JP2013051249A - 基板処理装置及び成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転テーブルに載置した基板を速やかに昇温させることができる技術を提供すること。
【解決手段】複数の処理領域に反応ガスを夫々供給するための複数の反応ガス供給手段と、前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するために前記回転方向において処理領域の間に位置する分離領域と、前記載置領域の他面側を熱輻射により加熱することにより前記基板を加熱する加熱部と、を備える基板処理装置において、前記回転テーブルは、当該回転テーブルの一面側から他面側までを形成する基板載置部と、この基板載置部以外の部位であるテーブル本体と、から構成され、前記基板載置部はテーブル本体よりも熱容量の小さい材質により構成される。これによって加熱部から基板への熱伝導性を高くすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転テーブル上の基板を複数の処理領域を通過させることにより処理する基板処理装置及び成膜装置に関する。
半導体製造プロセスにおける成膜手法として、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の表面に真空雰囲気下で第１の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第２の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれている。
このような成膜方法が好適である例としては、例えばゲート酸化膜に用いられる高誘電体膜の成膜が挙げられる。一例を挙げると、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する場合には、第１の反応ガス（原料ガス）として、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（以下「ＢＴＢＡＳ」という）ガス等が用いられ、第２の反応ガス（酸化ガス）としてオゾンガス等が用いられる。
このような成膜方法を実施する装置として、真空容器内でウエハを表面に載置する回転テーブルと、前記回転テーブルの回転方向に設けられて反応ガスを各々供給するための処理領域と、回転方向の処理領域間に反応ガス同士が混ざり合うことを防ぐ分離領域とを備える装置を用いることが検討されている。そして、成膜処理時には回転テーブルの裏面側に設けられたヒータの輻射熱により、回転テーブルを介して前記ウエハＷを加熱する。
この成膜装置において繰り返し成膜処理を行うと、回転テーブル表面や真空容器の内壁に反応ガスからの生成物が堆積する。そこで、真空容器内に所定のエッチング用ガスを供給して、堆積物を除去するクリーニング処理が行われる。このとき、前記ガスによる回転テーブルの腐食を抑えるために当該回転テーブルを例えば石英により構成することが検討されている。
しかし、この石英の熱容量は比較的大きいのでウエハへの熱伝導性が低く、成膜処理時にウエハＷを所定の温度に加熱するための時間を短くすることが難しい。従って、装置のスループットが低下する懸念がある。特許文献１には、基板の温度分布を均一にするために基板の径方向に沿ってサセプタの厚さを変化させる技術について記載されている。特許文献２には補強用のリブを設けたサセプタについて記載されている。しかし、これらの特許文献には上記のような問題については記載されておらず、当該問題を解決できるものではない。
特許第２５１４７８８ 特開２００２−２５６４３９
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は回転テーブルに載置した基板を速やかに昇温させることができる技術を提供することである。
本発明の基板処理装置は、処理容器内にて回転テーブルの一面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより複数の処理領域を順次通過させ、基板にガス処理を行う基板処理装置において、
前記複数の処理領域に反応ガスを夫々供給するための複数の反応ガス供給手段と、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記載置領域の他面側を熱輻射により加熱することにより前記基板を加熱する加熱部と、
を備え、
前記回転テーブルは、前記載置領域に相当する部位であって、当該回転テーブルの一面側から他面側までを形成する基板載置部と、この基板載置部以外の部位であるテーブル本体と、から構成され、前記基板載置部はテーブル本体よりも熱容量の小さい材質により構成されていることを特徴とする。
本発明の具体的態様としては、例えば以下の通りである。
（１）前記基板載置部はテーブル本体に対して着脱自在に構成されている。
