JP3916851B2

JP3916851B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP3916851B2
Application number: JP2000179994A
Authority: JP
Inventors: 弘行篠崎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2001060616A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造工程に用いる基板に薄膜を形成するための枚葉式のＣＶＤ装置や基板表面を薄く削る枚葉式のエッチャー装置等の枚葉式の基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の基板処理装置は、微細な電子回路を基板上に形成するためのものであるから、塵や人体や大気からのＮａイオンやＫイオンなどの少ない空間で処理する必要がある。このＮａイオンやＫイオンなどの少ない空間を得るため、基板処理装置は、図１、２、３に示すチャンバー群で構成されている。
【０００３】
図１は最も基本的な枚葉処理のための基板処理装置の構成例を示す図である。この基板処理装置において、処理したい基板は、ゲートバルブ１０１を開いてロード・アンロード室１０２に搬入する。搬入が終了するとゲートバルブ１０１を閉め、ロード・アンロード室１０２の室内を真空引きする。その際、ロボット室１０３は常に真空に維持された部屋であるから、ロード・アンロード室１０２が所定の真空度に達した後、該ロード・アンロード室１０２とロボット室１０３との間のゲートバルブ１０４を開き、ロボット室１０３内に配置されたロボットのハンドでロード・アンロード室１０２内の基板を取り出し、ロボット室１０３に移動する。
【０００４】
その後、該ロボット室１０３とロード・アンロード室１０２の間にあるゲートバルブ１０４を閉める。次に処理室１０５とロボット室１０３の間にあるゲートバルブ１０６を開き、そしてロボットのハンドを伸ばして、処理室１０５に基板を搬入する。処理室１０５に該搬入された基板１０７の下方には、反応エネルギー源としての加熱器（例えばランプヒータ１０８）を透明石英板１０９を挟んで配置している。勿論、抵抗加熱器上に直接基板１０７を置く場合もよくある。上方には、処理用の原料やキャリアガスＧを供給する処理ガス供給源１１２を配置している。また、処理室１０５内の圧力を制御するための圧力制御用の排気系１１０を備えている。なお、１１１はランプヒータ１０８に電力を供給するための電力供給部である。
【０００５】
図２は更に進んだ基板処理装置の構成例を示す図である。処理ガス供給源１１２からの原料やキャリアガスＧの流れをスムーズにするために考えられた処理室１０５を備えた例である。基板１０７が処理位置にくると、滑らかに丸みをおびた室壁とその中央部に処理ガス供給源１１２によって処理空間が形成されている。なお、図２において、１１３はベローズ、１１４は昇降軸であり、該昇降軸１１４は図示しない昇降機構で昇降することにより、該昇降軸１１４の上端に取り付けたランプヒータ１０８や透明石英板１０９が上下動する。なお、ゲートバルブ等、ガス流れ設計上・室壁の温度制御上の邪魔な部材は分けられる。
【０００６】
図３は更に進んで、基板１０７がホルダ１１５に載せられ、処理位置にくると、処理室１０５の内部空間が処理空間（空間Ａ）と加熱源・搬送機構等のある空間（空間Ｂ）とに概略分離する例である。そのため、空間Ａでは、プロセス優先でのガス流れが設計し易くなる。空間Ｂでは、処理ガスから隔離できるため、透明石英板１０９が曇らなくてすむので、ランプヒータ１０８による安定した加熱ができる。更に、複雑な機構があっても、機構面が処理ガスと接しないので、パーティクルの発生面積が少なくなる。
【０００７】
