WO2006046649A1 - 基板処理装置および基板回転装置 - Google Patents

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Sumi Tanaka
Kouki Suzuki
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    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0431—Apparatus for thermal treatment
    • H10P72/0434—Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Definitions

  • Substrate processing apparatus and substrate rotating apparatus are Substrate processing apparatus and substrate rotating apparatus
  • the present invention relates to a substrate processing apparatus for performing a process such as a heat treatment on a substrate such as a semiconductor wafer, and a substrate rotating apparatus for rotating a substrate in the substrate processing apparatus.
  • a substrate processing apparatus typified by a semiconductor manufacturing apparatus
  • an apparatus in which a substrate such as a semiconductor wafer is heated by a heating means such as a heat radiation lamp to perform a heat treatment such as annealing.
  • a heating means such as a heat radiation lamp
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-57344 discloses a single-wafer type heat treatment apparatus that performs processing while rotating a substrate. The rotation of the substrate is performed for uniform heating of the substrate.
  • a driven rotator that is directly or indirectly connected to a substrate support on which a substrate is placed, and rotates in contact with the driven rotator, the driven rotator and A rotation mechanism including a drive rotator that rotates a substrate support coupled to the substrate support is employed.
  • a ceramic material such as silicon carbide (SiC) is used as a material for the driven rotating body and the driving rotating body constituting such a rotating mechanism so that it can withstand high temperatures in a heat treatment apparatus that may exceed 1000 ° C. Used.
  • an object of the present invention is to provide a partitioning apparatus in a substrate processing apparatus having a rotation mechanism. Is to reduce the energy.
  • a processing container that defines a processing space for processing a substrate to be processed, and the substrate to be processed are supported in the processing container.
  • the driven rotating body and the driving rotating body are made of ceramic materials having different fracture toughness values specified in JIS R1607 and three-point bending strength values specified in WIS R1601.
  • a substrate processing apparatus is provided.
  • the ceramic material constituting the drive rotating body is a material having a higher fracture toughness value defined in JIS R1607 than the ceramic material constituting the driven rotating body. be able to.
  • the fracture toughness of the ceramic material constituting the drive rotor is 4.5 to 5.5 [MPa m]
  • the fracture toughness of the ceramic material constituting the driven rotor is 2.0 to 3 0 [MPa m].
  • the ceramic material constituting the drive rotating body has a three-point bending strength value defined in JIS R 1601 as compared with the ceramic material constituting the driven rotating body.
  • the three-point bending strength of the ceramic material constituting the driving rotating body is 510 to 570 [MPa]
  • the three-point bending strength of the ceramic material constituting the driven rotating body is 420-480 [MPa].
  • the ceramic material constituting the driving rotating body has a fracture toughness value defined in JIS R1607 and JIS R1601 as compared to the ceramic material constituting the driven rotating body.
  • a material with a high three-point bending strength can be used.
  • a contact surface of the drive rotator that contacts the driven rotator is inclined with respect to a rotation axis of the drive rotator, and contacts the drive rotator.
  • the contact surface of the driven rotor is inclined with respect to the rotation axis of the driven rotor!
  • a processing container that partitions a processing space for processing a substrate;
  • a substrate support that supports the substrate in the processing container, a driven rotating body that is directly or indirectly connected to the substrate support and is formed of a ceramic material, and the buffer via a buffer member.
  • a substrate processing apparatus comprising: a driving rotator formed of a ceramic material, which is in contact with a driven rotator and rotationally drives the driven rotator.
  • the buffer member also serves as an elastomer.
  • An O-ring made of an elastomer can be attached to the peripheral surface of the drive rotor.
  • a coating layer made of an elastomer can be provided on the peripheral surface of the drive rotor.
  • the substrate processing apparatus can be a heat treatment apparatus that further includes a heating unit for heating the substrate placed on the substrate support.
  • a driven rotator configured to be directly or indirectly coupled to a substrate support that supports a substrate, and a contact with the driven rotator are provided.
  • a driven rotator that rotates the driven rotator by rotating while rotating the driven rotator and the driven rotator according to JIS R1607 values for fracture toughness and Z or WIS R1601.
  • a substrate rotating device is provided, which is made of ceramic materials having different values of point bending strength.
  • the driven rotation formed so as to be directly or indirectly coupled to the substrate support that supports the substrate and formed from the ceramic material cover.
  • a substrate rotating apparatus comprising: a body, and a driving rotating body formed of a ceramic material member that rotates and drives the driven rotating body in contact with the movable member via a buffer member. Is done.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a lower structure of the heat treatment apparatus.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • [0017] 1 Process chamber (processing vessel)
  • Wafer support plate (substrate support)
  • Support arm substrate support
  • Wafer support pins (substrate support)
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a heat treatment apparatus, that is, a substrate processing apparatus, according to an embodiment of the present invention.
  • the heat treatment apparatus 100 is configured as an RTP (Rapid Thermal Processor) suitable for performing controllable short-time annealing (RTA; Rapid Thermal Annealing).
