WO2013175562A1 - 半導体製造装置 - Google Patents

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WO2013175562A1
WO2013175562A1 PCT/JP2012/062992 JP2012062992W WO2013175562A1 WO 2013175562 A1 WO2013175562 A1 WO 2013175562A1 JP 2012062992 W JP2012062992 W JP 2012062992W WO 2013175562 A1 WO2013175562 A1 WO 2013175562A1
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chamber
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semiconductor manufacturing
substrate holder
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健 三科
鈴木　正康
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株式会社島津製作所
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    • H01L21/67326—Horizontal carrier comprising wall type elements whereby the substrates are vertically supported, e.g. comprising sidewalls

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor manufacturing process including heat treatment of a substrate.
  • a method for heat-treating a substrate in a manufacturing process of a semiconductor product a method of heating a substrate in a processing chamber for performing a film forming process or an etching process, and an in-line in which a substrate preheated in a heating chamber is carried into the processing chamber.
  • a method of using a type manufacturing apparatus There is a method of using a type manufacturing apparatus.
  • the film is formed on the substrate in a state where the temperature of the substrate to be processed is set to a predetermined temperature. For this reason, in the case of performing a film forming process using an in-line film forming apparatus, the substrate is preheated in the heating chamber before being carried into the film forming process chamber. Then, the substrate that has reached the set temperature is carried into a film formation chamber, and a film formation process is performed (see, for example, Patent Document 1).
  • the number of substrates processed per hour is an important performance. For this reason, it is necessary to shorten the substrate heating time and the processing time per one substrate. In order to shorten the heating time, it is generally effective to use a high-power heater such as a lamp heater and increase the temperature rising rate of the substrate. In particular, in a film forming apparatus for forming an antireflection film for a crystalline silicon solar cell, it is necessary to increase the substrate temperature at the time of film formation to 400 ° C. or higher. A temperature rate is required.
  • the heat energy of the heater is transmitted not only to the substrate heating but also to the substrate holder on which the substrate is mounted and the wall surface of the chamber, and further to the outside air and the chamber cooling mechanism via the wall surface of the chamber.
  • loss energy is large, there is a problem that more energy is required to heat the substrate.
  • the temperature of the substrate placed near the chamber wall surface becomes low, and the temperature uniformity of the substrate cannot be ensured.
  • a method of covering the outside of the chamber with a heat insulating material heat energy is required for heating the chamber wall having a large thermal mass, and the substrate cannot be efficiently heated.
  • the chamber wall surface is heated, the temperature of gaskets used for vacuum sealing of the chamber, electronic parts attached to the outside of the chamber, resin parts, etc. will rise, and these parts may be deteriorated or damaged. Occurs.
  • the chamber wall is cooled by water cooling or air cooling, and heat radiation to the chamber wall is further increased. Thereby, the energy efficiency and the temperature uniformity in the chamber and the substrate are further deteriorated.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of performing an energy efficient substrate heating process.
  • a chamber for storing a substrate holder on which a substrate is mounted (b) a heating device that is disposed inside the chamber and that is mounted on the substrate holder, and (c) An external heat insulating material that is made of an inorganic material that does not contain organic additives and has a structure in which an inner member is wrapped with a cloth-like outer material knitted with fiber; and (d) an external heat insulating material that covers the inner wall of the chamber.
  • a semiconductor manufacturing apparatus including an external heat reflecting plate disposed on a surface facing a material heating apparatus.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 includes a chamber 20 that houses a substrate holder 10 on which a substrate 100 is mounted, and is disposed inside the chamber 20.
  • a heating device 30 that heats the mounted substrate 100, an external heat insulating material 40 that covers the inner wall of the chamber 20, and an external heat reflector that is disposed on the surface of the external heat insulating material 40 that faces the heating device 30. 50.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 further includes a gas discharge mechanism and a gas introduction mechanism that are not shown. After the substrate holder 10 loaded with the substrate 100 is carried into the chamber 20, the inside of the chamber 20 is evacuated by the gas discharge mechanism.
  • the substrate holder 10 shown in FIG. 2 is a boat-type substrate holder having a plurality of substrate mounting plates 11 arranged in parallel and spaced apart from each other.
  • the substrate mounting plate 11 is disposed vertically on the bottom plate 12, and a mounting surface on which the substrate 100 is mounted is defined on the main surface of the substrate mounting plate 11.
  • a lamp heater for example, a lamp heater, a sheath heater, a ceramic heater, an induction heater, or the like can be used.
  • a lamp heater is used as the heating device 30, and a plurality of lamp heaters are arranged between the substrate mounting plates 11 of the substrate holder 10. That is, the lamp heaters arranged in a lattice function as the heating devices 30 for heating the substrates 100 arranged on the substrate mounting plate 11 respectively.
  • the external heat insulating material 40 is made of a material having low thermal conductivity. Therefore, a ceramic or carbon plate may be used as the external heat insulating material 40. However, in view of ease of processing and attachment, ease of maintenance, resistance to breakage of the heat insulating material, etc., it is preferable to use a flexible carbon felt, quartz fiber, alumina fiber or the like for the external heat insulating material 40.
  • the external heat insulating material 40 has a structure in which the inner member 21 is wrapped with a cloth-like exterior material 22 knitted with fibers, as shown in FIG. This is to prevent foreign matter from adhering to the substrate 100 due to dust generation from the external heat insulating material 40. That is, by using carbon felt, quartz fiber, alumina fiber or the like having high dust generation as the inner member 21 and covering the inner member 21 with the exterior material 22 having low dust generation, dust generation from the external heat insulating material 40 is suppressed.
  • the exterior material 22 a fabric knitted with glass fiber or alumina fiber can be used. By knitting the fiber into a cloth shape, dust generation from the exterior material 22 is suppressed.
  • the combination of the inner member 21 and the exterior material 22 is arbitrary.
  • carbon felt is used for the inner member 21 and glass fiber cloth is used for the exterior member 22.
