JP2012052207A - Device for processing substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus.
基板処理装置の一例として、ロードポート、ロードロック室、搬送室、処理室の順にウエハは搬送され、処理室において処理される。
処理室はゲートバルブで遮蔽された独立した空間であり、各室では個別にウエハの処理が可能である。
As an example of a substrate processing apparatus, a wafer is transferred in the order of a load port, a load lock chamber, a transfer chamber, and a processing chamber, and processed in the processing chamber.
The processing chambers are independent spaces shielded by gate valves, and wafers can be processed individually in each chamber.
特許文献1は、真空容器を複数の処理室に区画して、未処理基板をベルトに載置し、各々の処理室に順次搬送されて処理される構成を開示する。
図17は、従来の基板処理装置100の一例であり、内部構造が見えるようにして示した図である。
石英製の反応管壁104と、反応管壁104を覆うように形成されたドーム状の反応管106と、反応管壁104の下端に配置された下反応室108により処理室110が気密に構成されている。
処理室110内には、導電性のサセプタ112が設けられ、このサセプタ112の上に複数のウエハ1が載置される。
また、サセプタ112の下側には加熱手段であるコイル(不図示)が設けられ、このコイルに低周波電力を印加してサセプタ112を誘導加熱しながら処理ガスを処理室110内に供給して、同時に排気口(不図示)から処理室110内の処理ガスを排気しながらウエハ1上に薄膜を形成する。ウエハ1の成膜の均一性を図るために、成膜中はサセプタ112は回転される。
FIG. 17 is an example of a conventional
A
A
Further, a coil (not shown) as a heating means is provided below the
図18は、上述の従来の基板処理装置100の動作の一例を示している。
(ステップ1)
最初に、処理室110内のガスをポンプ(不図示)で排気し、所定の圧力以下に一定時間保持し、その後窒素(N2)を供給して、残留ガスを処理室110内部から排除する。人体に危険なガスや発火性のガスを使用する場合は、それらのガスの濃度を測定する機器により残留量を測定する。残留ガス濃度が所定の値より高い場合は排気と窒素ガスの供給を繰返す。
残留ガスの濃度が所定の値より下がったら、反応管壁104と反応管106を開いて、複数のウエハ1を搬入してサセプタ112の上に載置する。自動搬送機構がある場合は、これらの作業を自動的に行う。
(ステップ2)
サセプタ112の上にすべてのウエハ1を載置したら反応管壁104と反応管106を元の状態に閉めて、処理室110内を密閉状態にする。この状態で処理室110内の空気をポンプ(不図示)で排気し、所定の圧力に到達したら一定時間保持し、その後所定のガスを供給し、大気圧に戻す。
(ステップ3)
その後サセプタ112の下側に設けたコイル(不図示)に低周波電力を印加し、サセプタ112を誘導加熱する。
(ステップ4)
ウエハ1が所定の温度に到達したら、処理室110内に処理ガスを供給し、サセプタ112を回転させながらウエハ1に薄膜を形成する。
(ステップ5)
ウエハ1へ所定の厚さの薄膜を形成後、処理室110内に供給したガスを止めて、ポンプ(不図示)で処理室110内のガスを排気する。
同時にサセプタ112を加熱するために印加していた低周波電力を停止してウエハ1を搬出することができる温度まで冷却する。
処理室110内の圧力が所定の圧力に到達した時点でポンプを停止し、窒素等のガスを供給する。
(ステップ6)
処理室110内の圧力が大気圧となり、サセプタ112の温度が60℃程度まで下がると共に、残留ガスの濃度が例えば100ppm以下に下がったら、反応管壁104と反応管106を開いて、サセプタ112の上のウエハ1を搬出し、新しいウエハ1をサセプタ112上に載置する。残留ガス濃度が100ppm以上であった場合は排気と窒素ガス供給等のガス置換を繰返す。
これらの一連の手順を繰返して薄膜の形成を継続する。
FIG. 18 shows an example of the operation of the conventional
(Step 1)
First, the gas in the
When the concentration of the residual gas falls below a predetermined value, the
(Step 2)
When all the
(Step 3)
Thereafter, low frequency power is applied to a coil (not shown) provided on the lower side of the
(Step 4)
When the
(Step 5)
After a thin film having a predetermined thickness is formed on the
At the same time, the low-frequency power applied to heat the
When the pressure in the
(Step 6)
When the pressure in the
These series of steps are repeated to continue the formation of the thin film.
すなわち、従来の基板処理装置では、図18に示すように、成膜を終了してから次の成膜までの間に、ガスの入れ替えを少なくとも2回、サセプタの昇温と降温を各1回、複数のウエハの搬入と搬出を各1回ずつ行う必要があり、1回の成膜工程の中に占める実際に成膜する時間の割合が小さくなり、成膜処理間の待ち時間が多くなっていた。単位時間当たりの生産枚数を増やすためには、この待ち時間を短縮する必要があった。また、従来の処理室の構成では、ウエハの表面に薄膜を形成する際、処理室に供給される処理ガスはウエハの成膜に寄与せずに排気される割合が大きかった。 That is, in the conventional substrate processing apparatus, as shown in FIG. 18, the gas is exchanged at least twice and the susceptor is heated and lowered once each time after the film formation is completed until the next film formation. In addition, it is necessary to carry in and out a plurality of wafers once, and the ratio of the actual film formation time in one film formation process is reduced, and the waiting time between film formation processes is increased. It was. In order to increase the number of sheets produced per unit time, it was necessary to shorten this waiting time. Further, in the conventional processing chamber configuration, when a thin film is formed on the surface of the wafer, the processing gas supplied to the processing chamber is largely exhausted without contributing to the film formation of the wafer.