  • RTP Rapid Thermal Processor
  • the heat treatment apparatus 100 is, for example, a high-temperature annealing process of about 600 to 1200 ° C. performed after doping impurities into a thin film formed on the surface of a semiconductor wafer W (hereinafter simply referred to as “wah 1 ⁇ ”). Can be used.
  • reference numeral 1 denotes a cylindrical process chamber, and this process chamber 1 is composed of a separable upper chamber la and lower chamber 1 lb.
  • a quartz window 2 is provided between the upper chamber la and the lower chamber 1 lb.
  • a heating unit 3 is detachably provided above the chamber 11.
  • the heating unit 3 includes a water cooling jacket 4 and a plurality of tungsten lamps 5 as heating means arranged on the lower surface thereof.
  • a disc-shaped bottom plate 6 is detachably mounted below the process chamber 1. Yes.
  • rotors 10 (10a, 10b, 10c) that is, driving rotors are arranged.
  • FIG. 2 is a plan view showing the lower part of the heat treatment apparatus 100 with the upper chamber la, the quartz window 2 and the heating unit 3 removed from the heat treatment apparatus 100.
  • a plurality of three rotor holders 7 (7a, 7b, 7c) are formed, each opening at a position where the circumference of the upper surface of the bottom of the lower chamber 1 lb is equally divided.
  • the rotor holders 7a, 7b, and 7c are housed in ceramic drive rotors 10a, 10b, and 10c, that is, the driving rotary body force S, and the upper portions of the rotor holders 7a, 7b, and 7c are exposed.
  • Each rotor holder 7a, 7b, 7c is sealed by a sealing means (not shown) so as to ensure airtightness in the process chamber.
  • each rotor 10a, 10b, 10c has the shape of a frustum of a truncated cone, so
  • the peripheral surface C of the ter 10a, 10b, 10c is inclined with respect to the rotation axis A. Ie each
  • the rotors 10a, 10b, and 10c are formed so that the diameter becomes smaller as they approach the center of the process chamber 11. Driving mechanism force such as motor (not shown) Each rotor 10a, 10b, 10c is driven to rotate.
  • a driven ring 11 that is, a driven rotating body is placed on the rotors 10a, 10b, and 10c exposed from the rotor holder 7, a driven ring 11, that is, a driven rotating body is placed.
  • the ring 11 is a circular ring made of ceramics.
  • the diameter of the outer periphery of the movable ring is approximately equal to the diameter of the circle that passes through the three rotors 10a, 10b, 10c.
  • the bottom surface C of ring 11 is the ring 1 so that the peripheral surfaces C of Oa, 10b, and 10c are in continuous contact with each other.
  • a circumferential rim 11 a protruding upward is formed on the upper portion of the driven ring 11.
  • an annular wafer support plate 12 having a large-diameter opening at the center is removed. 11 is connected.
  • a plurality of (three in the illustrated example) support arms 13 extending toward the center of the central opening of the wafer support plate 12 are provided on the wafer support plate 12, that is, the inner peripheral surface of the wafer support.
  • Wafer support pins 14 that support the wafer W in contact with the rear surface of the wafer are provided at the tip of each support arm 13. For example, by providing lift pins (not shown) so as to be able to project and retract from the bottom plate 6, the wafer W can be raised and lowered.
  • the drive rotors 10a, 10b, 10c are rotated at a predetermined rotation speed. As a result, the friction acting between the contact surfaces C and C of the rotors 10a, 10b and 10c and the driven ring 11 is reduced.
  • the rotational driving force of the rotors 10a, 10b, 10c is transmitted to the ring 11, and the ring 11 also rotates.
  • the ring 11 rotates around the rotation axis A that is orthogonal to the rotation axis A of the rotors 10a, 10b, and 10c.
  • the wafer W is transmitted to the wafer W via the wafer support plate 12 and the support arm 13 connected to the wafer 11. For this reason, the wafer W supported horizontally in the process chamber 11 rotates around the vertical rotation axis. As a result, in-plane uniformity of the heat supply to Weno and W is ensured.
  • each of the drive rotors 10a, 10b, 10c is formed in a truncated cone shape that decreases in diameter as it approaches the center of the process chamber 11, so that the driven ring 11 mounted thereon is also provided. It works to keep the rotation center (rotation axis A) at the same position. This is intended
  • the wafer w can be heated as described, the distribution of impurities diffused into the thin film by means of annealing can be accurately controlled.
  • the driven ring 11 and the drive rotor 10 are made of ceramic materials having different fracture toughness values specified in JIS R1607 and three-point bending strength values specified in JIS R1601. It is configured. By using a ceramic material with a fracture toughness value, a three-point bending strength value, or both, one of which is high while the other is low, the generation of particles can be greatly reduced.