（２）前記回転テーブルの他面は凹部を備え、前記凹部の底面は前記基板載置部により構成されている。
（３）前記基板載置部には回転テーブルの一面側から他面側に向かって多数の孔が設けられている。
（４）前記多数の孔は、基板載置部に基板を受け渡すために昇降するピンが通過するための貫通孔と、前記ピンが通過せず、基板載置部の熱容量を抑えるために設けられた貫通孔とにより構成される。
（５）回転テーブルの一面側には基板がその内部に載置される基板載置用の凹部が設けられ、前記凹部の底面は前記基板載置部により構成される。
（６）前記テーブル本体は石英により構成され、前記基板載置部は窒化アルミニウム、炭化シリコンまたはカーボンにより構成される。
また、本発明の成膜装置は、処理容器内にて回転テーブルの一面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、当該回転テーブル上の基板に複数種類の反応ガスを順番に供給し、反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記複数の処理領域に反応ガスを夫々供給するための複数の反応ガス供給手段と、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記載置領域の他面側を熱輻射により加熱することにより前記基板を加熱する加熱部と、
を備え、
前記回転テーブルは、前記載置領域に相当する部位であって、当該回転テーブルの一面側から他面側までを形成する基板載置部と、この基板載置部以外の部位であるテーブル本体と、から構成され、前記基板載置部はテーブル本体よりも熱容量の小さい材質により構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、回転テーブルを、当該回転テーブルの一面側から他面側までを形成する基板載置部と、この基板載置部以外の部位を形成するテーブル本体とにより構成し、基板載置部はテーブル本体よりも熱容量が小さい。従って、基板載置部に載置された基板を速やかに昇温させることができるので、装置のスループットの低下を抑えることができる。
本発明の成膜装置の縦断面図である。 上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。 前記成膜装置の平面図である。 回転テーブルのテーブル本体の縦断側面図である。 回転テーブルの表面側分解斜視図である。 回転テーブルの裏面側斜視図である。 前記成膜装置に形成される気流を示す説明図である。 他の回転テーブルの縦断側面図である。 更に他の回転テーブルの斜視図である。
本発明の実施形態である成膜装置１について説明する。この成膜装置１は、基板である半導体ウエハＷにＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）及びＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）を行う。図１、図２、図３は夫々成膜装置１の縦断側面図、概略斜視図、横断平面図である。成膜装置１は、概ね円形状の扁平な真空容器（処理容器）１１と、真空容器１１内に水平に設けられた円形の回転テーブル２と、を備えている。真空容器１１は大気雰囲気に設けられ、天板１２と、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３とにより構成されている。図１中１１ａは、真空容器１１内を気密に保つためのシール部材であり、１３ａは容器本体１３の中央部を塞ぐカバーである。
回転テーブル２は回転駆動機構１４に接続され、回転駆動機構１４によりその中心軸周りに周方向に回転する。回転テーブル２の表面側（一面側）には、前記回転方向に沿って５つの凹部２１が形成されており、この凹部２１に基板であるウエハＷが載置され、回転テーブル２の回転により凹部２１の基板が前記中心軸周りに公転する。図中１５はウエハＷの搬送口である。図３中１６は搬送口１５を開閉自在なシャッタである（図２では省略している）。回転テーブル２については後により詳しく説明する。
回転テーブル２上には、当該回転テーブル２の外周から中心へ向かって伸びる棒状の第１の反応ガスノズル３１、分離ガスノズル３２、第２の反応ガスノズル３３及び分離ガスノズル３４が、この順で周方向に配設されている。これらのガスノズル３１〜３４は下方に開口部を備え、回転テーブル２の径に沿って夫々ガスを供給する。成膜処理時には第１の反応ガスノズル３１はＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを、第２の反応ガスノズル３３はＯ3（オゾン）ガスを夫々吐出する。また、成膜装置１では、ウエハＷに対して成膜処理を行う他に、各反応ガスから生成して、回転テーブル２表面及び真空容器１１の内壁に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を行う。このクリーニング処理時には、反応ガスノズル３１，３３からはＢＴＢＡＳガス、Ｏ3ガスの代わりに例えば塩素を含んだクリーニングガスが供給される。分離ガスノズル３２、３４はＮ2（窒素）ガスを吐出する。
