JP2014107414A

JP2014107414A - サンプルホルダ

Info

Publication number: JP2014107414A
Application number: JP2012259415A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Imai; 大輔今井; Tetsuya Saruwatari; 哲也猿渡
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP6024417B2

Abstract

【課題】プロセス処理装置内で電極として使用され、搭載された基板に形成される膜の面内分布を改善できるサンプルホルダを提供する。
【解決手段】半導体製造装置に格納され、半導体製造装置による処理において電極として使用可能なサンプルホルダであって、処理対象の基板が搭載される基板搭載領域が定義されて垂直方向に延伸し且つ表面高さが一様である基板搭載面を有し、基板搭載面の、少なくとも基板搭載領域が定義された領域の全体が多孔質の材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理対象の基板を搭載して半導体製造装置に格納されるサンプルホルダに関する。

成膜やエッチングなどの処理工程で、基板はサンプルホルダに搭載されてプロセス処理装置に搬入される。サンプルホルダには、基板を水平に搭載するカートタイプや、基板を垂直に搭載するボートタイプなどがある。処理効率を向上させるために、ボートタイプのサンプルホルダを用いて同時に処理できる基板の数を増やすことが有効である（例えば、特許文献１参照。）。基板が搭載される基板プレートを複数有するボートタイプのサンプルホルダを使用することにより、多数の基板を同時に処理するプロセス処理装置のフットプリントを小さくすることができる。

従来、ロボットアームなどによって、サンプルホルダに基板を搭載したりサンプルホルダから基板を回収したりする移載作業が行われている。移載時にサンプルホルダと基板が密着して容易に離すことができないと、移載作業が困難になる。このため、サンプルホルダと基板との間には、基板の移載を容易にするために空洞や隙間を設けていた。

特開２００２−７５８８４号公報

しかしながら、例えばプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置によって基板に成膜する場合などにおいては、基板が搭載されたサンプルホルダが電極として使用される。このため、サンプルホルダと基板との間に空洞や隙間を設けていると、分布という観点から電位が不安定になる等の問題が生じる。

例えば、太陽電池用シリコン基板は年々薄型化されており、従来の厚さが２００μｍであった基板が１００μｍ以下の厚さになってきている。このため、形成される膜の膜厚分布を保証するために、基板表面の電位安定性の確保につながるサンプルホルダと基板の密着性が不可欠になっている。

本発明は、プロセス処理装置内で電極として使用され、搭載された基板に形成される膜の面内分布を改善できるサンプルホルダを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、半導体製造装置に格納され、半導体製造装置による処理において電極として使用可能なサンプルホルダであって、処理対象の基板が搭載される基板搭載領域が定義されて垂直方向に延伸し且つ表面高さが一様である基板搭載面を有し、基板搭載面の、少なくとも基板搭載領域が定義された領域の全体が多孔質の材料からなるサンプルホルダが提供される。

本発明によれば、プロセス処理装置内で電極として使用され、搭載された基板に形成される膜の面内分布を改善できるサンプルホルダを提供できる。

本発明の実施形態に係るサンプルホルダを示す模式図である。比較例のサンプルホルダを示す模式図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダの基板搭載面に定義された基板搭載領域の例を示す模式図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダが複数の基板プレートを有する例を示す模式図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダを用いた成膜処理を説明するための模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る図１に示すサンプルホルダ１０は、処理対象の基板２００を搭載してプロセス処理装置に格納され、プロセス処理装置による処理において電極として使用可能なサンプルホルダである。

サンプルホルダ１０は、基板２００が搭載される基板搭載領域１１１が定義されて垂直方向に延伸する基板搭載面１１０を有する基板プレート１１を備える。プロセス処理装置による処理工程中は、基板搭載領域１１１が基板２００に接触している。図１に示すように、基板搭載領域１１１に基板２００が搭載された状態において基板２００と基板搭載面１１０との間に空洞や隙間がないように、基板搭載面１１０の表面高さは一様である。

