【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体装置の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜や金属膜を形成するのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造方法においては、ウエハに酸化膜や金属膜を形成するのに、枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という。）が使用される場合がある。従来のこの種の枚葉式ＣＶＤ装置として、被処理基板としてのウエハを処理する処理室と、この処理室においてウエハを一枚ずつ保持するサセプタと、サセプタに保持されたウエハを加熱する加熱ユニットと、ウエハをサセプタに受け渡すウエハ受渡し手段としてのリフトピンと、サセプタに保持されたウエハに処理ガスを供給するガスヘッドと、処理室を排気する排気口とを備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１２７２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した枚葉式ＣＶＤにおいては、ウエハに処理を施す処理空間の容積が必要以上に増加するために、次の問題点がある。ウエハの処理空間が大きいと、処理時における処理空間の圧力を調整する時間が長くなり、スループットの低下の原因になる。ウエハの処理空間が大きいと、加熱ヒータの熱エネルギを奪ったり、汚染物質を滞在させたりすることにより、サセプタの温度が不均一になったり、ウエハが汚染されたりする。
【０００５】
本発明の目的は、処理空間の容積を減少させることができる基板処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、処理室と、基板が載置されるサセプタと、前記サセプタに載置された基板を加熱する加熱ユニットと、前記処理室の一部と協働して処理空間を形成する処理空間形成部材と、前記基板を前記サセプタに対して受け渡す基板受渡し手段と、前記加熱ユニットと前記処理空間形成部材とを移動させる移動手段と、前記処理空間形成部材と前記移動手段とを接続する伸縮部材とを備えており、
前記基板が前記処理室に搬入されて前記基板受渡し手段に載置された後に、前記加熱ユニットと処理空間形成部材とが前記移動手段によって移動されて、前記処理空間形成部材が前記処理室の一部と協働して処理空間を形成し、さらに、前記加熱ユニットと前記処理空間形成部材とが前記移動手段によって移動されて前記伸縮部材が短縮され、前記基板が前記基板受渡し手段によって前記加熱ユニットに対して相対的に移動されて前記サセプタに受け渡されることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段によれば、処理空間形成部材が処理室の一部と協働して処理空間を形成することにより、処理空間の容積を減少させることができるので、処理時における処理空間の圧力を調整する時間を短縮することができ、処理空間が加熱ヒータの熱エネルギを奪ったり、汚染物質を滞在させたりするのを抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
図１は本発明に係る基板処理装置の一部である処理炉に相当する枚葉式ＣＶＤ装置（枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置）１０を示している。図１に示された枚葉式ＣＶＤ装置１０は被処理基板としてのウエハ（半導体ウエハ）１を処理する処理室１１を形成した筐体１２を備えており、筐体１２は下側カップ１３と上側カップ１４とボトムキャップ１５とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。筐体１２の下側カップ１３の円筒壁の中間部にはゲートバルブ１７によって開閉されるウエハ搬入搬出口１６が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口１６は被処理基板であるウエハ１を処理室１１に図示しないウエハ移載装置（ｗａｆｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ）によって搬入搬出し得るように形成されている。下側カップ１３のウエハ搬入搬出口１６と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に流体的に接続された排気口１８が処理室１１に連通するように開設されており、排気口１８は排気装置によって排気されるようになっている。
【００１０】
筐体１２の上側カップ１４には処理ガスを供給するガスヘッド２０が一体的に組み込まれている。すなわち、上側カップ１４の天井壁にはガス導入管２１が挿入されており、各ガス導入管２１には原料ガスやパージガス等の処理ガスを導入するガス供給装置（図示せず）が流体的に接続されている。上側カップ１４と下側カップ１３との合わせ面には円板形状に形成されたガス吹出プレート（以下、プレートという。）２２がガス導入管２１から間隔を置いて水平に固定されており、プレート２２には複数個のガス吹出口（以下、吹出口という。）２３が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。上側カップ１４の内側面とプレート２２の上面とが画成する内側空間によってガス溜め２４が形成されており、ガス溜め２４はガス導入管２１に導入された処理ガスを全体的に均等に拡散させて各吹出口２３から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。
【００１１】
図３に詳示されているように、筐体１２のボトムキャップ１５の中心には挿通孔２５が円形に開設されており、挿通孔２５の中心線上には後記する昇降駆動装置４５によって昇降される円筒形状の支持軸２６が処理室１１に下方から挿通されている。支持軸２６の上端には加熱ユニット２７が同心に配されて水平に固定されている。加熱ユニット２７は円板形状に形成された支持板２８を備えており、支持板２８は支持軸２６の上端開口に同心円に固定されている。支持板２８の上側には反射板２９が水平に敷設されており、反射板２９の上側には円板形状に形成されたヒータ３０が水平に敷設されている。ヒータ３０は炭化シリコンや窒化アルミニウム等のセラミックヒータによって構成されており、ヒータ３０に対する電気配線３０ａは支持軸２６の中空部内を挿通されて外部に引き出されている。
【００１２】
ボトムキャップ１５の挿通孔２５の支持軸２６の外側には、支持軸２６よりも大径の円筒形状に形成された回転軸３１が同心円に配置されて処理室１１に下方から挿通されており、回転軸３１は昇降駆動装置４５によって支持軸２６と共に昇降されるようになっている。回転軸３１の上端には回転ドラム３２が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム３２は回転軸３１によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム３２はドーナツ形の平板に形成された回転板３３と、円筒形状に形成された回転筒３４とを備えており、回転板３３の内周縁辺部が円筒形状の回転軸３１の上端開口に固定されて、回転板３３の上面の外周縁辺部に回転筒３４が同心円に固定されている。回転ドラム３２の回転筒３４の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ３５が回転筒３４の上端開口を閉塞するように被せられている。
