JP2012099594A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速でのガス置換を行うことなく成膜処理を実行可能であり、又基板のサイズに柔軟に対応可能な基板処理装置を提供する。
【解決手段】複数の基板３を載置する載置部５を移動させることで基板を搬送する搬送手段６と、第１の空間１１に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給手段７と、第２の空間１２に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給手段８と、前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれパージガス雰囲気の第３の空間１３ａ，１３ｂを形成する為にパージガスを供給するパージガス供給手段９ａ，９ｂと、少なくとも前記載置部を加熱する加熱手段１４と、前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間がそれぞれ所定の温度となる様に前記加熱手段を制御する温度制御手段１７と、複数の基板を載置した状態で前記搬送手段が前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間を通過する様に制御する搬送制御手段１６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜を生成する基板処理装置、特にＡＬＤ成膜を適用する工程に使用される基板処理装置に関するものである。

基板処理装置には、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置、複数枚を同時に処理するセミ枚葉式や縦型熱処理装置を用いたバッチ式の基板処理装置等がある。

膜の生成方法であるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の１つにＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法があり、ＡＬＤ成膜法はある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類又はそれ以上の種類の処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。

ＡＬＤ法を用いて基板に膜を生成する際には、何れの装置に於いても、基板を処理する処理室に処理ガスを供給し、パージガスにより高速で処理室内をガス置換し、再度処理ガスを供給する処理を繰返すことで、基板に対する成膜を行っている。

尚、ＡＬＤ法により基板に膜を生成する枚葉式の基板処理装置として特許文献１に示されるものがあり、ＡＬＤ法により基板に膜を生成する縦型の基板処理装置として特許文献２に示されるものがある。

然し乍ら、特許文献１及び特許文献２に示される様な、枚葉式或は縦型の基板処理装置の場合、処理室への処理ガスの供給、高速ガス置換の為の真空排気、Ｎ2 等のパージガスによるガス置換を行った後に、再度処理ガスを供給するサイクルを繰返して成膜を行う為、１バッチを処理するのに多くの時間を必要とするという問題がある。又、高速で均一な処理ガスの供給や、高速なガス置換を確実に実施する為には、プロセス上に於いて様々な工夫が必要となり、成膜処理時のステップの増加を招くと共に、制御が複雑化していた。

更に、処理室のサイズにより処理する基板のサイズが限定される為、基板のサイズが大きく違う場合には同一の基板処理装置で処理することができないという問題があった。

特開２００９−８８４２８号公報 特開２００７−２２７４７１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、高速でのガス置換を行うことなく成膜処理を実行可能であり、又基板のサイズに柔軟に対応可能な基板処理装置を提供するものである。

本発明は、複数の基板を載置する載置部を移動させることで基板を搬送する搬送手段と、第１の空間に第１の処理ガス雰囲気を形成する為に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給手段と、第２の空間に第２の処理ガス雰囲気を形成する為に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給手段と、前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれパージガス雰囲気の第３の空間を形成する為にパージガスを供給するパージガス供給手段と、少なくとも前記載置部を加熱する加熱手段と、前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間がそれぞれ所定の温度となる様に前記加熱手段を制御する温度制御手段と、複数の基板を載置した状態で前記搬送手段が前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間を通過する様に制御する搬送制御手段とを具備する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、複数の基板を載置する載置部を移動させることで基板を搬送する搬送手段と、第１の空間に第１の処理ガス雰囲気を形成する為に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給手段と、第２の空間に第２の処理ガス雰囲気を形成する為に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給手段と、前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれパージガス雰囲気の第３の空間を形成する為にパージガスを供給するパージガス供給手段と、少なくとも前記載置部を加熱する加熱手段と、前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間がそれぞれ所定の温度となる様に前記加熱手段を制御する温度制御手段と、複数の基板を載置した状態で前記搬送手段が前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間を通過する様に制御する搬送制御手段とを具備するので、基板に膜を生成する際に前記第１の空間、前記第２の空間、前記第３の空間に対してガス置換をする必要がなく、処理時のプロセスを簡略化できると共に、前記載置部に基板を載置した状態で処理を行う為、処理される基板のサイズが異なる場合でも柔軟に対応することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に於ける基板処理装置であり、（Ａ）は該基板処理装置の概略立断面図を示し、（Ｂ）は該基板処理装置の概略平断面図を示している。 本発明の第２の実施例に於ける基板処理装置であり、（Ａ）は該基板処理装置の概略立断面図を示し、（Ｂ）は該基板処理装置の概略平断面図を示している。 本発明の第３の実施例に於ける基板処理装置の概略平断面図を示している。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例について説明する。

