JP2005259902A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理の基板面内均一性を向上させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２つの処理炉２０２、１３７と、それぞれの処理炉内にウエハ２００を載置する基板載置手段とを備え、一方の処理炉２０２での基板の処理終了後、他方の処理炉１３７へウエハ２００を搬入して処理を実行し、その後、一方の処理炉２０２にてウエハ２００の処理を行う基板処理装置であって、一方の処理炉２０２で先行して処理する際のウエハ２００の基板載置手段に対するウエハ２００の向きと、その後に一方の処理炉２０２で処理する際の基板載置手段に対するウエハ２００の向きとを、他方の処理炉１３７でウエハ２００を回転させて異ならせる。
【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、半導体ウエハに成膜等の処理を行う基板処理装置に関する。

半導体ウエハ等の基板に成膜等の処理を行う場合には、成膜した膜の膜厚均一性等の基板処理の基板面内均一性が求められている。しかしながら、基板の処理を行う処理装置によっては基板を回転させながら処理を行うことができない構造の装置があり、そのような装置では、成膜した膜の膜厚均一性等の基板処理の面内均一性を向上させることが求められている。

従って、本発明の主な目的は、基板処理の基板面内均一性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。

本発明によれば、
少なくとも２つの処理室と、それぞれの処理室内に基板を載置する基板載置手段とを備え、一方の処理室での基板の処理終了後、他方の処理室へ前記基板を搬入して処理を実行し、その後、前記一方の処理室にて前記基板の処理を行う基板処理装置であって、
前記一方の処理室で先行して処理する際の前記基板載置手段に対する基板の向きと、その後に前記一方の処理室で処理する際の基板載置手段に対する基板の向きとを、異ならせたことを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、基板処理の基板面内均一性を向上させることができる基板処理装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、本実施例１の基板処理装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本実施例１の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。

本実施例の基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。すなわち、図１が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

図１および図２に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された搬送室１０３を備えており、搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載するウエハ移載機１１２が設置されている。ウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。

筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。

予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。搬送室１２１にはウエハ２００を移載するウエハ移載機１２４が設置されている。ウエハ移載機１２４は搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。

図１に示されているように、搬送室１２１の左側にはオリエンテーションフラット合わせ装置１０６が設置されている。また、図２に示されているように、搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。

図１および時２に示されているように、搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。

図１に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う処理炉２０２と、処理炉１３７とがそれぞれゲートバルブ１３０とゲートバルブ２４５を介してそれぞれ連結されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う処理炉１３８と、処理ユニット１３９とがそれぞれゲートバルブ２４６とゲートバルブ２４７を介してそれぞれ連結されている。

搬送室１０３に設けられたウエハ移載機１１２によって、処理炉２０２、処理炉１３７、処理炉１３８、処理ユニット１３９、予備室１２２および予備室１２３の間で半導体ウエハ２００が移載される。

次に、本実施例の処理炉２０２を説明する。
図３は、本実施例１の基板処理装置のニ枚葉装置の処理炉２０２を説明するための概略縦断面図であり、図４は、本実施例１の基板処理装置の処理炉２０２を説明するための概略横断面図である

石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の反応容器としての反応管４０３は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウエハ２００を収容する。反応管４０３内部には半導体ウエハ２００を支持する基板保持手段としてのウエハ支持台４１７が設けられ、反応管４０３の両端には気密にマニホールドとしてのガス導入フランジ４０９ａ、ガス導入フランジ４０９ｂが設けられ、一方のガス導入フランジ４０９ａには更に仕切弁としてのゲートバルブ１３０を介して搬送室１０３（図１、図２参照）が連接されている。ガス導入フランジ４０９ａ、ガス導入フランジ４０９ｂにはそれぞれ供給管としてのガス導入ライン４３２ａ、４３２ｂ、排気管としての排気ライン４３１ａ、４３１ｂが連通される。ガス導入ライン４３２ａ、４３２ｂには、反応管４０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段４４１ａ、４４１ｂがそれぞれ設けられている。また、排気ライン４３１ａ、４３１ｂには、反応管４０３内の圧力を制御する圧力制御手段４４８ａ、４４８ｂがそれぞれ設けられている。反応管４０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ４０７ａ、下ヒータ４０７ｂが設けられ、反応管４０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ４０７ａ、下ヒータ４０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段４４７が接続されている。また上ヒータ４０７ａ、下ヒータ４０７ｂおよび反応管４０３を覆うように断熱部材としての断熱材４０８が設けられている。反応管４０３内の温度、反応管４０３内の圧力、反応管４０３内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段４４７、圧力制御手段４４８ａ、４４８ｂ、流量制御手段４４１ａ、４４１ｂにより、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。また、温度制御手段４４７、圧力制御手段４４８ａ、４４８ｂ、流量制御手段４４１ａ、４４１ｂは、主制御部４４９により制御される。

