JP2005012141A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの昇温速度や最高処理温度を向上させる。
【解決手段】ＲＴＰ装置１０のウエハＷを処理する処理室１１には第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６が水平に架設され、処理室１１にはサセプタ回転装置３６によって回転されるタレット３１が同心円に配置されている。タレット３１の上に水平に架設されたアウタプラットホーム３７の内側にはインナプラットホーム３８が水平に架設され、インナプラットホーム３８の内周の下端部にはウエハＷを載置するサセプタ４０が内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部３９に係合されて保持されている。
【効果】ウエハはサセプタに第二加熱ランプ群の上面との間隔ｄが近づく状態で保持されるので、加熱ランプ群によるウエハへの加熱効果はきわめて高くなり、その結果、ウエハの昇温速度や最高処理温度を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、被処理基板を加熱する技術に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）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。）に成膜やアニール、酸化膜成長および拡散等の各種の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ）を施すのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法において成膜やアニール、酸化膜成長および拡散等の各種の熱処理を施す基板処理装置として、加熱源にタングステン−ハロゲン直線ランプ（以下、加熱ランプという。）を使用したＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置がある。このＲＴＰ装置は、被処理基板としてのウエハを収容する処理室と、この処理室においてウエハを保持する保持部材と、保持部材の上のウエハを保持部材の下方から加熱する複数本の加熱ランプと、処理室を大気圧よりも若干低めに排気する排気口と、ウエハを保持した保持部材を回転させる回転装置とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０１８２４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したＲＴＰ装置においては、加熱ランプの電極との干渉を回避する必要上、保持部材を下げることができないために、加熱ランプとウエハとが離間していることにより、ウエハの昇温速度や最高処理温度が低下されてしまうという問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、加熱ランプと被処理基板との間を近づけることができ、被処理基板の昇温速度や最高処理温度を向上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、被処理基板を収容する処理室と、この処理室に設置されて前記被処理基板を保持する保持部材と、この保持部材の下に設置された加熱源とを備えている基板処理装置であって、
前記保持部材は少なくとも平板部材と、前記平板部材から下方に延びる略円筒部材とから構成され、前記被処理基板は前記略円筒部材の下端側に保持されることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段によれば、被処理基板は保持部材の保持凹部の底部において保持されるので、被処理基板は加熱源に近づいた状態になる。したがって、被処理基板は加熱源によって効果的に加熱されるために、被処理基板の昇温速度や最高処理温度を向上させることができる。
【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に示されているように、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法において成膜やアニール、酸化膜成長および拡散等の様々な熱処理に使用される枚葉式コールドウオール形常圧ＲＴＰ装置（以下、ＲＴＰ装置という。）として構成されている。熱処理の具体例としては、ウエハの熱アニール、硼素−燐から成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープドポリシリコン、未ドープドポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属や珪化タングステンから成る薄膜を形成するための化学蒸着が挙げられる。
【００１０】
