KR20010090517A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20010090517A
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니시와키미치코
아부라타니유키노리
오카다사토시
니시타니에이스케
나카고미가즈히로
이케다가즈히토
시메노가즈히로
오타가쿠지
가사나미가츠히사
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엔도 마코토
가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 웨이퍼를 기계적으로 수수하면서 서셉터를 회전 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
처리실(11) 내에서 웨이퍼(1)를 유지하는 서셉터(40)와, 서셉터(40)를 회전시키는 회전 드럼(35)과, 회전 드럼(35) 내에서 회전하지 않는 지지축(26)에 지지되어 서셉터(40)의 아래로부터 웨이퍼(1)를 가열하는 가열 유닛(27)을 구비하고 있으며, 회전 드럼(35)과 가열 유닛(27)이 처리실(11)을 승강하도록 구성되어 있으며, 처리실(11) 내에는 웨이퍼(1)를 서셉터(40)에 대해 승강시키는 웨이퍼 승강 장치(50)가 설치되어 있다.
웨이퍼가 서셉터로부터 떠 있으므로, 기계식 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)를 삽입할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Substrate processing apparatus and substrate processing method}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 열화학 반응을 이용하여 피처리 기판에 원하는 처리를 행하는 기판 처리 기술, 더욱 구체적으로는 서셉터에 의한 피처리 기판의 수수 기술에 관한 것으로서, 예를 들면 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 한다)에 산화막이나 금속막을 형성하는 기판 처리 기술에 이용하면 유효한 것에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼에 산화막이나 금속막을 형성하는 데, 매엽식 콜드월형 CVD 장치(이하, 매엽식 CVD 장치라 한다.)가 사용되는 경우가 있다. 종래의 이러한 종류의 매엽식 CVD 장치로서, 피처리 기판으로서의 웨이퍼를 수용하는 처리실과, 이 처리실에서 웨이퍼를 1개씩 유지하는 서셉터와, 서셉터에 유지된 웨이퍼를 가열하는 가열 유닛과, 서셉터에 유지된 웨이퍼에 처리 가스를 공급하는 가스 헤드와, 처리실을 배기하는 배기구를 구비하고 있는 것이 있다.
상기한 매엽식 CVD 장치에 있어서, 웨이퍼에 형성되는 CVD막의 막두께나 막질을 전체에 걸쳐 균일하게 제어하기 위해, 예를 들면 일본국 특허 제 2966025호 공보 및 일본국 특개평 9-7955호 공보에서는, 웨이퍼를 유지한 서셉터를 회전시킴으로써 웨이퍼의 온도 분포를 전체에 걸쳐 균일하게 제어함과 동시에, 웨이퍼에 처리 가스를 전체에 걸쳐 균일하게 접촉시키는 매엽식 CVD 장치가 제안되어 있다.
그러나, 상기 공보에 제안되어 있는 매엽식 CVD 장치에서는, 웨이퍼를 서셉터로부터 뜨게 할 수 없으므로, 웨이퍼의 상면을 진공 흡착 유지 장치 또는 정전 흡착 유지 장치에 의해 흡착 유지하여 웨이퍼를 서셉터에 대해 상방으로부터 수수할 필요가 있어, 웨이퍼를 서셉터에 대해 수수하기 위한 웨이퍼 이재(移載) 장치의 구조가 복잡해질뿐만 아니라, 진공 흡착 유지 장치나 정전 흡착 유지 장치의 성질상, 그 적용 범위가 제한된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 서셉터를 회전시킬 수 있음과 동시에, 그 서셉터에 피처리기판을 기계적으로 수수시킬 수 있는 기판 처리 기술을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태인 매엽식 CVD 장치의 웨이퍼 반입 반출 공정을 나타낸 정면 단면도,
도 2는 그 주요부를 나타낸 사시도,
도 3은 그 매엽식 CVD 장치의 처리 공정을 나타낸 정면 단면도,
도 4는 그 주요부를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 실시형태 2인 매엽식 CVD 장치의 웨이퍼 반입 반출 공정을 나타낸 정면 단면도,
도 6은 그 주요부를 나타낸 사시도,
도 7은 그 매엽식 CVD 장치의 처리 공정을 나타낸 일부 절단 정면도,
도 8은 그 주요부를 나타낸 사시도,
도 9는 웨이퍼 승강 장치의 작용을 설명하기 위한 각 정면 단면도이며, 9A는 웨이퍼 부상시(浮上時)를 나타내고, 9B는 웨이퍼 재치시를 나타내는 도면,
도 10은 지지축을 고정하고 회전축을 회전시키는 회전 구동 장치의 일실시형태를 나타낸 일부 절단 정면도,
도 11은 본 발명의 실시형태 3인 매엽식 CVD 장치의 웨이퍼 반입 반출 공정을 나타낸 정면 단면도,
도 12는 그 주요부를 나타낸 사시도,
도 13은 그 매엽식 CVD 장치의 처리 공정을 나타낸 일부 절단 정면도,
도 14는 그 주요부를 나타낸 사시도,
도 15는 히터의 작용을 설명하기 위한 각 정면 단면도이며, 15A는 처리중의 가열 작용을 나타내고, 15B는 반입 반출시의 가열 작용을 나타내고, 15C는 비교예에서의 반입 반출시의 가열 작용을 나타내는 도면,
도 16은 본 발명의 실시형태 4인 매엽식 CVD 장치의 웨이퍼 반입 반출 공정을 나타낸 정면 단면도,
도 17은 그 매엽식 CVD 장치의 처리 공정을 나타낸 일부 절단 정면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 … 웨이퍼(피처리 기판) 2 … 웨이퍼 이재 장치의 트위저
2A … 포크형 트위저 3 … 처리 가스
4 … 질소 가스 10 … 매엽식 CVD 장치(기판 처리 장치)
11 … 처리실 12 … 챔버
13 … 하측 컵 14 … 상측 컵
15 … 하부 캡 16 … 웨이퍼 반입 반출구
17 … 게이트 밸브 18 … 배기구
20 … 가스 헤드 21 … 가스 도입구
22 … 가스 배출 플레이트 23 … 가스 배출구
24 … 가스 저장부 25 … 삽입통과구멍
26 … 지지축 27 … 가열 유닛
27A … 몸체 28 … 지지판
29 … 전극 30 … 히터
30a … 중앙 히터 부재 30b … 주변 히터 부재
31 … 반사판 32 … 지주
33 … 열전대 34 … 회전축
35 … 회전 드럼 36 … 회전판
37 … 회전통 40 … 서셉터
41 … 중앙 부재 42 … 제 1 주변 부재
43 … 제 2 주변 부재 44 … 안내 홈
45 … 질소 가스 배출구
50 … 웨이퍼 승강 장치(피처리 기판 승강 장치)
51 … 승강 링 52 … 지주
53 … 결합 부재 54 … 결합 클로
55 … 돌출결합 부재 56 … 챔버측 돌출결합부
57 … 가이드 60 … 웨이퍼 승강 장치
61 … 고정측 핀(밀어올림 핀) 62 … 핀부
63 … 악부(鍔部) 64 … 좌판(座板)
65 … 삽입통과구멍 66 … 고정측 삽입통과구멍
67 … 지지구멍 68 … 가이드구멍
69 … 가동측 핀(밀어올림 핀) 70 … 악부
71 … 돌상부 72, 73, 74 … 삽입통과구멍
75 … 모터(중공축 전동 모터) 75a … 하우징
75b … 고정자 75c … 회전자
76 … 엘리베이터의 승강대 77 … 허메틱 시일
78 … 벨로즈 80 … 웨이퍼 승강 장치
81 … 회전측 링(승강 링) 82 … 회전측 핀(밀어올림 핀)
83 … 가이드구멍 84 … 히터측 링(제 2 승강 링)
85 … 히터측 핀(밀어올림 핀) 86 … 가이드구멍
87 … 밀어올림부(밀어올림 핀) 90 … 웨이퍼 승강 장치
94 … 승강 링 95 … 밀어올림 핀
96 … 가이드구멍 97 … 밀어올림부(밀어올림 핀)
본 발명의 제 1 형태에 의하면, 피처리 기판이 재치되는 서셉터와, 상기 서셉터의 하방에 배치되어 상기 서셉터에 재치된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 유닛을 처리실 내에 구비하고 있고, 상기 서셉터와 상기 가열 유닛이 상대적으로 회전된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 기판 처리 장치로서, 적어도 상기 서셉터가 상기 처리실 내에서 승강하도록 구성되어 있고, 상기 처리실에는 상기 피처리 기판을 적어도 상기 서셉터의 일부에 대해 승강시키는 피처리 기판 승강 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 형태에 의하면, 피처리 기판이 재치되는 서셉터와, 상기 서셉터의 하방에 배치되어 상기 서셉터에 재치된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 유닛을 처리실 내에 구비하고 있고, 상기 서셉터와 상기 가열 유닛이 상대적으로 회전된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 기판 처리 장치로서,
적어도 상기 서셉터가 상기 처리실 내에서 승강하도록 구성되어 있고, 상기 처리실에는 상기 피처리 기판을 적어도 상기 서셉터의 일부에 대해 승강시키는 피처리 기판 승강 장치가 설치되어 있는 상기 기판 처리 장치가 사용되는 기판 처리 방법으로서,
상기 서셉터의 하강시에, 상기 피처리 기판 승강 장치에 상기 피처리 기판을 상기 서셉터로부터 받고, 상기 서셉터의 상승시에, 상기 서셉터에 의해 피처리 기판이 재치된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법이 제공된다.
상기한 기판 처리 장치에 의하면, 피처리 기판의 서셉터에 대한 수수에 있어서, 피처리 기판 승강 장치가 피처리 기판을 승강시킴으로써, 피처리 기판의 하방에 빈 부분(빈 스페이스)을 형성할 수 있으므로, 그 빈 부분에 기계식 기판 이재 장치에서의 트위저를 삽입할 수 있다. 즉, 트위저를 피처리 기판 하방의 빈 부분에 삽입함으로써, 피처리 기판을 트위저에 의해 하측으로부터 기계적으로 지지할 수 있으므로, 피처리 기판을 기계식 기판 이재 장치에 의해 수수할 수 있다. 즉, 피처리 기판의 수수에 구조가 복잡한 진공 흡착 유지 장치 또는 정전 흡착 유지 장치를 사용하지 않아도 된다.
