(57)【要約】【課題】  成膜時に基板面内の温度均一性を高めることができる基板処理装置を提供する。【解決手段】  基板処理室内に基板を加熱するヒータ１６が設けられている。保持板１４は、このヒータ１６の上方に設けられており、ヒータ１６と対向する側に凸部１４０を有する。この凸部１４０は、保持板１４の中央近傍、特にセンターゾーン１６０に対応する位置に設けられている。したがって、保持板１４の中央近傍の固体熱伝導を促進することになる。【選択図】          図２
2005340236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
処理室内に設けられ基板を加熱するヒータと、
このヒータの上方に設けられ基板を保持する保持板と
を有する基板処理装置において、
前記保持板は、前記ヒータと対向する側の面から前記基板を保持する側の面への熱の伝達分布を調整する調整手段が設けられてなる
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板やガラス基板等を処理する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の分野では、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）処理によって、半導体基板に膜を形成する装置が一般的に用いられており、この装置は、一般にＣＶＤ装置などと呼ばれている。この種の基板処理装置は、例えば、ヒータにより加熱された保持板からの伝熱によって、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜などのシリコン膜を基板上に形成する。成膜温度は、成膜したときのシリコン膜表面のモホロジーを改善するため、低温化が進んでいる。このため、基板面内の温度均一性を高めるために、例えば、ヒータには、センターゾーン、ミドルゾーンおよびアウターゾーンとして分割された分割型ヒータが用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、基板面内における熱流束（ガスの熱伝導と輻射）は、同じヒータゾーン内であっても、一様ではない。これは、ヒータには、ヒータ電極や温度制御のための熱電対などの発熱体以外の部材が使用されており、ヒータの熱流束（単位時間・単位面積あたりの発熱密度）が低下してしまうためである。発熱体以外の部材は主に中央に配置されており、また、成膜時には保持板を回転させることから、センターゾーンにおける熱流束の不均一性は、ミドルゾーンおよびアウターゾーンにおける熱流束の不均一性に比べて顕著である。この場合、成膜速度は、低温環境では基板面内の温度に大きく依存するため、特に基板中央近傍において低下してしまう。
【０００４】
図３は、基板１２を保持する従来の保持板１４およびヒータ１６の側面断面図と、同一半径平均成膜速度を示す図である。ヒータ１６は、同心円状に３分割されており、センターゾーン１６０、ミドルゾーン１６２およびアウターゾーン１６４を有する。図中の矢印は、熱流束を示しており、矢印の大きさは熱流速の大きさを示している。上述した通り、ヒータ１６の中央近傍における熱流束が低下し、保持板１４の中央近傍の熱流速が低下してしまうため、特に基板中央近傍の成膜速度が、基板全体に比べて低下している。
【０００５】
本発明は、上述した背景からなされたものであり、成膜時に基板面内の温度均一性を高めることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、処理室内に設けられ基板を加熱するヒータと、このヒータの上方に設けられ基板を保持する保持板とを有する基板処理装置において、前記保持板は、前記ヒータと対向する側の面から前記基板を保持する側の面への熱の伝達分布を調整する調整手段が設けられてなることを特徴とする基板処理装置にある。
【０００７】
前記調整手段は、保持板中央部に設けられることが好ましい。また、前記ヒータは、少なくともセンターゾーンとアウターゾーンとに分割され、前記調整手段は、センターゾーンに対応する位置に設けられることが好ましい。また、前記ヒータは、センターゾーン、ミドルゾーンおよびアウターゾーンに分割され、前記調整手段は、センターゾーンに対応する位置に設けられてもよい。また、前記基板処理装置は、前記保持板を回転させる回転機構をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる基板処理装置によれば、基板面内の成膜速度を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置としてのコールドウォール型枚葉式ＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。この基板処理装置は、容器の壁面を加熱しないで基板を処理するコールドウォール型の反応容器（チャンバ）を有しており、基板の加熱は、保持板からの伝熱によって行われる。この場合、基板を加熱する方法として、ランプ等で直接加熱する、基板を載せる基板支持台に設けられたヒータで直接加熱する、あるいは、ヒータにより加熱した基板保持板からの伝熱により加熱する、などの方法がある。
