JP2003133233A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被処理基板面内の温度分布を解消し、基板に均
一な膜を再現性よく成膜し得る基板処理装置を提供す
る。 【解決手段】反応室９と、被処理基板１３を載置するサ
セプタ７と、ガス導入部２と、前記サセプタに埋設した
静電チャック用電極３０と、前記サセプタに対して対向
するヒータ３６と、前記サセプタを前記ヒータに対して
回転可能に支持する回転軸３８と、該回転軸内に設けら
れ前記ヒータを支持する固定軸４２と、前記回転軸に設
けられ電源４５と前記静電チャック用電極とを接続する
スリップリング４３とを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハ等
の基板に酸化膜、金属膜等を成膜して半導体装置を製造
する半導体製造装置、特に一枚ずつ成膜処理を行う枚葉
式ＣＶＤ装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】シリコンウェーハ等の基板に半導体集積
回路を形成し、半導体装置を製造する半導体製造装置の
１つに、低圧に保持された反応室に原料ガスを導入して
加熱された１枚の基板に所望の膜を生成する枚葉式ＣＶ
Ｄ装置がある。 【０００３】図５により従来の枚葉式ＣＶＤ装置の概略
を説明する。 【０００４】反応室９を画成する真空容器１の天井部に
はガス導入部２が形成され、該ガス導入部２に対向して
前記真空容器１の底部には加熱ステージ３が設けられて
いる。前記ガス導入部２の下面に多数のガス分散孔５が
穿設されたシャワープレート４が設けられ、又前記ガス
導入部２にはガス導入管６が連通している。 【０００５】前記加熱ステージ３の上面はサセプタ７と
なっており、該サセプタ７の下側にはヒータ８が設けら
れている。前記真空容器１の側面には基板搬入出用のゲ
ート弁１１が設けられ、前記真空容器１の底面には排気
口１２が設けられている。 【０００６】前記ゲート弁１１を介して搬入された基板
１３は前記サセプタ７に載置され、前記ヒータ８により
前記サセプタ７を介して加熱される。 【０００７】前記反応室９は低圧に保持され、前記ガス
導入管６から供給された原料ガスは前記ガス分散孔５に
より均等に分散され、前記反応室９に導入され、所要の
成膜処理がなされる。処理後のガスは前記排気口１２か
ら排気され、前記反応室９内は一定圧に保持される。 【０００８】処理が完了すると、原料ガスの導入が停止
され、前記反応室９が窒素ガス等の不活性ガスによりガ
スパージされた後、前記基板１３は前記ゲート弁１１か
ら搬出される。 【０００９】近年の半導体集積回路の微細化、高集積化
により、ウェーハに対して高い歩留りが要求されてい
る。更に低価格チップ製作の為、ウェーハ１枚から得ら
れるチップ数を増やす為に、ウェーハの大口径化が進ん
でいる。 【００１０】又、歩留り向上、ウェーハの大口径化に対
応する為には、成膜品質の一層の向上が不可欠である。 【００１１】上記した従来の基板処理装置では原料ガス
流れの斑、或はサセプタ７を介して基板１３を加熱する
際の加熱温度の不均一が避けられず、高い歩留り、ウェ
ーハの大口径化に対応できない。 【００１２】そこで特開２０００−２８６３２８公報に
於いて、ウェーハ面内の処理の均一性を高める為の基板
処理装置が示されている。 【００１３】特開２０００−２８６３２８公報に開示さ
れた基板処理装置を図６により略述する。 【００１４】図６中、図５中で示したものと同等のもの
には同符号を付し、説明を省略する。 【００１５】真空容器１の内壁にトレー支持部１５が設
けられ、該トレー支持部１５にリング部１６が載置さ
れ、該リング部１６には円周３等分した位置に逆Ｌ字状
のウェーハ支持部１７が設けられ、該ウェーハ支持部１