次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した基板処理装置の処理炉を用いて基板を処理する方法について説明する。

反応管４０３内の温度がヒータ４０７ａ、４０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ１３０が開かれ、ウエハ移載機１１２（図１、図２参照）により図中左方より反応管４０３内に半導体ウエハ２００が搬入され、ウエハ支持台４１７に載置される。本例ではウエハ支持台４１７には２枚のウエハ２００が載置され、２枚のウエハ２００が同時に処理される。なお、同時に処理する２枚のウエハ２００の熱履歴を等しくするためにウエハ２００は２枚同時に反応管４０３内に搬送される。ウエハ２００が反応管４０３内に搬入されると同時にウエハ２００の処理温度までの昇温が開始される。

ウエハ搬送ロボットが後退してゲート弁１３０が閉じられた後、反応管４０３内の圧力は処理圧力となるよう圧力制御手段４４８ａ、４４８ｂにより制御され（圧力安定化）、反応管４０３内の温度はウエハ温度が処理温度となるよう温度制御手段４４７により制御される（温度安定化）。この反応管４０３内の圧力安定化、ウエハ２００の温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン４３２ａ、４３２ｂより不活性ガスが導入されつつ排気ライン４３１ａ、４３１ｂより排気され、反応管４０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。

反応管４０３内の圧力が処理圧力に安定化し、ウエハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管４０３内にガス導入ライン４３２ａ、４３２ｂより処理ガスが導入され、排気ライン４３１ａ、４３１ｂより排気されることにより、ウエハ２００が処理される。この際、処理の均一性を確保するため、処理ガスは対角に向かって交互に流すのが好ましい。すなわち、例えば、まず処理ガスをガス導入ライン４３２ａから排気ライン４３１ｂに向かってウエハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、すなわちガス導入ライン４３２ｂから排気ライン４３１ａに向かってウエハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい。

ウエハ２００の処理が完了すると、反応管４０３内の残留ガスを除去するために、反応管４０３内には、ガス導入ライン４３２ａ、４３２ｂより不活性ガスが導入されつつ、排気ライン４３１ａ、４３１ｂより排気され、反応管内がパージされる。なお、ウエハ処理時の処理ガスの供給流量、ウエハ処理前または後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段４４１ａ、４４１ｂにより制御される。

反応管４０３内のパージ後、反応管４０３内の圧力を圧力制御手段４４８ａ、４４８ｂにより、ウエハ搬送圧力となるよう調整する。反応管４０３内の圧力が搬送圧力となった後、ゲートバルブ１３０が開かれ、ウエハ２００は、ウエハ移載機１１２（図１、図２参照）により反応管４０３から搬送室１０３（図１、図２参照）へ搬出される。

なお、上述の圧力制御手段４４８ａ、ｂによる反応管４０３内の圧力制御、温度制御手段４４７による反応管４０３内の温度制御、流量制御手段４４１ａ、４４１ｂによる反応管４０３内へのガス流量制御は、主制御部４４９が各制御手段を制御することにより行われる。

