JPH09209152A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被処理基板と同程度の温度に加熱される構造体
要素の熱的、機械的な強度を十分に確保でき、長期に亘
って安定した機能を発揮させることが可能な基板処理装
置を提供する。 【解決手段】被処理基板としての半導体ウェハＳを基板
ホルダ６で支持し、半導体ウェハＳを300 ℃〜1200℃に
保持するとともに基板ホルダ６を毎分 500回転以上の回
転数で回転させながら気相成長法で半導体ウェハＳに所
定の処理を行う基板処理装置において、基板ホルダ６が
炭素を主成分とする炭素繊維強化複合材料で形成され、
かつその表面にはＳｉＣ層が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ等の
基板を高温下において処理する基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、半導体ウェハ等の基板の
表面に薄膜を形成する方法には幾つかある。気相成長法
もその１つである。気相成長法は、高温下での原料ガス
の化学反応を利用したもので、各種の膜を強い付着強度
で得られること、膜厚制御が比較的容易であることなど
の利点を備えている。

【０００３】実際に気相成長法で基板の表面に薄膜を形
成する基板処理装置としては、複数の基板の表面に同時
に成膜するバッチ式と、基板１枚毎に成膜する枚葉式と
がある。バッチ式では基板を静止状態に保持して成膜す
る方式と、境界層の厚みを薄くして原料ガスの拡散を容
易化する目的で基板を回転させながら成膜する方式とが
ある。また、枚葉式では基板を回転させながら成膜する
方式が主流となっている。いずれの方式でも基板を基板
ホルダで支持するとともに基板に近接配置されたヒータ
や処理室外に配置されたランプ、高周波コイル等を使っ
て基板を300 ℃〜1200℃の温度に保持した状態で成膜を
行うようにしている。

【０００４】ところで、このような従来の基板処理装置
では、通常、基板ホルダを人造黒鉛と呼ばれている材料
で形成している。この材料は、固形炭素の粒子をコール
タールのような結合材と混合し、成形した後に、不活性
ガス雰囲気中1400℃〜1800℃で焼成し、その後に2400℃
以上の高温で熱処理した炭素材である。

【０００５】しかしながら、このような従来の基板処理
装置にあっては、固形炭素の粒子を焼成した材料で形成
された基板ホルダを用いているため、繰り返し熱処理を
行うと、基板ホルダを構成している炭素粒子どうしの結
合力が低下し、基板ホルダに亀裂が発生する問題があっ
た。また、昇降温時や定常高温時に各部間温度差によっ
て基板ホルダに熱応力が生じると、この熱応力が原因し
て基板ホルダの一部に亀裂が発生したり、この亀裂が進
展したりして、基板ホルダが破断に至ることが往々にし
てあった。このような傾向は、熱処理温度が高くなる
程、また基板ホルダの回転数が高くなる程強く現れてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の基
板処理装置にあっては、基板ホルダを人造黒鉛の焼成体
で形成しているため、繰り返しの熱処理により、基板ホ
ルダに亀裂が発生したり、これが進展したりし、甚だし
い場合には基板ホルダが破断してしまうことがあった。
そこで本発明は、上述した不具合を解消でき、長期に亘
って安定した機能を発揮できる基板処理装置を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被処理基板を所定の高温度に保持しなが
ら上記被処理基板に対して所定の処理を行う基板処理装
置において、少なくとも前記被処理基板と同程度の温度
まで加熱される構造体要素が炭素を主成分とする炭素繊
維強化複合材料で形成されていることを特徴としてい
る。

【０００８】なお、構造体要素は、表面にＳｉＣ層を備
えていることが好ましい。また、構造体要素が被処理基
板を支持する基板ホルダであってもよい。さらに、構造
体要素は、被処理基板を支持しながら毎分 500回転以上
の回転数で回転駆動されてもよい。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理基板としての半導体ウェハを基板ホルダで支
持し、この半導体ウェハを300 ℃〜1200℃に保持すると
ともに基板ホルダを毎分 500回転以上の回転数で回転さ
せながら気相成長法で半導体ウェハに所定の処理を行う
基板処理装置において、基板ホルダの少なくとも半導体
ウェハと同程度の温度まで加熱される部分が炭素を主成
分とする炭素繊維強化複合材料で形成され、かつ上記部
分の表面にはＳｉＣ層が形成されていることを特徴とし
ている。