本発明の目的は、生産効率を向上させ、処理ガスの使用効率を高めることができる基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of improving the production efficiency and increasing the use efficiency of the processing gas.
本発明の一態様によれば、処理室と、被処理基板を内蔵するための複数のサセプタと、前記処理室内にあって、前記複数のサセプタを並べて一定距離ずつ移動させる移動手段と、この移動手段により移動されるサセプタを加熱する加熱手段と、前記サセプタ内部へ反応性ガスを供給するガス供給手段と、を有する基板処理装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a processing chamber, a plurality of susceptors for containing a substrate to be processed, a moving unit in the processing chamber that moves the plurality of susceptors side by side, and the movement There is provided a substrate processing apparatus comprising heating means for heating a susceptor moved by the means, and gas supply means for supplying a reactive gas into the susceptor.
本発明によれば、生産効率を向上させ、処理ガスの使用効率を高めることができる基板処理装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the substrate processing apparatus which can improve production efficiency and can improve the use efficiency of process gas can be provided.
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態で用いられる基板処理装置10の全体構成図の縦断面図である。
図2は、図1で示された基板処理装置10のA−A線断面図である。
図3は、本発明の実施形態に係る基板処理装置10の内部構造が見えるようにして示した斜視図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an overall configuration diagram of a
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the
FIG. 3 is a perspective view showing the internal structure of the
本発明の実施形態で用いられる基板処理装置10は、箱状の反応管壁13で四方を気密に囲まれた処理室12を有し、処理室12を中心として、処理室12の両側にゲート弁14aを介して搬入側搬送室16と、ゲート弁14bを介して搬出側搬送室18が配置されている。
搬入側搬送室16及び搬出側搬送室18の内部には、後述するサセプタ20を搬送するためのロボット22がそれぞれ配置されている。
A
Inside the carry-in
処理室12の内部には、サセプタ20に複数枚内蔵された被処理基板であるウエハ1を予備加熱する予備加熱ステージ24と、サセプタ20に複数枚内蔵されたウエハ1を成膜処理する第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26cと、サセプタ20に複数枚内蔵されたウエハ1を冷却する冷却ステージ28の5つのステージが設けられている。これらは、サセプタ20の搬送方向に予備加熱ステージ24、第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26c及び冷却ステージ28の順に一方向に並べて配置されている。なお、処理能力を上げるために、処理室12の長さを延長して適宜処理ステージを増やしてもよい。
Inside the
また、処理室12内の予備加熱ステージ24、第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26cには、各ステージに配置されたサセプタ20を上方向から加熱する第1の加熱手段である上ランプ33aと、下方向から加熱する第2の加熱手段である下ランプ33bが搬送方向に複数本配置され、予備加熱ステージ24、第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b及び第3の成膜ステージ26cに配置されたサセプタ20が加熱されるようになっている。サセプタ20は、例えば石英等の誘電体材料で構成され、サセプタ20が加熱されることで、サセプタ20に内蔵されたウエハ1が加熱されるようになっている。
Further, in the preheating
また、処理室12の内部には、複数のサセプタ20を並べて一方向に一定距離ずつ移動させ、各ステージへ移動させる移動手段である一対のサセプタ搬送装置34が設けられている。サセプタ搬送装置34は、バー形状で、各ステージの両側面に搬送方向に延びて配置されている。それぞれのサセプタ搬送装置34の下面には駆動部36が設けられ、この一対の駆動部36を同時に上下又は進行方向に移動させることによって、一対のサセプタ搬送装置34は上下又は進行方向に移動され、サセプタ20を移動させる。
Further, inside the
サセプタ20は、密閉された例えば箱形状であり、サセプタ搬送装置34が配置される側の両側の側面には支持片48が設けられている。すなわち、一対のサセプタ搬送装置34が上昇されることで、サセプタ20の支持片48が上方に押し上げられ、さらに前進動作により、複数のサセプタ20を一括して同一方向に移動させる。
The
第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26cには、それぞれのステージに配置されたサセプタ20内に反応性ガスを供給するガス供給管30と、サセプタ20内の残留ガスを排気するガス排気管32が接続されている。
The first film-forming