次に、本実施例の処理炉１３７を説明する。
図５は、本実施例１の基板処理装置の処理炉１３７を説明するための概略縦断面図である。

処理炉はその全体が符号１３７で示される。例示の態様においては、処理炉１３７は、半導体ウエハ２００の様々な処理工程を実行するのに適した枚葉式の処理炉である。処理炉１３７は、特に半導体ウエハの熱処理に適している。こうした熱処理の例としては、半導体デバイスの処理における、半導体ウエハの熱アニール、ホウ素−リン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、ドープポリシリコン、未ドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属、又はケイ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。

処理炉１３７は、回転筒５７９に囲まれた上側ランプ５０２および下側ランプ５２３から成るヒータアッセンブリ５５０を含む。このヒータアッセンブリ５５０は、ウエハ温度がほぼ均一になるように放射熱をウエハ２００に供給する。好ましい形態においては、ヒータアッセンブリ５５０は、放射ピーク０．９５ミクロンで照射し、複数の加熱ゾーンを形成し、ウエハ中心部より多くの熱を基板周辺部に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲン直線ランプ５０２、５２３等の加熱要素を含む。

上側ランプ５０２および下側ランプ５２３にはそれぞれ電極５２４が接続され、各ランプに電力を供給するとともに、各ランプの加熱具合は主制御部５８０に支配される加熱制御部５８１にて制御されている。

ヒータアッセンブリ５５０は、平ギア５７７に機械的に接続された回転筒５７９内に収容されている。この回転筒５７９は、セラミック、グラファイト、より好ましくはシリコングラファイトで被覆したグラファイト等から成る。ヒータアッセンブリ５５０、回転筒５７９は、チャンバ本体５２７内に収容されて真空密封され、更にチャンバ本体５２７のチャンバ底５２８の上に保持される。チャンバ本体５２７は様々な金属材料から形成することができる。例えば、幾つかのアプリケーションではアルミニウムが適しており、他のアプリケーションではステンレス鋼が適している。材料の選択は、当業者であれば分かるように、蒸着処理に用いられる化学物質の種類、及び選択された金属に対するこれら化学物質の反応性に左右される。通常前記チャンバ壁は、本技術分野では周知であるように、周知の循環式冷水フローシステムにより華氏約４５〜４７度まで水冷される。

回転筒５７９は、チャンバ底５２８の上に回転自在に保持される。具体的には、平ギア５７６、５７７とがボールベアリング５７８によりチャンバ底５２８に回転自在に保持され、平ギア５７６と平ギア５７７とは噛み合うように配置されている。更に、平ギア５７６は主制御部５８０にて支配される駆動制御部５８４にて制御されるサセプタ駆動機構５６７にて回転せしめられ、平ギア５７６、平ギア５７７を介して回転筒５７９を回転させている。回転筒５７９の回転速度は、当業者であれば分かるように、個々の処理に応じて５〜６０ｒｐｍであることが好ましい。

処理炉１３７は、チャンバ本体５２７、チャンバ蓋５２６およびチャンバ底５２８から成るチャンバ５２５を有し、チャンバ５２５にて囲われた空間にて処理室５０１を形成している。

ウエハ２００は、円周方向において複数に分割された（実施例においては４つに分割）炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォーツ、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウム、又は鋼等の好適な材料から成る基板保持手段であるサセプタ５１７の上に保持される。

なお、サセプタ５１７は円形形状をしており、具体的には中心のサセプタは円板状形状であり、それ以外はドーナッツ形の平板形状であって、回転筒５７９にて支持されている。

チャンバ蓋５２６にはガス供給管５３２が貫通して設けられ、処理室５０１に処理ガス５３０を供給し得るようになっている。ガス供給管５３２は、開閉バルブ５４３、流量制御手段であるマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）５４１を介し、ガスＡ、ガスＢのガス源に接続されている。ここで使用されるガスは、窒素等の不活性ガスや水素、アルゴン、六フッ化タングステン等の所望のガスが用いられ、ウエハ２００上に所望の膜を形成させて半導体装置の一部を形成するものである。