【００１３】
図３に詳しく示されているように、回転ドラム３２には基板受渡し手段としてのウエハ昇降装置３６が設置されている。ウエハ昇降装置３６は回転板３３に回転筒３４と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された複数本のガイド孔３７にそれぞれ摺動自在に嵌入されている複数本のリフトピン（以下、回転側ピンという。）３８と、支持板２８に支持軸２６と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された複数本のガイド孔３９にそれぞれ摺動自在に嵌入されている複数本のリフトピン（以下、ヒータ側ピンという。）４０とを備えている。各回転側ピン３８の下端は後記するカップ５４の底面に離着座自在に対向されており、各回転側ピン３８の長さは各ヒータ側ピン４０を水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウエハ１のサセプタ３５の上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各ヒータ側ピン４０は石英（ＳｉＯ２ ）によって形成されており、各ヒータ側ピン４０の上端部はヒータ３０の挿通孔４１およびサセプタ３５の挿通孔４２を下から挿通し得るように構成されている。各ヒータ側ピン４０の長さはサセプタ３５に載置されたウエハ１を水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、各ヒータ側ピン４０の長さは支持板２８に着座した状態において、その上端がサセプタ３５の挿通孔４２に挿入しないように設定されている。つまり、各ヒータ側ピン４０は回転ドラム３２の回転時にサセプタ３５に干渉しないようになっている。各ヒータ側ピン４０の下端は各回転側ピン３８の上面に回転ドラム３２の回転時に回転側ピン３８に干渉しないように適度のエアギャップを置いて対向されている。
【００１４】
図１および図２に示されているように、筐体１２は機台４３の上方に配置されており、支柱４４によって水平に支持されている。機台４３の上には昇降台４６を昇降させる移動手段としての昇降駆動装置４５が設置されており、昇降駆動装置４５はモータ駆動式ねじジャッキ等によって構成されている。昇降台４６の上にはブラシレスＤＣモータ等によって構成されたサセプタ回転装置４７が設置されており、サセプタ回転装置４７の出力軸（モータ軸）が中空軸に形成されて回転軸３１として構成されている。サセプタ回転装置４７と筐体１２との間には、伸縮部材としてのベローズ４８が回転軸３１の外側を気密封止するように介設されている。
【００１５】
ベローズ４８の内側には昇降筒５０が同心円に配置されており、昇降筒５０の下端は昇降台４６の上に固定されている。昇降筒５０の上端は挿通孔２５から処理室１１に挿入されており、昇降筒５０の上端には支持板５１が水平に固定されている。支持板５１の上面には伸縮部材としてのベローズ５２の下端が固定されており、ベローズ５２の上端には処理空間形成部材としての処理空間形成カップ（以下、カップという。）５４が水平に配置されて固定されている。ベローズ５２は高モリブデン（Ｍｏ）含有のニッケル（Ｎｉ）合金等の耐蝕性を有する板ばね材が使用されて、カップ５４をフローティング支持し得るように構成されている。支持板５１とカップ５４との間にはカップ５４の垂直な昇降を案内するガイド５３が介設されている。カップ５４は上面が開口し下面が閉塞した短尺の円筒形状に形成されており、その外径は処理室１１の内径よりも若干小さめに設定されている。カップ５４の上端面には耐熱性を有するシールリング５５が敷設されており、カップ５４の底面には断面Ｌ字形の円筒形状のリフレクタリング５６が内周面に沿うように配置されて固定されている。ベローズ５２と回転軸３１との間には排気管５７が垂直方向に敷設されており、排気管５７の下端部はベローズ５２の下端部において外部に引き出されて、排気装置（図示せず）が接続される排気ポート５８を形成されている。
【００１６】
処理室１１の上端部にはカップ５４と協働して小容積の処理空間を形成するためのカバー６０が水平に固定されている。カバー６０は処理室１１の内径よりも若干小さめの円形リング形状に形成されて処理室１１に同心円に据え付けられた本体部６１と、本体部６１の上端面に内向きに直角に突設された円形リング形状のフランジ部６２と、フランジ部６２の内側端部に直角に垂下された円筒形状のリフレクタリング部６３とを備えており、リフレクタリング部６３はカップ５４側のリフレクタリング５６と内側において対向するように構成されている。リフレクタリング５６およびカバー６０は高モリブデン含有のニッケル合金等の耐蝕性を有する材料によって製作されている。また、カバー６０の本体部６１の下面にはカップ５４のシールリング５５が密着するように構成されており、カップ５４とカバー６０とによって画成される小容積の処理空間６４はこのシールリング５５によって気密封止されるようになっている。
【００１７】
次に、以上の構成に係る枚葉式ＣＶＤ装置の作用を、半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。
【００１８】
図１に示されているように、ウエハ１の搬出搬入に際しては、昇降台４６が昇降駆動装置４５によって下限位置に下降され、カップ５４の上端面がウエハ搬入搬出口１６に対向される。この際、ウエハ昇降装置３６の回転側ピン３８の下端がカップ５４の底面に着座してヒータ側ピン４０を突き上げるので、ヒータ側ピン４０の上端部はヒータ３０の挿通孔４１およびサセプタ３５の挿通孔４２を挿通して、サセプタ３５の上面から突き出た状態になる。この状態で、ウエハ１がウエハ移載装置によってウエハ搬入搬出口１６から搬入されて、複数本のヒータ側ピン４０の上に受け渡される。ウエハ１がヒータ側ピン４０の上に移載されると、ウエハ搬入搬出口１６がゲートバルブ１７によって閉じられる。
【００１９】
ウエハ搬入搬出口１６が閉じられると、図２に示されているように、カップ５４、回転ドラム３２および加熱ユニット２７が処理室１１に対して昇降筒５０、回転軸３１および支持軸２６を介して昇降台４６によって上昇され、カップ５４の上端面がカバー６０の下面に突合される。この状態において、カバー６０の本体部６１の下面にはカップ５４のシールリング５５が密着するので、カップ５４とカバー６０とによって画成される処理空間６４はこのシールリング５５によって気密封止された状態になる。この段階（ステップ）においては、回転側ピン３８がカップ５４の底面に突合して、ヒータ側ピン４０を突き上げた状態になっているために、ヒータ側ピン４０に支持されたウエハ１はサセプタ３５の上面から浮き上げられた状態になっている。
【００２０】
カップ５４がカバー６０の下面に突き当たった後に昇降台４６が上昇されると、図３に示されているように、ベローズ５２がガイド５３を案内にして垂直に短縮（圧縮変形）されることにより、回転ドラム３２および加熱ヒータ２７がカップ５４から離れるように上昇するために、回転側ピン３８がカップ５４の底面から離座する。回転側ピン３８がカップ５４の底面から離座すると、ヒータ側ピン４０は支えを失って相対的に下降するので、ヒータ側ピン４０はサセプタ３５の下方に引き込まれた状態になる。このため、図３に示されているように、ウエハ１はサセプタ３５の上に受け渡されて移載された状態になる。ベローズ５２が短縮される際にはパーティクルが発生する懸念があるので、ベローズ５２の内部空間は排気管５７によって排気される。