  • examples of the ceramic material constituting the driven ring 11 and the drive rotor 10 include silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si N). These ceramic
  • the material originally has excellent wear resistance, but when it is used for the wafer rotation mechanism in the process chamber 11 such as the rotor 10 and the ring 11, it is rubbed against each other under a load. It is considered that fine particles are generated when both materials have the same fracture toughness and three-point bending strength. In contrast, fracture toughness can be reduced by providing a difference in the three-point bending strength.
  • a material having higher fracture toughness and Z or three-point bending strength than the ceramic material constituting the driven ring 11 can be used as the ceramic material constituting the drive rotor 10.
  • SiC having a fracture toughness of about 4.5 to 5.5 [MPa m] is used as the material of the rotor 10
  • the fracture toughness is 2.0 to 3.0 [MPa m] as the material of the ring 11. It is preferable to use about a certain amount of SiC.
  • SiC with a 3-point bending strength of 510 to 570 [MPa] as the material of the rotor 10
  • SiC with a 3-point bending strength of 420 to 480 [MPa] as the material of the ring 11! /.
  • the driven ring 11 was made of ceramic material A.
  • SiC with fracture toughness JIS R1607; SEPB (Single-Edge Pre-Cracked Beam) specimen; the same applies below
  • JIS R1607 SiC with fracture toughness
  • SEPB Single-Edge Pre-Cracked Beam
  • JIS R1601 force 50 [MPa]
  • example For example, Kyocera Corporation, model number SC1000
  • the test was performed by rotating the driving rotor 10 at a rotational speed of 20 rpm in the heat treatment apparatus 100 of FIG. 1 and then using the suction type particle counter in each of the three rotors 10a, 10b, and 10c (see FIG. 2). Counted the number of particles larger than 3 m.
  • Table 1 The results are shown in Table 1.
  • the number of wafers processed in Table 1 is based on the number of rotations of the rotor 10 each time one wafer is processed in a normal heat treatment. It is converted. Table 1 shows the average of three tests for the comparative example and the average of six tests for the examples.
  • the inventor considers the reason why the combination of the materials A and B has a good result with respect to the combination of the materials A as follows.
  • both the two parts may be formed of a ceramic material having a high elastic deformability.
  • the two parts will wear in the same way, so the total wear amount of the two parts (ie, the amount of particles generated) is considered to be rather large.
  • materials A and B used in the test will be specifically considered.
  • materials A and B are SiC materials. Actually, however, these materials A and B contain a small amount of a binder (sintering aid) that also has metal oxide strength, and contain a binder. The amount of material B is higher than material A.
  • the difference in binder toughness results in differences in fracture toughness and three-point bending strength. Due to the high binder content, the elastic deformability of material B is high, so the elastic deformability is low.
  • material B is based on the principle described above. Thus, it is considered that the breakage of the convex part on the surface of the part is suppressed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the drive rotor 10 related to the main part of this embodiment and components arranged in the vicinity thereof.
  • the cross section of rotor 10 is not shown in the figure.
  • the configuration of the heat treatment apparatus according to this embodiment that is not shown in FIG. 3 is the same as that shown in FIG. In this embodiment, the rotor facing the bottom surface C of the driven ring 11
  • O-ring 21 was attached to 10 circumferential surfaces C. O-ring 21 intervenes with rotor 10
  • the material of the O-ring 21 is preferably a soft elastomer material, and preferably has a heat resistance of at least about 300 ° C.
  • An example of such an elastomer material is a perfluoroelastomer.
  • Armor series such as Barrel Perflo MP-300B, MSP-2 (trade name Mori Seika Co., Ltd.), Kalrez (registered trademark) 4079 (DuPont Dow Elastomer), Armor Crystal (registered trademark), etc. (Nippon Valkaichi Kogyo Co., Ltd.).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the drive rotor 10 and its vicinity of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • the structure of the heat treatment apparatus according to this embodiment that is not shown in FIG. 4 is the same as that shown in FIG.
  • the cross section of rotor 10 is not shown in the figure.
  • the coating layer 22 having an elastomer force on the circumferential surface C of the rotor 10.
  • Providing the coating layer 22 in this way can also prevent the rotor 10 and the driven ring 11 from being in direct sliding contact with each other, thereby preventing the generation of particles.
  • the above-described perfluoroelastomer can be used as the material of the covering layer 22.
  • the heat treatment apparatus 100 is not limited to RTP, and may be, for example, a thermal CVD apparatus as long as the apparatus has a rotation mechanism that rotates a substrate such as a wafer W in a chamber.

