JP6024417B2 - Sample holder - Google Patents
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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。 The present invention relates to a sample holder on which a substrate to be processed is mounted and stored in a semiconductor manufacturing apparatus.
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。 In processing steps such as film formation and etching, the substrate is mounted on a sample holder and carried into a process processing apparatus. Sample holders include a cart type in which substrates are mounted horizontally and a boat type in which substrates are mounted vertically. In order to improve the processing efficiency, it is effective to increase the number of substrates that can be processed simultaneously using a boat-type sample holder (see, for example, Patent Document 1). By using a boat type sample holder having a plurality of substrate plates on which substrates are mounted, the footprint of a process processing apparatus that simultaneously processes a large number of substrates can be reduced.
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。 Conventionally, a transfer operation for mounting a substrate on a sample holder or recovering a substrate from the sample holder has been performed by a robot arm or the like. If the sample holder and the substrate are in close contact with each other at the time of transfer and cannot be easily separated, the transfer operation becomes difficult. For this reason, a cavity or a gap is provided between the sample holder and the substrate to facilitate the transfer of the substrate.
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。 However, for example, when a film is formed on a substrate by a plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus, a sample holder on which the substrate is mounted is used as an electrode. For this reason, when a cavity or a gap is provided between the sample holder and the substrate, problems such as potential instability occur from the viewpoint of distribution.
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。 For example, the silicon substrate for solar cells is becoming thinner year by year, and a substrate having a conventional thickness of 200 μm has become a thickness of 100 μm or less. For this reason, in order to guarantee the film thickness distribution of the film to be formed, the adhesion between the sample holder and the substrate that leads to ensuring the potential stability of the substrate surface is indispensable.
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。 An object of the present invention is to provide a sample holder that can be used as an electrode in a processing apparatus and can improve the in-plane distribution of a film formed on a mounted substrate.
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り、基板搭載面の表面高さが基板との間に空洞や隙間がないように一様であり、処理において、半導体製造装置の内部を真空にして基板搭載面の多孔質の材料からなる部分の微細な孔の中を真空にした後に、半導体製造装置の内部にガスを導入してサンプルホルダに密着する方向に基板に力を働かすことによって、基板を基板搭載面に密着させるサンプルホルダが提供される。 According to one aspect of the present invention, a sample holder that is stored in a semiconductor manufacturing apparatus and can be used as an electrode in processing by the semiconductor manufacturing apparatus, wherein a substrate mounting area on which a substrate to be processed is mounted is defined in a vertical direction stretched and the surface height has a substrate mounting surface is uniform, the substrate mounting surface, Ri Do a material of the total porous area at least the substrate mounting region is defined, the surface height of the substrate mounting surface Is uniform so that there are no cavities or gaps between the substrate and the substrate, and during processing, the inside of the semiconductor manufacturing equipment is evacuated and the inside of the fine holes in the porous material portion of the substrate mounting surface is evacuated. After that, a sample holder is provided in which the substrate is brought into close contact with the substrate mounting surface by introducing a gas into the semiconductor manufacturing apparatus and exerting a force on the substrate in a direction in close contact with the sample holder.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sample holder which can be used as an electrode within a process processing apparatus and can improve the in-plane distribution of the film | membrane formed in the mounted board | substrate can be provided.
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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiment of the present invention has the following structure and arrangement of components. It is not something specific. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
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。
A
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。
The
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。
The entire region of the
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。
The
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。
The
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。
In a process of processing the
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。
As a result, the adhesion between the
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。
On the other hand, for example, in the case of the
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。
It has been confirmed by experiments by the present inventors that the adhesion between the
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。
The number of
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。
Further, one
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。
For example, as shown in FIG. 5, the
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。
The plasma CVD apparatus 1 shown in FIG. 5 includes a
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。
In the plasma CVD apparatus 1, a
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。
By appropriately selecting a source gas in the plasma CVD apparatus 1, a desired thin film such as a silicon semiconductor thin film, a silicon nitride thin film, a silicon oxide thin film, a silicon oxynitride thin film, or a carbon thin film can be formed on the
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。
By using the
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。
In the above description, the example in which the
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。
As described above, in the
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。
The
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。 As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
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り、
前記基板搭載面の前記表面高さが前記基板との間に空洞や隙間がないように一様であり、
前記処理において、前記半導体製造装置の内部を真空にして前記基板搭載面の前記多孔質の材料からなる部分の微細な孔の中を真空にした後に、前記半導体製造装置の内部にガスを導入して前記サンプルホルダに密着する方向に前記基板に力を働かすことによって、前記基板を前記基板搭載面に密着させることを特徴とするサンプルホルダ。 A sample holder stored in a semiconductor manufacturing apparatus and usable as an electrode in processing by the semiconductor manufacturing apparatus,
A substrate mounting area on which a substrate to be processed is mounted is defined, has a substrate mounting surface that extends in the vertical direction and has a uniform surface height,
Of the substrate mounting surface, Ri whole of at least the substrate mounting region is defined regions Do from the porous material,
The surface height of the substrate mounting surface is uniform so that there are no cavities or gaps between the substrate and the substrate mounting surface;
In the processing, after the inside of the semiconductor manufacturing apparatus is evacuated to make a minute hole in a portion made of the porous material on the substrate mounting surface into a vacuum, a gas is introduced into the semiconductor manufacturing apparatus. A sample holder characterized in that the substrate is brought into close contact with the substrate mounting surface by exerting a force on the substrate in a direction in close contact with the sample holder.
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