  • a carbon felt having a thickness of 9.5 mm, a density of 8 to 10 kg / m 3 , a thermal conductivity of 0.2 to 0.4 W / m / K (K: 1000 to 2000 ° C.), and a thickness of A glass fiber cloth having a 0.18 mm, heat-resistant temperature of 550 ° C. and a plain weave is combined.
  • a blanket-like alumina fiber is used for the inner member 21, and an alumina fiber cloth is used for the exterior material 22.
  • the thickness is 12.5 mm
  • the density is 100 to 160 kg / m 3
  • the thermal conductivity is 0.07 to 0.24 W / m / K (K: 400 to 1000 ° C.)
  • the heat resistance temperature is 1300 ° C.
  • a blanket-like alumina fiber is combined with an alumina fiber cloth having a thickness of 0.65 mm, a heat-resistant temperature of 1000 ° C., and a weaving method of satin weave.
  • a blanket-like quartz fiber may be used for the inner member 21 and an alumina fiber cloth may be used for the exterior member 22.
  • carbon felt, quartz fiber, and alumina fiber are often coated with an organic additive for shape stabilization.
  • the organic additive evaporates and diffuses in the chamber 20 due to heating under reduced pressure, and the wall surface of the chamber 20 and the substrate 100 are contaminated. That is, the performance of the semiconductor device manufactured by contamination may be deteriorated. Since the evaporation of the organic additive due to heating is inevitable, the exterior material 22 and the inner member 21 are composed only of an inorganic material that does not contain the organic additive.
  • an opening connected to the cavity inside the external heat insulating material 40 exists on the surface of the external heat insulating material 40.
  • the opening ratio of the surface of the external heat insulating material 40 is large so that the chamber 20 can be evacuated quickly.
  • the exterior material 22 is stitched together.
  • Stainless steel metal thread Naslon
  • exterior material 22 was sewn together by 3 mm pitch overlock using a sewing machine. Since the external heat insulating material 40 is also heated to a high temperature, it is necessary to use a metal yarn having high temperature resistance. Since an organic additive is not used for the external heat insulating material 40, overlocking or the like is recommended which is not easily frayed.
  • an external heat insulating material 40 is disposed so as to cover the inner wall of the chamber 20, and an external heat reflecting plate is further provided on the surface of the external heat insulating material 40. 50 is arranged.
  • the heat capacity of the external heat reflecting plate 50 is as small as possible so that heat energy is not consumed by the temperature rise of the external heat reflecting plate 50.
  • the heat capacity is reduced by reducing the thickness of the external heat reflecting plate 50.
  • a thin plate material such as stainless steel or aluminum is used for the external heat reflecting plate 50.
  • the thickness of the stainless steel sheet is about 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the amount of gas released from the external heat insulating material 40 was 36.degree. It was 8 Pa ⁇ m / sec. Note that it was confirmed that the substrate 100 could be heat-treated without problems when the gas release amount was 100 Pa ⁇ m / sec. In addition, on the substrate 100 after the heat treatment, there were no visible particles having a size of 0.1 mm 2 or more.
  • the external heat insulating material 40 absorbs the heat output from the heating device 30, thereby suppressing the heat transfer to the chamber 20. For this reason, the thermal energy consumed for heating the chamber 20 having a large thermal mass becomes unnecessary. As a result, the substrate 100 can be heated with high energy efficiency, and the temperature increase rate of the substrate temperature in the substrate heat treatment can be improved. Accordingly, the substrate can be heated with low power, and the heating time of the substrate 100 can be shortened, so that the processing time per sheet can be shortened. In addition, since the thermal mass is reduced, the accuracy of temperature control is improved.
  • the release of thermal energy on the wall surface of the chamber 20 is suppressed, it is possible to prevent the substrate temperature from decreasing near the chamber wall surface. Thereby, the temperature uniformity of the substrate 100 does not deteriorate. Moreover, since the temperature rise of the components attached to the outside of the chamber 20 is suppressed, thermal deterioration and damage of those components can be prevented.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 can be used as a part of an inline manufacturing apparatus, for example.
  • FIG. 4 shows an example in which the semiconductor manufacturing apparatus 1 is used as a heating apparatus for preheating the substrate 100 before the processing step.
  • FIG. 4 shows an in-line manufacturing apparatus including a semiconductor manufacturing apparatus 1, a processing apparatus 2, and a take-out chamber 3 that are preheating apparatuses.
  • the processing apparatus 2 is, for example, a film forming apparatus, an etching apparatus, or a sputtering apparatus.
  • the substrate holder 10 on which the substrate 100 is mounted is carried into the semiconductor manufacturing apparatus 1 and the substrate 100 is heated to a predetermined temperature.
  • the substrate holder 10 on which the substrate 100 that has reached a predetermined temperature is loaded into the processing apparatus 2, and film formation processing of the substrate 100 is performed. After the processing, the substrate holder 10 transferred from the processing apparatus 2 to the take-out chamber 3 is taken out from the take-out chamber 3.
  • the in-line manufacturing apparatus may have a structure including the semiconductor manufacturing apparatus 1 and the processing apparatus 2 that are preheating apparatuses that do not include the take-out chamber 3.
  • the substrate holder 10 on which the substrate 100 is mounted is carried into the chamber 20 and carried out of the chamber 20 by a transfer device. Therefore, as shown in FIG. 5, in addition to the substrate holder 10 and the heating device 30, a substrate holder transport device 60 that transports the substrate holder 10 and a power supply mechanism 70 that supplies power to the heating device 30 are disposed in the chamber 20. Has been. When heated by the heating device 30, the substrate holder transport device 60 and the power supply mechanism 70 may be damaged or deteriorated. Further, the thermal energy is wasted without contributing to the temperature rise of the substrate 100.
  • an internal heat insulating mechanism 200 surrounding the substrate holder 10 and the heating device 30 in the chamber 20.