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

明 細 書
基板処理装置および基板回転装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体ウェハなどの基板に熱処理などの処理を行なうための基板処理 装置、並びに当該基板処理装置において基板を回転させるための基板回転装置に 関する。
背景技術
[0002] 半導体製造装置に代表される基板処理装置の一例として、半導体ウェハ等の基板 を熱輻射ランプなどの加熱手段により加熱してァニール等の熱処理を行なう装置が 知られている。このような装置の一例として、特開 2001— 57344号公報に、基板を 回転させながら処理する枚葉式の熱処理装置が開示されている。基板の回転は、基 板の均一な加熱のために行われる。
[0003] 枚葉式の熱処理装置では、基板を載置する基板支持体に直接または間接的に連 結された従動回転体と、前記従動回転体に当接して回転し、前記従動回転体および これに連結された基板支持体を一緒に回転させる駆動回転体とを備えた回転機構 が採用されている。このような回転機構を構成する従動回転体および駆動回転体の 材料として、 1000°Cを超える場合もある熱処理装置内の高温にも耐え得るように、炭 化珪素（SiC)などのセラミックス材料が使用されて 、る。
[0004] 熱処理装置に限らず、一般に半導体製造装置においては、半導体装置の製品不 良原因となる半導体ウェハのパーティクル汚染を低減することが重要な課題となって いる。半導体ウェハ近傍に配置される装置部品およびチャンバ一内付着物などから 生じるパーティクルがパーティクル汚染の主原因と考えられており、このようなパーテ イタルを低減するために様々な対策がとられている。しかし、上記の回転機構を備え た熱処理装置では、定期的なチャンバ一内クリーニングなどのパーティクル対策を実 施してもなお、無視できな!、量のパーティクルが発生する。
発明の開示
[0005] 従って、本発明の目的は、回転機構を備えた基板処理装置において、パーテイク ルの低減を図ることである。
[0006] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の観点によれば、被処理基板を処理する ための処理空間を区画する処理容器と、前記処理容器内において前記被処理基板 を支持する基板支持体と、前記基板支持体に直接もしくは間接的に連結された従動 回転体と、前記従動回転体に当接しつつ回転することにより前記従動回転体を回転 させ、これにより前記基板支持体を回転させる駆動回転体と、を備え、前記従動回転 体と前記駆動回転体は、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値および Zまた WIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が異なるセラミックス材料により構成されている ことを特徴とする、基板処理装置が提供される。
[0007] 好適な一実施形態にぉ 、て、前記駆動回転体を構成するセラミックス材料は、前記 従動回転体を構成するセラミックス材料に比べ、 JIS R1607に規定する破壊靱性の 値が高い材料とすることができる。この場合、前記駆動回転体を構成するセラミックス 材料の破壊靱性は、 4. 5〜5. 5 [MPa m]とし、前記従動回転体を構成するセラミ ックス材料の破壊靱性は、 2. 0〜3. 0[MPa m]とすることができる。
[0008] 好適な他の実施形態にぉ 、て、前記駆動回転体を構成するセラミックス材料は、前 記従動回転体を構成するセラミックス材料に比べ、 JIS R 1601に規定する 3点曲げ 強度の値が高い材料とすることができる。この場合、前記駆動回転体を構成するセラ ミックス材料の 3点曲げ強度は、 510〜570[MPa]であり、前記従動回転体を構成 するセラミックス材料の 3点曲げ強度は、 420-480 [MPa]とすることができる。
[0009] 好適なさらに他の実施形態において、前記駆動回転体を構成するセラミックス材料 は、前記従動回転体を構成するセラミックス材料に比べ、 JIS R1607に規定する破 壊靱性の値および JIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が高い材料とすること ができる。
[0010] 好適な一実施形態において、前記従動回転体に当接する前記駆動回転体の接触 面は前記駆動回転体の回転軸線に対して傾斜しており、前記駆動回転体に当接す る前記従動回転体の接触面は前記従動回転体の回転軸線に対して傾斜して!/、る。
[0011] 本発明の第 2の観点によれば、基板を処理するための処理空間を区画する処理容 器と、 前記処理容器内にお!ヽて前記基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体に 直接もしくは間接的に連結された、セラミックス材料により形成された従動回転体と、 緩衝部材を介して前記従動回転体に当接して前記従動回転体を回転駆動する、セ ラミックス材料により形成された駆動回転体と、を備えたことを特徴とする基板処理装 置が提供される。
[0012] 好適には、前記緩衝部材は、エラストマ一力もなる。エラストマ一からなる Oリングを 前記駆動回転体の周面に取り付けることができる。或いは、エラストマ一からなる被覆 層を前記駆動回転体の周面に設けることができる。
[0013] 上述した第 1および第 2の観点による基板処理装置は、前記基板支持体に載置さ れた基板を加熱するための加熱手段をさらに備えた熱処理装置とすることができる。
