(57)【要約】【課題】適切な熱処理を行うことにより、シリコン円板の比抵抗の面内ばらつきを小さくする。【解決手段】シリコン円板の熱処理装置であって、複数のシリコン円板を互いに離間した立てかけ状態に支持するフレーム状の円板保持具と、前記シリコン円板が加熱される加熱室と、前記加熱室に隣接して設けられ前記シリコン円板が冷却される冷却室と、前記加熱室と前記冷却室との間で前記円板保持具を移送する移送手段とを有し、前記冷却室には、前記円板保持具を垂直軸線まわりに回転揺動させる揺動手段と、この揺動手段によって揺動される前記円板保持具に保持された前記シリコン円板に対して冷却風を送風する送風手段とが備えられ、前記送風手段による前記冷却風の送風方向に対して前記シリコン円板の前記面方向が略平行な状態を中心として前記シリコン円板が揺動されるように、前記揺動手段および前記送風手段が配置される。【選択図】図１
2013235899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置であって、
複数のシリコン円板を互いに離間した立てかけ状態に支持する、石英からなるフレーム状の円板保持具と、
この円板保持具に保持された状態の前記シリコン円板が加熱される加熱室と、
前記加熱室に隣接して設けられ、前記円板保持具に保持された状態の前記シリコン円板が冷却される冷却室と、
前記加熱室と前記冷却室との間で前記円板保持具を移送する移送手段と
を有し、
前記冷却室には、前記シリコン円板を保持した前記円板保持具を垂直軸線まわりに回転揺動させる揺動手段と、この揺動手段によって揺動される前記円板保持具に保持された前記シリコン円板に対して冷却風を送風する送風手段とが備えられ、
前記送風手段による前記冷却風の送風方向に対して前記シリコン円板の面方向が略平行な状態を中心として前記シリコン円板が揺動されるように、前記揺動手段および前記送風手段が配置されることを特徴とするプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置。
【請求項２】
前記円板保持具は、１枚の前記シリコン円板の外周縁が載置される２カ所の載置凹部と、これら載置凹部に載置された前記シリコン円板の一方の板面をもたせ掛けさせて支持する板面支持部とを備える円板保持部を複数有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置。
【請求項３】
前記冷却室に隣接して、冷却後の前記シリコン円板を待機させる予備室が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置。
【請求項４】
前記円板保持具の前記シリコン円板との接触箇所に、ガラス繊維が配されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置では、たとえば、チャンバー内に高周波電源に接続される上部電極と下部電極とを上下方向に対向配置し、下部電極の上に被処理基板を配置した状態で、上部電極に形成した通気孔からエッチングガスを被処理基板に向けて流通させながら、高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させることにより、被処理基板に成膜やエッチング等の処理が行われる。
【０００３】
このプラズマ処理装置の電極板として、従来、単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板、柱状晶シリコン電極板などが用いられているが、近年では、ＣＺ法により製造された単結晶シリコンインゴットを円板状に切断し、表面研磨して作製された単結晶シリコン電極板が主に使用されている。
【０００４】
このような単結晶シリコン電極板を用いてたとえばプラズマエッチングを行う場合、シリコン電極板の比抵抗値の面内ばらつきが小さいほど、ウェハ表面のエッチングレートのばらつきが小さくなることが確認されている。このため、比抵抗値のばらつきが小さいシリコン電極板が求められている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１には、単結晶シリコンインゴットの比抵抗率が外周部と中心部とで差が大きいことから、外周部を取り除くことにより比抵抗値の面内ばらつきが小さい電極板を製造することが記載されている。
