JP2006261309A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基板周辺の膜厚増加を抑制し、成膜の均一性を改善し、処理品質の向上、歩留りの向上を図る。
【解決手段】
複数の基板を収容する処理室１２と、前記基板を加熱する加熱手段１１と、所要の処理ガスを前記処理室内の任意の位置から供給する供給手段５５と、前記処理ガスの供給位置とは異なる位置で前記処理室に開口した排気口５９を介して前記処理室内のガスを排気する排気手段６７とを備え、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面積密度が、前記排気口周辺に臨接する前記処理室の部位の表面積密度よりも大きくなる様に、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面が加工されている。
【選択図】 図３

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理等の処理を行う基板処理装置に関するものである。

半導体製造工程として、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理等の処理があり、斯かる処理を行う為の基板処理装置がある。基板処理装置には、複数枚の基板を同時に処理するバッチ式の基板処理装置、或は一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置があり、いずれの基板処理装置に於いても処理室に処理ガスを導入しつつ排気し、処理ガスと基板とを反応させ基板表面に薄膜を生成する等の処理を行っている。

又、処理ガスを導入排気する場合、処理ガスと基板との接触状態で膜厚が変化する為、処理室内で滞留しない様に処理ガスの導入排気が考慮されている。

然し乍ら、処理室内の処理ガス供給位置近傍では未反応処理ガスが大部分であり、排気位置近傍では反応済処理ガスの割合が増え、基板と未反応処理ガスとの接触状態が、処理ガス供給位置近傍と排気位置近傍では異なっている。この為、処理ガス供給位置近傍に近い基板の周辺部（エッジ部分）で反応が先行し、周辺部の膜厚が増大する。

従来の基板処理装置では、周辺部の膜厚が増大する傾向にあり、膜厚の均一性を悪くしているという問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、基板周辺の膜厚増加を抑制し、成膜の均一性を改善し、処理品質の向上、歩留りの向上を図るものである。

本発明は、複数の基板を収容する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、所要の処理ガスを前記処理室内の任意の位置から供給する供給手段と、前記処理ガスの供給位置とは異なる位置で前記処理室に開口した排気口を介して前記処理室内のガスを排気する排気手段とを備え、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面積密度が、前記排気口周辺に臨接する前記処理室の部位の表面積密度よりも大きくなる様に、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面が加工されている基板処理装置に関するものである。

本発明によれば、複数の基板を収容する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、所要の処理ガスを前記処理室内の任意の位置から供給する供給手段と、前記処理ガスの供給位置とは異なる位置で前記処理室に開口した排気口を介して前記処理室内のガスを排気する排気手段とを備え、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面積密度が、前記排気口周辺に臨接する前記処理室の部位の表面積密度よりも大きくなる様に、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面が加工されているので、供給される処理ガスが反応管の前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位で先行して反応し、基板周辺部での膜厚増加を抑制し、膜厚の均一性が向上され、基板の処理品質、歩留りが向上する等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は本発明が実施される基板処理装置を示しており、図１により本発明に係る基板処理装置の概略を説明する。

筐体１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット２の授受を行う収納容器授受部としてのカセットステージ３が設けられ、該カセットステージ３の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ４が設けられ、該カセットエレベータ４には搬送手段としてのカセット搬送機５が取付けられている。前記カセットエレベータ４の後側には、前記カセット２の載置手段としてのカセット棚６が設けられ、該カセット棚６はスライドステージ７上に横行可能に設けられている。

又、前記カセット棚６の上方には前記カセット２の載置手段としてのバッファカセット棚８が設けられている。更に、該バッファカセット棚８の後側にはクリーンユニット９が設けられ、該クリーンユニット９はクリーンエアを前記筐体１の内部を流通させる様に構成されている。

該筐体１の後部上方には処理炉１０が設けられ、該処理炉１０はヒータ１１、該ヒータ１１内部に設けられ、処理室１２を画成する反応管１３を具備し、前記処理炉１０の下側には、気密室としてのロードロック室１４が仕切弁としてのゲートバルブ１５を介して連設され、前記ロードロック室１４の前面には前記カセット棚６と対向する位置に仕切り手段としてのロードロックドア１６が設けられている。

前記ロードロック室１４には、前記処理炉１０に対してボート１７（後述）を昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１８が内設され、該ボートエレベータ１８には蓋体としてのシールキャップ１９が取付けられ、該シールキャップ１９には基板保持具である前記ボート１７が垂直に載置され、該ボート１７はウェーハ２１を水平姿勢で多段に保持している。