  • the substrate holder transfer device 60 and the power supply mechanism 70 are disposed between the internal heat insulation mechanism 200 and the wall surface of the chamber 20.
  • the inner wall of the internal heat insulating mechanism 200 that is, the surface facing the substrate holder 10 and the heating device 30 is covered with the internal heat insulating material 240, and the internal heat reflecting plate 250 is disposed on the surface of the internal heat insulating material 240.
  • a material similar to that of the external heat insulating material 40 can be used for the internal heat insulating material 240. That is, the internal heat insulating material 240 is made of an inorganic material having a structure in which the inner member 21 such as carbon felt, quartz fiber, and alumina fiber is wrapped with a cloth-like exterior material 22 knitted with glass fiber or alumina fiber.
  • the same material as that of the external heat reflection plate 50 can be used for the internal heat reflection plate 250 facing the substrate holder 10 and the heating device 30. That is, a thin plate material of stainless steel or aluminum having a small heat capacity is used for the internal heat reflecting plate 250.
  • the transfer of thermal energy to components other than the substrate holder 10 in the chamber 20 is suppressed, and the substrate holder 10 is efficiently heated. Can do.
  • the temperature increase rate of the substrate temperature in the substrate heat treatment can be improved.
  • damage and deterioration of the substrate holder transfer device 60 and the power supply mechanism 70 due to heat treatment can be prevented.
  • the inner wall of the chamber 20 is covered with the external heat insulating material 40 and the external heat reflecting plate 50 is disposed on the surface of the external heat insulating material 40 as in FIG.
  • useless consumption of thermal energy can be suppressed, for example, temperature rise of the chamber 20 due to thermal energy released to the outside of the internal heat insulating mechanism 200 is suppressed.
  • thermal deterioration / damage of components attached to the outside of the chamber 20 can be prevented.
  • a heating device 30 is disposed in contact with the lower portion of the substrate holder 10 on which the substrate 100 is mounted.
  • the heating device 30 shown in FIG. 6 is, for example, a sheath heater, and sets the substrate 100 to a predetermined substrate temperature by transferring heat to the substrate 100 via the substrate holder 10.
  • Other points are the same as those of the first embodiment shown in FIG. That is, the inner wall of the chamber 20 is covered with the external heat insulating material 40, and the external heat reflecting plate 50 is disposed on the surface of the external heat insulating material 40.
  • the temperature of the substrate 100 when heated for 60 seconds was 375 ° C.
  • the temperature of the substrate 100 is 475 ° C. by heating for 60 seconds, and the temperature increase rate of the substrate 100 is improved. An increase in the reached temperature was confirmed.
  • the heating apparatus 30 is not arranged around the substrate 100 mounted on the substrate holder 10. For this reason, film formation processing, etching processing, sputtering processing, and the like of the substrate 100 can be performed in the chamber 20.
  • the preheating process of the substrate 100 and the processing process after the preheating process can be continuously performed by one manufacturing apparatus.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 can be used as a plasma film forming apparatus.
  • FIG. 7 shows a configuration example in which the semiconductor manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 6 is used as a plasma CVD film forming apparatus. An example of a film forming process by the plasma CVD film forming apparatus shown in FIG. 7 will be described below.
  • the gas in the chamber 20 is exhausted to make the inside of the chamber 20 a high vacuum. Thereafter, a raw material gas for a thin film to be formed on the substrate 100 is introduced into the chamber 20, and the inside of the chamber 20 is adjusted to a predetermined gas pressure. Next, predetermined AC power is supplied between the substrate holder 10 and the high-frequency electrode 310 by the AC power source 300. Thereby, the source gas in the chamber 20 is turned into plasma. By exposing the substrate 100 to the formed plasma, the excited species in the plasma are reacted on the surface of the substrate 100, and a thin film is formed on the surface of the substrate 100. Thereafter, the source gas is exhausted to make the inside of the chamber 20 high vacuum. Thus, a thin film is formed on the substrate 100.
  • a solar cell antireflection film or a passivation film can be formed by the semiconductor manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
  • a silicon nitride (SiN) film having a refractive index of 1.9 to 2.3 and a film thickness of about 70 to 100 nm is formed on the substrate 100.
  • the substrate temperature during film formation is 300 ° C. or higher. Note that the heating device 30 can be used to set the temperature of the substrate 100 during the processing step.
  • FIG. 8 shows a semiconductor manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment using a cart type for the substrate holder 10.
  • the substrate 100 is heated by the heating devices 30 arranged above and below the substrate holder 10 in a state where the plurality of substrates 100 are horizontally arranged on the substrate holder 10.
  • a lamp heater or the like can be used as the heating device 30.
  • an internal heat insulating material 240 is disposed around the substrate holder transfer device 60 disposed in the chamber 20.
  • a material similar to that of the external heat insulating material 40 can be used for the internal heat insulating material 240. That is, the internal heat insulating material 240 is made of an inorganic material having a structure in which the inner member 21 such as carbon felt, quartz fiber, and alumina fiber is wrapped with a cloth-like exterior material 22 knitted with glass fiber or alumina fiber.
  • An internal heat reflecting plate may be disposed on the surface of the internal heat insulating material 240, and the same material as that of the external heat reflecting plate 50 can be used for the internal heat reflecting plate. That is, a thin plate material of stainless steel or aluminum having a small heat capacity is used for the internal heat reflecting plate.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 when a cart-type substrate holder 10 is used, thermal energy is transmitted to components other than the substrate holder 10 in the chamber 20.
  • the substrate holder 10 can be heated with high energy efficiency, and damage and deterioration of the components in the chamber 20 can be prevented.
  • Others are substantially the same as the embodiment already described, and redundant description is omitted.
  • FIGS. 6 and 7 show examples in which the heating device 30 is disposed in contact with the lower part of the boat-type substrate holder 10.
  • the heating device 30 is disposed in contact with the lower portion of the substrate holder 10 and heat is transmitted to the substrate 100 through the substrate holder 10.