７に基板１３が載置される。 【００１６】前記真空容器１の底部は円形の開口部１８
が設けられ、該開口部１８の周囲に上方に突出する内円
筒部１９が設けられ、該内円筒部１９には外円筒部２１
が外嵌し、該外円筒部２１の上端にサセプタ７が設けら
れている。該サセプタ７の上面には段差部７ａが形成さ
れ、該段差部７ａが前記リング部１６に嵌脱自在となっ
ている。前記段差部７ａの周縁部には前記ウェーハ支持
部１７の水平部分が嵌合する凹部７ｂが凹設されてい
る。 【００１７】前記開口部１８は石英製の透過窓２２によ
り閉塞され、該透過窓２２の中央には下方に筒状部２３
が突設されている。前記サセプタ７の下面中央より鉛直
に垂設されたシャフト２４は前記筒状部２３を貫通し、
前記シャフト２４の下端は駆動部２５に連結されてい
る。該駆動部２５は前記シャフト２４を介して前記サセ
プタ７を回転且つ昇降可能としている。 【００１８】前記透過窓２２の下方に、前記筒状部２３
の周囲にドーナッツ状にランプが配設された加熱部２６
が設けられ、前記透過窓２２を透して輻射熱により前記
サセプタ７を加熱する様になっている。 【００１９】図６は前記サセプタ７が降下した状態を示
している。 【００２０】図示しない搬送装置により前記ウェーハ支
持部１７に前記基板１３が載置され、前記駆動部２５に
より前記サセプタ７が上昇され、前記段差部７ａが前記
リング部１６に嵌入し、前記基板１３が前記サセプタ７
上に載置される。更に、前記駆動部２５により前記サセ
プタ７が回転される。 【００２１】前記加熱部２６により前記透過窓２２を透
して前記サセプタ７が加熱され、該サセプタ７によって
前記基板１３が加熱される。前記ガス導入管６より原料
ガスが導入され、前記基板１３上に成膜処理がなされ
る。成膜処理が完了すると、前記サセプタ７が降下さ
れ、処理済の基板１３が搬出される。 【００２２】 【発明が解決しようとする課題】図６で示される基板処
理装置では、処理中の基板１３がサセプタ７を介して回
転され、成膜品質の均一化が図られている。然し乍ら、
図６の基板処理装置では加熱部２６が前記透過窓２２の
下方にあり前記サセプタ７とは離れ、基板１３を加熱す
る状態では最も離れており、加熱効率が悪い。又前記加
熱部２６はドーナツ状であり、熱輻射で中央部の熱密度
が低くなっている。更に、前記サセプタ７の下部にはシ
ャフト２４が設けられており、該シャフト２４が熱輻射
の影となってしまう。この為、前記サセプタ７を均一に
加熱することが難しく、基板１３面内の温度分布が生じ
易いという問題があった。 【００２３】本発明は斯かる実情に鑑み、被処理基板面
内の温度分布を解消し、基板に均一な膜を再現性よく成
膜し得る基板処理装置を提供するものである。 【００２４】 【課題を解決する為の手段】本発明は、反応室と、被処
理基板を載置するサセプタと、ガス導入部と、前記サセ
プタに埋設した静電チャック用電極と、前記サセプタに
対して対向するヒータと、前記サセプタを前記ヒータに
対して回転可能に支持する回転軸と、該回転軸内に設け
られ前記ヒータを支持する固定軸と、前記回転軸に設け
られ電源と前記静電チャック用電極とを接続するスリッ
プリングとを具備した基板処理装置に係るものである。 【００２５】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。 【００２６】図１により第１の実施の形態について説明
する。図１中、図６中で示したものと同一のものには同
符号を付し、その説明を省略する。 【００２７】真空容器１の内部は反応室９と該反応室９
の下側に連続する加熱ステージ収納部２８が形成され、
該加熱ステージ収納部２８と前記反応室９間を昇降可能
に加熱ステージ３が設けられている。前記加熱ステージ
収納部２８は前記加熱ステージ３より若干大径となって
