枚葉式の処理装置及び処理方法
【課題】 処理容器内に晒される軸受をなくして、パーティクルの発生を完全に防止することができる枚葉式の処理装置を提供する。
【解決手段】 処理容器３２内にて載置台３８上に載置された被処理体Ｗに対して所定の処理を施す枚葉式の処理装置において、前記載置台を浮上させる浮上用磁石機構６０と、前記載置台の周縁部に設けた羽根部材４４と、前記羽根部材に対して不活性ガスを噴射させて前記載置台に回転力を付与する回転用ガス噴射手段６４とを備えるように構成する。これにより、処理容器内に晒される軸受をなくして、パーティクルの発生を完全に防止する。
【解決手段】 処理容器３２内にて載置台３８上に載置された被処理体Ｗに対して所定の処理を施す枚葉式の処理装置において、前記載置台を浮上させる浮上用磁石機構６０と、前記載置台の周縁部に設けた羽根部材４４と、前記羽根部材に対して不活性ガスを噴射させて前記載置台に回転力を付与する回転用ガス噴射手段６４とを備えるように構成する。これにより、処理容器内に晒される軸受をなくして、パーティクルの発生を完全に防止する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を処理するための枚葉式の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の処理が複数回に亘って繰り返し行なわれる。この場合、集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留り等を高く維持するためには、上述したような各種の処理は、ウエハの表面全体に亘ってより均一に行なわれることが要求され、このためには、処理の進行はその時のウエハ温度や処理ガスの流れ方等に大きく依存して左右されることから、処理時においてウエハ温度の面内均一性やガス流の分布の均一性を高く、且つ精度良く維持しなければならない。
【０００３】このように、ウエハ温度の面内均一性やガス流の分布の均一性を高く維持する手法としては、従来において種々提案されているが、その中でも比較的有効な手段として、例えば枚葉式の処理装置を例にとれば、半導体ウエハを載置する載置台を回転（自転）させて温度ムラやガス流の不均一分布の発生をできるだけ抑制するようにした手法や、或いは温度分布の改善のためにはウエハを高速加熱できる加熱ランプ手段からの放射熱をゾーン毎に選択的に制御できるようにした手法が広く知られている。このような従来の処理装置の一例を図１０を参照して説明する。図１０は従来の枚葉式の処理装置の一例を示す概略構成図である。図１０において、真空引き可能になされた例えば非磁性材料であるアルミニウム製の処理容器２内には、容器内側壁に大口径の円形リング状の軸受４を介して回転可能に支持された円筒状の載置台６が設けられており、この載置台６の上部のリング状の載置板８上に半導体ウエハＷの下面周縁部を支持して載置するようになっている。このウエハＷは、容器天井部の上方に設けた加熱ランプ１０からの熱線を、透過窓１２を介して照射することにより加熱される。
【０００４】そして、上記円筒状の載置台６の下部側壁には、その周方向に沿って永久磁石１４が配置されており、更に、容器側壁の外方には、上記永久磁石１４と磁気的に結合するように駆動用永久磁石１６がリング状に配置される。この駆動用永久磁石１６は、容器外側壁に軸受１８を介して回転可能に設けた磁石台２０に固定されており、従って、駆動モータ２２に連結される歯車機構２４を介して伝達される駆動力でもって上記駆動用永久磁石１６をその周方向に回転させることにより、これに磁気結合されている内側の永久磁石１４を追従移動させて、載置台６と共にウエハＷを回転させるようになっている。これにより、加熱ランプ１０からの熱線やガスノズル２６から供給される処理ガスを、ウエハ表面に対して等価的に略均等に分布させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した装置例にあっては、載置台６を回転自在に支持するために処理容器２内に設けられる軸受４は、パーティクル発生防止のために、ステンレス等よりも遥かに耐摩耗性に非常に優れた材料、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４ ）等を用いているが、長期間の使用により、僅かではあるが、非常に微細なパーティクルが発生することは避けられず、製品歩留り低下の原因となってしまう。特に、半導体集積回路のデザインルールがより厳しくなって、更なる高集積化、高微細化及び薄膜化が要請される今日にあっては、上記問題点の解決が、早期に望まれている。また、上記した従来の装置例にあっては、複数の軸受４、１８を設け、しかも、駆動用永久磁石１６を機械的に回転させなければならず、装置構成も大型化し、且つ複雑である、といった問題点もあった。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内に晒される軸受をなくして、パーティクルの発生を完全に防止することができる枚葉式の処理装置及び処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明は、処理容器内にて載置台上に載置された被処理体に対して所定の処理を施す枚葉式の処理装置において、前記載置台を浮上させる浮上用磁石機構と、前記載置台の周縁部に設けた羽根部材と、前記羽根部材に対して不活性ガスを噴射させて前記載置台に回転力を付与する回転用ガス噴射手段とを備えるように構成する。これにより、磁気浮上されている載置台の羽根部材に、回転用ガス噴射手段より不活性ガスを噴射してこれを回転させるようにしたもので、従来装置において必要とされた処理容器内の軸受等を不要にでき、従って、処理容器内にパーティクルが発生することを大幅に抑制することが可能となる。また、軸受や複雑な回転機構を不要にできるので、装置自体を小型化し、且つ構造を簡単化することが可能となる。
【０００７】また、例えば請求項２に規定するように、前記載置台の回転の軸振れを防止するための軸安定用磁石機構が設けられる。これによれば、軸安定用磁石機構により載置台の回転の軸振れを抑制してこれを安定的に回転することが可能となる。また、例えば請求項３に規定するように、前記羽根部材に対して、前記回転用ガス噴射手段からのガス噴射方向とは逆方向に不活性ガスを噴射させて制動力を付与する停止用ガス噴射手段が設けられる。これによれば、停止用ガス噴射手段から不活性ガスを噴射させることにより、回転中の載置台に対して制動力を付与して、この回転を抑制したり、或いは載置台を急速に停止させることが可能となる。
【０００８】また、例えば請求項４に規定するように、前記回転用ガス噴射手段のガス噴射口は、前記処理容器の中心に対して略対称に設けられる。これによれば、載置台の回転中心に対して偶力となる回転力を付与できるので、この回転中心を安定化させることが可能となる。また、例えば請求項５に規定するように、前記載置台は、前記被処理体を保持する載置板と、前記載置板に連結された円筒体状の回転脚部とよりなる。
【０００９】また、例えば請求項６に規定するように、前記羽根部材は、前記回転脚部の上端周縁部に設けられる。また、例えば請求項７に規定するように、前記羽根部材は、前記回転脚部の下端部に設けられる。
【００１０】更に、例えば請求項８に規定するように、前記処理容器には、前記載置台の回転位置を検出する回転位置検出センサ部が設けられる。これによれば、回転位置検出センサ部により、載置台の回転位置を検出することが可能となる。また、例えば請求項９に規定するように、前記載置台の回転速度を検出する回転速度検出センサ部と、該回転速度検出センサ部の出力に基づいて前記回転用ガス噴射手段と前記停止用ガス噴射手段とを制御する回転制御部とを備える。これによれば、回転速度検出センサ部により載置台の回転数を検出し、この検出値に基づいて回転用ガス噴射手段や停止用ガス噴射手段を制御することにより、載置台を適正な回転数で安定的に回転できるのみならず、処理完了時には迅速に載置台の回転を停止させることが可能となる。