【０００６】
特許文献２には、適切な温度制御を行うことにより半導体ウェハの面内の抵抗率分布を均一化する半導体ウェハの熱処理装置が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、シリコンウェハの加熱の不均一性を改善した熱処理装置が記載されている。
【０００８】
特許文献４には、基板表面の抵抗等を測定しながら熱処理を行い、抵抗測定値が予め設定した抵抗値になった時点で熱処理装置の可動を停止することにより、多結晶シリコン膜の抵抗値を予め設定された抵抗値にする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１５８００７号公報
【特許文献２】特開平６−１０４２６９号公報
【特許文献３】特開２００３−２０９０６３号公報
【特許文献４】特開２００７−５９４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、特許文献２〜４に示されるように、シリコンウェハの熱処理装置においては、均一な加熱や適切な温度制御を可能とすることが検討されてきた。さらに、シリコン電極板についても、均一な冷却により比抵抗値のばらつきを小さくできる熱処理装置の実現が求められている。しかしながら、シリコン電極板はシリコンウェハに比べて厚みがあって大きく重いため、取り扱いがしにくく、均一な冷却が困難である。特に、複数の電極板を同時に熱処理することは非常に困難であった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数のシリコン円板に適切な熱処理を行うことができ、シリコン円板の比抵抗の面内ばらつきを小さくすることができる熱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】
【００１２】
本発明は、プラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置であって、複数のシリコン円板を互いに離間した立てかけ状態に支持する、石英からなるフレーム状の円板保持具と、この円板保持具に保持された状態の前記シリコン円板が加熱される加熱室と、前記加熱室に隣接して設けられ、前記円板保持具に保持された状態の前記シリコン円板が冷却される冷却室と、前記加熱室と前記冷却室との間で前記円板保持具を移送する移送手段とを有し、前記冷却室には、前記シリコン円板を保持した前記円板保持具を垂直軸線まわりに回転揺動させる揺動手段と、この揺動手段によって揺動される前記円板保持具に保持された前記シリコン円板に対して冷却風を送風する送風手段とが備えられ、前記送風手段による前記冷却風の送風方向に対して前記シリコン円板の面方向が略平行な状態を中心として前記シリコン円板が揺動されるように、前記揺動手段および前記送風手段が配置される。
【００１３】
この熱処理装置によれば、フレーム状の円板保持具により接触面積が小さい状態で保持されたシリコン円板を揺動させながら冷却風を供給することにより、冷却風をシリコン円板の全面に対して流通させることができるので、シリコン円板が効率よく冷却される。したがって、加熱後のシリコン円板を速やかに目的の温度にまで冷却でき、電極板等に用いられるシリコン円板の比抵抗の面内ばらつきを小さくすることができる。
【００１４】
この熱処理装置において、前記円板保持具は、１枚の前記シリコン円板の外周縁が載置される２カ所の載置凹部と、これら載置凹部に載置された前記シリコン円板の一方の板面をもたせ掛けさせて支持する板面支持部とを備える円板保持部を複数有することが好ましい。この場合、円板保持部においてシリコン円板が外周縁の２箇所および一方の板面の３箇所で支持された状態で揺動されながら冷却風が供給される。つまり、シリコン円板に接触する部位を最小限にすることができるので、シリコン円板全体を均一に冷却することができる。
【００１５】
この熱処理装置において、前記円板保持具の前記シリコン円板との接触箇所には、ガラス繊維が配されていることが好ましい。この場合、シリコン円板が割れたり欠けたりして破損することを防止することができる。