第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26cの両側面であって、一対のサセプタ搬送装置34の内側には、各ステージに配置されたサセプタ20内に反応性ガスを供給し、サセプタ20内のガスを排気するガス供給手段であるガス供給排気部38が設けられ、この一対のガス供給排気部の上面にサセプタ20が載置されるようになっている。ガス供給排気部38には、反応性ガスをサセプタ20内へ供給するガス供給口40と、サセプタ20内のガスを排気するガス排気口42がそれぞれ一対設けられている。ガス供給口40はガス供給管30と接続され、ガス排気口42はガス排気管32と接続される。ここで、ガス供給口40はガス排気口42より小さくする。ガス供給口40を小さくすることで、ガス供給口40に残留ガスが流れるのを防止し、ガス排気口42を大きくすることで排気しやすい状況にしている。さらに、このような構成にすることで、圧力を一定に維持しやすくなっている。
Inside the
図4は、サセプタ20周辺の(a)は縦断面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)はB−B線断面図、(d)はC−C線断面図である。
4A is a longitudinal sectional view around the
サセプタ20の一端の下面には、ガス供給排気部38のガス供給口40と連通する第1の開口部であるガス供給ポート44とガス排気口42と連通する第2の開口部であるガス排気ポート46が設けられ、サセプタ20の他端の下面にも、ガス供給排気部38のガス排気口42と連通するガス排気ポート46とガス供給口40と連通するガス供給ポート44がそれぞれ一対設けられている。すなわち、サセプタ20の一端の下面に設けられたガス供給ポート44は、他端の下面に設けられたガス排気ポート46と対向して設けられ、サセプタ20の一端の下面に設けられたガス排気ポート46は、他端の下面に設けられたガス供給ポート44と対向して設けられている。
On the lower surface of one end of the
したがって、複数のサセプタ20が一対のガス供給排気部38の上に載置され、一方のガス供給排気部38に設けられたガス供給口40から所用のガスがサセプタ20内へガス供給ポート44を経由して供給され、サセプタ20の反対側の側面の下面に設けられたガス排気ポート46を経由して他方のガス供給排気部38に設けられたガス排気口42から排気される構造となっており、所用のガスをサセプタ20内部に交互に両方から流すことができるようになっている。
Therefore, a plurality of
また、サセプタ20内には例えばカーボンからなる発熱体52を有し、この発熱体52の周囲が石英で囲われている。
また、図4(b)に示すように、発熱体52は誘電体枠54で囲われている。誘電体枠54は、例えば不透明石英であり、発熱体52からの熱の流れを抑制することができる。また、図4(c)に示すように、ウエハ1は発熱体52の上下の内壁面に配置された支持部に載置され、処理ガスが効率よく基板処理のために消費される構造となっている。また、図4(d)に示すように、ウエハ1はサセプタ20の内側の上下面にそれぞれ4枚ずつ、合計8枚配置される。
The
In addition, as shown in FIG. 4B, the
次に、本発明の実施形態に係る基板処理装置10の動作について詳述する。
図5は、基板処理装置10の処理室12内の各ステージにおけるサセプタ20の処理の流れを示す。縦軸がサセプタ20の位置を示し、横軸が時間経過を示す。
なお、以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ84により制御される。
Next, the operation of the
FIG. 5 shows a processing flow of the
In the following description, the operation of each part constituting the
(ステップ1)
まず、ウエハ1を内蔵した第1のサセプタ20が、搬入側搬送室16内に搬入される。この際、ゲート弁14aを閉じて、搬入側搬送室16内をウエハ1の処理に支障のないガスで置換する。第1のサセプタ20を搬入し、ガス置換を行う時間は例えば1分である。
(Step 1)
First, the
(ステップ2)
次に、ゲート弁14aを開けてロボット22によって第1のサセプタ20が予備加熱ステージ24へ搬送される。そして、次に処理するウエハ1を内蔵した第2のサセプタ20が搬入側搬送室16内に搬入される。図示しないゲート弁を閉じて、ウエハ1の処理に支障のないガスで搬入側搬送室16内を置換する。第2のサセプタ20が搬入されガス置換を行う時間は、例えば1分である。第2のサセプタ20の搬入が開始されてから例えば10秒後に予備加熱ステージ24に配置された第1のサセプタ20は、予備加熱される。これにより、ウエハ昇温時間が短縮される。第2のサセプタ20の搬入が開始されてから予備加熱を終了するまでの時間は、例えば5分である。
(Step 2)
Next, the
(ステップ3)
次に、第1のサセプタ20内が所定の温度に達したら、サセプタ搬送装置34によって第1のサセプタ20は第1の成膜ステージ26aへ、ゲート弁14aを開けてロボット22によって第2のサセプタ20は予備加熱ステージ24へ搬送される。そして、次に処理するウエハ1を内蔵した第3のサセプタ20が搬入側搬送室16内に搬入される。図示しないゲート弁を閉じて、ウエハ1の処理に支障のないガスで搬入側搬送室16内を置換する。第3のサセプタ20が搬入されガス置換を行う時間は、例えば1分である。第3のサセプタ20の搬入が開始されてから例えば10秒後に予備加熱ステージ24に配置された第2のサセプタ20は、予備加熱される。同時に、第1の成膜ステージ26aに配置された第1のサセプタ20は、上ランプ33a及び下ランプ33bにより加熱され、第1のサセプタ20内が所定の温度に達したら第1のサセプタ20内に処理ガスがガス供給ポート44から供給されると共に、対向する側のガス排気ポート46から排気されてウエハ1への成膜が行われる。ここで、処理ガスとして例えばH2とSiHCl3(トリクロロシラン)が用いられ、処理室12内は例えばAr又はH2雰囲気とする。第3のサセプタ20の搬入が開始されてから第2のサセプタ20の予備加熱を終了するまで及び第1のサセプタ20の成膜処理が終了するまでの時間は、例えば5分である。
(Step 3)
Next, when the inside of the
(ステップ4)