  • the substrate 100 can be set to a predetermined substrate temperature.
  • the other points are the same as those of the third embodiment shown in FIG. 7, and the inner wall of the chamber 20 of the semiconductor manufacturing apparatus 1 according to the fifth embodiment shown in FIG.
  • An external heat reflecting plate 50 is disposed on the surface of the external heat insulating material 40.
  • the heating device 30 shown in FIG. 9 is a sheath heater, for example.
  • the heating device 30 is not disposed around the substrate 100 mounted on the substrate holder 10, film formation processing, etching processing, sputtering processing, and the like of the substrate 100 are performed in the chamber 20. Can be done. That is, the preheating process of the substrate 100 and the processing process after the preheating process can be performed continuously with one manufacturing apparatus.
  • FIG. 9 shows an example in which the semiconductor manufacturing apparatus 1 is configured as a plasma CVD film forming apparatus by using the substrate holder 10 as an anode electrode. That is, a thin film is formed on the substrate 100 in the same manner as described with reference to FIG. That is, a raw material gas for a thin film formed on the substrate 100 after the heat treatment of the substrate 100 is completed is introduced into the chamber 20. Then, predetermined AC power is supplied between the substrate holder 10 and the high-frequency electrode 310 by the AC power source 300, and the source gas in the chamber 20 is turned into plasma. By exposing the substrate 100 to the formed plasma, the excited species in the plasma are reacted on the surface of the substrate 100, and a thin film is formed on the surface of the substrate 100.
  • the heating apparatus that is arranged directly below the substrate holder 10 in a state where the plurality of substrates 100 are horizontally arranged on the cart-type substrate holder 10. 30 heats the substrate 100 with high energy efficiency. Moreover, since the temperature rise of the components attached to the outside of the chamber 20 is suppressed, thermal deterioration and damage of those components can be prevented. Further, the semiconductor manufacturing apparatus 1 can perform a processing process for the substrate 100 after the heat treatment. Others are substantially the same as the embodiment already described, and redundant description is omitted.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 9 is a semiconductor manufacturing apparatus that processes a plurality of substrates 100 simultaneously, whereas the semiconductor manufacturing apparatus 1 according to the sixth embodiment shown in FIG. This is a single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus that processes one by one.
  • the other points are the same as in the fifth embodiment shown in FIG. 9, the inner wall of the chamber 20 is covered with the external heat insulating material 40, and the external heat reflecting plate 50 is disposed on the surface of the external heat insulating material 40.
  • the heating device 30 shown in FIG. 10 is, for example, a sheath heater.