基板搭載面１１０の、少なくとも基板搭載領域１１１が定義された領域の全体は多孔質の材料からなる。また、基板プレート１１或いはサンプルホルダ１０の全体が多孔質の材料で構成されていてもよい。多孔質の材料には、例えばカーボンが好適に使用される。

図１に示したサンプルホルダ１０は、基板搭載面１１０が垂直方向に延伸するボートタイプである。基板プレート１１は、互いに対向して垂直方向に延伸する第１の主面と第２の主面とを有するを備える。第１の主面と第２の主面は、それぞれ基板搭載面１１０として使用可能である。図１では、一方の基板搭載面１１０にのみ基板２００が搭載されている例を示した。

基板２００は、半導体デバイスに使用されるシリコン基板やガラス基板などである。例えば、シリコンからなる太陽電池用基板がサンプルホルダ１０に搭載されて、反射防止膜やパッシベーション膜を太陽電池用基板上に形成するためにプロセス処理装置に格納される。プロセス処理装置による処理の例は後述する。

プロセス処理装置による基板２００の処理工程において、基板２００が格納されるチャンバー内が真空状態にされることが多い。つまり、サンプルホルダ１０に搭載された基板２００は、サンプルホルダ１０ごと一旦真空環境下に置かれる。この際、チャンバー内の真空引きにおいて、サンプルホルダ１０の多孔質材料からなる部分の微細な孔の中も真空になる。そして、成膜工程の際に原料ガスが導入されてチャンバー内の圧力が上がることにより、サンプルホルダ１０に密着する方向に基板２００に力が働く。基板搭載面１１０の表面高さが一様であるため、基板２００とサンプルホルダ１０との密着性が向上する。この密着性を高くするために、基板搭載面１１０の表面は、凹凸なくできるだけ滑らかであるように加工される。

その結果、サンプルホルダ１０を電極に用いたプロセス処理中において基板２００とサンプルホルダ１０間の密着性が高まり、基板２００表面の電位安定性及び安定した温度分布が確保される。

これに対し、例えば図２に示すように基板搭載面１１０と基板２００との間に隙間が設けられた比較例のサンプルホルダ１０Ａの場合には、サンプルホルダ１０Ａが多孔質材料からなる場合にも、基板２００表面の電位分布及び温度分布が不安定になる。その結果、所望の膜厚分布を得ることが困難である。

図１に示したサンプルホルダ１０を成膜処理工程に用いることによりサンプルホルダ１０と基板２００との密着性が向上し、膜厚分布が改善されることは、本発明者らの実験によって確認されている。即ち、基板２００上に形成された膜の面内分布は、図２に示したサンプルホルダ１０をＡ使用した場合には８〜１０％程度であった。これに対し、図１に示したサンプルホルダ１０を使用した場合には、面内分布が４％以下に改善された。なお、（最大膜厚−最小膜厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）×１００％として、面内分布を算出した。

基板搭載面１１０に定義される基板搭載領域１１１の数は、任意に設定可能である。図３に、基板搭載面１１０に４つの基板搭載領域１１１が定義されている例を示した。もちろん、１つの基板搭載面１１０に定義される基板搭載領域１１１の数は４つに限られることはない。例えば、１つの基板搭載面１１０に１枚の基板２００が搭載されてもよい。

また、基板搭載面１１０を有する基板プレート１１を複数並べて１つのサンプルホルダ１０を構成してもよい。例えば、基板搭載面１１０の面法線方向に沿って複数の基板プレート１１が並列に並べられた、図４に示すようなボートタイプのサンプルホルダ１０を使用できる。サンプルホルダ１０のそれぞれの底部は固定板１２に固定されている。複数の基板プレート１１を有するサンプルホルダ１０によれば、１回の処理工程で処理できる基板２００の枚数を増やすことができる。その結果、全体の処理時間を短縮することができる。

サンプルホルダ１０は、例えば図５に示すように、成膜処理対象の基板２００を搭載した状態でプラズマＣＶＤ装置１に格納される。プラズマＣＶＤ装置１による成膜処理において、サンプルホルダ１０はアノード電極として使用される。