図１に示されたＲＴＰ装置１０は被処理基板としてのウエハＷ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は上下面が開口した円筒形状に形成されたカップ１３と、カップ１３の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート１４と、カップ１３の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート１５とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。筐体１２は様々な金属によって形成することができる。図示しないが、筐体１２は周知の循環式冷水フローシステムによって室温程度まで水冷されるように構成されている。カップ１３の側壁の一部には排気口１６が処理室１１の内外を連通するように開設されており、排気口１６には処理室１１を大気圧未満（以下、負圧という。）に排気し得る排気装置が接続されている。なお、排気口１６はボトムプレート１５の中心線上にも開設されている。カップ１３の側壁の排気口１６と反対側の位置には、被処理基板としてのウエハＷを処理室１１に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１７が開設されており、ウエハ搬入搬出口１７はゲートバルブ１８によって開閉されるようになっている。ウエハＷはウエハ搬入搬出口１７を経由して処理室１１内にウエハ移載装置（ｗａｆｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ）によって搬入搬出されるようになっている。
【００１１】
ボトムプレート１５の下面の中心線上には昇降駆動装置１９が設置されており、昇降駆動装置１９はボトムプレート１５を上下方向に挿通されて摺動自在に支持された昇降軸２０を昇降させるように構成されている。昇降軸２０の上端には昇降板２１が水平に固定されており、昇降板２１の上面には複数本（通常は三本または四本）のリフタピン２２が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン２２は昇降板２１の昇降に伴って昇降することにより、ウエハＷを下から水平に支持して昇降させるようになっている。
【００１２】
ボトムプレート１５の上面における昇降軸２０の外側には支持筒２３が突設されており、支持筒２３の上端面の上には冷却プレート２４が水平に架設されている。冷却プレート２４の上方には複数本の加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６が、下から順に配置されてそれぞれ水平に架設されており、第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６は第一支柱２７および第二支柱２８によってそれぞれ水平に支持されている。第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６は加熱源としての加熱ランプ（タングステン−ハロゲン直線ランプ）が複数本、互いに平行に配列されて水平にそれぞれ架設されて構成されている。図示しないが、第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６には四つのゾーンが、両端から中央にかけてそれぞれ設定されている。第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６は第一ゾーン〜第四ゾーン毎に制御器に並列に接続されており、制御器は後記する温度計測器が接続されたコントローラ（図示せず）によってオン・オフ制御されるように構成されている。第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６の電力供給電線２９はボトムプレート１５を挿通して外部に引き出されている。なお、第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６やコントローラ等から成るヒータアッセンブリは、放射ピークが０．９５μｍの波長の放射熱線（光）を照射し、多くの熱を中央部のゾーンよりも周辺部のゾーンに加える加熱プロファイルを呈するように設定されている。
【００１３】
処理室１１には処理室１１の内径よりも小径の外径の円筒形状に形成されたタレット３１が同心円に配置されている。タレット３１はセラミックやグラファイトより好ましくはシリコングラファイトによって被覆されたグラファイト等が使用されて構成されている。タレット３１は円形のリング形状の内歯平歯車３３の上面に同心円に配置されて固定されており、内歯平歯車３３はボトムプレート１５に介設されたベアリング３２によって水平に支承されている。内歯平歯車３３には原動側平歯車３４が噛合されており、原動側平歯車３４はボトムプレート１５に介設されたベアリング３５によって水平に支承されて、ボトムプレート１５の下に設置されたサセプタ回転装置３６によって回転駆動されるようになっている。なお、タレット３１の回転速度は処理の諸条件に対応して５〜６０ｒｐｍに設定することが好ましい。
【００１４】
タレット３１の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム３７が水平に架設されており、アウタプラットホーム３７の内側には平板部材である小径の円形リング部材と略円筒部材の合成により形成されたインナプラットホーム３８が水平に架設されている。図２に示されているように、インナプラットホーム３８の内周の下端部にはサセプタ４０が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部３９に係合されて保持されている。すなわち、サセプタ４０はインナプラットホーム３８の上面よりも下がった位置において保持されており、サセプタ４０に保持されたウエハＷの下面と第二加熱ランプ群２６の中心との間隔ｄが、１ｃｍになるように設定されている。つまり、アウタプラットホーム３７、インナプラットホーム３８およびサセプタ４０によって、ウエハＷを保持するための保持部材が構成されており、ウエハＷが保持部材の中央部に形成された保持凹部の底部において保持されるようになっている。サセプタ４０は周方向および径方向において複数に分割され、複数の分割片が円板形状に組み立てられて一体的に構成されている。サセプタ４０の各分割片は炭化シリコンによって被覆されたグラファイトやクォーツ、純炭化シリコン、アルミナ、ジルコニア、アルミニウムまたは鋼等が使用されて製造されている。サセプタ４０の各リフタピン２２に対向する位置には挿通孔４１がそれぞれ開設されている。
