JP4896039B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、棒状のランプを用いてウエハ加熱を行う半導体製造装置およびそれを用いる半導体装置の製造方法に関するものである。
例えば、ウエハ裏面を棒状ランプで加熱する装置において、加熱効率を向上させるにはウエハとランプとの距離を短くする必要がある。棒状ランプをウエハ直下に設置した場合、棒状ランプの石英管や封止端子部等の点で棒状ランプ自体の耐熱に問題があり、端子部の冷却等を考慮すると減圧下に直接棒状ランプを配置しての加熱処理は困難である。さらに、ウエハ処理雰囲気と同じ減圧となるチャンバ内に冷却構造を対策して設け、ランプを設置した場合においても、ランプの端子部、封止部に使われている金属がウエハと同じ雰囲気にさらされることにより金属汚染が発生する可能性がある。減圧のチャンバと大気圧の棒状ランプエリアを石英板により遮断すれば、ランプの空冷も可能であるが、真空時に石英板にかかる圧力を考慮すれば石英板の板厚は厚くなり、その結果、ウエハとランプの距離は離れ加熱の効率が落ちてしまう。
そのため、チャンバ内に、棒状ランプを覆う石英筒を渡すことにより、大気と真空とを分離する構造を先に出願（日本国特開２００５−１０１２２８号）しているが、金属製チャンバに石英筒を格子状に設置し、石英筒内部とチャンバ内を真空分離させる場合には、金属チャンバ自体が内外の温度差による熱膨張差によりいびつに変形し、その結果、脆性材料である石英筒に曲げ応力が発生して破損するという問題点がある。
日本国特開２００５−１０１２２８号
従って、本発明の主な目的は、基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、基板を加熱する少なくとも一つの棒状の加熱体と、加熱体を収容し、チャンバと異なる材質から成る筒体と、を有し、筒体がチャンバの壁を貫通している構造の基板処理装置において、筒体の破損を防止できる基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、
前記基板を加熱する少なくとも一つの棒状のランプと、
前記ランプを収容し、前記金属と比較して熱膨張率が小さくかつ脆性の材質から成る筒体と、を有し
前記筒体が前記チャンバの壁を貫通している貫通部における前記筒体の前記処理空間側の外径は、当該貫通部における前記筒体の前記チャンバの外部側の外径よりも小さい寸法に設定されている、基板処理装置が提供される。
基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、
前記基板を加熱する少なくとも一つの棒状のランプと、
前記ランプを収容し、前記金属と比較して熱膨張率が小さくかつ脆性の材質から成る筒体と、を有し
前記筒体が前記チャンバの壁を貫通している貫通部における前記筒体の前記処理空間側の外径は、当該貫通部における前記筒体の前記チャンバの外部側の外径よりも小さい寸法に設定されている、基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、
前記基板を加熱する少なくとも一つの棒状のランプと、
前記ランプを収容し、前記金属と比較して熱膨張率が小さくかつ脆性の材質から成る筒体と、を有し
前記筒体が前記チャンバの壁を貫通している貫通部における前記筒体の前記処理空間側の外径は、当該貫通部における前記筒体の前記チャンバの外部側の外径よりも小さい寸法に設定されている、基板処理装置を用いて前記基板を処理するプロセスを備える半導体装置の製造方法であって、
前記処理空間に前記基板を搬入する工程と、
前記筒体に収容された前記ランプにより前記処理空間を加熱する工程と、
前記処理空間で前記基板を処理する工程と、
前記処理空間から前記基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、
前記基板を加熱する少なくとも一つの棒状のランプと、
前記ランプを収容し、前記金属と比較して熱膨張率が小さくかつ脆性の材質から成る筒体と、を有し
前記筒体が前記チャンバの壁を貫通している貫通部における前記筒体の前記処理空間側の外径は、当該貫通部における前記筒体の前記チャンバの外部側の外径よりも小さい寸法に設定されている、基板処理装置を用いて前記基板を処理するプロセスを備える半導体装置の製造方法であって、
前記処理空間に前記基板を搬入する工程と、
前記筒体に収容された前記ランプにより前記処理空間を加熱する工程と、
前記処理空間で前記基板を処理する工程と、
前記処理空間から前記基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施例を説明する。
図１は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
図１および図２を参照して、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の概要を説明する。
図１は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
図１および図２を参照して、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の概要を説明する。
なお、本発明が適用される基板処理装置においては、ウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。すなわち、図１が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