また、開閉バルブ５４３およびＭＦＣ５４１は、主制御部５８０にて支配されるガス制御部５８２にて制御され、ガスの供給、停止およびガスの流量が制御される。

なお、ガス供給管５３２から供給された処理ガス５３０は処理室５０１内にてウエハ２００と反応し、残余ガスはチャンバ本体５２７に設けられた排気口であるガス排気口５３５から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室５０１外へ排出される。

処理炉１３７は、様々な製造工程においてウエハ２００の放射率（エミシビティ）を測定し、その温度を計算するための非接触式の放射率測定手段をも含む。この放射率測定手段は、主として放射率測定用プローブ５６０、放射率測定用リファレンスランプ（参照光）５６５、温度検出部およびプローブ５６０と温度検出部とを結ぶ光ファイバー通信ケーブルを含む。このケーブルはサファイア製の光ファイバー通信ケーブルから成ることが好ましい。プローブ５６０はプローブ回転機構５７４により回転自在に設けられ、プローブ５６０の一端をウエハ２００または参照光であるリファレンスランプ５６５の方向に方向付けられる。また、プローブ５６０は光ファイバー通信ケーブルとスリップ結合にて結合されているので、前述したようにプローブ５６０が回転しても接続状態は維持される。

即ち、プローブ回転機構５７４は放射率測定用プローブ５６０を回転させ、これによりプローブ５６０の先端が放射率測定用リファレンスランプ５６５に向けてほぼ上側に向けられる第１ポジションと、プローブ５６０がウエハ２００に向けてほぼ下側に向けられる第２ポジションとのプローブ５６０の向きが変えられる。従って、プローブ５６０の先端は、プローブ５６０の回転軸に対し直角方向に向けられていることが好ましい。このようにして、プローブ５６０はリファレンスランプ５６５から放射された光子の密度とウエハ２００から反射された光子の密度を検知することができる。リファレンスランプ５６５は、ウエハ２００における光の透過率が最小となる波長、好ましくは０．９５ミクロンの波長の光を放射する白色光源から成ることが好ましい。上述の放射率測定手段は、リファレンスランプ５６５からの放射とウエハ２００からの放射を比較することにより、ウエハ２００の温度を測定する。

ヒータアッセンブリ５５０は回転筒５７９、サセプタ５１７およびウエハ２００に完全に包囲されているので、放射率測定用プローブ５６０による読み取りに影響を与える得るヒータアッセンブリから処理室５０１への光の漏れはない。仕切弁であるゲートバルブ２４５を開放し、チャンバ本体５２７に設けられたウエハ搬入搬出口５４７を通ってウエハ（基板）２００を処理室５０１内に搬入し、ウエハ２００をサセプタ５１７上に配置後、サセプタ回転機構（回転手段）５６７は処理中に回転筒５７９とサセプタ５１７を回転させる。ウエハ２００の放射率の測定時には、プローブ５６０はウエハ２００の真上のリファレンスランプ５６５に向くように回転し、リファレンスランプ５６５が点灯する。そして、プローブ５６０はリファレンスランプ５６５からの入射光子密度を測定する。リファレンスランプ５６５が点灯している間、プローブ５６０は第１ポジションから第２ポジションへと回転し、回転している間にリファレンスランプ５６５真下のウエハ２００に向く。このポジションにおいて、プローブ５６０はウエハ２００のデバイス面（ウエハ２００の表面）の反射光子密度を測定する。続いてリファレンスランプ５６５が消灯される。ウエハ２００に直接向いている間、プローブ５６０は、加熱されたウエハ２００からの放射光子を測定する。プランクの法則によれば、特定の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四乗に関係する。その比例定数はシュテファン・ボルツマン定数と表面放射率との積から成る。従って、非接触法における表面温度の決定時には、表面放射率を使用するのが好ましい。以下の式を用いてウエハ２００のデバイス面の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフの法則により放射率が得られる。
（１）ウエハ反射率 ＝反射光強度／入射光強度
（２）放射率 ＝ （１−ウエハ反射率）
一旦ウエハの放射率が得られると、プランクの式からウエハ温度が得られる。この技法は、ウエハが高温で、且つこのような適用において上記計算の実行前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。プローブ５６０は、第２ポジション即ちウエハに向けられるポジションに留まって、リファレンスランプ５６５の点灯時には常に放射率データを提供し続けることが好ましい。