上記基板処理装置の例では、基板１０７に対して、処理ガス供給源１１２が上側に配置され、ランプヒータ１０８の加熱源が下側に配置された構成であるが、この配置についての特徴を図４、図５を用いて説明する。図４は処理ガス供給源１１２が上側、加熱源１１７が下側に配置された構成例である。この基板処理装置の利点は、重力作用空間では基板１０７を置くだけでよく、基板１０７を固定するために特別の固定治具は必要でないことである。欠点は、熱対流１１８が発生し、処理ガス供給源１１２からの処理ガス（反応前駆体）１１９がスムーズに基板１０７の表面に到達し難いことである。
【０００８】
図５は図４とは配置を逆にし、処理ガス供給源１１２を下側に加熱源１１７を上側に配置した構成例である。この基板処理装置の利点は、基板１０７の処理面が下を向いているので、パーティクルの重力落下による基板１０７の処理面が汚染される心配はないことである。欠点は、基板１０７を裏返しにする機構と基板１０７を止める基板止め治具１２０を必要とすることである。特に基板止め治具１２０は処理側に位置するため、プロセスの性能上都合が悪い。
【０００９】
上記対策として、処理室の構成を図６に示すようにしたものがある。ここでは、基板１０７に対して処理ガス供給源１１２を上側に配置し、加熱源１１７を下側に配置し、基板１０７はホルダ１１５に載せるだけで、熱対流による上記問題は、基板１０７を回転させることによって解決できる。即ち、基板１０７を回転させることにより、処理ガス供給源１１２から基板１０７に向かう処理ガス流れ１２５が発生し、該処理ガス流れ１２５は熱対流に勝り基板１０７の表面へ処理ガスをスムーズに供給でき、左右方向にスムーズに排出できる。
【００１０】
なお、図６において、１１５は基板１０７を保持するホルダであり、該ホルダ１１５は回転テーブル１２１の上面に載置されるようになっている。回転テーブル１２１は静止側１２６にベアリング１２２、１２２で回転自在に支持され、静止側１２６には回転駆動源１２３が配置され、回転テーブル１２１の外周面には回転ターゲット１２４が配置され、回転駆動源１２３から回転ターゲット１２４に回転磁気力が伝達され、回転テーブル１２１が回転するようになっている。
【００１１】
基板処理室を図６に示すように構成すると、上記のような利点がある反面、ホルダ１１５を載せる回転部材である回転テーブル１２１を交換するには、装置を停止・分解する作業が必要となる。そのため、回転テーブルに長い寿命が要求され、堆積物を除去するためのクリーニングが必要となることから、クリーニングガスによる劣化が問題となる。
【００１２】
なお、基板を回転するものとしては、特開平５−１５２２０７号公報に開示されたものや、特開平７−５８０３６号公報に開示されたものがあるが、いずれも図６に示すものと同様な欠点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、処理ガス供給源が上側に配置され、加熱源が下側に配置されることの利点を生かし、熱対流により処理ガスが基板表面にスムーズに到達し難いという問題点を除去し、処理ガスがスムーズに基板表面に到達でき、且つ基板を保持するホルダや該ホルダを支持する回転部材を基板処理室を分解することなく、交換できる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、基板処理室、基板加熱源、ホルダ、回転部材、磁気力源、処理用ガス供給源を備え、基板の処理時に、基板はホルダに載置され、該ホルダと伴に回転部材に載置され、該回転部材は前記磁気力源からの静止磁気力で基板処理室の底部の所定位置に浮上支持されると共に、該磁気力源からの回転磁気力を受けて該浮上支持位置で回転できるようになっており、基板加熱源は前記基板の下方に配置され、該基板を下方から加熱するようになっており、処理用ガス供給源は基板の上方に配置され、上方から該基板の上面に処理ガスを流下して供給するようになっており、基板、ホルダ、回転部材はそれぞれ搬入出機構で装置内外に搬入出できるようになっていることを特徴とする。