[0014] 更に、本発明の第 3の観点によれば、基板を支持する基板支持体に直接もしくは間 接的に連結しうるように構成された従動回転体と、前記従動回転体に当接しつつ回 転することにより前記従動回転体を回転させる駆動回転体と、を備え、前記従動回転 体と前記駆動回転体は、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値および Zまた WIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が異なるセラミックス材料により構成されている ことを特徴とする基板回転装置が提供される。
[0015] 更に、本発明の第 4の観点によれば、基板を支持する基板支持体に直接もしくは間 接的に連結しうるように構成されるとともに、セラミックス材料カゝら形成された従動回転 体と、緩衝部材を介して前記可動部材に接触して前記従動回転体を回転駆動する、 セラミックス材料カゝら形成された駆動回転体とを備えたことを特徴とする基板回転装 置が提供される。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の一実施形態に係る熱処理装置の構成を概略的に示す断面図。
[図 2]熱処理装置の下部構造を示す平面図。
[図 3]本発明の別の実施形態に係る熱処理装置の要部を概略的に示す断面図。
[図 4]本発明の更に別の実施形態に係る熱処理装置の要部を概略的に示す断面図 符号の説明 [0017] 1：プロセスチャンバ一（処理容器）
la :上部チャンバ一
lb :下部チャンバ一
2 :石英窓
3 :加熱部
4 :水冷ジャケット
5 :タングステンランプ
6 :ボトムプレート
7 :ローターホノレダ
10：駆動ローター（駆動回転体）
11 :従動リング (従動回転体）
12：ウェハ支持板 (基板支持体）
13 :支持アーム (基板支持体）
14：ウェハ支持ピン (基板支持体）
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図 1は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置すなわち基板処理装置の構成を 概略的に示す図である。熱処理装置 100は、制御性力 い短時間ァニール (RTA ; Rapid Thermal Annealing)を行なうために好適な RTP (Rapid Thermal Processor)とし て構成されている。熱処理装置 100は、例えば、半導体ウェハ W (以下、単に「ゥェ ハ1^」という）の表面に形成された薄膜に不純物をドープした後に実施される 600〜1 200°C程度の高温ァニール処理に用いることができる。
[0019] 図 1において、符号 1は、円筒状のプロセスチャンバ一であり、このプロセスチャンバ 一 1は、分離可能な上部チャンバ一 laおよび下部チャンバ一 lbからなる。上部チヤ ンバー laおよび下部チャンバ一 lbの間には石英窓 2が設けられている。チャンバ一 1の上方には加熱部 3が着脱可能に設けられている。加熱部 3は、水冷ジャケット 4と 、その下面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ 5とを有して 、る。 プロセスチャンバ一 1の下方には円板状のボトムプレート 6が着脱可能に装着されて いる。ボトムプレート 6の周囲に、 3つのローター 10 (10a, 10b, 10c)すなわち駆動 回転体が配置されている。
[0020] 加熱部 3の水冷ジャケット 4と上部チャンバ一 laとの間、上部チャンバ一 laと石英 窓 2との間、石英窓 2と下部チャンバ一 lbとの間、そして下部チャンバ一 lbとボトムプ レート 6との間にはそれぞれシール部材（図示せず）が介在しており、これによりプロ セスチャンバ一 1の気密状態が維持される。また、チャンバ一 1内は、図示しない排気 装置により減圧可能である。
[0021] 図 2は、熱処理装置 100から上部チャンバ一 laと石英窓 2と加熱部 3を取り除いた 状態で熱処理装置 100の下部を示す平面図である。下部チャンバ一 lbの底部には 、下部チャンバ一 lbの底部上面の円周を等分した位置にそれぞれ開口する複数こ こでは 3つのローターホルダ 7 (7a, 7b, 7c)が形成されている。ローターホルダ 7a, 7 b, 7c内にはそれぞれ、セラミックス製の駆動ローター 10a, 10b, 10cすなわち駆動 回転体力 S、ローターホルダ 7a, 7b, 7cから各々の上部を露出させた状態で収容され ている。各ローターホルダ 7a, 7b, 7cは、プロセスチャンバ一内の気密性が確保され るように、図示しな!、シール手段によりシールされて 、る。
[0022] 各ローター 10a, 10b, 10cの周面 C は円錐台の錐面の形をしており、従って各口
10
一ター 10a, 10b, 10cの周面 C は回転軸線 A に対して傾斜している。すなわち各
10 10
ローター 10a, 10b, 10cは、プロセスチャンバ一 1の中心に近づくに従って径が小さ くなるように形成されている。図示しないモーターなどの駆動機構力 各ローター 10a , 10b, 10cを回転駆動する。
[0023] ローターホルダ 7から露出したローター 10a, 10b, 10cの上には、従動リング 11す なわち従動回転体が載置されている。リング 11は、セラミックスにより形成された円形 のリングである。可動リングの外周の直径は、 3つのローター 10a, 10b, 10cを通る円 の直径と概ね等しい。また、断面視（図 1)においてリング 11の底面 C と各ローター 1