【００２１】
カップ５４とカバー６０とによって画成された処理空間６４は、排気口１８に接続された排気装置によって予め設定された所定の圧力に排気される。このカップ５４とカバー６０とによって画成された処理空間６４の容積は処理室１１の全容積に比べて遥かに小さい（例えば、１／８以下）ために、処理空間６４を所定の圧力に排気するのに必要な時間は処理室１１の全容積を排気する場合に比べて遥かに短くなる。
【００２２】
続いて、回転ドラム３２が回転軸３１を介してサセプタ回転装置４７によって回転される。回転ドラム３２の回転中には、回転側ピン３８はカップ５４の底面から離座し、ヒータ側ピン４０はサセプタ３５から抜け出ているので、回転ドラム３２の回転がウエハ昇降装置３６に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット２７は停止状態を維持することができる。すなわち、ウエハ昇降装置３６においては、回転側ピン３８が回転ドラム３２と共に回転し、ヒータ側ピン４０が加熱ユニット２７と共に停止した状態になっている。
【００２３】
排気口１８の排気流量および回転ドラム３２の回転作動が安定した時点で、処理ガスがガス導入管２１に導入される。ガス導入管２１に導入された処理ガスはガス溜め２４に作用する排気口１８の排気力によってガス溜め２４に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、プレート２２の各吹出口２３からそれぞれが略均等な流れになって、ウエハ１に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口２３群からシャワー状に吹き出した処理ガスは排気口１８に吸い込まれて排気されて行く。
【００２４】
この際、回転ドラム３２に支持されたサセプタ３５の上のウエハ１は回転しているため、吹出口２３群からシャワー状に吹き出した処理ガスはウエハ１の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガスがウエハ１の全面にわたって均等に接触するため、ウエハ１に処理ガスによって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ１の全面にわたって均一になる。
【００２５】
また、加熱ユニット２７は支持軸２６に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム３２によって回転されながら加熱ユニット２７によって加熱されるウエハ１の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウエハ１の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウエハ１に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ１の全面にわたって均一に制御される。
【００２６】
予め設定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転装置４７の運転が停止される。サセプタ回転装置４７の運転が停止されると、昇降台４６が昇降駆動装置４５によって下降される。図２で参照されるように、下降の初期においては、ベローズ５２がそれ自身の弾性力によって伸長することにより、回転ドラム３２および加熱ヒータ２７がカップ５４に相対的に下降するために、回転側ピン３８がカップ５４の底面に着座する。回転側ピン３８がカップ５４の底面に着座すると、ヒータ側ピン４０は突き上げられるために、ウエハ１をサセプタ３５の上面から浮き上げる。ベローズ５２が弾性的に伸長する際にはパーティクルが発生する懸念があるので、ベローズ５２の内部空間は排気管５７によって排気される。
【００２７】
図１で参照されるように、ベローズ５２が所定の長さに伸長された後も、昇降台４６はカップ５４の上端面がウエハ搬入搬出口１６に対向する元の下限位置まで下降される。カップ５４が元の位置に下降されると、ヒータ側ピン４０によってサセプタ３５から浮き上げられたウエハ１は、ウエハ移載装置によってウエハ搬入搬出口１６から搬出される。
【００２８】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、ウエハ１にＣＶＤ膜が枚葉式ＣＶＤ装置１０によって枚葉処理されて行く。
【００２９】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３０】
１） 処理室の一部であるカバーと協働して処理空間を形成するカップを設置することにより、処理空間の容積を減少させることができるので、処理空間を所定の圧力に維持するための排気時間や処理空間をパージガスによって置換する時間を短縮させて枚葉式ＣＶＤ装置のスループットを向上させることができ、また、汚染物質が滞在する空間を小さく抑制して、ウエハの汚染を抑制することができ、さらに、処理空間が加熱ヒータの熱エネルギを奪うのを抑制して加熱効率を向上させることができる。
【００３１】
２） 処理空間を減少させて処理空間の壁部材を形成するカバーおよびカップを加熱ヒータに接近させることにより、カバーおよびカップを加熱ヒータによって昇温させることができるので、副生成物がカバーおよびカップに付着するのを防止することができる。
【００３２】
３） 容積の小さい処理空間を形成するカップをベローズを介して昇降駆動装置に連動させることにより、処理空間を形成した後にウエハをサセプタに受け渡すことができるので、処理空間を作っている間をウエハの安定時間とすることができる。すなわち、温度の上昇によって変形する懸念のあるウエハの形状を安定させるために、サセプタに移載する前に、ウエハとサセプタとの間に隙間を介在させてウエハの温度上昇に伴う形状の安定時間を設定することができる。
【００３３】
４） 処理空間を気密封止するシールリングを加熱ヒータの下側に配置することにより、加熱ヒータからの輻射熱を低減することができるので、シールリングの耐熱性能の厳格性を緩和することができる。
【００３４】
５） 処理空間を形成するカップおよびカバーの内側にリフレクタリングを敷設することにより、加熱ヒータからの輻射熱およびガスヘッドからの処理ガスを遮断することができるので、シールリングの耐熱性能および耐蝕性能の厳格性を緩和することができる。
【００３５】
図４は本発明の第二の実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置を示す図３に相当する主要部の正面断面図である。
【００３６】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ウエハ昇降装置がウエハ１の下面の周縁部の一部に下から係合して昇降させるウエハリフトリング３６Ａによって構成されている点である。
【００３７】
本実施の形態によれば、前記実施の形態に加えて次の作用効果を得ることができる。ウエハ１をサセプタ３５の外側から昇降させることにより、サセプタ３５に挿通孔を開設せずに済むので、サセプタ３５の挿通孔による部分的な温度低下を防止することができ、ウエハの膜厚分布の均一性を向上させることができる。
【００３８】
