(57)【要約】【課題】温度均一性を、さらに向上できる基板載置機構を提供すること。【解決手段】発熱体１０２が埋設された石英製ヒータ本体１０１と、石英製ヒータ本体１０１の被処理基板載置面１０３上に積載された耐食性セラミックス部材１０４と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が埋設された石英製ヒータ本体と、
前記石英製ヒータ本体の被処理基板載置面上に積載された耐食性セラミックス部材と、
を具備することを特徴とする基板載置機構。
【請求項２】
発熱体が埋設された石英製ヒータ本体と、
前記石英製ヒータ本体の被処理基板載置面上に形成された、成膜処理によって蓄積される金属と同種の金属からなる金属膜と、
前記金属膜上に積載された耐食性セラミックス部材と、
を具備することを特徴とする基板載置機構。
【請求項３】
前記金属膜は、ＴｉＮを含むことを特徴とする請求項２に記載の基板載置機構。
【請求項４】
前記石英製ヒータ本体は、前記被処理基板載置面の裏面中央部に、石英製支持部材が接合され、小Ｒ部を有した接合部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の基板載置機構。
【請求項５】
前記接合部に、給電端子を備えることを特徴とする請求項４に記載の基板載置機構。
【請求項６】
前記耐食性セラミックス部材はＡｌＮからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載の基板載置機構。
【請求項７】
基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、請求項１乃至請求項６いずれか一項に記載された構成を有する基板載置機構と、
前記処理容器内で前記基板に所定の処理を施す処理機構と、
を具備す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】
この発明は、成膜装置等の基板処理装置において、処理容器内で半導体ウエハ等の基板を載置して加熱する発熱体を有する基板載置機構及び該基板載置機構を備えた基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハに対して、ＣＶＤ成膜処理やプラズマエッチング処理のような真空処理を施す工程が存在するが、その処理に際しては被処理基板である半導体ウエハを所定の温度に加熱する必要があるため、基板載置台を兼ねたヒータを用いて半導体ウエハを加熱している。
【０００３】
このようなヒータとしては従来からステンレスヒータ等が用いられてきたが、近年、上記処理に用いられるハロゲン系ガスによる腐蝕が生じにくく、熱効率が高いセラミックスヒータが提案されている（特許文献１等）。このようなセラミックスヒータは、被処理基板を載置する載置台として機能するＡｌＮ等の緻密質セラミックス焼結体からなる基体の内部に、高融点金属からなる発熱体を埋設した構造を有している。
【０００４】
このようなセラミックスヒータからなる基板載置台を基板処理装置に適用する場合には、セラミックス製の筒状の支持部材の一端を基板載置台の裏面に接合し、他端をチャンバーの底部に接合する。この支持部材の内部には、発熱体に給電するための給電線が設けられており、発熱体の端子にこの給電線がつながっていて、外部に設けられた電源からこの給電線および給電端子を介して発熱体に給電される。
【特許文献１】特開平７−２７２８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなセラミックスヒータからなる基板載置台は、支持部材との接合部近傍に給電端子があるため、その部分において発熱体の密度が低くならざるを得ない。また、基板載置台の支持部材との接合部は、支持部材を介した熱伝導により熱が逃げやすい。このため、基板載置台の接合部周辺にクールスポット（周辺に比べ温度が低い領域）ができ、その部分で熱応力集中、特に、曲部に応力が集中して破壊を招く。
【０００６】
このような破壊を防ぐために、常にヒータ中心部の温度を周辺部よりも高くしている。しかしながら、常にヒータ中心部の温度を周辺部よりも高くしているために、温度均一性をあるレベルから向上させることができない。
【０００７】
この発明は、温度均一性を、さらに向上できる基板載置機構及び該基板載置機構を備えた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】
上記課題を解決するために、この発明の第１態様に係る基板載置機構は、発熱体が埋設された石英製ヒータ本体と、前記石英製ヒータ本体の被処理基板載置面上に積載された耐食性セラミックス部材と、を具備する。
【０００９】