11
Oa, 10b, 10cの周面 C とが連続的に接触するように、リング 11の底面 C はリング 1
10 11
1の回転軸線 A に対して傾斜している。
11
[0024] 従動リング 11の上部に、上方に突出する円周状のリム 11aが形成されている。リム 1 laに嵌合させた状態で、中央に大径の開口を有する円環状のウェハ支持板 12がリ ング 11に連結されている。ウェハ支持板 12すなわちウェハ支持体の内周面には、ゥ ェハ支持板 12の中央開口の中心に向けて延びる複数（図示例では 3本)の支持ァ ーム 13が設けられている。各支持アーム 13の先端部には、ウェハ裏面に当接してゥ ェハ Wを支持するウェハ支持ピン 14が設けられている。なお、図示しないリフトピンを 例えばボトムプレート 6から突没可能に設けることにより、ウェハ Wを昇降させることが できる。
[0025] ウェハ支持ピン 14上にウェハ Wを載置したした後、プロセスチャンバ一 1内に気密 な空間を形成し、その中を排気装置により排気して真空状態とする。次いで、加熱部 3のタングステンランプ 5に通電すると、タングステンランプ 5で発生した熱線が石英窓 2を通過してウェハ Wに至り、ウェハ Wが急速に加熱される。
[0026] 熱処理の間は、駆動ローター 10a, 10b, 10cを所定の回転速度で回転させる。こ れにより、ローター 10a, 10b, 10cと従動リング 11との接触面 C , C 間に働く摩擦
10 11
により、ローター 10a, 10b, 10cの回転駆動力がリング 11に伝達され、リング 11も回 転する。つまり、ローター 10a, 10b, 10cが回転すると、ローター 10a, 10b, 10cの 回転軸線 A と直交する回転軸線 A を中心としてリング 11が回転し、この回転はリン
10 11
グ 11に連結されたウェハ支持板 12、支持アーム 13を介してウェハ Wへ伝えられる。 このため、プロセスチャンバ一 1内で水平に支持されたウェハ Wは、鉛直な回転軸線 周りに回転する。その結果、ウエノ、 Wへの供給熱量の面内均一性が確保される。
[0027] また、各駆動ローター 10a, 10b, 10cは、プロセスチャンバ一 1の中心へ近づくに 従 、縮径する円錐台状に形成されて 、るため、その上に載置された従動リング 11の 回転中心（回転軸線 A )を常に同じ位置に保つように作用する。これにより、意図し
11
た通りにウェハ wを加熱することができるため、例えばァニールによって薄膜中に拡 散させる不純物の分布を正確にコントロールできるようになる。
[0028] 加熱が終了した後は、加熱部 3のタングステンランプ 5への通電を停止し、下部チヤ ンバー lb内に図示しないパージポートより窒素等のパージガスを流し込みつつ排気 装置によりこれを排気してウェハ Wを冷却する。
[0029] 従動リング 11及び駆動ローター 10は、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値およ び JIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が互 、に異なるセラミックス材料により 構成されている。リング 11およびローター 10の材質として、破壊靱性の値もしくは 3点 曲げ強度の値またはこれら両方の値が、一方は高ぐ他方は低いセラミックス材料を 用いることにより、パーティクルの発生を大幅に低減できる。
[0030] ここで従動リング 11及び駆動ローター 10を構成するセラミックス材料としては、例え ば炭化珪素（SiC)ゃ窒化珪素（Si N )などを挙げることができる。これらのセラミック
3 4
ス材料は、元来優れた耐摩耗性を有するが、ローター 10及びリング 11のようにプロ セズチャンバ一 1内のウェハ回転機構に用いられる場合には、荷重が加わった状態 で互いに擦り合わされるため、両部材に破壊靱性ゃ 3点曲げ強度の物性値が同じ材 質を用いた場合には、微細なパーティクルが発生するものと考えられる。これに対し、 破壊靱性ゃ 3点曲げ強度の値に差を持たせることにより、パーティクル低減が可能に なる。
[0031] 好ましい態様では、駆動ローター 10を構成するセラミックス材料として、従動リング 1 1を構成するセラミックス材料よりも破壊靱性および Zまたは 3点曲げ強度の値が高 い材料を用いることができる。この場合、例えば、ローター 10の材質として破壊靱性 が 4. 5〜5. 5 [MPa m]程度の SiCを用い、リング 11の材質として、破壊靱性が 2. 0〜3. 0[MPa m]程度の SiCを用いることが好ましい。また、例えば、ローター 10 の材質として 3点曲げ強度が 510〜570[MPa]の SiCを用い、リング 11の材質として 3点曲げ強度が 420〜480 [MPa]の SiCを用いることが好まし!/、。
[0032] 次に、本発明の効果を確認した試験結果にっ 、て説明を行なう。この試験では、駆 動ローター 10の材質として以下の 2種類のセラミックスを用いた。なお、従動リング 11 には、材質 Aのセラミックスを用いた。
材質 A:
破壊靱性 (JIS R1607 ; SEPB (Single-Edge Pre- Cracked Beam)試験片による；以 下同じ）が 2. 5 [MPa m]で 3点曲げ強度 (JIS R1601)力 50[MPa]の SiC (例 えば、京セラ株式会社製、型番 SC1000)