【００１０】
これに対して、基板を加熱するための熱の大部分を容器の壁面を加熱することにより得る、すなわち容器壁面を処理温度と略同じ温度に加熱した状態で基板を処理するタイプの容器のことをホットウォール型の反応容器という。なお、本発明では、容器壁面を反応生成物が付着しない程度の低温（処理温度より低い温度）に加熱した状態で基板を処理するウォームウォール型も、コールドウォール型に含まれるものとする。
【００１１】
図１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、基板処理時、基板予備加熱時、基板搬入時における基板処理装置１０を示す。なお、図１（ａ）〜（ｃ）に示された各構成のうち、実質的に同一のものには同一の符号が付されている。
基板処理装置１０は、処理の対象となる基板（半導体ウェハ）１２を収容する反応容器３６と、この反応容器３６内に形成される基板処理室３４と、この基板処理室３４内で基板１２を支持する保持板（サセプタ）１４と、基板１２を加熱するヒータ１６と、このヒータ１６の中央近傍に設けられ、ヒータ１６の温度を制御するヒータ電極４４と、保持板１４の温度を検出する熱電対４２と、保持板１４とヒータ１６とヒータ電極４４と熱電対４２とを含むヒータユニット３２と、保持板１４を回転させる回転機構３８と、基板１２を基板処理装置１０の基板処理室３４内に搬入するための基板挿入口２６と、この基板挿入口２６を開閉する開閉弁２８と、基板１２を保持板１４に載置する際に、基板１２を一旦支持する基板支持具１８と、ヒータユニット３２を基板処理室３４内で上昇及び降下させる多段階調整可能な昇降機構３０と、基板処理室３４内を排気するための排気口２４と、基板処理室３４内にガスを供給するガス供給口２２と、基板１２の処理面へのガスの供給を均一にするためのガス分散板２０とを有している。
なお、図中、昇降機構３０および回転機構３８は、模式的に示されている。
【００１２】
保持板１４は、基板１２を保持し、ヒータ１６から基板１２への伝熱を迅速かつ均一にする。熱電対４２は、熱電対４２の先端が保持板１４の裏面に対し所定の隙間を設けて、設置されている。基板支持具１８は、石英製のピンで構成されている。ガス供給口２２は、基板処理室３４内に所望のガス種を所望のガス流量およびガス比率で供給する。排気口２４は、未反応ガスおよび反応過程で生成したガスを排気する。基板処理装置１０は、２００℃以上８５０℃以下の高温、１０００００Ｐａまでの高圧で、単一基板ごとの処理を可能とする。
【００１３】
図２は、本発明の保持板１４およびヒータ１６の側面断面図と、同一半径平均成膜速度を例示する図である。
ヒータ１６は、同心円状に３分割されており、センターゾーン１６０、ミドルゾーン１６２およびアウターゾーン１６４を有する。センターゾーン１６０には、ヒータ電極４４および熱電対４２などの発熱体ではない部材が設けられている。ミドルゾーン１６２およびアウターゾーン１６４には、熱電対４２が設けられている。複数の熱電対４２はそれぞれ、保持板１４の対応する位置の温度を検出し、図示しない温度制御部に対して、検出した温度を出力する。温度制御部は、検出された保持板１４の温度を基にしてヒータ１６を制御し、ヒータ１６の加熱具合を制御する。
【００１４】
保持板１４は、このヒータ１６の上方に設けられており、ヒータ１６と対向する側（図２においては下面）に凸部１４０を有する。この凸部１４０は、保持板１４の中央部、特にセンターゾーン１６０に対応する位置に設けられている。つまり、凸部１４０のヒータ１６への投影面は、センターゾーン１６０内に納まるものである。
保持板１４は、回転機構３８により回転されながらヒータ１６に加熱される。このようにして、ミドルゾーン１６２およびアウターゾーン１６４に対応する位置においては、ヒータ１６と対向する側の面から基板１２を保持する側の面への熱の伝達分布が調整される。そして、凸部１４０は、保持板１４の中央近傍、つまりセンターゾーン１６０に対応する位置において、熱の伝達分布を調整する。
【００１５】
次に、上記実施形態の作用について説明する。
まず、ヒータユニット３２が基板搬入位置（図１（ｃ）に示した位置）まで移動され、開閉弁２８が図１（ｃ）に示した位置まで下方向に移動され、基板挿入口２６が開かれる。基板１２は、基板挿入口２６を通じて基板処理室３４と連通する基板搬送室４０（図１において基板処理装置１０の左側）に設けられた搬送機構（図示せず）により、基板挿入口２６を経て、基板処理室３４に搬入され、保持板１４と空間を隔てて平行になるように基板支持具１８上に置かれる。
【００１６】
次に、基板搬送室４０と基板処理室３４とを基板処理中に隔離するため、基板挿入口２６が開閉弁２８によって閉じられる。次に、ヒータユニット３２は、基板予備加熱位置（図２（ｂ）に示した位置）まで昇降機構３０によって上昇した後、停止する。基板予備加熱位置は、基板１２と保持板１４とを所定距離だけ離間させた位置であり、このときの状態が基板予備加熱状態である。この状態を所定時間保持することによって、基板１２は保持板１４からの放射伝熱および気相伝導伝熱によって予備加熱される。