真空容器１１の天板１２は、下方に突出する扇状の２つの突状部３５を備え、突状部３５は周方向に間隔をおいて形成されている。前記分離ガスノズル３２、３４は、夫々突状部３５にめり込むと共に、当該突状部３５を周方向に分割するように設けられている。前記第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３３は、各突状部３５から離れて設けられている。
第１の反応ガスノズル３１の下方のガス供給領域を第１の処理領域Ｐ１、第２の反応ガスノズル３３の下方のガス供給領域を第２の処理領域Ｐ２とする。突状部３５、３５の下方は分離領域Ｄ、Ｄとして構成されている。成膜処理時に分離ガスノズル３２、３４から前記分離領域Ｄに供給されたＮ2ガスが、当該分離領域Ｄを周方向に広がり、回転テーブル２上でＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが混合されることを防ぎ、排気口３６，３６へと押し流す。これら排気口３６は、真空容器１１の底面において処理領域Ｐ１、Ｐ２と、回転テーブル２の回転方向に見て当該処理領域Ｐ１、Ｐ２に隣り合う分離領域Ｄとの間から、回転テーブル２の径方向外側へ向かった位置に開口している。
また、この成膜処理時には、回転テーブル２の中心部領域３８にＮ2ガスが供給される。天板１２において、リング状に下方に突出した突状部３９の下方を介して、このＮ2ガスが回転テーブル２の径方向外側に供給され、前記中心部領域でのＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとの混合が防がれる。また、図示は省略しているが、カバー１３ａ内及び回転テーブル２の裏面側にもＮ2ガスが供給され、反応ガスがパージされるようになっている。
真空容器１１の底部、即ち回転テーブル２の下方には回転テーブル２から離れた位置に加熱部であるヒータ４１が設けられている。ヒータ４１の回転テーブル２への輻射熱により回転テーブル２が昇温し、凹部２１に載置されたウエハＷが加熱される。図中４２はヒータ４１表面に成膜されることを防ぐためのシールドである。
続いて、回転テーブル２について図４〜図６も参照しながらより詳しく説明する。図４は回転テーブル２の縦断側面図、図５は回転テーブル２の表面側分解斜視図、図６は回転テーブル２の裏面側斜視図である。回転テーブル２は、回転テーブル２の外形を構成するテーブル本体２２と、ウエハ載置板２３とにより構成される。ウエハ載置板２３はウエハＷの載置領域を構成し、回転テーブル２においてこのウエハＷの載置領域の外側がテーブル本体２２により構成されている。
テーブル本体２２は石英により構成されており、背景技術の項目でも説明したように上記のクリーニングガスに対して高い耐腐食性を有するように構成されている。テーブル本体２２は回転方向に５つの円形の貫通孔２４を備えており、貫通孔２４の下部側の側壁は貫通孔２４の内側に向かって突出してリング状の保持部２５を形成している。この保持部２５に前記ウエハ載置板２３の周縁部が保持されることにより既述の凹部２１が形成される。
ウエハ載置板２３は、ウエハＷの載置領域において回転テーブル２の裏面側から表面側までを形成し、前記ヒータ４１の輻射熱により加熱されたときに速やかに載置されたウエハＷの温度を上昇させるために、その熱容量がテーブル本体２２の熱容量よりも小さく構成されている。即ち、テーブル本体２２の熱伝導性よりもウエハ載置板２３の熱伝導性が大きい。具体的には、ウエハ載置板２３は例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化シリコン）またはカーボンなどの材質により構成される。
ウエハ載置板２３は前記貫通孔２４の形状に対応して円形に構成され、テーブル本体２２に対して着脱自在に構成される。ウエハ載置板２３はその表裏方向に貫通孔２６を備えている。この貫通孔２６はウエハ載置板２３に多数分散配置されており、当該ウエハ載置板２３の熱容量を抑える役割を有している。また、ウエハ載置板２３には、３つのピン挿通用貫通孔２７が形成されており、その径は貫通孔２６の径よりも大きく形成される。ピン挿通用貫通孔２７は回転テーブル２の下方に設けられる図示しない昇降ピンを通過させる役割を有し、前記昇降ピンにより回転テーブル２と図３に示すウエハ搬送機構３Ａとの間でウエハＷの受け渡しが行われる。
また、ウエハ載置板２３と保持部２５の内周壁とにより裏面側凹部２８が形成されている。このように裏面側凹部２８が形成されるようにウエハ載置板２３を構成する、つまり、ウエハ載置板２３の厚さを小さくすることで、ウエハ載置板２３の熱容量をより小さくし、より速やかにウエハＷが昇温されるようにしている。