또, 상기한 기판 처리 방법에 의하면, 피처리 기판에 처리가 행해질 때는, 서셉터를 회전시켜 피처리 기판을 회전시킴으로써, 가열 유닛의 가열에 의한 피처리 기판 상의 온도 분포는 전체에 걸쳐 균일해지고, 또 피처리 기판은 처리실 분위기에 전체에 걸쳐 균일하게 접촉하게 된다. 그 결과, 피처리 기판에는 전체에 걸쳐 균일한 처리가 행해지게 된다.
(발명의 실시형태)
이하, 본 발명의 일실시형태인 기판 처리 장치를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 기판 처리 장치는 매엽식 CVD 장치(매엽식 콜드월형 CVD 장치)로서 구성되어 있으며, 피처리 기판으로서의 웨이퍼(반도체 웨이퍼)(1)를 처리하는 처리실(1)을 형성한 챔버(12)를 구비하고 있다. 챔버(12)는 하측 컵(13)과 상측 컵(14)과 하부 캡(15)이 조합되어 상하 단면이 모두 폐색된 원통형상으로 형성되어 있다.
챔버(12)의 하측 컵(13)의 원통벽의 중앙부에는 게이트 밸브(17)에 의해 개폐되는 웨이퍼 반입 반출구(16)가 수평 방향으로 가로로 길게 개설(開設)되어 있고, 웨이퍼 반입 반출구(16)는 피처리 기판인 웨이퍼(1)를 처리실(11)로 기계식 웨이퍼 이재 장치에 의해 반입 반출할 수 있도록 형성되어 있다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)는 기계식 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)에 의해 아래로부터 기계적으로 지지된 상태로, 웨이퍼 반입 반출구(16)로 반송되어 처리실(11)에 대해 반입 반출되도록 되어 있다.
하측 컵(13)의 웨이퍼 반입 반출구(16)와 대향하는 벽면에서의 웨이퍼 반입 반출구(16)보다도 약간 높은 위치에는, 진공 펌프 등으로 이루어지는 진공 배기 장치(도시 생략)에 유체적(流體的)으로 접속된 배기구(18)가 처리실(11)에 연통하도록 개설되어 있으며, 배기구(18)는 진공 배기 장치에 의해 소정의 진공도로 배기되도록 되어 있다.
챔버(12)의 상측 컵(14)에는 처리 가스를 공급하는 가스 헤드(20)가 일체적으로 장착되어 있다. 즉, 상측 컵(14)의 천정벽에는 복수 개의 가스 도입구(21)가 개설되어 있고, 각 가스 도입구(21)에는 원료 가스나 퍼지 가스 등의 처리 가스(3)(도 3 참조)를 도입하는 가스 공급 장치(도시 생략)가 가스 도입관(도시 생략)을 통해 유체적으로 접속되어 있다. 상측 컵(14)과 하측 컵(13)의 맞춤면에는 원판형상으로 형성된 가스 배출 플레이트(이하, 플레이트라 한다.)(22)가 가스 도입구(21)로부터 간격을 두고 수평으로 끼워져 고정되어 있고, 플레이트(22)에는 복수 개의 가스 배출구(이하, 배출구라 한다.)(23)가 전체 면에 걸쳐 균일하게 배치되어 상하를 유통시키도록 개설되어 있다. 상측 컵(14)의 내측면과 플레이트(22)의 상면이 형성하는 내측 공간에 의해 가스 저장부(24)가 형성되어 있고, 가스 저장부(24)는 가스 도입구(21)에 도입된 처리 가스를 전체적으로 균등하게 확산시켜 각 배출구(23)로부터 균등하게 샤워상으로 배출시키도록 되어 있다.
챔버(12)의 하부 캡(15)의 중심에는 삽입통과구멍(2)이 원형으로 개설되어 있으며, 삽입통과구멍(25)의 중심선 상에는 원통형상으로 형성된 지지축(26)이 처리실(11)에 하방으로부터 삽입통과되어 있다. 지지축(26)은 에어 실린더 장치 등이 사용된 승강 구동 장치(도시 생략)에 의해 승강되도록 되어 있다. 또, 지지축(26)의 원통 중공부에는 불활성 가스로서의 질소 가스(4)(도 3 참조)를 공급하는 질소 가스 공급 장치(도시 생략)가 접속되어 있다.
지지축(26)의 상단에는 가열 유닛(27)이 동심으로 배치되어 수평으로 고정되어 있으며, 가열 유닛(27)은 지지축(26)에 의해 승강되도록 되어 있다. 즉, 가열 유닛(27)은 도너츠형의 평판형상으로 형성된 지지판(28)을 구비하고 있으며, 지지판(28)의 내주 가장자리부가 원통형상의 지지축(26)의 상단 개구에 고정되어 있다. 지지판(28)의 상면에는 지주를 겸하는 전극(29)이 복수 개, 내주변의 복수 부분과 외주변의 복수 부분에 배치되어 수직으로 세워져 있고, 이들 전극(29)의 상단 사이에는 히터(30)가 걸쳐져 고정되어 있다. 히터(30)는 후기하는 서셉터(40)가 유지한 웨이퍼(1)를 전체에 걸쳐 균일하게 가열하도록 구성되어 있다.
가열 유닛(27)에서의 히터(30)의 하측에는, 티탄으로 이루어지는 박막이 거울면으로 다듬어진 반사판(31)이 수평으로 배치되어 지지판(28)에 세워진 지주(32)에 의해 지지되어 있다. 반사판(31)은 히터(30)가 조사된 열선을 수직 방향 상향으로 효과적으로 반사하도록 구성되어 있다. 또, 지지판(28) 위에는 온도 센서로서의 열전대(33)가 복수 개로 적당한 간격을 두고 배치되어 히터(30)의 상방으로 돌출되도록 세워져 있으며, 각 열전대(33)는 히터(30)에 의해 가열된 웨이퍼(1)의 온도를 측정하도록 각각 구성되어 있다. 히터(30) 및 열전대(33)의 전기 배선(도시 생략)은 가열 유닛(27) 내로부터 지지판(28)의 개구 및 지지축(26)의 중공부 내를 통해 외부의 전원이나 컨트롤러에 접속되어 있다.
하부 캡(15)의 삽입통과구멍(25)의 지지축(26)의 외측에는, 지지축(26)보다도 큰 직경의 원통형상으로 형성된 회전축(34)이 동심원으로 배치되어 처리실(11)에 하방으로부터 삽입통과되어 있고, 회전축(34)은 에어 실린더 장치 등이 사용된 승강 구동 장치에 의해 지지축(26)과 함께 승강되도록 되어 있다. 회전축(34)의 상단에는 회전 드럼(35)이 동심으로 배치되어 수평으로 고정되어 있으며, 회전 드럼(35)은 회전축(34)에 의해 회전되도록 되어 있다. 즉, 회전 드럼(35)은 도너츠형의 평판에 형성된 회전판(36)과, 원통형상으로 형성된 회전통(37)을 구비하고 있으며, 회전판(36)의 내주 가장자리부가 원통형상의 회전축(34)의 상단 개구에 고정되고, 회전판(36) 상면의 외주 가장자리부에 회전통(37)이 동심원으로 고정되어 있다.
도 2 및 도 4에 상세하게 나타나 있는 바와 같이, 회전 드럼(35)의 회전통(37)의 상단에는 서셉터(40)가 회전통(37)의 상단 개구를 폐색하도록 덮혀있다. 서셉터(40)는 원판형상의 중앙 부재(41)와 원형 링형상의 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)가 1장의 원판을 구성하도록 동심원으로 배치되고, 인접한 외주가장자리와 내주 가장자리에 각각 형성된 단붙이부가 상하로 결합되어 내측의 것이 외측의 것에 지지되도록 조합되어 구성되어 있다.
중앙 부재(41)는 탄화 실리콘이나 질화 알루미늄이 사용되고, 외경이 웨이퍼(1)의 외경보다도 직경이 작은 원판형상으로 형성되어 있다. 중앙 부재(41)를 외측에서 지지한 제 1 주변 부재(42)는 탄화 실리콘이나 질화 알루미늄이 사용되고, 내경이 중앙 부재(41)의 외경과 같고 외경이 웨이퍼(1)의 외경보다도 큰 원형 링형상으로 형성되어 있다. 제 1 주변 부재(42)를 외측에서 지지한 제 2 주변 부재(43)는 석영이 사용되고, 내경이 제 1 주변 부재(42)의 외경과 같고 외경이 회전축(37)의 내경보다도 약간 큰 원형 링형상으로 형성되어 있다.
제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)의 상면은 중앙 부재(41)의 상면보다도 웨이퍼(1)의 두께만큼 약간 올려져 있다. 즉, 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)의 상면은 중앙 부재(41)의 상면에 실린 웨이퍼(1)의 상면과 일치하도록 되어 있다. 제 1 주변 부재(42)의 상면 및 제 2 주변 부재(43)의 상면에는 3개의 안내홈(44)이 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 방사상으로 이어지도록 각각 형성되어 있으며, 각 안내홈(44)은 후기하는 웨이퍼 승강 장치(50)의 결합부재(53)를 직경방향으로 슬라이드 가능하게 삽입할 수 있도록 구성되어 있다.
제 2 주변 부재(43)에는 복수 개의 질소 가스 배출구(45)가 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 상하 방향으로 관통하도록 개설되어 있으며, 각 질소 가스 배출구(45)는 회전 드럼(35)의 내부에 지지축(26)의 통 중공부를 통해 공급된 질소 가스(4)를 서셉터(40) 위에 전 둘레에 걸쳐 균등하게 배출하도록 구성되어 있다.
도 2 및 도 4에 상세하게 나타낸 바와 같이, 회전 드럼(35)의 외측에는 피처리 기판으로서의 웨이퍼(1)를 서셉터(40) 및 가열 유닛(27)에 대해 승강시키는 웨이퍼 승강 장치(50)가 설치되어 있다. 즉, 웨이퍼 승강 장치(50)는 원형 링형상으로 형성된 승강 링(51)을 구비하고 있으며, 승강 링(51)은 회전 드럼(35)의 외주에 근접하여 동심원으로 배치되어 있다. 승강 링(51)의 상단면에는 3개의 지주(52)가 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 수직 방향 상향으로 세워져 있고, 3개의 지주(52)는 웨이퍼 반입 반출구(16)에서의 웨이퍼(1)의 반입 반출 작업을 방해하지 않는 위치에 각각 배치되어 있다. 즉, 3개의 지주(52)는 웨이퍼 반입 반출구(16)에 삽입되는 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)에 간섭하지 않도록 되어 있다.