【００１６】
この熱処理装置において、前記冷却室に隣接して、冷却後の前記シリコン円板を待機させる予備室が設けられていることが好ましい。この場合、冷却後のシリコン円板を熱処理装置から搬出する作業を終える前に次工程の加熱前のシリコン円板を熱処理装置内に投入できるので、作業時間の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置によれば、効率よく適切な熱処理を行い、シリコン円板の比抵抗の面内ばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置の概要を示す上面図である。
【図２】図１の熱処理装置を構成する円板保持具を示す斜視図である。
【図３】図２の円板保持具およびシリコン円板を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置用シリコン円板の熱処理装置の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の熱処理装置１０は、石英からなり、シリコン円板Ｐを略垂直方向に面方向を沿わせる状態で保持可能な円板保持部２１（図２参照）を複数備えることにより複数のシリコン円板Ｐを互いに離間した立てかけ状態に支持するフレーム状の円板保持具２０と、この円板保持具２０に保持された状態のシリコン円板Ｐが加熱される加熱室３０と、加熱室３０に隣接して設けられ、円板保持具２０に保持された状態のシリコン円板Ｐが冷却される冷却室４０と、加熱室３０と冷却室４０との間で円板保持具２０を移送する移送手段５０と、加熱室３０および冷却室４０の外部で円板保持具２０を搬送する台車７０とを有する。
【００２１】
シリコン円板Ｐは、たとえば厚さ１１．５ｍｍ、直径２００〜６００ｍｍのシリコンからなる円板状の部材であって、所定の熱処理を施すことにより比抵抗値の面内ばらつきを安定させることができ、プラズマ処理装置用の円板状の電極板に用いられる。また、この熱処理装置１０によって熱処理されたシリコン円板Ｐは、さらに加工されることにより、プラズマ処理装置用のリング材料等にも用いられる。熱処理装置１０において、シリコン円板Ｐは、まず冷却室４０内に搬入され、移送手段５０によって冷却室４０から加熱室３０内に移送されて所定温度に加熱された後、加熱室３０から冷却室４０へ移送されて所定の冷却速度で目的温度まで冷却され、熱処理装置１０から取り出される。
【００２２】
シリコン円板Ｐを保持する円板保持具２０は、図１および図３に示すように、ステンレス鋼により形成されたトレイ２４に載せられた状態で搬送される。加熱室３０および冷却室４０の外部では、円板保持具２０を載せたトレイ２４は、冷却室４０の室内下面と略同じ高さに設定された台車７０の上面に載置されて搬送される。これにより、台車７０と冷却室４０との間の円板保持具２０の移動が容易となっている。
【００２３】
冷却室４０には、シリコン円板Ｐを保持した円板保持具２０を出し入れするため、熱処理装置１０の外部に通じる扉Ｄ１，Ｄ２が設けられている。円板保持具２０は、扉Ｄ１を通じて冷却室４０に搬入される一方で、扉Ｄ２を通じて冷却室４０から搬出される。加熱室３０と冷却室４０とは隣接して配置されており、加熱室３０と冷却室４０との間に設けられた扉Ｄ３を開放することにより、加熱室３０と冷却室４０との間でシリコン円板Ｐを移動させることができる。すなわち、本実施形態の熱処理装置１０の構成においては、加熱室３０は扉Ｄ３を通じて冷却室４０に接続されているため、加熱前後のシリコン円板Ｐは加熱室３０に対して出し入れされる際に冷却室４０を通過することになる。
【００２４】
この冷却室４０には、シリコン円板Ｐを保持した円板保持具２０を垂直軸線まわりに回転揺動させる揺動手段４１と、この揺動手段４１によって揺動される円板保持具２０に保持されたシリコン円板Ｐに対して冷却風を送風する送風手段６０とが備えられている。この冷却室４０の上部にはダクト（図示略）が設けられており、加熱後のシリコン円板Ｐによって温められた室内の空気を室外へ排出することができる。
【００２５】