【００１１】また、例えば請求項１０に規定するように、前記浮上用磁石機構は電磁石を有しており、前記処理容器側には前記載置台の非浮上時に動作する予備用スラスト軸受が設けられる。これによれば、停電等により浮上用磁石機構の電磁石への供給電力が突発的に遮断されて磁気浮上力が消失した際には、落下する載置台を予備用スラスト軸受により受けて、この載置台の回転を維持することが可能となる。請求項１１に規定する発明は、上記装置発明により行われる方法発明を規定したものであり、すなわち、処理容器内に設置されている載置台上に載置した被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記載置台を磁気力により浮上させた状態で前記載置台に設けた羽根部材に不活性ガスを吹き付けることにより前記載置台を回転させるようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る枚葉式の処理装置及び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の処理装置を示す構成図、図２は図１中の載置台を示す縮小上面図、図３は図１中の載置台を示す縮小下面図、図４は処理容器の下部を示す横断面図、図５は羽根部材の取り付け状態を示す部分拡大図、図６は載置台の回転と回転速度の制御態様を示す図、図７は載置台の回転位置検出センサ部を示す図である。図示するように、この処理装置３０は、例えばステンレススチールやアルミニウム等により円筒体状に成形された処理容器３２を有している。この処理容器３２の天井部の開口には、この処理容器３２内へ必要な処理ガスを導入するための処理ガス導入手段としてシャワーヘッド部３４がＯリング等のシール部材３６を介して設けられる。また、容器底部の周縁部には排気口３７が設けられており、この排気口３７には図示しない真空ポンプ等を介設した排気系を接続して処理容器３２内を真空引き可能としている。容器側壁には、被処理体である半導体ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ３３が設けられる。
【００１３】上記処理容器３２内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台３８が設けられる。この載置台３８は、例えばアルミニウム等の非磁石材料よりなる円筒体状の回転脚部４０と、この回転脚部４０の上端開口部を覆うようにして設けた薄板状の載置板４２とにより主に構成されており、この載置板４２上に上記ウエハＷを直接的に載置して支持するようになっている。そして、上記回転脚部４０の上端のフランジ部４０Ａには、図２にも示すように本発明の特徴とする４角形状の小さな羽根部材４４が多数設けられている。この羽根部材４４は、図２においては回転脚部４０の上端周縁部である上記フランジ部４０Ａの側面に、その周方向に沿って等間隔で２４個設けられている。そして、この４角形状の羽根部材４４は、図５にも示すように、ウエハＷを載置する載置面、すなわちフランジ部４０Ａの上面に対して所定の角度θ、例えば４５度の角度だけ傾斜させて取り付けており、後述するように、不活性ガスの噴射により大きな回転力を付与し得るようになっている。尚、この羽根部材４４の枚数、形状等は上記したものに限定されない。
【００１４】そして、上記処理容器３２の非磁性材料よりなる底部４６は、上記円筒体状の回転脚部４０を余裕をもって収容し得る大きさの円形リング状の収容空間４８を形成するために円形リング状の屈曲部４６Ａが形成されており、また、底部４６の中央部は大きく開口されている。そして、この開口には、例えばＯリング等のシール部材４９を介して石英ガラス等よりなる透過窓５０が気密に設けられている。この透過窓５０の下方には、ケーシング５２により囲まれたランプ室５４が区画形成されており、このランプ室５４内に、反射板も兼ねる回転台５５に支持された複数の加熱ランプ５６が設けられて、上記ウエハＷを裏面側から加熱し得るようになっている。また、この回転台５４は上記ケーシング５２の下部に設けた回転モータ５８により回転される。
【００１５】そして、この載置台３８と容器底部４６には、上記載置台３８を磁気浮上させる浮上用磁石機構６０が設けられる。具体的には、この浮上用磁石機構６０は、上記載置台３８のフランジ部４０Ａの下面に取り付け固定した上部永久磁石６０Ａと、これに対向するように上記容器底部４６の上面に取り付け固定した下部永久磁石６０Ｂとよりなる。上記上部永久磁石６０Ａ（図３参照）及び、下部永久磁石６０Ｂは、共に円形リング状に成形されており、同じ極性が対向するように取り付けられ、この両磁石６０Ａ、６０Ｂ間の反発力により、図１R>１に示すように、この載置台３８の全体を浮上し得るようになっている。尚、図１中では、Ｎ極同士が対向するように両磁石６０Ａ、６０Ｂは配置されている。また、上記磁石６０Ａ、６０Ｂの全表面は、金属汚染を防止するために、例えば薄いアルミニウム膜によりコーティングされている。
【００１６】また、上記載置台３８の回転脚部４０と収容空間４８を区画する容器底部４６の屈曲部４６Ａには、上記載置台３８の回転の軸振れを防止するための軸安定用磁石機構６２が設けられる。具体的には、この軸安定用磁石機構６２は、図４にも示すように、回転脚部４０の外周面に、その周方向に沿って所定の間隔ずつ隔てて配置した脚側永久磁石６２Ａと、この磁石６２Ａと対向するように上記底部４６の屈曲部４６Ａの内周面に、その周方向に沿って所定の間隔ずつ隔てて配置した底部側永久磁石６２Ｂとよりなる。ここで上記脚側永久磁石６２Ａ及び底部側永久磁石６２Ｂは、同じ極性が対向するように配置されており、この両磁石６２Ａ、６２Ｂ間の反発力により、この回転脚部４０の回転中心を振らつかせることなく、安定化させるようになっている。図示例にあっては、Ｎ極同士が対抗するように両磁石６２Ａ、６２Ｂは配置されている。
【００１７】そして、容器天井部を形成するシャワーヘッド部３４Ａには、上記フランジ部４０Ａに設けた羽根部材４４に対して下方向へ不活性ガスを噴射してこれに回転力を付与する回転用ガス噴射手段６４が設けられると共に、これに対向する容器底部４６には上記ガス噴射方向とは逆方向へ、すなわちここでは上方向へ不活性ガスを噴射して制動力を付与する停止用ガス噴射手段６６が設けられる。具体的には、上記回転用ガス噴射手段６４は、上記シャワーヘッド部３４の周縁部に気密に下方向へ挿通してなる上部噴射ノズル６８を有しており、このガス噴射口６８Ａは上記羽根部材４４に接近させて設けられている。この上部噴射ノズル６８は、処理容器３２の中心に対して略対称に設けられており、載置台３８に対して回転中心安定化のために偶力の回転力を付与するようになっている（図５参照）。図１では２個の上部噴射ノズル６８が設けられており、図１では便宜上、ゲートバルブ３３の取り付け位置と同じ側に一方の上部噴射ノズル６８を設けたように記載しているが、実際には、図２に示すようにウエハＷの搬出入に支障が生じないように両者の取り付け位置は位置ずれさせて設定されている。図２中では上部噴射ノズル６８とゲートバルブ３３の取り付け位置も模式的に示している。
【００１８】一方、上記停止用ガス噴射手段６６は、上記容器底部４６の周縁部に気密に上方向へ挿通してなる下部噴射ノズル７０を有しており、このガス噴射口７０Ａは上記羽根部材４４に接近させて設けられている。上述のように、この下部噴射ノズル７０は、上記上部噴射ノズル６８に対して上下に対向するように配置されており、羽根部材４４に対して、ここでは必要に応じて上方向に向かう不活性ガス、例えばＮ２ ガスを噴射して制動力を付与するようになっている（図５参照）。尚、上記噴射する不活性ガスとして、Ｎ２ ガスに限らず、他のガス、例えばＨｅガスやＡｒガス等を用いてもよい。
【００１９】図６は、上記回転用ガス噴射手段６４の上部噴射ノズル６８と停止用ガス噴射手段６６の下部噴射ノズル７０へのガス供給系を模式的に示しており、上記一対の上部噴射ノズル６８は、途中に流量制御を行うマスフローコントローラ７２及び開閉弁７４を介設した上部用ガス通路７６を介してＮ２ ガス源へ接続され、上記一対の下部噴射ノズル７０は、途中にマスフローコントローラ７８及び開閉弁８０を介設した下部用ガス通路８２を介してＮ２ ガス源へ接続される。そして、上記各マスフローコントローラ７２、７８及び開閉弁７４、８０は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる回転制御部８４により制御され、載置台３８の回転の開始、停止及びその回転数をコントロールするようになっている。この回転制御部８４へは、上記処理容器３２に設けた回転速度検出センサ部８６（図６参照）から検出した回転速度信号が入力されている。この回転速度センサ部８６は、上記羽根部材４４を上下に挟むようにして設けた発光素子８６Ａと受光素子８６Ｂを有しており、発光素子８６Ａから射出される光線が上記羽根部材４４により遮断される回数を単位時間毎に計測することにより、その回転速度を求めるようになっている。尚、上記発光素子８６Ａと受光素子８６Ｂは、処理容器３２内の汚染を防止するために、上記加熱ランプ５６に対して設けた透過窓５０を小型にした構造の透過窓を介して設けるように構成するのがよい。