おり、前記反応室９は前記加熱ステージ収納部２８より
更に大径であり、前記反応室９に前記加熱ステージ３が
収納された状態では、前記加熱ステージ収納部２８の周
囲に排気ダクトとなる空間が形成される様になってい
る。 【００２８】前記真空容器１の側壁には前記反応室９に
連通する排気口２９が設けられ、又前記加熱ステージ収
納部２８に連通する基板搬送口３１が設けられ、該基板
搬送口３１は気密構造のゲート弁１１によって開閉され
る。前記排気口２９には図示しない排気ラインが接続さ
れ、該排気ラインは圧力調整バルブ、真空ポンプが設け
られ、前記反応室９を所定の圧力に調整できる様になっ
ている。 【００２９】前記真空容器１の上部にはガス導入部２が
設けられている。 【００３０】該ガス導入部２は多数のガス分散孔５が穿
設されたシャワープレート４、上蓋３３、多孔板である
分散板３４、ガス導入管６から構成され、前記シャワー
プレート４は前記真空容器１の天井の一部をなし、前記
上蓋３３との間にガス溜３２を形成し、前記分散板３４
は前記ガス溜３２を上下に仕切り、前記ガス導入管６は
前記分散板３４で仕切られた上部の空間に連通してい
る。 【００３１】前記加熱ステージ３は有底円柱状の容器で
ある加熱部ケース３５と該加熱部ケース３５上端部を閉
塞する円盤状のサセプタ７により中空体に形成され、内
部には該サセプタ７と対向して設けられた円盤状のヒー
タ３６及び該ヒータ３６を下側から囲繞する反射板３７
が収納されている。 【００３２】前記加熱部ケース３５の底部中心には中空
の回転軸３８が連通し、該回転軸３８は前記真空容器１
の底部を遊貫して下方に延出しており、下端は回転軸受
３９を介して固定端板４１により気密に閉塞されてい
る。前記回転軸３８内には同心に中空の固定軸４２が設
けられ、該固定軸４２の上端は前記ヒータ３６に連結さ
れ、下端は前記固定端板４１に連結されている。前記回
転軸３８と前記固定軸４２との間にはスリップリング４
３が設けられている。 【００３３】前記反射板３７は前記加熱部ケース３５の
底部、側壁部が前記ヒータ３６によって加熱され、温度
が必要以上に上昇するのを防ぐ為に遮熱している。 【００３４】前記サセプタ７は数mm〜１０mm程度の厚さ
の耐熱性で且つ誘電体であるセラミックから形成されて
おり、前記反応室９内に流すガスの種類に対応して、そ
の表面を保護する為にコーティングが施されている。
尚、コーティングは前記サセプタ７の熱輻射率を変える
為に行っても良い。その際には、基板１３が載置される
部分と載置されない部分で熱輻射率を異なる値にする必
要がある。通常は基板１３を載置しない周縁部表側の熱
輻射率を下げ、放熱量を少なくすることで、前記サセプ
タ７の周縁部の温度を中心より高くする。 【００３５】該サセプタ７内には複数の静電チャック用
の電極３０ａ、電極３０ｂを埋込んである。該電極３０
ａ及び電極３０ｂは前記サセプタ７を構成する誘電体
（セラミック）によって電気的に絶縁した状態にあり、
前記電極３０ａ及び電極３０ｂは配線４４ａ、４４ｂを
介してそれぞれ前記スリップリング４３の回転側に接続
され、該スリップリング４３の固定側は静電チャック用
の電源４５に接続されている。 【００３６】而して、該電源４５により前記電極３０ａ
と電極３０ｂの間に所定の電圧が印加される様になって
いる。前記電極３０ａと電極３０ｂの間に電圧が印加さ
れると、電荷がチャージされ、静電気力により前記サセ
プタ７の上面に基板１３を吸着することができる。該基
板１３を前記サセプタ７に静電気力により吸着すれば、
反った基板１３であっても、基板１３は前記サセプタ７
の表面に倣い矯正され、前記基板１３と前記サセプタ７
との間隙を強制的に均一にすることができる。 【００３７】前記ヒータ３６は円盤状であり、前記サセ
プタ７の下側に該サセプタ７と略平行に、１〜３０mmの