図５は本発明の第三の実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置を示す図３に相当する主要部の正面断面図である。
【００３９】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、セラミックヒータによってサセプタ３５Ｂが構成され、サセプタ回転装置が省略されている点である。
【００４０】
本実施の形態によれば、前記実施の形態に加えて次の作用効果を得ることができる。セラミックヒータによってサセプタ３５Ｂが構成されているので、サセプタおよび加熱ヒータの関連構造を簡単化することができる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４２】
例えば、カップと共に容積の小さな処理空間を形成するカバーは省略して、処理室の壁面の一部を利用するように構成してもよい。
【００４３】
カップの垂直な昇降を案内するガイドは省略してもよい。ベローズの伸縮力を補助する伸縮部材としてのスプリングを介設してもよいし、ベローズを省略して伸縮部材としてスプリングを使用してもよい。
【００４４】
被処理基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置の製造工程におけるガラス基板や液晶パネル等の基板であってもよい。
【００４５】
本発明は、枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置を備えた基板処理装置に限らず、ドライエッチング装置等を備えた基板処理装置全般に適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理空間の容積を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】カップの上昇の途中を示す一部切断正面図である。
【図３】処理ステップを示す主要部の正面断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置を示す図３に相当する主要部の正面断面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態に係る枚葉式ＣＶＤ装置を示す図３に相当する主要部の正面断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、１０…枚葉式ＣＶＤ装置（基板処理装置の処理炉）、１１…処理室、１２…筐体、１３…下側カップ、１４…上側カップ、１５…ボトムキャップ、１６…ウエハ搬入搬出口、１７…ゲートバルブ、１８…排気口、２０…ガスヘッド、２１…ガス導入管、２２…ガス吹出プレート、２３…ガス吹出口、２４…ガス溜め、２５…挿通孔、２６…支持軸、２７…加熱ユニット、２８…支持板、２９…反射板、３０…ヒータ、３１…回転軸、３２…回転ドラム、３３…回転板、３４…回転筒、３５…サセプタ、３６…ウエハ昇降装置（基板受渡し手段）、３７…ガイド孔、３８…回転側ピン（リフトピン）、３９…ガイド孔、４０…ヒータ側ピン（リフトピン）、４１、４２…挿通孔、４３…機台、４４…支柱、４５…昇降駆動装置（移動手段）、４６…昇降台、４７…サセプタ回転装置、４８…ベローズ、５０…昇降筒、５１…支持板、５２…ベローズ（伸縮部材）、５３…ガイド、５４…カップ（処理空間形成部材）、５５…シールリング、５６…リフレクタリング、５７…排気管、５８…排気ポート、６０…カバー、６１…本体部、６２…フランジ部、６３…リフレクタリング部、６４…処理空間、３６Ａ…ウエハリフトリング（基板受渡し手段）、３５Ｂ…セラミックヒータ製のサセプタ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus, and is used, for example, for forming an oxide film or a metal film on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) in which an integrated circuit including a semiconductor element is formed in a method of manufacturing a semiconductor device. And what is valid.
[0002]
[Prior art]
In a method for manufacturing a semiconductor device, a single-wafer cold-wall CVD apparatus (hereinafter, referred to as a single-wafer CVD apparatus) may be used to form an oxide film or a metal film on a wafer. As a conventional single-wafer CVD apparatus of this type, a processing chamber for processing a wafer as a substrate to be processed, a susceptor for holding wafers one by one in the processing chamber, and a heating unit for heating the wafer held by the susceptor And a lift pin as a wafer transfer means for transferring a wafer to a susceptor, a gas head for supplying a processing gas to a wafer held by the susceptor, and an exhaust port for exhausting a processing chamber (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-212729
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described single wafer CVD has the following problems because the volume of a processing space for processing a wafer is unnecessarily increased. If the processing space for the wafer is large, the time for adjusting the pressure in the processing space during processing becomes long, which causes a decrease in throughput. If the processing space for the wafer is large, the susceptor temperature becomes non-uniform or the wafer is contaminated by depriving the heat energy of the heater or keeping contaminants from staying.