【００１０】炭素を主成分とする炭素繊維強化複合材料
は、炭素繊維を含んでいない人造黒鉛に比べて強度が大
幅に高い。前述のように、人造黒鉛は、窯業的な手法で
作られ、多孔質であるために破壊強度は大きくはない。
具体的には、製造法によっても異なるが、常温での引張
強度は、5 〜10ＭＰａと小さい。しかし、炭素繊維を強
化材とした複合材料の引張り強度は、300 ＭＰａ程度と
大きくなり、人造黒鉛と比べると約30倍程度の強度を有
している。したがって、仮に熱応力などで亀裂が発生し
ても、炭素繊維が亀裂、特に微小亀裂の進展を妨げる作
用をするので、強度を向上させることができる。なお、
表面にＳｉＣ層を設けると、高温下におい構造体要素か
ら炭素原子が飛散するのを防止でき、基板への炭素原子
混入を防ぐことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。図１には本発明の第１の実施形態
に係る基板処理装置、ここには半導体ウェハの表面に気
相成長法で成膜する枚様式の装置が示されている。

【００１２】図中、１は処理容器を示している。処理容
器１内には処理室２が形成されており、処理室２と処理
容器１の上部壁との間には整流板３が水平に配置されて
いる。そして、整流板３と処理容器１の上部壁との間に
形成された空間４はガス導入口５を介して図示しない原
料ガス供給源に通じている。

【００１３】処理室２内で中央部位置には被処理基板で
ある半導体ウェハＳを整流板３に対向させて水平に保持
するための基板ホルダ６が軸心線を上下方向に向けて回
転自在に配置されている。

【００１４】この基板ホルダ６は、炭素を主成分とする
炭素繊維強化複合材料で筒状に形成されている。この材
料の強化材である炭素繊維は、原料からポリアリトニト
リル系、ピッチ系、レーヨン系に分類される。そして、
強化形態には、長繊維を用いた一軸配向、二次元配向、
三軸以上の立体織や、単繊維、不織布などがある。これ
らの組合せにより強度特性を変えることができる。製造
方法としては、ホットプレス法、ＨＩＰ法、樹脂含浸法
などを採用できる。このうち樹脂含浸法は、形状選択の
自由度、大型化が可能、製造コストが低いなどの点で有
利である。

【００１５】この例に係る基板ホルダ６は、合成樹脂を
含浸した炭素繊維織布を成形型に積層した後に加熱およ
び加圧して樹脂成形体を形成し、その後に不活性ガス雰
囲気下で焼成炭素化して形成されている。また、この例
に係る基板ホルダ６は、表面にＣＶＤ法で作成されたＳ
ｉＣ層を備えている。このＳｉＣ層は高温下で基板ホル
ダ６から炭素原子が飛散するのを抑制し、半導体ウェハ
Ｓへの炭素原子混入を防ぐ。

【００１６】基板ホルダ６の下端側は、シール機能を備
えた軸受装置を介して処理容器１の下部壁を気密に貫通
し、回転駆動装置７に接続されている。一方、基板ホル
ダ６の内部には、基板ホルダ６に支持されている半導体
ウェハＳを下面側から加熱するための電気ヒータ８が配
置されている。この電気ヒータ８はヒータ支持体９によ
って支持されている。電気ヒータ８の両端は、処理容器
１の下部壁を気密に、かつ絶縁状態に貫通して給電制御
装置１０に接続されている。

【００１７】なお、図中、１１は反応に供されなかった
原料ガスを処理容器１外に排出するためのガス排出口を
示している。次に、上記のように構成された基板処理装
置の使用例を説明する。