前記ロードロック室１４には排気ライン２２、ガス供給ライン２３が連通され、前記ロードロック室１４内が真空引きされ、又窒素ガス等の不活性ガスがガスパージ等の目的で供給可能となっている。

前記ロードロック室１４と前記カセット棚６との間には図示しない昇降手段としての移載エレベータが設けられ、該移載エレベータには基板移載手段としてのウェーハ移載機２４が取付けられている。

以下、半導体製造装置に於ける一連の作動を説明する。

図示しない外部搬送装置から搬送された前記カセット２は、前記カセットステージ３に載置され、該カセットステージ３で前記カセット２の姿勢を９０゜変更され、前記カセットエレベータ４の昇降動作、横行動作及び、前記カセット搬送機５の進退動作の協働により前記カセット棚６又は、前記バッファカセット棚８に搬送される。

前記ウェーハ移載機２４により前記カセット棚６から前記ボート１７へ前記ウェーハ２１が移載される。該ウェーハ２１を移載する準備として、前記ボート１７が前記ボートエレベータ１８により前記ロードロック室１４内に降下され、前記ゲートバルブ１５により前記処理炉１０が閉塞され、更に前記ロードロック室１４の内部に前記ガス供給ライン２３から窒素ガス等のパージガスが導入される。前記ロードロック室１４が大気圧に復圧された後、前記ロードロックドア１６が開かれる。

前記スライドステージ７は前記カセット棚６を水平移動させ、移載の対象となる前記カセット２を前記ウェーハ移載機２４に対峙する様に位置決めする。該ウェーハ移載機２４は昇降動作、回転動作の協働により前記ウェーハ２１を前記カセット２より前記ボート１７へと移載する。前記ウェーハ２１の移載はいくつかの前記カセット２に対して行われ、前記ボート１７へ所定枚数のウェーハ２１の移載が完了した後、前記ロードロックドア１６が閉じられ、前記ロードロック室１４が真空引きされる。真空引き完了後に前記ガス供給ライン２３よりガスが導入され、前記ロードロック室１４内部が前記処理室１２内と同圧化される。前記ロードロック室１４内を真空雰囲気、或は窒素ガス等不活性ガス雰囲気とすることで、前記ウェーハ２１の自然生成が抑制される。

前記ゲートバルブ１５が開かれ、前記ボートエレベータ１８により前記ボート１７が前記処理炉１０内に装入され、前記ゲートバルブ１５が閉じられ、前記ウェーハ２１の処理がなされる。

該ウェーハ２１の処理は、減圧雰囲気で前記ヒータ１１により４００℃〜９５０℃（処理の内容により加熱温度が選択される）で前記処理炉１０内が加熱され、前記処理室１２に前記ガス供給ライン２３が導入され、前記排気ライン２２により反応後のガスが排気され、前記処理室１２が所定の温度、気圧に保持された状態で前記ウェーハ２１に所要の処理がなされる様になっている。

前記処理炉１０内で前記ウェーハ２１に所定の処理がなされた後、前記ゲートバルブ１５が開かれ、前記ボートエレベータ１８により窒素ガス雰囲気とされた前記ロードロック室１４内に前記処理炉１０から前記ボート１７が引出され、前記ロードロック室１４内で処理済の前記ウェーハ２１が所要の温度迄冷却される。

前記ロードロック室１４が真空引きされた状態の場合は、該ロードロック室１４内部を窒素ガスにより大気圧に復圧させた後に前記ロードロックドア１６が開かれる。前記ロードロック室１４内を真空雰囲気、或は窒素ガス等不活性ガス雰囲気とすることで、前記ウェーハ２１の自然生成が抑制される。

処理後の前記ウェーハ２１は、上記した作動の逆の手順により前記ボート１７から前記ウェーハ移載機２４により前記カセット２に移載され、該カセット２は前記カセット棚６を経て前記カセットステージ３に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。