揺動手段４１は、垂直軸線まわりに回転可能なターンテーブル４２を備え、図示しない駆動装置によってたとえば９０°の範囲で正転および反転を繰り返すことができる。また、ターンテーブル４２には、載置された円板保持具２０の移動を阻止可能なストッパー（図示略）が備えられている。
【００２６】
送風手段６０は、揺動手段４１のターンテーブル４２上に配置されたシリコン円板Ｐに向けて、たとえば、図示しない水冷装置によって所望の温度に冷却された空気を送風する装置である。この送風手段６０による冷却風の送風方向は略水平方向であり、ターンテーブル４２上のシリコン円板Ｐは、その面方向が送風方向に対して略平行となる状態を中心として揺動されるように配置される。
【００２７】
さらに、冷却室４０には、加熱室３０と冷却室４０との間の円板保持具２０の移動ルートに重ならない部分に、冷却後のシリコン円板Ｐを待機させる予備室４３が設けられている。予備室４３には、円板保持具２０（トレイ２４）を移動させるための搬送ローラ４４が設けられており、ターンテーブル４２から扉Ｄ２へと円板保持具２０を搬送することができる。
【００２８】
シリコン円板Ｐの熱処理工程においては、冷却後のシリコン円板Ｐをこの予備室４３に待機させている間に、加熱前のシリコン円板Ｐを扉Ｄ１から冷却室４０を通じて加熱室３０に搬入することができる。そして、加熱室３０内で次の加熱工程が行われている間に、予備室４３に待機させておいたシリコン円板Ｐを、扉Ｄ２から搬出し、台車７０を用いて搬送することができる。このように予備室４３を利用することにより、冷却前のシリコン円板Ｐを迅速に加熱室３０内に搬入することができる。
【００２９】
加熱室３０と冷却室４０との間でシリコン円板Ｐを移送する移送手段５０は、たとえば、図１に示すように、加熱室３０および冷却室４０を通じ、扉Ｄ１，Ｄ２を通過して進退する移送ロッド５１を備える。この移送ロッド５１の先端部に形成されたフック部５１ａを円板保持具２０が載置されたトレイ２４に係合させて移送ロッド５１を進退させることにより、トレイ２４および円板保持具２０とともに、冷却室４０と加熱室３０との間でシリコン円板Ｐを移動させることができる。
【００３０】
加熱室３０には、たとえばＳｉＣヒータ（図示せず）が備えられ、室内に配置されたシリコン円板Ｐを所望の温度に加熱することができる。
【００３１】
円板保持具２０は、図２に示すように、複数の石英丸棒を組み合わせて形成され、１枚のシリコン円板Ｐを保持可能な円板保持部２１が複数組（本実施形態では５組）備えられている。
【００３２】
この円板保持具２０は、上方が開口するコ字状に組まれた３本の石英丸棒からなる４組の土台２０Ａと、等間隔で配列されたこれら土台２０Ａに直交して各土台２０Ａ同士を連結するように接合された１対の桁部２０Ｂと、各土台２０Ａから上方に延びるように各土台２０Ａに対して１対ずつ接合された柱部２０Ｃと、各柱部２０Ｃに対してシリコン円板Ｐの外周縁が載置される載置凹部２２がそれぞれ５カ所ずつ設けられた１対の梁部２０Ｄと、下方が開口し上側が狭い台形状に組まれた３本の石英丸棒からなり、対となる桁部２０Ｂ間に掛け渡された６組の櫓部２０Ｅとを組み合わせることにより形成されており、各櫓部２０Ｅ間に各１枚のシリコン円板Ｐを保持することができる。
【００３３】
各円板保持部２１は、１枚のシリコン円板Ｐの外周縁が載置される２カ所の載置凹部２２と、これら載置凹部２２に載置されたシリコン円板Ｐの一方の板面をもたせ掛けさせて支持する板面支持部２３とを備える。各載置凹部２２は、各円板保持部２１において１対の梁部２０Ｄにそれぞれ１カ所ずつ形成されている。各板面支持部２３は、１対の桁部２０Ｂの間に掛け渡された櫓部２０Ｅが担っている。なお、円板保持部２０の各円板保持部２１において、少なくともシリコン円板Ｐが接触する部分には、シリコン円板Ｐの保護を目的としてガラス繊維製テープが巻き付けてある（図示略）。
【００３４】
図２および図３に示すように、各円板保持部２１において、シリコン円板Ｐは、外周縁が載置凹部２２に載せられることにより水平方向に滑らないように保持されるとともに、板面支持部２３にもたせ掛けられることにより倒れず安定する。すなわち、シリコン円板Ｐは外周縁の２箇所および一方の板面の３箇所で支持されているだけであるため、円板保持部２１による接触面積が小さい。このため、送風手段６０からの冷却風がシリコン円板Ｐの全面に供給されやすく、効率のよい冷却が可能である。