【００１５】
上記のように基板の処理時に、基板はホルダに載置され、該ホルダと伴に回転部材に載置され、該回転部材は磁気力源からの静止磁気力で基板処理室の底部の所定位置に浮上支持されると共に、該磁気力源からの回転磁気力を受けて該浮上支持位置で回転できるようになっているので、パティクル発生等の問題もなく、磁気力源からの静止磁気力のあるなしにより、回転部材の保持・解放ができるから、基板を載置したホルダが載置された回転部材の保持・解放が容易になる。
【００１６】
また、上記のように浮上支持され、回転する基板を基板加熱源で下方から加熱し、上方から該基板の上面に処理ガスを流下して供給するので、基板の回転によるポンピング効果により、基板に向かって流下する処理ガスの流れが加熱により上昇する気流（熱対流）に打ち勝つことになり、処理ガスがスムーズに基板上面に到達し、効率のよい基板処理が実現できる。
【００１７】
また、基板、ホルダ、回転部材はそれぞれ搬入出機構で装置内外に搬入出できるようになっているので、回転部材が磁気力源の磁気力で浮上支持していない場合、基板、ホルダ、回転部材の搬出入が容易で、且つボルダや回転部材の交換やクリーニングが容易となる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、ホルダ及び回転部材は夫々環状に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図７は本発明に係る基板処理装置の構成例を示す図であり、図８は該基板処理装置の平面配置構成例を示す図である。図７において、１は基板処理室であり、該基板処理室１の上部には原料、その他のガスＧを供給する処理ガス供給部２が配置され、下部には昇降軸３の上端に取り付けられたランプヒータ４が配置されている。該ランプヒータ４は図示しない昇降機構で昇降軸３を昇降させることにより、上下動するようになっている。ランプヒータ４の上部には透明石英板５が配置されている。また、透明石英板５の上面には、基板６を搬入搬出する時、該基板６を支持するための複数本のピン５ａが設けられている。
【００２４】
７は基板を載せるホルダであり、該ホルダ７の下面外周部には環状に形成された回転部材（ロータに相当）８が組み付けられている。１０は基板処理室１の外周部に配置された固定体１０であり、該固定体１０には回転駆動源９（ステータに相当）が配置されている。回転駆動源９で発生する静止磁気力による該回転駆動源９と回転部材８のターゲット８ａの磁気結合により、ホルダ７及び基板６を所定位置（図では固定体１０の上面と基板６の処理面が一致する位置）に保持できるようになっている。また、回転駆動源９で発生する回転磁気で回転部材８は回転できるようになっている。
【００２５】
１１はホルダ７を昇降させるホルダ昇降機構であり、該ホルダ昇降機構１１は図では省略するが複数設けられており、回転部材８を複数点で支持し、同期して昇降できるようになっている。１２はベローズであり、昇降軸３の外周部に配置され、昇降軸３の昇降に追従して伸縮し、昇降軸３を基板処理室１の外部に位置させる。また、基板処理室１には排気系１３が接続されている。なお、１４はロード・アンロード室、１５はロボット室、１６、１７、１８はゲートバルブである。
【００２６】
基板６を基板処理室１に搬入するときは、昇降軸３を下降させ、透明石英板５の上面を図のレベルＬ以下になるまで下げる。続いてホルダ昇降機構１１でホルダ７を下降させ、その上面（基板受面）がロボットで搬入される基板６を受け入れるレベルＬ位置まで下降させる。この時、透明石英板５の上面に設けたピン５ａの先端はレベルＬより所定量上に位置する。処理したい基板は、ゲートバルブ１６を開いてロード・アンロード室１４に搬入する。搬入が終了するとゲートバルブ１６を閉め、ロード・アンロード室１４の室内を真空引きする。その際、ロボット室１５は常に真空に維持された部屋である。