本実施例に於ける基板処理装置１は筐体２を有し、該筐体２内には基板（以下ウェーハ）３に対して所定の処理を行う為の処理空間４が画成されている。

該処理空間４には、載置部である搬送ベルト５が長手方向に沿って設けられている。該搬送ベルト５は金属製のメッシュベルトを無端ベルト状に構成したものであり、該搬送ベルト５の両端には搬送手段であるベルト駆動輪６が設けられている。前記搬送ベルト５上には、所定枚数単位でウェーハ３（図１中では４枚）が平置きで矩形状に載置されており、前記ベルト駆動輪６の回転により前記搬送ベルト５が任意の速度で無限回転され、該搬送ベルト５上のウェーハ３が搬送される様になっている。

前記搬送ベルト５の上方にはダウンフローにより第１の処理ガスを供給する第１ガス供給手段７、ダウンフローにより第２の処理ガスを供給する第２ガス供給手段８、ダウンフローによりＮ2 等のパージガスを供給するパージガス供給手段９が設けられている。ガス供給手段は第１ガス供給手段７、第１パージガス供給手段９ａ、第２ガス供給手段８、第２パージガス供給手段９ｂを１サイクル分とし、ウェーハ３の搬送方向に向って所定のサイクル数分だけ並んで設けられている。

又、前記第１ガス供給手段７と前記搬送ベルト５との間には第１の処理空間１１が第１の処理ガスのダウンフローによって形成され、前記第２ガス供給手段８と前記搬送ベルト５との間には第２の処理空間１２が第２の処理ガスのダウンフローによって形成され、前記第１パージガス供給手段９ａ及び前記第２パージガス供給手段９ｂと前記搬送ベルト５との間にはそれぞれ第３の処理空間１３ａ，１３ｂがパージガスのダウンフローによって形成される様になっている。尚、前記第１の処理空間１１、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３の搬送方向の距離は、ウェーハ３の径の長さよりも短い任意の長さであり、搬送方向と直交する方向の距離は、ウェーハ３の径の長さよりも十分長い長さを有している。

前記第１ガス供給手段７、前記第２ガス供給手段８、前記パージガス供給手段９の下方には、それぞれ加熱手段である赤外線ヒータ１４が、ウェーハ３の搬送方向と直交する方向に所定の数だけ設けられ、前記赤外線ヒータ１４により前記第１ガス供給手段７から供給される第１の処理ガス、及び前記第２ガス供給手段８から供給される第２の処理ガス、前記パージガス供給手段９から供給されるパージガス、及びウェーハ３や前記搬送ベルト５を加熱可能となっている。

尚、図示はしないが、前記搬送ベルト５の下方には、前記第１ガス供給手段７から供給される第１の処理ガス、前記第２ガス供給手段８から供給される第２の処理ガス、前記パージガス供給手段９から供給されるパージガスを排気する為の排気口が設けられている。

前記第１ガス供給手段７、前記第２ガス供給手段８、前記パージガス供給手段９は、それぞれ流量制御手段１５と電気的に接続されている。該流量制御手段１５からの指示により、前記第１ガス供給手段７が前記第１の処理空間１１に所定の流量の第１の処理ガスを供給し続けることで、前記第１の処理空間１１に第１の処理ガス雰囲気が形成され、前記第２ガス供給手段８が前記第２の処理空間１２に所定の流量の第２の処理ガスを供給し続けることで、前記第２の処理空間１２に第２の処理ガス雰囲気が形成され、前記パージガス供給手段９が前記第３の処理空間１３に所定の流量のパージガスを供給し続けることで、前記第３の処理空間１３にパージガス雰囲気が形成される様になっている。

