(57)【要約】【課題】基板を加熱する際のエネルギー効率を向上させることができる基板処理装置を提供する。【解決手段】ＭＭＴ装置１００は、ウエハ２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内に設けられ、ウエハ２００を保持するサセプタ３００と、サセプタ３００内に設けられ、ウエハ２００を加熱するヒータ３１０と、サセプタ３００とヒータ３１０との間に空間が形成されるように配置されたスペーサ３２０とを有する。スペーサ３２０は、例えば石英からなる。また、スペーサ３２０は、サセプタ３００よりも熱容量の小さい材料からなるものとすることが好適である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の内部に設けられ、基板を加熱する加熱部と、
前記基板保持部と前記加熱部との間に空間が形成されるように配置されたスペーサと、
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体からなる基板を処理する基板処理装置であって、特に基板を加熱する加熱部を有する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板を処理する反応室と、反応室内の基板を加熱するヒータと、反応室内に金属酸化膜を形成するための処理ガスを供給する処理ガス供給口と、反応室外部に設けられクリーニングガスとしての塩素原子を含むガスをプラズマを用いて活性化する活性化手段と、活性化手段により活性化した塩素原子を含むガスを反応室内に供給するクリーニングガス供給口とを有する基板処理装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３９７８８号公報
【０００４】
次に、従来の基板処理装置における基板を加熱する構成を説明する。
図５には、従来の基板処理装置１０００において、基板として用いられるウエハ１２００を加熱する構成が説明されている。図５に示すように、基板処理装置１０００は、基板を処理する処理室（不図示）内に、例えば、材質として石英が用いられるサセプタ１３００が設けられ、サセプタ１３００の上面にウエハ１２００が載置される。サセプタ１３００内には、熱を反射する作用を有するリフレクタ１３０６が埋め込まれている。また、サセプタ１３００のリフレクタ１３０６よりも上方の位置には収納溝１３１２が形成されていて、収納溝１３１２内にウエハ１２００を加熱するための加熱部として用いられるヒータ１３１０が収納されている。ヒータ１３１０には、ヒータ電熱フィード線１３３０によって、加熱に用いられる電力が供給される。
【０００５】
また、図５に示されるように、基板処理装置１０００では、ヒータ１３１０は、サセプタ１３００に形成された収納溝１３１２の底面（下面）に直接接触するように構成されていて、ヒータ１３１０の熱がサセプタ１３００に直接伝導される。また、ヒータ１３１０の熱は、収納溝１３１２の底面からサセプタ１３００に伝導される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術に係る基板処理装置１０００では、上述のように、サセプタ１３００の上面にウエハ１２００が載置されているにもかかわらず、ヒータ１３１０は、収納溝１３１２におけるウエハ１２００に近い側の面である上側の面ではなく、収納溝１３１２の底面に接触している。このため、基板処理装置１０００では、ヒータ１３１０からの熱は、サセプタ１３００のウエハ１２００が載置されている側である上側とは逆側の、収納溝１３１２の底面に伝導されることになり、エネルギー効率（熱効率）が悪いとの問題点があった。尚、従来の基板処理装置１０００では、サセプタ１３００にヒータ１３１０から直接に熱が伝導するため、サセプタ１３００に歪が生じ、生じた歪によってサセプタ１３００が破損するとの問題点が生じる虞もある。
【０００７】
本発明の目的は、基板を加熱する際のエネルギー効率を向上させ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】
【０００８】
本発明は、基板を処理する処理室と、前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部の内部に設けられ、基板を加熱する加熱部と、前記基板保持部と前記加熱部との間に空間が形成されるように配置されたスペーサと、を有する基板処理装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板を加熱する際のエネルギー効率を向上させることができる基板処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明の実施形態に係るＭＭＴ装置１００が示されている。ＭＭＴ装置１００は、基板処理装置として用いられていて、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉である。ＭＭＴ装置１００は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワーヘッドを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化又は窒化等の拡散処理、又は基板表面に薄膜を形成する、又は基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１１】
図１に示されるように、ＭＭＴ装置１００は、処理室２０１を形成する処理容器２０３を有し、処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と第２の容器である碗型の下側容器２１１により形成され、上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられている。上側容器２１０は酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ体型の基板保持具（基板保持手段）であり、保持部として用いられるサセプタ３００を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１２】