각 지주(52)에는 각 결합 부재(53)가 직경 방향 내향의 방사상으로 이어지도록 각각 수평으로 돌출되어 있고, 각 결합 부재(53)는 서셉터(40)의 각 안내홈(44)에 출입 가능하게 위로부터 끼워지도록 되어 있다. 각 결합 부재(53)의 선단부에는 결합 클로(claw)(54)가 얇게 형성되어 있고, 결합 클로(54)는 서셉터(40)의 중앙 부재(41)에 재치된 웨이퍼(1)의 외주 가장자리부 하면에 하측으로부터 결합될 수 있도록 설정되어 있다.
승강 링(51)의 하단면에는 3개의 돌출결합 부재(55)가 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 수직 방향 하향으로 각각 내려와 있으며, 이들 돌출결합 부재(55)의 하단면은 챔버(12)의 하측 컵(13)의 내주면에서의 웨이퍼 반입 반출구(16)보다도하측으로 단형상(段形狀)으로 형성된 챔버측 돌출결합부(56)에 돌출결합 가능하게 대향되어 있다. 각 돌출결합 부재(55)는 회전통(37)의 외주에 돌출된 가이드(57)에 적당한 클리어런스를 갖고 각각 끼워짐으로써, 회전 드럼(35)에 대한 승강 링(51)의 둘레 방향을 위치 결정함과 동시에, 승강을 안내하도록 되어 있다.
다음으로, 이상의 구성의 매엽식 CVD 장치의 작용을 설명함으로써, 본 발명의 일실시형태인 CVD막 형성 방법을 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 반출시에 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 하한 위치로 하강되면, 웨이퍼 승강 장치(50)의 돌출결합 부재(55)가 챔버측 돌출결합부(56)에 결합되므로, 승강 링(51)이 회전 드럼(35)에 대해 상승한다. 이 승강 링(51)의 상승에 따라, 승강 링(51)에 고정된 3개의 결합 부재(53)가 웨이퍼(1)를 3방에서 지지하여 서셉터(40)로부터 뜬 상태로 만든다.
이렇게 웨이퍼 승강 장치(50)가 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 상면으로부터 뜬 상태로 만들면, 웨이퍼(1)의 하방 공간 즉 웨이퍼(1)의 하면과 서셉터(40)의 상면 사이에 삽입 스페이스가 형성된 상태가 되므로, 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)가 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 웨이퍼(1)의 삽입 스페이스에 삽입된다. 이 때, 3개의 결합 부재(53)를 지지한 각 지주(52)는 웨이퍼 반입 반출구(16)에 삽입되는 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)에 간섭하지 않는다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 하방에 삽입된 트위저(2)는 상승함으로써 웨이퍼(1)를 이재하여 수취한다. 웨이퍼(1)를 수취한 트위저(2)는 웨이퍼반입 반출구(16)를 후퇴하여 웨이퍼(1)를 처리실(11)로부터 반출한다. 트위저(2)에 의해 웨이퍼(1)를 반출한 웨이퍼 이재 장치는 처리실(11) 외부의 빈 웨이퍼 카세트 등의 소정의 수납 장소(도시 생략)에 웨이퍼(1)를 이재한다.
그 후, 웨이퍼 이재 장치는 실(實) 웨이퍼 카세트 등의 소정의 수납 장소(도시 생략)로부터, 다음에 막형성 처리하는 웨이퍼(1)를 트위저(2)에 의해 수취하여, 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 처리실(11)로 반입한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 트위저(2)는 웨이퍼(1)를 3개의 결합 부재(53)의 상방에서 웨이퍼(1)의 중심이 서셉터(40)의 중심과 일치하는 위치로 반송한다. 웨이퍼(1)를 소정의 위치에 반송하면, 트위저(2)는 약간 하강함으로써 웨이퍼(1)를 3개의 결합 부재(53)에 이재한다. 이 때, 3개의 결합 부재(53)는 선단부가 얇은 결합 클로(54)를 웨이퍼(1)의 바깥 가장자리에 아래로부터 약간 결합함으로써, 웨이퍼(1)를 수취한 상태가 된다.
이렇게 하여 웨이퍼(1)를 웨이퍼 승강 장치(50)에 전달한 트위저(2)는 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 처리실(11) 밖으로 퇴출한다. 트위저(2)가 처리실(11)로부터 퇴출하면, 웨이퍼 반입 반출구(16)는 게이트 밸브(17)에 의해 닫힌다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 게이트 밸브(17)가 닫히면, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 처리실(11)에 대해 상승된다. 회전 드럼(35)의 상승 초기에서는, 3개의 돌출결합 부재(55)가 챔버측 돌출결합부(56)의 위에 실린 상태가 되어 있으므로, 웨이퍼 승강 장치(50)는 회전 드럼(35)의 상승에 따라가지 않고 정지한 상태가 되어 있다. 즉, 웨이퍼 승강 장치(50)에 지지된 웨이퍼(1)는 회전 드럼(35)의 상승에 따라 서셉터(40)에 대해 상대적으로 하강하게 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 회전 드럼(35)의 상승에 따라 웨이퍼(1)가 서셉터(40)가 있는 곳까지 상대적으로 하강하면, 3개의 결합 부재(53)는 회전 드럼(35)의 상면의 안내홈(44)에 끼워진 상태가 되고, 아래로부터 지지하고 있는 웨이퍼(1)를 서셉터(40) 상에 이재한다. 이 웨이퍼(1)가 서셉터(40)에 이재된 상태에서, 웨이퍼(1)의 상면과, 제 1 주변 부재(42)의 상면, 제 2 주변 부재(43)의 상면 및 3개의 결합 부재(53)의 상면은 일치한 상태가 되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 3개의 결합 부재(53)가 회전 드럼(35)의 상면의 안내홈(44)에 끼워진 후에는, 웨이퍼 승강 장치(50)는 회전 드럼(35)에 들려져 함께 처리실(11)을 상승해 간다. 이 상승에 따라, 3개의 돌출결합 부재(55)는 챔버측 돌출결합부(56)로부터 떨어진다.
서셉터(40)에 이재된 웨이퍼(1)는 히터(30)에 의해 가열됨과 동시에, 히터(30)의 온도 및 웨이퍼(1)의 온도가 열전대(33)에 의해 측정된다. 그리고, 히터(30)의 가열량은 열전대(33)의 측정 결과에 따라 피드백 제어된다. 이 때, 3개의 결합 부재(53)는 얇은 결합 클로(54)에서 웨이퍼(1)의 바깥 가장자리에 약간 접촉하고 있을 뿐이므로, 히터(30)의 가열에 영향을 미치지 않아, 웨이퍼(1)의 온도 분포는 결합 부재(53)의 존재에 관계없이 전체에 걸쳐 균일해진다. 또, 최외주의 제 2 주변 부재(43)는 석영에 의해 형성되어 있으므로, 웨이퍼(1)의 열이 외방으로 달아나는 현상이 방지된다.
회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 처리실(11)을 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 상승되어, 웨이퍼(1)의 상면이 플레이트(22)의 하면에 근접하는 높이에 정지된다.
또, 배기구(18)가 진공 배기 장치에 의해 배기됨과 동시에, 회전 드럼(35)이 회전축(34)에 의해 회전된다. 배기구(18)의 배기량 및 회전 드럼(35)의 회전이 안정된 시점에서, 처리 가스(3)가 가스 도입구(21)에 도입된다. 또한, 질소 가스(4)가 질소 가스 배출구(45)로부터 각각 균등하게 배출된다.
가스 도입구(21)에 도입된 처리 가스(3)는 가스 저장부(24)에 작용하는 배기구(18)의 배기력에 의해 가스 저장부(24)에 유입됨과 동시에, 직경 방향 외향으로 방사상으로 확산되어, 플레이트(22)의 각 배출구(23)로부터 각각이 대략 균등한 흐름이 되어, 웨이퍼(1)를 향해 샤워상으로 배출한다. 배출구(23)군으로부터 샤워상으로 배출한 처리 가스(3)는 배기구(18)에 흡입되어 배기되어 간다.
이 때, 회전 드럼(35)에 지지된 서셉터(40) 상의 웨이퍼(1)는 회전하고 있으므로, 배출구(23)군으로부터 샤워상으로 배출한 처리 가스(3)는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉하는 상태가 된다. 또, 웨이퍼(1)의 상면과 그 외측 영역의 서셉터(40)의 상면은 일치하고 있으므로, 처리 가스(3)의 흐름은 흐트러짐이 방지되어 균일하게 제어된다. 여기서, 처리 가스(3)의 열화학 반응에 의한 막형성 레이트는 처리 가스(3)의 웨이퍼(1)에 대한 접촉량에 의존하므로, 처리 가스(3)가 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉하면, 웨이퍼(1)에 처리 가스(3)에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일해진다.
또, 가열 유닛(27)은 지지축(26)에 지지됨으로써 회전하지 않는 상태가 되어 있으므로, 회전 드럼(35)에 의해 회전되면서 가열 유닛(27)에 의해 가열되는 웨이퍼(1)의 온도 분포는 둘레 방향에서 균일하게 제어된다. 여기서, 열화학 반응에 의한 막형성 레이트는 웨이퍼(1)의 온도 분포에 의존하므로, 웨이퍼(1)의 온도 분포가 전체 면에 걸쳐 균일하면, 웨이퍼(1)에 열화학 반응에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어된다.
또한, 질소 가스(4)가 각 질소 가스 배출구(45)로부터 배출되고 있음으로써, 회전 드럼(35)의 내부에는 질소 가스(4)가 충만한 상태가 되어 있으므로, 처리 가스(3)가 회전 드럼(35)의 내부에 침입하는 것은 방지된다. 따라서, 회전 드럼(35)의 내부에 침입한 처리 가스(3)에 의해 가열 유닛(27)의 히터(30)가 열화되거나, 처리 가스(3)가 반사판(31)이나 열전대(33)에 부착하여 그들의 기능이 손상되거나 하는 문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이상과 같이 하여, CVD막이 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 형성되어 소정의 처리 시간이 경과하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 반입 반출 장치로 하강된다. 하강 도중에, 웨이퍼 승강 장치(50)의 3개의 돌출결합 부재(55)가 챔버측 돌출결합부(56)에 결합하므로, 상술한 동작에 의해 웨이퍼 승강 장치(50)는 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 위로부터 뜨게 한다.