また、この発明の第２態様に係る基板載置機構は、発熱体が埋設された石英製ヒータ本体と、前記石英製ヒータ本体の被処理基板載置面上に形成された、成膜処理によって蓄積される金属と同種の金属からなる金属膜と、前記金属膜上に積載された耐食性セラミックス部材と、を具備する。
【００１０】
また、この発明の第３態様に係る基板処理装置は、基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、前記処理容器内に設けられた、上記第１の態様又は第２の態様に記載された構成を有する基板載置機構と、前記処理容器内で前記基板に所定の処理を施す処理機構と、を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、温度均一性を、さらに向上できる基板載置機構及び該基板載置機構を備えた基板処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照してこの発明の一実施形態について具体的に説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一実施形態に係る基板載置機構の基本構成を示す断面図である。
【００１４】
一実施形態に係る基板載置機構は、例えば、成膜装置やエッチング装置等の基板処理装置の処理容器内に配置され、該処理容器内に半導体ウエハ等の被処理基板を載置するとともに、被処理基板を加熱する発熱体を有するものである。
【００１５】
図１に示すように、基板載置機構１００は、発熱体１０２が埋設された石英製ヒータ本体１０１と、石英製ヒータ本体１０１の被処理基板載置面１０３上に積載された耐食性セラミックス部材１０４と、を具備する。
【００１６】
石英製ヒータ本体１０１は、特に図示しないが、上部方向からみて円形状であり、被処理基板載置面１０３の裏面中央部には、小Ｒ部（小さな曲面部）１０６を有した接合部１０５を有する。この接合部１０５には、例えば、中空状の石英製支持部材１０７が接合される。接合部１０５には給電端子１０８が備えられ、この給電端子１０８の一端は石英製ヒータ本体内において給電線１０９を介して発熱体１０２に接続され、その他端は、例えば、石英製支持部材１０７の中空部１１０に挿通された給電線１１１を介して図示せぬ電源に接続される。発熱体１０２の一例は、抵抗発熱体である。
【００１７】
耐食性セラミックス部材１０４は、石英製ヒータ本体１０１の被処理基板載置面１０３上に積載され、例えば、図示せぬピン止め等の接合手段によって石英製ヒータ本体１０１に接合される。耐食性セラミックス部材１０４は、発熱体１０２からの熱を受け、図示せぬ被処理基板、例えば、半導体ウエハに熱をより良く伝える役目と、石英製ヒータ本体１０１の、被処理基板載置面１０３の表面をクリーニング剤、例えば、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）から保護する役目とを持つ。これらの役目から、耐食性セラミックス部材１０４の材料には、クリーニング剤に対する耐食性が石英製ヒータ本体１０１よりも優れ、かつ、石英製ヒータ本体１０１よりも熱伝導率が良い材料が選ばれる。そのような材料の例としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を挙げることができる。
【００１８】
図１に示す基板載置機構１００によれば、ヒータ本体１０１が石英製である。石英の熱膨張率は、セラミックス、例えば、窒化アルミニウムよりも約１桁小さい。一般的に、窒化アルミニウムの熱膨張率は約５×１０−６／℃程度であるが、石英の熱膨張率は約０．５×１０−６／℃程度である。このため、石英製ヒータ本体１０１は、ヒータ本体をセラミックス製、例えば、窒化アルミニウム製とした場合に比較して、加熱時においてヒータ中心に向かって生ずる引っ張り応力を小さくすることができる。このため、図１に示す接合部１０５の周辺、例えば、接合部１０５の周辺に形成された小Ｒ部１０６に応力が集中してヒータ本体１０１が破壊されてしまう現象を抑制することができる。
【００１９】
このように、一実施形態に係る基板載置機構１００は、加熱時に生ずる引っ張り応力を小さくできるので、ヒータ本体をセラミックス製、例えば、窒化アルミニウム製とした基板載置機構よりも、ヒータ中心部の温度を周辺部よりも高くせずに済む。従って、基板載置面１０３上における温度均一性を、ヒータ本体をセラミックス製、例えば、窒化アルミニウム製とした基板載置機構に比較して、より向上させることが可能となる。
【００２０】
このような基板載置機構１００は、石英製ヒータ本体１０１に小Ｒ部１０６、例えば、被処理基板載置面１０３の裏面中央部に支持部材１０７との接合部１０５を有するような基板載置機構に有用である。
【００２１】
