JP2005129575A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 支持具とウェハ端部との擦れを限りなく少なくし、擦れによる異物をウェハ表
面に巻上げることを防ぎ、ウェハ表面における異物発生を低減する。
【解決手段】 ウェハＷを処理する処理室１と、処理室１内に処理用ガスを供給するガス
供給口２と、処理室１内でウェハＷを支持する支持爪１７と、ウェハＷを加熱する加熱源
４、５とを有し、支持爪１７は先端に設けられた凸部１７ａにより、ウェハＷを、ウェハ
端部から３ｍｍよりウェハ中心側の基板裏面の領域で点接触にて支持するよう構成されて
いる基板処理装置を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置（素子）を製造する工程に於いて、ウェハ等の被処理基板に化学気相成長法
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜処理や、不純
物を拡散させる拡散処理をすることが行われている。

この処理は例えば次の様になされる。すなわち、ヒータにより加熱された状態にある処
理室内に基板を搬入する。処理室内に搬入した基板を支持具に載せる。基板は処理室への
搬入時からヒータにより加熱される。基板温度が処理温度に到達すると、処理室内に処理
用ガスを供給して基板を処理する（特許文献１参照）。
特開２００１−１０２３１３号

このような処理を行う場合、基板を加熱する初期の段階では、基板中心部と周辺部には
温度差が生じ基板が反る。この時、基板端部と支持具の基板支持ピンが擦れ、異物が発生
する。従来の支持具では基板端部と基板支持ピンの擦れを回避することはできないという
問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、支持具と基板端部との擦れを限りなく少なくし、擦れによ
る異物を基板表面に巻上げることを防ぎ、基板表面における異物発生を抑制しようとする
ものである。

本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、前記処理室内に処理用
ガスを供給するガス供給口と、前記処理室内で前記基板を支持する支持具と、前記基板を
加熱する加熱源とを有し、前記支持具は、前記基板を、基板端部から３ｍｍより基板中心
側の基板裏面の領域で点接触にて支持するよう構成されていることを特徴とする基板処理
装置にある。

本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入する工程と、前記基板を、
支持具により、基板端部から３ｍｍより基板中心側の基板裏面の領域で点接触にて支持す
る工程と、前記支持具により支持した前記基板に対して処理用ガスを供給して前記基板を
処理する工程と、処理後の基板を前記処理室から搬出する工程と、を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法にある。

本発明によれば、支持具と基板端部との擦れを限りなく少なくすることができ、擦れに
よる異物を基板表面に巻上げることを防ぐことができ、基板表面における異物発生を防ぐ
ことができる。

図１に、実施の形態に係る基板処理装置を示す。この基板処理装置は、一度に１枚また
は２枚の被処理基板としてのウエハＷ（Ｗ１、Ｗ２）を処理可能なホットウォール型の枚
葉式装置として構成されている。ウエハＷを処理する処理室１と、処理室１内に処理用ガ
スを供給するガス供給口２と、処理室１内で１枚または２枚のウエハＷを支持する支持具
３と、支持具３を挟んでガス供給口２と反対側に設けられた排気口９とを備え、ウエハＷ
の周囲に処理用ガスによりコーティングされたプレート１６を配置した状態で、ウエハＷ
表面と略並行に処理用ガスを流してウエハＷを処理するようにしたことを特徴とするもの
である。本実施の形態では、この基板処理装置を用いてＨＳＧを形成する処理を行う場合
について説明する。

反応管１５により形成される処理室１は、ゲートバルブ７を介して搬送室８と連結され
ている。処理室１のガス供給口２には、処理用ガスとしてのモノシランガス（ＳｉＨ_４）
やパージ用ガスとしての窒素ガス等の不活性ガスを供給する供給ラインが接続されている
。モノシランは、ジシランよりも成長速度が遅いので、ＨＳＧの形成を制御し易い。また
モノシランは、シリコンを含む化合物ガスの中でジクロルシランよりも低温で成長するの
で、下地のアモルファスシリコン膜が結晶化されないようにするのに有効である。尚、モ
ノシランガスの流量は、所定流量となるように図示せぬ流量制御手段によって制御される
。