이후, 상술한 작업이 반복됨으로써, 웨이퍼(1)에 CVD막이 매엽식 CVD장치(10)에 의해 매엽 처리되어 간다.
상기 실시형태에 의하면, 다음 효과가 얻어진다.
(1) 웨이퍼(1)를 유지한 서셉터(40)를 회전시킴으로써, 처리 가스(3)를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 처리 가스(3)에 의해 웨이퍼(1)에 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
(2) 웨이퍼(1)를 유지한 서셉터(40)를 회전시킴과 동시에 가열 유닛(27)을 정지시킴으로써, 서셉터(40)에 의해 회전되면서 가열 유닛(27)에 의해 가열되는 웨이퍼(1)의 온도 분포를 둘레 방향에서 균일하게 제어할 수 있으므로, 웨이퍼(1)에 열화학 반응에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
(3) 가열 유닛(27)을 회전시키지 않음으로써, 가열 유닛(27)의 내부에 히터(30)나 열전대(33)를 설치할 수 있음과 동시에, 히터(30)나 열전대(33)를 위한 전기 배선을 가열 유닛(27)에 용이하게 부설할 수 있다.
(4) 웨이퍼(1)의 서셉터(40)에 대한 수수에 있어서, 웨이퍼 승강 장치(50)가 웨이퍼(1)를 승강시켜 웨이퍼(1)의 하면과 서셉터(40)의 하면에 삽입 스페이스를 형성함으로써, 그 삽입 스페이스에 트위저(2)를 삽입할 수 있으므로, 웨이퍼(1)를 트위저(2)에 의해 하측으로부터 기계적으로 지지할 수 있어, 웨이퍼(1)를 기계적 웨이퍼 이재 장치에 의해 수수할 수 있다.
(5) 상기 (4)에 의해, 웨이퍼 이재 장치로서 구조가 복잡한 진공 흡착 유지장치를 사용한 진공 흡착식 웨이퍼 이재 장치 또는 정전 흡착 유지 장치를 사용한 정전 흡착식 웨이퍼 이재 장치를 채용하지 않아도 되므로, 매엽식 CVD 장치의 제조 비용을 대폭 저감할 수 있고, 또 적용 범위가 제한되지 않아, 상압 CVD 장치나 감압 CVD 장치 및 플라스마 CVD 장치 등의 기판 처리 장치 전반에 적용할 수 있다. 덧붙여, 진공 흡착 유지 장치는 비접촉형 진공 흡착 유지 장치를 포함해 웨이퍼의 상하면의 차압에 의해 웨이퍼를 유지하므로, 감압실에서는 사용할 수 없다. 또, 정전 흡착 유지 장치는 정전기를 이용하여 웨이퍼를 흡착하므로, 정전 파괴의 위험이 있는 경우에는 사용할 수 없으며, 제전(除電) 장치나 대전 방지 장치 등이 필요해져, 그 구조나 운용이 복잡해진다.
(6) 웨이퍼 승강 장치(50)를 회전 드럼(35)의 외측에 배치하여 3개의 결합 부재(53)의 얇은 결합 클로(54)를 웨이퍼(1)의 바깥 가장자리에 약간 결합시켜 웨이퍼(1)를 하측으로부터 지지함으로써, 웨이퍼 승강 장치(50)의 가열 유닛(27)의 가열에 미치는 영향을 억제할 수 있으므로, 웨이퍼(1)의 온도 분포를 웨이퍼 승강 장치(50)의 존재에 관계없이 전체에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
(7) 서셉터(40)의 최외주의 제 2 주변 부재(43)를 석영에 의해 형성함으로써, 서셉터(40) 위에 재치되어 가열 유닛(27)에 의해 가열된 웨이퍼(1)의 열이 외방으로 달아나는 것을 방지할 수 있으므로, 웨이퍼(1)의 온도 분포를 전체에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
(8) 서셉터(40)의 외주변부의 상면을 서셉터(40) 상의 웨이퍼(1)의 상면과 일치시킴으로써, 처리 가스(3)의 흐름이 흐트러지는 것을 방지할 수 있으므로, 웨이퍼(1)에 처리 가스(3)에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
(9) 서셉터(40)의 최외주의 제 2 주변 부재(43)에 복수 개의 질소 가스 배출구(45)를 둘레 방향으로 등간격으로 개설하고, 서셉터(40)를 지지한 회전 드럼(35)에 질소 가스(4)를 공급하여 각 질소 가스 배출구(45)로부터 배출시킴으로써, 처리 가스(3)가 회전 드럼(35)의 내부에 침입하는 것을 방지할 수 있으므로, 회전 드럼(35)의 내부에 침입한 처리 가스(3)에 의해 가열 유닛(27)의 히터(30)가 열화되거나, 처리 가스(3)가 반사판(31)이나 열전대(33)에 부착하여 그들의 기능을 손상시키는 문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
(10) 웨이퍼(1)의 서셉터(40)에 대한 수수에 있어서, 서셉터(40)와 가열 유닛(27)을 양자의 거리를 유지하여 승강시킴으로써, 서셉터(40)에 대한 가열 상태를 항상 일정하게 할 수 있으므로, 온도 안정성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 승강 장치(50)의 돌출결합 부재(55)가 챔버(12)의 하측 컵(13)의 측벽에 단형상으로 형성된 돌출결합부(56)에 결합되어 있으나, 돌출결합 부재(55)는 처리실(11)의 저면(하부 캡(15)의 상면)에 돌출결합하도록 구성해도 된다.
다음으로, 본 발명의 실시형태 2를 도 5 내지 도 10에 기초하여 설명한다.
본 실시형태 2가 상기 실시형태 1과 다른 주된 점은, 피처리 기판으로서의 웨이퍼를 서셉터 및 가열 유닛에 대해 승강시키는 웨이퍼 승강 장치가 회전 드럼의 내측에 설치되어 있는 점이다.
즉, 도 5 내지 도 9B에 나타낸 바와 같이, 이 내측 배치형의 웨이퍼 승강 장치(60)는 챔버(12)의 저벽 상(하부 캡(15)의 상면)에 수직 방향 상향으로 고정된 3개의 밀어올림 핀(이하, 고정측 핀이라 한다.)(61)을 구비하고 있으며, 3개의 고정측 핀(61)은 웨이퍼 반입 반출구(16)에 대한 웨이퍼(1)의 반입 반출 작업을 방해하지 않는 위치에 배치되어 있다. 즉, 3개의 고정측 핀(61)의 배치는 웨이퍼 반입 반출구(16)에 삽입되는 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)에 간섭하지 않는 위치가 되어 있다.
도 9A, 9B에 상세하게 나타낸 바와 같이, 고정측 핀(61)은 핀부(62)가 긴 압정형상으로 형성되어 있고, 악부(鍔部)(63)의 하면이 하부 캡(15)의 상면에 맞닿아 수직 방향 상향으로 세워져 있다. 핀부(62)의 외주에는 좌판(64)이 끼워져 있으며, 좌판(64)은 악부(63)의 상면에 재치된 상태가 되어 있다. 핀부(62)의 길이는 웨이퍼의 서셉터 상으로부터의 밀어올림량에 대응하도록 설정되어 있으며, 핀부(62)의 굵기는 회전 드럼(35)의 회전판(36)에 개설된 삽입통과구멍(65) 및 가열 유닛(27)의 몸체(27A)에 개설된 삽입통과구멍(66)에 삽입할 수 있도록 설정되어 있다.
회전 드럼(35)의 회전판(36)에 개설된 삽입통과구멍(이하, 회전측 삽입통과구멍이라 한다.)(65)은 3개가, 회전 드럼(35)이 승강하는 위치에서 3개의 고정측 핀(61)에 각각 대향하도록 배치되어 있다. 가열 유닛(27)의 몸체(27A)에 개설된 삽입통과구멍(이하, 고정측 삽입통과구멍이라 한다.)(66)은 3개가, 3개의 고정측 핀(61)에 각각 대향하도록 배치되어 있다. 즉, 회전 드럼(35)이 승강하는 위치에서, 3개의 고정측 핀(61)은 3개의 회전측 삽입통과구멍(65) 및 3개의 고정측 삽입통과구멍(66)을 각각 삽입통과할 수 있도록 구성되어 있다.
가열 유닛(27)의 지지판(28)에는 3개의 가이드구멍(68)이 각 고정측 삽입통과구멍(66)에 각각 대향하도록 개설되어 있으며, 각 가이드구멍(68)에는 웨이퍼를 서셉터로부터 밀어올리는 밀어올림 핀(이하, 가동측 핀이라 한다.)(69)의 각각이 상하 방향으로 슬라이드 가능하게 끼워져 있다. 가동측 핀(69)은 대경부와 소경부를 갖는 둥근 봉형상으로 형성되어 있으며, 대경부의 하단부에는 악부(70)가 형성되어 있다. 악부(70)는 고정측 삽입통과구멍(66)의 상단부에 형성된 지지구멍(67)의 저면에 이착좌(離着座) 가능하게 대향되어 있다. 가동측 핀(69)의 상단부의 소경부는 밀어올림부(71)를 형성하고 있으며, 밀어올림부(71)는 반사판(31), 히터(30) 및 서셉터(40)를 삽입통과하도록 되어 있다.
즉, 반사판(31), 히터(30) 및 서셉터(40)에서의 3개의 가동측 핀(69)에 각각 대향하는 3부분에는, 삽입통과구멍(72, 73, 74)이 밀어올림부(71)를 삽입통과할 수 있도록 개설되어 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 서셉터(40)에 개설된 3개의 삽입통과구멍(74)은 서셉터(40)의 중앙 부재(41)의 외주변부에 각각 배치되어 있으며, 둘레 방향에서의 3개의 삽입통과구멍(74)의 배치는 3개의 고정측 핀(61)의 배치에 대향하고 있으므로, 웨이퍼 반입 반출구(16)에 삽입되는 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)에 간섭하지 않는 위치가 되어 있다.
