JP4794360B2 - Substrate processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板を処理する基板処理に関するものである。 The present invention relates to substrate processing for processing a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate.
半導体装置の製造工程の1つに基板処理工程があり、基板処理はシリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に、薄膜の生成、酸化処理、アニール処理、エッチング等の処理を実施する。 One of the semiconductor device manufacturing processes is a substrate processing process, in which a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate is subjected to processing such as generation of a thin film, oxidation processing, annealing processing, and etching.
基板処理装置としては、基板を1枚ずつ処理する枚葉式基板処理装置と、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。又、処理の方法の1つとしてプラズマを利用してガスをプラズマ化し、低温下でのウェーハの処理を可能にしたCVD法がある。 As the substrate processing apparatus, there are a single-wafer type substrate processing apparatus that processes substrates one by one and a batch type substrate processing apparatus that processes a required number of substrates at a time. Further, as one of the processing methods, there is a CVD method in which a gas is converted into plasma using plasma to enable processing of a wafer at a low temperature.
又、CVD法による従来の縦型バッチ式基板処理装置の一例として特許文献1に示されるものがある。 Moreover, there exists what is shown by patent document 1 as an example of the conventional vertical batch type substrate processing apparatus by CVD method.
特許文献1に示される従来の基板処理装置では、2本の細長い棒状の電極を平行に配設して、2本の電極に高周波電力を印加し、電極間を通過するガスをプラズマ化している。 In the conventional substrate processing apparatus shown in Patent Document 1, two elongated rod-like electrodes are arranged in parallel, high-frequency power is applied to the two electrodes, and the gas passing between the electrodes is turned into plasma. .
図9、図10を参照して、この従来の基板処理装置の処理炉を説明する。 A processing furnace of the conventional substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS.
処理室1は、石英製の処理管2及びシールフランジ3で気密に構成され、前記処理管2の内壁側部には石英製のバッファ室4が設けられている。又、該バッファ室4の中には一対の電極6が設けられ、高周波電源7が供給する高周波電力を整合器8を介して前記電極6に供給し、該電極6,6間で放電され、放電によりプラズマ5が生成される様になっている。又、前記処理管2の外側にはヒータ9が設けられ、該ヒータ9は加熱制御部10によって制御され、前記処理管2内に収納されたウェーハ11、及び前記処理管2内の雰囲気を所望の温度に加熱することができる。
The processing chamber 1 is hermetically configured with a
前記処理管2の下部には、前記バッファ室4に所望のガスを導入するガス導入口12と、前記処理室1内部を排気する為の排気口13が設けられており、前記ガス導入口12は流量制御弁14を介して処理ガス供給源15に接続されている。前記ガス導入口12から導入された処理ガスは、減圧状態の前記バッファ室4で前記電極6,6間の放電によりプラズマ化される。
A
プラズマ化された処理ガスは、前記バッファ室4の小孔16より前記処理室1に供給され、該処理室1のウェーハ11に所望の処理が行われる。又、前記バッファ室4で処理ガスのプラズマを生成している間、前記電極6が発する高周波電力が基板処理装置外に漏洩するのを防止する為、前記処理管2の外側には導電性を有するカバー17が設けられ、該カバー17はアース18に接続されている。
The plasma-ized processing gas is supplied to the processing chamber 1 through the
上記した従来の縦型バッチ式基板処理装置では、前記処理管2の内壁の一部分でプラズマを発生する構造であるので、該処理管2内部全域ではプラズマの均一性がよくない。又、プラズマ密度が小さいという問題があった。
Since the conventional vertical batch type substrate processing apparatus described above has a structure in which plasma is generated on a part of the inner wall of the
本発明は斯かる実情に鑑み、処理管の内壁全面でプラズマを発生させる様にし、プラズマの均一性、プラズマ密度の向上を図ると共に、内壁全面でプラズマを発生させる様にした場合の不具合を解消するものである。 In view of such circumstances, the present invention is designed to generate plasma over the entire inner wall of the processing tube, to improve plasma uniformity and plasma density, and to solve the problem of generating plasma over the entire inner wall. To do.