一方、処理室１内におけるウエハＷ１、Ｗ２を挟んでガス供給口２の反対側には、真空
ポンプ１０に通じる排気口９が接続されている。従って、ガス供給口２から供給されたＳ
ｉＨ_４ガスは、ウエハＷ１、Ｗ２に対し該ウエハＷ１、Ｗ２の平坦面と略平行に一方向に
流された後、排気口９を経由し真空ポンプ１０で吸引される。

支持具３は、ウエハＷ１、Ｗ２を上下２段に中心を揃えて棚状に保持する。支持具３は
ウエハＷ１、Ｗ２の周囲に配置されるリング状のプレート１６を具備している（詳細は後
述する）。このリング状プレート１６のリングの内側に設けられた後述する支持部１７に
よってウエハＷ１、Ｗ２が支持される。なおプレート１６の形状は、特に限定されるもの
ではなく、平面視において、その外形が四角形、楕円形、又は非対称な円形等であっても
よい。

さらに支持具３は、ウエハＷ１、Ｗ２の間に、これらウエハＷ１、Ｗ２と並列に、後述
するヒータ４、５からの熱を遮断する熱遮断プレート６を保持している。熱遮断プレート
６は、ウエハＷ１、Ｗ２と同様に平面視円形に形成されており、その径はプレート１６の
外径と等しくされている。但し、熱遮断プレート６の径はプレート１６の外径より大きく
してもよい。また、熱遮断プレート６の形状は、特に限定されるものではなく、平面視に
おいて、四角形、楕円形、又は非対称な円形等であってもよい。

ヒータ４、５は、処理室１の外において該処理室１を上下に挟み込むように配置されて
いる。上側のヒータ４は、上側のウエハＷ１の上平坦面に対向する位置に配置されている
。下側のヒータ５は、下側のウエハＷ２の下平坦面に対向する位置に配置されている。

これら対面式のヒータ４、５は上下で構造が同じである。ヒータ４、５の各々は、複数
（例えば５つ）に分割されてなる分割型抵抗加熱ヒータである。加熱源として、分割抵抗
加熱ヒータを採用したことにより、温度均一性を短時間で確保することが容易である。ま
た、分割された各部を独立して通電制御することにより、ＨＳＧ膜の安定形成に必要なウ
エハＷの温度分布を±０．５℃に保てる。尚、ヒータ４、５は、図示せぬ温度制御手段に
よって、それぞれ独立に通電制御される。

また、これらヒータ４、５の周りには、それぞれ該ヒータを取り囲むようにしてそれぞ
れ断熱材１１、１２が設けられている。

図２（ａ）は、支持具３のプレート１６を平面方向からみた図であり、図２（ｂ）は、
その断面図を示す。図２（ａ）に示すように、プレート１６はリング形状であり、ウエハ
Ｗの周囲に同心円状に配置されている。プレート１６には、ウエハＷが平面方向に遊びを
もって通過し得るサイズを有し、当該プレート１６の厚さ方向に貫通する貫通口１８が形
成されている。この貫通口１８の下側の開口部には、図２（ｂ）に示すようにウエハＷの
裏面を支持する少なくとも３つ（ここでは４つ）の支持爪１７が設けられている。支持爪
１７の先端にはウエハＷと接触することとなる凸部（突起）１７ａが設けられている。凸
部１７ａは半球状に構成されており、ウェハ端部（エッジ）から３ｍｍよりウェハ中心側
の領域で、ウェハ裏面と点接触するよう構成されている。これら支持爪１７、凸部１７ａ
によってウエハＷの支持部が構成されている。

また、図２（ｂ）に示すように、プレート１６は、ウエハＷと略同じ厚さであり、貫通
口１８の上側の開口部（プレート１６の表面）から支持爪１７のウエハ載置点（すなわち
突起１７ａの頂点）までの深さを、ウエハＷの厚さと略一致させている。これにより、当
該各支持爪１７（突起１７ａ）によってウエハＷが支持されたときには、該ウエハＷの表
面と、プレート１６の表面とが略同一平面上に配置されることになる。

