JP6758163B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

従来から、処理容器内に所定の回転軸周りに回転可能に設けられ、複数の基板を上下方向に所定間隔を有して略水平に保持するウエハボートを使用して、複数の基板に対し、一括（バッチ）で熱処理を行う縦型熱処理装置が知られている。

ウエハボートとしては、例えば上下に対向配置された天板と底板との間に複数本の支柱が設けられ、各支柱の内側面にほぼ等間隔に複数の溝部が形成され、溝部にウエハの周縁部が挿入され支持される構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、例えば上下に対向配置された天板と底板との間に複数本の支柱が設けられ、複数本の支柱に平らな支持面を備えたリング部材が設けられ、リング部材の支持面でウエハを支持する構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、このようなウエハボートでは、ウエハを挿入する側と反対側に支柱が配置され、ウエハを挿入する側には支柱が配置されていない。これは、ウエハを挿入する際に、ウエハと支柱とが干渉しないようにするためである。このため、回転軸周りに回転するウエハボートを含む回転体の重心位置は、回転軸の中心から支柱が配置されている側に偏ってしまう。回転体の重心位置が偏ると、ウエハボートが傾いた状態で回転するため、処理容器の内面とウエハボートとが接触しやすくなる。そこで、処理容器の内面とウエハボートとの接触を回避するため、処理容器の内面とウエハボートとの間には、両者が接触することがないように十分な隙間が設けられている。

特開２０１１−２２２６５３号公報 特開２０１０−０６２４４６号公報

しかしながら、処理容器の内面とウエハボートとの隙間が大きくなると、ウエハの中心領域への処理ガスの供給量が低下し、基板処理の面内均一性が低下する。

そこで、本発明の一態様では、基板処理の面内均一性を向上させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理装置は、処理容器と、前記処理容器の開口部に挿通可能に設けられ、上下方向に伸びる回転軸と、前記回転軸の上端に設けられた支持部と、前記支持部上に載置され、複数の基板を上下方向に所定間隔を有して略水平に保持する基板保持具と、前記支持部の所定領域に配置され、前記回転軸周りに回転する、前記支持部及び前記基板保持具を含む回転体の重心位置を調整する重心位置調整部材と、を有し、前記支持部は、上下方向に対向配置された天板及び底板と、前記天板と前記底板との間に設けられた複数の石英製のフィンと、を含む保温筒を有し、前記重心位置調整部材は、前記底板上に配置されている。

開示の基板処理装置によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略縦断面図 図１の基板処理装置の回転体の構成を示す概略斜視図 図２の回転体の保温筒近傍の拡大斜視図 図２の回転体の保温筒近傍の拡大断面図 ウエハボートに保持されるウエハの枚数とカウンタウエイトの位置との関係を示すテーブル 回転体の軸中心からの偏心量を説明するための図 ウエハ位置とウエハに形成されたシリコン窒化膜の面内均一性との関係を示す図 ウエハボートに保持されるウエハの位置を説明するための図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

（基板処理装置）
本発明の実施形態に係る基板処理装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略縦断面図である。

図１に示されるように、基板処理装置１は、長手方向が鉛直方向である略円筒形の処理容器４を有する。処理容器４は、天井を有する外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置され、天井を有する内筒８とを備える２重管構造を有する。内筒８の下端部は外向きに突出するフランジを有し、外筒６の内壁に溶接等によって固定される。外筒６の下端部は外向きに突出するフランジを有し、ステンレス鋼等から形成される円環状のボトムフランジ１０によって外筒６のフランジ下面が支持されている。ボトムフランジ１０は、ボルト等の固定手段によってベースプレートに固定される。

ボトムフランジ１０の下端部の開口部には、例えばステンレス鋼等からなる略円板状のキャップ部１４が、Ｏリング等のシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。また、キャップ部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な上下方向に伸びる回転軸２０が挿通されている。回転軸２０の下端は回転機構２２に接続されており、回転軸２０の上端には、例えばステンレス鋼よりなるテーブル２４が固定されている。

テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設置されている。また、保温筒２６上には、例えば石英製のウエハボート２８が載置される。ウエハボート２８は、複数のウエハＷを処理容器４内で上下方向に所定間隔を有して略水平に保持する。ウエハボート２８には、例えば５０〜１５０枚のウエハＷ等の基板が、所定間隔、例えば１０ｍｍ程度の間隔で棚状に収容される。テーブル２４、保温筒２６及びウエハボート２８は、回転軸２０周りに回転する回転体を構成する。