다음으로, 이상의 구성의 매엽식 CVD 장치의 작용을 설명함으로써, 본 발명의 일실시형태인 CVD막 형성 방법을 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 반출시에 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 하한 위치로 하강되면, 웨이퍼 승강 장치(60)의 3개의 가동측 핀(69)은 대향하는 각 고정측 핀(61)에 각각 결합함으로써, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)에 대해 상승한다. 이 상승한 3개의 가동측 핀(69)은 웨이퍼(1)를 하방에서 지지하여 서셉터(40)로부터 뜬 상태로 만든다.
도 9A에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 승강 장치(60)가 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 상면으로부터 뜬 상태로 만들면, 웨이퍼(1)의 하방 공간 즉 웨이퍼(1)의 하면과 서셉터(40)의 상면 사이에 삽입 스페이스가 형성된 상태가 되므로, 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)가 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 웨이퍼(1)의 삽입 스페이스에 삽입된다. 이 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 3개의 가동측 핀(69)은 어느 것도 웨이퍼 반입 반출구(16)에 삽입되는 웨이퍼 이재 장치의 트위저(2)에 간섭하지 않는다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 하방에 삽입된 트위저(2)는 상승함으로써 웨이퍼(1)를 이재하여 수취한다. 웨이퍼(1)를 수취한 트위저(2)는 웨이퍼 반입 반출구(16)를 후퇴하여 웨이퍼(1)를 처리실(11)로부터 반출한다. 트위저(2)에 의해 웨이퍼(1)를 반출한 웨이퍼 이재 장치는 처리실(11) 외부의 빈 웨이퍼 카세트 등의 소정의 수납 장소(도시 생략)에 웨이퍼(1)를 이재한다.
그 후, 웨이퍼 이재 장치는 실 웨이퍼 카세트 등의 소정의 수납 장소(도시 생략)로부터, 다음에 막형성 처리하는 웨이퍼(1)를 트위저(2)에 의해 수취하여, 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 처리실(11)로 반입한다. 트위저(2)는 웨이퍼(1)를 3개의 가동측 핀(69)의 상방에서 웨이퍼(1)의 중심이 서셉터(40)의 중심과 일치하는 위치로 반송한다. 웨이퍼(1)를 소정의 위치에 반송하면, 트위저(2)는 약간 하강함으로써 웨이퍼(1)를 3개의 가동측 핀(69)에 이재한다. 이 때, 3개의 가동측 핀(69)의 선단부는 소직경으로 형성되어 있으므로, 웨이퍼(1)의 하면에 아주 약간 접촉함으로써, 웨이퍼(1)를 수취한 상태가 된다.
이렇게 하여 웨이퍼(1)를 웨이퍼 승강 장치(60)에 전달한 트위저(2)는 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 처리실(11) 밖으로 퇴출한다. 트위저(2)가 처리실(11)로부터 퇴출하면, 웨이퍼 반입 반출구(16)는 게이트 밸브(17)에 의해 닫힌다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 게이트 밸브(17)가 닫히면, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 처리실(11)에 대해 상승된다. 회전 드럼(35)의 상승 초기에, 3개의 가동측 핀(69)은 고정측 핀(61) 상에 실린 상태가 되어 있으므로, 회전 드럼(35)의 상승에 따라 회전 드럼(35)에 대해 상대적으로 서서히 하강하게 된다.
도 9B에 나타낸 바와 같이, 3개의 가동측 핀(69)이 고정측 핀(61)으로부터 이좌하면, 3개의 가동측 핀(69)은 서셉터(40)의 삽입통과구멍(74)에 들어간 상태가 되고, 아래로부터 지지하고 있는 웨이퍼(1)를 서셉터(40) 상에 이재한다. 이 웨이퍼(1)가 서셉터(40)에 이재된 상태에서, 3개의 가동 핀(69)은 서셉터(40)의 삽입통과구멍(74)으로부터 하방으로 빠져나와 떨어진 상태가 되어 있다. 또, 도 8에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 상면과, 제 1 주변 부재(42)의 상면 및 제 2 주변 부재(43)의 상면은 일치한 상태가 되어 있다.
서셉터(40)에 이재된 웨이퍼(1)는 히터(30)에 의해 가열됨과 동시에, 히터(30)의 온도 및 웨이퍼(1)의 온도가 열전대(33)에 의해 측정된다. 그리고, 히터(30)의 가열량은 열전대(33)의 측정 결과에 따라 피드백 제어된다. 이 때, 3개의 가동측 핀(69)을 삽입통과하기 위한 서셉터의 삽입통과구멍(74)은 웨이퍼(1)의 바깥 가장자리에서 약간 개구되어 있을 뿐이므로, 히터(30)의 가열에 영향을 미치지 않아, 웨이퍼(1)의 온도 분포는 3개의 삽입통과구멍(74)의 존재에 관계없이 전체에 걸쳐 균일해진다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 처리실(11)을 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 상승되어, 웨이퍼(1)의 상면이 플레이트(22)의 하면에 근접하는 높이에 정지된다.
배기구(18)가 진공 배기 장치에 의해 배기됨과 동시에, 회전 드럼(35)이 회전축(34)에 의해 회전된다. 배기구(18)의 배기량 및 회전 드럼(35)의 회전 작용이 안정된 시점에서, 처리 가스(3)가 가스 도입구(21)에 도입된다. 가스 도입구(21)에 도입된 처리 가스(3)는 가스 저장부(24)에 작용하는 배기구(18)의 배기력에 의해 가스 저장부(24)에 유입됨과 동시에, 직경 방향 외향으로 방사상으로 확산되어, 플레이트(22)의 각 배출구(23)로부터 각각이 대략 균등한 흐름이 되어, 웨이퍼(1)를 향해 샤워상으로 배출한다. 배출구(23)군으로부터 샤워상으로 배출한 처리 가스(3)는 배기구(18)에 흡입되어 배기되어 간다.
이 때, 회전 드럼(35)에 지지된 서셉터(40) 상의 웨이퍼(1)는 회전하고 있으므로, 배출구(23)군으로부터 샤워상으로 배출한 처리 가스(3)는 웨이퍼(1)의 전체면에 걸쳐 균등하게 접촉하는 상태가 된다. 또, 웨이퍼(1)의 상면과 그 외측 영역의 서셉터(40)의 상면은 일치하고 있으므로, 처리 가스(3)의 흐름은 흐트러짐이 방지되어 균일하게 제어된다. 이렇게 하여 처리 가스(3)가 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉하므로, 웨이퍼(1)에 처리 가스(3)에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일해진다.
또, 가열 유닛(27)은 지지축(26)에 지지됨으로써 회전하지 않는 상태가 되어 있으므로, 회전 드럼(35)에 의해 회전되면서 가열 유닛(27)에 의해 가열되는 웨이퍼(1)의 온도 분포는 둘레 방향에서 균일하게 제어된다. 그리고, 웨이퍼(1)의 온도 분포가 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어됨으로써, 웨이퍼(1)에 열화학 반응에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어된다.
덧붙여, 3개의 가동측 핀(69)은 가열 유닛(27)의 가이드구멍(68) 및 지지구멍(67)에 지지되어 있으므로, 가열 유닛(27)과 함께 정지하고 있다. 또, 고정측 핀(61)은 챔버(12)의 하부 캡(15)에 고정되어 있으므로, 정지하고 있다.
이상과 같이 하여, CVD막이 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 형성되어 소정의 처리 시간이 경과하면, 회전 드럼(35)의 회전이 소정의 반입 반출 위치에 대응하는 위상에서 정지된다. 계속해서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 반입 반출 장치로 하강된다. 하강 도중에, 웨이퍼 승강 장치(60)의 3개의 가동측 핀(69)이 고정측 핀(61)에 결합하므로, 상술한 동작에 의해 웨이퍼 승강 장치(60)는 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 위로부터 뜨게 한다.
이후, 상술한 작업이 반복됨으로써, 웨이퍼(1)에 CVD막이 매엽식 CVD 장치(10)에 의해 매엽 처리되어 간다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 2에서는, 웨이퍼(1)의 서셉터(40)의 수수에 있어서, 웨이퍼 승강 장치(60)가 웨이퍼(1)를 승강시켜 웨이퍼(1)의 하면과 서셉터(40)의 하면에 삽입 스페이스를 형성함으로써, 그 삽입 스페이스에 트위저(2)를 삽입할 수 있으므로, 웨이퍼(1)를 트위저(2)에 의해 하측으로부터 기계적으로 지지할 수 있다. 즉, 본 실시형태 2에서도, 웨이퍼(1)를 서셉터(40)에 기계식 웨이퍼 이재 장치에 의해 수수할 수 있다.
또, 웨이퍼(1)를 유지한 서셉터(40)를 회전시킴으로써, 처리 가스(3)를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 처리 가스(3)에 의해 웨이퍼(1)에 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
웨이퍼(1)를 유지한 서셉터(40)를 회전시킴과 동시에 가열 유닛(27)을 정지시킴으로써, 서셉터(40)에 의해 회전되면서 가열 유닛(27)에 의해 가열되는 웨이퍼(1)의 온도 분포를 둘레 방향에서 균일하게 제어할 수 있으므로, 웨이퍼(1)에 열화학 반응에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
가열 유닛(27)을 회전시키지 않음으로써, 가열 유닛(27)의 내부에 히터(30)나 열전대(33)를 설치할 수 있음과 동시에, 히터(30)나 열전대(33)를 위한 전기 배선을 가열 유닛(27)에 용이하게 부설할 수 있다.
웨이퍼(1)를 서셉터(40)에 대해 승강시키는 웨이퍼 승강 장치(60)가 서셉터(40)의 내경측에 배치되어 있으므로, 웨이퍼 승강 장치(60)가 회전 드럼(35)의 외측에 돌출하는 것을 회피할 수 있어, 처리실(11)의 용적이 커지는 것을 방지할 수 있다.
또, 웨이퍼(1)의 서셉터(40)에 대한 수수에 있어서, 서셉터(40)와 가열 유닛(27)을 양자의 거리를 유지하여 승강시킴으로써, 서셉터(40)에 대한 가열 상태를 항상 일정하게 할 수 있으므로, 온도 안정성의 향상을 도모할 수 있다.
다음으로, 지지축을 고정하면서 회전축을 회전시키는 회전 구동 장치의 일실시형태를 도 10에 기초하여 설명한다.