  • the heating device 30 is not disposed around the substrate 100 mounted on the substrate holder 10, the film forming process, the etching process, the sputtering process, and the like of the substrate 100 are performed in the chamber 20. Can be done within. That is, the preheating process of the substrate 100 and the processing process after the preheating process can be performed continuously with one manufacturing apparatus.
  • a thin film is formed on the substrate 100 by using the substrate holder 10 as an anode electrode of a plasma CVD film forming apparatus. That is, after the heat treatment of the substrate 100 is completed, predetermined AC power is supplied between the substrate holder 10 and the high-frequency electrode 310 by the AC power source 300, and the source gas introduced into the chamber 20 is turned into plasma. By exposing the substrate 100 to the formed plasma, a thin film is formed on the surface of the substrate 100.
  • the chamber 20 may have a rectangular shape other than the cylindrical shape, for example.
  • the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention can be used for semiconductor manufacturing including a step of heat-treating a substrate.

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Abstract

　基板を搭載した基板ホルダを格納するチャンバーと、チャンバーの内部に配置され、基板ホルダに搭載された基板を加熱する加熱装置と、ファイバーで編んだ布状の外装材で内部材を包んだ構造の有機添加剤を含有していない無機材料からなり、チャンバーの内壁を覆って配置された外部断熱材と、外部断熱材の加熱装置に対向する表面上に配置された外部熱反射板とを備える。

Description

半導体製造装置
　本発明は、基板の加熱処理を含む半導体製造工程に使用される半導体製造装置に関する。
　半導体製品の製造工程において基板を加熱処理する方法として、成膜処理やエッチング処理などの処理を行う処理チャンバー内で基板を加熱する方法と、加熱チャンバーで予備加熱した基板を処理チャンバーに搬入するインライン式製造装置を使用する方法がある。
　例えば太陽電池反射防止膜の成膜処理などでは、処理対象の基板の温度を予め決められた設定温度にした状態で、基板に膜を形成する。このため、インライン式成膜装置で成膜処理する場合には、成膜処理用の処理チャンバーに搬入される前に、基板は加熱チャンバー内で予備加熱される。そして、設定温度に達した基板が成膜チャンバーに搬入され、成膜処理が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１０－１９６１１６号公報
　半導体製造装置では、時間当たりの基板処理枚数が重要な性能である。このため、基板の加熱時間を短縮して、１枚当たりの処理時間を短くする必要がある。加熱時間短縮のためにはランプヒータなどの高パワーのヒータを使用し、基板の昇温レートを高くすることが一般には有効である。特に結晶性シリコンの太陽電池の反射防止膜を形成する成膜装置では、成膜時の基板温度を４００℃以上という高温にする必要があるため、時間当たりの基板処理枚数を増やすために高い昇温レートが求められている。
　しかし、ヒータの熱エネルギーは、基板加熱だけではなく基板を搭載する基板ホルダやチャンバーの壁面に伝わり、更にはチャンバーの壁面を介して外気やチャンバーの冷却機構に伝わる。このような損失エネルギーが大きいと基板を加熱するために更に多くのエネルギーが必要になるという問題があった。
　また、チャンバー壁面では熱エネルギーの放熱レートが大きいため、チャンバー壁面付近に配置した基板の温度が低くなり、基板の温度均一性が確保できない。チャンバーの外側を断熱材で覆う方法があるが、大きな熱質量のあるチャンバー壁の加熱に熱エネルギーが必要になり、効率的な基板加熱とならない。また、チャンバー壁面が加熱されると、チャンバーの真空シールのために使用しているガスケットやチャンバー外側に取り付けている電子部品、樹脂部品等の温度が上昇し、それらの部品を劣化・損傷させる恐れが生じる。それらの部品の熱劣化・損傷を防ぐためにチャンバー壁を水冷や空冷で冷却することとなり、チャンバー壁への放熱がさらに増加する。これにより、エネルギー効率やチャンバー内及び基板の温度均一性は更に悪化する。
　上記問題点に鑑み、本発明は、エネルギー効率の良い基板加熱処理が可能な半導体製造装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、（イ）基板を搭載した基板ホルダを格納するチャンバーと、（ロ）チャンバーの内部に配置され、基板ホルダに搭載された基板を加熱する加熱装置と、（ハ）ファイバーで編んだ布状の外装材で内部材を包んだ構造の有機添加剤を含有していない無機材料からなり、チャンバーの内壁を覆って配置された外部断熱材と、（ニ）外部断熱材の加熱装置に対向する表面上に配置された外部熱反射板とを備える半導体製造装置が提供される。
　本発明によれば、エネルギー効率の良い基板加熱処理が可能な半導体製造装置を提供できる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置により処理される基板ホルダの構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の断熱材の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置がインライン式製造装置の一部である例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置をプラズマＣＶＤ成膜装置とする構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。 本発明の第６の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。
　図面を参照して、本発明の第１乃至第６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、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置１は、図１に示すように、基板１００を搭載した基板ホルダ１０を格納するチャンバー２０と、チャンバー２０の内部に配置され、基板ホルダ１０に搭載された基板１００を加熱する加熱装置３０と、チャンバー２０の内壁を覆って配置された外部断熱材４０と、外部断熱材４０の加熱装置３０に対向する表面上に配置された外部熱反射板５０とを備える。