ウエハ２００は回転しているので、プローブ５６０は、その回転中にウエハ２００のデバイス面から反射される光子密度を測定し、基板にリトグラフされるであろう変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射を測定する。また放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、温度補正が動的且つ連続的に行われる。

処理炉１３７は更に温度検出手段である複数の温度測定用プローブ５６１を含む。これらのプローブ５６１はチャンバ蓋５２６に固定され、すべての処理条件においてウエハ２００のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。プローブ５６１によって測定された光子密度に基づき温度検出部５８３にてウエハ温度に算出され、主制御部５８０にて設定温度と比較される。主制御部５８０は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部５８１を介してヒータアッセンブリ内の加熱手段である上側ランプ５０２、下側ランプ５２３の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。好ましくは、ウエハ２００の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた３個のプローブ５６１を含む。これによって処理サイクル中の温度の均一性が確保される。

なお、温度測定用プローブ５６１にて算出されたウエハ温度は、放射率測定用プローブ５６０にて算出されたウエハ温度と比較され、補正されることでより正確なウエハ温度の検出を可能としている。

ウエハ２００の処理後、ウエハ２００は、複数の突上げピン５６６によりサセプタ５１７の真中にあるサセプタとともに真中以外のサセプタから持ち上げられ、処理炉１３７内でウエハ２００を自動的にローディング及びアンローディングできるようにするために、ウエハ２００の下に空間を形成する。突上げピン５６６は駆動制御部の制御のもと、昇降機構５７５によって上下する。

次に、本実施例の処理炉１３８を説明する。
図６は、本実施例１の基板処理装置の処理炉１３８を説明するための概略縦断面図である。
処理炉１３８は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理するプラズマ処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置１３８は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。

図６に、このようなＭＭＴ装置１３８の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置１３８は、第２の容器である下側容器６１１と、該下側容器６１１の上に被せられる第１の容器である上側容器６１０とから処理室６０１が形成されている。上側容器６１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器６１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ６１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。

上側容器６１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室６３７を形成するシャワーヘッド６３６が設けられ、シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口６３４が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔６３４aを有するシャワープレート６４０からなっており、前記ガス導入口６３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管６３２により開閉弁であるバルブ６４３a流量制御手段であるマスフローコントローラ６４１を介して図中省略の反応ガス６３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド６３６から反応ガス６３０が処理室６０１に供給され、また、サセプタ６１７の周囲から処理室６０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器６１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口６３５が設けられている。ガス排気口６３５はガスを排気する排気管であるガス排気管６３１により圧力調整器であるＡＰＣ６４２、開閉弁であるバルブ６４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ６４６に接続されている。

供給される反応ガス６３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極６１５が設けられる。筒状電極６１５は処理室６０１の外周に設置されて処理室６０１内のプラズマ生成領域６２４を囲んでいる。筒状電極６１５にはインピーダンスの整合を行う整合器６７２を介して高周波電力印加する高周波電源６７３が接続されている。

また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状磁石６１６は筒状の永久磁石となっている。筒状磁石６１６は、筒状電極６１５の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石６１６、６１６は、処理室６０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石６１６、６１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極６１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。

処理室６０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ６１７が配置されている。サセプタ６１７はウエハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ６１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。

また、サセプタ６１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構６７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構６７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ６１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。

ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉１３８は、少なくとも前記処理室６０１、サセプタ６１７、筒状電極６１５、筒状磁石６１６、シャワーヘッド６３６、及び排気口６３５から構成されており、処理室６０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。

筒状電極６１５及び筒状磁石６１６の周囲には、この筒状電極６１５及び筒状磁石６１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板６２３が設けられている。