図２は、図１の基板処理装置の回転体の構成を示す概略斜視図である。図２では、説明の便宜上、回転体を縦方向に切断した状態を示している。図３は、図２の回転体の保温筒近傍の拡大斜視図である。図４は、図２の回転体の保温筒近傍の拡大断面図である。

図２に示されるように、回転体は、テーブル２４と、保温筒２６と、ウエハボート２８とを有する。ウエハボート２８は、上下に対向配置された天板２８１と底板２８２との間に複数本の支柱２８３が設けられ、各支柱２８３の内側面に複数の溝部２８４が形成された、所謂、ラダーボートである。ウエハＷは、ウエハボート２８の溝部２８４に周縁部が挿入され、支持される。なお、図２では、ウエハＷの図示を省略している。ウエハボート２８には、水平方向からウエハＷが挿入されるため、ウエハボート２８のウエハＷを挿入する側（図２の−Ｙ方向）には、支柱２８３が配置されていない。

図３及び図４に示されるように、保温筒２６は、上下方向に対向配置された略円板状の天板２６１及び略円板状の底板２６２と、天板２６１と底板２６２との間に設けられた複数本、例えば４本の支柱２６３（図３及び図４では２本のみを示す。）を有する。そして、支柱２６３の途中である天板２６１と底板２６２との間には、複数の略円板状の石英製のフィン２６４が上下方向に所定間隔を有して略水平に設けられている。保温筒２６は、後述するヒータ装置４８からの熱を蓄熱してウエハボート２８の下端部の領域の温度が過度に低下しないように保温する。図２から図４では、保温筒２６とウエハボート２８とを別体として形成しているが、両者を石英により一体成形してもよい。また、保温筒２６は、図示の形態に限定されず、例えば石英により円筒体形状に成形してもよい。

天板２６１及びフィン２６４には、上面視において互いに重なる位置に、それぞれ切欠部２６１ａ及び切欠部２６４ａが形成されている。図示の例では、切欠部２６１ａ及び切欠部２６４ａは、円弧状に形成されている。即ち、切欠部２６１ａ及び切欠部２６４ａが形成されている位置における天板２６１及びフィン２６４の半径Ｒａは、切欠部２６１ａ及び切欠部２６４ａが形成されていない位置における天板２６１及びフィン２６４の半径Ｒよりも小さくなっている。

切欠部２６１ａ及び切欠部２６４ａと対応する位置には、上面から見たときの形状が天板２６１及びフィン２６４の周縁に沿った円弧状であるカウンタウエイト９０が設けられている。即ち、カウンタウエイト９０は、保温筒２６の周方向における一部の領域に配置されている。カウンタウエイト９０は、底板２６２上に設けられており、底板２６２と一体的に回転する。カウンタウエイト９０は、例えば保温筒２６と略同一の高さを有している。カウンタウエイト９０は、石英等の耐熱性材料により形成されている。

カウンタウエイト９０は、底板２６２上においてフィン２６４の径方向（図３及び図４の矢印Ａで示す方向）に移動可能である。カウンタウエイト９０をフィン２６４の径方向に移動させることで、回転軸２０周りに回転する回転体の重心位置を移動させることができる。例えば、カウンタウエイト９０をフィン２６４の径方向の外方（図３及び図４の−Ｙ方向）へ移動させることで、回転体の重心位置をフィン２６４の径方向の外方へ移動させることができる。また、例えばカウンタウエイト９０をフィン２６４の中心方向（図３及び図４の＋Ｙ方向）へ移動させることで、回転体の重心位置をフィン２６４の中心方向へ移動させることができる。カウンタウエイト９０は、後述する制御部１Ａによりその動作が制御される。

再び、図１を参照すると、キャップ部１４、テーブル２４、保温筒２６、ウエハボート２８及びカウンタウエイト９０は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。