材質 B:
破壊靱性 (JIS R1607)が 4. 9 [MPa m]で3点曲げ強度(JIS R1601)力 40 [MPa]の SiC (例えば、京セラ株式会社製、型番 SC— 211) [0033] 試験は、図 1の熱処理装置 100において駆動ローター 10を 20rpmの回転速度で 回転させた後、吸引式パーティクルカウンタで 3箇所のローター 10a、 10b、 10c (図 2 参照）のそれぞれにおける 0. 3 m超の大きさのパーティクル数をカウントした。その 結果を表 1に示した。なお表 1における「ウェハ処理枚数」は、通常の熱処理における 1枚のウェハが処理される毎のローター 10の回転回数に基づいて、試験時における ローター 10の回転回数を、ウェハ Wの処理枚数に換算したものである。また、表 1で は、比較例については 3回の試験の平均を、実施例については 6回の試験の平均値 を示している。
[0034] [表 1]
Figure imgf000010_0001
[0035] 表 1より、材質 A同士の組み合わせの場合には、ウェハ W約 3千枚処理相当の期間 に 1万数千にも達するパーティクルが発生したのに対し、材質 Aと材質 Bを組み合わ せた場合には、ウェハ W約 10万枚処理相当の期間でも、せいぜい 300程度のパー ティクルし力発生せず、劇的な改善がみられた。
[0036] 発明者は、材質 A, Bの組み合わせが材質 A同士の組み合わせに対して良好な結 果が得られた理由を以下のように考えて 、る。
[0037] 部品（ロータ、リング)の表面を見かけ上平滑に加工したとしても、部品表面の微視 的凹凸を無くすことはできな 、。部品がセラミック材料のような硬質脆性材料力 形成 されている場合、 2つの部材の表面の凸部同士が接触すると、凸部はほとんど変形 することができないため、凸部に大きな応力集中が生じ、応力が材料の破断強度を 超えると、凸部が破断する。破断した凸部はパーティクルとなる。 [0038] これに対して、 2つの部品の一方を弾性変形能の高い材料で形成すれば、 2つの 部品の表面の凸部同士が接触した場合でも、一方の部品の凸部が弾性変形して実 質的な接触面積が増大することにより、応力集中を緩和することができる。なお、脆性 材料であるセラミック材料において、破壊靱性および三点曲げ強度は、事実上、材料 の弾性変形能の指標となる数値であり、この数値が大き 、と 、うことは材料の弾性変 形能が高いことになる。
[0039] ところで、上記の理論によれば、 2つの部品をともに弾性変形能の高いセラミック材 料により形成すれば良いと考えられる力もしれない。しかし、この場合には、 2つの部 品が同じように摩耗することになるため、 2つの部品の摩耗量の総和（すなわちパー ティクルの発生量）はむしろ大きくなるものと考えられる。
[0040] 試験に供した材質 A, Bについて具体的に考察する。材質 A, Bは SiC材であると先 に述べたが、実際にはこれら材質 A, Bには金属酸ィ匕物力もなるバインダー (焼結助 剤)）が少量含まれており、バインダー含有量は材質 Bの方が材質 Aよりも高い。材質 A, Bについて言えば、バインダー含有量の差により、破壊靱性および三点曲げ強度 の差が生じている。高いバインダー含有量により材質 Bの弾性変形能は高ぐこのた め弾性変形能が低 、材質 Aとの組み合わせて材質 Bを用いた場合に、材質 Bは上述 した原理に基づ 、てクッションのように作用し、部品表面の凸部の破断を抑制して ヽ るものと考えられる。なお、この場合、ロータ及びリングの両方に材質 Bを用いると、前 述したようにロータ及びリングの摩耗量の総和が増加するだけでなぐ金属酸ィヒ物バ インダー由来の有害なパーティクルの発生量が多くなるため、好ましくない。
[0041] 次に、本発明の別の実施形態に係る熱処理装置について、図 3および図 4を用い て説明を行なう。図 3は、この実施形態の要部に関連する駆動ローター 10及びその 付近に配置された部品の断面図である。ローター 10の断面は図に表示されていない 。この実施形態に係る熱処理装置の図 3に示されていない部分の構成は、図 1に示 したものと同じである。この実施形態では、従動リング 11の底面 C と対向するロータ
11
一 10の周面 C に Oリング 21を取り付けた。 Oリング 21の介在により、ローター 10とリ
10
ング 11との直接の接触が回避されるので、ローター 10とリング 11とが擦れ合うことに よるパーティクルの発生は生じないし、 Oリング 21とローター 10及びリング 11の接触 部に生じるパーティクルは僅かである。
[0042] この Oリング 21の材質は、柔らかいエラストマ一材料を用いることが好ましぐまた、 少なくとも 300°C程度までの耐熱性を有するものが好ま 、。このようなエラストマ一 材料としては、例えば、パーフルォロ系エラストマ一が挙げられる。具体的には、バー レルパーフロ MP— 300B、 MSP— 2 (商品名 株式会社森清化）、カルレッツ（登録 商標) 4079 (デュポン ·ダウ ·エラストマ一社)、アーマークリスタル (登録商標）などの アーマーシリーズ（日本バルカ一工業株式会社)などを挙げることができる。
[0043] 図 4は、本発明の更に別の実施形態に係る熱処理装置の駆動ローター 10および その付近の断面図である。この実施形態に係る熱処理装置の図 4に示されていない 部分の構成は、図 1に示したものと同じである。ローター 10の断面は図に表示されて いない。この実施形態では、ローター 10の周面 C にエラストマ一力もなる被覆層 22
10
