JP4661968B2 - 枚葉式の処理装置 - Google Patents
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Description
例えば半導体ウエハに対して1枚毎に熱処理を施す枚葉式の処理装置を例にとれば(特許文献1参照)、真空引き可能になされた処理容器内に、薄い載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で下方より加熱ランプで加熱しつつ所定の処理ガスを流し、ウエハに各種の熱処理を施すようになっている。
図21は一般的な枚葉式の処理装置を示す構成図、図22は載置台の部分を中心として示す平面図である。図21に示すように、例えば真空引き可能になされた処理容器2内には、半導体ウエハWを載置する載置台4が設けられると共に、この対向側にはシャワーヘッド部6が設けられて所定の処理ガスを供給する。また、載置台4の下方であって、処理容器2の底部側には透過窓10を介して加熱手段として加熱ランプ8が設けられて、上記ウエハWを加熱するようになっている。
そして、このリフトピン12と一体的に、載置台4の外側に位置させてロッド部材16が設けられる。このロッド部材16は、石英製の弾発部材収容筒18内に収容されたバネの如き弾発部材により上下方向へ出没可能になされている。そして、このロッド部材16の上端部に例えば金属汚染の少ない、しかも熱伸縮も少ない窒化アルミ(AlN)等のセラミックよりなる円形リング状のクランプ部材20が取り付けられており、このクランプ部材20の内側周縁部が上記ウエハWの周縁部の上面と当接してこのウエハWを載置台4側に押圧固定するようになっている。
また、上記反射部材22の外側には、円筒体状の支柱26が起立させて設けられており、この支柱26の上端部には、補助リング28を介して同じく円形リング状に成形されたアタッチメント部材30(図22参照)が設けられている。そして、このアタッチメント部材30の内周面に、中心方向へ突出した複数の、図示例では4つの支持突起30Aが設けられており、この支持突起30Aに、前記載置台4の周縁部の裏面を当接させて、これを支持するようになっている。また、このアタッチメント部材30には、上記ロッド部材16や弾発部材収容筒18を挿通するための挿通孔32が形成されている。また、載置台4の外周端部には、載置台4の内部に向けて温度測定穴(図示せず)が設けられており、この温度測定穴に熱電対や光ファイバのロッドを挿入して載置台4の中心部や周辺部の温度を検出して温度制御を行うようになっている。
しかしながら、従来の装置例にあっては、載置台4の周縁部より相当内側に、リフトピン12を挿通するためのピン孔14が形成されているために、この部分における温度分布に悪影響を与える、といった問題があった。すなわち、載置台4は、例えば窒化アルミニウムよりなり、その裏面は略黒色になされていることから、加熱ランプ8からの照射光を効率的に吸収できるのに対して、直径が10mm程度の上記ピン孔14の部分では、これに照射光8が直接的に侵入して赤外線の透過率が大きなウエハWを透過してしまうので、加熱温度分布特性に悪影響を与える傾向にあった。
更には、図22に示すように、載置台4は、例えば石英製のアタッチメント部材30に形成した支持突起30Aと部分的に接し、且つこの支持突起30Aの部分のみで上下方向にオーバラップしているので、温度分布のバランスを崩す原因となり、この点よりも載置台4の加熱温度分布特性に悪影響を与える傾向にあった。
また温度測定のために光ファイバのロッドを用いている場合には、ロッドの先端または外周部分に所定の屈折率を有する堆積物が付着してしまい、これがために、測定帯域の波長の光成分の入射量が減少したり、一部が外へ漏れ出してしまったり、或いは逆に外部より光ファイバ内へ外乱の光が侵入してしまったりし、正確な温度測定ができなくなる、といった問題があった。
本発明の目的は、熱電対や光ファイバのロッドを挿入する温度測定穴内へ処理ガスが侵入することを確実に防止して正確な載置台温度を検出することが可能な枚葉式の処理装置を提供することにある。
このように、被処理体の周辺の端部であるエッジ部を支持できるようにリフトピンを配置し、且つ載置台には上記エッジ部に対応する部分にリフトピンを通す挿通部を形成するようにしたので、このピン挿通部を通過する加熱ランプからの照射光が載置台の加熱温度の分布特性に与える悪影響を大幅に抑制することが可能となり、この結果、被処理体の面内処理の均一性を向上させることが可能となる。
また、例えば前記ピン挿通部は、前記載置台の周縁部に形成した切り欠きにより構成される。
また、例えば前記ピン挿通部は、前記載置台の周縁部に形成した貫通孔により構成される。