ボトムフランジ１０の側面には、処理容器４内に処理ガスを導入するための、ガス導入管８２が設けられる。ガス導入管８２は、継手８３等の固定手段によりガス導入ポート７５に接続されている。外筒６のフランジには、ガス導入ポート７５に対応する位置に貫通孔が形成されている。インジェクタ６０の水平部分が処理容器４内から貫通孔に挿入されると共に、継手８３によってガス導入管８２とインジェクタ６０が接続固定される。

インジェクタ６０は、ガス導入管８２を経てガス導入ポート７５に供給された処理ガスをウエハＷに供給する。インジェクタ６０は、例えば石英で構成されてもよいし、ＳｉＣ等のセラミクスで構成されてもよい。また、インジェクタ６０は、石英、セラミクスの他、処理容器４の内部を汚染し難い種々の材料を用いて構成することができる。

インジェクタ６０の上端部は密封されており、インジェクタ６０の側面には、処理容器４内に収容される複数のウエハＷの被処理面に対して平行に処理ガスを供給するための複数のガス供給孔６１が設けられている。即ち、鉛直方向に所定間隔を有してガス供給孔６１が設けられ、ガス供給孔６１から処理ガスを供給しながらウエハＷを熱処理し、ウエハＷに成膜を行う。よって、ガス供給孔６１は、ウエハＷに近接した側に設けられる。

また、図１では、ガス導入管８２が１つ設置される場合を示したが、これに限定されず、使用するガス種の数等に応じて複数のガス導入管８２が設置されていてもよい。また、ガス導入ポート７５から処理容器４へと導入されるガスは、ガス供給源８０から供給され、流量制御バルブ８１により、流量制御される。

また、基板処理装置１には、ガス供給孔６１から供給される処理ガスを高周波電力により発生したプラズマにより活性化する活性化手段が設けられていてもよい。

外筒６の下部には、ガス出口３６が設けられており、ガス出口３６には排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続された圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４とを含む。排気系３８により、処理容器４内の圧力を調整しながらガスを排気することができる。

処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷ等の基板を加熱するヒータ装置４８が設けられる。

また、ウエハボート２８を介してインジェクタ６０に対向する側の内筒８の側壁には、鉛直方向に沿ってスリット１０１が形成されており、内筒８内のガスを排気できるようになっている。すなわち、インジェクタ６０のガス供給孔６１からウエハＷに向けて供給された処理ガスは、スリット１０１を通って内筒８から内筒８と外筒６との間の空間に流れ、ガス出口３６から処理容器４外に排気される。

スリット１０１は、上端の位置がウエハボート２８に保持されているウエハＷのうち最上段に保持されているウエハＷの位置よりも上方となるように形成されている。また、スリット１０１は、下端の位置がウエハボート２８に保持されているウエハＷのうち最下段に保持されているウエハＷの位置よりも下方となるように形成されている。

なお、図１では、スリット１０１を示しているが、これに限定されず、処理容器４の鉛直方向に沿って形成された複数の開口部であってもよい。

また、図１に示されるように、基板処理装置１には、基板処理装置１の各部の動作を制御する、例えばコンピュータからなる制御部１Ａが設けられている。制御部１Ａは、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部等を備えている。プログラムには、制御部１Ａから基板処理装置１の各部に制御信号を送り、各種の処理を実行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。プログラムは、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク及びメモリーカード等の媒体１Ｃに記憶され、所定の読取装置により記憶部１Ｂへ読み込まれ、制御部１Ａ内にインストールされる。

また、制御部１Ａは、カウンタウエイト９０のウエハＷの径方向への動作を制御する。制御部１Ａは、例えばウエハボート２８に保持されるウエハＷの枚数に基づいて、カウンタウエイト９０の動作を制御してもよい。図５は、ウエハボートに保持されるウエハの枚数とカウンタウエイトの位置との関係を示すテーブルである。制御部１Ａは、ウエハボート２８に保持されるウエハＷの枚数と、予め記憶部１Ｂに記憶されたウエハボート２８に保持されるウエハＷの枚数とカウンタウエイト９０の位置との関係（図５参照）と、に基づいて、カウンタウエイト９０の動作を制御する。

また、制御部１Ａは、回転体の偏心量を検知する検知部９１が検知した偏心量に基づいて、カウンタウエイト９０の動作を制御してもよい。検知部９１は、回転体の偏心量を検知可能であればよく、例えばダイヤルゲージであってよい。