【００２０】また、処理容器３２には、図７に示すように、例えば発光素子と受光素子とを一体的に組み込んでなる回転位置検出センサ部８８が設けられており、上記羽根部材４４からの反射光を受けるようになっている。の場合、例えば複数枚ある羽根部材４４の内の一枚のみの反射率を変えており、この反射率の異なる羽根部材の位置をホームポジションとし、そして、このホームポジションを起点として何枚の羽根部材４４が通過したかを検知することにより、その回転位置を求めることができる。この求めた回転位置の信号は上記回転制御部８４へ入力されるようになっている。尚、この回転位置検出センサ部８８も、処理容器３２内の汚染を防止するために、上記加熱ランプ５６に対して設けた透過窓５０を小型にした構造の透過窓を介して設けるように構成するのがよい。また、図２においては、回転速度センサ部８６や回転位置検出センサ部８８の取り付け位置が模式的に示されている。また、図示されていないが容器底部４６には、ウエハＷの搬出入時にこれを持ち上げるために昇降可能になされたリフタピンも設けられているのは勿論である。
【００２１】次に、以上のように構成された処理装置を用いて行われる本発明方法について説明する。まず、予め真空状態に維持された処理容器３２内へ、図示しないロードロック室等から開放されたゲートバルブ３３を介して半導体ウエハＷを搬入し、このウエハＷを図示しないリフタピンを駆動することによって載置板４２に載置して保持させる。そして、ウエハＷの搬入が完了したならば、ゲートバルブ３３を閉じて処理容器３２内を密閉すると共に、処理容器３２内を真空引きしつつシャワーヘッド部３４から処理すべきプロセスに対応した所定の処理ガスを処理容器３２内へ導入し、所定のプロセス圧力を維持する。例えば処理としてＣＶＤ成膜処理を行なうならば、成膜ガスをＮ２ 等のキャリアガスと共に処理容器３２内の処理空間Ｓへ導入する。
【００２２】また、容器底部４６の下方に設けた加熱ランプ５６からの熱線は透過窓５０を通して載置板４２の裏面に照射されており、これによりウエハ温度をプロセス温度まで昇温し、維持する。更に、この載置台３８の全体は、浮上用磁石機構６０の上部永久磁石６０Ａと下部永久磁石６０Ｂとの間の反発力により常時浮上している。そして、この成膜処理時には、回転用ガス噴射手段６４の上部噴射ノズル６８から流量、或いは流速が制御された不活性ガスであるＮ２ ガスを載置台３８に設けた羽根部材４４に噴射手吹き付けているので、この風圧により、浮上している載置台３８が回転されることになる。
【００２３】このように、処理容器３２内に軸受等を用いないで、載置台３８を磁気浮上させて、不活性ガスの噴射圧によってこれを回転させつつウエハに対して処理を行うことができるので、ウエハに対する処理、ここでは成膜処理の面内均一性を高く維持しつつ、しかもパーティクルの発生を大幅に抑制することが可能となる。この場合、載置台３８の回転脚部４０と容器底部４６には、軸安定用磁石機構６２の脚側永久磁石６２Ａと底部側永久磁石６２Ｂがそれぞれ設けられているので、これらの永久磁石６２Ａ、６２Ｂ間の反発力により、この回転脚部４０はこの回転中心が偏ることなく略垂直方向に安定的に維持され、この回転脚部４６が容器底部４６の壁面に接触することを防止することができる。従って、この点よりも、軸安定用磁石機構６２を設けることにより、更にパーティクル発生防止効果を向上させることができる。
【００２４】この場合、両永久磁石６２Ａ、６２Ｂの高さ方向の長さを長くする程、回転脚部４０の回転中心の安定性をより向上させることが可能となる。また、この載置台３８の回転数は、図６に示すような発光素子８６Ａと受光素子８６Ｂとを有する回転速度検出センサ部８６により常時検出されており、この検出値は回転制御部８４に入力されている。そして、この回転制御部８４は、上部用ガス通路７６に介設したマスフローコントローラ７２を制御することにより上記載置台３８の回転数を略一定に維持させることになる。ここで、載置台３８の回転数が規定数よりも多くなり過ぎた場合には、下部用ガス通路８２のマスフローコントローラ７８を制御して停止用ガス噴射手段６６の下部噴射ノズル７０から羽根部材４４に向けてＮ２ ガスを噴射し、この羽根部材４４に対して制動力を加えてこの載置台３８の回転数を落とすようにすればよい。
【００２５】また、所定の時間の成膜処理が終了したならば、回転用ガス噴射手段６４の上部噴射ノズル６８からのＮ２ ガス噴射を停止し、逆に、停止用ガス噴射手段６６の下部噴射ノズル７０からＮ２ ガスを噴射して羽根部材４４に大きな制動力を加え、載置台３８の回転を停止させる。この停止操作に際しては、図７に示す回転位置検出センサ部８８により載置台３８の回転位置を常時検出して、この検出値を回転制御部８４へ入力しているので、載置台３８の回転の停止時に、上部噴射ノズル６８と下部噴射ノズル７０からの噴射ガスを微妙にコントロールすることにより、この載置台３８を適正な回転位置に停止させることができる。尚、ここでは、回転用ガス噴射手段６４及び停止用ガス噴射手段６６は、それぞれ共に一対２本の噴射ノズル６８及び７０を設けたが、この設置数には限定されず、それぞれ２対４本或いはそれ以上設けるようにしてもよい。
【００２６】また、ここでは回転速度検出センサ部８６や回転位置検出センサ部８８は、羽根部材４４に対応させて設けたが、これに限定されず、例えば回転脚部４０にその周方向に目視可能な目印を等間隔で設け、これに対応させて上記回転速度検出センサ部８６や回転位置検出センサ部８８を設けるようにしてもよい。また、上記実施例では、容器底部側に設ける磁石として下部永久磁石６０Ｂと底部側永久磁石６２Ｂとを永久磁石で構成したが、これに限定されず、これらの一方の磁石を、或いは両方の磁石を電磁石で構成するようにしてもよい。図８R>８は上記したような本発明装置の変形例を示す構成図、図９は図８に示す処理容器の底部の部分を示す断面図である。尚、ここでは図１乃至図７において示した構成部材と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】この実施例はアニール処理を行う処理装置を示しており、容器底部４６の下方には、加熱ランプ５６（図１参照）を設けないで、処理容器３２の天井部に大口径の開口を設け、ここにＯリング等のシール部材４９を介して透過窓５０を気密に設けている。そして、この透過窓５０の上方にケーシング９０で覆われたランプ室９２を区画形成し、この中に複数本のアニール用ランプ９４を配列して、半導体ウエハＷに対して改質アニール用の紫外線や熱線等を照射するようになっている。また、処理ガス導入手段としては、ここではシャワーヘッド部に代えて、容器側壁に貫通させて処理ガスノズル９６を設けており、このノズル９６より処理容器３２内へ所定の処理ガスを導入するようになっている。
【００２８】更に、ここでは載置台３８の一部を形成する載置板４２は、図１に示した薄板円板形状ではなく、円形リング状に成形されており、この円形リング状の載置板４２の内周側上面にウエハの周縁部の下面を接触させてこれを載置支持するようになっている。そして、浮上用磁石機構６０に関しては、載置台３８のフランジ部４０Ａ側には図１に示したと同様に上部永久磁石６０Ａを設けているのに対して、容器底部４６には図１中の下部永久磁石６０Ｂに代えて、円形リング状の大口径の下部電磁石６０Ｃを設けて、これにライン９８を介して浮上用電流を流すようになっている。この場合にも、この下部電磁石６０Ｃの上面の極性としては、上記上部永久磁石６０Ａの下面の極性と同極のＮ極を発生させて浮上用の反発力を形成するようになっている。この場合、載置台３８の回転中に停電等によって上記下部電磁石６０Ｃへの給電が断たれて浮上力が消失した場合にあっても、この載置台３８と容器底部４６との摺動接触を避けるために、容器底部４６の上面側には非浮上時に動作する大口径の予備用スラスト軸受１００が設けられている。この予備用スラスト軸受１００としてはパーティクルの発生の少ない、例えばセラミック製のものを用いるのがよい。この場合、載置台３８が浮上時には、このフランジ部４０Ａの下面は、上記予備用スラスト軸受１００の上面から上方へ浮上しており、下部電磁石６０Ｃへの通電が遮断されると載置台３８は落下してこの予備用スラスト軸受１００でその荷重が受けられることになる。