このプレート１６は、処理室１内におけるウエハＷ１、Ｗ２及び処理室１内雰囲気に含
まれるＣ（炭素）やＯ（酸素）やＨ_２Ｏ（水分）等の不純物等の汚染物質を捕獲するため
の不純物捕獲プレートとして構成されている。効率良く不純物を捕獲（ゲッタリング）す
るために、プレート１６は不純物の捕獲確率がシリコンと同等かそれ以上の物質の原料ガ
スでコーティングするのが好ましい。本実施形態では、ウエハＷ１、Ｗ２の処理用ガスと
同一のガス（ここではＳｉＨ_４ガス）でプレート１６をコーティングしている。

またプレート１６の素材（基材）としては、石英（ＳｉＯ_２）やＳｉＣ等が挙げられる
が、Ｃによる汚染を防止できるという観点からは石英が好ましい。本実施形態では基材を
石英としている。またプレート１６の表面には凹凸を形成するのが好ましい。例えば、石
英からなる板状体の平坦面に凹凸を形成し、該凹凸が形成された面を処理用ガス（ここで
はＳｉＨ_４ガス）でコーティングしてなるプレート１６を用いてもよい。

またウエハＷ１、Ｗ２の間に配置される熱遮断プレート６についても、ゲッタリング用
プレート１６と同様に、不純物の捕獲確率がシリコンと同等かそれ以上の物質の原料ガス
でコーティングするのが好ましい。本実施では、ウエハＷ１、Ｗ２の処理用ガスと同一の
ガス（ここではＳｉＨ_４ガス）で熱遮断プレート６をコーティングしている。また熱遮断
プレート６の素材（基材）については、石英やＳｉＣ等が挙げられるが、Ｃ（炭素）によ
る汚染を防止できるという観点からは石英が好ましい。本実施形態では基材を石英として
いる。また熱遮断プレート６の表面には凹凸を形成するのが好ましい。本実施形態では、
石英からなる板状体の平坦面に凹凸を形成し、該凹凸が形成された面を処理用ガス（ここ
ではＳｉＨ_４ガス）でコーティングしてなる熱遮断プレート６を用いる。ここで、凹凸の
形状は任意である。

以下、半導体デバイスの製造工程の一工程として、本基板処理装置を用いてＨＳＧを形
成する方法について説明する。

前提として、ウエハＷ１、Ｗ２には、ＨＳＧの下地となるアモルファスシリコン膜を形
成しておく。また、アモルファスシリコン膜が形成されたウエハＷ１、Ｗ２を、例えば希
釈フッ酸水溶液で洗浄しておく。これにより、ウエハＷ１、Ｗ２上における自然酸化膜や
ＮＨ_４ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ等の混合液によって形成される化学酸化膜等が除去される
。

まず、搬送室８と処理室１との圧力を窒素パージにより近似させる。そして、ゲートバ
ルブ７を開けた後、上記の洗浄済みウエハＷ１、Ｗ２を搬送室８に配置されたウエハ搬送
ロボットにより処理室１内に搬入する（基板搬入工程）。搬送室８は、常に窒素でパージ
されており、該搬送室８内の不純物物質がウエハＷ１、Ｗ２の表面に付着しないようにし
ている。

次いで、これら２枚のウエハＷ１、Ｗ２を、ウエハ搬送ロボットにより支持具３に移載
する。ウエハＷ１、Ｗ２は、処理室１内において、熱遮断プレート６を挟み込むように配
置される。ウエハＷ１、Ｗ２は、それぞれプレート１６の貫通口１８に設けられた各支持
爪１７の凸部１７ａにより支持される。これにより、ウエハＷ１、Ｗ２はプレート１６の
貫通口１８内部に収まり、リング状のプレート１６がウエハＷ１、Ｗ２の周囲に配置され
た状態となる。

次いで、基板処理工程を行う。まず処理室１内に搬入されたウエハＷ１、Ｗ２は、ヒー
タ４、５によって、予め設定された温度（例えば５５０〜６２０℃）で温度安定化が図ら
れる。このとき、ヒータ４、５をそれぞれ個別に給電制御する。ここで、温度安定時間は
例えば５分である。また、温度安定化のときにおける処理室１内の雰囲気は、高真空又は
アモルファスシリコン膜と反応しない非反応性ガス（例えば窒素ガス等の不活性ガス）雰
囲気とする。