間隙を明けて設けられている。前記ヒータ３６は厚さ数
mm程度で、同心円状に複数のゾーン３６ａ、３６ｂに分
割されている（図示では便宜的に２分割で示してい
る）。 【００３８】各ゾーン３６ａ、３６ｂには、前記固定軸
４２内に配した配線５０ａ，５０ｂを介して電源５０に
それぞれ接続されて、又前記サセプタ７の前記ゾーン３
６ａ、３６ｂに対応した部分の温度を検出する熱電対等
の温度検出器４６ａ，４６ｂが前記サセプタ７に設けら
れ、前記温度検出器４６ａ，４６ｂに接続された配線
（図示せず）は前記固定軸４２の内部を通って加熱制御
部に（図示せず）に接続されている。 【００３９】前記電源５０は図示しない加熱制御部に接
続され、前記温度検出器４６ａ，４６ｂからの温度検出
信号に基づき前記温度検出器４６ａ，４６ｂの検出温度
が所定の値になる様に、前記ゾーン３６ａ、３６ｂの各
ゾーン毎に独立して発熱量を制御する様になっている。
前記ヒータ３６から前記サセプタ７へは、輻射とガスの
伝導によって熱が伝達される。 【００４０】前記ヒータ３６と前記サセプタ７の間隙を
小さくする程、又、前記加熱ステージ３内の圧力を高く
する程、ガスの伝導による伝熱量が多くなる。但し、前
記ヒータ３６と前記サセプタ７の間隙を小さくし過ぎる
と、間隙が少し変っただけで伝熱量が大きく変化するの
で、少なくとも間隙は１mm以上にする方が望ましい。一
方、前記ヒータ３６と前記サセプタ７の間隔を広くし過
ぎた場合、該サセプタ７周囲の温度を上げる為に外側の
ゾーン３６ｂの発熱量を増加させると、該ゾーン３６ｂ
からの熱輻射により前記サセプタ７の中心部にも熱が伝
わり、ゾーンコントロールが難しくなり、適切な温度分
布が得られない。従って、前記ヒータ３６と前記サセプ
タ７の間隙は最大でも３０mm程度が望ましい。 【００４１】前記回転軸３８の延出部には回転軸受４７
を介してフランジ４８が気密に嵌合し、該フランジ４８
と前記真空容器１の底面間には伸縮可能なベローズ４９
が設けられ、前記回転軸３８の貫通部を気密にシールし
ている。 【００４２】又、前記フランジ４８は図示しない昇降機
構部と連結され昇降可能となっており、前記回転軸３８
は前記フランジ４８と一体に昇降する回転機構部に連結
され回転可能となっている。而して、前記加熱ステージ
３は昇降可能であると共に回転可能となっている。 【００４３】前記固定軸４２の内部は下端側で図示しな
い不活性ガス供給源と連通されており、該固定軸４２の
所要位置、図示では下部と上部にパージガス孔５１が穿
設されており、前記加熱ステージ３の内部に前記パージ
ガス孔５１を通して不活性ガスが導入され、前記反応室
９よりも少し高い圧力となる様に制御されている。前記
加熱ステージ３の内部を前記反応室９より少し高い圧力
に保持することによって、該反応室９に導入した原料ガ
スが前記加熱ステージ３の内部に入込まない様にしてい
る。 【００４４】又、前記フランジ４８を介して前記ベロー
ズ４９の内部も図示しない不活性ガス供給源と接続され
ており、前記回転軸３８の貫通部の隙間からも前記反応
室９に不活性ガスが導入され、特に前記反応室９の下半
分の壁面に不要な膜が堆積しない様にしている。 【００４５】前記加熱部ケース３５に上下方向に移動自
在な突上げピン５２が下方に付勢されて設けられ、該突
上げピン５２の上端部は前記反射板３７、ヒータ３６、
サセプタ７を遊貫し、該サセプタ７の上面より突出可能
となっている。前記突上げピン５２は少なくとも３箇所
に設けられ、前記サセプタ７上に載置される基板１３を
支持可能となっている。又、前記突上げピン５２の下部
は前記加熱部ケース３５の底部を貫通すると共に更に下
方に突出しており、下部にはフランジ５３が形成され、
該フランジ５３は前記加熱ステージ３が前記真空容器１
の底部から離反した状態で下方へ抜けない様前記突上げ
ピン５２の下方へのストッパとなっており、前記フラン