도 10에 나타낸 회전 구동 장치는 출력축이 중공축으로 형성된 중공축 전동 모터(이하, 모터라 한다.)(75)를 구비하고 있고, 이 모터(75)의 중공 출력축이 회전 드럼(35)을 회전시키는 회전축(34)으로서 구성되어 있다. 모터(75)의 하우징(75a)은 에어 실린더 장치 등으로 구축되어 일부만이 도시된 엘리베이터의 승강대(76)에 수직 방향 상향으로 놓여 있고, 승강대(76)에 의해 매엽식 CVD 장치의 챔버(12)에 대해 승강되도록 구성되어 있다. 하우징(75a)의 내주면에는 고정자(스테이터)(75b)가 고정되어 있고, 고정자(75b)의 내측에는 모터(75)의 회전자(아마츄어)(75c)가 에어 갭이 설정되어 동심원으로 배치되어 하우징(75a)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전자(75c)에는 중공의 출력축인 회전축(34)이 일체 회전되도록 고정되어 있으며, 회전축(34)의 중심선 상에는 지지축(26)이 배치되어 하우징(75a)에 고정되어 있다.
또한, 지지축(26)의 하단 개구에는 지지축(26)의 중공부 즉 처리실(11)의 내외를 유체적으로 격리 단절하기 위한 허메틱 시일(77)이 장착되어 있고, 허메틱 시일(77)에 의해 히터(30)나 열전대(33)의 전기 배선(도시 생략)이 지지축(26)의 중공부로부터 인출되도록 되어 있다. 또, 회전축(34)의 외측에는 챔버(12)의 삽입통과구멍(25)을 시일하기 위한 벨로즈(78)가 동심원으로 배치되어 있으며, 벨로즈(78)의 상하단은 챔버(12)의 하부 캡(15)의 하면 및 회전축(34)의 플랜지의 상면에 각각 체결되어 있다.
이상의 구성의 회전 구동 장치에 의하면, 지지축(26)을 고정하면서 회전축(34)을 회전시킬 수 있으므로, 지지축(26)에 의해 가열 유닛(27)을 지지함과 동시에, 회전축(34)에 의해 회전 드럼(35)을 지지함으로써, 가열 유닛(27)을 정지시키면서, 서셉터(40) 즉 웨이퍼(1)를 회전시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시형태 3을 도 11 내지 도 15C에 기초하여 설명한다.
본 실시형태 3이 상기 실시형태 1과 다른 주된 점은, 웨이퍼 승강 장치가 회전 드럼의 내측에 설치되어 있음과 동시에, 웨이퍼를 서셉터의 중앙 부재를 통해 승강시키도록 구성되어 있으며, 또 히터가 분할되어 있는 점이다.
즉, 도 11 ~ 도 14에 나타낸 바와 같이, 이 내측 배치형의 웨이퍼 승강 장치(80)는 원형 링형상으로 형성된 승강 링(81)을 구비하고 있으며, 승강 링(81)은 회전 드럼(35)의 회전판(36) 위에 지지축(26)과 동심원으로 배치되어 있다. 승강 링(이하, 회전측 링이라 한다.)(81)의 하면에는 복수체(본 실시형태에서는 3체로 한다.)의 밀어올림 핀(이하, 고정측 핀이라 한다.)(82)이 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 수직 방향 하향으로 돌출되어 있으며, 각 가동측 핀(69)은 회전판(36)에 회전축(34)과 동심원 상에 배치되어 수직 방향으로 형성된 각 가이드구멍(83)에 각각 슬라이드 가능하게 끼워져 있다.
각 가동측 핀(69)의 길이는 회전측 링(81)을 수평으로 밀어올릴 수 있도록 서로 같게 설정되어 있음과 동시에, 웨이퍼의 서셉터 상으로부터의 밀어올림량에 대응하도록 설정되어 있다. 각 가동측 핀(69)의 하단은 처리실(11)의 저면 즉 하부 캡(15)의 상면에 이착좌 가능하게 대향되어 있다..
가열 유닛(27)의 지지판(28)에는 원형 링형상으로 형성된 제 2 승강 링(이하, 히터측 링이라 한다.)(84)이 지지축(26)과 동심원으로 배치되어 있다. 히터측 링(84)의 하면에는 복수체(본 실시형태에서는 3체로 한다.)의 밀어올림 핀(이하, 히터측 핀이라 한다.)(85)이 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 수직 방향 하향으로 설치되어 있으며, 각 히터측 핀(85)은 지지판(28)에 지지축(26)과 동심원 상에 배치되어 수직 방향으로 형성된 각 가이드구멍(86)에 각각 슬라이드 가능하게 끼워져 있다.
각 히터측 핀(85)의 길이는 히터측 링(84)을 수평으로 밀어올릴 수 있도록 서로 같게 설정되어 있음과 동시에, 그 하단이 회전측 링(81)의 상면에 적절한 에어 갭을 두고 대향되어 있다. 즉, 각 히터측 핀(85)은 회전 드럼(35)의 회전시에 회전측 링(81)에 간섭하지 않도록 되어 있다.
히터측 링(84)의 상면에는 복수체(본 실시형태에서는 3체로 한다.)의 밀어올림 핀(이하, 밀어올림부라 한다.)(87)이 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 수직 방향 상향으로 설치되어 있으며, 밀어올림부(87)의 상단은 반사판(31), 히터(30) 및 서셉터(40)를 삽입통과하여 서셉터(40)의 중앙 부재(41)의 하면에 대향하도록 되어 있다. 각 밀어올림부(87)의 길이는 중앙 부재(41)를 수평으로 밀어올릴 수 있도록 서로 같게 설정되어 있음과 동시에, 히터측 링(84)이 지지판(28)에 착좌된 상태에서, 그 상단이 중앙 부재(41)의 상면에 적절한 에어 갭을 두고 대향하도록 설정되어 있다. 즉, 각 밀어올림부(87)는 회전 드럼(35)의 회전시에 서셉터(40)에 간섭하지 않도록 되어 있다.
또한, 도시의 편의상 도 13에서는 밀어올림부(87)의 상단이 히터(30)의 상측에 위치하고 있으나, 도 15A에 상상선으로 나타낸 바와 같이, 밀어올림부(87)의 상단은 가열 유닛(27)의 가열 효과의 관점에서는 히터(30) 및 반사판(31)의 하방에 위치시키는 것이 바람직하다. 즉, 밀어올림부(87)가 히터(30) 및 반사판(31)의 상방으로 돌출되어 있으면, 히터(30) 및 반사판(31)의 열선을 차폐할 우려가 있기 때문이다.
도 15A 내지 15C에 상세하게 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는 가열 유닛(27)의 히터(30)는 서셉터(40)의 중앙 부재(41)에 대응하는 중앙 히터 부재(30a)와, 서셉터(40)의 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)에 대응하는 주변 히터 부재(30b)로 분할되어 있고, 중앙 히터 부재(30a)와 주변 히터 부재(30b)는 출력을 독립적으로 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
다음으로, 이상의 구성의 매엽식 CVD 장치의 작용을 설명함으로써, 본 발명의 일실시형태인 CVD막 형성 방법을 설명한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 반출시에 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 하한 위치로 하강되면, 웨이퍼 승강 장치(80)의 회전측 핀(82)의 하단이 처리실(11)의 저면 즉 하부 캡(15)의 상면에 결합하므로, 회전측 링(81)이 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)에 대해 상대적으로 상승한다. 상승한 회전측 링(81)은 히터측 핀(85)을 밀어올림으로써, 히터측 링(84)을 들어올린다. 히터측 링(84)이 들어 올려지면, 히터측 링(84)에 세워진 3개의 밀어올림부(87)가 서셉터(40)의 중앙 부재(41)를 하방에서 지지하여 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)로부터 뜨게한다. 이 중앙 부재(41)에는 웨이퍼(1)의 중앙부가 재치되어 있으므로, 웨이퍼는 떠 있는 상태가 된다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 승강 장치(80)가 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 상면으로부터 뜬 상태로 만들면, 웨이퍼(1)의 하방 공간 즉 웨이퍼(1)의 하면과 서셉터(40)의 상면 사이에 삽입 스페이스가 형성된 상태가 되므로, 웨이퍼 이재 장치의 포크형의 트위저(2A)가 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 웨이퍼(1)의 삽입 스페이스에 삽입된다. 이 때, 웨이퍼(1)의 중앙부가 서셉터(40)의 중앙 부재(41)에 의해 지지되어 있으므로, 트위저(2A)로는 도 12에 나타낸 바와 같이 포크형상의 것이 사용된다. 즉, 트위저(2A)는 웨이퍼(1)의 중앙부의 중앙 부재와 간섭하지 않는 상태가 된다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 하방에 삽입된 트위저(2A)는 상승함으로써 웨이퍼(1)를 이재하여 수취한다. 이 때, 포크형상의 트위저(2A)는웨이퍼(1)의 하면에서의 외주변부를 받는다. 웨이퍼(1)를 수취한 트위저(2A)는 웨이퍼 반입 반출구(16)를 후퇴하여 웨이퍼(1)를 처리실(11)로부터 반출한다. 그리고, 트위저(2A)에 의해 웨이퍼(1)를 반출한 웨이퍼 이재 장치는 처리실(11) 외부의 빈 웨이퍼 카세트 등의 소정의 수납 장소(도시 생략)에 웨이퍼(1)를 이재한다.
그 후, 웨이퍼 이재 장치는 실 웨이퍼 카세트 등의 소정의 수납 장소(도시 생략)로부터, 다음에 막형성 처리하는 웨이퍼(1)를 트위저(2A)에 의해 수취하여, 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 처리실(11)로 반입한다. 트위저(2A)는 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 중앙 부재(41)의 상방에서 웨이퍼(1)의 중심이 중앙 부재(41)의 중심과 일치하는 위치로 반송한다. 웨이퍼(1)를 소정의 위치에 반송하면, 트위저(2A)는 약간 하강함으로써 웨이퍼(1)를 중앙 부재(41)로 이재한다.
그런데, 금방 반입되어 온 웨이퍼(1)는 저온도의 상태가 되어 있으므로, 웨이퍼(1)가 이재되면, 중앙 부재(41)의 온도는 저하하게 된다. 그리고, 도 15C에 나타낸 바와 같이, 히터(30)가 분할되지 않고 동일 출력을 갖고 서셉터(40)를 전체적으로 균일하게 가열하도록 구성되어 있는 경우에는, 웨이퍼(1)에 의해 냉각된 중앙 부재(41)는 그대로 하강하여 히터(30)에 의해 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)와 균등하게 가열되게 되므로, 웨이퍼(1)의 중앙부는 중앙 부재(41)가 냉각된만큼 주변부보다 저온이 되어, 웨이퍼(1)의 온도 분포가 불균일해진다. 그 결과, 웨이퍼(1)에 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포가 뷸균일해진다.
그래서, 본 실시형태에서는 도 15B에 나타낸 바와 같이, 중앙 부재(41)가 상승하여 웨이퍼(1)를 수취할 때는, 분할된 히터(30)의 중앙 히터 부재(30A)의 출력을 높여 중앙 부재(41)를 여분으로 가열함으로써, 중앙 부재(41)가 저온도의 웨이퍼(1)를 수취했을 때 상대적으로 냉각되어 온도가 저하하는 것을 방지한다. 이렇게 하여 웨이퍼(1)를 수취했을 때 중앙 부재(41)의 온도가 저하하는 현상을 방지함으로써, 도 15A에 나타낸 바와 같이, 중앙 부재(41)가 하강한 후에, 중앙 부재(41)가 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)와 히터(30)에 의해 균등하게 가열되는 경우라도, 웨이퍼(1)의 온도 분포는 균일해지므로, 웨이퍼(1)에 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 전체에 걸쳐 균일해진다.
그리고, 웨이퍼(1)를 웨이퍼 승강 장치(80)에 전달한 트위저(2)는 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 처리실(11) 밖으로 퇴출한다. 트위저(2)가 처리실(11)로부터 퇴출하면, 웨이퍼 반입 반출구(16)는 게이트 밸브(17)에 의해 닫힌다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 게이트 밸브(17)가 닫히면, 처리실(11)에 대해 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 상승된다. 회전 드럼(35)의 상승 초기에, 회전측 핀(82)이 처리실(11)의 저면 즉 하부 캡(15)의 상면에 결합하고, 히터측 핀(85)이 회전측 링(81) 상에 실린 상태가 되어 있으므로, 회전 측 링(81)의 밀어올림부(87)에 지지된 중앙 부재(41)는 회전 드럼(35)의 상승에 따라 회전 드럼(35)에 대해 상대적으로 서서히 하강하게 된다.
회전측 핀(82)이 처리실(11)의 저면으로부터 이좌하면, 돌상부(87)는 서셉터(40)의 하방으로 들어간 상태가 되므로, 도 14에 나타낸 바와 같이, 중앙 부재(41)는 제 1 주변 부재(42)의 내측에 끼워진다. 이 상태에서, 웨이퍼(1)는 서셉터(40) 상에 완전히 이재된 상태가 되어, 웨이퍼(1)의 상면과, 제 1 주변부재(42)의 상면 및 제 2 주변 부재(43)의 상면은 일치한 상태가 된다.
서셉터(40)에 이재된 웨이퍼(1)는 히터(30)에 의해 가열됨과 동시에, 히터(30)의 온도 및 웨이퍼(1)의 온도가 열전대(33)에 의해 측정된다. 그리고, 히터(30)의 가열량은 열전대(33)의 측정 결과에 따라 피드백 제어된다. 이 때, 서셉터(40)에는 밀어올림부(87)를 삽입통과하기 위한 삽입통과구멍이 형성되어 있지 않으므로, 웨이퍼(1)의 온도 분포는 웨이퍼 승강 장치(80)의 존재에 관계없이 전체에 걸쳐 균일해진다. 또, 상술한 바와 같이, 서셉터(40)를 수취할 때 중앙 부재(41)는 예열되어 있으므로, 웨이퍼(1)를 중앙 부재(41)로 수취했음에도 불구하고, 웨이퍼(1)의 온도 분포는 전체에 걸쳐 균일해진다.
회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 처리실(11)을 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 상승되어, 웨이퍼(1)의 상면이 플레이트(22)의 하면에 근접하는 높이에 정지된다. 또, 배기구(18)가 진공 배기 장치에 의해 배기된다.
계속해서, 회전 드럼(35)이 회전축(34)에 의해 회전된다. 이 때, 회전측 핀(82)은 처리실(11)의 저면으로부터 이좌하고, 히터측 핀(85)은 회전측 링(81)으로부터 이좌했으므로, 회전 드럼(35)의 회전이 웨이퍼 승강 장치(80)에 방해받지 않고, 게다가 가열 유닛(27)은 정지 상태를 유지할 수 있다. 즉, 웨이퍼 승강 장치(80)에서는, 회전측 링(81)이 회전 드럼(35)과 함께 회전하고, 히터측 링(84)이 가열 유닛(27)과 함께 정지한 상태가 되어 있다.
배기구(18)의 배기량 및 회전 드럼(35)의 회전 동작이 안정된 시점에서, 처리 가스(3)가 가스 도입구(21)에 도입된다. 가스 도입구(21)에 도입된 처리가스(3)는 가스 저장부(24)에 작용하는 배기구(18)의 배기력에 의해 가스 저장부(24)에 유입됨과 동시에, 직경 방향 외향으로 방사상으로 확산되어, 플레이트(22)의 각 배출구(23)로부터 각각이 대략 균등한 흐름이 되어, 웨이퍼(1)를 향해 샤워상으로 배출한다. 배출구(23)군으로부터 샤워상으로 배출한 처리 가스(3)는 배기구(18)에 흡입되어 배기되어 간다.
이 때, 회전 드럼(35)에 지지된 서셉터(40) 상의 웨이퍼(1)는 회전하고 있으므로, 배출구(23)군으로부터 샤워상으로 배출한 처리 가스(3)는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉하는 상태가 된다. 또, 웨이퍼(1)의 상면과 그 외측 영역의 서셉터(40)의 상면은 일치하고 있으므로, 처리 가스(3)의 흐름은 흐트러짐이 방지되어 균일하게 제어된다. 이렇게 하여 처리 가스(3)가 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉하므로, 웨이퍼(1)에 처리 가스(3)에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일해진다.
또, 가열 유닛(27)은 지지축(26)에 지지됨으로써 회전하지 않는 상태가 되어 있으므로, 회전 드럼(35)에 의해 회전되면서 가열 유닛(27)에 의해 가열되는 웨이퍼(1)의 온도 분포는 둘레 방향에서 균일하게 제어된다. 게다가, 서셉터(40)에는 밀어올림부(87)를 삽입통과하기 위한 삽입통과구멍이 형성되어 있지 않으므로, 또한 서셉터(40)를 수취할 때 중앙 부재(41)는 예열되어 있으므로, 웨이퍼(1)의 온도 분포는 전체에 걸쳐 균일하게 제어된다. 이렇게 웨이퍼(1)의 온도 분포가 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어됨으로써, 웨이퍼(1)에 열화학 반응에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포는 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어된다.
이상과 같이 하여, CVD막이 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 형성되어 소정의 처리 시간이 경과하면, 도 11에 나타낸 바와 같이 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 반입 반출 장치로 하강된다. 하강 도중에, 웨이퍼 승강 장치(60)의 회전측 핀(82)이 처리실(11)의 저면에 결합하고, 히터측 핀(85)이 회전측 링(81)에 결합하므로, 상술한 동작에 의해, 웨이퍼 승강 장치(80)는 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 중앙 부재(41)의 상승에 의해 뜨게 한다.
이후, 상술한 작업이 반복됨으로써, 웨이퍼(1)에 CVD막이 매엽식 CVD 장치(10)에 의해 매엽 처리되어 간다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 3에서도, 웨이퍼(1)를 기계식 웨이퍼 이재 장치에 의해 수수할 수 있다. 또, 웨이퍼(1)를 유지한 서셉터(40)를 회전시킴으로써, 처리 가스(3)를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 처리 가스(3)에 의해 웨이퍼(1)에 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다. 또한, 웨이퍼(1)를 유지한 서셉터(40)를 회전시킴과 동시에 가열 유닛(27)을 정지시킴으로써, 서셉터(40)에 의해 회전되면서 가열 유닛(27)에 의해 가열되는 웨이퍼(1)의 온도 분포를 둘레 방향에서 균일하게 제어할 수 있으므로, 웨이퍼(1)에 열화학 반응에 의해 형성되는 CVD막의 막두께 분포나 막질 분포를 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
가열 유닛(27)을 회전시키지 않음으로써, 가열 유닛(27)의 내부에 히터(30)나 열전대(33)를 설치할 수 있음과 동시에, 히터(30)나 열전대(33)를 위한 전기 배선을 가열 유닛(27)에 용이하게 부설할 수 있다.
웨이퍼(1)를 승강시키는 웨이퍼 승강 장치(80)가 회전 드럼(35)의 내경측에 배치되어 있으므로, 웨이퍼 승강 장치(80)가 회전 드럼(35)의 외측에 돌출하는 것을 회피할 수 있어, 처리실(11)의 용적이 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 서셉터(40)에는 밀어올림부(87)를 삽입통과하기 위한 삽입통과구멍이 형성되어 있지 않으므로, 웨이퍼(1)의 온도 분포를 웨이퍼 승강 장치(80)의 존재에 관계없이 전체에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다. 또, 서셉터(40)를 수취할 때 중앙 부재(41)는 예열되므로, 웨이퍼(1)를 중앙 부재(41)로 수취함에도 불구하고, 웨이퍼(1)의 온도 분포를 전체에 걸쳐 균일하게 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시형태 4를 도 16 및 도 17에 기초하여 설명한다.
본 실시형태 4는 상기 실시형태 3에 대해, 웨이퍼 승강 장치(90)가 회전측 링(81)이 생략되어 있는 대신에 회전 드럼(35)이 가열 유닛(270에 대해 승강하도록 구성되어 있는 점이 다르다.