次いで、ガス供給口２からＳｉＨ_４ガスを供給する。すると、ウエハＷ１、Ｗ２の表面
に対し該ウエハと略平行にＳｉＨ_４ガスが流れる。これにより、ウエハＷ１、Ｗ２におけ
るアモルファスシリコン膜の表面に微細な結晶核が形成される。ここで、ＳｉＨ_４ガスは
、例えば毎分２５〜２００ccの割合で、２〜４０分流す。

次いで、ＳｉＨ_４ガスの供給を止め、アモルファスシリコンの表面に形成した結晶核を
シリコン原子のマイグレーションにより成長させる。これにより、アモルファスシリコン
膜上にＨＳＧが形成される。ここで、ＨＳＧの成長時間は、例えば３〜３０分である。

ＨＳＧ形成後、ゲートバルブ７を開け、搬送室８に配置されたウエハ搬送ロボットによ
り処理室１内の処理済みウエハＷ１、Ｗ２を搬出して、当該処理を終了する。

本基板処理装置によれば、次のような効果が得られる。
（１）ウェハＷと接触する凸部１７ａを半球状に構成し、ウェハ端部（エッジ）から３
ｍｍよりウェハ中心側の領域で、ウェハ裏面と点接触するよう構成したので、ウェハ導入
初期時にウェハ中心部と周辺部で温度差が生じることによりウェハＷが反った場合でも、
ウェハＷと支持爪１７（凸部１７ａ）はウェハ裏面で点接触しているのみであり、このた
め、発生する異物も少なく、基板表面に付着することがなくなる。

（２）上側ウエハＷ１と下側ウェハＷ２の間に熱遮断プレート６を挟み込むよう配置し
たので、上側に載置されているウェハＷ１と支持爪１７との擦れにより発生する異物を熱
遮断プレート６により受けとめることができ、下段に配置しているウェハＷ２への異物落
下を防止できる。

（３）プレート１６をウエハＷの周囲に配置した状態で処理するようにしたので、ウエ
ハＷに付着しようとする不純物を該ウエハＷではなくプレート１６に付着させることがで
きる。これにより、プレート１６を用いない場合に比べると、ウエハＷに付着する不純物
を飛躍的に低減できる。また、プレート１６は、ウエハＷと略平行に配置されるので、処
理室１内におけるＳｉＨ_４ガスの流れを乱さずに、不純物を適切に捕獲できる。

（４）プレート１６はリング状に形成されており、このリング形状のプレート表面が、
不純物を付着させる不純物付着領域として機能する。これにより例えば、未処理ウエハＷ
を処理室１へ搬送する際に、カセット室や搬送室８等から該処理室１内へ流れ込んでしま
った不純物、処理室１内を外部からシールするＯリング（図示せず）等のシール部材にお
けるリークによって処理室１内に侵入した不純物、又は該Ｏリングその他の部品から放出
したガス中の不純物等が、ウエハＷに付着する前に、プレート１６における不純物付着領
域で捕獲される。従って、ウエハＷに付着する不純物を低減でき、その結果、ウエハ表面
の清浄度が向上して、ＨＳＧ成長阻害を防止できる。

（５）処理室１で行われるＨＳＧの形成処理は、ウエハＷ表面状態に大きく影響を受け
るプロセスである。ここで、ウエハＷ表面の清浄度は、処理室１の雰囲気に依存するとこ
ろが大きい。そのため処理室１の構造的な改善並びに使用部品の見直しによる、例えばＯ
_２、Ｈ_２Ｏ等外部からのリークや放出ガスの低減を図り、高清浄化を図ることが望まれる
。この要請に対して本実施の形態によれば、不純物を捕獲するためのプレート１６を用い
ることにより、従来の処理室の構造並びに使用部品を何ら変更することなく、ウエハＷ表
面の高清浄化を図ることを達成できる。