ジ５３が前記加熱部ケース３５の底部に当接した状態で
は前記突上げピン５２の上端が前記サセプタ７の上面よ
り突出しない位置となっている。又、前記フランジ５３
は下部貫通部の隙間を閉塞する機能を有し、前記加熱ス
テージ３の内部から反応室９にパージガスが漏れるのを
低減する役割を担っている。 【００４６】次に、前記基板１３の処理手順について説
明する。 【００４７】先ず、該基板１３を前記反応室９に搬入す
る前に前記加熱ステージ３を上昇させ、図１に示す成膜
処理位置とし、前記ヒータ３６を発熱させ、前記サセプ
タ７が所定の温度になる様に加熱しておく。同時に前記
反応室９内の圧力が成膜処理時と略同一になる様に、前
記ガス導入管６からＮ2 等の不活性ガスを導入し、前記
分散板３４とシャワープレート４を介して前記反応室９
内に不活性ガスを均等に供給する。 【００４８】図示しない昇降機構により前記フランジ４
８、回転軸３８を介して前記加熱ステージ３を前記加熱
ステージ収納部２８に降下させる（図２参照）。この状
態では、前記サセプタ７の上面が前記基板搬送口３１の
下側に位置する。前記突上げピン５２の下端は前記加熱
ステージ収納部２８の底面に当接し、更に押上げられ、
前記突上げピン５２上端は前記基板搬送口３１の中間の
位置となっている。 【００４９】図示しない搬送治具に載置された基板１３
が前記基板搬送口３１を通して搬入され、前記突上げピ
ン５２の上端に載置される。搬送治具が退避した後、前
記加熱ステージ３が成膜処理位置迄上昇される。該加熱
ステージ３の上昇によって、前記突上げピン５２が下が
り、前記基板１３が前記サセプタ７上に載置される。 【００５０】前記電源４５を投入して、静電チャック用
の前記電極３０ａ、電極３０ｂ間に前記スリップリング
４３を介して所定の電圧を印加して、前記基板１３を静
電吸着する。該基板１３は高温に保持された前記サセプ
タ７により加熱される。前記基板１３が所定の温度にな
ったら、図示しない回転機構で前記回転軸３８を所定の
回転数で回転させながら、不活性ガスに代わって原料ガ
スが上部のガス導入管６から導入される。原料ガスは前
記分散板３４、シャワープレート４により均一化され、
前記基板１３に対して吹付けられる様に供給される。 【００５１】該基板１３が前記サセプタ７に静電吸着さ
れることで、反りがある基板１３も強制的に前記サセプ
タ７に密着され、前記基板１３と前記サセプタ７間の間
隙が均等になり、該サセプタ７から前記基板１３への伝
熱量を該基板１３面内で均一にすることができる。更
に、前記加熱ステージ３、即ち前記サセプタ７を介して
前記基板１３は回転され、前記ヒータ３６に対する基板
１３の位置を刻一刻と変化させながら加熱を行うことが
できるので、該基板１３の温度均一性並びに温度再現性
が向上できる。 【００５２】前記シャワープレート４から流入した原料
ガスは、前記基板１３に吹付けられて方向を変え、該基
板１３と略平行に流れた後、前記排気口２９から排気さ
れる。図示しない圧力調整バルブにより、前記反応室９
内の圧力が所定の値になる様に調整され、原料ガス（シ
リコン含有ガス）の分圧が所定値となる様に流量が調整
される。所望の厚さの膜が堆積すると、原料ガスの導入
を停止し、再び前記ガス導入部２より不活性ガスが導入
される。前記反応室９が不活性ガスに置換された後、前
記加熱ステージ３が降下され、搬入と反対の手順で前記
基板１３が前記基板搬送口３１から搬出される。該基板
１３への成膜終了後には、毎回或は適当な周期でエッチ
ング性のガスを供給して、前記反応室９の壁面、特に反
射板３７の表面に堆積した不要な膜を除去する。 【００５３】尚、上記第１の実施の形態では、前記パー
ジガス孔５１を前記固定軸４２の軸心方向に沿って複数
箇所（図中では上下２箇所）設けたが、前記回転軸３８