즉, 도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이, 가열 유닛(27)을 지지한 지지축(26)은 처리실(11)에 대해 승강하도록 구성되어 있음과 동시에, 회전 드럼(35)을 지지한 회전축(34)에 대해서도 독립적으로 승강하도록 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 승강 장치(90)의 승강 링(94)의 하면에 수직 방향 하향으로 설치된 밀어올림 핀(95)은 가열 유닛(27)의 지지판(28)에 형성된 가이드구멍(96)을 삽입통과하여, 그 하단이 회전 드럼(35)의 저면 즉 회전판(36)의 상면에 결합 가능하게 대향되어 있다. 승강 링(94)의 상면에 돌출된 밀어올림부(97)의 상단은반사판(31), 히터(30) 및 서셉터(40)를 삽입통과하여 서셉터(40)의 중앙 부재(41)의 하면에 대향하도록 되어 있다. 즉, 밀어올림 핀(95) 및 밀어올림부(97)는 회전 드럼(35)의 회전시에 회전 드럼(35) 및 서셉터(40)에 간섭하지 않도록 되어 있다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 반입 반출시는, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 처리실(11)의 반입 반출 위치로 하강되고, 또한 회전 드럼(35)이 회전축(34)에 의해 가열 유닛(27)에 대해 하강된다. 회전 드럼(35)이 가열 유닛(27)에 대해 하강되면, 웨이퍼 승강 장치(90)의 승강 링(94)이 회전 드럼(35)에 대해 상대적으로 상승한다. 승강 링(94)이 회전 드럼(35)에 대해 상승하면, 승강 링(94)에 세워진 3개의 밀어올림부(97)가 서셉터(40)의 중앙 부재(41)를 하방으로부터 지지하여 제 1 주변 부재(42) 및 제 2 주변 부재(43)로부터 뜨게 한다. 이 중앙 부재(41)에는 웨이퍼(1)의 중앙 부재가 재치되어 있으므로, 웨이퍼(1)는 떠 있는 상태가 된다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 승강 장치(90)가 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 상면으로부터 뜬 상태로 만들면, 웨이퍼(1)의 하방 공간 즉 웨이퍼(1)의 하면과 서셉터(40)의 상면 사이에 삽입 스페이스가 형성된 상태가 되므로, 웨이퍼 이재 장치의 포크형 트위저(2A)가 웨이퍼 반입 반출구(16)로부터 웨이퍼(1)의 삽입 스페이스에 삽입할 수 있다. 즉, 상기한 실시형태 3과 동일하게 하여, 기계식 웨이퍼 이재 장치에 의해 웨이퍼(1)의 수수를 실행할 수 있다.
웨이퍼의 수수 후, 도 17에 나타낸 바와 같이, 처리실(11)에 대해 회전드럼(35) 및 가열 유닛(27)이 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 상승되고, 또한 회전 드럼(35)이 회전축(34)에 의해 가열 유닛(27)에 대해 상승된다. 회전 드럼(35)이 가열 유닛(27)에 대해 상승되면, 승강 링(94)의 밀어올림부(97)에 지지된 중앙 부재(41)는 회전 드럼(35)에 대해 하강하고, 제 1 주변 부재(42)의 내측으로 끼워진다. 이 상태에서, 웨이퍼(1)는 서셉터(40) 상에 이재된 상태가 되고, 웨이퍼(1)의 상면과 제 1 주변 부재(42)의 상면 및 제 2 주변 부재(43)의 상면은 일치한 상태가 된다.
그 후, 상기한 실시형태 3과 동일하게, 웨이퍼(1)가 회전 드럼(35)에 의해 회전된 상태에서, 웨이퍼(1)에 막형성 처리가 실시되어, 웨이퍼(1)에 전체에 걸쳐 균일한 처리가 행해진다. 이 때, 웨이퍼 승강 장치(90)의 승강 링(94)은 가열 유닛(27)과 함께 정지한 상태가 되어 있으며, 밀어올림 핀(95)의 하단은 회전 드럼(35)의 저면으로부터 이좌하고, 밀어올림부(97)의 상단은 서셉터(40)의 하면으로부터 떨어져 회전 드럼(35)의 회전을 허용한 상태가 되어 있다.
이상과 같이 하여, CVD막이 웨이퍼(1)의 전체 면에 걸쳐 균일하게 형성되어 소정의 처리 시간이 경과하면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)은 회전축(34) 및 지지축(26)에 의해 반입 반출 위치로 하강됨과 동시에, 회전 드럼(35)이 가열 유닛(27)에 대해 하강된다. 회전 드럼(35)이 가열 유닛(27)에 대해 하강되면, 상술한 동작에 의해, 웨이퍼 승강 장치(90)는 웨이퍼(1)를 서셉터(40)의 중앙 부재(41)의 상승에 의해 뜨게 한다.
이후, 상술한 작업이 반복됨으로써, 웨이퍼(1)에 CVD막이 매엽식 CVD장치(10)에 의해 매엽처리되어 간다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 4에 의하면, 상기 실시형태 3에 더해, 회전측 링(81)이나 회전측 핀(82) 및 가이드구멍(83)을 생략할 수 있으므로, 슬라이드부를 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태 4에서는, 웨이퍼 승강 장치(90)가 회전 드럼(35)의 가열 유닛(27)에 대한 승강에 의해 웨이퍼(1)를 승강시키도록 구성되어 있으므로, 회전 드럼(35) 및 가열 유닛(27)의 처리실(11)에 대한 승강에 연동하여 웨이퍼(1)를 자동적으로 승강시키는 실시형태 1, 2, 3에 비해, 회전축(34) 및 지지축(26)을 승강시키는 엘리베이터의 구조가 약간 복잡해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 온도 센서로는 열전대를 사용하는 것에 한정되지 않고, 다른 비접촉식 온도 센서를 사용할 수 있으며, 생략해도 된다.
피처리 기판은 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display) 장치 제조용의 유리 기판 등의 기판이어도 된다.
본 발명은 매엽식 콜드월형 CVD 장치에 한정되지 않고, 드라이 에칭 장치 등의 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리 기판의 수수에 기계식 기판 이재 장치를 사용할 수 있으며, 한편 피처리 기판에 처리가 행해질 때는, 서셉터로 지지한 피처리 기판을 회전시킴으로써, 가열 유닛의 가열에 의한 피처리 기판 상의 온도 분포를 전체에 걸쳐 균일하게 제어하고, 피처리 기판을 처리실 분위기에 전체에 걸쳐 균일하게 접촉시킬 수 있으므로, 피처리 기판에 균일한 처리를 행할 수 있다.

Claims (12)

  1. 피처리 기판이 재치되는 서셉터와, 상기 서셉터의 하방에 배치되어 상기 서셉터에 재치된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 유닛을 처리실 내에 구비하고 있고, 상기 서셉터와 상기 가열 유닛이 상대적으로 회전된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 기판 처리 장치로서,
    적어도 상기 서셉터가 상기 처리실 내에서 승강하도록 구성되어 있고, 상기 처리실에는 상기 피처리 기판을 적어도 상기 서셉터의 일부에 대해 승강시키는 피처리 기판 승강 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 유닛을 상기 처리실 내에서 승강하도록 구성하고, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 서셉터 및 상기 가열 유닛의 승강에 연계하여 상기 피처리 기판을 적어도 상기 서셉터의 일부에 대해 승강시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피처리 기판을 적어도 상기 서셉터의 일부에 대해 승강시킬 때는, 상기 서셉터와 상기 가열 유닛의 거리를 일정하게 유지한 상태로 승강시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 서셉터의 외측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 서셉터의 내측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 서셉터는 중앙 부재와 주변 부재를 구비하고 있으며, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 서셉터의 중앙 부재를 승강시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가열 유닛의 히터는 상기 서셉터의 중앙 부재에 대응하는 중앙 히터 부재와, 상기 서셉터의 주변 부재에 대응하는 주변 히터 부재를 구비하고 있으며, 이 중앙 히터 부재와 주변 히터 부재는 출력이 독립적으로 제어되고, 서셉터의 중앙 부재가 승강되고 있는 동안에는 중앙 히터 부재의 출력을 증대시켜 제어하여 이루어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 처리실 내에 설치되어 피처리 기판이 재치되는 서셉터와, 상기 처리실 내의 상기 서셉터의 하방에 배치되어 상기 서셉터에 재치된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 유닛을 구비하고 있는 기판 처리 장치로서,
    상기 서셉터의 주변부의 상면이 상기 재치된 피처리 기판의 상면과 일치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 서셉터의 외주에 상기 서셉터의 상면이 일치하는 석영으로 이루어지는 부재를 배치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 피처리 기판이 재치되는 서셉터와, 상기 서셉터의 하방에 배치되어 상기 서셉터에 재치된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 유닛을 처리실 내에 구비하고 있고, 상기 서셉터와 상기 가열 유닛이 상대적으로 회전된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 기판 처리 장치에서, 적어도 상기 서셉터가 상기 처리실 내에서 승강하도록 구성되어 있고, 상기 처리실에는 상기 피처리 기판을 적어도 상기 서셉터의 일부에 대해 승강시키는 피처리 기판 승강 장치가 설치되어 있는 상기 기판 처리 장치가 사용되는 기판 처리 방법으로서,
    상기 서셉터의 하강시에, 상기 피처리 기판 승강 장치에 상기 피처리 기판을 상기 서셉터로부터 받고, 상기 서셉터의 상승시에, 상기 서셉터에 의해 상기 피처리 기판이 재치된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 서셉터는 중앙 부재와 주변 부재를 구비하고 있으며, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 서셉터의 중앙 부재를 승강시키도록 구성되어 있고,
    상기 서셉터의 하강시에, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 중앙 부재를상승시켜 이 중앙 부재에 상기 피처리 기판을 재치하고, 이어서 상기 중앙 부재의 상승을 해제하여 상기 피처리 기판을 상기 주변 부재를 포함하는 상기 서셉터에 전달하고, 상기 서셉터의 상승시에, 상기 서셉터에 의해 상기 피처리 기판이 재치된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 가열 유닛의 히터는 상기 서셉터의 중앙 부재에 대응하는 중앙 히터 부재와, 상기 서셉터의 주변 부재에 대응하는 주변 히터 부재를 구비하고 있으며, 이 중앙 히터 부재와 주변 히터 부재는 출력이 독립적으로 제어되고, 서셉터의 중앙 부재가 승강되고 있는 동안에는 중앙 히터 부재의 출력을 증대시켜 제어하여 이루어지도록 구성되어 있으며,
    상기 서셉터의 하강시에, 상기 피처리 기판 승강 장치가 상기 중앙 부재를 상승시켜 이 중앙 부재에 상기 피처리 기판을 재치할 때, 상기 중앙 히터 부재의 출력이 증가되고, 상기 서셉터의 상승시에, 상기 주변 부재를 포함하는 상기 서셉터에 의해 상기 피처리 기판이 재치된 상태로 상기 피처리 기판에 처리가 행해질 때는, 상기 중앙 히터 부재의 출력과 상기 주변 히터 부재의 출력이 상기 피처리 기판의 온도 분포가 전체에 걸쳐 균일해지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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