図５に示したプラズマＣＶＤ装置１は、チャンバー２０と、チャンバー２０内で基板搭載面１１０とそれぞれ対向するように配置された複数のカソード面を有するカソード電極３０と、サンプルホルダ１０とカソード電極３０間に交流電力を供給する交流電源４０とを備える。サンプルホルダ１０の基板搭載面１１０は、櫛歯状に配置されたカソード電極３０と対向する位置にセットされている。

プラズマＣＶＤ装置１では、ガス供給装置５０からチャンバー２０内に成膜用の原料ガス５００が導入される。原料ガス５００を導入後、排気装置６０によってチャンバー２０内の圧力が調整される。チャンバー２０内の原料ガス５００の圧力が所定のガス圧に調整された後、交流電源４０によって所定の交流電力がカソード電極３０とサンプルホルダ１０間に供給される。これにより、チャンバー２０内の原料ガス５００がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板２００を曝すことにより、原料ガス５００に含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板２００の露出した表面に形成される。

プラズマＣＶＤ装置１において原料ガスを適宜選択することによって、シリコン半導体薄膜、シリコン窒化薄膜、シリコン酸化薄膜、シリコン酸窒化薄膜、カーボン薄膜などの所望の薄膜を基板２００上に形成することができる。例えば、基板２００が太陽電池用基板である場合に、アンモニア（ＮＨ₃）ガスとシラン（ＳｉＨ₄）ガスの混合ガスを用いて、基板２００上に反射防止膜や絶縁膜として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成できる。

本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１０を上記の成膜処理工程に用いることにより、既に説明したように、サンプルホルダ１０と基板２００との密着性が向上する。その結果、基板２００における電位分布が安定化し、基板２００に形成される膜の膜厚分布が改善される。

上記では、プラズマＣＶＤ装置１での処理にサンプルホルダ１０が使用される例を説明したが、他のプロセス処理装置にサンプルホルダ１０を使用できることはもちろんである。例えば、他の方式の半導体薄膜製造装置や太陽電池製造装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などでの処理に、サンプルホルダ１０は好適に使用可能である。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１０では、基板搭載面１１０が定義された基板搭載領域１１１に多孔質の材料を使用し、且つ基板搭載面１１０の表面高さを一様とすることにより、プロセス処理装置での処理中においてサンプルホルダ１０と基板２００との密着性の高い。これにより、プロセス処理装置内で電極として使用され、搭載された基板２００に形成される膜の面内分布を改善できるサンプルホルダ１０を提供できる。

なお、サンプルホルダ１０は、重量が軽いことが好ましい。これは、重量が軽い程、サンプルホルダ１０を加熱するエネルギーが少なくて済むためである。これにより、プロセス処理中のサンプルホルダ１０の温度上昇に要する時間が短くなり、スループットが向上する。この点でも、サンプルホルダ１０に採用可能な多孔質材料として、カーボンが好適である。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…プラズマＣＶＤ装置
１０…サンプルホルダ
１１…基板プレート
１２…固定板
２０…チャンバー
３０…カソード電極
４０…交流電源
５０…ガス供給装置
６０…排気装置
１１０…基板搭載面
１１１…基板搭載領域
２００…基板
５００…原料ガス

Claims

半導体製造装置に格納され、前記半導体製造装置による処理において電極として使用可能なサンプルホルダであって、
処理対象の基板が搭載される基板搭載領域が定義され、垂直方向に延伸し且つ表面高さが一様である基板搭載面を有し、
前記基板搭載面の、少なくとも前記基板搭載領域が定義された領域の全体が多孔質の材料からなることを特徴とするサンプルホルダ。
前記基板搭載面の前記基板搭載領域が定義された領域がカーボンからなることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホルダ。
垂直方向に延伸する第１の主面と、該第１の主面に対向した第２の主面とを有し、前記第１及び前記第２の主面にそれぞれ前記基板搭載領域が定義された基板プレートを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサンプルホルダ。