基板処理装置（以下、基板処理装置という）１０を示している。
図１に示されているように、基板処理装置１０は主要部が配置される筺体１２を有する。筺体１２の正面側にはポッドステージ１４が接続されており、ポッドステージ１４にはＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという）１６が搬送される。
ポッド１６には基板としてのウエハ１が、例えば、２５枚収納されている。ポッド１６は図示しない蓋が閉じられた状態で、ポッドステージ１４にセットされる。

筺体１２内における正面側であってポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。
ポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２および基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置されており、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置されている。
ポッド搬送装置１８はポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間で、ポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２はポッド１６の蓋（図示せず）を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内のウエハ１の枚数が基板枚数検知器２４により検知される。
筺体１２内には基板移載機２６およびノッチアライナ２８が配置されている。基板移載機２６は、例えば、５枚のウエハ１を保持して搬送することができるアーム（ツィーザ）２７を有する。基板移載機２６はアーム２７を動かすことによってウエハ１を搬送する。ノッチアライナ２８はウエハ１に形成されたノッチまたはオリエンテーションフラットを検出し、ウエハ１のノッチまたはオリエンテーションフラットを一定の位置に揃える。

図１に示されているように、筐体１２内の背面側上部には反応炉が配置されている。
本実施形態においては、反応炉は酸化膜形成装置３０として構成されている。
図２に示されているように、酸化膜形成装置３０は均熱管３２と反応管（プロセスチューブ）３３とを備えており、均熱管３２と反応管３３とは互いに同心円に配置されて筐体１２に垂直に支持されている。
外側に配置された均熱管３２は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
内側に配置された反応管３３は石英（ＳｉＯ2 ）等の耐熱性材料が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、円筒の中空部は処理室３４を形成している。反応管３３の天井壁には複数の吹出口３５が開設されており、天井壁の上には拡散部３６が吹出口３５を被覆するように突設されている。
拡散部３６には連絡管３７の上端が接続されており、連絡管３７の中間部は反応管３３の外周面に沿って配管され、その下端は反応管３３の下端部において径方向に配管された導入管３８に接続されている。導入管３８には酸化剤供給装置３９が接続されている。
反応管３３の下端部には排気管４０の一端が接続されており、排気管４０の他端はポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続されている。

均熱管３２の外側には、放熱を遮蔽するための熱遮蔽槽４１が同心円に配されて配置されており、熱遮蔽槽４１は筐体１２に垂直に支持されている。
均熱管３２の内側であって反応管３３の外側（均熱管３２と反応管３３の間）には処理室３４の温度を計測する熱電対４２が垂直に敷設されている。

反応管３３の下端開口部には、例えば、石英によって円盤形状に形成されたベース４３が配置されており、ベース４３は反応管３３の下端面にシールリング４４を介して密着することにより処理室３４を気密封止するように構成されている。
ベース４３は円盤形状に形成されたシールキャップ４５上に設置されており、シールキャップ４５はボートエレベータ４６によって垂直に昇降されるように構成されている。
シールキャップ４５には回転機構４７が設置されており、回転機構４７の回転軸４８が垂直に挿通されている。回転軸４８の上端には断熱キャップ４９が設置されており、回転軸４８は断熱キャップ４９を回転させる。

断熱キャップ４９上には保持具としてのボート５０が設置されており、ボート５０は断熱キャップ４９と共に、回転軸４８によって回転される。
ボート５０は上下で一対の端板５１、５２と、両端板５１、５２間に架設されて垂直に配設された３本の保持柱５３と、を備えている。ボート５０に対するウエハ１の受け渡しの邪魔になるのを避けるために、３本の保持柱５３はボート５０の片側に配置されており、上下両端部において上下の端板５１、５２に固定されている。
３本の保持柱５３は複数枚のヒータプレート６０を保持するように構成されている。

ヒータプレート６０に電力を供給するフィーダを兼用するために、３本の保持柱５３は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の金属汚染を招くことのない導電性材料が使用されて形成されている。保持柱５３の長さはボート５０の高さに対応されている。
図３に示されているように、保持柱５３にはヒータプレート６０に電気的に接続するための接続腕５４が複数段、等間隔に配置されて水平に突設されている。すなわち、保持柱５３の側面視は櫛形状になっている。上下で隣り合う接続腕５４、５４の間隔（ピッチ）Ｐは、後述するウエハ１の受け渡しに必要な寸法を考慮して定められている。