[0005]
An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of reducing the volume of a processing space.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A substrate processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber, a susceptor on which a substrate is mounted, a heating unit for heating a substrate mounted on the susceptor, and a processing space in cooperation with a part of the processing chamber. A processing space forming member, a substrate transfer unit that transfers the substrate to the susceptor, a moving unit that moves the heating unit and the processing space forming member, the processing space forming member, and the moving unit And an elastic member for connecting the
After the substrate is carried into the processing chamber and placed on the substrate transfer means, the heating unit and the processing space forming member are moved by the moving means, and the processing space forming member is moved to one of the processing chambers. Forming a processing space in cooperation with the section, further, the heating unit and the processing space forming member are moved by the moving means to shorten the expandable member, and the substrate is transferred to the heating unit by the substrate transfer means. And is transferred to the susceptor relative to the susceptor.
[0007]
According to the above-described means, since the processing space forming member forms the processing space in cooperation with a part of the processing chamber, the volume of the processing space can be reduced. The adjustment time can be shortened, and the processing space can be prevented from depriving the heating energy of the heater or keeping contaminants from staying.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a single-wafer CVD apparatus (single-wafer cold-wall CVD apparatus) 10 corresponding to a processing furnace which is a part of the substrate processing apparatus according to the present invention. The single-wafer CVD apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a housing 12 in which a processing chamber 11 for processing a wafer (semiconductor wafer) 1 as a substrate to be processed is formed. The upper cup 14 and the bottom cap 15 are combined to form a cylindrical shape with both upper and lower end faces closed. A wafer loading / unloading port 16 which is opened and closed by a gate valve 17 is opened horizontally and horizontally at an intermediate portion of the cylindrical wall of the lower cup 13 of the housing 12, and the wafer loading / unloading port 16 is a substrate to be processed. The wafer 1 is formed so that it can be loaded and unloaded into the processing chamber 11 by a wafer transfer device (not shown). An exhaust port 18 fluidly connected to an exhaust device (not shown) including a vacuum pump or the like communicates with the processing chamber 11 at an upper portion of a wall surface of the lower cup 13 facing the wafer loading / unloading port 16. It is opened and the exhaust port 18 is exhausted by an exhaust device.
[0010]
A gas head 20 for supplying a processing gas is integrally incorporated in the upper cup 14 of the housing 12. That is, a gas introduction pipe 21 is inserted into the ceiling wall of the upper cup 14, and a gas supply device (not shown) for introducing a processing gas such as a source gas or a purge gas is fluidly inserted into each gas introduction pipe 21. It is connected. On the mating surface of the upper cup 14 and the lower cup 13, a gas blowing plate (hereinafter, referred to as a plate) 22 formed in a disk shape is horizontally fixed at a distance from the gas introduction pipe 21. A plurality of gas outlets (hereinafter, referred to as outlets) 23 are uniformly arranged over the entire surface of the nozzle 22 and are opened so as to circulate through upper and lower spaces. A gas reservoir 24 is formed by an inner space defined by the inner side surface of the upper cup 14 and the upper surface of the plate 22, and the gas reservoir 24 uniformly diffuses the processing gas introduced into the gas introduction pipe 21 as a whole. Thus, the air is blown out uniformly from each air outlet 23 in a shower shape.
[0011]
As shown in detail in FIG. 3, an insertion hole 25 is formed in the center of the bottom cap 15 of the housing 12 in a circular shape, and the insertion hole 25 is moved up and down on a center line of the insertion hole 25 by an elevation drive device 45 described later. A cylindrical support shaft 26 is inserted into the processing chamber 11 from below. At the upper end of the support shaft 26, a heating unit 27 is arranged concentrically and fixed horizontally. The heating unit 27 includes a support plate 28 formed in a disk shape, and the support plate 28 is fixed concentrically to an upper end opening of the support shaft 26. A reflector 29 is laid horizontally above the support plate 28, and a disk-shaped heater 30 is laid horizontally above the reflector 29. The heater 30 is formed of a ceramic heater such as silicon carbide or aluminum nitride, and the electric wiring 30a for the heater 30 is inserted through the hollow portion of the support shaft 26 and drawn out.
[0012]
Outside the support shaft 26 of the insertion hole 25 of the bottom cap 15, a rotation shaft 31 formed in a cylindrical shape having a larger diameter than the support shaft 26 is arranged concentrically and is inserted into the processing chamber 11 from below, The rotating shaft 31 is moved up and down together with the support shaft 26 by an elevating drive device 45. A rotating drum 32 is concentrically arranged on the upper end of the rotating shaft 31 and fixed horizontally, and the rotating drum 32 is rotated by the rotating shaft 31. That is, the rotary drum 32 includes a rotary plate 33 formed in a donut-shaped flat plate, and a rotary cylinder 34 formed in a cylindrical shape. The rotating cylinder 34 is fixed to the upper end opening, and is concentrically fixed to the outer peripheral edge of the upper surface of the rotating plate 33. A disk-shaped susceptor 35 made of silicon carbide, aluminum nitride, or the like is covered on the upper end of the rotary cylinder 34 of the rotary drum 32 so as to close the upper end opening of the rotary cylinder 34.