図１および図２に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
図１に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはノッチまたはオリエンテーションフラット合わせ装置１０６が設置されている。また、図２に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
図１および図２に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５の前側には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、ポッドオープナ１０８が設置されている。ウエハ搬入搬出口１３４を挟んでポッドオープナ１０８と反対側、すなわち筐体１２５の外側にはＩＯステージ１０５が設置されている。ポッドオープナ１０８は、ポッド１００のキャップ１００ａを開閉すると共にウエハ搬入搬出口１３４を閉塞可能なクロージャ１４２と、クロージャ１４２を駆動する駆動機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ１００ａを開閉することにより、ポッド１００に対するウエハ２００の出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ＩＯステージ１０５に対して、供給および排出されるようになっている。
図１に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち後ろ側（背面側）に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがゲートバルブ１３０、１３１を介してそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウォール式の処理炉によって構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第一のクーリングユニット１３８と、第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図１および図２に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４は、ポッド１００からウエハ２００をピックアップして予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、予備室１２２の第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３内の負圧は維持されている。ポッド１００に収納された所定枚数、例えば２５枚のウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２内が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
予備室１２２内が予め設定された圧力値となると、ゲートバルブ２４４が開かれ、予備室１２２と第一の搬送室１０３とが連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の搬送室１０３に搬入する。ゲートバルブ２４４が閉じられた後、ゲートバルブ１３０が開かれ、第一の搬送室１０３と第一の処理炉２０２とが連通される。続いて第一のウエハ移載機１１２は、ウエハ２００を第一の搬送室１０３から第一の処理炉２０２に搬入して、第一の処理炉２０２内の支持具に移載する。ゲートバルブ１３０が閉じられた後、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、ウエハ２００に所望の処理が施される。
第一の処理炉２０２でウエハ２００に対する処理が完了すると、ゲートバルブ１３０が開かれ、処理済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。搬出後、ゲートバルブ１３０は閉じられる。
第一のウエハ移載機１１２は第一の処理炉２０２から搬出したウエハ２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬送し、処理済みのウエハは冷却される。
第一のクーリングユニット１３８に処理済みウエハ２００を搬送すると、第一のウエハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を前述した作動と同様に、第一の処理炉２０２に搬送し、第一の処理炉２０２内でウエハ２００に所望の処理が施される。
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
冷却済みのウエハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。第１のウエハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
以上の作動が繰り返されることにより、予備室１２２内に搬入された所定枚数、例えば２５枚のウエハ２００が順次処理されて行く。
予備室１２２内に搬入された全てのウエハ２００に対する処理が終了し、全ての処理済みウエハ２００が予備室１２３に収納され、予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。２５枚の処理済みウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