【００２７】
ロード・アンロード室１４が所定の真空度に達した後、該ロード・アンロード室１４とロボット室１５の間のゲートバルブ１７を開き、ロボット室１５内に配置されているロボットのハンドでロード・アンロード室１４内の基板６を取り出しロボット室１５に移動させる。その後、該ロボット室１５とロード・アンロード室１４の間にあるゲートバルブ１７を閉める。
【００２８】
次に基板処理室１とロボット室１５の間にあるゲートバルブ１８を開き、ロボットのハンドを伸ばして、基板処理室１に基板６を搬入し、透明石英板５の上面に設けたピン５ａの上に載置する。ロボットのハンドはロボット室１５に戻り、ゲートバルブ１８は閉じる。この状態でホルダ上昇機構１１によりホルダ７を上昇させると、基板６はホルダ７の上に載置され、更に基板６をホルダ７ごと図示する位置まで上昇させる。ここで環状に形成された回転部材８は回転駆動源９の静止磁気力で保持される。保持されるとホルダ昇降機構１１は所定量下降し、回転部材８から離間させる。また、ランプヒータ４を図示する位置まで上昇させると共に、ランプを点灯し基板６の加熱を行う。
【００２９】
回転駆動源９で回転磁気力を発生し、回転部材８を回転させることにより、基板６はホルダ７ごと回転する。この状態で処理ガス供給部２から原料、その他のガスＧを供給する。加熱された基板６及びホルダ７から上昇する熱対流が発生するが、基板６及びホルダ７が回転していることから、処理ガス供給部２から基板６に向かって下降する原料、その他の処理ガスＧの流れが勝り、基板６の表面に処理ガスをスムーズに供給でき、左右方向から排気系１３、１３によりスムーズに排気される。
【００３０】
基板処理室１で予め決められた所定枚数の基板６を処理したら、表面に処理ガスＧの反応物が堆積したホルダ７を取り換える。このホルダ取り換え動作を図８を用いて説明する。真空状態にある基板処理室１とロボット室１５にクリーンガス供給源（図示せず）からクリーンガス（不活性ガス）を供給し、該基板処理室１とロボット室１５を同じ圧力のクリーンガスで満たす。そしてゲートバルブ１８を開き、基板処理室１内のホルダ７をロボット室１５に備え付けられているロボットのハンドで取り上げ基板処理室１からロボット室１５へ移送し、その後ゲートバルブ１８を閉じる。ここでホルダ７は回転部材８に固着されず載置された状態である。
【００３１】
その後、クリーンガス供給源からのクリーンガス（不活性ガス）をロボット室１５と治具受取室２５に供給し、両室をこのクリーンガスで満たす。そしてゲートバルブ２６を開いて、ロボット室１５に備え付けているロボットのハンドでホルダ７をロボット室１５から治具受取室２５に移し、代わりにロボットで新しいホルダ７を治具受取室２５から取出しロボット室１５に移送し、その後ゲートバルブ２６を閉じる。
【００３２】
次に、ロボット室１５と基板処理室１にクリーンガス供給源からクリーンガス（不活性ガス）を同じ圧力になるように供給し、その後ゲートバルブ１８を開いて、新しいホルダ７をホルダ昇降機構１１で支持し、所定の位置にある回転部材８の所定の位置に載置する。該基板処理室１に搬入された基板６の処理は、基板処理室１内を排気系１３、１３で所定の真空レベルまで排気した後に行う。一方、治具受取室２５内のホルダ７は該治具受取室２５からゲートバルブ１７を通って外部に取出され、再使用のために洗浄される。
【００３３】
なお、回転部材８も別途設けた図示しない搬出入機構で搬出入できるようにし、基板処理室１の外に搬出した回転部材８を洗浄することができる。また、上記のように回転部材８を環状とし、その上に中央部が中空のホルダ７を支持するので、回転部材８及びホルダ７の中央部は中空となり、基板６の下方の回転部材８内に加熱源となるランプヒータ４を該基板下面と平行に配置できると共に、透明石英板５の上に基板搬送時に基板６を載置するピン５ａを配置することができる。