サセプタ６１７は下側容器６１１と絶縁され、サセプタ６１７を昇降および回転させる昇降回転手段であるサセプタ昇降回転機構６６８が設けられている。またサセプタ６１７には貫通孔６１７ａを有し、下側容器６１１底面にはウエハ２００を突上げるための基板突上手段であるウエハ突上げピン６６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降回転機構６６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウエハ突上げピン６６６がサセプタ６１７と非接触な状態で貫通孔６１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔６１７ａ及びウエハ突上げピン６６６が設けられる。また、サセプタ昇降回転機構６６８によりサセプタ６１７を回転することにより、ウエハ２００の処理中にウエハ２００を回転させることができる。

また、下側容器６１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４６が設けられ、開いている時には、搬送室１０３（図１、２参照）のウエハ移載機１２１（図１、２参照）により処理室６０１へウエハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室６０１を気密に閉じることができる。

また、制御手段であるコントローラ６２１は、高周波電源６７３、整合器６７２、バルブ６４３ａ、マスフローコントローラ６４１、ＡＰＣ６４２、バルブ６４３ｂ、真空ポンプ６４６、サセプタ昇降回転機構６６８、ゲートバルブ２４６、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。

上記のような構成において、ウエハ２００表面を、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。

ウエハ２００は処理炉１３８を構成する処理室６０１の外部（搬送室１０３（図１、２参照））からウエ２００ハを搬送するウエハ移載機１２１（図１、２参照）によって処理室６０１に搬入され、サセプタ６１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ６１７が下った状態になっており、ウエハ突上げピン６６６の先端がサセプタ６１７の貫通孔６１７ａを通過してサセプタ６１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器６１１に設けられたゲートバルブ２４６が開き、ウエハ移載機１２１（図１、２参照）によってウエハ２００をウエハ突上げピンの先端に載置し、ウエハ移載機１２１（図１、２参照）は処理室６０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４６が閉まり、サセプタ６１７がサセプタ昇降機構６６８により上昇すると、サセプタ６１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。

サセプタ６１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００をウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ６４６、及びＡＰＣ６４２を用いて処理室６０１の圧力を所定の圧力範囲内に維持する。

ウエハ２００を処理温度に加熱したら、ガス導入口６３４からシャワープレート６４０のガス噴出孔６３４ａを介して、反応ガスを処理室６０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。同時に筒状電極６１５に高周波電源６７３から整合器６７２を介して高周波電力を印加する。このときインピーダンス可変機構６７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。

筒状磁石６１６、６１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域６２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ６１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ２００は、ウエハ移載機１２１（図１、２参照）を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室６０１外へ搬送される。

なお、コントローラ６２１により高周波電源６７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器６７２の調整、バルブ６４３ａの開閉、マスフローコントローラ６４１の流量、ＡＰＣ６４２の弁開度、バルブ６４３ｂの開閉、真空ポンプ６４６の起動・停止、サセプタ昇降機構６６８の昇降動作、ゲートバルブ２４６の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。

次に、上記構成をもつ本実施例の基板処理装置によって基板としての半導体ウエハを処理する方法について説明する。
本実施例は、上述のとおり、枚葉装置構成で連続処理可能な複数のプロセスモジュール（処理炉２０２、処理炉１３７、処理炉１３８、処理ユニット１３９）を有する基板処理装置に関するものであり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理炉２０２で成膜を行い、その後、ＲＴＰ処理炉１３７で熱処理による膜質の改善を行い、その後、ＣＶＤ処理炉２０２で再び成膜を行うというように、ＣＶＤ処理炉２０２における成膜処理とＲＴＰ処理炉１３７における膜質改善処理とを交互に連続で行い膜質の改善を行いながら膜を積み上げる成膜を実施する場合、ＣＶＤ処理炉２０２における処理後にウエハ移載機１１２によりウエハ２００をＲＴＰ処理炉１３７に移載しそこでウエハ２００を回転させ熱処理を行い、その後ＣＶＤ処理炉２０２へ戻す場合に、ＲＴＰ処理炉１３７とＣＶＤ処理炉２０２の連続処理サイクルにあわせて戻す角度を変え膜厚均一性の補正を行うものである。