次に、サセプタ搬送装置34によって第1のサセプタ20は第2の成膜ステージ26bへ、第2のサセプタ20は第1の成膜ステージ26aへ、ゲート弁14aを開けてロボット22によって第3のサセプタ20が予備加熱ステージ24へ搬送される。そして、次に処理するウエハ1を内蔵した第4のサセプタ20が搬入側搬送室16内に搬入される。図示しないゲート弁を閉じて、ウエハ1の処理に支障のないガスで搬入側搬送室16内を置換する。第4のサセプタ20が搬入されガス置換を行う時間は、例えば1分である。第4のサセプタ20の搬入が開始されてから例えば10秒後に予備加熱ステージ24に配置された第3のサセプタ20は、予備加熱される。同時に、第1の成膜ステージ26aに配置された第2のサセプタ20は、上ランプ33a及び下ランプ33bにより加熱され、第2のサセプタ20内が所定の温度に達したら第2のサセプタ20内に処理ガスがガス供給ポート44から供給されると共に、対向する側のガス排気ポート46から排気されてウエハ1への成膜が行われる。また、第2の成膜ステージ26bに配置された第1のサセプタ20も同様の処理により成膜が行われる。第4のサセプタ20の搬入が開始されてから第3のサセプタ20の予備加熱を終了するまで及び第1と第2のサセプタ20の成膜処理が終了するまでの時間は、例えば5分である。
(Step 4)
Next, the
(ステップ5)
次に、サセプタ搬送装置34によって第1のサセプタ20は第3の成膜ステージ26cへ、第2のサセプタ20は第2の成膜ステージ26bへ、第3のサセプタ20は第1の成膜ステージ26aへ、ゲート弁14aを開けてロボット22によって第4のサセプタ20が予備加熱ステージ24へ搬送される。そして、次に処理するウエハ1を内蔵した第5のサセプタ20が搬入側搬送室16内に搬入される。図示しないゲート弁を閉じて、ウエハ1の処理に支障のないガスで搬入側搬送室16内を置換する。第5のサセプタ20が搬入されガス置換を行う時間は、例えば1分である。第5のサセプタ20の搬入が開始されてから例えば10秒後に予備加熱ステージ24に配置された第4のサセプタ20は、予備加熱される。同時に、第1の成膜ステージ26aに配置された第3のサセプタ20は、上ランプ33a及び下ランプ33bにより加熱され、第3のサセプタ20内が所定の温度に達したら第3のサセプタ20内に処理ガスがガス供給ポート44から供給されると共に、対向する側のガス排気ポート46から排気されてウエハ1への成膜が行われる。また、第2の成膜ステージ26bに配置された第2のサセプタ20と第3の成膜ステージ26cに配置された第1のサセプタ20も同様の処理により成膜が行われる。第5のサセプタ20の搬入が開始されてから第4のサセプタ20の予備加熱を終了するまで及び第1、第2及び第3のサセプタ20の成膜処理が終了するまでの時間は、例えば5分である。
(Step 5)
Next, the
(ステップ6)
次に、サセプタ搬送装置34によって第1のサセプタ20は冷却ステージ28へ、第2のサセプタ20は第3の成膜ステージ26cへ、第3のサセプタ20は第2の成膜ステージ26bへ、第4のサセプタ20は第1の成膜ステージ26aへ、ゲート弁14aを開けてロボット22によって第5のサセプタ20が予備加熱ステージ24へ搬送される。そして、次に処理するウエハ1を内蔵した第6のサセプタ20が搬入側搬送室16内に搬入される。図示しないゲート弁を閉じて、ウエハ1の処理に支障のないガスで搬入側搬送室16内を置換する。第6のサセプタ20が搬入されガス置換を行う時間は、例えば1分である。第6のサセプタ20の搬入が開始されてから例えば10秒後に予備加熱ステージ24に配置された第5のサセプタ20は、予備加熱される。同時に、第1の成膜ステージ26aに配置された第4のサセプタ20は、上ランプ33a及び下ランプ33bにより加熱され、第4のサセプタ20内が所定の温度に達したら第4のサセプタ20内に処理ガスが搬入されると共に、対向する側の排気ポート46から排気されてウエハ1への成膜が行われる。また、第2の成膜ステージ26bに配置された第3のサセプタ20と第3の成膜ステージ26cに配置された第2のサセプタ20も同様の処理により成膜が行われる。また、冷却ステージ28に配置された第1のサセプタ20は冷却される。これにより、ウエハ冷却時間が短縮される。第6のサセプタ20の搬入が開始されてから第5のサセプタ20の予備加熱を終了するまで及び第2、第3及び第4のサセプタ20の成膜処理が終了するまで及び第1のサセプタの冷却が終了するまでの時間は、例えば5分である。
(Step 6)
Next, the
(ステップ7)
次に、ゲート弁14bを開けてロボット22によって第1のサセプタ20が、搬出側搬送室18へ搬出される。そして、サセプタ搬送装置34によって第2のサセプタ20は冷却ステージ28へ、第3のサセプタ20は第3の成膜ステージ26cへ、第4のサセプタ20は第2の成膜ステージ26bへ、第5のサセプタ20は第1の成膜ステージ26aへ、ゲート弁14aを開けてロボット22によって第6のサセプタ20が予備加熱ステージ24へ搬送される。そして、次に処理するウエハ1を内蔵した第7のサセプタ20が搬入側搬送室16内に搬入される。図示しないゲート弁を閉じて、ウエハ1の処理に支障のないガスで搬入側搬送室16内及び搬出側搬送室18内を置換する。第7のサセプタ20が搬入されガス置換を行う時間は、例えば1分である。第7のサセプタ20の搬入が開始されてから例えば10秒後に予備加熱ステージ24に配置された第6のサセプタ20は、予備加熱される。同時に、第1の成膜ステージ26aに配置された第5のサセプタ20は、上ランプ33a及び下ランプ33bにより加熱され、第5のサセプタ20内が所定の温度に達したら第5のサセプタ20内に処理ガスがガス供給ポート44から供給されると共に、対向する側のガス排気ポート46から排気されてウエハ1への成膜が行われる。また、第2の成膜ステージ26bに配置された第4のサセプタ20と第3の成膜ステージ26cに配置された第3のサセプタ20も同様の処理により成膜が行われる。また、冷却ステージ28に配置された第2のサセプタ20は冷却される。第7のサセプタ20の搬入が開始されてから第6のサセプタ20の予備加熱を終了するまで及び第3、第4及び第5のサセプタ20の成膜処理が終了するまで及び第2のサセプタの冷却が終了するまでの時間は、例えば5分である。
(Step 7)
Next, the
これらの動作を繰り返して処理室12内でサセプタ20が順次搬送されて処理が行われる。
By repeating these operations, the
このように、搬入側搬送室16からサセプタ20は、一定間隔で処理室12内に搬入され、予備加熱ステージ24、第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26cを順次移動する。処理室12内の4つのサセプタ20はサセプタ搬送装置34によって同時に搬送され、場所が空いた予備加熱ステージ24には新たなサセプタ20が搬入される。また、各成膜ステージで成膜を並行して行い、最後に冷却ステージ28を経て搬出側搬送室18へ搬出される。ここで、各成膜ステージで行われる処理は同一であり、例えばシリコンのエピ膜生成に用いられる。各ステージの処理ガスが同じため、サセプタそのものを気密にしなくてもよく、すなわち、サセプタから漏れたガスが他のサセプタに入っても問題はない。また、各成膜ステージにおいて、1ステージ目は例えば右から左へガスを供給し、2ステージ目は左から右へガスを供給するといったように、ステージ毎にガス供給口を逆にして供給する。これにより、膜厚の平均化が図れる。また、予備加熱ステージ24からステージが進むごとに温度を上げ、冷却ステージ28に近づくにつれて温度が下がるように雰囲気温度を制御する。これにより、所定の温度で処理しつつ、予備加熱ステージ24、冷却ステージ28での処理時間の節約を図ることができる。