【００３４】
図９は本発明に係る基板処理装置のホルダ７を保持回転させる保持回転機構の他の構成例を示す図である。本保持回転機構は磁性体からなる磁気浮上体１９（図７の回転部材８に相当）を具備し、該磁気浮上体１９の上部にホルダ７が組み込まれている。該磁気浮上体１９は円筒状で下端に外側水平方向に伸びた鍔部１９ａが形成されている。固定体１０の磁気浮上体１９の外周に対向する位置には上下にラジアル磁気軸受２１、２２が配置され、その間に回転駆動源９が配置されている。また、鍔部１９ａの上面に対向する位置にはアキシャル磁気軸受２０が配置されている。
【００３５】
ラジアル磁気軸受２１、２２はそれぞれ電磁石２１ａ、２２ａ、変位センサ２１ｂ、２２ｂで構成され、アキシャル磁気軸受２０は電磁石２０ａ、変位センサ２０ｂで構成される。また、ラジアル磁気軸受２１の電磁石２１ａ、変位センサ２１ｂ、回転駆動源９、ラジアル磁気軸受２２の電磁石２２ａ、変位センサ２２ｂ及びアキシャル磁気軸受２０の電磁石２０ａ、変位センサ２０ｂの表面は非磁性体材からなるキャン２３で覆われている。これにより、電磁石２１ａ、２２ａ、２０ａ、変位センサ２１ｂ、２２ｂ、２０ｂ、回転駆動源９の表面は処理ガスに触れることなく、腐食することがない。また、固定体１０の基板処理室１内に露出する面は石英カバー２４で覆われている。
【００３６】
上記構成の保持回転機構において、磁気浮上体１９及びホルダ７の組み立て体は図７の場合と同様、図示しないホルダ昇降機構により昇降できるようになっている。磁気浮上体１９及びホルダ７の組み立て体をホルダ昇降機構で図９に示す位置に上昇させると、ラジアル磁気軸受２１、２２及びアキシャル磁気軸受２０が作動し磁気浮上体１９を図示する位置に浮上支持する。
【００３７】
通常のアキシャル磁気軸受では磁気浮上体１９の鍔部１９ａの上下に電磁石を配置するが、ここでのアキシャル磁気軸受２０は上側にのみ電磁石２０ａを配置し、該電磁石２０ａの磁気力とホルダ７及び磁気浮上体１９の重力のバランスで浮上支持している。これにより、ラジアル磁気軸受２１、２２の電磁石２１ａ、２２ａ、回転駆動源９及びアキシャル磁気軸受２０の電磁石２０ａの磁気力が無くなったとき、ホルダ昇降機構でホルダ７及び磁気浮上体１９の組み立て体を下方に降下させることができる。
【００３８】
ラジアル磁気軸受２１、２２の変位センサ２１ｂ、２２ｂ、アキシャル磁気軸受２０の変位センサ２０ｂで固定体１０と磁気浮上体１９の間の間隔を検出し、その出力で電磁石２１ａ、２２ａ、２０ａの励磁電流を制御し、ホルダ７及び磁気浮上体１９の組み立て体を所定位置に浮上支持する点は、通常の磁気軸受と同様である。また、磁気軸受で磁気浮上体１９を支持し、回転駆動源９から発する回転磁気力で該磁気浮上体１９を回転させることにより、ホルダ７は基板と共に回転する。基板の搬入搬出は図７の基板処理装置と同じであるからその説明は省略する。
【００３９】
加熱源であるランプヒータ４による加熱で発生する熱対流の程度は、温度、該分子量、圧力などプロセスパラメータによって異なる。また基板６及びホルダ７を回転することによるポンピング効果によって基板６の処理面の均一性や処理速度が異なる。また、処理速度は反応前駆体の種類によっても異なる。従って、基板６及びホルダ７を回転することによって上記効果を引き出せる回転数も異なるが、半導体製造において、基板６の面積と処理ガス流量の関係は比例関係にあり、基板６及びホルダ７の回転によるポンピング効果と基板６の大きさも比例関係にあることを考慮し、基板６の上面に発生する上昇気流（熱対流）対策としては、概ね５０〜１５０ｒｐｍで基板６を回転させれば良い。
【００４０】