【００２９】そして、図１に示す装置例では、羽根部材４４は載置台３８のフランジ部４０Ａに取り付けていたが、本実施例では載置台３８の回転脚部４０の下端部に下方向へ略垂直に向けて設けている。そして、この容器底部４６の屈曲部４６Ａに、図９にも示すように回転用ガス噴射手段６４として水平方向に延びる複数の回転用噴射孔１０２が設けられている。図示例では４つの回転用噴射孔１０２が回転脚部４０の周方向へ等間隔で設けられており、上記羽根部材４４の表面に対して略垂直方向から不活性ガスであるＮ２ ガスを噴射して、これに回転力を付与するようになっている。また、上記各回転用噴射孔１０２に対して水平方向において対向する位置には、停止用ガス噴射手段６６を形成する制動用噴射孔１０４が設けられており、回転方向とは逆方向になるように羽根部材４４に対して不活性ガスであるＮ２ ガスを噴射し、これに制動力を必要に応じて付与するようになっている。尚、図８においては、上記回転用噴射孔１０２と制動用噴射孔１０４は、図面に対して垂直方向に沿ってＮ２ ガスが噴射されることになる。尚、各回転用噴射孔１０２及び各制動用噴射孔１０４は、それぞれ図６中の上部用ガス通路７６及び下部用ガス噴射通路８２に接続されて、各Ｎ２ ガスの供給が制御される。
【００３０】この実施例の場合には、浮上用磁石機構６０の上部永久磁石６０Ａと下部電磁石６０Ｃとの間の反発力により載置台３８の全体が磁気浮上することになり、そして、回転用噴射孔１０２から羽根部材４４に向けて噴射されるＮ２ ガスにより載置台３８が回転される。また、載置台３８の回転を抑制するには、上記とは逆に、制動用噴射孔１０４から上記回転用のＮ２ ガスの噴射方向とは逆方向にＮ２ ガスを噴射することにより載置台３８に制動力を付与してこの回転を減少、或いは停止させることができる。また、載置台３８の浮上状態での回転途中において、何らかの理由により、下部電磁石６０Ｃへの給電が遮断されて磁気浮上力が消失した場合には、落下する載置台３８は予備用スラスト軸受１００の上面で受け取られて回転が継続されることになり、載置台３８と容器底部４６との直接接触による過度の摩擦及びパーティクルが発生することを未然に防止することができる。
【００３１】尚、以上の実施例では、ウエハに対する処理として成膜処理、アニール処理を例にとって説明したが、これに限定されず、酸化拡散、窒化処理、エッチング処理、スパッタ処理等にも本発明を適用し得るのは勿論である。また、上記実施例で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基板等にも本発明装置を適用できるのは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の枚葉式の処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。請求項１、５〜７、１１に規定する発明によれば、磁気浮上されている載置台の羽根部材に、回転用ガス噴射手段より不活性ガスを噴射してこれを回転させるようにしたもので、従来装置において必要とされた処理容器内の軸受等を不要にでき、従って、処理容器内にパーティクルが発生することを大幅に抑制することができる。また、軸受や複雑な回転機構を不要にできるので、装置自体を小型化し、且つ構造を簡単化することができる。請求項２に規定する発明によれば、軸安定用磁石機構により載置台の回転の軸振れを抑制してこれを安定的に回転することができる。請求項３に規定する発明によれば、停止用ガス噴射手段から不活性ガスを噴射させることにより、回転中の載置台に対して制動力を付与して、この回転を抑制したり、或いは載置台を急速に停止させることができる。請求項４に規定する発明によれば、載置台の回転中心に対して偶力となる回転力を付与できるので、この回転中心を安定化させることができる。請求項８に規定する発明によれば、回転位置検出センサ部により、載置台の回転位置を検出することができる。請求項９に規定する発明によれば、回転速度検出センサ部により載置台の回転数を検出し、この検出値に基づいて回転用ガス噴射手段や停止用ガス噴射手段を制御することにより、載置台を適正な回転数で安定的に回転できるのみならず、処理完了時には迅速に載置台の回転を停止させることができる。請求項１０に規定する発明によれば、停電等により浮上用磁石機構の電磁石への供給電力が突発的に遮断されて磁気浮上力が消失した際には、落下する載置台を予備用スラスト軸受により受けて、この載置台の回転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置を示す構成図である。
【図２】図１中の載置台を示す縮小上面図である。
【図３】図１中の載置台を示す縮小下面図である。
【図４】処理容器の下部を示す横断面図である。
【図５】羽根部材の取り付け状態を示す部分拡大図である。
【図６】載置台の回転と回転速度の制御態様を示す図である。
【図７】載置台の回転位置検出センサ部を示す図である。
【図８】本発明装置の変形例を示す構成図である。
【図９】図８に示す処理容器の底部の部分を示す断面図である。
【図１０】従来の枚葉式の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３０ 処理装置
３２ 処理容器
３４ シャワーヘッド部
３８ 載置台
４０ 回転脚部
４０Ａ フランジ部
４２ 載置板
４４ 羽根部材
５０ 透過窓
６０ 浮上用磁石機構
６２ 軸安定用磁石機構
６２Ａ 脚側永久磁石
６４ 回転用ガス噴射手段
６６ 停止用ガス噴射手段
６８ 上部噴射ノズル
７０ 下部噴射ノズル
７６ 上部用ガス通路
８２ 下部用ガス通路
８４ 回転制御部
８６ 回転速度検出センサ部
８８ 回転位置検出センサ部
１００ 予備用スラスト軸受
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を処理するための枚葉式の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の処理が複数回に亘って繰り返し行なわれる。この場合、集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留り等を高く維持するためには、上述したような各種の処理は、ウエハの表面全体に亘ってより均一に行なわれることが要求され、このためには、処理の進行はその時のウエハ温度や処理ガスの流れ方等に大きく依存して左右されることから、処理時においてウエハ温度の面内均一性やガス流の分布の均一性を高く、且つ精度良く維持しなければならない。
【０００３】このように、ウエハ温度の面内均一性やガス流の分布の均一性を高く維持する手法としては、従来において種々提案されているが、その中でも比較的有効な手段として、例えば枚葉式の処理装置を例にとれば、半導体ウエハを載置する載置台を回転（自転）させて温度ムラやガス流の不均一分布の発生をできるだけ抑制するようにした手法や、或いは温度分布の改善のためにはウエハを高速加熱できる加熱ランプ手段からの放射熱をゾーン毎に選択的に制御できるようにした手法が広く知られている。このような従来の処理装置の一例を図１０を参照して説明する。図１０は従来の枚葉式の処理装置の一例を示す概略構成図である。図１０において、真空引き可能になされた例えば非磁性材料であるアルミニウム製の処理容器２内には、容器内側壁に大口径の円形リング状の軸受４を介して回転可能に支持された円筒状の載置台６が設けられており、この載置台６の上部のリング状の載置板８上に半導体ウエハＷの下面周縁部を支持して載置するようになっている。このウエハＷは、容器天井部の上方に設けた加熱ランプ１０からの熱線を、透過窓１２を介して照射することにより加熱される。