これらの動作を繰り返して装置内にサセプタ20を順次搬送させて連続して処理を行う。
As described above, the
By repeating these operations, the
図6は、複数のサセプタ20がサセプタ搬送装置34によってそれぞれ次のステージに一括して搬送される様子を示す。
図6(a)は、例えば上述のステップ5の状態であり、第1のサセプタ20が第3の成膜ステージ26cに、第2のサセプタ20が第2の成膜ステージ26bに、第3のサセプタ20が第1の成膜ステージ26aのガス供給排気部38上に載置され、第4のサセプタ20が予備加熱ステージ24に配置されている。
搬送が開始されると、図6(b)に示すように、サセプタ搬送装置34が上昇され、第1のサセプタ20、第2のサセプタ20、第3のサセプタ20及び第4のサセプタ20のそれぞれの支持片48を同時に突き上げて上昇させる。
この状態で、図6(c)に示すように、搬送方向に1ステージ分移動し、図6(d)に示すようにサセプタ搬送装置34が下降して、上述のステップ6の状態となり、第1のサセプタ20が冷却ステージ28に配置され、第2のサセプタ20が第3の成膜ステージ26c、第3のサセプタ20が第2の成膜ステージ26b、第4のサセプタ20が第1の成膜ステージ26aのガス供給排気部38上に載置される。
ガス供給排気部38には、例えば不図示のくさび形の凹部を設け、サセプタ20の下面には、くさび形の凹部に対応する部分に凸部を設け、ガス供給排気部38の凹部とサセプタ20の凸部が噛み合うことで、ガス供給排気部38のガス供給口40とサセプタ20のガス供給ポート44と、ガス供給排気部38のガス排気口42とサセプタ20のガス排気ポート46がそれぞれ連通し、位置決めされる。
そして、図6(e)に示すように、サセプタ搬送装置34は搬送方向と逆方向に移動して元の状態に戻る。
そして、図6(f)に示すように、冷却ステージ28に載置された第1のサセプタ20は搬出側搬送室18に搬出され、予備加熱ステージ24には新たな第5のサセプタ20が搬入される。
FIG. 6 shows a state in which a plurality of
FIG. 6A shows, for example, the state of step 5 described above, in which the
When the conveyance is started, as shown in FIG. 6B, the
In this state, as shown in FIG. 6C, the stage is moved by one stage in the transfer direction, and the
The gas supply /
Then, as shown in FIG. 6E, the
Then, as shown in FIG. 6 (f), the
図7は、本発明の第2の本実施形態として上述の基板処理装置10に用いた移動手段であるサセプタ搬送装置34のかわりに、サセプタ搬送装置53を用いた例を示す。
サセプタ搬送装置53は、複数の回転体と、この複数の回転体に掛けられたベルトから構成される。サセプタ搬送装置53は、複数の回転体の回転によって、この回転体に掛けられたベルトを移動させることでサセプタ20を左右に搬送する。また、サセプタ搬送装置53は上下方向にも移動する。
図7(a)は、上述の図6(a)同様、第1のサセプタ20が第3の成膜ステージ26cに、第2のサセプタ20が第2の成膜ステージ26bに、第3のサセプタ20が第1の成膜ステージ26aのガス供給排気部38上に載置され、第4のサセプタ20が予備加熱ステージ24に配置されている。
搬送が開始されると、図7(b)に示すように、サセプタ搬送装置53が上昇され、第1のサセプタ20、第2のサセプタ20、第3のサセプタ20及び第4のサセプタ20のそれぞれの支持片48を同時に突き上げて上昇させる。
この状態で、図7(c)に示すように、回転体が反時計方向に回転して搬送方向に1ステージ分サセプタ20を移動させる。
そして、図7(d)に示すように、サセプタ搬送装置53が下降して、第1のサセプタ20が冷却ステージ28に配置され、第2のサセプタが第3の成膜ステージ26cに、第3のサセプタ20が第2の成膜ステージ26bに、第4のサセプタ20が第1の成膜ステージ26aのガス供給排気部38上に載置される。
これを繰り返すことにより、複数のサセプタ20を一括して順次次のステージに搬送することができる。
FIG. 7 shows an example in which a
The
In FIG. 7A, the
When the conveyance is started, as shown in FIG. 7B, the
In this state, as shown in FIG. 7C, the rotating body rotates counterclockwise to move the
Then, as shown in FIG. 7D, the
By repeating this, a plurality of
次に、本発明の第3の実施形態として上述の基板処理装置10に用いた加熱手段である上ランプ33aと下ランプ33bのかわりに、上コイル54aと下コイル54bを用いた例を示す。
図8は、本発明の第3の実施形態で用いられる基板処理装置10の全体構成図の縦断面図である。
図9は、図8で示された基板処理装置10のA−A線断面図であり、図10は、内部構造が見えるようにして示した斜視図である。
また、図11は、サセプタ20周辺の(a)は縦断面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)はB−B線断面図、(d)はC−C線断面図である。
Next, an example in which the
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the overall configuration diagram of the
9 is a cross-sectional view taken along line AA of the
11A is a longitudinal sectional view around the
すなわち、予備加熱ステージ24、第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26cには、各ステージに配置されたサセプタ20を上方向から加熱する上コイル54aと、下方向から加熱する下コイル54bが配置され、予備加熱ステージ24、第1の成膜ステージ26a、第2の成膜ステージ26b、第3の成膜ステージ26c上のサセプタ20が加熱されるようになっている。