[0013]
As shown in detail in FIG. 3, the rotating drum 32 is provided with a wafer elevating device 36 as a substrate transfer means. The wafer elevating device 36 includes a plurality of lift pins (hereinafter, referred to as “rotating”) that are slidably fitted in a plurality of guide holes 37 that are arranged on the rotating plate 33 on a concentric line with the rotating cylinder 34 and that are opened vertically. A plurality of lift pins (referred to as side pins) and a plurality of lift pins (slidably fitted in a plurality of guide holes 39 which are arranged on the support plate 28 on a line concentric with the support shaft 26 and which are opened vertically. Hereinafter, it is referred to as a heater side pin.) 40. The lower end of each rotating pin 38 is opposed to the bottom surface of a cup 54 described later so as to be detachable and seatable, and the length of each rotating pin 38 is set equal to each other so that each heater pin 40 can be pushed up horizontally. In addition, it is set so as to correspond to the amount of the wafer 1 pushed up from above the susceptor 35. Each heater-side pin 40 is formed of quartz (SiO 2 ), and the upper end of each heater-side pin 40 is configured to be able to pass through the insertion hole 41 of the heater 30 and the insertion hole 42 of the susceptor 35 from below. I have. The lengths of the heater-side pins 40 are set equal to each other so that the wafer 1 placed on the susceptor 35 is floated horizontally. The length of each heater-side pin 40 is set such that the upper end thereof is not inserted into the insertion hole 42 of the susceptor 35 when the heater-side pin 40 is seated on the support plate 28. That is, the heater pins 40 do not interfere with the susceptor 35 when the rotary drum 32 rotates. The lower end of each heater-side pin 40 is opposed to the upper surface of each rotation-side pin 38 with an appropriate air gap so as not to interfere with the rotation-side pin 38 when the rotary drum 32 rotates.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the housing 12 is disposed above the machine base 43, and is horizontally supported by a support 44. An elevating drive device 45 as a moving means for elevating the elevating table 46 is installed on the machine base 43, and the elevating drive device 45 is constituted by a motor-driven screw jack or the like. A susceptor rotating device 47 constituted by a brushless DC motor or the like is installed on the elevating table 46. The output shaft (motor shaft) of the susceptor rotating device 47 is formed as a hollow shaft and is configured as the rotating shaft 31. I have. A bellows 48 as an elastic member is interposed between the susceptor rotation device 47 and the housing 12 so as to hermetically seal the outside of the rotation shaft 31.
[0015]
An elevating cylinder 50 is concentrically arranged inside the bellows 48, and the lower end of the elevating cylinder 50 is fixed on an elevating table 46. An upper end of the elevating cylinder 50 is inserted into the processing chamber 11 through the insertion hole 25, and a support plate 51 is horizontally fixed to an upper end of the elevating cylinder 50. A lower end of a bellows 52 as a telescopic member is fixed to the upper surface of the support plate 51, and a processing space forming cup (hereinafter, referred to as a cup) 54 as a processing space forming member is horizontally arranged on the upper end of the bellows 52. Is fixed. The bellows 52 is made of a corrosion-resistant leaf spring material such as a nickel (Ni) alloy containing high molybdenum (Mo) and is configured to support the cup 54 in a floating manner. A guide 53 is provided between the support plate 51 and the cup 54 to guide the cup 54 vertically up and down. The cup 54 is formed in a short cylindrical shape with an upper surface opened and a lower surface closed, and the outer diameter thereof is set slightly smaller than the inner diameter of the processing chamber 11. A seal ring 55 having heat resistance is laid on the upper end surface of the cup 54, and a cylindrical reflector ring 56 having an L-shaped cross section is arranged and fixed on the bottom surface of the cup 54 along the inner peripheral surface. I have. An exhaust pipe 57 is laid vertically between the bellows 52 and the rotating shaft 31, and the lower end of the exhaust pipe 57 is drawn out at the lower end of the bellows 52, and an exhaust device (not shown) is provided. An exhaust port 58 to be connected is formed.
[0016]
A cover 60 for forming a small-volume processing space in cooperation with the cup 54 is horizontally fixed to the upper end of the processing chamber 11. The cover 60 is formed in a circular ring shape slightly smaller than the inner diameter of the processing chamber 11, and is provided with a main body 61 concentrically mounted in the processing chamber 11 and protrudes inward at a right angle from an upper end surface of the main body 61. It has a circular ring-shaped flange portion 62 and a cylindrical reflector ring portion 63 suspended perpendicularly to the inner end of the flange portion 62. The reflector ring portion 63 is provided on the inside with the reflector ring 56 on the cup 54 side. They are configured to face each other. The reflector ring 56 and the cover 60 are made of a corrosion-resistant material such as a nickel alloy containing high molybdenum. The seal ring 55 of the cup 54 is configured to be in close contact with the lower surface of the main body 61 of the cover 60, and the processing space 64 having a small volume defined by the cup 54 and the cover 60 is formed by the seal ring 55. Is hermetically sealed.
[0017]
Next, the operation of the single-wafer CVD apparatus according to the above configuration will be described with reference to a film forming step in a method of manufacturing a semiconductor device.
[0018]
As shown in FIG. 1, when carrying in / out the wafer 1, the lifting / lowering table 46 is lowered to the lower limit position by the lifting / lowering drive device 45, and the upper end surface of the cup 54 faces the wafer loading / unloading port 16. At this time, since the lower end of the rotating pin 38 of the wafer elevating device 36 is seated on the bottom surface of the cup 54 and pushes up the heater pin 40, the upper end of the heater side pin 40 is inserted through the insertion hole 41 of the heater 30 and the susceptor 35. The hole 42 is inserted, and the susceptor 35 projects from the upper surface. In this state, the wafer 1 is loaded from the wafer loading / unloading port 16 by the wafer transfer device, and is transferred onto the plurality of heater pins 40. When the wafer 1 is transferred onto the heater-side pins 40, the wafer loading / unloading port 16 is closed by the gate valve 17.