以上の作動は第一の処理炉２０２および第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理炉１３７および第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。また、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。
また、第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、第二の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット１３８又は第二のクーリングユニット１３９を経由するようにしてもよい。
図３は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。図３を参照し、本実施例で好適に用いられる処理炉を詳細に説明する。
なお、本実施例で好適に用いられる基板処理装置はメインコントローラとしての主制御部２８０を備え、主制御部２８０により基板処理装置および処理炉を構成する各部の動作等が制御される。
また、主制御部２８０は、主制御部２８０に支配される温度検出部２８１、駆動制御部２８２、加熱制御部２８３、ガス制御部２８４から主に構成される。
処理炉はその全体が符号２０２で示される。例示の態様においては、処理炉２０２は、半導体ウエハ等の基板２００（以下、ウエハという。）の様々な処理工程を実行するのに適した枚葉式の処理炉である。また処理炉２０２は、特に半導体ウエハの熱処理に適している。こうした熱処理の例としては、半導体デバイスの処理における、半導体ウエハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープポリシリコン、ノンドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属、又はケイ化タングステン等の薄膜を形成するための化学蒸着が挙げられる。
処理炉２０２は、複数の上側ランプ２０７および下側ランプ２２３から成るヒータアッセンブリを含む。このヒータアッセンブリは、基板温度がほぼ均一になるように放射熱をウエハ２００に供給する。好ましい形態においては、ヒータアッセンブリは、放射ピーク０．９５ミクロンで照射し、複数の加熱ゾーンを形成し、ウエハ中心部より多くの熱を基板周辺部に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲン直線ランプ２０７，２２３等の加熱要素を、含む。
上側ランプ２０７および下側ランプ２２３にはそれぞれ電極２２４が接続され、各ランプに電力を供給するとともに、各ランプの加熱具合は加熱制御部２８３にて制御されている。
また、上側ランプ２０７および下側ランプ２２３のそれぞれのランプは、石英製の筒体２８６にてそれぞれ覆われており、更に筒体２８６はＯリング等の気密部材により、チャンバ本体２２７に対して気密に固定されている。また、筒体２８６と各ランプとの間の空間には、駆動制御部２８２にて制御される空冷ガス用ブロア２８５から空冷ガスが供給され、ランプの外側の温度上昇を抑え、所定の温度に保っている。チャンバ本体２２７は様々な金属材料から形成することができる。例えば、幾つかのアプリケーションではアルミニウムが適しており、他のアプリケーションではステンレス鋼が適している。材料の選択は、アニールや化学蒸着等の処理に用いられる化学物質の種類、及び選択された金属に対するこれら化学物質の反応性に左右される。通常前記チャンバ壁は、本技術分野で周知の循環式冷水フローシステムにより華氏約４５〜４７度まで水冷される。
ウエハ２００は、ウエハ２００の外周に設けられる均熱リング２８９（例えば、炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォーツ、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウム、又は鋼等の好適な材料から成る）と共に、支持ピン２７９（例えば、石英から成る）にて保持される。
また、均熱リング２８９の外周側には、均熱リング２８９の上面を覆うように、ドーナッツ形の平板形状である遮光プレート２１７（例えば、炭化ケイ素から成る）がチャンバ本体２２７にて支持されている。
また、支持ピン２７９は、駆動制御部２８２にて制御される駆動機構２６７にて回転可能とされる。なお、回転速度は、個々の処理に応じて適切な速度に設定されるが、５〜６０ｒｐｍ程度であることが好ましい。
処理炉２０２は、チャンバ本体２２７、チャンバ蓋２２６およびチャンバ底２２８から成るチャンバ２２５を有し、チャンバ２２５にて囲われた空間にて処理室２０１を形成している。
チャンバ蓋２２６にはガス供給管２３２が貫通して設けられ、処理室２０１に処理ガス２３０を供給し得るようになっている。ガス供給管２３２は、開閉バルブ２４３、流量制御手段であるマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）２４１を介し、ガスＡ、ガスＢのガス源に接続されている。ここで使用されるガスは、アルゴンや窒素等の不活性ガスや水素、六フッ化タングステン等の所望のガスが用いられる。
また、開閉バルブ２４３およびＭＦＣ２４１は、ガス制御部２８４にて制御され、ガスの供給、停止およびガスの流量が制御される。