上コイル54aと下コイル54bは、サセプタ20内部のカーボン等の導電性材料で構成された発熱体52を誘電加熱する。本実施形態によれば、発熱体52を直接加熱することができるので、発熱体52の周囲に断熱材を設けることで加熱効率を向上させることができる。
That is, in the preheating
The
図11(b)に示すように、発熱体52の周辺のサセプタベース58を例えば石英で構成し、且つ発熱体52の周辺部は断熱性を高めた例えば不透明石英60で構成する。このような構成とすることで、ウエハ1が載置される空間はホットウォール構造となり、ウエハ1を均一に加熱することができる。
As shown in FIG. 11B, the
図12は、本発明の第4の実施形態に係るサセプタ20周辺の断面図である。第4の実施形態では、サセプタ20内に発熱体52を設けずに、ウエハ1を直接誘電体製のサセプタに設置する。これにより、発熱部の熱容量が小さくなった分、ウエハ1の昇降温時間を短縮することができる。
FIG. 12 is a sectional view around the
図13は、本発明の第5の実施形態に係るサセプタ20の斜視図であり、図14は、処理室12内を示す断面図である。第5の実施形態では、ガス排気ポート46とガス供給ポート44をそれぞれ両端に設けたサセプタベース58上にウエハ1を例えば4枚並べて載置された加熱板62を載せ、その上にさらにサセプタベース58に設けられたガス排気ポート46とガス供給ポート44を覆うように石英製のシャワーヘッド64を載せる。シャワーヘッド64の下面には、ガス吹き出し孔66が複数設けられている。これにより、ガス供給ポート44から供給された処理ガスはシャワーヘッド64を経由してガス吹き出し孔66からウエハ1上へ吹き出し、ガス排気ポート46から排気される。また、シャワーヘッド64の上には反射板68を設ける。すなわち、ウエハ1の加熱は、図14に示すように下ランプ33bのみで効率よくできる。また、反射板68の上方には、反射板68及びシャワーヘッド64を冷却するための冷却板70を設ける。
FIG. 13 is a perspective view of a
図15は、本発明の第6の実施形態に係る基板処理装置10の処理室12内を示す断面図である。
第6の実施形態においては、上述の第5の実施形態の反射板68を設けるかわりに冷却板70の底面を反射率を高めるように構成する。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the inside of the
In the sixth embodiment, the bottom surface of the cooling
図13乃至15に示すように、シャワーヘッド64を用いて処理ガスを供給することで、ウエハ1に対する成膜の均一性を高めることができる。
As shown in FIGS. 13 to 15, the uniformity of film formation on the
図16は、本実施形態における基板処理装置10と従来の基板処理装置100(枚葉装置)を用いて4枚のウエハを処理した場合の処理時間を比較した図であり、(a)は本実施形態に係る基板処理装置10の動作、(b)は従来の基板処理装置100の動作の一例を示している。ここで、縦軸は各ウエハに対する基板処理装置の動作を示し、横軸は時間経過を示す。
本発明の実施形態に係る基板処理装置10を用いて、基板処理を行った場合には、従来例に係る基板処理装置100を用いて基板処理を行った場合と比較しておよそ3分の1の処理時間で行えることが確認された。すなわち、従来例に係る基板処理装置100の場合は、成膜処理の前後に処理室の温度の昇降作業をその都度行う必要があったが、それに対して、本実施形態に係る基板処理装置10では、それぞれのステージを一度に加熱してしまうため、処理室の温度の昇降作業を制御する必要がなく、サセプタが連続して処理室に投入処理され、連続して出力されるので待ち時間を極力少なくすることができた。
FIG. 16 is a diagram comparing processing times when four wafers are processed using the
When the substrate processing is performed using the
したがって、ガスを出し入れできる密閉構造のサセプタに複数のウエハを載置して、密閉構造のサセプタ毎に加熱しながら複数のサセプタを一括搬送することで、構造がシンプルなものになる。また、成膜の待ち時間を減らし、スループットを高めて、生産効率を向上させることができる。また、被処理基板であるウエハを極力隙間無く載置することで、処理ガスが他へ迂回することなくウエハで囲まれた空間の中を通過し、サセプタ内に供給された処理ガスの大部分が成膜に寄与することとなり、処理ガスの使用効率を高めることができ、フットプリントにも優れている。 Therefore, the structure is simplified by placing a plurality of wafers on a susceptor having a sealed structure in which gas can be taken in and out, and transferring the plurality of susceptors at a time while heating each susceptor having the sealed structure. In addition, the film formation waiting time can be reduced, the throughput can be increased, and the production efficiency can be improved. Also, by placing the wafer, which is the substrate to be processed, without gaps as much as possible, the processing gas passes through the space surrounded by the wafer without detouring to the other, and most of the processing gas supplied into the susceptor Contributes to film formation, can improve the use efficiency of the processing gas, and has an excellent footprint.