又、前記ベルト駆動輪６は搬送制御手段１６と電気的に接続され、該搬送制御手段１６からの指示により、所定の速度で前記ベルト駆動輪６を回転させ、前記搬送ベルト５を回転させる。又、前記赤外線ヒータ１４は温度制御手段１７と電気的に接続され、該温度制御手段１７からの指示により、前記赤外線ヒータ１４が、前記第１ガス供給手段７から供給される第１の処理ガス、前記第２ガス供給手段８から供給される第２の処理ガス、及び前記パージガス供給手段９から供給されるパージガスを加熱し、前記第１の処理空間１１に所定温度の第１の処理ガス雰囲気を形成させ、前記第２の処理空間１２に所定温度の第２の処理ガス雰囲気を形成させると共に、前記第３の処理空間１３に所定温度のパージガス雰囲気を形成させる様になっている。

更に、前記流量制御手段１５、前記搬送制御手段１６、前記温度制御手段１７は、それぞれ主制御部１８と電気的に接続されている。該主制御部１８は、前記流量制御手段１５、前記搬送制御手段１６、前記温度制御手段１７を統括制御すると共に、前記搬送ベルト５上のウェーハ３が前記第１の処理空間１１、前記第３の処理空間１３ａ、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３ｂを通過するのを１サイクルとしてカウントする機能を有し、予め設定された膜厚に応じて、前記搬送制御手段１６に所定回数のサイクルを実施させる機能を有している。

ウェーハ３にＡＬＤ膜を生成する場合には、前記搬送ベルト５上に所定枚数のウェーハ３を平置きし、前記主制御部１８を介して処理の実行が入力されると、前記主制御部１８からの指示により、前記流量制御手段１５が前記第１ガス供給手段７、前記第２ガス供給手段８、前記パージガス供給手段９よりそれぞれ第１の処理ガス、第２の処理ガス、パージガスをダウンフローにて供給し、前記第１の処理空間１１、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３にそれぞれ第１の処理ガス雰囲気、第２の処理ガス雰囲気、パージガス雰囲気が形成される。

上記処理と並行し、前記温度制御手段１７により前記赤外線ヒータ１４が加熱され、前記第１の処理空間１１、前記第２の処理空間１２及び前記第３の処理空間１３が所定の温度迄加熱される。

その後、前記搬送制御手段１６により、前記ベルト駆動輪６を前記搬送ベルト５が所定の速さで移動する様回転され、該搬送ベルト５上に載置されたウェーハ３が搬送され、ウェーハ３を前記第１の処理空間１１、前記第３の処理空間１３ａ、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３ｂの順に通過させることで、ウェーハ３上に第１の処理ガス、第２の処理ガスによる膜が交互に生成される。

前記主制御部１８により、予め設定された回数サイクルを実行した後、前記処理空間４内の雰囲気が排気され、該処理空間４から処理済みのウェーハ３が取出されることでウェーハ３に対するＡＬＤ膜の生成処理が完了する。

上述の様に、本実施例では、処理ガス及びパージガスをダウンフローにより供給し続けることで、仕切りを設けることなく１つの空間である前記処理空間４内に、第１の処理ガス雰囲気の前記第１の処理空間１１、第２の処理ガス雰囲気の前記第２の処理空間１２、パージガス雰囲気の前記第３の処理空間１３の３種類の処理空間を形成することができる。又、各処理空間１１，１２，１３にウェーハ３を通過させることでＡＬＤ成膜を行っているので、前記処理空間４内のガス置換が必要なく、又置換後のガス供給も必要ない為、処理プロセスの複雑化を回避でき、プロセス処理時のトラブルを防止することができる。

又、ウェーハ３は前記搬送ベルト５により移動するので、各処理空間１１，１２，１３の搬送方向の距離はウェーハ３の径よりも短くてもよい。例えば、直径３０ｃｍ（１２インチ）のウェーハ３を処理する場合、前記第１の処理空間１１及び前記第２の処理空間１２の搬送方向の距離を１０ｃｍ、前記第３の処理空間１３の搬送方向の距離を５ｃｍとすると、１サイクルは３０ｃｍ幅となる。この場合、６０サイクルの処理を実行する場合でも装置寸法は１８ｍ程度で済み、前記基板処理装置１の大型化を抑制することができる。

又、上記した様に、各処理空間１１，１２，１３の搬送方向の距離をウェーハ３の径よりも短くすることで、前記搬送ベルト５上に例えば１サイクル毎にウェーハ３を載置した場合、６０サイクルの処理を行う際に、３０バッチ分処理するのに従来は１８０サイクル分処理時間が必要であったものが、１００サイクルの処理時間で処理することができ、大幅なスループットの向上を図ることができる。