内のガスパージを確実に行う為、下部の前記スリップリ
ング４３近傍のみに設けてもよい。 【００５４】図３は第２の実施の形態を示している。 【００５５】前記固定軸４２のスリップリング４３が設
けられている位置よりも上方の位置で中空部を閉塞し、
前記固定軸４２の閉塞した位置の下側に連通するパージ
ガスノズル５４を設ける。該パージガスノズル５４は下
方に向け屈曲され、下端は前記スリップリング４３の上
面近傍に位置している。パージガスは前記パージガスノ
ズル５４より前記スリップリング４３の上面付近に吹出
され、下流側の加熱ステージ３に流れる。従って、確実
且つ効率的にガスパージを行うことができる。 【００５６】尚、上記した実施の形態では、前記スリッ
プリング４３の位置は前記回転軸３８と前記固定軸４２
との間に設けられたが、図４に示される様にスリップリ
ング４３は前記回転軸３８の下端部（図示では前記フラ
ンジ４８より下方に延出する部分）に外嵌する様に設け
られてもよい。 【００５７】 【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、反応室
と、被処理基板を載置するサセプタと、ガス導入部と、
前記サセプタに埋設した静電チャック用電極と、前記サ
セプタに対して対向するヒータと、前記サセプタを前記
ヒータに対して回転可能に支持する回転軸と、該回転軸
内に設けられ前記ヒータを支持する固定軸と、前記回転
軸に設けられ電源と前記静電チャック用電極とを接続す
るスリップリングとを具備しているので、サセプタを介
してヒータに加熱される被処理基板は、ヒータに対して
相対回転し、ヒータによる加熱が均等化し、又被処理基
板は静電チャックによりサセプタに密着され、基板全面
で熱伝達が均一となり、基板面内での成膜均一性が向上
し、又基板毎の再現性が向上し、歩留りの向上、製品品
質の安定が図れる等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。 【図２】同前実施の形態の作動説明図である。 【図３】本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。 【図４】本発明の第３の実施の形態を示す要部説明図で
ある。 【図５】従来例の基板処理装置の概略図である。 【図６】他の従来例の断面図である。 【符号の説明】 １ 真空容器 ２ ガス導入部 ３ 加熱ステージ ４ シャワープレート ７ サセプタ ９ 反応室 １３ 基板 ３０ 電極 ３６ ヒータ ３８ 回転軸 ４２ 固定軸 ４３ スリップリング ４５ 電源 ５０ 電源 ５１ パージガス孔 ５２ 突上げピン

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 智司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 GA02 GA06 KA24 5F031 CA02 FA01 FA07 HA02 HA16 HA33 HA37 HA58 HA59 JA01 JA21 JA51 MA28 NA04 NA05 NA20 PA18 PA30 5F045 AA06 BB02 DP03 DQ05 EK07 EM05 EM10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 反応室と、被処理基板を載置するサセプ
   タと、ガス導入部と、前記サセプタに埋設した静電チャ
   ック用電極と、前記サセプタに対して対向するヒータ
   と、前記サセプタを前記ヒータに対して回転可能に支持
   する回転軸と、該回転軸内に設けられ前記ヒータを支持
   する固定軸と、前記回転軸に設けられ電源と前記静電チ
   ャック用電極とを接続するスリップリングとを具備した
   ことを特徴とする基板処理装置。