処理室２０１内には、シャワーヘッド２３６が装着されている。
シャワーヘッド２３６は、処理室２０１の上部に設けられ、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。
【００１３】
ガス導入口２３４には、ガスを供給するガス供給管２３２が接続されており、ガス供給管２３２は、開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ３００の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５にはガスを排気するガス排気管２３１が接続されており、ガス排気管２３１は、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００１４】
例えば、上側容器２１０の外周部には、供給される反応ガス２３０を励起させる放電機構（放電手段）として用いられ、例えば円筒状に形成された第１の電極である筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいて、筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００１５】
筒状電極２１５には、筒状磁石２１６が設けられている。
筒状磁石２１６は、円筒状に形成されていて、磁界形成機構（磁界形成手段）として用いられていて、永久磁石からなる。また、筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の、例えば、上下端近傍に配置されている。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００１６】
処理室２０１の底側中央には、基板として用いられるウエハ２００を保持する保持部として用いられるサセプタ３００が配置されている。
サセプタ３００は、例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、内部に加熱部（加熱手段）として用いられるヒータ３１０が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるようになっている。ヒータ３１０は電力が印加されてウエハ２００を、例えば４００℃〜８００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００１７】
また、サセプタ３００は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ３００を昇降させるサセプタ昇降機構（昇降手段）２６８が設けられている。またサセプタ３００には、後述する貫通孔３００ａ（図２参照）が、少なくとも３箇所に形成され、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突き上げるためのウエハ突き上げピン２６６が、貫通孔３００ａの数と同数の箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ３００が下降させられた時にはウエハ突き上げピン２６６がサセプタ３００と非接触な状態で貫通孔３００ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔３００ａ及びウエハ突き上げピン２６６が配置される。
【００１８】
また、サセプタ３００の内部には、さらにインピーダンスを変化させるための電極（不図示）も装備されており、この電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ３００を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１９】
処理炉２０２は、先述のようにウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するためのものであって、少なくとも処理室２０１、処理容器２０３、サセプタ３００、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００２０】
筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００２１】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁として用いられるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送機構（搬送手段）により処理室２０１に対してウエハ２００を搬入、又は搬出することができ、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００２２】
また、ＭＭＴ装置１００は、コントローラ１２１を有する。
コントローラ１２１は、制御部（制御手段）として用いられていて、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータ３１０やインピーダンス可変機構２７４をそれぞれ制御するよう構成されている。
【００２３】
次に、以上のように構成されたＭＭＴ装置１００を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ２００表面に対し、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、ＭＭＴ装置１００を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００２４】