続いて、この成膜装置１の作用について説明する。搬送口１５からウエハ搬送機構３ＡがウエハＷを保持した状態で真空容器１１内に進入し、搬送口１５に臨む位置における凹部２１のピン挿通用貫通孔２７から回転テーブル２上に不図示の昇降ピンが突出してウエハＷを突き上げ、凹部２１とウエハ搬送機構３Ａとの間でウエハＷが受け渡される。各凹部内２１にウエハＷが載置されると、排気口３６、３６に夫々接続された真空ポンプにより排気が行われて真空容器１１内が排気され、真空容器１１内が所定の圧力の真空雰囲気になる。そして、回転テーブル２が回転すると共にヒータ４１が昇温する。
ヒータ４１からの回転テーブル２への輻射熱が増大し、回転テーブル２のウエハ載置板２３はテーブル本体２２よりも速やかに目標温度例えば３５０℃に昇温する。ウエハ載置板２３からの伝熱によりウエハＷも３５０℃に加熱され、ヒータ４１の出力が所定の値に維持される。
続いて、各ガスノズル３１〜３４からガスが供給され、ウエハＷは第１の反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル３３の下方の第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過し、ウエハＷにＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いでＯ３ガスが吸着してＢＴＢＡＳ分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成される。こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。
図７では矢印で真空容器１１内のガスの流れを示している。また、図中４３の矢印は回転テーブル２の回転方向を示している。分離ガスノズル３２、３４から前記分離領域Ｄに供給されたＮ2ガスが、当該分離領域Ｄを周方向に広がり、回転テーブル２上でＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが混合されることを防ぐ。また、この成膜処理時には、回転テーブル２の中心部領域３８上の空間にＮ2ガスが供給される。天板１２において、リング状に下方に突出した突状部３９の下方を介して、このＮ2ガスが回転テーブル２の径方向外側に供給され、前記中心部領域３８でのＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとの混合が防がれる。また、図示は省略しているが、カバー１３ａ内及び回転テーブル２の裏面側にもＮ2ガスが供給され、反応ガスがパージされるようになっている。
所定の回数、回転テーブル２が回転して所定の膜厚のシリコン酸化膜が形成されると、各ガスの供給が停止し、ヒータ４１の出力が低下し、ウエハＷの温度が３５０℃から低下する。そして、昇降ピンが凹部２１内のウエハＷを突き上げ、前記ウエハ搬送機構３Ａが突き上げられたウエハＷを受け取り、真空容器１１の外に搬出する。
例えば所定の回数成膜処理を行うと、第１の反応ガスノズル、第２の反応ガスノズルからＢＴＢＡＳガスまたはＯ3ガスの代わりにクリーニングガスが供給される。このクリーニング処理はこのようにガスが異なること、回転テーブル２にウエハＷが保持されていないことを除き、成膜処理時と同様に行われる。クリーニングガスにより、既述のように真空容器１１の内壁及び回転テーブル２の堆積物がエッチングされて除去される。既述のように回転テーブル２のテーブル本体２２は、高い耐食性を有しているためこの処理による劣化が抑えられる。ユーザは例えば所定の回数クリーニング処理を行うと、ウエハ載置板２３を新規なウエハ載置板２３に交換する。
この成膜装置１によれば、テーブル本体２２を石英により構成して高い耐腐食性を得る一方で、ウエハ載置板２３を前記石英よりも熱容量が低いＡｌＮ、ＳｉＣまたはカーボンにより構成しているため、ウエハＷの加熱時に当該ウエハＷの温度を速やかに上昇させることができる。従って成膜装置１のスループットの低下を抑えることができる。また、ウエハ載置板２３はテーブル本体２２に対して着脱自在であるため、前記クリーニング処理によりダメージを受けたときに交換することができる。従って装置１のメンテナンスを容易に行うことができる。
ウエハ載置板２３の形状としては既述の例に限られず、例えば図８に示すように構成してもよい。このウエハ載置板４４は、その周縁部が上方へ向けて突出することにより、凹部２１の底面部の他に凹部２１の側壁も構成している。また、回転テーブルとしては円形状に限らない。図９は回転テーブルの一例を示したものであり、テーブル本体を十字板４５により構成し、十字板の各先端にウエハ載置板２３が設けられている。ウエハ載置板２３の表面には、十字板４５の回転によるウエハＷの飛び出しを防止するピン４６が設けられている。
ところで、テーブル本体に対してウエハ載置板が着脱自在に構成されるとは、テーブル本体にウエハ載置板が置かれている場合、テーブル本体及びウエハ載置板の一方に凸部、他方に凹部を設け、これら凸部及び凹部が嵌合している場合、テーブル本体及びウエハ載置板が互いに係合している場合及びネジなどの止着部材により互いに固定されている場合が含まれる。