（回転体の偏心量）
次に、回転体の偏心量について説明する。図６は、回転体の軸中心からの偏心量を説明するための図である。図６において、径方向は偏心量（ｍｍ）を示し、周方向は角度（度）を示している。また、図６中、曲線Ｍは回転体の軸中心に荷重した状態で、回転体を回転させたときの回転体の偏心量を示し、曲線Ｎは回転体の軸中心から１０ｍｍ偏った位置に荷重した状態で、回転体を回転させたときの回転体の偏心量を示している。

図６に示されるように、回転体の軸中心から偏った位置に荷重した場合、回転体の軸中心に荷重した場合と比較して、偏心量が大きくなる。このように回転体の偏心量が大きくなると、ウエハボート２８が傾いた状態で回転するため、処理容器４（内筒８）の内面とウエハボート２８とが接触しやすくなる。そこで、処理容器４（内筒８）の内面とウエハボート２８との接触を回避するため、処理容器４（内筒８）の内面とウエハボート２８との間には、両者が接触することがないように十分な隙間Ｓ（図１参照）が設けられている。

しかしながら、処理容器４（内筒８）の内面とウエハボート２８との隙間Ｓが大きくなると、ウエハＷの中心領域への処理ガスの供給量が低下し、基板処理の面内均一性が低下する。

本発明の実施形態に係る基板処理装置は、前述したように、回転軸２０周りに回転する回転体の重心位置を調整するカウンタウエイト９０を有する。これにより、回転軸２０周りに回転する回転体の重心位置を回転軸２０の中心に移動させることができる。このため、回転体がほとんど偏心することなく回転するので、処理容器４（内筒８）の内面とウエハボート２８との隙間Ｓを小さくすることができる。その結果、ウエハＷの中心領域への処理ガスの供給量を増加させることができ、基板処理の面内均一性が向上する。

また、回転体がほとんど偏心することなく回転するので、ウエハボート２８の高さ方向のいずれの位置においても、処理容器４（内筒８）の内面とウエハボート２８との距離が略一定となる。その結果、面間均一性が向上する。また、ウエハＷの水平方向の移載位置を調整する移載機構のティーチングの時間を短縮することができるので、装置立ち上げ時の工数を削減することができる。さらに、磁性流体シール１８に加わる負荷が小さくなるので、磁性流体シール１８の寿命を長くすることができる。

（実施例）
実施例では、ウエハボート２８に保持されるウエハＷの水平方向の位置を変化させることで、ウエハＷの表面に形成される膜の膜厚の面内均一性に与える影響について評価した。なお、実施例では、プラズマを使用した原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、ウエハＷの表面にシリコン窒化膜を形成し、膜厚の面内均一性の測定を行った。

ウエハボート２８に保持されるウエハＷの水平方向の位置を変化させたときの、ウエハＷの表面に形成されたシリコン窒化膜の膜厚の面内均一性の評価結果を図７に示す。図７には、ウエハボート２８の上部（以下「ＴＯＰ」という。）、中央部（以下「ＣＴＲ」という。）及び下部（以下「ＢＴＭ」という。）のそれぞれの領域ごとに、ウエハボート２８に保持されるウエハＷの水平方向の位置を変化させたときの、ウエハＷの表面に形成されたシリコン窒化膜の膜厚の面内均一性が示されている。

ウエハボート２８に保持されるウエハＷの水平方向の位置は以下のとおりである。
・リファレンス
ＴＯＰ：ＲＴ＝０ｍｍ、ＦＢ＝０ｍｍ
ＣＴＲ：ＲＴ＝０ｍｍ、ＦＢ＝０ｍｍ
ＢＴＭ：ＲＴ＝０ｍｍ、ＦＢ＝０ｍｍ
・ティーチング１
ＴＯＰ：ＲＴ＝−０．１５ｍｍ、ＦＢ＝−１．０ｍｍ
ＣＴＲ：ＲＴ＝−０．１０ｍｍ、ＦＢ＝−１．０ｍｍ
ＢＴＭ：ＲＴ＝−０．１５ｍｍ、ＦＢ＝−１．０ｍｍ
・ティーチング２
ＴＯＰ：ＲＴ＝−０．１５ｍｍ、ＦＢ＝−１．０ｍｍ
ＣＴＲ：ＲＴ＝−０．２５ｍｍ、ＦＢ＝−１．０ｍｍ
ＢＴＭ：ＲＴ＝−０．１０ｍｍ、ＦＢ＝−１．０ｍｍ
なお、「ＲＴ」は、図８に示されるように、ウエハボート２８にウエハＷを挿入する移載機構がリファレンス位置から時計回りに回転する方向に移動する距離であり、時計回りの方向が正の方向、反時計回りの方向が負の方向である。また、「ＦＢ」は、図８に示されるように、移載機構がリファレンス位置からウエハＷを挿入する方向（図８における＋Ｙ方向）に移動する距離であり、ウエハＷを挿入する方向が正の方向、ウエハＷを搬出する方向が負の方向である。リファレンス位置とは、移載機構にティーチングを行う前のウエハＷが保持される位置である。