また、一実施形態に係る基板載置機構１００は、支持部材１０７も石英製であるので、支持部材をセラミックス製、例えば、窒化アルミニウム製とした基板載置機構に比較して、支持部材１０７も、熱応力に対して強い構造となる。
【００２２】
さらに、一実施形態に係る基板載置機構１００によれば、石英製ヒータ本体１０１の被処理基板載置面１０３上に、例えば、クリーニング剤に対する耐食性が石英製ヒータ本体１０１よりも優れている耐食性セラミックス部材１０４を積載している。耐食性セラミックス部材１０４を備えることで、被処理基板載置面１０３が石英製である場合に比較して、例えば、クリーニング剤による腐食に強く、被処理基板載置面１０３上の温度均一性の経時劣化の進行を抑制でき、優れた温度均一性を、長期間に及んで維持することが可能となる。
【００２３】
しかも、一実施形態に係る耐食性セラミックス部材１０４は、ヒータ本体１０１よりも熱伝導率が良い材料を選ぶことで、被処理基板載置面１０３が石英製である場合に比較して熱分布が良くなり、温度均一性をさらに向上できる。
【００２４】
このように耐食性、及び熱伝導率の双方に優れた材料の例は、窒化アルミニウムである。また、耐食性セラミックス部材１０４が、窒化アルミニウム製であればハロゲン系ガスによる腐食も生じにくい。
【００２５】
なお、耐食性セラミックス部材１０４が窒化アルミニウム製であると、熱応力に起因した“割れ”が懸念されるが、この点については、耐食性セラミックス部材１０４の厚みｔを薄くすることで、ヒータ本体を全て窒化アルミニウム製とした場合に比較して、“割れ”に対して強い構造とすることができる。“割れ”に対して強い構造とするための、耐食性セラミックス部材１０４の好ましい厚みｔの範囲としては、例えば、２〜６ｍｍである。
【００２６】
なお、一実施形態においては、石英製ヒータ本体１０１に、発熱体１０２を埋設した例を示したが、このような基板載置機構１００は、例えば、熱ＣＶＤ装置における基板載置機構として利用可能である。
【００２７】
また、石英製ヒータ本体１０１に、発熱体１０２とともに、例えば、プラズマ発生用のＲＦ電極を埋設するようにしても良い。石英製ヒータ本体１０１にＲＦ電極を埋設すると、プラズマ成膜装置、例えば、チタン（Ｔｉ）を成膜するプラズマＣＶＤ装置の基板載置機構として利用することができる。
【００２８】
以下、具体的な一実施例として、石英製ヒータ本体１０１に、発熱体１０２とともにＲＦ電極を埋設した例を、プラズマＣＶＤ装置とともに説明することにする。
【００２９】
図２はこの発明の具体的な一実施例に係る基板処理装置の一例を示す断面図、図３は図２に示す基板載置機構１００ａの拡大断面図である。
【００３０】
本一例は、上記一実施形態に係る基板載置機構を、半導体装置の製造に使用されるプラズマＣＶＤ装置の基板載置機構に適用した例である。
【００３１】
図２に示すように、プラズマＣＶＤ装置２００は、気密に構成された略円筒状のチャンバー２と、チャンバー２の底壁２ｂから下方に突出して設けられた排気室３とを有しており、これらチャンバー２と排気室３により一体的な処理容器が構成される。チャンバー２内には被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを水平状態にして載置し、かつ、加熱するための、基板載置機構１００ａが設けられている。石英製ヒータ本体１０１の外縁部にはウエハＷをガイドするためのフォーカスリング６が設けられている。この基板載置機構１００ａは、図３に示すように、図１を参照して説明した基板載置機構１００の石英製ヒータ本体１０１に、ＲＦ電極１１２をさらに埋設したものである。
【００３２】
チャンバー２の外側には石英製ヒータ本体１０１の発熱体１０２等に給電するための電源５が設けられており、この電源５から接続室２０を介して発熱体１０２等に給電される。電源５にはコントローラ７が接続されており、電源５からの給電量を制御して石英製ヒータ本体１０１等の温度制御を行うようになっている。プラズマＣＶＤ装置２００の各構成部は、プロセスコントローラ６０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ６０には、工程管理者がプラズマＣＶＤ装置２００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマＣＶＤ装置２００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェイス６１が接続されている。
【００３３】