【０００４】そして、上記円筒状の載置台６の下部側壁には、その周方向に沿って永久磁石１４が配置されており、更に、容器側壁の外方には、上記永久磁石１４と磁気的に結合するように駆動用永久磁石１６がリング状に配置される。この駆動用永久磁石１６は、容器外側壁に軸受１８を介して回転可能に設けた磁石台２０に固定されており、従って、駆動モータ２２に連結される歯車機構２４を介して伝達される駆動力でもって上記駆動用永久磁石１６をその周方向に回転させることにより、これに磁気結合されている内側の永久磁石１４を追従移動させて、載置台６と共にウエハＷを回転させるようになっている。これにより、加熱ランプ１０からの熱線やガスノズル２６から供給される処理ガスを、ウエハ表面に対して等価的に略均等に分布させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した装置例にあっては、載置台６を回転自在に支持するために処理容器２内に設けられる軸受４は、パーティクル発生防止のために、ステンレス等よりも遥かに耐摩耗性に非常に優れた材料、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４ ）等を用いているが、長期間の使用により、僅かではあるが、非常に微細なパーティクルが発生することは避けられず、製品歩留り低下の原因となってしまう。特に、半導体集積回路のデザインルールがより厳しくなって、更なる高集積化、高微細化及び薄膜化が要請される今日にあっては、上記問題点の解決が、早期に望まれている。また、上記した従来の装置例にあっては、複数の軸受４、１８を設け、しかも、駆動用永久磁石１６を機械的に回転させなければならず、装置構成も大型化し、且つ複雑である、といった問題点もあった。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内に晒される軸受をなくして、パーティクルの発生を完全に防止することができる枚葉式の処理装置及び処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明は、処理容器内にて載置台上に載置された被処理体に対して所定の処理を施す枚葉式の処理装置において、前記載置台を浮上させる浮上用磁石機構と、前記載置台の周縁部に設けた羽根部材と、前記羽根部材に対して不活性ガスを噴射させて前記載置台に回転力を付与する回転用ガス噴射手段とを備えるように構成する。これにより、磁気浮上されている載置台の羽根部材に、回転用ガス噴射手段より不活性ガスを噴射してこれを回転させるようにしたもので、従来装置において必要とされた処理容器内の軸受等を不要にでき、従って、処理容器内にパーティクルが発生することを大幅に抑制することが可能となる。また、軸受や複雑な回転機構を不要にできるので、装置自体を小型化し、且つ構造を簡単化することが可能となる。
【０００７】また、例えば請求項２に規定するように、前記載置台の回転の軸振れを防止するための軸安定用磁石機構が設けられる。これによれば、軸安定用磁石機構により載置台の回転の軸振れを抑制してこれを安定的に回転することが可能となる。また、例えば請求項３に規定するように、前記羽根部材に対して、前記回転用ガス噴射手段からのガス噴射方向とは逆方向に不活性ガスを噴射させて制動力を付与する停止用ガス噴射手段が設けられる。これによれば、停止用ガス噴射手段から不活性ガスを噴射させることにより、回転中の載置台に対して制動力を付与して、この回転を抑制したり、或いは載置台を急速に停止させることが可能となる。
【０００８】また、例えば請求項４に規定するように、前記回転用ガス噴射手段のガス噴射口は、前記処理容器の中心に対して略対称に設けられる。これによれば、載置台の回転中心に対して偶力となる回転力を付与できるので、この回転中心を安定化させることが可能となる。また、例えば請求項５に規定するように、前記載置台は、前記被処理体を保持する載置板と、前記載置板に連結された円筒体状の回転脚部とよりなる。
【０００９】また、例えば請求項６に規定するように、前記羽根部材は、前記回転脚部の上端周縁部に設けられる。また、例えば請求項７に規定するように、前記羽根部材は、前記回転脚部の下端部に設けられる。
【００１０】更に、例えば請求項８に規定するように、前記処理容器には、前記載置台の回転位置を検出する回転位置検出センサ部が設けられる。これによれば、回転位置検出センサ部により、載置台の回転位置を検出することが可能となる。また、例えば請求項９に規定するように、前記載置台の回転速度を検出する回転速度検出センサ部と、該回転速度検出センサ部の出力に基づいて前記回転用ガス噴射手段と前記停止用ガス噴射手段とを制御する回転制御部とを備える。これによれば、回転速度検出センサ部により載置台の回転数を検出し、この検出値に基づいて回転用ガス噴射手段や停止用ガス噴射手段を制御することにより、載置台を適正な回転数で安定的に回転できるのみならず、処理完了時には迅速に載置台の回転を停止させることが可能となる。
【００１１】また、例えば請求項１０に規定するように、前記浮上用磁石機構は電磁石を有しており、前記処理容器側には前記載置台の非浮上時に動作する予備用スラスト軸受が設けられる。これによれば、停電等により浮上用磁石機構の電磁石への供給電力が突発的に遮断されて磁気浮上力が消失した際には、落下する載置台を予備用スラスト軸受により受けて、この載置台の回転を維持することが可能となる。請求項１１に規定する発明は、上記装置発明により行われる方法発明を規定したものであり、すなわち、処理容器内に設置されている載置台上に載置した被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記載置台を磁気力により浮上させた状態で前記載置台に設けた羽根部材に不活性ガスを吹き付けることにより前記載置台を回転させるようにしたことを特徴とする処理方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る枚葉式の処理装置及び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の処理装置を示す構成図、図２は図１中の載置台を示す縮小上面図、図３は図１中の載置台を示す縮小下面図、図４は処理容器の下部を示す横断面図、図５は羽根部材の取り付け状態を示す部分拡大図、図６は載置台の回転と回転速度の制御態様を示す図、図７は載置台の回転位置検出センサ部を示す図である。図示するように、この処理装置３０は、例えばステンレススチールやアルミニウム等により円筒体状に成形された処理容器３２を有している。この処理容器３２の天井部の開口には、この処理容器３２内へ必要な処理ガスを導入するための処理ガス導入手段としてシャワーヘッド部３４がＯリング等のシール部材３６を介して設けられる。また、容器底部の周縁部には排気口３７が設けられており、この排気口３７には図示しない真空ポンプ等を介設した排気系を接続して処理容器３２内を真空引き可能としている。容器側壁には、被処理体である半導体ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ３３が設けられる。
【００１３】上記処理容器３２内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台３８が設けられる。この載置台３８は、例えばアルミニウム等の非磁石材料よりなる円筒体状の回転脚部４０と、この回転脚部４０の上端開口部を覆うようにして設けた薄板状の載置板４２とにより主に構成されており、この載置板４２上に上記ウエハＷを直接的に載置して支持するようになっている。そして、上記回転脚部４０の上端のフランジ部４０Ａには、図２にも示すように本発明の特徴とする４角形状の小さな羽根部材４４が多数設けられている。この羽根部材４４は、図２においては回転脚部４０の上端周縁部である上記フランジ部４０Ａの側面に、その周方向に沿って等間隔で２４個設けられている。そして、この４角形状の羽根部材４４は、図５にも示すように、ウエハＷを載置する載置面、すなわちフランジ部４０Ａの上面に対して所定の角度θ、例えば４５度の角度だけ傾斜させて取り付けており、後述するように、不活性ガスの噴射により大きな回転力を付与し得るようになっている。尚、この羽根部材４４の枚数、形状等は上記したものに限定されない。
【００１４】そして、上記処理容器３２の非磁性材料よりなる底部４６は、上記円筒体状の回転脚部４０を余裕をもって収容し得る大きさの円形リング状の収容空間４８を形成するために円形リング状の屈曲部４６Ａが形成されており、また、底部４６の中央部は大きく開口されている。そして、この開口には、例えばＯリング等のシール部材４９を介して石英ガラス等よりなる透過窓５０が気密に設けられている。この透過窓５０の下方には、ケーシング５２により囲まれたランプ室５４が区画形成されており、このランプ室５４内に、反射板も兼ねる回転台５５に支持された複数の加熱ランプ５６が設けられて、上記ウエハＷを裏面側から加熱し得るようになっている。また、この回転台５４は上記ケーシング５２の下部に設けた回転モータ５８により回転される。