このように、リング状のアタッチメント部材は、その内側周縁部と載置台の周縁部とがその周方向に沿って上下方向に全体的に重なるような状態で載置台を支持するように構成したので、載置台の周縁部において照射光が直接当たる部分と当たらない部分(支持突起の部分に対応)とが発生するような従来の処理装置と異なり、載置台の加熱温度の分布特性に与える悪影響を大幅に抑制することが可能となる。この結果、被処理体の面内処理の均一性を向上させることが可能となる。
本発明の関連技術は、処理容器内に設けられた薄板状の載置台にリフトピンを昇降させることによって被処理体を載置し、前記被処理体の上面の周縁部に当接して弾発機構部により発生する弾性力により前記被処理体を前記載置台側に押圧して保持させるクランプ部材を設け、前記載置台をその下方に配置した加熱ランプにより加熱することにより前記被処理体を間接的に加熱して所定の処理を施すようにした枚葉式の処理装置において、前記載置台の外側の下方に、前記加熱ランプからの照射光を前記載置台に向けて反射するために円筒体状に成形された所定の厚みの反射部材を設け、前記反射部材の上部に、前記クランプ部材に弾発力を付与する前記弾発機構部を収容するための部材収容空間を形成するように構成したことを特徴とする枚葉式の処理装置である。
また例えば請求項3に規定するように、前記温度測定用検出子は2本設けられており、一方の温度測定用検出子の先端部は前記載置台の略中央部に位置されると共に、他方の温度測定用検出子の先端部は前記載置台の略周辺部に位置される。
また例えば請求項4に規定するように、前記温度測定用検出子は光ファイバのロッドである。
また例えば請求項5に規定するように、前記温度測定用検出子は熱電対である。
本発明の関連技術によれば、被処理体の周辺の端部であるエッジ部を支持できるようにリフトピンを配置し、且つ載置台には上記エッジ部に対応する部分にリフトピンを通す挿通部を形成するようにしたので、このピン挿通部を通過する加熱ランプからの照射光が載置台の加熱温度の分布特性に与える悪影響を大幅に抑制することが可能となり、この結果、被処理体の面内処理の均一性を向上させることができる。
図1は本発明に係る枚葉式の処理装置の一実施例を示す断面図、図2は載置台とアタッチメント部材との取り付け状態を示す平面図、図3は載置台を示す平面図、図4はアタッチメント部材を主体とする平面図、図5は載置台の支持状態を示す部分拡大断面図、図6はリフトピンと弾発機構部を示す斜視図、図7はリフトピンとクランプ部材の動作を説明するための動作説明図、図8は反射部材を示す斜視図、図9は反射部材と弾発機構部との位置関係を説明するための平面図である。
また、処理容器36の底部の周辺部には、排気口46が形成されており、この排気口46には図示しない真空ポンプ等を介設した排気路48が接続されて、処理容器36内を真空引きできるようになっている。
また、上記アタッチメント部材56には、上記切り欠き66の位置に対応させて、後述するクランプ部材を支持するロッド部材等を挿通させるためのロッド挿通孔68がその周方向に沿って3つ形成されている。
そして、上記載置台58の外側方向の斜め下方には、複数本、例えば3本のL字状になされたリフトピン70が上方へ起立させて設けられており(図6参照)、このリフトピン70を上下動させることにより、上記リフトピン70を載置台58に設けた3つの切り欠き状の挿通部60及びアタッチメント部材56に設けた切り欠き66を通ってウエハWを持ち上げ、或いは持ち下げ得るようになっている。
まず、ロードロックロック室、或いは搬送室内に収容されている未処理の半導体ウエハWを、開放されたゲートバルブGを介して処理容器36内へ搬入し、リフトピン70を押し上げた状態で上記ウエハWをリフトピン70側に受け渡す。そして、このリフトピン70を、昇降ロッド98を下げることによって降下させてウエハWを持ち下げ、このウエハWを載置台58上に載置すると共に更に昇降ロッド98を下げることによってウエハWの周縁部をクランプ部材72の内側端部で押圧してこれを固定する。
ウエハWがプロセス温度に達したならば、例えばタングステン膜を形成するならば処理ガスとして例えば成膜ガスであるWF6 ガスやH2 ガス等をシャワーヘッド部38より処理容器36内の処理空間Sへ供給し、タングステン膜などの成膜処理を所定の時間行うことになる。この成膜処理中、バックサイドガス供給手段115のガス導入路116を介して載置台58の下方の空間へはバックサイドガスとして例えばArガスが流量制御しつつ供給されており、この空間内へ処理ガスが侵入して載置台58の裏面(下面)や透過窓102の上面に不要な膜が堆積することを防止している。そして、成膜処理が完了したならば、上記した操作と逆の処理を行って、処理済みのウエハWを処理容器36の外へ搬出することになる。