前記カセット搬送機５、前記ウェーハ移載機２４等の動作は、搬送制御手段２５により制御される。

次に、図２に於いて、前記処理炉１０、前記ロードロック室１４、前記ボートエレベータ１８について説明する。

前記ロードロック室１４の外面に下基板２７が設けられ、該下基板２７に立設したガイドシャフト２８の上端に上基板２９が設けられ、前記下基板２７と上基板２９間に掛渡してボール螺子３１が回転自在に設けられる。該ボール螺子３１は前記上基板２９に設けられた昇降モータ３２により回転される。前記ガイドシャフト２８には昇降台３３が昇降自在に嵌合し、該昇降台３３は前記ボール螺子３１に螺合している。

半導体製造装置が複数台配置される場合には、基板搬送口３４を有する側面と隣接する側面側に配置されていくので、該基板搬送口３４はメンテナンスの為開放可能に作られる。その場合、前記下基板２７は前記基板搬送口３４を有する側面と隣接する側面に設ける。

前記昇降台３３には中空の昇降シャフト３６が垂設され、前記昇降台３３と昇降シャフト３６の支持部は気密となっている。該昇降シャフト３６は前記ロードロック室１４の天板１４ａを遊貫する。前記昇降シャフト３６の貫通部は該昇降シャフト３６の昇降動に対して接触することがない様充分な余裕があり、又前記ロードロック室１４と前記昇降台３３間には前記昇降シャフト３６の突出部を覆うベローズ３７が気密に設けられ、該ベローズ３７は前記昇降台３３の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、前記ベローズ３７の内径は前記昇降シャフト３６の外形に比べ充分に大きく前記ベローズ３７の伸縮で接触することがない様になっている。

前記昇降シャフト３６の下端には昇降基板３８が水平に固着される。該昇降基板３８の下面には駆動部カバー３９が取付けられ、駆動部収納ケース４１が構成されている。前記昇降基板３８と駆動部カバー３９との接合部にはＯリング等のシール部材が挾設され、前記駆動部収納ケース４１内部は前記ロードロック室１４に対して気密構造となっている。

前記昇降基板３８にはボート回転手段４２が設けられる。

前記昇降基板３８の下面にボート回転モータ４３が設けられ、該ボート回転モータ４３の出力軸４４は前記反応管１３と同心であり、上端にはボート受台４５が設けられている。又、前記出力軸４４の軸受部４６は磁性流体シール等により気密にシールされており、該軸受部４６には軸受冷却器４７が外嵌し、該軸受冷却器４７に冷却水が流通されることで前記ボート回転手段４２が冷却される様になっている。

前記昇降基板３８の上面には前記シールキャップ１９がシール材を介して気密に取付けられ、該シールキャップ１９は前記出力軸４４と同心であり、該出力軸４４は前記シールキャップ１９を遊貫している。

電力供給ケーブル４８が前記昇降シャフト３６の上端から該昇降シャフト３６の中空部を通って前記ボート回転モータ４３に導かれて接続されている。又、前記軸受冷却器４７、前記シールキャップ１９にはそれぞれ冷却流路４９が形成されており、該冷却流路４９には冷却水配管５１，５２が接続されている。尚、該冷却水配管５１，５２、特に該冷却水配管５２は前記ウェーハ２１に対して金属汚染等汚染を起こさない金属等の材質が採用される。

前記冷却水配管５１は前記昇降シャフト３６の中空部を経て導かれて前記軸受冷却器４７に接続され、前記冷却水配管５２は前記昇降シャフト３６の中空部を経て導かれて更に前記昇降基板３８を貫通して前記シールキャップ１９に接続されている。前記冷却水配管５２の前記昇降基板３８貫通部は管継手５３により気密となっている。

前記昇降モータ３２を駆動して前記ボール螺子３１を回転させ、前記昇降台３３、前記昇降シャフト３６、前記昇降基板３８を介して前記駆動部収納ケース４１を上死点近傍迄上昇させる。前記シールキャップ１９が前記処理炉１０の炉口５４を気密に閉塞し、基板処理が可能な状態となる。

又、前記昇降モータ３２を駆動して前記駆動部収納ケース４１を下死点近傍迄降下させ前記ボート１７を前記処理炉１０から引出すと、前記ボート１７から処理済のウェーハ２１を前記ウェーハ移載機２４（図１参照）により払出し可能となる。