【００３５】
以上のように構成された熱処理装置１０を用いた運転動作について説明する。まず、冷却室４０の扉Ｄ１を開いて、シリコン円板Ｐを保持している円板保持具２０を台車７０上から冷却室４０に投入した後、扉Ｄ１を閉める。
【００３６】
次に、扉Ｄ３を開いて移送ロッド５１を前進させ、冷却室４０内の円板保持具２０のトレイ２４にフック部５１ａ係合させる。次いで、移送ロッド５１を後退させてトレイ２４および円板保持具２０を加熱室３０内に引き込み、扉Ｄ３を閉める。
【００３７】
加熱室３０におけるシリコン円板Ｐの加熱工程が終了したら、扉Ｄ３を開くとともに移送ロッド５１を前進させ、加熱されたシリコン円板Ｐを保持する円板保持具２０を冷却室４０に移送してターンテーブル４２上に載置する。また、送風手段６０による送風を開始する。
【００３８】
ターンテーブル４２を揺動させながら送風してシリコン円板Ｐを冷却し、所定の温度（たとえば３００℃）までシリコン円板Ｐ（または円板保持具２０）の温度を低下させたら、ターンテーブル４２を９０°回転させて円板保持具２０を予備室４３に移送して待機させる。
【００３９】
ターンテーブル４２上から冷却後の円板保持具２０を退避させたら、送風手段６０による送風を停止するとともに扉Ｄ１を開き、台車７０から次のシリコン円板Ｐおよび円板保持具２０をトレイ２４とともに冷却室４０を通じて加熱室３０に導入し、次の加熱工程を開始する。この加熱工程が行われている間に、扉Ｄ２を開いて予備室４３の円板保持具２０を冷却室４０から取り出し、台車７０に載せて移送する。
【００４０】
以上説明したように、この熱処理装置１０によれば、シリコン円板Ｐが外周縁の２箇所および一方の板面の３箇所で支持されるように円板保持具２０が構成されているので、シリコン円板Ｐに接触する部位を小さく抑えて冷却風をシリコン円板Ｐの全面に供給し、シリコン円板Ｐを均一に冷却することができる。また、シリコン円板Ｐが揺動されながら冷却風が供給されるので、冷却風をシリコン円板Ｐの全面に対してより効率よく均一に流通させることができる。したがって、加熱後のシリコン円板Ｐを速やかに均一に目的の温度にまで冷却でき、シリコン円板Ｐの比抵抗の面内ばらつきを小さくすることができる。
【００４１】
また、この熱処理装置１０において、冷却室４０に隣接して、冷却後のシリコン円板Ｐを待機させる予備室４３が設けられているので、冷却後のシリコン円板Ｐを熱処理装置１０（冷却室４０）から搬出する作業を終える前に次工程の加熱前のシリコン円板Ｐを熱処理装置１０内に投入できる。したがって、作業時間の短縮を図ることができる。
【００４２】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。たとえば、前記実施形態では加熱室に対して電極板（シリコン円板）が出し入れされる扉が１カ所であり、この扉を通じて加熱室と冷却室とが接続されている構造であるため、冷却室に電極板を投入する際の邪魔にならない位置に予備室を設けることにより、電極板の出し入れに要する作業時間の短縮を可能としている。しかしながら、加熱室に対して加熱前の電極板を投入する扉と加熱後の電極板を取り出す扉を別に設けた場合には、予備室の位置は冷却室に隣接していればよく、あるいは予備室を設けない構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０  熱処理装置
２０  円板保持具
２０Ａ  土台
２０Ｂ  桁部
２０Ｃ  柱部
２０Ｄ  梁部
２０Ｅ  櫓部
２１  円板保持部
２２  載置凹部
２３  板面支持部
２４  トレイ
３０  加熱室
４０  冷却室
４１  揺動手段
４２  ターンテーブル
４３  予備室
４４  搬送ローラ
５０  移送手段
５１  移送ロッド
５１ａ  フック部
６０  送風手段
７０  台車
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  扉
Ｐ  シリコン円板
【図１】
2013235899.tif 000003
【図２】
2013235899.tif 000004
【図３】
2013235899.tif 000005