なお、ガス供給管２３２から供給された処理ガス２３０は処理室２０１内にてウエハ２００への所望の処理に用いられ、残余ガスはチャンバ本体２２７に設けられた排気口であるガス排気口２３５から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室外へ排出される。
チャンバ本体２２７の排気口２３５と反対側にはゲートバルブ２４４によって開閉されるウエハ搬入搬出口２４７が設けられ、ウエハ２００を処理室２０１に搬入搬出し得るように構成されている。
処理炉２０２は、様々な製造工程においてウエハ２００の放射率（エミシビティ）を測定し、その温度を計算するための非接触式の放射率測定装置（放射率測定手段）をも含む。この放射率測定手段は、主として放射率測定用プローブ２６０、放射率測定用リファレンスランプ（参照光）２６５、温度検出部２８１、プローブ２６０と温度検出部２８１とを結ぶ光ファイバー通信ケーブルを含む。このケーブルはサファイア製の光ファイバー通信ケーブルから成ることが好ましい。
プローブ２６０はプローブ回転機構２７４により回転自在に設けられ、プローブ２６０の先端をウエハ２００または参照光であるリファレンスランプ２６５の方向に方向付けることが可能となっている。また、プローブ２６０は光ファイバー通信ケーブルとスリップ結合にて結合されているので、前述したようにプローブ２６０が回転しても接続状態は維持される。
すなわち、プローブ回転機構２７４は放射率測定用プローブ２６０を回転させ、これによりプローブ２６０の先端がほぼ上側（すなわち放射率測定用リファレンスランプ２６５側）に向けられる第１ポジションと、プローブ２６０の先端がほぼ下側（すなわちウエハ２００側）に向けられる第２ポジションとの間でプローブ２６０の向きを変えることができるように構成されている。従って、プローブ２６０の先端は、プローブ２６０の回転軸に対し直角方向に向けられていることが好ましい。このようにして、プローブ２６０はリファレンスランプ２６５から放射された光子の密度とウエハ２００から反射された光子の密度を検知することができる。リファレンスランプ２６５は、ウエハ２００における光の透過率が最小となる波長、好ましくは０．９５ミクロンの波長の光を放射する白色光源から成ることが好ましい。上述の放射率測定手段は、リファレンスランプ２６５からの放射とウエハ２００からの放射を比較することにより、ウエハ２００の温度を測定する。
ヒータアッセンブリと放射率測定用プローブ２６０との間には、遮光プレート２１７、均熱リング２８９およびウエハ２００が設けられているので、ヒータアッセンブリによる放射率測定用プローブ２６０の読み取り誤差の影響を抑制できる。
次に、上述の構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程としてウエハ２００に処理を施す方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は主制御部２８０により制御される。
仕切弁であるゲートバルブ２４４を開放し、チャンバ本体２２７に設けられたウエハ搬入搬出口２４７を通ってウエハ（基板）２００を処理室２０１内に搬入する。搬入されたウエハ２００は駆動機構（昇降手段）２６７により上昇されたウエハ突上ピン２６６上に載置される。その後、駆動機構２６７によりウエハ突上ピン２６６を下降させて、ウエハ２００を支持ピン２７９に載置する。ウエハ２００を支持ピン２７９上に載置後、駆動機構（回転手段）２６７により処理中に支持ピン２７９とウエハ２００を回転させる。
ウエハ２００の放射率の測定時には、プローブ２６０の先端はウエハ２００の真上のリファレンスランプ２６５に向くように回転し（第１ポジション）、リファレンスランプ２６５が点灯する。そして、プローブ２６０はリファレンスランプ２６５からの入射光子密度を測定する。リファレンスランプ２６５が点灯している間、プローブ２６０は第１ポジションから第２ポジションへと回転し、回転している間にリファレンスランプ２６５真下のウエハ２００に向く。このポジションにおいて、プローブ２６０はウエハ２００のデバイス面（ウエハ２００の表面）の反射光子密度を測定する。続いてリファレンスランプ２６５が消灯される。プローブ２６０の先端がウエハ２００に直接向いている間、プローブ２６０は、加熱されたウエハ２００からの放射光子を測定する。プランクの法則によれば、特定の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四乗に関係する。その比例定数はシュテファン・ボルツマン定数と表面放射率との積から成る。従って、非接触法における表面温度の決定時には、表面放射率を使用するのが好ましい。以下の式を用いてウエハ２００のデバイス面の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフの法則により放射率が得られる。
（１）ウエハ反射率 ＝反射光強度／入射光強度
（２）放射率 ＝ （１−ウエハ反射率）
（１）ウエハ反射率 ＝反射光強度／入射光強度
（２）放射率 ＝ （１−ウエハ反射率）
一旦ウエハの放射率が得られると、プランクの式からウエハ温度が得られる。この技法は、ウエハが高温で、且つこのような適用において上記計算の実行前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。プローブ２６０は、第２ポジション即ちウエハに向けられるポジションに留まって、リファレンスランプ２６５の点灯時には常に放射率データを提供し続けることが好ましい。