図７に示されるように、ティーチング１及びティーチング２では、ＴＯＰ、ＣＴＲ及びＢＴＭのいずれの位置においても、リファレンスと比較して、ウエハＷに形成されたシリコン窒化膜の膜厚の面内均一性が向上した。この結果から、ウエハボート２８に保持されるウエハＷの位置を、ウエハボート２８のウエハＷを挿入する側に移動させることで、ウエハＷの表面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚の面内均一性を向上させることができることが分かった。

また、ウエハボート２８に保持されるウエハＷの水平方向の位置を変化させることは、擬似的に回転体の重心位置を変化させて偏心量を調整していると考えることができる。このことを考慮すると、回転体の偏心量を調整することにより、ウエハＷの表面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚の面内均一性を制御することができると考えられる。特に、回転体の偏心量を小さくすることにより、ウエハＷの表面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚の面内均一性を向上させることができると考えられる。

なお、上記の実施形態において、テーブル２４及び保温筒２６は支持部の一例である。ウエハボート２８は基板保持具の一例である。インジェクタ６０はガス供給手段の一例である。カウンタウエイト９０は重心位置調整部材の一例である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

上記の実施形態では、上下に対向配置された天板と底板との間に複数本の支柱が設けられ、各支柱の内側面に複数の溝部が形成され、溝部にウエハＷの周縁部が挿入され支持される、所謂、ラダーボートを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上下に対向配置された天板と底板との間に複数本の支柱が設けられ、複数本の支柱に平らな支持面を備えたリング部材が設けられ、リング部材の支持面でウエハＷを支持する、所謂、リングボートにも本発明を適用することができる。

１ 基板処理装置
１Ａ 制御部
４ 処理容器
８ 内筒
２６ 保温筒
２８ ウエハボート
６０ インジェクタ
９０ カウンタウエイト
Ｗ ウエハ

Claims (11)

1. 処理容器と、
   前記処理容器の開口部に挿通可能に設けられ、上下方向に伸びる回転軸と、
   前記回転軸の上端に設けられた支持部と、
   前記支持部上に載置され、複数の基板を上下方向に所定間隔を有して略水平に保持する基板保持具と、
   前記支持部の所定領域に配置され、前記回転軸周りに回転する、前記支持部及び前記基板保持具を含む回転体の重心位置を調整する重心位置調整部材と、
   を有し、
   前記支持部は、上下方向に対向配置された天板及び底板と、前記天板と前記底板との間に設けられた複数の石英製のフィンと、を含む保温筒を有し、
   前記重心位置調整部材は、前記底板上に配置されている、
   基板処理装置。
2. 前記所定領域は、前記支持部の周方向における一部の領域である、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記重心位置調整部材は、上面から見たときの形状が前記支持部の周縁に沿った円弧状である、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記重心位置調整部材は、前記基板の径方向に移動可能である、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記重心位置調整部材の動作を制御する制御部を有する、
   請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記制御部は、前記基板保持具に保持される前記基板の枚数に基づいて、前記重心位置調整部材の動作を制御する、
   請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記制御部は、前記回転体の偏心量に基づいて、前記重心位置調整部材の動作を制御する、
   請求項５に記載の基板処理装置。
8. 前記重心位置調整部材は、石英により形成されている、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
9. 前記複数の基板の被処理面に対して平行に処理ガスを供給するガス供給手段を有する、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. 前記基板保持具は、ラダーボートである、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 前記基板保持具は、リングボートである、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の基板処理装置。