本発明は、基板を収納する処理管と、該処理管を囲む様に設けられた加熱手段と、前記処理管と前記加熱手段との間に配置された電極管と、前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記電極管内面の所要範囲に亘って取付けられたプラズマ発生用の一対の帯状高周波電極と、該帯状高周波電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極管の前記帯状高周波電極に対向する複数箇所に形成された開口部とを具備する基板処理装置に係るものである。 The present invention includes a processing tube for storing a substrate, a heating unit provided so as to surround the processing tube, an electrode tube disposed between the processing tube and the heating unit, and a desired tube in the processing tube. Gas supply means for supplying a processing gas, a pair of strip-shaped high-frequency electrodes for generating plasma attached over a required range of the inner surface of the electrode tube, a high-frequency power source for applying high-frequency power to the strip-shaped high-frequency electrodes, and the electrodes The present invention relates to a substrate processing apparatus comprising openings formed at a plurality of locations facing the band-like high-frequency electrode of a tube.
本発明によれば、基板を収納する処理管と、該処理管を囲む様に設けられた加熱手段と、前記処理管と前記加熱手段との間に配置された電極管と、前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記電極管内面の所要範囲に亘って取付けられたプラズマ発生用の一対の帯状高周波電極と、該帯状高周波電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極管の前記帯状高周波電極に対向する複数箇所に形成された開口部とを具備するので、均一で高密度のプラズマの生成が可能であり、又前記開口部が前記帯状高周波電極の湾曲変位を許容するので、熱膨張による該帯状高周波電極支持部の荷重が軽減される等の優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a processing tube for storing a substrate, a heating unit provided so as to surround the processing tube, an electrode tube disposed between the processing tube and the heating unit, and the processing tube A gas supply means for supplying a desired processing gas, a pair of band-shaped high-frequency electrodes for generating plasma attached over a required range of the inner surface of the electrode tube, a high-frequency power source for applying high-frequency power to the band-shaped high-frequency electrodes, Since the electrode tube includes openings formed at a plurality of locations facing the band-shaped high-frequency electrode, uniform and high-density plasma can be generated, and the opening is curved and displaced by the band-shaped high-frequency electrode. Therefore, excellent effects such as reduction of the load on the belt-like high-frequency electrode support portion due to thermal expansion are exhibited.
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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1、図2は本発明が実施される基板処理装置の概略を示している。 1 and 2 schematically show a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented.
筐体21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22の授受を行う容器授受手段としてのカセットステージ23が設けられ、該カセットステージ23の後側にはカセット搬送手段としてのカセット搬送機24が昇降、横行、進退、回転可能に設けられている。
A