ＣＶＤ処理炉２０２においては、ガスの流れ方向に膜厚勾配が生じる場合があり、また、チャンバ特有の炉内レイアウトにより膜厚分布に特異点（膜厚大小）が生じる場合がある。

このような場合、ＣＶＤ処理炉２０２に回転機構を設けることはその構造上困難であり、また、ガスノズル形状、炉内空間形状を改善し単体炉での改善を図ってきたが、更なる改善が望まれていた。

そこで、本実施例のように、連続処理を行うインテグレーションシステムを利用し、ＲＴＰ処理炉１３７の回転手段（駆動制御部８４、サセプタ回転機構５６７、回転筒５７９等）を用いて、ＣＶＤ処理炉２０２にウエハ２００を戻す場合に、ウエハ２００の角度を変えることで、単体炉では改善することが困難であった均一性の向上を容易に図ることができるようになる。

次に、メタル系の成膜では途中でＲＴＰ処理炉１３７で膜質を改善しながら膜を積み上げる傾向にある最近の技術動向に鑑み、ＣＶＤ処理炉２０２単体では改善できない膜厚分布に偏りがある場合に、インテグレーションの連続処理で膜厚分布を改善する場合を例にとり、さらに詳細に本実施例を説明する。

フロントからバックへガスを流すＣＶＤ処理炉２０２で流れ方向に向け反応ガスが消費させるためフロント側が厚くバック側が薄くなるが、ＲＴＰ処理炉１３７で膜質改善を行い再度成膜をするのにＣＶＤ処理炉２０２へ戻すときＲＴＰ処理炉１３７で回転成膜後ウエハ２００を１８０°反転させた位置で停止させ搬送させることにより膜厚勾配を改善し均一性を向上させるものである。

まず、未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図１および図２に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。

ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、搬送室１２１に設置されたウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、搬送室１０３の負圧は維持されている。ウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。

予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、予備室１２２、搬送室１０３、処理炉２０２が連通される。続いて、搬送室１０３のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして処理炉２０２に搬入する。そして、処理炉２０２内にメタル成膜用の処理ガスが供給され、所望のメタルがウエハ２００上に成膜される。

この場合、本実施例では、処理炉２０２において、処理ガスは一方向に向かって流れるようにした。すなわち、ガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウエハ２００の表面に対して略水平な方向に流れるようにした。

処理炉２０２で処理が完了すると、処理済みのウエハ２００は搬送室１０３のウエハ移載機１１２によって搬送室１０３に搬出される。

そして、ウエハ移載機１１２はＣＶＤ処理炉２０２から搬出したウエハ２００をＲＴＰ処理炉１３７に搬入し、ウエハ２００を回転させながら、加熱処理により、ウエハ２００に成膜された膜の膜質を改善する。なお、この際には、処理室５０１内に流す処理ガス５３０としては、水素、希ガス、窒素等が成膜されたメタルの種類に応じて用いられる。

その後、ＲＴＰ処理炉１３７において、ＲＴＰ処理炉１３７にウエハ２００が搬入された際のウエハ２００の位置に対してウエハ２００を１８０°反転させた位置にウエハ２００を停止させ、ウエハ移載機１１２により、ＣＶＤ処理炉２０２に再度移載する。

その後、処理炉２０２内にメタル成膜用の処理ガスが供給され、所望のメタルがウエハ２００上に再び成膜される。

その後、ＣＶＤ処理炉２０２におけるメタルの成膜と、ＲＴＰ処理炉１３７における膜質改善とを所定回数繰り返す。

このようにして処理が終わると、処理済みのウエハ２００はウエハ移載機１１２によって処理ユニット１３９に移載され、そこで、冷却される。

処理ユニット１３９において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００はウエハ移載機１１２によって処理ユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。

冷却済みのウエハ２００が処理ユニット１３９から搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、ウエハ移載機１１２は処理ユニット１３９から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。

予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、搬送室１２１の予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、搬送室１２１のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして搬送室１２１に搬出し、搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。