更に、ウェーハ３は前記搬送ベルト５上に平置きされた状態で処理が行われるので、ウェーハ３の大きさは前記搬送ベルト５に載置可能であればどの様なサイズでもよく、又異なったサイズのウェーハ３でも同時に処理を行うことができ、ウェーハ３のサイズに対して柔軟に対応することができる。

次に、図２に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、第２の実施例に於ける基板処理装置１は、第１の実施例に於ける基板処理装置１と略同様の構成であり、図２中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、第１の実施例に於いて搬送ベルト５上に平置きされていたウェーハ３を、基板保持具であるボート１９に垂直姿勢で保持させ、該ボート１９を前記搬送ベルト５上に載置し、ＡＬＤ成膜を実施している。

前記ボート１９は上下に貫通する矩形の筒形状であり、所定枚数（図２中では９枚）のウェーハ３を、各処理空間１１，１２，１３にダウンフローにて供給される、処理ガス及びパージガスの供給方向に対して垂直に保持できる様になっている。

ウェーハ３にＡＬＤ膜を生成する場合には、前記搬送ベルト５上に所定枚数のウェーハ３を保持した前記ボート１９を載置した後、第１の実施例と同様の処理が行われ、第１の処理ガス雰囲気、第２の処理ガス雰囲気、パージガス雰囲気が形成された前記第１の処理空間１１、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３に、前記ボート１９に保持されたウェーハ３を通過させることで、ウェーハ３上に第１の処理ガス、第２の処理ガスによる膜が交互に生成され、ＡＬＤ膜の生成処理が完了する。

第２の実施例では、前記ボート１９が処理ガス及びパージガスの供給方向に対して垂直にウェーハ３を保持し、ＡＬＤ処理を行っているので、前記搬送ベルト５上にウェーハ３を平置きした場合よりもウェーハ３の載置枚数を増加させることができ、よりスループットの向上を図ることができる。

次に、図３に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図３中、図１、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例では、第１の実施例、第２の実施例とは異なり、搬送ベルト５上に載置されたボート１９に保持されたウェーハ３の搬送が１方向ではなく、進行方向に対して前後方向及び左右方向に折返して搬送可能となっており、前記搬送ベルト５上の前記ボート１９が第１の処理空間１１、第２の処理空間１２、第３の処理空間１３内を順次通過する様循環可能に構成されている。

ウェーハ３にＡＬＤ膜を生成する場合には、予め設定されたサイクル数だけ前記ボート１９が前記第１の処理空間１１、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３を通過する様前記搬送ベルト５を循環させることで、ウェーハ３上にＡＬＤ膜を生成することができる。

従って、第３の実施例では、膜厚や膜種の変更によりウェーハ３に対する処理サイクルが増加した場合であっても、前記搬送ベルト５を循環させ、前記ボート１９が前記第１の処理空間１１、前記第２の処理空間１２、前記第３の処理空間１３を通過する回数を調整すればよいので、処理サイクルの増加に対して基板処理装置１を大型化させる必要がなく、フットプリントを縮小することができる。

尚、第１の実施例〜第３の実施例に於いて、第１ガス供給手段７とパージガス供給手段９との境界、及び第２ガス供給手段８と前記パージガス供給手段９との境界に仕切り板を設けてもよい。

該仕切り板を設けることで、前記第１ガス供給手段７、前記第２ガス供給手段８、前記パージガス供給手段９からガスを供給し、第１の処理空間１１、第２の処理空間１２、第３の処理空間１３に第１の処理ガス雰囲気、第２の処理ガス雰囲気、パージガス雰囲気を形成した後は、ガスが拡散することなく各ガス雰囲気が高純度に保たれる。

従って、第１の処理ガス雰囲気、第２の処理ガス雰囲気、パージガス雰囲気を形成した後には、前記第１ガス供給手段７、前記第２ガス供給手段８、前記パージガス供給手段９からガスを供給する必要がなく、ガスの消費量を節約できると共に、ガス供給系部品の消耗を抑制することができる。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）複数の基板を載置する載置部を移動させることで基板を搬送する搬送手段と、第１の空間に第１の処理ガス雰囲気を形成する為に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給手段と、第２の空間に第２の処理ガス雰囲気を形成する為に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給手段と、前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれパージガス雰囲気の第３の空間を形成する為にパージガスを供給するパージガス供給手段と、少なくとも前記載置部を加熱する加熱手段と、前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間がそれぞれ所定の温度となる様に前記加熱手段を制御する温度制御手段と、複数の基板を載置した状態で前記搬送手段が前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間を通過する様に制御する搬送制御手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。