ウエハ２００は回転しているので、プローブ２６０は、その回転中にウエハ２００のデバイス面から反射される光子密度を測定し、基板にリトグラフされるであろう変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射を測定する。また放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、温度補正が動的且つ連続的に行われる。
処理炉２０２は更に温度検出装置（温度検出手段）である複数の温度測定用プローブ２６１を含む。これらのプローブ２６１はチャンバ蓋２２６に固定され、すべての処理条件においてウエハ２００のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。プローブ２６１によって測定された光子密度に基づき温度検出部２８１にてウエハ温度に算出され、主制御部２８０にて設定温度と比較される。主制御部２８０は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部２８３を介してヒータアッセンブリ内の加熱装置（加熱手段）である上側ランプ２０７、下側ランプ２２３の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。好ましくは、ウエハ２００の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた３個のプローブ２６１を含む。これによって処理サイクル中の温度の均一性が確保される。
なお、温度測定用プローブ２６１にて算出されたウエハ温度は、放射率測定用プローブ２６０にて算出されたウエハ温度と比較され、補正されることでより正確なウエハ温度の検出を可能としている。
そして、所望の処理ガス２３０をガス供給管２３２から処理室２０１内に供給しつつ、ガス排気口２３５から排出して、ウエハ２００に所望の処理を施す。
ウエハ２００の処理後、ウエハ２００は、複数の突上げピン２６６により支持ピン２７９から持ち上げられ、処理炉２０２内でウエハ２００を自動的にアンローディングできるようにするために、ウエハ２００の下に空間を形成する。突上げピン２６６は駆動制御部２８２の制御のもと、駆動機構２６７によって上下する。
次に、本発明の好ましい実施例で用いられるチャンバ２２５および筒体２８６について説明する。
ウエハを加熱するチャンバ２２５を金属（例えばステンレス）で構成している。チャンバ２２５の温度上昇を防ぐ為、冷却媒体により冷却を行っている。しかし、ランプ光が直接あたるチャンバ内壁は、外壁と比較しある程度温度差が発生する。冷却効率とランプ出力に依存するが、約８０℃〜２００℃の温度差が発生する。チャンバの温度が均一であれば、均等に熱膨張し、温度差が発生すれば内外壁の熱膨張の差によりチャンバは変形を起こす。金属チャンバは延性材であり許容応力内での変形であれば特に問題は発生しない。
しかし、本実施例では、異種材料アセンブリであり金属に比べて熱膨張率が小さく且つ脆性材料である石英製の筒体２８６を設置するハイブリッド構造となる為、金属チャンバ２２５の応力許容内の変形であっても、一緒に変形する石英製の筒体２８６には許容を超える応力が発生し破損する可能性がある。
そこで、本実施例では、ウエハを処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバ２２５と、ウエハを加熱する少なくとも一つの棒状の加熱体である棒状ランプ２０７、２２３と、棒状ランプ２０７、２２３を収容し、チャンバ２２５と異なる材質、本実施例では石英から成る筒体２８６と、を有する基板処理装置において、脆性材である石英製の筒体２８６を破損やリークがなく、確実に、減圧、昇温処理することができるようにした。
そのために、まず、チャンバ２２５の内外壁の温度差による曲げ方向へのチャンバ２２５の変形を抑制する構造を採用した。ウエハ加熱面より下（ランプ光の影響が直接加熱してしまう壁面）を考えた場合、図４に示すような側面及び底面が一体構造のチャンバ２２５では、内外壁の温度差により石英製の筒体２８６の曲げ方向の力が働くような変形が発生してしまう。そこで、本実施例では、図５に示すように、チャンバ２２５を側面ブロック３０１と底面ブロック３０２とに分割し、側面と底面のねじれ方向への拘束を緩和している。また、冷却媒体を流した冷却プレート３０３を底面ブロック３０２上に設置することにより、底面ブロック３０２の加熱を抑制している。
次に、チャンバ２２５の内外壁の温度差による曲げに起因する石英製の筒体２８６の破損を防止する構造を採用した。
金属チャンバ２２５は、温度上昇を防ぐ為、冷却媒体により冷却を行っている。チャンバ側面においても同様に冷却経路３０４を確保する必要があり、チャンバ２２５の側面ブロック３０１の厚さが増す。石英製の筒体２８６がチャンバ２２５の側面ブロック３０１の壁を貫通する貫通孔３０５を設け、貫通孔３０５に筒体２８６を挿入して、チャンバ２２５内に石英製の筒体２８６を渡すことにより、大気、真空を分離する構造とする場合、側面ブロック３０１の厚さが厚いほど、チャンバのねじれ方向への変形により、図６に示すように、側面ブロック３０１が角度θ傾き、石英製の筒体２８６とチャンバ２２５の側面ブロック３０１に開けた貫通孔３０５とが接触し、応力集中の起点となって破損する可能性がある。また、加工上の制約により、図８に示すようにチャンバ２２５の側面ブロック３０１の内壁面側のみの径を大きくするのは困難である。