【００１８】まず、図示しない排気系を使って処理容器
１内を数10Torrに排気する。次に、給電制御装置１０を
介して電気ヒータ８に給電し、半導体ウェハＳの温度が
300℃〜1200℃の範囲の定められた温度、たとえば1000
℃となるように給電量を制御する。この加熱によって基
板ホルダ６の図中上部側は半導体ウェハＳとほぼ同程度
の温度に加熱される。

【００１９】次に、回転駆動装置７を動作させて基板ホ
ルダ６を毎分500 回転以上、望ましくは毎分5000回転以
上、たとえば毎分6000回転で回転させる。したがって、
半導体ウェハＳも毎分6000回転で回転する。

【００２０】次に、前記の圧力関係が保たれるように、
空間４を介して処理室２内に原料ガス、たとえばシラン
ガスと水素との混合ガスを供給し、ガス排出口１１から
排出させる。

【００２１】空間４に供給された原料ガスは、整流板３
によって層流化されて処理室２内に流れ込み、1000℃に
保持され、毎分6000回転で回転している半導体ウェハＳ
の表面で反応してシリコン薄膜を形成する。したがっ
て、ここに成膜装置としての機能が良好に発揮される。

【００２２】そして、この例の場合には、被処理基板で
ある半導体ウェハＳと同程度の温度まで加熱される構造
体要素、具体的には基板ホルダ６を、炭素を主成分とす
る炭素繊維強化複合材料、つまり人造黒鉛などに比べて
はるかに大きい引張強度を有する材料で形成しているの
で、繰り返し熱処理を行っても基板ホルダ６に亀裂の発
生することが少なく、仮に熱応力などで小さい亀裂が発
生しても、炭素繊維が亀裂の進展を妨げるように作用す
る。このため、基板ホルダ６に長期に亘って安定した支
持機能を発揮させることができる。

【００２３】図２には本発明の第２の実施形態に係る基
板処理装置、ここにも半導体ウェハの表面に気相成長法
で成膜する枚様式の装置が示されている。なお、この図
では図１と同一部分が同一符号で示してある。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００２４】この例に係る装置は、複数のパーツを軸方
向に連結して構成された基板ホルダ６ａを用いている。
すなわち、基板ホルダ６ａは、環状に形成されたホルダ
本体１２と、一端側がホルダ本体１２に連結された筒状
の第１サポート部１３と、一端側が第１サポート部１３
に連結された筒状の第２サポート部１４との３つの要素
を組合せた構成となっている。そして、３つの要素がそ
れぞれ炭素を主成分とする炭素繊維強化複合材料で形成
されている。また、３つの要素の表面には炭素原子の飛
散を抑制するためのＳｉＣ層がそれぞれ設けられてい
る。

【００２５】このように構成しても図１の例と同様の効
果を発揮させることができる。図３には本発明の第３の
実施形態に係る基板処理装置、ここには半導体ウェハの
表面に気相成長法で成膜するバッチ式の装置が示されて
いる。

【００２６】図中、２１は処理容器を示している。処理
容器２１内で中央部位置には、被処理基板である複数の
半導体ウェハＳを水平に保持するための基板ホルダ２２
が回転自在な軸２３に支持されて配置されている。基板
ホルダ２２は、前述した例と同様に炭素を主成分とする
炭素繊維強化複合材料で形成されている。そして、その
表面には炭素原子の飛散を抑制するためのＳｉＣ層が形
成されている。

【００２７】この例では軸２３も炭素を主成分とする炭
素繊維強化複合材料で形成されている。軸２３は内部が
原料ガス通路となるように中空に形成されており、その
下端側はシール機能を備えた軸受装置を介して処理容器
１の下部壁を気密に貫通し、図示しない回転駆動装置に
接続されている。軸２３の上端部には内部を通して案内
された原料ガスを軸２３を中心とする放射方向に吹出す
ためのノズル２４が形成されている。原料ガス通路の処
理容器１外に吐出している部分は、図示しない原料ガス
供給源に通じている。