（付記２）前記搬送制御手段は、複数の基板を載置した状態で、前記搬送手段を前記第１の処理ガス雰囲気、第１のパージガス雰囲気、前記第２の処理ガス雰囲気、第２のパージガス雰囲気の順にそれぞれ通過させる付記１の基板処理装置。

（付記３）少なくとも前記温度制御手段と前記搬送制御手段とを制御する主制御部を更に具備し、該主制御部は前記第１の処理ガス雰囲気、前記第１のパージガス雰囲気、前記第２の処理ガス雰囲気、前記第２のパージガス雰囲気の順に前記搬送手段が基板を通過させることを１サイクルとしてカウントし、予め設定された膜厚に応じて前記搬送手段に所定回数のサイクルを実行させる付記２の基板処理装置。

（付記４）前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段、前記第１又は第２のパージガス供給手段からそれぞれ供給されるガスは、ダウンフローにて前記第１の空間、前記第２の空間、前記第３の空間にそれぞれ供給される付記１の基板処理装置。

（付記５）前記第１のガス供給手段、前記第２のガス供給手段、前記第１又は第２のパージガス供給手段からそれぞれ供給されるガスの流れる範囲は、基板が搬送される搬送方向に対して基板サイズ以下である付記４の基板処理装置。

（付記６）基板が搬送される搬送方向は、１方向だけでなく進行方向に対して前後、左右に折返す様に構成される付記１又は付記２の基板処理装置。

（付記７）基板は基板保持具により複数枚が垂直姿勢で保持された状態で、前記搬送手段により搬送される付記１の基板処理装置。

（付記８）複数の基板を載置する載置部を移動させる搬送手段を制御する搬送制御手段が、前記載置部に載置された複数の基板を、第１の処理ガス雰囲気が形成され所定の温度に加熱された第１の空間、第２の処理ガス雰囲気が形成され所定の温度に加熱された第２の空間、前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれ形成された、パージガス雰囲気が形成され所定の温度に加熱された第３の空間を通過させることを特徴とする基板の搬送方法。

（付記９）第１のガス供給手段が第１の処理ガスを供給することで第１の空間に第１の処理ガス雰囲気を形成する工程と、第２のガス供給手段が第２の処理ガスを供給することで第２の空間に第２の処理ガス雰囲気を形成する工程と、パージガス供給手段がパージガスを供給することで前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれ形成された第３の空間にパージガス雰囲気を形成する工程と、温度制御手段が加熱手段を制御して前記第１の空間、前記第２の空間、前記第３の空間を所定の温度になる様加熱する工程と、複数の基板を載置する載置部を移動させる搬送手段を制御する搬送制御手段が、前記載置部に載置された複数の基板を前記第１の処理ガス雰囲気、第１のパージガス雰囲気、前記第２の処理ガス雰囲気、第２のパージガス雰囲気の順に通過させる工程とを有することを特徴とする基板の成膜方法。

１ 基板処理装置
３ ウェーハ
５ 搬送ベルト
６ ベルト駆動輪
７ 第１ガス供給手段
８ 第２ガス供給手段
９ パージガス供給手段
１１ 第１の処理空間
１２ 第２の処理空間
１３ 第３の処理空間
１４ 赤外線ヒータ
１６ 搬送制御手段
１７ 温度制御手段
１８ 主制御部
１９ ボート

Claims (1)

1. 複数の基板を載置する載置部を移動させることで基板を搬送する搬送手段と、第１の空間に第１の処理ガス雰囲気を形成する為に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給手段と、第２の空間に第２の処理ガス雰囲気を形成する為に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給手段と、前記第１の空間又は前記第２の空間の後にそれぞれパージガス雰囲気の第３の空間を形成する為にパージガスを供給するパージガス供給手段と、少なくとも前記載置部を加熱する加熱手段と、前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間がそれぞれ所定の温度となる様に前記加熱手段を制御する温度制御手段と、複数の基板を載置した状態で前記搬送手段が前記第１の空間、前記第２の空間及び前記第３の空間を通過する様に制御する搬送制御手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。

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