また、プロセスコントローラ６０には、プラズマＣＶＤ装置２００で実行される各種処理をプロセスコントローラ６０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部６２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部６２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３４】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェイス６１からの指示等にて任意のレシピを記憶部６２から呼び出してプロセスコントローラ６０に実行させることで、プロセスコントローラ６０の制御下で、プラズマＣＶＤ装置２００での所望の処理が行われる。
【００３５】
チャンバー２の天壁２ａには、絶縁部材９を介してシャワーヘッド３０が設けられており、シャワーヘッド３０にはガス供給機構４０が接続されている。シャワーヘッド３０は、上面にガス導入口３１を有し、内部にガス拡散空間３２を有し、下面にガス吐出孔３３が形成されている。ガス導入口３１には、ガス供給機構４０から延びるガス供給配管３５が接続されており、ガス供給機構４０から成膜ガスが導入される。
【００３６】
さらに、シャワーヘッド３０には整合器３７を介して高周波電源３６が接続されており、シャワーヘッド３０に高周波電力が供給されるようになっている。シャワーヘッド３０を介してチャンバー２内に供給された成膜ガスをプラズマ化して成膜処理が行われる。
【００３７】
前記排気室３は、チャンバー２の底壁２ｂの中央部に形成された円形の穴４を覆うように下方に向けて突出しており、その側面には排気管５１が接続されており、この排気管５１には排気装置５２が接続されている。そしてこの排気装置５２を作動させることによりチャンバー２内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００３８】
基板載置機構１００ａには、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハリフトピン５３が被処理基板載置面１０３の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハリフトピン５３は支持板５４に固定されている。そして、ウエハリフトピン５３は、エアシリンダ等の駆動機構５５により支持板５４を介して昇降される。
【００３９】
チャンバー２の側壁には、真空に保持された図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口５６と、この搬入出口５６を開閉するゲートバルブ５７とが設けられている。
【００４０】
次に、基板載置機構１００ａについて、図３の拡大断面図を参照して説明する。なお、この説明において、図１に示す基板載置機構１００と同じ部分には同じ参照符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
石英製支持部材１０７の中空部１１０内には、鉛直方向に延在する給電ロッド１５が設けられており、その上端部は給電端子１０８に接続され、下端部は石英製支持部材１０７の下端に排気室３の下方へ突出するように取り付けられた接続室２０内に延びている。給電ロッド１５はＮｉ合金等の耐熱金属材料で構成されている。
【００４２】
石英製支持部材１０７の底部にはフランジ状をなす絶縁体からなる底蓋２１が取付部材２１ａおよびネジ２１ｂにより取り付けられており、この底蓋２１に給電ロッド１５が挿通される孔が鉛直に設けられている。また、接続室２０は円筒状をなし、その上端にフランジ２０ａが形成されており、このフランジ２０ａが底蓋２１と排気室３の底壁とによって挟持されている。フランジ２０ａと排気室３の底壁との間はリングシール部材２３ａにより気密にシールされており、フランジ２０ａと底蓋２１との間は２つのリングシール部材２３ｂによって気密にシールされている。そして、接続室２０内において、給電ロッド１５が電源５から延びる給電線１１１に接続されている。
【００４３】
さらに、具体的な一実施例に係る基板載置機構１００ａにおいては、石英製ヒータ本体１０１に、発熱体１０２とともにＲＦ電極１１２が埋設されている。ＲＦ電極１１２は、図２に示したシャワーヘッド３０を一方電極としたとき、一方電極の対向電極として機能する。本例では一方電極に高周波電源３６が接続されるから、石英製ヒータ本体１０１に埋設されたＲＦ電極１１２は、給電線１０９、給電端子１０８、及び給電線１１１を介して接地される。
【００４４】
このように、ＲＦ電極１１２を石英製ヒータ本体１０１に埋設することで、基板載置機構１００ａは、１プラズマを利用した基板処理装置、例えば、プラズマＣＶＤ装置の基板載置機構として利用することができる。なお、石英製ヒータ本体１０１に穿たれた穴は、リフトピンが挿通されるリフトピン穴１１３である。
【００４５】