そこで、本実施例では、図７に示すように、貫通孔３０５における筒体２８６の処理空間側の外径ｂを、貫通孔３０５における筒体２８６のチャンバの外部側の外径ａよりも小さい寸法に設定している。石英製の筒体２８６の径を外壁側ａ＞内壁側ｂとすることで、メタルタッチするまで（石英製の筒体２８６が金属から成るチャンバ２２５と接触するまで）の側面ブロック３０１の傾きの許容角度（θ’）を稼いで（θ’＞θとし）、チャンバ２２５のねじれ方向への変形に対処している。本実施例では、筒体２８６を、外壁側３０６、テーパ部３０７、内壁側３０８に分割することにより、外壁側３０６の外径ａを内壁側３０８の外径ｂよりも大きくしている。
本実施例では、さらに、金属及び石英の熱膨張差による応力集中を抑制する構造を採用した。
上記のように、チャンバ２２５を側面ブロック３０１と底面ブロック３０２とに分割して、チャンバ２２５のねじれ方向変形を抑制しても、金属と石英の熱膨張差により、昇温時には、石英製の筒体２８６には、図９（ｂ）、９（ｃ）に示すように、外側へ（ｘ方向）変形が発生する。この状態で、図９（ｂ）に示すように、石英製の筒体２８６を全方向に完全に拘束してしまうと、金属と比較し熱膨張率が小さく且つ脆性材料である石英製の筒体２８６には、許容を超える応力が発生し、破損する。
そこで、本実施例では、伸びの違いによる応力集中を防止する為に、ｘ方向の拘束を緩和している。例えば図９（ｃ）に示すように、石英製の筒体２８６の円周方向にＯリング３０９を配置し、真空シール性を維持しつつｘ方向の拘束を緩和し、リーク及び石英の破損を防止している。
以上のように、本実施例では、石英製の筒体２８６を使用して、ランプ２０７、２２３をチャンバ雰囲気から分離したことによって、金属汚染を防止し、また、ランプ寿命の向上を図ることができる。また、ランプ２０７、２２３のチャンバ雰囲気からの分離を、板でなく筒体２８６で実施することにより、肉厚を薄くし、ウエハ２００とランプ２０７、２２３のフィラメントとの距離が短くなることで効率が向上し省エネを図ることができる。さらに、チャンバ２２５を側面ブロック３０１と底面ブロック３０２とに分割することで、チャンバ２２５のねじれ方向変形を抑制して石英製の筒体２８６の破損を防止している。また、さらに、石英製の筒体２８６の径を外壁側ａ＞内壁側ｂとすることで、石英製の筒体２８６の破損を防止している。
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００５年１１月３０日提出の日本国特許出願２００５−３４５８７３号の開示内容全体は、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限り、そのまま引用してここに組み込まれる。
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
以上説明したように、本発明の好ましい形態によれば、基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、基板を加熱する少なくとも一つの棒状の加熱体と、加熱体を収容し、チャンバと異なる材質から成る筒体と、を有し、筒体がチャンバの壁を貫通している構造の基板処理装置において、筒体の破損を防止することできる。
その結果、本発明は、半導体ウエハを処理する半導体ウエハ処理装置やその装置を用いた半導体装置の製造方法に特に好適に利用できる。
その結果、本発明は、半導体ウエハを処理する半導体ウエハ処理装置やその装置を用いた半導体装置の製造方法に特に好適に利用できる。
Claims (8)
- 基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、
前記基板を加熱する少なくとも一つの棒状のランプと、
前記ランプを収容し、前記金属と比較して熱膨張率が小さくかつ脆性の材質から成る筒体と、を有し
前記筒体が前記チャンバの壁を貫通している貫通部における前記筒体の前記処理空間側の外径は、当該貫通部における前記筒体の前記チャンバの外部側の外径よりも小さい寸法に設定されている基板処理装置。 - 前記チャンバは、側面ブロックと底面ブロックとに分割されている請求項１の基板処理装置。
- 前記貫通部の円周方向にＯリングを配置している請求項１の基板処理装置。
- 前記筒体は、石英製である請求項１の基板処理装置。
- 前記側面ブロックには、冷却媒体が流通する冷却経路が形成されている請求項２の基板処理装置。
- 前記筒体と前記底面ブロックとの間であって、該底面ブロック上に冷却媒体を流した冷却プレートを設置している請求項２の基板処理装置。
- 前記筒体の両端において前記チャンバの外壁側と前記チャンバの内壁側との間にテーパ部を設けることにより、該筒体の前記内壁側の外径を前記外壁側の外径より小さくしている請求項１の基板処理装置。
- 基板を処理する処理空間を形成する、金属から成るチャンバと、
前記基板を加熱する少なくとも一つの棒状のランプと、
前記ランプを収容し、前記金属と比較して熱膨張率が小さくかつ脆性の材質から成る筒体と、を有し
前記筒体が前記チャンバの壁を貫通している貫通部における前記筒体の前記処理空間側の外径は、当該貫通部における前記筒体の前記チャンバの外部側の外径よりも小さい寸法に設定されている、基板処理装置を用いて前記基板を処理するプロセスを備える半導体装置の製造方法であって、
前記処理空間に前記基板を搬入する工程と、
前記筒体に収容された前記ランプにより前記処理空間を加熱する工程と、
前記処理空間で前記基板を処理する工程と、
前記処理空間から前記基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
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