また、上記の例では第１及び第２の処理領域で夫々異なる成膜用のガスを供給する成膜装置の例を示しているが、一方の処理領域では反応ガスをウエハＷに供給してウエハＷに成膜を行い、他方の処理領域では不活性ガスを供給して、ウエハＷに形成された膜のアニール処理を行ってもよい。また、一方の処理領域でそのように成膜を行い、他方の処理領域では酸化用ガスを供給すると共にその酸化用ガスをプラズマ化して膜の酸化を行ってもよい。また、各処理領域でウエハＷにガスを供給することにより、ウエハＷに形成された膜のエッチング処理を行ってもよい。その他に、第１の処理領域、第２の処理領域で互いに種類が同じで濃度が異なるガスを供給してウエハＷにエッチングや成膜処理を行ってもよい。さらに、回転テーブル２上で処理を行う処理領域を３箇所以上設けてもよい。
Ｗ ウエハ
Ｄ 分離領域
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
２１ 凹部
２２ テーブル本体
２３ ウエハ載置板
２６ 貫通孔
３１、３３ 反応ガスノズル
３２、３４ 分離ガスノズル

Claims (8)

  1. 処理容器内にて回転テーブルの一面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより複数の処理領域を順次通過させ、基板にガス処理を行う基板処理装置において、
    前記複数の処理領域に反応ガスを夫々供給するための複数の反応ガス供給手段と、
    前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
    前記処理容器内を排気するための排気口と、
    前記載置領域の他面側を熱輻射により加熱することにより前記基板を加熱する加熱部と、
    を備え、
    前記回転テーブルは、前記載置領域に相当する部位であって、当該回転テーブルの一面側から他面側までを形成する基板載置部と、この基板載置部以外の部位であるテーブル本体と、から構成され、前記基板載置部はテーブル本体よりも熱容量の小さい材質により構成されていることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記基板載置部はテーブル本体に対して着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記回転テーブルの他面は凹部を備え、前記凹部の底面は前記基板載置部により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記基板載置部には回転テーブルの一面側から他面側に向かって多数の孔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  5. 前記多数の孔は、基板載置部に基板を受け渡すために昇降するピンが通過するための貫通孔と、前記ピンが通過せず、基板載置部の熱容量を抑えるために設けられた貫通孔とにより構成されることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
  6. 回転テーブルの一面側には基板がその内部に載置される基板載置用の凹部が設けられ、前記凹部の底面は前記基板載置部により構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  7. 前記テーブル本体は石英により構成され、前記基板載置部は窒化アルミニウム、炭化シリコンまたはカーボンにより構成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  8. 処理容器内にて回転テーブルの一面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、当該回転テーブル上の基板に複数種類の反応ガスを順番に供給し、反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
    前記複数の処理領域に反応ガスを夫々供給するための複数の反応ガス供給手段と、
    前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
    前記処理容器内を排気するための排気口と、
    前記載置領域の他面側を熱輻射により加熱することにより前記基板を加熱する加熱部と、
    を備え、
    前記回転テーブルは、前記載置領域に相当する部位であって、当該回転テーブルの一面側から他面側までを形成する基板載置部と、この基板載置部以外の部位であるテーブル本体と、から構成され、前記基板載置部はテーブル本体よりも熱容量の小さい材質により構成されていることを特徴とする成膜装置。
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