【００２８】一方、基板ホルダ２２の下方位置には、半
導体ウェハＳを所定温度に加熱するための高周波コイル
２５が配置されている。なお、図中２６はガス排出口を
示している。

【００２９】このように構成された装置では、高周波コ
イル２５を付勢して半導体ウェハＳの温度を所定に保持
するとともに軸２３を介して基板ホルダ２２を所定回転
数で回転させ、この状態で軸２３の内部を通して原料ガ
スを供給することによって半導体ウェハＳの表面に薄膜
を成長させる。

【００３０】この例においても、炭素を主成分とする炭
素繊維強化複合材料で基板ホルダ２２を形成しているの
で、前述した各例と同様の効果を発揮させることができ
る。図４には本発明の第４の実施形態に係る基板処理装
置、ここにも半導体ウェハの表面に気相成長法で成膜す
るバッチ式の装置が示されている。

【００３１】図中、３１は石英ガラス等で形成された処
理容器を示している。処理容器３１内で中央部位置に
は、傾斜した各側面部分で被処理基板である複数の半導
体ウェハＳを保持するせつ頭角錐状に形成された基板ホ
ルダ３２が回転自在な軸３３に支持されて配置されてい
る。基板ホルダ３２は、前述した各例と同様に炭素を主
成分とする炭素繊維強化複合材料で形成されている。そ
して、その表面には炭素原子の飛散を抑制するためのＳ
ｉＣ層が形成されている。

【００３２】この例では軸３３も炭素を主成分とする炭
素繊維強化複合材料で形成されている。軸３３はその上
端側がシール機能を備えた軸受装置を介して処理容器３
１の上部壁を気密に貫通して図示しない回転駆動装置に
接続されている。

【００３３】処理容器３１の側壁上部には原料ガスを導
入するためのガス導入口３４が周方向に複数形成されて
おり、また処理容器３１の最下端部壁にはガスを排出す
るためのガス排出口３５が形成されている。

【００３４】一方、処理容器３１の外周には基板ホルダ
３２に保持されている半導体ウェハＳを所定温度に加熱
するためのランプ３６が配置されている。このように構
成された装置では、ランプ３６を付勢して半導体ウェハ
Ｓの温度を所定に保持するとともに軸３３を介して基板
ホルダ３２を所定回転数で回転させ、ガス導入口３４を
介して原料ガスを供給することによって半導体ウェハＳ
の表面に薄膜を成長させる。

【００３５】この例においても、炭素を主成分とする炭
素繊維強化複合材料で基板ホルダ３２を形成しているの
で、前述した各例と同様の効果を発揮させることができ
る。図５には本発明の第５の実施形態に係る基板処理装
置、ここにも半導体ウェハの表面に気相成長法で成膜す
るバッチ式の装置が示されている。

【００３６】図中、４１は石英ガラス等で形成された処
理容器を示している。処理容器４１内には、傾斜した上
面部分で被処理基板である複数の半導体ウェハＳを保持
する基板ホルダ４２が配置されている。基板ホルダ４２
は、前述した各例と同様に炭素を主成分とする炭素繊維
強化複合材料で形成されている。そして、その表面には
炭素原子の飛散を抑制するためのＳｉＣ層が形成されて
いる。

【００３７】処理容器４１の一端側には原料ガスを導入
するためのガス導入口４３が形成されており、他端側に
はガス排出口４４が形成されている。一方、処理容器４
１の外周には基板ホルダ４２に保持されている半導体ウ
ェハＳを所定温度に加熱するためのランプ４５が配置さ
れている。

【００３８】このように構成された装置では、ランプ４
５を付勢して半導体ウェハＳの温度を所定に保持すると
ともにガス導入口４３を介して原料ガスを供給すること
によって半導体ウェハＳの表面に薄膜を成長させる。

【００３９】この例においても、炭素を主成分とする炭
素繊維強化複合材料で基板ホルダ４２を形成しているの
で、前述した各例と同様の効果を発揮させることができ
る。図６には本発明の第６の実施形態に係る基板処理装
置、ここには半導体ウェハの表面に置かれた高濃度のボ
ロンやリンなどの原子を半導体ウェハ中に熱拡散させて
拡散層を形成するための装置が示されている。