を設けた。このように被覆層 22を設けることによつても、ローター 10と従動リング 11と が直接摺接することを回避できるので、パーティクルの発生を防止できる。被覆層 22 の材質としては、上述したパーフルォロ系エラストマ一を用いることができる。
[0044] 本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐ種々の変形が可能である。例 えば、熱処理装置 100は、 RTPに限定されるものではなぐチャンバ一内でウェハ W などの基板を回転させる回転機構を有する装置であればよぐ例えば熱 CVD装置で あってもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 被処理基板を処理するための処理空間を区画する処理容器と、
前記処理容器内にお!ヽて前記被処理基板を支持する基板支持体と、
前記基板支持体に直接もしくは間接的に連結された従動回転体と、
前記従動回転体に当接しつつ回転することにより前記従動回転体を回転させ、こ れにより前記基板支持体を回転させる駆動回転体と、
を備え、
前記従動回転体と前記駆動回転体は、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値およ び Zまた ¾JIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が異なるセラミックス材料により 構成されていることを特徴とする、基板処理装置。
[2] 前記駆動回転体を構成するセラミックス材料は、前記従動回転体を構成するセラミ ックス材料に比べ、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値が高 、材料であることを特 徴とする、請求項 1に記載の基板処理装置。
[3] 前記駆動回転体を構成するセラミックス材料は、前記従動回転体を構成するセラミ ックス材料に比べ、 JIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が高い材料であること を特徴とする、請求項 1に記載の基板処理装置。
[4] 、前記駆動回転体を構成するセラミックス材料は、前記従動回転体を構成するセラミ ックス材料に比べ、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値および JIS R1601に規定 する 3点曲げ強度の値が高 、材料であることを特徴とする、請求項 1に記載の基板処 理装置。
[5] 前記駆動回転体を構成するセラミックス材料の破壊靱性は、 4. 5〜5. 5 [MPa^m ]であり、前記従動回転体を構成するセラミックス材料の破壊靱性は、 2. 0〜3. 0[M Pa^m]であることを特徴とする、請求項 2に記載の基板処理装置。
[6] 前記駆動回転体を構成するセラミックス材料の 3点曲げ強度は、 510〜570[MPa ]であり、前記従動回転体を構成するセラミックス材料の 3点曲げ強度は、 420〜480 [MPa]であることを特徴とする、請求項 3に記載の基板処理装置。
[7] 前記従動回転体に当接する前記駆動回転体の接触面は前記駆動回転体の回転 軸線に対して傾斜しており、前記駆動回転体に当接する前記従動回転体の接触面 は前記従動回転体の回転軸線に対して傾斜して 、ることを特徴とする、請求項 1に 記載の基板処理装置。
[8] 前記基板処理装置は、前記基板支持体に載置された基板を加熱するための加熱 手段をさらに備えた熱処理装置であることを特徴とする、請求項 1に記載の基板処理 装置。
[9] 基板を処理するための処理空間を区画する処理容器と、
前記処理容器内にお!ヽて前記基板を支持する基板支持体と、
前記基板支持体に直接もしくは間接的に連結された、セラミックス材料により形成さ れた従動回転体と、
緩衝部材を介して前記従動回転体に当接して前記従動回転体を回転駆動する、 セラミックス材料により形成された駆動回転体と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
[10] 前記緩衝部材は、エラストマ一力もなることを特徴とする、請求項 9に記載の基板処 理装置。
[11] 前記緩衝部材は、前記駆動回転体の周面に取り付けられた Oリングであることを特 徴とする、請求項 10に記載の基板処理装置。
[12] 前記緩衝部材は、前記駆動回転体の周面に被覆された被覆層であることを特徴と する、請求項 10に記載の基板処理装置。
[13] 前記基板処理装置は、前記基板支持体に載置された基板を加熱するための加熱 手段をさらに備えた熱処理装置であることを特徴とする、請求項 9に記載の基板処理 装置。
[14] 基板を支持する基板支持体に直接もしくは間接的に連結しうるように構成された従 動回転体と、
前記従動回転体に当接しつつ回転することにより前記従動回転体を回転させる駆 動回転体と、
を備え、
前記従動回転体と前記駆動回転体は、 JIS R1607に規定する破壊靱性の値およ び Zまた ¾JIS R1601に規定する 3点曲げ強度の値が異なるセラミックス材料により 構成されていることを特徴とする、基板回転装置。
基板を支持する基板支持体に直接もしくは間接的に連結しうるように構成されるとと もに、セラミックス材料から形成された従動回転体と、
緩衝部材を介して前記可動部材に接触して前記従動回転体を回転駆動する、セラ ミックス材料から形成された駆動回転体と、
を備えたことを特徴とする、基板回転装置。
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