なお、上記においては、また膜質改善を行う炉としてＲＴＰ処置炉１３７を使用したが、ウエハの回転機構（サセプタ昇降回転機構６６８）を備えるＭＭＴ炉１３８を使用しても同様の運用が可能である。

本発明の実施例１の基板処理装置を説明するための概略横断面図である。 本発明の実施例１の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉２０２を説明するための概略縦断面図である。 本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉２０２を説明するための概略横断面図である 本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉１３７を説明するための概略縦断面図である。 本発明の実施例１の基板処理装置の処理炉１３８を説明するための概略縦断面図である。

符号の説明

１００…ポッド
１０１…筐体
１０３…搬送室
１０５…ＩＯステージ
１０６…オリエンテーションフラット合わせ装置
１０８…ポッドオープナー
１１２…ウエハ移載機
１１５…エレベータ
１２１…搬送室
１２２、１２３…予備室
１２４…ウエハ移載機
１２５…筐体
１２７、１２８、１２９、１３０、２４４、２４５、２４６、２４７…ゲートバルブ
１３４…ウエハ搬入搬出口
１３７、１３８、２０２…処理炉
１３９…処理ユニット
１４０、１４１…基板置き台
２００…ウエハ
４０３…反応管
４０７ａ…上ヒータ
４０７ｂ…下ヒータ
４０８…断熱材
４０９ａ、４０９ｂ…ガス導入フランジ
４１７…ウエハ支持台
４３１ａ、４３１ｂ…排気ライン
４３２ａ、４３２ｂ…ガス導入ライン
４４１ａ、４４１ｂ…流量制御手段
４４７…温度制御手段
４４８ａ、４４８ｂ…圧力制御手段
４４９…主制御部
５０１…処理室
５０２…上側ランプ
５１７…サセプタ
５２３…下側ランプ
５２４…電極
５２５…チャンバ
５２６…チャンバ蓋
５２７…チャンバ本体
５２８…チャンバ底
５３０…処理ガス
５３２…ガス供給管
５３５…ガス排気口
５４１…マスフローコントローラ
５４３…バルブ
５４４…ゲートバルブ
５４７…ウエハ搬入搬出口
５５０…ヒータアッセンブリ
５６０…放射率測定用プローブ
５６１…温度測定用プローブ
５６５…放射率測定用リファレンスランプ
５６６…ウエハ突上ピン
５６７…サセプタ回転機構
５７４…プローブ回転機構
５７５…昇降機構
５７６、５７７…平ギア
５７８…ボールベアリング
５７９…回転筒
５８０…主制御部
５８１…加熱制御部
５８２…ガス制御部
５８３…温度検出部
５８４…駆動制御部
６０１…処理室
６１０…上側容器
６１１…下側容器
６１５…筒状電極
６１６…筒状磁石
６１７…サセプタ
６１７ａ…貫通孔
６２１…コントローラ
６２３…遮蔽板
６２４…プラズマ生成領域
６３０…反応ガス
６３１…ガス排気管
６３２…ガス配給管
６３４…ガス導入口
６３４ａ…ガス噴出孔
６３５…ガス排気口
６３６…シャワーヘッド
６３７…バッファ室
６４０…シャワープレート
６４１…マスフローコントローラ
６４２…ＡＰＣ
６４３ａ、６４３ｂ…バルブ
６４６…真空ポンプ
６６６…ウエハ突き上げピン
６６８…サセプタ昇降回転機構
６７２…整合器
６７３…高周波電源
６７４…インピーダンス可変機構

Claims (1)

1. 少なくとも２つの処理室と、それぞれの処理室内に基板を載置する基板載置手段とを備え、一方の処理室での基板の処理終了後、他方の処理室へ前記基板を搬入して処理を実行し、その後、前記一方の処理室にて前記基板の処理を行う基板処理装置であって、
   前記一方の処理室で先行して処理する際の前記基板載置手段に対する基板の向きと、その後に前記一方の処理室で処理する際の基板載置手段に対する基板の向きとを、異ならせたことを特徴とする基板処理装置。

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