ウエハ２００を処理するにあたり、ウエハ２００が、処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウエハを搬送する図中省略の搬送機構によって処理室２０１に搬入され、サセプタ３００上に搬送される。この搬送動作の詳細は次の通りである。サセプタ３００が基板搬送位置まで下降し、ウエハ突き上げピン２６６の先端がサセプタ３００の貫通孔３００ａを通過する。このときサセプタ３００表面よりも所定の高さ分だけ突き上げピン２６６が突き出された状態となる。次に、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開かれ、図中省略の搬送機構によってウエハ２００をウエハ突き上げピン２６６の先端に載置する。搬送機構が処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉じられる。サセプタ３００がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ３００上面にウエハ２００を載置することができ、さらにウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００２５】
サセプタ３００に埋め込まれたヒータ３１０は予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を、例えば４００℃〜８００℃に加熱する。また、真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて、処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。
【００２６】
ウエハ２００の温度が処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０のガス噴出孔２３９を介して、処理に応じた選択された反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けて導入する。このときのガス流量は、適宜、制御される。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲の内、所定の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。
【００２７】
筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ３００上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ処理が終わったウエハ２００は、図示を省略する搬送機構を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。
【００２８】
図２乃至図４には、サセプタ３００が示されている。
サセプタ３００は、下側に位置する下部本体部３０２と、下部本体部３０２に下方から支えられるように、下部本体部３０２の上方に配置される上部本体部３０４とを有する。下部本体部３０２及び上部本体部３０４は共に、例えば、石英からなる。
【００２９】
下部本体部３０２には、熱を反射する作用を有するリフレクタ３０６が埋め込まれている。また、下部本体部３０２には、ヒータ３１０を収納するための収納溝３１２が形成されている。収納溝３１２は、サセプタ３００の略中央部に位置する一方の端部３１２ａから、同じくサセプタ３００の略中央部に位置する他方の端部３１２ｂまで至る１つの連続した溝であり、図３に示されるように、水平方向において下部本体部３０２内に収納溝３１２が形成されていない広い領域が生じることがないような形状に形成されている。また、収納溝３１２は、略全域において太さが略等しい直線部、又は曲線部からなる溝であるものの、他の部分よりも幅が広い、例えば９個の広幅部３１２ｃが形成されている。
【００３０】
下部本体部３０２及び上部本体部３０４には、下部本体部３０２及び上部本体部３０４を下側から上側にウエハ突き上げピン２６６が突き抜けることができるように、４個の貫通孔３００ａが形成されている。貫通孔３００ａは、それぞれがヒータ３１０（図３参照）と上下方向に重ならない位置に配置され、ウエハ２００を突き上げる際に、それぞれの突き上げピン２６６がヒータ３１０と衝突しないようになっている。
【００３１】
ヒータ３１０は、収納溝３１２内に収納することができるように、収納溝３１２に合致した形状を有し、幅が収納溝３１２の幅よりも若干狭くなっている。ヒータ３１０の一方の端部３１０ａと、他方の端部３１０ｂとには、それぞれに電力供給線（不図示）が接続されていて、この電力供給線を介して電力が供給されることでヒータ３１０が発熱する。
【００３２】
収納溝３１２の広幅部３１２ｃには、それぞれ１つのスペーサ３２０が挿入されている。
スペーサ３２０は、９個それぞれが、サセプタ３００とヒータ３１０との間に空間が形成されるように配置されていて、９個のスペーサ３２０によって重力方向下側から支持されることによって、ヒータ３１０は、下部本体部３０２と、上部本体部３０４とに直接接触することがない位置に保持されている。
【００３３】
このように、本発明の実施形態に用いられるサセプタ３００では、サセプタ３００の下部本体部３０２及び上部本体部３０４と、ヒータ３１０との間に空間が形成され、ヒータ３１０が他の物に接触する面積が小さく抑えられている。特に、前述した従来技術のように、サセプタ３００の収納溝３１２の底面（下面）にヒータ３１０が直接、接触しないように構成されている。そのため、ヒータ３１０から下部本体部３０２への熱伝導による熱逃げが抑制される。
【００３４】