以上において、プレート１６には、ウエハＷの処理ガスと同一のガスであるＳｉＨ_４ガ
ス、もしくは不純物の捕獲確率がシリコンと同等かそれ以上の物質のガスを用いてシリコ
ン（Ｓｉ）のコーティングを施しておくのが好ましい。Ｓｉのコーティングは、プレート
１６の表面だけに施しても良いが、全表面をシリコンでコーティングしてもよい。このよ
うにすれば、プレート１６の不純物付着効果を一層向上できる。

（６）また、並列に支持されたウエハＷ１、Ｗ２の間に、これらウエハと並列に熱遮断
プレート６を配置した状態で、当該各ウエハＷ１、Ｗ２をヒータ４、５によって加熱する
ようにしたので、ヒータ４が下段のウエハＷ２に与える熱、及びヒータ５が上段のウエハ
Ｗ１に与える熱が、それぞれ熱遮断プレート６によって遮断されるか又は少なくとも緩和
される。従って、ウエハＷ１、Ｗ２の表面（被処理面）の温度をそれぞれヒータ４、５に
よって個別に温度制御できる。これにより、ウエハ内及びウエハ間の温度分布を容易に均
一にできる。その結果、ウエハ内、ウエハ間、及びバッチ間におけるＨＳＧ形成処理の均
一性を向上できる。

（７）詳細には、本基板処理装置において、一対のヒータ４、５は、処理室１の外に配
置されている。即ち、本基板処理装置は、ホットウォール型である。そのため、基板処理
工程においては、処理室１の壁温度も高温になり、この壁からの輻射熱がウエハに与えら
れることになる。これに対し、熱遮断プレート６を用いることにより、ウエハＷ１の上平
坦面に対向する壁からウエハＷ２に至る輻射熱、及びウエハＷ２の下平坦面に対向する壁
からウエハＷ１に至る輻射熱が、それぞれ熱遮断プレート６によって、遮断されるか又は
少なくとも緩和される。従って、各ヒータ４（５）の給電制御の応答が、ウエハＷ２（Ｗ
１）の表面温度にあらわれにくい。そこで、ヒータ４（５）を用いてウエハＷ１（Ｗ２）
の表面温度を個別に制御できるから、各ウエハの表面温度の制御が容易になる。その結果
、２枚葉処理の均一性を向上できる。

（８）ウエハＷ１、Ｗ２を、これらウエハＷ１、Ｗ２の間に熱遮断プレート６を配置し
た状態で処理するようにしたので、ウエハＷ１、Ｗ２に付着しようとする不純物を該ウエ
ハＷではなく熱遮断プレート６に付着させることができる。従って、不純物捕獲用のプレ
ート１６による不純物除去作用と相俟って、ウエハＷに付着する不純物を更に低減できる
。その結果、ウエハ表面の清浄度が向上して、ＨＳＧ成長阻害を防止できる。熱遮断プレ
ート６は、ウエハＷの処理ガスでコーティングされているから、コーティングの無いプレ
ートに比べると、不純物の捕獲確率を向上できる。

なお、上記実施形態では、基板処理装置として、１枚または２枚の基板を処理する枚葉
ホットウォールタイプの装置を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定する
ものではなく、バッチタイプの装置にも適用することができる。更にはホットウォールタ
イプの装置全般にも適用できる。

実施の形態による基板処理装置を示す図である。 プレートの一態様を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図である。

符号の説明

１ 処理室
２ ガス供給口
３ 支持具
４、５ ヒータ（加熱源）
６ 熱遮断プレート
９ 排気口
１６ プレート
１７ 支持爪
１７ａ 凸部
１８ 貫通口
Ｗ（Ｗ１、Ｗ２） ウエハ（基板）

Claims (2)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内に処理用ガスを供給するガス供給口と、
   前記処理室内で前記基板を支持する支持具と、
   前記基板を加熱する加熱源とを有し、
   前記支持具は、前記基板を、基板端部から３ｍｍより基板中心側の基板裏面の領域で点接
   触にて支持するよう構成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 基板を処理室内に搬入する工程と、
   前記基板を、支持具により、基板端部から３ｍｍより基板中心側の基板裏面の領域で点接
   触にて支持する工程と、
   前記支持具により支持した前記基板に対して処理用ガスを供給して前記基板を処理する工
   程と、
   処理後の基板を前記処理室から搬出する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
   

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