又、該カセット搬送機24の後側には、前記カセット22の格納手段としてのカセット棚26が設けられると共に前記カセットステージ23の上方に予備カセット棚27が設けられている。該予備カセット棚27の上方にはクリーンユニット28が設けられ、該クリーンユニット28は、クリ−ンエアを前記筐体21の内部に流通させる。
Further, a
該筐体21の後部上方には処理炉29が設けられ、該処理炉29の下方にはボート昇降手段としてのボートエレベータ31が設けられ、該ボートエレベータ31は基板保持手段としてのボート32を昇降させ前記処理炉29内に炉口部を通して装入、引出しする。該炉口部は蓋体としてのシールキャップ33に気密に閉塞可能となっており、該シールキャップ33に前記ボート32が垂直に載置され、前記シールキャップ33は昇降部材34を介して前記ボートエレベータ31に昇降可能に支持されている。
A
前記ボート32は被処理基板としてのウェーハ35を水平姿勢で多段に保持し、該ウェーハ35は前記ボート32に保持された状態で、前記処理炉29に収納され、所要の処理がなされる様になっている。
The
前記ボートエレベータ31と前記カセット棚26との間には基板移載手段としての基板移載機36が昇降、進退、回転可能に設けられている。又、前記処理炉29の炉口部側方には、開閉機構を有し、炉口部を閉塞する遮蔽部材としての炉口シャッタ37が設けられている。
Between the
ウェーハ35が装填されたカセット22は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ23にウェーハ35が垂直姿勢で搬入され、ウェーハ35が水平姿勢となる様前記カセットステージ23で90°回転される。更に、前記カセット22は、前記カセット搬送機24の昇降動作、横行動作、進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ23から前記カセット棚26又は前記予備カセット棚27に搬送される。
The
前記カセット棚26には前記基板移載機36の搬送対象となるカセット22が収納される移載棚38があり、ウェーハ35が移載に供されるカセット22は前記カセット搬送機24により前記移載棚38に移載される。
The
カセット22が前記移載棚38に移載されると、前記基板移載機36の進退動作、回転動作及び昇降動作の協働により前記移載棚38から降下状態の前記ボート32にウェーハ35が移載される。
When the
前記ボート32に所定枚数のウェーハ35が移載されると前記ボートエレベータ31により前記ボート32が前記処理炉29に装入され、前記シールキャップ33により前記処理炉29が気密に閉塞される。気密に閉塞された該処理炉29内ではウェーハ35が加熱されると共に処理ガスが前記処理炉29内に供給され、ウェーハ35に所要の処理がなされる。
When a predetermined number of
ウェーハ35への処理が完了すると、ウェーハ35は上記した作動の逆の手順で、前記基板移載機36により前記ボート32から前記移載棚38のカセット22に移戴され、カセット22は前記カセット搬送機24により前記移載棚38から前記カセットステージ23に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体21の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ37は、前記ボート32が降下状態の際に前記処理炉29の下面を塞ぎ、外気が該処理炉29内に巻込まれるのを防止している。
When the processing on the
前記カセット搬送機24、前記ボートエレベータ31、前記基板移載機36等の搬送動作は、搬送制御手段39により制御される。
Transport operations of the
次に、図3、図4により前記処理炉29について説明する。
Next, the
有天筒状の処理管41の外周囲に電極管42、均熱管43、加熱装置44が同心多重に順次配設される。
An
前記処理管41は、例えば石英製で、有天筒形状をしており、内部にウェーハ35を水平多段に保持した前記ボート32を収納する様になっている。又、前記処理管41には処理ガス導入管(図示せず)及び排気管(図示せず)が連通され、前記処理ガス導入管からは、基板処理の原料となる処理ガスが導入され、或はガスパージする為の窒素ガス等の不活性ガスが導入される様になっている。又、前記排気管は排気装置(図示せず)に連通され、前記処理管41内を所要圧力に維持する様に排気する。
The
前記加熱装置44はヒータベース45上に立設され、前記加熱制御部(図示せず)によって加熱状態が制御される。
The
前記均熱管43は、例えばSiC製で、有天筒形状をしており、前記ヒータベース45にフランジ46を介して支持されている。前記均熱管43は前記加熱装置44からの熱を蓄熱し、更に放熱することで、均熱化して前記処理管41内部を均一に加熱する。
The
前記電極管42は、フランジ47を介して前記ヒータベース45に支持されており、例えば石英製の円筒石英管48と、一対の高周波電極49,50を具備し、該高周波電極49は前記石英管48の内面全域に亘り設けられており、前記高周波電極49,50に高周波電力を印加することで、前記処理管41内部にプラズマが発生される。
The
前記高周波電極49,50の内、一方は印加側電極49であり、他方はアース側電極50となっており、前記印加側電極49には電力導入端子53が接続され、前記アース側電極50には接地端子54が接続され、前記電力導入端子53は整合器52を介して高周波電源51に接続され、前記接地端子54はアースされている。前記印加側電極49、前記アース側電極50共に導電性薄板金属によって製作され、全体としては櫛形状をしている。
One of the high-
前記印加側電極49は、前記石英管48の母線に沿って帯状に延び所要間隔で形成された複数の印加側対向電極部55と、該印加側対向電極部55の一端部を連続し、前記処理管41の円周方向に延びる印加側電極端連続部56から構成され、1つの前記印加側対向電極部55の他端部は、前記石英管48の下端を超えて延出しており、前記他端部が前記電力導入端子53に接続されている(図5参照)。
The
前記アース側電極50は、前記石英管48の母線に沿って帯状に延び所要間隔で形成された複数のアース側対向電極部57と、該アース側対向電極部57の一端部を連続し、前記処理管41の円周方向に延びるアース側電極端連続部58から構成され、1つの前記アース側対向電極部57の他端部は、前記石英管48の下端を超えて延出しており、前記他端部が前記接地端子54に接続されている。