　半導体製造装置１は、図示を省略したガス排出機構及びガス導入機構を更に備える。基板１００を搭載した基板ホルダ１０がチャンバー２０内に搬入された後、ガス排出機構によってチャンバー２０の内部を真空状態にする。
　図２に示した基板ホルダ１０は、互いに離間して平行に配置された複数の基板取り付け板１１を有するボートタイプの基板ホルダである。基板取り付け板１１は底板１２上に垂直に配置され、基板取り付け板１１の主面には基板１００を搭載する搭載面がそれぞれ定義されている。
　加熱装置３０には、例えばランプヒータ、シースヒータ、セラミックヒータ、誘導加熱ヒータなどを採用可能である。図１に示した例では、加熱装置３０としてランプヒータが使用され、複数のランプヒータが基板ホルダ１０の基板取り付け板１１間に配置されている。つまり、格子状に配置されたランプヒータが、基板取り付け板１１上に配置された基板１００をそれぞれ加熱する加熱装置３０として機能する。
　外部断熱材４０は、熱伝導率の低い材料からなる。したがって、外部断熱材４０としてセラミックやカーボンプレートを使用してもよい。しかし、加工や取り付けの容易さ、メンテナンスの容易さ、断熱材の壊れにくさなどを考慮すると、柔軟なカーボンフェルト、石英ファイバー、アルミナファイバーなどを外部断熱材４０に使用することが好ましい。
　なお、外部断熱材４０は、図３に示すように、ファイバーで編んだ布状の外装材２２で内部材２１を包んだ構造である。これは、外部断熱材４０からの発塵によって基板１００に異物が付着することなどを防止するためである。つまり、発塵性の高いカーボンフェルト、石英ファイバー、アルミナファイバーなどを内部材２１とし、内部材２１を発塵性の低い外装材２２で覆うことにより、外部断熱材４０からの発塵が抑制される。外装材２２には、グラスファイバーやアルミナファイバーで編んで布状にしたものを採用可能である。ファイバーを編んで布状にすることにより、外装材２２からの発塵が抑制される。
　内部材２１と外装材２２の組み合わせは任意である。例えば、カーボンフェルトを内部材２１に使用し、グラスファイバー布を外装材２２に使用する。具体的には、厚みが９．５ｍｍ、密度が８～１０ｋｇ／ｍ3、熱伝導率が０．２～０．４Ｗ／ｍ／Ｋ（Ｋ：１０００～２０００℃）のカーボンフェルトと、厚みが０．１８ｍｍ、耐熱温度が５５０℃、織り方が平織りのグラスファイバー布を組み合わせる。或いは、ブランケット状のアルミナファイバーを内部材２１に使用し、アルミナファイバー布を外装材２２に使用する。具体的には、厚みが１２．５ｍｍ、密度が１００～１６０ｋｇ／ｍ3、熱伝導率が０．０７～０．２４Ｗ／ｍ／Ｋ（Ｋ：４００～１０００℃）、耐熱温度が１３００℃のブランケット状のアルミナファイバーと、厚みが０．６５ｍｍ、耐熱温度が１０００℃、織り方が朱子織りのアルミナファイバー布を組み合わせる。または、内部材２１にブランケット状の石英ファイバーを使用し、外装材２２にアルミナファイバー布を使用してもよい。
　一般的に、カーボンフェルト、石英ファイバー、アルミナファイバーには、形状安定のために有機添加剤をコーティングすることが多い。しかし、減圧下の加熱によって有機添加剤がチャンバー２０内で蒸発及び拡散して、チャンバー２０の壁面や基板１００を汚染するおそれがある。つまり、コンタミネーションによって製造された半導体装置の性能が劣化するおそれがある。加熱による有機添加剤の蒸発は避けられないため、外装材２２及び内部材２１は、有機添加剤を含有していない無機材料のみで構成されている。
　また、外部断熱材４０の表面には、外部断熱材４０内部の空洞に繋がる開口部が存在する。表面における開口率が小さいと、チャンバー２０内を真空状態にする際に外部断熱材４０の内部に溜まったガスの排出が容易に行えず、真空状態にするまでの所要時間が増大する。したがって、チャンバー２０の真空排気が速やかに行えるように、外部断熱材４０の表面の開口率は大きいことが好ましい。
　外装材２２で内部材２１を覆う際、外装材２２を縫い合わせる。ステンレス製の金属糸（ナスロン）を使用し、ミシンを使用した３ｍｍピッチのかがり縫いで外装材２２を縫い合わせた。外部断熱材４０も高温に加熱されるため、高温耐性のある金属糸を使用する必要がある。外部断熱材４０に有機添加材を使用していないため、縫い方もほつれにくいかがり縫い等が推奨される。
　基板ホルダ１０に搭載された複数の基板すべての温度均一性を向上するために、チャンバー２０の内壁を覆うように外部断熱材４０が配置され、更に、外部断熱材４０の表面に外部熱反射板５０が配置されている。これにより、基板ホルダ１０の中央部に配置された基板１００と基板ホルダ１０の外縁部でチャンバー２０の壁面に近い位置に配置された基板１００との間で基板温度の差が生じることを防止できる。更に、基板ホルダ１０の底板１２に近い部分と遠い部分との間で基板温度の差が生じることを防止できる。
　なお、外部熱反射板５０の温度上昇に熱エネルギーが消費されないように、外部熱反射板５０の熱容量はできるだけ小さいことが好ましい。例えば、外部熱反射板５０の厚みを薄くすることにより、熱容量を小さくする。ステンレスやアルミニウムなどの薄板材が外部熱反射板５０に使用される。ステンレスの薄板材の厚みは０．２ｍｍ～０．５ｍｍ程度である。
　図１に示した半導体製造装置１によって基板１００を加熱した実験では、基板加熱時の圧力が１パスカル以下、基板温度が４５０℃の加熱条件において、外部断熱材４０からのガス放出量は３６．８Ｐａ・ｍ／秒であった。なお、ガス放出量が１００Ｐａ・ｍ／秒では問題なく基板１００を加熱処理できることを確認した。また、加熱処理後の基板１００上では、０．１ｍｍ2以上のサイズの目視可能なパーティクルが０個であった。
　以上に説明したように、第１の実施形態係る半導体製造装置１では、外部断熱材４０が加熱装置３０の出力する熱を吸収することにより、チャンバー２０への熱の伝達が抑制される。このため、大きな熱質量のあるチャンバー２０の加熱に消費される熱エネルギーが不要になる。その結果、エネルギー効率良く基板１００を加熱することができ、基板加熱処理における基板温度の昇温レートを向上できる。これにより、低パワーでの基板加熱が可能となると共に、基板１００の加熱時間が短縮されて、１枚当たりの処理時間を短くできる。また、熱質量が減少するために、温度制御の精度が向上する。
　更に、チャンバー２０壁面での熱エネルギーの放出が抑制されるため、チャンバー壁面付近での基板温度の低下を防止できる。これにより、基板１００の温度均一性の劣化が生じない。また、チャンバー２０の外側に取り付けられている部品の温度上昇が抑制されるため、それらの部品の熱劣化・損傷を防ぐことができる。
　図１に示した半導体製造装置１は、例えばインライン式製造装置の一部として使用可能である。図４に、処理工程前に基板１００を予備加熱するための加熱装置として半導体製造装置１を使用する例を示す。図４は、予備加熱装置である半導体製造装置１、処理装置２、取り出し室３からなるインライン式製造装置である。処理装置２は、例えば成膜装置、エッチング装置、スパッタ装置などである。
　図４に示したインライン式製造装置では、基板１００を搭載した基板ホルダ１０が半導体製造装置１に搬入されて、所定の温度まで基板１００が加熱される。所定の温度に達した基板１００を搭載した基板ホルダ１０は処理装置２に搬入され、基板１００の成膜処理などが行われる。処理後、処理装置２から取り出し室３に搬送された基板ホルダ１０が、取り出し室３から取り出される。