しかしながら、本実施例では第1の特徴的構成として上記ピン挿通部60は図1及び図7にも示すように、ウエハWのエッジ部に対応させるようにして設けているので、図21に示す従来装置のようにピン孔14を載置台4の外周端面よりもかなり内側に設けた場合と異なり、下方からの照射光が上記ピン挿通部60を通過して直接的にウエハWの裏面に照射されても、この部分がウエハWに与える熱的悪影響を大幅に抑制することが可能となる。換言すれば、ウエハWのエッジ部の僅か数mm程度の部分の温度が低くても、ウエハ全体の加熱温度分布に悪影響を与えることを抑制することができる。これにより、ウエハWの面内処理の均一性を向上させることが可能となる。
これに対して、本実施例では、第2の特徴的構成として図1及び図2にも示すように、載置台58の周縁部は、その全周に亘ってアタッチメント部材の内側周縁部と上下に重なるようにして支持されているので、載置台58の周縁部に沿って温度が均一に分布することになり、載置台58の加熱温度分布特性に与える悪影響を抑制することができる。この結果、ウエハWの面内処理の均一性を向上させることができる。
これに対して、本実施例では第3の特徴的構成として図1、図8及び図9に示すように、弾発部材収容筒80を円筒体状の反射部材112の上部に形成した切り込み状の部材収容空間114内へ収容した状態となるように設けるようにしたので、弾発部材収容筒80の影が載置台58側へ投影されることがなくなり、載置台58の加熱温度分布特性に与える悪影響を抑制することができる。この結果、ウエハWの面内処理の均一性を向上させることができる。
図10は本発明の第1の特徴的構成を採用した処理装置と従来装置とを用いて半導体ウエハを処理した時のウエハ周縁部における処理の均一性を示すグラフ、図11は本発明の第2の特徴的構成を採用した処理装置と従来装置とを用いて半導体ウエハを処理した時のウエハ周縁部における処理の均一性を示すグラフ、図12は本発明の第3の特徴的構成を採用した処理装置と従来装置とを用いて半導体ウエハを処理した時のウエハ周縁部における処理の均一性を示すグラフ、図13は本発明の各特徴的構成を組み合わせて採用した処理装置と従来装置とを用いて半導体ウエハを処理した時のウエハ周縁部における処理の均一性を示すグラフである。
図10に示すように、従来装置の場合には、ピン孔14を設けた90度、210度、330度において比抵抗は極端に大きくなってピークを示しており、また、処理の面内均一性も±5.72%と、かなり劣った値を示している。これに対して、本発明の第1の特徴的構成(リフトピン70をウエハのエッジ部に配置)の場合には、曲線X1に示すようにピン挿通部60における比抵抗のピーク値はそれぞれかなり低下しており、且つボトム部分もかなり底上げされた部分もあり、その処理の面内均一性は±4.33%になって、従来装置の場合よりも1.39%改善されているのが判明した。
更に、図12に示すように、本発明の第3の特徴的構成(反射部材112の部材収容空間114に弾発部材収容筒80を収容)の場合には、曲線X3に示すように、ピン挿通部60における比抵抗のピーク値はそれ程低下していないが、ボトム部分の値がかなり底上げされ、その処理の面内均一性は±4.87%になって、従来装置の場合よりも0.85%改善されているのが判明した。
図示するように、曲線Z1及びZ2ともに従来装置の場合と比較してピーク値は抑制され、且つボトム値はかなり底上げされている。そして、曲線Z1の場合には処理の面内均一性は±3.79%になって、1.93%改善されており、曲線Z2の場合には処理の面内均一性は±2.87%になって、2.85%も改善されていることが判明した。
このように、特に本発明の第1〜第3の特徴的構成を全て採用することにより、ウエハ処理の面内均一性を大幅に改善できることが判明した。
図15は本発明の処理装置の他の実施例を示す断面図、図16は他の実施例における載置台とアタッチメント部材と温度測定用検出子の取り付け状態を示す平面図、図17は他の実施例におけるアタッチメント部材と温度測定用検出子との取り付け状態を示す平面図、図18は温度測定用検出子の挿入された温度測定穴を示す部分拡大断面図である。尚、図1〜図5に示した構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図1では図示されていないが、通常の処理装置では載置台の温度を検出してこの温度制御を行うために、載置台の外周端部の側面に、これより水平方向に向けて延びる温度測定穴を形成し、この温度測定穴に熱電対や光ファイバのロッドを挿入して温度を検出するようになっている。しかし、この場合、載置台の下方にバックサイドガスを供給して載置台の下方を、この上方の処理空間よりも僅かに陽圧状態にしているが、載置台の外周端部とアタッチメント部材の内側周縁部との間に形成される隙間は僅かなので、処理空間側の処理ガスが上記隙間部分に逆拡散してくる傾向にあり、この逆拡散してきた処理ガスが上記載置台の外周端部の側面に開口させて形成されている温度測定穴内にも入ってきて、穴内部で不要な堆積膜の形成や腐食を発生させる原因となる。そこで、以下に説明するこの他の実施例では上記温度測定穴内に処理ガスが侵入することがないような構成としている。