The
前記印加側電極49と前記アース側電極50とは、前記印加側対向電極部55と前記アース側対向電極部57とが交互に平行に対向する様配置される。
The
図4、図7に示される様に、前記印加側電極49、前記アース側電極50は共に着脱可能な固定具59によって、前記石英管48の内面に取付けられる。
As shown in FIGS. 4 and 7, both the
前記固定具59としては、例えば図8に示されるものがある。
An example of the
フランジ付きピン61を中心側から前記印加側電極49(前記アース側電極50)、前記石英管48に貫通し、前記ピン61の突出部にスナップピン62を挿入する。前記印加側電極49(前記アース側電極50)及び前記石英管48の貫通孔は、前記ピン61の径に対して充分大きくし、又前記スナップピン62は該スナップピン62のスプリング力で前記ピン61に保持されるので、前記スナップピン62の着脱により前記ピン61も前記印加側電極49(前記アース側電極50)、前記石英管48に対して容易に着脱が可能である。
The
尚、前記ピン61に突出部に溝を刻設し、C形止輪で固定してもよい。又、前記ピン61の材質としては、耐熱、絶縁性を有するセラミック(例えばアルミナ)が使用される。
In addition, a groove may be formed in the protruding portion of the
前記印加側電極49、前記アース側電極50は金属製の導電材料であり、前記印加側電極49、前記アース側電極50の熱膨張係数は、前記石英管48の熱膨張係数より大きい。この為、前記印加側電極49、前記アース側電極50と、前記石英管48との間で熱膨張差が発生する。
The
以下は、前記印加側電極49、前記アース側電極50と、前記石英管48との間で発生する熱膨張差に起因する問題を回避する対策について説明する。
Hereinafter, a countermeasure for avoiding a problem caused by a difference in thermal expansion generated between the
先ず、前記印加側電極49、前記アース側電極50と、前記石英管48との間の熱膨張差が大きく現れる部分は、長さの長い前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57であり、又前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57のそれぞれ1つの下端部は前記電力導入端子53、前記接地端子54に固定されている。この為、熱膨張差による相対変位は、上方に向って現れる。
First, the portion where the thermal expansion difference between the
従って、前記ピン61と前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57及び前記石英管48の関係は、上方に行く程自由度を大きくしてある。
Therefore, the relationship between the
例えば、前記石英管48の貫通孔を円形とした場合、前記印加側電極49、前記アース側電極50の貫通孔63を上下に長い長孔とし、上方に位置する貫通孔63程長孔の長さを長くする等である。
For example, when the through-hole of the
前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58も同様に、前記固定具59によって固定される。又、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58は前記印加側電極49、前記アース側電極50の上部に位置し、最も上方への変位が現れ易い部分であり、前記貫通孔63も上下方向に長い長孔となっている。更に、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58は前記石英管48の円周方向に沿って湾曲した状態で設けられているので、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58自体の熱膨張は円周方向に沿った変位として現れる。
Similarly, the application side electrode end
一方で、前記固定具59による前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58の固定部は、上方への自由度は設けられているが、前記貫通孔63の形状から、周方向の自由度を設けることは難しい。
On the other hand, the fixing portions of the application side electrode end
本実施の形態では、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58の熱膨張を、前記固定具59,59との間の部位を更に湾曲させる様変位させることで吸収しようとするものである。
In the present embodiment, the thermal expansion of the application-side electrode end
図7に示される様に、前記固定具59,59間の前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58に対向する前記石英管48の部位を切除して開口部64を形成する。該開口部64を形成することで、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58の湾曲変位を拘束するものがなくなり、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58は前記固定具59,59間の部位での熱膨張は湾曲することで吸収される。
As shown in FIG. 7, the portion of the
尚、上下方向の熱膨張変位が少ない、前記石英管48の下部に位置する前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58に穿設する貫通孔63は水平方向に長い長孔とし、前記固定具59部分で水平方向の自由度を与えて、熱膨張変位を吸収する。