[0019]
When the wafer loading / unloading port 16 is closed, as shown in FIG. 2, the cup 54, the rotating drum 32, and the heating unit 27 are moved to the processing chamber 11 via the elevating cylinder 50, the rotating shaft 31, and the supporting shaft 26. The cup 54 is lifted up by the lifting platform 46, and the upper end surface of the cup 54 abuts on the lower surface of the cover 60. In this state, since the seal ring 55 of the cup 54 is in close contact with the lower surface of the main body 61 of the cover 60, the processing space 64 defined by the cup 54 and the cover 60 is hermetically sealed by the seal ring 55. State. In this stage (step), the wafer 1 supported by the heater-side pins 40 is in a state in which the rotation-side pins 38 abut against the bottom surface of the cup 54 and push up the heater-side pins 40. It is in a state of being lifted from the upper surface.
[0020]
When the elevator 46 is lifted after the cup 54 abuts against the lower surface of the cover 60, as shown in FIG. 3, the bellows 52 is vertically shortened (compressed and deformed) by using the guide 53 as a guide. Since the rotating drum 32 and the heater 27 are lifted away from the cup 54, the rotating pin 38 is separated from the bottom surface of the cup 54. When the rotation side pin 38 is disengaged from the bottom surface of the cup 54, the heater side pin 40 loses its support and relatively descends, so that the heater side pin 40 is retracted below the susceptor 35. Therefore, as shown in FIG. 3, the wafer 1 is transferred onto the susceptor 35 and transferred. When the bellows 52 is shortened, there is a concern that particles will be generated, so the internal space of the bellows 52 is exhausted by the exhaust pipe 57.
[0021]
The processing space 64 defined by the cup 54 and the cover 60 is exhausted to a predetermined pressure set by an exhaust device connected to the exhaust port 18. Since the volume of the processing space 64 defined by the cup 54 and the cover 60 is much smaller (for example, 1/8 or less) than the total volume of the processing chamber 11, the processing space 64 is evacuated to a predetermined pressure. The time required to perform the process is much shorter than when the entire volume of the processing chamber 11 is evacuated.
[0022]
Subsequently, the rotating drum 32 is rotated by the susceptor rotating device 47 via the rotating shaft 31. During the rotation of the rotary drum 32, the rotation side pin 38 is separated from the bottom surface of the cup 54 and the heater side pin 40 comes out of the susceptor 35, so that the rotation of the rotation drum 32 is hindered by the wafer elevating device 36. In addition, the heating unit 27 can maintain the stopped state. That is, in the wafer elevating device 36, the rotating pins 38 rotate with the rotating drum 32 and the heater pins 40 stop with the heating unit 27.
[0023]
When the exhaust flow rate of the exhaust port 18 and the rotation operation of the rotary drum 32 are stabilized, the processing gas is introduced into the gas introduction pipe 21. The processing gas introduced into the gas introduction pipe 21 flows into the gas reservoir 24 by the exhaust force of the exhaust port 18 acting on the gas reservoir 24 and diffuses radially outward in a radial direction, so that each of the outlets 23 of the plate 22. , And each flows into a substantially uniform flow, and blows out toward the wafer 1 in a shower shape. The processing gas blown out in a shower form from the outlet group 23 is sucked into the exhaust port 18 and exhausted.
[0024]
At this time, since the wafer 1 on the susceptor 35 supported by the rotating drum 32 is rotating, the processing gas blown out in a shower form from the outlets 23 is in uniform contact over the entire surface of the wafer 1. Since the processing gas uniformly contacts the entire surface of the wafer 1, the film thickness distribution and film quality distribution of the CVD film formed on the wafer 1 by the processing gas become uniform over the entire surface of the wafer 1.
[0025]
Further, since the heating unit 27 is not rotated by being supported by the support shaft 26, the temperature distribution of the wafer 1 heated by the heating unit 27 while being rotated by the rotating drum 32 is uniformly controlled over the entire surface. You. By controlling the temperature distribution of the wafer 1 uniformly over the entire surface as described above, the film thickness distribution and film quality distribution of the CVD film formed on the wafer 1 by the thermochemical reaction are uniformly controlled over the entire surface of the wafer 1.
[0026]
When a predetermined processing time elapses, the operation of the susceptor rotating device 47 is stopped. When the operation of the susceptor rotation device 47 is stopped, the lift 46 is lowered by the lift drive 45. As shown in FIG. 2, in the initial stage of the descent, the rotating drum 32 and the heater 27 are lowered relative to the cup 54 by the bellows 52 being extended by its own elastic force. The pin 38 sits on the bottom surface of the cup 54. When the rotation-side pins 38 are seated on the bottom surface of the cup 54, the heater-side pins 40 are pushed up, so that the wafer 1 is lifted from the upper surface of the susceptor 35. When the bellows 52 elastically expands, there is a concern that particles may be generated, so the internal space of the bellows 52 is exhausted by the exhaust pipe 57.
[0027]
As shown in FIG. 1, even after the bellows 52 has been extended to a predetermined length, the lift 46 is lowered to the original lower limit position where the upper end surface of the cup 54 faces the wafer loading / unloading port 16. When the cup 54 is lowered to the original position, the wafer 1 lifted from the susceptor 35 by the heater-side pins 40 is carried out of the wafer loading / unloading port 16 by the wafer transfer device.