　なお、インライン式製造装置が、取り出し室３を備えない、予備加熱装置である半導体製造装置１と処理装置２からなる構造であってもよい。
（第２の実施形態）
　基板１００を搭載した基板ホルダ１０は、搬送装置によってチャンバー２０に搬入され、且つチャンバー２０から搬出されることが多い。このため、図５に示すように、基板ホルダ１０と加熱装置３０以外に、基板ホルダ１０を搬送する基板ホルダ搬送装置６０や加熱装置３０に電力を供給する電力供給機構７０がチャンバー２０内に配置されている。加熱装置３０によって加熱された場合、基板ホルダ搬送装置６０や電力供給機構７０が損傷したり劣化したりすることがある。また、基板１００の昇温に寄与せずに、熱エネルギーが無駄に消費されることになる。
　このため、図５に示すように、チャンバー２０内に、基板ホルダ１０及び加熱装置３０を囲む内部断熱機構２００を配置することが有効である。基板ホルダ搬送装置６０や電力供給機構７０は、内部断熱機構２００とチャンバー２０壁面との間に配置される。
　内部断熱機構２００の内壁、即ち基板ホルダ１０や加熱装置３０に対向する面は内部断熱材２４０により覆われ、内部断熱材２４０の表面には内部熱反射板２５０が配置されている。内部断熱材２４０には、外部断熱材４０と同様の材料を使用可能である。即ち、内部断熱材２４０は、グラスファイバーやアルミナファイバーで編んだ布状の外装材２２によって、カーボンフェルト、石英ファイバー、アルミナファイバーなどの内部材２１を包んだ構造の無機材料からなる。
　また、基板ホルダ１０や加熱装置３０に対向する内部熱反射板２５０には、外部熱反射板５０と同様の材料を使用可能である。即ち、熱容量の小さいステンレスやアルミニウムの薄板材が内部熱反射板２５０に使用される。
　図５に示した第２の実施形態に係る半導体製造装置１によれば、チャンバー２０内の基板ホルダ１０以外の構成物への熱エネルギーの伝達が抑制され、効率よく基板ホルダ１０を加熱することができる。その結果、基板加熱処理における基板温度の昇温レートを向上できる。また、加熱処理による基板ホルダ搬送装置６０や電力供給機構７０の損傷や劣化を防止できる。
　なお、図５に示した半導体製造装置１でも、図１と同様に、チャンバー２０の内壁は外部断熱材４０で覆われ、外部断熱材４０の表面に外部熱反射板５０が配置されている。このため、内部断熱機構２００の外側に放出された熱エネルギーによるチャンバー２０の温度上昇が抑制されるなど、熱エネルギーの無駄な消費を抑えることができる。更に、チャンバー２０の外側に取り付けられている部品の熱劣化・損傷を防ぐことができる。
（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置１は、図６に示すように、基板１００が搭載された基板ホルダ１０の下部に接して加熱装置３０が配置されている。図６に示した加熱装置３０は例えばシースヒータであり、基板ホルダ１０を介して基板１００に熱を伝達させることにより、基板１００を所定の基板温度に設定する。その他の点については、図１に示した第１の実施形態と同様である。即ち、チャンバー２０の内壁は外部断熱材４０で覆われ、外部断熱材４０の表面に外部熱反射板５０が配置されている。
　チャンバー２０の内壁に外部断熱材４０を配置しない場合には、６０秒間加熱したときの基板１００の温度は３７５℃であった。これに対し、チャンバー２０の内壁に外部断熱材４０及び外部熱反射板５０を配置した場合には、６０秒間の加熱により基板１００の温度は４７５℃であり、基板１００の昇温レートの向上、及び到達温度の上昇が確認された。
　図６に示した半導体製造装置１では、図１に示した加熱装置３０を使用する場合と異なり、基板ホルダ１０に搭載された基板１００の周囲に加熱装置３０が配置されていない。このため、基板１００の成膜処理やエッチング処理、スパッタ処理などをチャンバー２０内で行うことが可能である。
　つまり、図６に示した半導体製造装置１では、基板１００の予備加熱工程と、予備加熱工程後の処理工程を連続して１つの製造装置で行うことができる。例えば、基板ホルダ１０をアノード電極として使用することで、半導体製造装置１をプラズマ成膜装置として使用可能である。
　図７に、図６に示した半導体製造装置１をプラズマＣＶＤ成膜装置として使用する構成例を示す。図７に示したプラズマＣＶＤ成膜装置による成膜処理の例を以下に説明する。
　基板１００の加熱処理の終了後に、チャンバー２０内のガスを排気して、チャンバー２０内を高真空にする。その後、基板１００に形成する薄膜の原料ガスがチャンバー２０内に導入され、チャンバー２０内が所定のガス圧に調整される。次いで、交流電源３００によって所定の交流電力が基板ホルダ１０と高周波電極３１０間に供給される。これにより、チャンバー２０内の原料ガスがプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１００を曝すことによってプラズマ中の励起種を基板１００の表面で反応させ、基板１００の表面に薄膜が形成される。その後、原料ガスを排気してチャンバー２０内を高真空にする。以上により、基板１００上に薄膜が形成される。
　例えば、図７に示した半導体製造装置１によって太陽電池の反射防止膜やパッシベーション膜を形成できる。例えば、太陽電池の反射防止膜を形成する場合には、屈折率が１．９～２．３、膜厚が７０～１００ｎｍ程度の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などを基板１００上に形成する。成膜時の基板温度は３００℃以上である。なお、加熱装置３０を、処理工程中の基板１００の温度を設定するために使用できる。
　他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
（第４の実施形態）
　上記では、基板ホルダ１０がボートタイプである場合を例示的に説明したが、基板ホルダ１０が、水平方向に延伸する搭載面に基板１００が搭載されるカートタイプの基板ホルダの場合にも本発明は適用可能である。図８に、基板ホルダ１０にカートタイプを使用した第４の実施形態に係る半導体製造装置１を示す。図８に示す半導体製造装置１では、基板ホルダ１０に複数の基板１００を水平に並べた状態で、基板ホルダ１０の上下に配置した加熱装置３０により基板１００を加熱する。加熱装置３０には、ランプヒータなどを採用可能である。
　図８に示すように、チャンバー２０内に配置された基板ホルダ搬送装置６０の周囲に、内部断熱材２４０が配置されている。内部断熱材２４０には、外部断熱材４０と同様の材料を使用可能である。即ち、内部断熱材２４０は、グラスファイバーやアルミナファイバーで編んだ布状の外装材２２によって、カーボンフェルト、石英ファイバー、アルミナファイバーなどの内部材２１を包んだ構造の無機材料からなる。
　内部断熱材２４０の表面に内部熱反射板を配置してもよく、この内部熱反射板に外部熱反射板５０と同様の材料を使用可能である。即ち、熱容量の小さいステンレスやアルミニウムの薄板材が内部熱反射板に使用される。
　図８に示した第４の実施形態に係る半導体製造装置１によれば、カートタイプの基板ホルダ１０を使用した場合に、チャンバー２０内の基板ホルダ１０以外の構成物への熱エネルギーの伝達が抑制され、高いエネルギー効率で基板ホルダ１０を加熱することができると共に、チャンバー２０内の構成物の損傷や劣化を防止できる。他は、既に説明した実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