In addition, the through-
更に、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58が前記固定具59,59間で湾曲し易い様に、所要間隔で少なくとも1つの抜き孔65を穿設する。尚、好ましくは、該抜き孔65の形状を縦長長孔として複数設ける。該抜き孔65を穿設することで、前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58の曲げ剛性が低下し、少ない荷重で前記固定具59,59間の部位での前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58の変形が起り易くなり、前記石英管48の前記固定具59を支持する部分に作用する荷重が低減する。
Further, at least one
尚、前記固定具59,59間の部位での前記印加側電極端連続部56、前記アース側電極端連続部58の湾曲変形が惹起される様に、外周側に突出する折目を形成してもよい。
In addition, a fold projecting to the outer peripheral side is formed so as to cause bending deformation of the application side electrode end
又、更に、前記固定具59,59のピッチを小さくし数多く設けることで、前記印加側電極49、前記アース側電極50の熱膨張による前記固定具59が受ける荷重を分散し、又前記固定具59,59のピッチを小さくし、該固定具59,59間の熱膨張変位を小さくしてもよい。
Further, by providing a small number of pitches of the
更に、前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57部分での上方への熱膨張変位を少なくする為に、前記電力導入端子53の近傍に抜き孔66を少なくとも1つ穿設する。好ましくは、該抜き孔66の形状は前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57の幅方向に長い長孔として複数設ける。前記抜き孔66を設けることで、前記電力導入端子53近傍で変形し易く、又下方への大きな変形量が得られるので、その分前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57部分での上方への変位が少なくなり、前記固定具59部分に作用する荷重が軽減する。
Furthermore, in order to reduce the upward thermal expansion displacement at the application side
上述した様に、前記石英管48の前記固定具59支持部分に作用する、前記印加側電極49、前記アース側電極50の熱膨張による荷重が減少し、割れの発生が防止できる。
As described above, the load due to thermal expansion of the
更に、前記印加側電極49、前記アース側電極50は、熱膨張による変形は、外周側に向って起きる様になっており、或は熱膨張による変形が少なくなる様に支持されているので、前記印加側電極49、前記アース側電極50の熱膨張による変形による、前記処理管41との接触が防止され、該処理管41の失透が防止される。
Further, the
尚、前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57に沿って開口67を前記石英管48に穿設し、前記固定具59の着脱作業を容易としてもよい。
It should be noted that an
前記印加側電極49、前記アース側電極50は前記石英管48に組込まれ、前記電極管42として構成され、ユニット化されるので、取扱い性、組立て性が向上する。
The application-
上記処理炉29による基板処理の一例として、ウェーハ35表面に酸化膜を形成する場合を示す。
As an example of the substrate processing by the
処理ガスを前記処理管41内に導入し、前記印加側電極49、前記アース側電極50間に高周波電力を印加する。前記印加側電極49、前記アース側電極50間で、例えば対向する前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57間でプラズマが発生される。前記印加側対向電極部55と前記アース側対向電極部57は前記処理管41の処理基板の略全長に亘って設けられ、更に、前記印加側対向電極部55と前記アース側対向電極部57とが交互に略全周に亘って設けられているので、前記処理管41内面全域でプラズマが発生され、均一性の高いプラズマ、高密度のプラズマが得られる。
A processing gas is introduced into the
処理ガスとして、O2 、H2 、N2 を使用し、前記処理管41内を30Paとして温度900℃で処理することで、ウェーハ35表面に絶縁膜を形成することができる。
An insulating film can be formed on the surface of the
尚、上記実施の形態では、前記印加側電極49、前記アース側電極50を、前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57が前記石英管48の母線に沿う様配設したが、前記印加側対向電極部55、前記アース側対向電極部57が前記石英管48の円周方向に沿う様に配設してもよい。
In the above embodiment, the
21 筐体
29 処理炉
35 ウェーハ
41 処理管
42 電極管
43 均熱管
48 石英管
49 印加側電極
50 アース側電極
53 電力導入端子
54 接地端子
55 印加側対向電極部
56 印加側電極端連続部
57 アース側対向電極部
58 アース側電極端連続部
59 固定具
63 貫通孔
64 開口部
65 抜き孔
66 抜き孔
67 開口
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