【００１５】そして、この載置台３８と容器底部４６には、上記載置台３８を磁気浮上させる浮上用磁石機構６０が設けられる。具体的には、この浮上用磁石機構６０は、上記載置台３８のフランジ部４０Ａの下面に取り付け固定した上部永久磁石６０Ａと、これに対向するように上記容器底部４６の上面に取り付け固定した下部永久磁石６０Ｂとよりなる。上記上部永久磁石６０Ａ（図３参照）及び、下部永久磁石６０Ｂは、共に円形リング状に成形されており、同じ極性が対向するように取り付けられ、この両磁石６０Ａ、６０Ｂ間の反発力により、図１R>１に示すように、この載置台３８の全体を浮上し得るようになっている。尚、図１中では、Ｎ極同士が対向するように両磁石６０Ａ、６０Ｂは配置されている。また、上記磁石６０Ａ、６０Ｂの全表面は、金属汚染を防止するために、例えば薄いアルミニウム膜によりコーティングされている。
【００１６】また、上記載置台３８の回転脚部４０と収容空間４８を区画する容器底部４６の屈曲部４６Ａには、上記載置台３８の回転の軸振れを防止するための軸安定用磁石機構６２が設けられる。具体的には、この軸安定用磁石機構６２は、図４にも示すように、回転脚部４０の外周面に、その周方向に沿って所定の間隔ずつ隔てて配置した脚側永久磁石６２Ａと、この磁石６２Ａと対向するように上記底部４６の屈曲部４６Ａの内周面に、その周方向に沿って所定の間隔ずつ隔てて配置した底部側永久磁石６２Ｂとよりなる。ここで上記脚側永久磁石６２Ａ及び底部側永久磁石６２Ｂは、同じ極性が対向するように配置されており、この両磁石６２Ａ、６２Ｂ間の反発力により、この回転脚部４０の回転中心を振らつかせることなく、安定化させるようになっている。図示例にあっては、Ｎ極同士が対抗するように両磁石６２Ａ、６２Ｂは配置されている。
【００１７】そして、容器天井部を形成するシャワーヘッド部３４Ａには、上記フランジ部４０Ａに設けた羽根部材４４に対して下方向へ不活性ガスを噴射してこれに回転力を付与する回転用ガス噴射手段６４が設けられると共に、これに対向する容器底部４６には上記ガス噴射方向とは逆方向へ、すなわちここでは上方向へ不活性ガスを噴射して制動力を付与する停止用ガス噴射手段６６が設けられる。具体的には、上記回転用ガス噴射手段６４は、上記シャワーヘッド部３４の周縁部に気密に下方向へ挿通してなる上部噴射ノズル６８を有しており、このガス噴射口６８Ａは上記羽根部材４４に接近させて設けられている。この上部噴射ノズル６８は、処理容器３２の中心に対して略対称に設けられており、載置台３８に対して回転中心安定化のために偶力の回転力を付与するようになっている（図５参照）。図１では２個の上部噴射ノズル６８が設けられており、図１では便宜上、ゲートバルブ３３の取り付け位置と同じ側に一方の上部噴射ノズル６８を設けたように記載しているが、実際には、図２に示すようにウエハＷの搬出入に支障が生じないように両者の取り付け位置は位置ずれさせて設定されている。図２中では上部噴射ノズル６８とゲートバルブ３３の取り付け位置も模式的に示している。
【００１８】一方、上記停止用ガス噴射手段６６は、上記容器底部４６の周縁部に気密に上方向へ挿通してなる下部噴射ノズル７０を有しており、このガス噴射口７０Ａは上記羽根部材４４に接近させて設けられている。上述のように、この下部噴射ノズル７０は、上記上部噴射ノズル６８に対して上下に対向するように配置されており、羽根部材４４に対して、ここでは必要に応じて上方向に向かう不活性ガス、例えばＮ２ ガスを噴射して制動力を付与するようになっている（図５参照）。尚、上記噴射する不活性ガスとして、Ｎ２ ガスに限らず、他のガス、例えばＨｅガスやＡｒガス等を用いてもよい。
【００１９】図６は、上記回転用ガス噴射手段６４の上部噴射ノズル６８と停止用ガス噴射手段６６の下部噴射ノズル７０へのガス供給系を模式的に示しており、上記一対の上部噴射ノズル６８は、途中に流量制御を行うマスフローコントローラ７２及び開閉弁７４を介設した上部用ガス通路７６を介してＮ２ ガス源へ接続され、上記一対の下部噴射ノズル７０は、途中にマスフローコントローラ７８及び開閉弁８０を介設した下部用ガス通路８２を介してＮ２ ガス源へ接続される。そして、上記各マスフローコントローラ７２、７８及び開閉弁７４、８０は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる回転制御部８４により制御され、載置台３８の回転の開始、停止及びその回転数をコントロールするようになっている。この回転制御部８４へは、上記処理容器３２に設けた回転速度検出センサ部８６（図６参照）から検出した回転速度信号が入力されている。この回転速度センサ部８６は、上記羽根部材４４を上下に挟むようにして設けた発光素子８６Ａと受光素子８６Ｂを有しており、発光素子８６Ａから射出される光線が上記羽根部材４４により遮断される回数を単位時間毎に計測することにより、その回転速度を求めるようになっている。尚、上記発光素子８６Ａと受光素子８６Ｂは、処理容器３２内の汚染を防止するために、上記加熱ランプ５６に対して設けた透過窓５０を小型にした構造の透過窓を介して設けるように構成するのがよい。
【００２０】また、処理容器３２には、図７に示すように、例えば発光素子と受光素子とを一体的に組み込んでなる回転位置検出センサ部８８が設けられており、上記羽根部材４４からの反射光を受けるようになっている。の場合、例えば複数枚ある羽根部材４４の内の一枚のみの反射率を変えており、この反射率の異なる羽根部材の位置をホームポジションとし、そして、このホームポジションを起点として何枚の羽根部材４４が通過したかを検知することにより、その回転位置を求めることができる。この求めた回転位置の信号は上記回転制御部８４へ入力されるようになっている。尚、この回転位置検出センサ部８８も、処理容器３２内の汚染を防止するために、上記加熱ランプ５６に対して設けた透過窓５０を小型にした構造の透過窓を介して設けるように構成するのがよい。また、図２においては、回転速度センサ部８６や回転位置検出センサ部８８の取り付け位置が模式的に示されている。また、図示されていないが容器底部４６には、ウエハＷの搬出入時にこれを持ち上げるために昇降可能になされたリフタピンも設けられているのは勿論である。
【００２１】次に、以上のように構成された処理装置を用いて行われる本発明方法について説明する。まず、予め真空状態に維持された処理容器３２内へ、図示しないロードロック室等から開放されたゲートバルブ３３を介して半導体ウエハＷを搬入し、このウエハＷを図示しないリフタピンを駆動することによって載置板４２に載置して保持させる。そして、ウエハＷの搬入が完了したならば、ゲートバルブ３３を閉じて処理容器３２内を密閉すると共に、処理容器３２内を真空引きしつつシャワーヘッド部３４から処理すべきプロセスに対応した所定の処理ガスを処理容器３２内へ導入し、所定のプロセス圧力を維持する。例えば処理としてＣＶＤ成膜処理を行なうならば、成膜ガスをＮ２ 等のキャリアガスと共に処理容器３２内の処理空間Ｓへ導入する。
【００２２】また、容器底部４６の下方に設けた加熱ランプ５６からの熱線は透過窓５０を通して載置板４２の裏面に照射されており、これによりウエハ温度をプロセス温度まで昇温し、維持する。更に、この載置台３８の全体は、浮上用磁石機構６０の上部永久磁石６０Ａと下部永久磁石６０Ｂとの間の反発力により常時浮上している。そして、この成膜処理時には、回転用ガス噴射手段６４の上部噴射ノズル６８から流量、或いは流速が制御された不活性ガスであるＮ２ ガスを載置台３８に設けた羽根部材４４に噴射手吹き付けているので、この風圧により、浮上している載置台３８が回転されることになる。
【００２３】このように、処理容器３２内に軸受等を用いないで、載置台３８を磁気浮上させて、不活性ガスの噴射圧によってこれを回転させつつウエハに対して処理を行うことができるので、ウエハに対する処理、ここでは成膜処理の面内均一性を高く維持しつつ、しかもパーティクルの発生を大幅に抑制することが可能となる。この場合、載置台３８の回転脚部４０と容器底部４６には、軸安定用磁石機構６２の脚側永久磁石６２Ａと底部側永久磁石６２Ｂがそれぞれ設けられているので、これらの永久磁石６２Ａ、６２Ｂ間の反発力により、この回転脚部４０はこの回転中心が偏ることなく略垂直方向に安定的に維持され、この回転脚部４６が容器底部４６の壁面に接触することを防止することができる。従って、この点よりも、軸安定用磁石機構６２を設けることにより、更にパーティクル発生防止効果を向上させることができる。