次に、基板処理装置に用いられる前記処理炉１０の一例を図３により説明する。

該処理炉１０は前記反応管１３、該反応管１３の下端に設けられたマニホールド５８、該マニホールド５８に排気口５９を介して連通されたガス排気管５６、前記反応管１３の内壁に沿って立設され、上端が該反応管１３上部に開口する処理ガス導入ノズル５５、該処理ガス導入ノズル５５に接続されたガス供給管５７、前記マニホールド５８の下端部（炉口５４）を閉塞し、前記処理室１２を気密に密閉する前記シールキャップ１９、前記ボート１７、前記ボート回転手段４２、図示しないヒータ素線と断熱部材により成り前記ウェーハ２１を加熱する前記ヒータ１１等から構成される。

前記処理炉１０に於いて、処理ガスは第１のガス供給源６１、第２のガス供給源６２、第３のガス供給源６３から供給され、ガス流量制御手段としてのＭＦＣ６４、ＭＦＣ６５、ＭＦＣ６６でその流量が調節された後、前記処理ガス導入ノズル５５より前記処理室１２の上部から導入される。該処理室１２内の雰囲気は、前記ガス排気管５６に接続された排気手段（例えば真空ポンプ６７）により、前記処理室１２から排気される。

次にウェーハ処理の一例として、ウェーハなどの基板に、ｅｐｉ−ＳｉＧｅ膜を成膜する場合を図２、図３により説明する。

未処理のウェーハ２１を保持した前記ボート１７は、前記昇降モータ３２を駆動することにより、前記処理室１２に装入される。次に、制御装置７５からの命令により排気バルブ７４を開けて、前記処理室１２内の雰囲気を排気し、該処理室１２を所定の圧力まで減圧する。そして、前記制御装置７５により前記ヒータ１１を制御し、前記処理室１２の温度、延いては前記ウェーハ２１の温度を所定の温度に維持する。その後、前記制御装置７５からの命令により、前記ボート回転手段４２が駆動され、前記ボート１７を所定の回転速度で回転する。

前記第１のガス供給源６１、第２のガス供給源６２、第３のガス供給源６３には、処理ガスとして、それぞれＳｉＨ4 又はＳｉ2 Ｈ6 、ＧｅＨ4 、Ｈ2 が封入されており、それぞれのガス供給源には前記ＭＦＣ６４、ＭＦＣ６５、ＭＦＣ６６が設けられている。前記制御装置７５からの命令で、前記ＭＦＣ６４、ＭＦＣ６５、ＭＦＣ６６の開度が調節された後、前記ガス供給管５７を開閉するバルブ７３，７０，７１，７２が開かれる。前記処理ガスが前記ガス供給管５７を通じて、前記処理室１２の上部から導入され、前記ウェーハ２１にｅｐｉ−ＳｉＧｅ膜を成膜する。

次に、図４、図５により本発明で使用される前記反応管１３について説明する。

該反応管１３は上端が腕曲面で閉塞された有天筒状をしており、例えば石英等前記ウェーハ２１を汚染しない材質で形成されている。

上記した様に、前記処理ガス導入ノズル５５は前記反応管１３の上端部に開口しており、前記処理ガスが供給される位置は前記処理室１２の上部となっている。前記反応管１３の内壁の前記処理ガスが供給される周辺に臨接する部分６０（図４中、斜線で示す部分）、即ち前記処理ガスが供給される位置又は該位置を含む近傍の空間に臨接する前記部分６０ついては表面に凹凸を形成し、単位区画面積当りの表面積、例えば１辺１ｃｍで区画した範囲（区画面積）内の表面積を区画面積より大きくする。尚、以下の説明では、区画内の表面積と区画面積との比（区画内の表面積／区画面積）を表面積密度と定義する。

換言すると、前記処理ガスが供給される位置に臨接する前記部分６０については、前記反応管１３の内壁表面に凹凸を形成して表面積密度を１より大きくする。又、前記処理ガスが供給される周辺に臨接する部位と前記処理ガスの排気口周辺に臨接する部位の表面積密度とを比較させると、前記処理ガスが供給される周辺に臨接する部位の方が表面積密度が大きくなる様に構成されている。

凹凸の形状としては、例えば図５に示される様に、等ピッチで断面矩形の溝７７を円周に沿って刻設し、前記反応管１３の中心線に沿って該溝７７、突条７８を等ピッチで交互に形成したものである。例えば、前記溝７７、前記突条７８の形状を正方形とした場合は、前記溝７７を刻設することで表面積密度は２となり、例えばピッチに対し溝７７がピッチの２倍の深さを有している場合は表面積密度は３となる等、溝の深さが深くなる程表面積密度は大きくなる。