スペーサ３２０の材質としては、下部本体部３０２及び上部本体部３０４と同じ材質ある石英を用いることができる。また、スペーサ３２０の材質としては、石英に替えて、石英以外の他のセラミックを用いることができる。また、スペーサ３２０の材質としては、下部本体部３０２及び上部本体部３０４とは異なる材質であって、下部本体部３０２及び上部本体部３０４よりも熱容量が小さい材質を用いることが望ましい。
【００３５】
図３及び図４に示すヒータ３１０の形状、スペーサ３２０の数、スペーサ３２０の形状及びスペーサ３２０の配置は一例であり、ヒータ３１０を安定して保持することができるヒータ３１０の形状、スペーサ３２０の数、スペーサ３２０の形状及びスペーサ３２０の配置を、適宜、採用することができる。この際、ヒータ３１０の形状は、ウエハ２００を均一に加熱することができる形状であることが望ましい。また、下部本体部３０４の収納溝３１２は、スペーサ３２０を設置可能であれば、広幅部３１２ｃを備える必要はない。
【００３６】
このように、本発明の実施形態に用いられるサセプタ３００では、スペーサ３２０の材質が、サセプタ３００の下部本体部３０２及び上部本体部３０４よりも熱容量が小さいか、あるいは、同じ材料であっても、スペーサ３２０の体積がサセプタ３００の下部本体部３０２及び上部本体部３０４の体積よりも小さいため、スペーサ３２０の熱容量は、サセプタ３００と比較して十分に小さなものとなっている。このため、前述した従来技術のようにサセプタ１３００の本体部にヒータ１３１０を直に載置する場合と比較して、ヒータ３１０から奪われる熱を低減することができ、ウエハ２００を加熱するために要するエネルギーを低減させることができる。つまり、前述した従来技術とは異なり、ヒータ３１０の熱がウエハ２００が載置されていな下部本体部３０４側に直接伝導されることがないので、ヒータ３１０によるウエハ２００の加熱効率を向上することができる。
【００３７】
また、本発明の実施形態に用いられるサセプタ３００では、スペーサ３２０により、サセプタ３００の下部本体部３０２及び上部本体部３０４とヒータ３１０との間に、収納溝３１２の略全域に亘って空間が形成され、サセプタ３００の下部本体部３０２及び上部本体部３０４とヒータ３１０とが直に接触しない。そのため、下部本体部３０２及び上部本体部３０４の温度が上昇しにくく、下部本体部３０２及び上部本体部３０４に、温度が上昇することによる歪を原因とした破損が生じにくい。
【００３８】
また、以上のように構成されたサセプタ３００では、例えば歪が生じることによってスペーサ３２０が破損した場合等に、スペーサ３２０の交換がなされてもよい。スペーサ３２０を交換するには、上部本体部３０４を持ち上げるようにして下部本体部３０２から外し、収納溝３１２を上側に向けて開放された状態とし、収納溝３１２からヒータ３１０を取り外し、その後、ヒータ３１０の下側に配置されていたスペーサ３２０を取り除き、新たなスペーサ３２０を収納溝３１２の広幅部３１２ｃに載置する。このように、サセプタ３００の上部本体部３０４が、サセプタ３００内部にスペーサ３２０を装着し、サセプタ３００内部からスペーサ３２０を取り出すために用いられる開閉部として用いられてもよい。
【００３９】
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に付記した事項も含まれる。
【００４０】
〔付記１〕
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の内部に設けられ、基板を加熱する加熱部と、
前記基板保持部と前記加熱部との間に空間が形成されるように配置されたスペーサと、
を有する基板処理装置。
【００４１】
〔付記２〕
前記スペーサは、前記基板保持部よりも熱容量が小さい材質からなる付記１記載の基板処理装置。
【００４２】
〔付記３〕
前記スペーサは、石英からなる付記１又は２記載の基板処理装置。
【００４３】
〔付記４〕
前記スペーサは、交換可能である付記１乃至３いずれか記載の基板処理装置。
【００４４】
〔付記５〕
前記基板保持部内部に前記スペーサを装着し、前記基板保持部内から前記スペーサを取り出すために用いられる開閉部を有する付記１乃至４いずれか記載の基板処理装置。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上述べたように、本発明は、例えば、半導体からなるウエハ等の基板を処理する例えばＭＭＴ装置等の基板処理装置であって、基板を加熱する加熱部を有する基板処理装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いられるサセプタを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いられるサセプタを示し、図１におけるＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いられるサセプタを示し、図３におけるＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。
【図５】従来の基板処理装置に用いられるサセプタを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００      ＭＭＴ装置
２００    ウエハ
２０１    処理室
３００    サセプタ
３０２    下部本体部
３０４    上部本体部
３０６    リフレクタ
３１０    ヒータ
３１２    収納溝
３２０    スペーサ
【図１】
2010114357.tif 000003
【図２】
2010114357.tif 000004
【図３】
2010114357.tif 000005
【図４】
2010114357.tif 000006
【図５】
2010114357.tif 000007