【００１５】
図１に示されているように、トッププレート１４には原料ガス供給管４２および不活性ガス供給管４３が処理室１１に連通するようにそれぞれ接続されている。また、トッププレート１４には放射温度計のプローブ４４が複数本、互いに半径方向にウエハＷの中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハＷの上面と対向するように挿入されており、放射温度計は複数本のプローブ４４がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。トッププレート１４の他の場所にはウエハＷの放射率を非接触にて測定する放射率測定装置４５が設置されている。放射率測定装置４５はレファレンスプローブ４６を備えており、レファレンスプローブ４６はレファレンスプローブ用モータ４７によって垂直面内で回転されるようになっている。レファレンスプローブ４６の上側には参照光を照射するレファレンスランプ４８がレファレンスプローブ４６の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ４６は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハＷからの光子密度とレファレンスランプ４８からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。
【００１６】
次に、前記構成に係るＲＴＰ装置の作用を説明する。
【００１７】
カップ１３の側壁に開設されたウエハ搬入搬出口１７がゲートバルブ１８により開放されると、昇降軸２０が昇降駆動装置１９によって上限位置に上昇されて、リフタピン２２がサセプタ４０の挿通孔４１を下から挿通する。続いて、ウエハ移載装置によって搬送されて来たウエハＷが複数本のリフタピン２２の上端間に受け渡される。その後に、リフタピン２２にウエハＷを受け渡したウエハ移載装置は後退する。続いて、昇降軸２０が昇降駆動装置１９によって下降されることにより、リフタピン２２がサセプタ４０の下方に引き込まれて、リフタピン２２の上のウエハＷがサセプタ４０の上に受け渡される。ウエハＷがサセプタ４０に受け渡されると、ウエハ搬入搬出口１７がゲートバルブ１８により閉じられる。処理室１１が閉じられると、処理室１１が排気口１６を通じて排気される。
【００１８】
ウエハＷがサセプタ４０に受け渡されると、ウエハＷをサセプタ４０によって保持したタレット３１が内歯平歯車３３および原動側平歯車３４を介してサセプタ回転装置３６によって回転される。サセプタ４０に保持されたウエハＷはサセプタ回転装置３６によって回転されながら、第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６によって加熱される。この加熱中におけるウエハＷの温度は放射温度計のプローブ４４によって逐次計測され、コントローラへ逐次送信されている。コントローラは放射温度計からの計測結果に基づいてフィードバック制御を実行する。この際、放射率測定装置４５からのデータに基づいて測定温度の校正が実施される。
【００１９】
サセプタ４０がサセプタ回転装置３６によって回転されながら、サセプタ４０の上に保持されたウエハＷは第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６によって加熱されるため、ウエハＷは全面にわたって均等に熱処理される。そして、熱処理レートはウエハＷの面内温度分布に依存するため、ウエハＷの面内温度分布が全面にわたって均一であれば、ウエハＷに施される熱処理状況の面内分布はウエハＷの全面にわたって均一になる。
【００２０】
予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室１１は排気口１６によって所定の負圧に排気される。続いて、前述とは逆の手順により、ウエハＷはリフタピン２２によってサセプタ４０から所定の間隔だけ浮かされた後に、リフタピン２２の上からウエハ移載装置によってピックアップされ、処理室１１の外部へ搬出される。
【００２１】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、ＲＴＰ装置１０の枚葉処理が実施されて行く。
【００２２】
ところで、照度と光源との関係は光源からの距離の二乗に反比例するので、ウエハＷの第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６に対する距離を近づけることにより、ウエハＷに対する第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６による加熱効果をきわめて向上させることができる。本実施の形態においては、図２に示されているように、ウエハＷはサセプタ４０に第二加熱ランプ群２６の中心との間隔ｄが１ｃｍになるように近接して保持されているので、第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６によるウエハＷへの加熱効果はきわめて高くなる。ウエハＷが第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６によって効果的に加熱されるために、ウエハＷの昇温速度や最高処理温度は向上されることになる。