この処理装置120の薄板円板状の載置台58の外周端部の側面には、この載置台58の内部に向けて2つの温度測定穴122、124(図16及び図18参照)が設けられている。この内、一方の温度測定穴122の長さは短くてその先端は載置台58の外側端部より僅かに内側に入ったところに位置されている。これに対して、他方の温度測定穴124の長さは長く水平方向に延びており、その先端は載置台58の略中央部に位置されている。そして、各温度測定穴122、124内には、その外側に位置するリング状のアタッチメント部材56側より水平に延びるようにしてそれぞれ温度測定用検出子126、128がその先端まで挿入されている。これにより、載置台58の中心部の温度と周辺部の温度をそれぞれ測定し得るようになっている。
以上のように構成することにより、ウエハWに対する成膜処理を行っている時、載置台58の上方の処理空間Sに供給された成膜用の処理ガスは、拡散して上記各温度測定穴122、124内へ侵入してこようとする。しかしながら、本実施例においては、この温度測定穴122、124の開口部に対応する部分のアタッチメント部材56に、ガス流促進切り欠き136、138を形成しているので、図18中の破線矢印140、142に示すように、載置台58の下方に供給されたバックサイドガスが、上記各ガス流促進切り欠き136、138を介して上方の処理空間S側に促進して流れることになる。このため、処理ガスが載置台58の下方の空間側へ拡散して流れることを防止できるのは勿論のこと、この処理ガスが上記各温度測定穴122、124内へ拡散して侵入することも防止することができる。
尚、上記実施例ではガス流促進切り欠き136、138をアタッチメント部材56の内側周縁部に設けたが、前述したように、内側周縁部に代えてこれを載置台58の外周端部に設けるようにしてもよいし、或いは双方に設けるようにしてもよい。図19及び図20はガス流促進切り欠きを双方に設けた場合を示している。図19は載置台の変形例を示す平面図、図20は載置台の外周端部とこれを支持するアタッチメント部材と支持部分の拡大断面図である。
尚、本実施例では、処理として成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、アニール処理、酸化拡散処理、プラズマ処理等にも、本発明を適用することができる。
また、上記実施例においては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板等にも適用し得るのは勿論である。
36 処理容器
38 シャワーヘッド部
56 アタッチメント部材
58 載置台
60 ピン挿通部
64 スペーサ部材
66 切り欠き
70 リフトピン
72 クランプ部材
74 弾発機構部
76 シャフト部材
78 弾発部材
80 弾発部材収容筒
102 透過窓
108 加熱ランプ
112 反射部材
114 部材収容空間
136,138 ガス流促進切り欠き
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (5)
- 処理容器内の処理空間へ処理ガスを供給するガス供給手段を設け、前記処理容器内にリング状のアタッチメント部材を設け、該アタッチメント部材の内側周縁部により薄板円板状の載置台の外周端部を支持させ、前記載置台の下方にバックサイドガスを供給するバックサイドガス供給手段を設け、前記載置台上に被処理体を載置して前記載置台の下方に配置した加熱ランプにより前記被処理体を間接的に加熱して所定の処理を施すようにした枚葉式の処理装置において、
前記載置台の外周端部の側面に、該側面より載置台の内部に向かって温度測定穴を形成し、
前記アタッチメント部材側より前記温度測定穴に向けて温度測定用検出子を挿入し、
前記温度測定穴を形成した前記載置台の外周端部及び前記温度測定穴を臨む前記アタッチメント部材の内側周縁部の内の少なくともいずれか一方に、前記載置台の下方より上方の前記処理空間に向かうバックサイドガスの通りを促進させるガス流促進切り欠きを設けるように構成したことを特徴とする枚葉式の処理装置。 - 前記温度測定用検出子には、温度測定ユニットが接続されることを特徴とする請求項1記載の枚葉式の処理装置。
- 前記温度測定用検出子は2本設けられており、一方の温度測定用検出子の先端部は前記載置台の略中央部に位置されると共に、他方の温度測定用検出子の先端部は前記載置台の略周辺部に位置されることを特徴とする請求項1又は2記載の枚葉式の処理装置。
- 前記温度測定用検出子は光ファイバのロッドであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の枚葉式の処理装置。
- 前記温度測定用検出子は熱電対であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の枚葉式の処理装置。
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