【００４０】図中、５１は処理容器を示している。処理
容器５１内は、石英板５２に上下方向に２つの部屋５
３，５４に仕切られている。そして、下部屋５４には被
処理基板である半導体ウェハＳを載置保持する基板ホル
ダ５５が配置されている。この基板ホルダ５５は、前述
した各例と同様に炭素を主成分とする炭素繊維強化複合
材料で形成されている。そして、その表面には炭素原子
の飛散を抑制するためのＳｉＣ層が形成されている。

【００４１】一方、上部屋５３には石英板５２を通して
基板ホルダ５５に保持されている半導体ウェハＳを所定
温度に加熱するためのランプ５６が配置されている。こ
のように構成された装置では、ランプ５６を付勢して半
導体ウェハＳを所定温度に加熱することにより、半導体
ウェハＳの表面に置かれているボロンやリンなどの原子
を半導体ウェハＳ中に熱拡散させる。

【００４２】この例においても、炭素を主成分とする炭
素繊維強化複合材料で基板ホルダ５５を形成しているの
で、前述した各例と同様の効果を発揮させることができ
る。なお、上述した各例では、基板ホルダ全体を炭素を
主成分とする炭素繊維強化複合材料で形成しているが、
基板ホルダの少なくとも被処理基板と同程度の温度まで
加熱される部分を、炭素を主成分とする炭素繊維強化複
合材料で形成し、必要に応じて上記部分の表面にはＳｉ
Ｃ層を形成するようにしてもよい。また、基板ホルダに
限らず、被処理基板と同程度の温度まで加熱される構造
体要素全部を炭素を主成分とする炭素繊維強化複合材料
で形成してもよい。また、被処理基板も半導体ウェハに
限られるものではない。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被処理基板と同程度の温度まで加熱される構造体要素の
強度を十分に高めることができ、長期に亘って安定した
機能を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の
概略縦断面図

【図２】本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の
概略縦断面図

【図３】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の
概略縦断面図

【図４】本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置の
概略縦断面図

【図５】本発明の第５の実施形態に係る基板処理装置の
概略縦断面図

【図６】本発明の第６の実施形態に係る基板処理装置の
概略縦断面図

【符号の説明】

１，２１，３１，４１，５１…処理容器 ２…処理室 ３…整流板 ４…空間 ５，３４，４３…ガス導入口 ６，６ａ，２２，３２，４２，５５…基板ホルダ ７…回転駆動装置 ８…電気ヒータ １０…給電制御装置 １１，２６，３５，４４…ガス排出口 ２３，３３…軸 ２５…高周波コイル ３６，４５，５６…加熱用のランプ Ｓ…被処理基板としての半導体ウェハ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理基板を所定の高温度に保持しながら
   上記被処理基板に対して所定の処理を行う基板処理装置
   において、 少なくとも前記被処理基板と同程度の温度まで加熱され
   る構造体要素が炭素を主成分とする炭素繊維強化複合材
   料で形成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】前記構造体要素は、表面にＳｉＣ層を備え
   ていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装
   置。
3. 【請求項３】前記構造体要素は、前記被処理基板を支持
   する基板ホルダであり、前記被処理基板を支持しながら
   毎分500 回転以上の回転数で回転駆動されるものである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装
   置。
4. 【請求項４】被処理基板としての半導体ウェハを基板ホ
   ルダで支持し、上記半導体ウェハを300℃〜1200℃に保
   持するとともに上記基板ホルダを毎分500 回転以上の回
   転数で回転させながら気相成長法で上記半導体ウェハに
   所定の処理を行う基板処理装置において、 前記基板ホルダの少なくとも前記半導体ウェハと同程度
   の温度まで加熱される部分が炭素を主成分とする炭素繊
   維強化複合材料で形成され、かつ上記部分の表面にはＳ
   ｉＣ層が形成されていることを特徴とする基板処理装
   置。