また、図９において、磁気浮上体１９の中空部には加熱源としてランプヒータ（図示せず）を配置するのでその径は大きくなり、回転させると外周部の周速が速くなるので、該磁気浮上体１９を磁気軸受（ラジアル磁気軸受２１、２２、アキシャル磁気軸受２０）で支持することは、パーティクル発生防止の点等から好都合である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００４２】
（１）基板の処理時に、基板はホルダに載置され、該ホルダと伴に回転部材に載置され、該回転部材は磁気力源からの静止磁気力で基板処理室の底部の所定位置に浮上支持されると共に、該磁気力源からの回転磁気力を受けて該浮上支持位置で回転できるようになっているので、パティクル発生等の問題もなく、磁気力源からの静止磁気力のあるなしにより、回転部材の保持・解放ができるから、基板を載置したホルダが載置された回転部材の保持・解放が容易になる。
【００４３】
（２）浮上支持され、回転する基板を基板加熱源で下方から加熱し、上方から該基板の上面に処理ガスを流下して供給するので、基板の回転によるポンピング効果により、基板に向かって流下する処理ガスの流れが加熱により上昇する気流（熱対流）に打ち勝つことになり、処理ガスがスムーズに基板上面に到達し、効率のよい基板処理が実現できる。
【００４４】
（３）基板、ホルダ、回転部材はそれぞれ搬入出機構で装置内外に搬入出できるようになっているので、回転部材が磁気力源の磁気力で浮上支持していない場合、基板、ホルダ、回転部材の搬出入が容易で、且つボルダや回転部材の交換やクリーニングが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の基板処理装置の構成例を示す図である。
【図２】従来の基板処理装置の構成例を示す図である。
【図３】従来の基板処理装置の構成例を示す図である。
【図４】上側に処理ガス供給源、下側に加熱源が配置された基板処理室の動作を説明するための図である。
【図５】下側に処理ガス供給源、上側に加熱源が配置された基板処理室の動作を説明するための図である。
【図６】従来の基板処理装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る基板処理装置の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す基板処理装置の平面配置構成例を示す図である。
【図９】本発明に係る基板処理装置のホルダを保持回転させる保持回転機構の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１基板処理室
２処理ガス供給部
３昇降軸
４ランプヒータ
５透明石英板
６基板
７ホルダ
８回転部材
９回転駆動源
１０固定体
１１ホルダ昇降機構
１２ベローズ
１３排気系
１４ロード・アンロード室
１５ロボット室
１６ゲートバルブ
１７ゲートバルブ
１８ゲートバルブ
１９磁気浮上体
２０アキシャル磁気軸受
２１ラジアル磁気軸受
２２ラジアル磁気軸受
２３キャン
２４石英カバー
２５治具受取室
２６ゲートバルブ
２７ゲートバルブ

Claims

基板処理室、基板加熱源、ホルダ、回転部材、磁気力源、処理用ガス供給源を備え、
前記基板の処理時に、基板は前記ホルダに載置され、該ホルダと伴に前記回転部材に載置され、該回転部材は前記磁気力源からの静止磁気力で前記基板処理室の底部の所定位置に浮上支持されると共に、該磁気力源からの回転磁気力を受けて該浮上支持位置で回転できるようになっており、前記基板加熱源は前記基板の下方に配置され、該基板を下方から加熱するようになっており、前記処理用ガス供給源は前記基板の上方に配置され、上方から該基板の上面に処理ガスを流下して供給するようになっており、
前記基板、前記ホルダ、前記回転部材はそれぞれ搬入出機構で装置内外に搬入出できるようになっていることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記ホルダ及び回転部材は夫々環状に形成されていることを特徴とする基板処理装置。