【００２４】この場合、両永久磁石６２Ａ、６２Ｂの高さ方向の長さを長くする程、回転脚部４０の回転中心の安定性をより向上させることが可能となる。また、この載置台３８の回転数は、図６に示すような発光素子８６Ａと受光素子８６Ｂとを有する回転速度検出センサ部８６により常時検出されており、この検出値は回転制御部８４に入力されている。そして、この回転制御部８４は、上部用ガス通路７６に介設したマスフローコントローラ７２を制御することにより上記載置台３８の回転数を略一定に維持させることになる。ここで、載置台３８の回転数が規定数よりも多くなり過ぎた場合には、下部用ガス通路８２のマスフローコントローラ７８を制御して停止用ガス噴射手段６６の下部噴射ノズル７０から羽根部材４４に向けてＮ２ ガスを噴射し、この羽根部材４４に対して制動力を加えてこの載置台３８の回転数を落とすようにすればよい。
【００２５】また、所定の時間の成膜処理が終了したならば、回転用ガス噴射手段６４の上部噴射ノズル６８からのＮ２ ガス噴射を停止し、逆に、停止用ガス噴射手段６６の下部噴射ノズル７０からＮ２ ガスを噴射して羽根部材４４に大きな制動力を加え、載置台３８の回転を停止させる。この停止操作に際しては、図７に示す回転位置検出センサ部８８により載置台３８の回転位置を常時検出して、この検出値を回転制御部８４へ入力しているので、載置台３８の回転の停止時に、上部噴射ノズル６８と下部噴射ノズル７０からの噴射ガスを微妙にコントロールすることにより、この載置台３８を適正な回転位置に停止させることができる。尚、ここでは、回転用ガス噴射手段６４及び停止用ガス噴射手段６６は、それぞれ共に一対２本の噴射ノズル６８及び７０を設けたが、この設置数には限定されず、それぞれ２対４本或いはそれ以上設けるようにしてもよい。
【００２６】また、ここでは回転速度検出センサ部８６や回転位置検出センサ部８８は、羽根部材４４に対応させて設けたが、これに限定されず、例えば回転脚部４０にその周方向に目視可能な目印を等間隔で設け、これに対応させて上記回転速度検出センサ部８６や回転位置検出センサ部８８を設けるようにしてもよい。また、上記実施例では、容器底部側に設ける磁石として下部永久磁石６０Ｂと底部側永久磁石６２Ｂとを永久磁石で構成したが、これに限定されず、これらの一方の磁石を、或いは両方の磁石を電磁石で構成するようにしてもよい。図８R>８は上記したような本発明装置の変形例を示す構成図、図９は図８に示す処理容器の底部の部分を示す断面図である。尚、ここでは図１乃至図７において示した構成部材と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】この実施例はアニール処理を行う処理装置を示しており、容器底部４６の下方には、加熱ランプ５６（図１参照）を設けないで、処理容器３２の天井部に大口径の開口を設け、ここにＯリング等のシール部材４９を介して透過窓５０を気密に設けている。そして、この透過窓５０の上方にケーシング９０で覆われたランプ室９２を区画形成し、この中に複数本のアニール用ランプ９４を配列して、半導体ウエハＷに対して改質アニール用の紫外線や熱線等を照射するようになっている。また、処理ガス導入手段としては、ここではシャワーヘッド部に代えて、容器側壁に貫通させて処理ガスノズル９６を設けており、このノズル９６より処理容器３２内へ所定の処理ガスを導入するようになっている。
【００２８】更に、ここでは載置台３８の一部を形成する載置板４２は、図１に示した薄板円板形状ではなく、円形リング状に成形されており、この円形リング状の載置板４２の内周側上面にウエハの周縁部の下面を接触させてこれを載置支持するようになっている。そして、浮上用磁石機構６０に関しては、載置台３８のフランジ部４０Ａ側には図１に示したと同様に上部永久磁石６０Ａを設けているのに対して、容器底部４６には図１中の下部永久磁石６０Ｂに代えて、円形リング状の大口径の下部電磁石６０Ｃを設けて、これにライン９８を介して浮上用電流を流すようになっている。この場合にも、この下部電磁石６０Ｃの上面の極性としては、上記上部永久磁石６０Ａの下面の極性と同極のＮ極を発生させて浮上用の反発力を形成するようになっている。この場合、載置台３８の回転中に停電等によって上記下部電磁石６０Ｃへの給電が断たれて浮上力が消失した場合にあっても、この載置台３８と容器底部４６との摺動接触を避けるために、容器底部４６の上面側には非浮上時に動作する大口径の予備用スラスト軸受１００が設けられている。この予備用スラスト軸受１００としてはパーティクルの発生の少ない、例えばセラミック製のものを用いるのがよい。この場合、載置台３８が浮上時には、このフランジ部４０Ａの下面は、上記予備用スラスト軸受１００の上面から上方へ浮上しており、下部電磁石６０Ｃへの通電が遮断されると載置台３８は落下してこの予備用スラスト軸受１００でその荷重が受けられることになる。
【００２９】そして、図１に示す装置例では、羽根部材４４は載置台３８のフランジ部４０Ａに取り付けていたが、本実施例では載置台３８の回転脚部４０の下端部に下方向へ略垂直に向けて設けている。そして、この容器底部４６の屈曲部４６Ａに、図９にも示すように回転用ガス噴射手段６４として水平方向に延びる複数の回転用噴射孔１０２が設けられている。図示例では４つの回転用噴射孔１０２が回転脚部４０の周方向へ等間隔で設けられており、上記羽根部材４４の表面に対して略垂直方向から不活性ガスであるＮ２ ガスを噴射して、これに回転力を付与するようになっている。また、上記各回転用噴射孔１０２に対して水平方向において対向する位置には、停止用ガス噴射手段６６を形成する制動用噴射孔１０４が設けられており、回転方向とは逆方向になるように羽根部材４４に対して不活性ガスであるＮ２ ガスを噴射し、これに制動力を必要に応じて付与するようになっている。尚、図８においては、上記回転用噴射孔１０２と制動用噴射孔１０４は、図面に対して垂直方向に沿ってＮ２ ガスが噴射されることになる。尚、各回転用噴射孔１０２及び各制動用噴射孔１０４は、それぞれ図６中の上部用ガス通路７６及び下部用ガス噴射通路８２に接続されて、各Ｎ２ ガスの供給が制御される。
【００３０】この実施例の場合には、浮上用磁石機構６０の上部永久磁石６０Ａと下部電磁石６０Ｃとの間の反発力により載置台３８の全体が磁気浮上することになり、そして、回転用噴射孔１０２から羽根部材４４に向けて噴射されるＮ２ ガスにより載置台３８が回転される。また、載置台３８の回転を抑制するには、上記とは逆に、制動用噴射孔１０４から上記回転用のＮ２ ガスの噴射方向とは逆方向にＮ２ ガスを噴射することにより載置台３８に制動力を付与してこの回転を減少、或いは停止させることができる。また、載置台３８の浮上状態での回転途中において、何らかの理由により、下部電磁石６０Ｃへの給電が遮断されて磁気浮上力が消失した場合には、落下する載置台３８は予備用スラスト軸受１００の上面で受け取られて回転が継続されることになり、載置台３８と容器底部４６との直接接触による過度の摩擦及びパーティクルが発生することを未然に防止することができる。
【００３１】尚、以上の実施例では、ウエハに対する処理として成膜処理、アニール処理を例にとって説明したが、これに限定されず、酸化拡散、窒化処理、エッチング処理、スパッタ処理等にも本発明を適用し得るのは勿論である。また、上記実施例で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基板等にも本発明装置を適用できるのは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の枚葉式の処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。請求項１、５〜７、１１に規定する発明によれば、磁気浮上されている載置台の羽根部材に、回転用ガス噴射手段より不活性ガスを噴射してこれを回転させるようにしたもので、従来装置において必要とされた処理容器内の軸受等を不要にでき、従って、処理容器内にパーティクルが発生することを大幅に抑制することができる。また、軸受や複雑な回転機構を不要にできるので、装置自体を小型化し、且つ構造を簡単化することができる。請求項２に規定する発明によれば、軸安定用磁石機構により載置台の回転の軸振れを抑制してこれを安定的に回転することができる。請求項３に規定する発明によれば、停止用ガス噴射手段から不活性ガスを噴射させることにより、回転中の載置台に対して制動力を付与して、この回転を抑制したり、或いは載置台を急速に停止させることができる。請求項４に規定する発明によれば、載置台の回転中心に対して偶力となる回転力を付与できるので、この回転中心を安定化させることができる。請求項８に規定する発明によれば、回転位置検出センサ部により、載置台の回転位置を検出することができる。請求項９に規定する発明によれば、回転速度検出センサ部により載置台の回転数を検出し、この検出値に基づいて回転用ガス噴射手段や停止用ガス噴射手段を制御することにより、載置台を適正な回転数で安定的に回転できるのみならず、処理完了時には迅速に載置台の回転を停止させることができる。請求項１０に規定する発明によれば、停電等により浮上用磁石機構の電磁石への供給電力が突発的に遮断されて磁気浮上力が消失した際には、落下する載置台を予備用スラスト軸受により受けて、この載置台の回転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置を示す構成図である。