【００２３】
図３は加熱ランプからウエハへの照射強度（照度）の向上効果を示すグラフである。縦軸には照射強度（Ｗ／ｍ^２ ）が取られ、横軸にはウエハ上の位置（ｍ）が取られている。実線曲線ＡはウエハＷと第二加熱ランプ群２６の中心との間隔ｄが１ｃｍの本実施の形態の場合を示しており、破線曲線ＢはウエハＷと第二加熱ランプ群２６の中心との間隔ｄが４ｃｍの従来例の場合を示している。図３によれば、本実施の形態の場合には、照射強度が従来例の場合に比べて、約４０％も向上していることが判る。したがって、ウエハＷは第一加熱ランプ群２５および第二加熱ランプ群２６によって効果的に加熱されるために、ウエハＷの昇温速度や最高処理温度は向上されることになる。
【００２４】
なお、図２に示されているように、ウエハＷがインナプラットホーム３８の底部において保持されていることにより、ウエハＷの周辺部がインナプラットホーム３８の内周壁面の輻射熱４９によっても加熱されるので、ウエハＷの周辺部の温度が低下するのを抑制することができ、その結果、ウエハＷの面内温度分布をより一層均一化させることができる。
【００２５】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２６】
１） ウエハのサセプタによる保持位置を第一加熱ランプ群および第二加熱ランプ群に近づけることにより、第一加熱ランプ群および第二加熱ランプ群によるウエハへの加熱効果を向上させることができるので、ウエハの昇温速度や最高処理温度を向上させることができる。
【００２７】
２） ウエハの昇温速度や最高処理温度を向上させることにより、ＲＴＰ装置の処理時間を短縮することができるので、ＲＴＰ装置の生産性を向上させることができる。
【００２８】
３） ウエハをインナプラットホームの底部において保持することにより、ウエハの周辺部をインナプラットホームの内周壁面の輻射熱によっても加熱することができるために、ウエハの周辺部の温度が低下するのを抑制することができる。その結果、ウエハの面内温度分布を均一化させることができるので、ウエハの面内膜厚分布等の熱処理状況の分布を均一化させることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
例えば、前記実施の形態においては、ウエハＷはサセプタ４０により保持されているが、サセプタ４０を用いずに、インナプラットホーム３８の内径を小さくして、係合部３９に直接ウエハＷを保持させてもよい。
【００３１】
加熱源としては、加熱ランプを使用するに限らず、抵抗線式ヒータ等を使用してもよい。
【００３２】
基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置（液晶表示装置）の製造工程におけるガラス基板やアレイ基板等の基板であってもよい。
【００３３】
前記実施の形態においては枚葉式コールドウオール形常圧ＲＴＰ装置に構成した場合について説明したが、本発明は、減圧ＲＴＰ装置やプラズマＲＴＰ装置、ドライエッチング装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加熱ランプとウエハとの間を近づけることにより、被処理基板の昇温速度や最高処理温度を向上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であるＲＴＰ装置を示す正面断面図である。
【図２】その主要部を示す側面断面図である。
【図３】加熱ランプからウエハへの照射強度の向上効果を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｗ…ウエハ（基板）、１０…ＲＴＰ装置（基板処理装置）、１１…処理室、１２…筐体、１３…カップ、１４…トッププレート、１５…ボトムプレート、１６…排気口、１７…ウエハ搬入搬出口、１８…ゲートバルブ、１９…昇降駆動装置、２０…昇降軸、２１…昇降板、２２…リフタピン、２３…支持筒、２４…冷却プレート、２５…第一加熱ランプ群、２６…第二加熱ランプ群、２７…第一支柱、２８…第二支柱、２９…電力供給電線、３１…タレット、３２…ベアリング、３３…内歯平歯車、３４…原動側平歯車、３５…ベアリング、３６…サセプタ回転装置、３７…アウタプラットホーム、３８…インナプラットホーム、３９…係合部、４０…サセプタ、４１…挿通孔、４２…原料ガス供給管、４３…不活性ガス供給管、４４…プローブ、４５…放射率測定装置、４６…レファレンスプローブ、４７…レファレンスプローブ用モータ、４８…レファレンスランプ、４９…輻射熱。

Claims (1)

1. 被処理基板を収容する処理室と、この処理室に設置されて前記被処理基板を保持する保持部材と、この保持部材の下に設置された加熱源とを備えている基板処理装置であって、
   前記保持部材は少なくとも平板部材と、前記平板部材から下方に延びる略円筒部材とから構成され、前記被処理基板は前記略円筒部材の下端側に保持されることを特徴とする基板処理装置。

Images