本発明の一態様によれば、処理室と、被処理基板を内蔵するための複数のサセプタと、前記処理室内にあって、前記複数のサセプタを並べて一定距離ずつ移動させる移動手段と、この移動手段により移動されるサセプタを加熱する加熱手段と、前記サセプタ内部へ反応性ガスを供給するガス供給手段と、を有する基板処理装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a processing chamber, a plurality of susceptors for containing a substrate to be processed, a moving unit in the processing chamber that moves the plurality of susceptors side by side, and the movement There is provided a substrate processing apparatus comprising heating means for heating a susceptor moved by the means, and gas supply means for supplying a reactive gas into the susceptor.
好ましくは、前記処理室の少なくとも一方に設けられ、前記処理室へ被処理基板を搬送する搬送室と、この搬送室と前記処理室との間に設けられたゲート弁と、をさらに有する。 Preferably, the apparatus further includes a transfer chamber that is provided in at least one of the process chambers and transfers a substrate to be processed to the process chamber, and a gate valve provided between the transfer chamber and the process chamber.
また、好ましくは、前記サセプタは、複数枚の被処理基板を該サセプタの内側の上下面、または上下面と側面に支持する。 Preferably, the susceptor supports a plurality of substrates to be processed on the inner upper and lower surfaces or on the upper and lower surfaces and side surfaces of the susceptor.
また、好ましくは、前記サセプタの一端の下面に、前記サセプタ内へ反応性ガスを供給する第1の開口部と、他端の下面に、前記サセプタ内の残留ガスを排気する第2の開口部とを有する。 Preferably, a first opening for supplying reactive gas into the susceptor is provided on the lower surface of one end of the susceptor, and a second opening for exhausting residual gas in the susceptor on the lower surface of the other end. And have.
また、好ましくは、前記ガス供給手段は、前記第1の開口部に連通するガス供給口と、前記第2の開口部に連通するガス排気口を有する。 Preferably, the gas supply means has a gas supply port communicating with the first opening and a gas exhaust port communicating with the second opening.
また、好ましくは、前記サセプタは、一対の前記ガス供給手段に載置される。 Preferably, the susceptor is placed on a pair of the gas supply means.
また、好ましくは、前記移動手段は、一対のバーであり、複数のサセプタを一括搬送する為に、該移動手段が上昇して前記複数のサセプタを受け取り、一方向に一定距離ずつ移動し、停止後下降して前記複数のサセプタを同時に降ろし、前記移動手段はさらに下降した後、元に位置に戻る。 Preferably, the moving means is a pair of bars, and the moving means ascends to receive the plurality of susceptors in order to collectively transport a plurality of susceptors, moves in a direction by a certain distance, and stops. The plurality of susceptors are lowered at the same time, and the moving means is further lowered and then returned to the original position.
また、好ましくは、前記移動手段は、ベルト機構であり、複数のサセプタを一括搬送する為に、該移動手段が上昇して前記複数のサセプタを受け取り、ベルトの移動により一方向に一定距離ずつ移動し、停止後下降して前記複数のサセプタを同時に降ろし、前記移動手段はさらに下降した後、元に位置に戻る。 Preferably, the moving means is a belt mechanism, and the moving means ascends to receive the plurality of susceptors to move the plurality of susceptors at a time, and moves by a constant distance in one direction by movement of the belt. After the stop, the plurality of susceptors are lowered at the same time, and the moving means is further lowered and then returned to the original position.
また、好ましくは、前記加熱手段は、ランプであり、被処理基板を内蔵した複数のサセプタの外側からこのランプの光を照射して前記複数のサセプタを加熱し、該複数のサセプタに内蔵された被処理基板を一様に加熱する。 Preferably, the heating means is a lamp, and the plurality of susceptors are heated by irradiating light of the lamp from the outside of the plurality of susceptors containing the substrate to be processed, and are incorporated in the plurality of susceptors. The substrate to be processed is heated uniformly.
また、好ましくは、前記加熱手段は、誘電加熱用のコイルであり、前記サセプタは導電性材料で形成され、被処理基板を内蔵した複数のサセプタの外側から前記コイルに交流電力を印加して前記複数のサセプタを加熱し、該複数のサセプタに内蔵された被処理基板を一様に加熱する。 Preferably, the heating means is a coil for dielectric heating, the susceptor is formed of a conductive material, and AC power is applied to the coil from the outside of a plurality of susceptors containing a substrate to be processed. The plurality of susceptors are heated, and the substrate to be processed incorporated in the plurality of susceptors is uniformly heated.