（第５の実施形態）
　図６、図７に、ボートタイプの基板ホルダ１０の下部に接して加熱装置３０が配置されている例を示した。図９に示すように、基板ホルダ１０がカートタイプの基板ホルダの場合にも、基板ホルダ１０の下部に接して加熱装置３０を配置し、基板ホルダ１０を介して基板１００に熱を伝達させることにより、基板１００を所定の基板温度に設定することができる。その他の点については図７に示した第３の実施形態と同様であり、図９に示した第５の実施形態に係る半導体製造装置１のチャンバー２０の内壁は外部断熱材４０で覆われ、外部断熱材４０の表面に外部熱反射板５０が配置されている。図９に示した加熱装置３０は例えばシースヒータである。
　図９に示した半導体製造装置１では、基板ホルダ１０に搭載された基板１００の周囲に加熱装置３０が配置されていないため、基板１００の成膜処理やエッチング処理、スパッタ処理などをチャンバー２０内で行うことが可能である。つまり、基板１００の予備加熱工程と、予備加熱工程後の処理工程を連続して１つの製造装置で行うことができる。
　図９は、基板ホルダ１０をアノード電極として使用することで、半導体製造装置１をプラズマＣＶＤ成膜装置として構成した例を示している。つまり、図７を参照して説明した方法と同様にして、基板１００上に薄膜が形成される。即ち、基板１００の加熱処理の終了後に基板１００に形成する薄膜の原料ガスがチャンバー２０内に導入される。そして、交流電源３００によって所定の交流電力を基板ホルダ１０と高周波電極３１０間に供給して、チャンバー２０内の原料ガスをプラズマ化する。形成されたプラズマに基板１００を曝すことによってプラズマ中の励起種を基板１００の表面で反応させ、基板１００の表面に薄膜が形成される。
　以上に説明したように、第５の実施形態に係る半導体製造装置１によれば、カートタイプの基板ホルダ１０に複数の基板１００を水平に並べた状態で、基板ホルダ１０直下に配置した加熱装置３０により基板１００が高いエネルギー効率で加熱される。また、チャンバー２０の外側に取り付けられている部品の温度上昇が抑制されるため、それらの部品の熱劣化・損傷を防ぐことができる。更に、加熱処理後の基板１００を対象とする処理工程を半導体製造装置１により実施できる。他は、既に説明した実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
（第６の実施形態）
　図９に示した半導体製造装置１が複数の基板１００を同時に処理する半導体製造装置であるのに対して、図１０に示した第６の実施形態に係る半導体製造装置１は、基板１００を１枚ずつ処理する枚葉式の半導体製造装置である。その他の点については図９に示した第５の実施形態と同様であり、チャンバー２０の内壁は外部断熱材４０で覆われ、外部断熱材４０の表面に外部熱反射板５０が配置されている。図１０に示した加熱装置３０は例えばシースヒータである。
　図１０に示した半導体製造装置１においても、基板ホルダ１０に搭載された基板１００の周囲に加熱装置３０が配置されていないため、基板１００の成膜処理やエッチング処理、スパッタ処理などをチャンバー２０内で行うことが可能である。つまり、基板１００の予備加熱工程と、予備加熱工程後の処理工程を連続して１つの製造装置で行うことができる。
　したがって、例えば図１０に示すように基板ホルダ１０をプラズマＣＶＤ成膜装置のアノード電極として使用することにより、基板１００上に薄膜が形成される。即ち、基板１００の加熱処理の終了後に、交流電源３００によって所定の交流電力を基板ホルダ１０と高周波電極３１０間に供給して、チャンバー２０内に導入された原料ガスをプラズマ化する。形成されたプラズマに基板１００を曝すことによって、基板１００の表面に薄膜が形成される。
　以上に説明したように、第６の実施形態に係る半導体製造装置１によれば、基板ホルダ１０直下に配置した加熱装置３０によって、カートタイプの基板ホルダ１０に水平に搭載された１枚の基板１００が基板ホルダ１０を介して高いエネルギー効率で加熱される。また、チャンバー２０の外側に取り付けられている部品の温度上昇が抑制されるため、それらの部品の熱劣化・損傷を防ぐことができる。更に、加熱処理後の基板１００を対象とする処理工程を半導体製造装置１により実施できる。他は、既に説明した実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
（その他の実施形態）
　上記のように、本発明は第１乃至第６の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。
　例えば、第１乃至第３の実施形態の説明においてはチャンバー２０が円筒形状である場合について説明した。しかし、チャンバー２０が円筒形状以外の、例えば直方体形状であってもよい。
　このように、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。
　本発明の半導体製造装置は、基板を加熱処理する工程を含む半導体製造に利用可能である。

Claims (6)

  1. 　基板を搭載した基板ホルダを格納するチャンバーと、
    　前記チャンバーの内部に配置され、前記基板ホルダに搭載された前記基板を加熱する加熱装置と、
    　ファイバーで編んだ布状の外装材で内部材を包んだ構造の有機添加剤を含有していない無機材料からなり、前記チャンバーの内壁を覆って配置された外部断熱材と、
    　前記外部断熱材の前記加熱装置に対向する表面上に配置された外部熱反射板と
    　を備えることを特徴とする半導体製造装置。
  2. 　前記内部材がカーボンフェルト、石英ファイバー及びアルミナファイバーのいずれかからなり、前記外装材がグラスファイバー布及びアルミナファイバー布のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 　前記基板ホルダ及び前記加熱装置を囲んで前記チャンバー内に配置された内部断熱機構を更に備え、
    　ファイバーで編んだ布状の外装材で内部材を包んだ構造の有機添加剤を含有していない無機材料からなる内部断熱材が前記内部断熱機構の内壁を覆って配置され、且つ、内部熱反射板が前記内部断熱材の前記加熱装置に対向する表面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  4. 　前記基板ホルダが、前記基板を搭載する搭載面が垂直方向に延伸する主面にそれぞれ定義され、且つ互いに離間して平行に配置された複数の基板取り付け板を有するボートタイプであり、
    　前記加熱装置が前記基板取り付け板間に配置された複数のランプヒータであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  5. 　前記加熱装置が前記基板ホルダを加熱するシースヒータであり、前記基板ホルダを介して前記基板に熱を伝達させることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  6. 　前記基板ホルダが、水平方向に延伸する搭載面に前記基板を水平に搭載するカートタイプであり、
    　前記加熱装置が前記基板ホルダの上下に配置されたランプヒータであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
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