上記した前記反応管１３が用いられた場合の基板処理について説明する。

前記処理室１２に処理ガスを導入して、前記ウェーハ２１に前記処理ガスを反応させ処理を行う場合、該処理ガスは前記反応管１３の内壁に接触することでも反応し、内壁表面に反応生成物が付着堆積する。

前記処理ガスが前記処理室１２に供給された場合、前記処理ガスは前記ウェーハ２１の反応で消費されると共に前記反応管１３の内壁に反応生成物を付着堆積させることでも消費される。従って、前記処理ガスが供給される位置に臨接する部分については、表面に凹凸を形成して表面積密度を１より大きくすることで、前記反応管１３側での処理ガスの消費量が多くなり、即ち前記反応管１３側で処理ガスの反応が先行して前記ウェーハ２１の周辺での反応が抑制される。

尚、前記処理ガスが供給される位置から離れた位置では、該処理ガスの拡散により処理ガス濃度分布が均一化し、前記ウェーハ２１周辺での膜厚の増加は生じない。

而して、前記処理ガスが供給される位置近傍に保持された前記ウェーハ２１の周辺での膜厚の増大が防止され、ウェーハ面内での膜厚の均一性の向上が図れる。

尚、前記部分６０の長さＬについては、前記反応管１３の高さ、或は基板処理の内容に応じて決定され、或は表面積密度についても処理状態に対応して適宜決定される。

又、凹凸の形状についても、前記溝７７は前記反応管１３の内壁周方向に刻設したが、該反応管１３の中心線と平行に、即ち内壁の母線に沿って刻設してもよく、更に該母線に対して傾斜して刻設してもよい。

又、表面の凹凸については、前記溝７７を形成する以外にサンドブラスト等の工法で面を荒してもよく、要は表面積が増大すればよい。

図７は、前記反応管１３の一部である前記処理ガス導入ノズル５５の、前記処理ガスが供給される周辺に臨接する部分７９について凹凸を形成して、表面積密度を１より大きくしたものである。尚、前記処理ガス導入ノズル５５の前記部分７９に凹凸を形成した場合の作用、効果については、前記部分６０に凹凸を形成した場合と同様であるので説明を省略する。

尚、前記反応管１３、前記処理ガス導入ノズル５５に限らず、反応管の一部として構成される部材で、前記処理ガスが供給される周辺に臨接する部分について凹凸を形成し、該処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位表面の表面積密度を増大させてよいことは言う迄もない。

又、前記処理ガスが供給される位置、排気口の設けられる位置は炉の構造、基板処理の方式により適宜選択されるものであり、前記処理ガスが供給される位置が前記処理室１２の上部、排気口の設けられる位置が前記処理室１２の下部に限定されるものではない。更に、本発明は枚葉式の基板処理装置に対しても同様に実施可能であることは言う迄もない。

本発明の実施の形態を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に於ける処理炉関係部分を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態を示す処理炉の断面図である。 該処理炉に使用される反応管の断面図である。 図４のＡ部拡大図である。 本発明の実施の形態に於ける処理炉に使用される処理ガス導入ノズルの斜視図である。 図６のＢ部拡大図である。

符号の説明

１０ 処理炉
１１ ヒータ
１２ 処理室
１３ 反応管
１４ ロードロック室
１７ ボート
１９ シールキャップ
２１ ウェーハ
５５ 処理ガス導入ノズル
５６ ガス排気管
５７ ガス供給管
５８ マニホールド
５９ 排気口
６０ 部分
６１ 第１のガス供給源
６２ 第２のガス供給源
６３ 第３のガス供給源
６４ ＭＦＣ
６５ ＭＦＣ
６６ ＭＦＣ
６７ 真空ポンプ
７０ バルブ
７１ バルブ
７２ バルブ
７３ バルブ
７４ 排気バルブ
７５ 制御装置
７７ 溝
７８ 突条
７９ 部分

Claims (1)

1. 複数の基板を収容する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、所要の処理ガスを前記処理室内の任意の位置から供給する供給手段と、前記処理ガスの供給位置とは異なる位置で前記処理室に開口した排気口を介して前記処理室内のガスを排気する排気手段とを備え、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面積密度が、前記排気口周辺に臨接する前記処理室の部位の表面積密度よりも大きくなる様に、前記処理ガスの供給位置周辺に臨接する部位の表面が加工されていることを特徴とする基板処理装置。

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