図３に示されているように、ヒータプレート６０は円形の平盤形状に形成されており、外径はウエハ１の外径よりも大きめに設定されている。ヒータプレート６０はウエハ１を載置した状態で保持するように構成されている。
ヒータプレート６０は第一発熱線６１および第二発熱線６２と、カバー６３とを備えている。第一発熱線６１および第二発熱線６２は抵抗発熱体が使用されて、互いに同心円に内外に敷設されており、この配置状態で、第一発熱線６１および第二発熱線６２はカバー６３によって包囲されている。熱容量を最小化するために、第一発熱線６１および第二発熱線６２は直径が１０ｍｍ以下の線形状に形成されている。
カバー６３は炭化シリコン、ポリシリコン（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ2 ）等のボート５０と同様の材料（金属汚染を招くことのない材料）によって形成されている。すなわち、カバー６３は上面にウエハ１が載置されても、ウエハ１を汚染しない。

第一発熱線６１の一方の端子（以下、プラス端子とする）６１ａは、１本の保持柱５３（以下、左の保持柱とする）における接続腕５４に電気的に接続しており、第一発熱線６１のマイナス端子６１ｂは中央の保持柱５３における接続腕５４に電気的に接続している。第二発熱線６２のプラス端子６２ａは右の保持柱５３における接続腕５４に電気的に接続しており、マイナス端子６２ｂは中央の保持柱５３における接続腕５４に電気的に接続している。第一発熱線６１および第二発熱線６２の各端子６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂと各接続腕５４とは、ヒータプレート６０の自重による押接によって電気的に接続されている。
第一発熱線６１および第二発熱線６２は電力を印加する電源６４に接続されており、第一発熱線６１と第二発熱線６２とは互いに並列に接続されている。第一発熱線６１および第二発熱線６２には電力供給を制御する各電力制御装置６５がそれぞれ接続されており、各電力制御装置６５はコントローラ６６によって制御されるようになっている。

以下、ＩＣの製造方法における酸化膜形成工程を、前記構成に係る基板処理装置によって実施する場合について説明する。

ウエハ１を複数枚収納したポッド１６は、基板処理装置１０に工程内搬送装置によって搬送されて、ポッドステージ１４にセットされる。
ポッド１６がポッドステージ１４にセットされると、ポッド搬送装置１８はポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、ポッド棚２０にストックする。
その後、ポッド搬送装置１８はポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットする。ポッドオープナ２２はポッド１６の蓋を開く。基板枚数検知器２４はポッド１６に収容されたウエハ１の枚数を検知する。
次に、基板移載機２６はポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６からウエハ１を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。
ノッチアライナ２８はウエハ１を回転させながらノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚のウエハ１のノッチを同じ位置に整列させる。
次いで、基板移載機２６はノッチアライナ２８からウエハ１を取り出し、ボート５０のヒータプレート６０上にそれぞれ移載する。
１バッチ分のウエハ１がボート５０のヒータプレート６０上に移載されると、ボートエレベータ４６はボート５０を処理室３４内に搬入（ボートローディング）する。
ボート５０が上限に達すると、シールキャップ４５は処理室３４内を密閉する。

気密に閉じられると、排気管４０は処理室３４を所定の圧力に排気する。
次に、ヒータプレート６０はウエハ１を、酸化膜形成方法としては比較的に低い４００℃〜５００℃の熱処理温度まで昇温させる。この際、ヒータプレート６０はウエハ１に直接接触して熱伝導によってウエハ１を加熱するので、熱応答は極めて早くなる。すなわち、ヒータプレート６０はウエハ１を急速に加熱する。
しかも、ヒータプレート６０は第一発熱線６１と第二発熱線６２とによって内側ゾーンと外側ゾーンとで加熱能力を別々に制御することができるので、ウエハ１の温度分布が均一になるように、ウエハ１を加熱することができる。すなわち、コントローラ６６は各電力制御装置６５、６５を介して第一発熱線６１および第二発熱線６２を制御する。
なお、処理温度が５００℃よりも高い温度になると、ウエハ１に既に形成された半導体素子や回路パターンに悪影響が及ぶので好ましくない。また、処理温度が４００℃よりも低い温度になると、酸化反応、ＣＶＤ反応のいずれも生じにくくなるために好ましくない。したがって、処理温度は４００℃以上、５００℃以下に設定することが望ましい。

ウエハ１の温度が所定の温度になると、酸化剤供給装置３９は酸化剤を処理室３４内に、導入管３８、連絡管３７、拡散部３６および吹出口３５を経由して導入する。
処理室３４に供給された酸化剤は排気管４０の排気力によって処理室３４を流下しながらウエハ１に接触して行くことによって、ウエハ１に酸化膜を形成する。
この際、ボート５０を回転機構４７によって回転させることにより、酸化剤をウエハ１の面内において均等に接触させることができるので、ウエハ１に形成される酸化膜の面内膜厚分布は周方向においても均一になる。