また、好ましくは、前記サセプタは石英等の透明の誘電体材料で形成され、被処理基板を内蔵した前記サセプタの外側からランプの光を照射して、基板を加熱する。 Preferably, the susceptor is made of a transparent dielectric material such as quartz, and the substrate is heated by irradiating light from a lamp from the outside of the susceptor containing the substrate to be processed.
また、好ましくは、前記サセプタは石英等の誘電体で形成され、前記サセプタと該サセプタに内蔵された被処理基板との間に導電性の板を設け、前記サセプタの外側に設けた誘導加熱コイルに交流電力を印加して、前記導電性の板を加熱すると共に、該導電性の板の周囲の材質を不透明石英等の光を遮断する部材として、保温性を高める。 Preferably, the susceptor is made of a dielectric material such as quartz, a conductive plate is provided between the susceptor and a substrate to be processed built in the susceptor, and an induction heating coil provided outside the susceptor. AC power is applied to the conductive plate to heat the conductive plate, and the material around the conductive plate is used as a member for blocking light such as opaque quartz to enhance heat retention.
また、好ましくは、前記第1の開口部と前記第2の開口部が形成されたサセプタベースを有し、このサセプタベースの上に被処理基板を載置した加熱板を設け、さらにその上に前記第1の開口部と前記第2の開口部を覆うように石英等の誘電体製のシャワーヘッドを設け、前記第1の開口部から供給された反応性ガスが前記シャワーヘッドを経由して、該シャワーヘッドに設けられた複数の孔を通過して被処理基板に供給され、反応性生物と共に前記第2の開口部から排気される。 Preferably, the apparatus has a susceptor base in which the first opening and the second opening are formed, and a heating plate on which a substrate to be processed is placed is provided on the susceptor base. A shower head made of a dielectric material such as quartz is provided so as to cover the first opening and the second opening, and the reactive gas supplied from the first opening passes through the shower head. Then, it passes through a plurality of holes provided in the shower head, is supplied to the substrate to be processed, and is exhausted from the second opening together with the reactive organism.
本発明の他の態様によれば、処理室と、被処理基板を内蔵する複数のサセプタと、前記処理室内にあって、前記複数のサセプタを並べて一方向に一定距離ずつ移動させる移動手段と、この移動手段により移動されるサセプタを加熱する加熱手段と、前記サセプタ内部へ反応性ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記移動手段は、一対のバーであり、複数のサセプタを一括搬送する為に、該移動手段が上昇して前記複数のサセプタを受け取り、一方向に一定距離ずつ移動し、停止後下降して前記複数のサセプタを同時に降ろし、前記移動手段はさらに下降した後、元に位置に戻り、これらを繰返して前記サセプタを搬送する基板処理方法。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber, a plurality of susceptors containing a substrate to be processed, and a moving unit that is in the processing chamber and moves the plurality of susceptors side by side by a fixed distance; A heating means for heating the susceptor moved by the moving means; and a gas supply means for supplying a reactive gas into the susceptor. The moving means is a pair of bars, and a plurality of susceptors are collectively In order to convey, the moving means ascends to receive the plurality of susceptors, move by a fixed distance in one direction, descend after stopping and simultaneously lower the plurality of susceptors, and the moving means further descends, A substrate processing method for returning to the original position and transporting the susceptor by repeating these steps.
好ましくは、前記ガス供給手段には、前記サセプタ内へ反応性ガスを供給するためのガス供給口と、前記サセプタ内の残留ガスを排気するためのガス排気口が設けられ、ガスの供給と排気を一定時間ごとに交代しながら成膜する。 Preferably, the gas supply means is provided with a gas supply port for supplying a reactive gas into the susceptor and a gas exhaust port for exhausting a residual gas in the susceptor. The film is formed while changing at regular intervals.
1 ウエハ
10 基板処理装置
12 処理室
14a、14b ゲート弁
16 搬入側搬送室
18 搬出側搬送室
20 サセプタ
24 予備加熱ステージ
26a、26b、26c 成膜ステージ
28 冷却ステージ
30 ガス供給管
32 ガス排気管
33a 上ランプ(第1の加熱手段)
33b 下ランプ(第2の加熱手段)
34 サセプタ搬送装置(移動手段)
38 ガス供給排気部(ガス供給手段)
44 ガス供給ポート(第1の開口部)
46 ガス排気ポート(第2の開口部)
48 支持片
84 コントローラ
DESCRIPTION OF
33b Lower lamp (second heating means)
34 Susceptor transfer device (moving means)
38 Gas supply exhaust section (gas supply means)
44 Gas supply port (first opening)
46 Gas exhaust port (second opening)
48 Support piece 84 Controller
Claims (3)
被処理基板を内蔵するための複数のサセプタと、
前記処理室内にあって、前記複数のサセプタを並べて一定距離ずつ移動させる移動手段と、
この移動手段により移動されるサセプタを加熱する加熱手段と、
前記サセプタ内部へ反応性ガスを供給するガス供給手段と、
を有する基板処理装置。 A processing chamber;
A plurality of susceptors for containing a substrate to be processed;
A moving means in the processing chamber for moving the plurality of susceptors side by side by a fixed distance;
Heating means for heating the susceptor moved by the moving means;
Gas supply means for supplying a reactive gas into the susceptor;
A substrate processing apparatus.
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