【図２】図１中の載置台を示す縮小上面図である。
【図３】図１中の載置台を示す縮小下面図である。
【図４】処理容器の下部を示す横断面図である。
【図５】羽根部材の取り付け状態を示す部分拡大図である。
【図６】載置台の回転と回転速度の制御態様を示す図である。
【図７】載置台の回転位置検出センサ部を示す図である。
【図８】本発明装置の変形例を示す構成図である。
【図９】図８に示す処理容器の底部の部分を示す断面図である。
【図１０】従来の枚葉式の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３０ 処理装置
３２ 処理容器
３４ シャワーヘッド部
３８ 載置台
４０ 回転脚部
４０Ａ フランジ部
４２ 載置板
４４ 羽根部材
５０ 透過窓
６０ 浮上用磁石機構
６２ 軸安定用磁石機構
６２Ａ 脚側永久磁石
６４ 回転用ガス噴射手段
６６ 停止用ガス噴射手段
６８ 上部噴射ノズル
７０ 下部噴射ノズル
７６ 上部用ガス通路
８２ 下部用ガス通路
８４ 回転制御部
８６ 回転速度検出センサ部
８８ 回転位置検出センサ部
１００ 予備用スラスト軸受
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】 処理容器内にて載置台上に載置された被処理体に対して所定の処理を施す枚葉式の処理装置において、前記載置台を浮上させる浮上用磁石機構と、前記載置台の周縁部に設けた羽根部材と、前記羽根部材に対して不活性ガスを噴射させて前記載置台に回転力を付与する回転用ガス噴射手段とを備えるように構成したことを特徴とする枚葉式の処理装置。
【請求項２】 前記載置台の回転の軸振れを防止するための軸安定用磁石機構が設けら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。
【請求項３】 前記羽根部材に対して、前記回転用ガス噴射手段からのガス噴射方向とは逆方向に不活性ガスを噴射させて制動力を付与する停止用ガス噴射手段が設けられることを特徴とする請求項１または２記載の枚葉式の処理装置。
【請求項４】 前記回転用ガス噴射手段のガス噴射口は、前記処理容器の中心に対して略対称に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項５】 前記載置台は、前記被処理体を保持する載置板と、前記載置板に連結された円筒体状の回転脚部とよりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項６】 前記羽根部材は、前記回転脚部の上端周縁部に設けられることを特徴とする請求項５記載の枚葉式の処理装置。
【請求項７】 前記羽根部材は、前記回転脚部の下端部に設けられることを特徴とする請求項５記載の枚葉式の処理装置。
【請求項８】 前記処理容器には、前記載置台の回転位置を検出する回転位置検出センサ部が設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項９】 前記載置台の回転速度を検出する回転速度検出センサ部と、該回転速度検出センサ部の出力に基づいて前記回転用ガス噴射手段と前記停止用ガス噴射手段とを制御する回転制御部とを備えたことを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項１０】 前記浮上用磁石機構は電磁石を有しており、前記処理容器側には前記載置台の非浮上時に動作する予備用スラスト軸受が設けられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項１１】 処理容器内に設置されている載置台上に載置した被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記載置台を磁気力により浮上させた状態で前記載置台に設けた羽根部材に不活性ガスを吹き付けることにより前記載置台を回転させるようにしたことを特徴とする処理方法。
【請求項１】 処理容器内にて載置台上に載置された被処理体に対して所定の処理を施す枚葉式の処理装置において、前記載置台を浮上させる浮上用磁石機構と、前記載置台の周縁部に設けた羽根部材と、前記羽根部材に対して不活性ガスを噴射させて前記載置台に回転力を付与する回転用ガス噴射手段とを備えるように構成したことを特徴とする枚葉式の処理装置。
【請求項２】 前記載置台の回転の軸振れを防止するための軸安定用磁石機構が設けら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。
【請求項３】 前記羽根部材に対して、前記回転用ガス噴射手段からのガス噴射方向とは逆方向に不活性ガスを噴射させて制動力を付与する停止用ガス噴射手段が設けられることを特徴とする請求項１または２記載の枚葉式の処理装置。
【請求項４】 前記回転用ガス噴射手段のガス噴射口は、前記処理容器の中心に対して略対称に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項５】 前記載置台は、前記被処理体を保持する載置板と、前記載置板に連結された円筒体状の回転脚部とよりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項６】 前記羽根部材は、前記回転脚部の上端周縁部に設けられることを特徴とする請求項５記載の枚葉式の処理装置。
【請求項７】 前記羽根部材は、前記回転脚部の下端部に設けられることを特徴とする請求項５記載の枚葉式の処理装置。
【請求項８】 前記処理容器には、前記載置台の回転位置を検出する回転位置検出センサ部が設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項９】 前記載置台の回転速度を検出する回転速度検出センサ部と、該回転速度検出センサ部の出力に基づいて前記回転用ガス噴射手段と前記停止用ガス噴射手段とを制御する回転制御部とを備えたことを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項１０】 前記浮上用磁石機構は電磁石を有しており、前記処理容器側には前記載置台の非浮上時に動作する予備用スラスト軸受が設けられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の枚葉式の処理装置。
【請求項１１】 処理容器内に設置されている載置台上に載置した被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記載置台を磁気力により浮上させた状態で前記載置台に設けた羽根部材に不活性ガスを吹き付けることにより前記載置台を回転させるようにしたことを特徴とする処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００２−２８０３１８（Ｐ２００２−２８０３１８Ａ）
【公開日】平成１４年９月２７日（２００２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−７４８５３（Ｐ２００１−７４８５３）
【出願日】平成１３年３月１５日（２００１．３．１５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年９月２７日（２００２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年３月１５日（２００１．３．１５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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