ウエハ１の酸化膜形成処理が終了すると、ボートエレベータ４６は処理後のウエハ１を支持したボート５０を処理室３４から搬出（ボートアンローディング）する。
その後に、基板移載機２６はボート５０からウエハ１を取り出し（ディスチャージ）してポッドオープナ２２へ搬送し、ポッドオープナ２２において開放された空のポッド１６に収納する。
以上のようにしてウエハ１が収納された各ポッド１６は、ポッド搬送装置１８によってポッド棚２０またはポッドステージ１４に搬送される。
以上の作動により、一連のバッチ処理が完了する。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

（１）複数枚のウエハを各ウエハ毎にヒータプレートの熱伝導によってそれぞれ加熱することにより、熱応答性を極めて高めることができるので、ウエハを急速に昇温させることができる。

（２）ウエハを急速に昇温させることにより、ウエハ相互間の熱履歴差を抑制することができ、また、熱処理工程および基板処理装置のスループットを向上させることができる。

（３）複数枚のウエハを円筒形状ヒータの輻射によって加熱する加熱方式から、ウエハ毎のヒータプレートの熱伝導加熱方式に置き換えることにより、ヒータの表面積比を円筒形状ヒータによる加熱方式に比較して１／２０程度に低減することができるので、ランニングコストを低減することができる。

（４）ヒータプレートを第一発熱線と第二発熱線とによって内側ゾーンと外側ゾーンとで加熱能力を別々に制御するように構成することにより、ウエハの温度分布が均一になるように、ウエハを加熱することができるので、ウエハに形成される酸化膜の面内膜厚分布を径方向において均一化することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、加熱手段としてのヒータプレートは第一発熱線と第二発熱線とによって内側ゾーンと外側ゾーンとに２分割するに限らず、内、中、外のように３分割してもよいし、４以上に分割してもよい。

抵抗発熱体は線形状に形成するに限らず、板形状に形成してもよい。

抵抗発熱体に電力を供給するフィーダは、ヒータプレートを保持する保持柱を兼用するように構成するに限らず、ボートに専用のフィーダを立設する等して構成してもよい。

本発明の好ましい態様を付記する。
（１）基板を処理する処理室と、
該処理室内で基板を保持する保持具と、
該保持具に保持された前記基板を加熱する加熱手段と、
を備えた基板処理装置であって、
前記加熱手段は、前記保持具に保持されている、
ことを特徴とする基板処理装置。
（２）前記加熱手段は、円盤形状に形成されていることを特徴とする（１）の基板処理装置。
（３）前記加熱手段は、複数の加熱ゾーンに同心円に分割されており、各加熱ゾーンは別々に制御されることを特徴とする（１）の基板処理装置。
（４）前記加熱手段は、抵抗発熱体が前記保持具と同じ材質のカバーによって被覆されて形成されていることを特徴とする（１）の基板処理装置。
（５）前記カバーは、炭化シリコン、ポリシリコン、石英のいずれかによって形成されていることを特徴とする（４）の基板処理装置。
（６）前記抵抗発熱体は、直径が１０ｍｍ以下の線形状に形成されていることを特徴とする（４）（５）の基板処理装置。
（７）前記（１）の基板処理装置を使用する半導体装置の製造方法であって、
前記加熱手段上に前記基板を載置して、前記基板を熱伝導によって加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。

１…ウエハ（基板）、
１０…バッチ式縦型基板処理装置（基板処理装置）、１２…筺体、１４…ポッドステージ、１６…ポッド、１８…ポッド搬送装置、２０…ポッド棚、２２…ポッドオープナ、２４…基板枚数検知器、２６…基板移載機、２７…ツィーザ（アーム）、２８…ノッチアライナ、
３０…酸化膜形成装置、３２…均熱管、３３…反応管（プロセスチューブ）、３４…処理室、３５…吹出口、３６…拡散部、３７…連絡管、３８…導入管、３９…酸化剤供給装置、４０…排気管、４１…熱遮蔽槽、４２…熱電対、４３…ベース、４４…シールリング、４５…シールキャップ、４６…ボートエレベータ、４７…回転機構、４８…回転軸、４９…断熱キャップ、
５０…ボート、５１、５２…端板、５３…保持柱、５４…接続腕、
６０…ヒータプレート（加熱手段）、６１…第一発熱線（抵抗発熱体）、６２…第二発熱線（抵抗発熱体）、６３…カバー、６４…電源、６５…電力制御装置、６６…コントローラ。

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室と、
   該処理室内で基板を保持する保持具と、
   該保持具に保持された前記基板を加熱する加熱手段と、
   を備えた基板処理装置であって、
   前記加熱手段は、前記保持具に保持されている、
   ことを特徴とする基板処理装置。

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