[0028]
Thereafter, the above-described operation is repeated, so that the wafer 1 is subjected to the single-wafer processing of the CVD film by the single-wafer CVD apparatus 10.
[0029]
According to the embodiment, the following effects can be obtained.
[0030]
1) Since the volume of the processing space can be reduced by installing a cup that forms the processing space in cooperation with the cover that is a part of the processing chamber, it is necessary to maintain the processing space at a predetermined pressure. The throughput of a single wafer CVD apparatus can be improved by shortening the exhaust time and the time for replacing the processing space with a purge gas, and the space where contaminants stay can be reduced to suppress wafer contamination. Further, it is possible to suppress the processing space from depriving the heat energy of the heater, thereby improving the heating efficiency.
[0031]
2) By bringing the cover and the cup forming the wall member of the processing space closer to the heater by reducing the processing space, the temperature of the cover and the cup can be raised by the heater, so that the by-products are removed by the cover and the cup. Can be prevented.
[0032]
3) By interlocking the cup forming the processing space with a small volume with the elevation drive device via the bellows, the wafer can be transferred to the susceptor after the processing space is formed. It can be a wafer stabilization time. In other words, in order to stabilize the shape of the wafer that is likely to be deformed due to a rise in temperature, a gap is interposed between the wafer and the susceptor before the transfer to the susceptor, and the time required for the shape to stabilize as the temperature of the wafer rises Can be set.
[0033]
4) By disposing a seal ring for hermetically sealing the processing space below the heater, radiation heat from the heater can be reduced, so that the strictness of the heat resistance of the seal ring can be reduced. .
[0034]
5) By laying the reflector ring inside the cup and the cover forming the processing space, it is possible to cut off the radiant heat from the heater and the processing gas from the gas head. Strictness can be reduced.
[0035]
FIG. 4 is a front sectional view of a main part corresponding to FIG. 3 showing a single-wafer CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[0036]
This embodiment is different from the above-described embodiment in that the wafer lifting / lowering device is configured by a wafer lift ring 36A which is engaged with a part of the lower edge of the lower surface of the wafer 1 from below to raise and lower.
[0037]
According to the present embodiment, the following operation and effect can be obtained in addition to the above embodiment. By raising and lowering the wafer 1 from the outside of the susceptor 35, it is not necessary to form an insertion hole in the susceptor 35, so that a partial temperature drop due to the insertion hole of the susceptor 35 can be prevented, and the film thickness distribution of the wafer can be reduced. Uniformity can be improved.
[0038]
FIG. 5 is a front sectional view of a main part corresponding to FIG. 3 showing a single-wafer CVD apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[0039]
The present embodiment is different from the above-described embodiment in that the susceptor 35B is constituted by the ceramic heater, and the susceptor rotating device is omitted.
[0040]
According to the present embodiment, the following operation and effect can be obtained in addition to the above embodiment. Since the susceptor 35B is constituted by the ceramic heater, the related structure of the susceptor and the heater can be simplified.
[0041]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
[0042]
For example, a cover that forms a processing space with a small volume together with the cup may be omitted, and a part of the wall surface of the processing chamber may be used.
[0043]
A guide for guiding the vertical movement of the cup may be omitted. A spring may be provided as a telescopic member to assist the expansion and contraction force of the bellows, or a spring may be used as the telescopic member without the bellows.
[0044]
The substrate to be processed is not limited to a wafer, and may be a substrate such as a glass substrate or a liquid crystal panel in a manufacturing process of an LCD device.
[0045]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is not limited to a substrate processing apparatus provided with a single wafer type cold wall type CVD apparatus, but can be applied to all substrate processing apparatuses provided with a dry etching apparatus and the like.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the volume of the processing space can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a single-wafer CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway front view showing the way in which the cup is being lifted.
FIG. 3 is a front sectional view of a main part showing processing steps.
FIG. 4 is a front sectional view of a main part corresponding to FIG. 3 showing a single wafer CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front sectional view of a main part corresponding to FIG. 3 and showing a single-wafer CVD apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate to be processed), 10 ... Single wafer CVD apparatus (processing furnace of a substrate processing apparatus), 11 ... Processing chamber, 12 ... Housing, 13 ... Lower cup, 14 ... Upper cup, 15 ... Bottom cap , 16: Wafer carry-in / out port, 17: Gate valve, 18: Exhaust port, 20: Gas head, 21: Gas inlet tube, 22: Gas outlet plate, 23: Gas outlet, 24: Gas reservoir, 25: Insertion hole , 26 ... Support shaft, 27 ... Heating unit, 28 ... Support plate, 29 ... Reflector plate, 30 ... Heater, 31 ... Rotating shaft, 32 ... Rotating drum, 33 ... Rotating plate, 34 ... Rotating cylinder, 35 ... Susceptor, 36 ... wafer elevating device (substrate transfer means), 37 ... guide hole, 38 ... rotary pin (lift pin), 39 ... guide hole, 40 ... heater pin (lift pin), 41, 42 ... insertion hole, 43 ... machine base, 44 ... pillar, 45 ... rising Driving device (moving means), 46: elevating table, 47: susceptor rotating device, 48: bellows, 50: elevating cylinder, 51: support plate, 52: bellows (expandable member), 53: guide, 54: cup (processing space) Forming member), 55 ... Seal ring, 56 ... Reflector ring, 57 ... Exhaust pipe, 58 ... Exhaust port, 60 ... Cover, 61 ... Body part, 62 ... Flange part, 63 ... Reflector ring part, 64 ... Processing space, 36A ... wafer lift ring (substrate delivery means), 35B ... susceptor made of ceramic heater.