【００１７】
所定距離とは、予備加熱終了時までに、保持板１４からの伝熱により基板１２に反りが生じた場合でも、基板１２が保持板１４に接触しない程度の距離である。また、所定時間とは、基板１２の平均温度が、この所定時間経過後、基板１２が保持板１４上に載置されたときに、基板１２と保持板１４との温度差により基板１２に反りが生じない程度の温度になるまでに要する時間である。
【００１８】
上記の所定距離が短く、例えば１ｍｍであって、予備加熱開始直後には、基板１２に反りが生じたとしても、予備加熱中に基板１２における温度不均一性が改善されて反りがなくなり、しかも、基板１２の平均温度も高くなって、予備加熱後に基板１２が保持板１４上に載置されても基板１２に反りが生じなければ、支障は生じない。
【００１９】
所定距離および所定時間は、一義的に決められるものではなく、任意に調節される。ここで、所定距離は０.５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とし、所定時間は１０秒以上、１２０秒以下とするのが好ましい。なお、本実施の形態においては、所定距離を３ｍｍ以上、５ｍｍ以下とし、所定時間を３０秒以上、９０秒以下としている。
【００２０】
次に、ヒータユニット３２が、基板予備加熱位置（図１（ｂ）に示した位置）から基板処理位置（図１（ａ）に示した位置）まで、昇降機構３０によって上昇する。ヒータユニット３２が上昇する際、基板支持具１８上の基板１２と保持板１４との間隔は次第に狭くなり、ヒータユニット３２が基板処理位置に到達する前に、その間隔がなくなった時点において、基板支持具１８に代わって保持板１４が基板１２を保持する。ヒータユニット３２は、そのままさらに上昇して、基板処理位置（図１（ａ）に示した位置）で停止する。そして、基板１２は、ヒータ１６で加熱されて高温となっている保持板１４からの直接伝熱によって加熱される。
【００２１】
次に、保持板１４が、回転機構３８によって、回転される。保持板１４は、回転されながらヒータ１６に加熱される。このとき、熱電対４２やヒータ電極４４など発熱体以外の部材のために、ヒータ１６の中央近傍における熱流束は低下するが、凸部１４０が保持板１４に設けられたことにより、保持板１４の中央近傍の固体熱伝導が促進される。このため、基板面内の温度は、均一に制御される。
【００２２】
次に、加熱された基板１２に対し、成膜ガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ４）ガスと、キャリアガスとしての窒素（Ｎ２）ガスとが、上部のガス供給口２２より導入される。ＳｉＨ４ガスおよびＮ２ガスは、ガス分散板２０で基板１２の処理面に均等になるように拡散されて供給される。その結果、熱ＣＶＤ反応が生じ、基板上にポリシリコンあるいはアモルファスシリコン膜が形成される。
なお、成膜温度は、例えば４５０〜７８０℃であり、圧力は、例えば６０００〜５００００Ｐａである。
このように、基板面内の温度が均一であり、回転機構３８により保持板１４が回転され、ガスが基板１２の全面に渡って均等に接触するため、成膜したときの基板面内の膜厚均一性は向上する。
【００２３】
基板上へのポリシリコン膜形成後、ヒータユニット３２は、基板搬出位置（図１（ｃ）に示した位置）まで降下する。降下の際、基板支持具１８は、保持板１４に保持されている基板１２を突き上げて再び支持し、基板１２と保持板１４との間に基板１２の搬送のための空間を作る。そして、基板挿入口２６が開けられ、基板１２は、基板挿入口２６から搬送機構により基板搬送室４０へ運び出される。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、保持板１４の熱伝導の分布を調整する手段を保持板１４に設ければ足り、上記実施形態のように保持板１４の形状で熱伝導の分布を調整してもよいし、保持板１４の材料で熱伝導の分布を調整してもよい。さらに上記実施形態においては、保持板１４の下面中央に凸部１４０を設けたが、これに限定されるものではなく、保持板１４の半径方向あるいは周方向等で基板に対する熱伝導バランスを調整する必要がある場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置の保持板およびヒータの側面断面図と、同一半径平均成膜速度を例示する図である。
【図３】従来の基板処理装置の保持板およびヒータの側面断面図と、同一半径平均成膜速度を例示する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０ 基板処理装置
１２ 基板
１４ 保持板
１６ ヒータ
１８ 基板支持具
２０ ガス分散板
２２ ガス供給口
２４ 排気口
２６ 基板挿入口
２８ 開閉弁
３０ 昇降機構
３２ ヒータユニット
３４ 基板処理室
３６ 反応容器
３８ 回転機構
４０ 基板搬送室
４２ 熱電対
４４ ヒータ電極
１４０ 凸部
１６０ センターゾーン
１６２ ミドルゾーン
１６４ アウターゾーン
【図１】
2005340236.tif 000003
【図２】
2005340236.tif 000004
【図３】
2005340236.tif 000005