以上のように構成されるプラズマＣＶＤ装置２００においては、まず、石英製ヒータ本体１０１に埋設された発熱体１０２に電源５から給電することにより、被処理基板載置面１０３上に積載された耐食性セラミックス部材１０４を所定の温度に加熱し、排気装置５２によりチャンバー２内を引き切り状態としておき、ゲートバルブ５７を開にして真空状態の図示しない搬送室から搬入出口５６を介してウエハＷをチャンバー２内へ搬入し、基板載置機構１００ａの耐食性セラミックス部材１０４上にウエハＷを載置し、ゲートバルブ５７を閉じる。この状態で、高周波電源３６から高周波電力を供給するとともに、ガス供給機構４０から、ガス供給配管３５を介して、成膜ガスを所定流量でシャワーヘッド３０に供給し、シャワーヘッド３０からチャンバー２内に供給することにより、ウエハＷの表面で反応を生じさせて所定の膜を成膜する。
【００４６】
さらに、具体的な一実施例に係る基板載置機構１００ａでは、石英製ヒータ本体１０１の被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との間に、金属膜１１４を介在させている。金属膜１１４を、被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との間に介在させることで、温度均一性の経時劣化を、さらに抑制することができる。この抑制について以下説明する。
【００４７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれリフトピン穴１１３近傍の拡大図である。
【００４８】
図４（ａ）は石英製ヒータ本体１０１と耐食性セラミックス部材１０４との理想的な積層状態を示している。理想的な積層状態においては、石英製ヒータ本体１０１の被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との間に、隙間が全くない。しかしながら、実際には、図４（ｂ）に示すように、被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との間には、ミクロな隙間１１５が存在している。このミクロな隙間１１５が温度均一性の経時劣化を加速させる一因となり得る。
【００４９】
図５（ａ）乃至図５（ｃ）はそれぞれ被処理基板載置面１０３の経時劣化を示す図である。
【００５０】
図５（ａ）は、成膜処理を一度も行っていない状態を示す。図５（ｂ）は成膜処理を幾度か行った状態、図５（ｃ）はさらに成膜処理を幾度か行った状態を示す。
【００５１】
図５（ａ）から図５（ｃ）にかけて示すように、成膜処理を繰り返すと、被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との間のミクロな隙間１１５に金属１１６が入り込み、徐々に蓄積され、その蓄積範囲が徐々に拡大していく。このように金属１１６の蓄積範囲は、常に一定ではなく、成膜処理を繰り返す度に変化する。被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との間に金属１１６が蓄積され、しかも、その蓄積範囲が変化するようであると、石英製ヒータ本体１０１の放熱バランスが変化、例えば、悪化していく。放熱バランスの悪化は被処理基板載置面１０３上の温度均一性の経時劣化を加速させる。
【００５２】
特に、金属１１６の蓄積は、被処理基板載置面１０３と耐食性セラミックス部材１０４との接合面が、外界に露呈している箇所が蓄積起点となる。このような箇所は、図４に示すように、例えば、リフトピン穴１１３にみることができる。
【００５３】
このような金属１１６の蓄積による温度均一性の劣化を抑制するために、具体的な一実施例においては、図３に示すように、石英製ヒータ本体１０１と耐食性セラミックス部材１０４との間に、金属膜１１４を形成しておく。この金属膜１１４は、成膜処理によって蓄積される金属と同種の金属が良い。例えば、プラズマＣＶＤ装置２００がチタン（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）成膜用であった場合には、蓄積される金属は窒化チタンであるから、金属膜１１４は、窒化チタン膜とすれば良い。
【００５４】
このように、石英製ヒータ本体１０１と耐食性セラミックス部材１０４との間に、成膜処理によって蓄積される金属と同種の金属から成る金属膜１１４を予め形成しておくことで、金属の蓄積による放熱バランスの悪化を抑制することができ、被処理基板載置面１０３上の温度均一性の経時劣化を抑制することができる。
【００５５】
以上、この発明を一実施形態及び具体的な一実施例に基づいて説明したが、この発明は上記一実施形態及び一実施例に限定されることなく種々変形可能である。
【００５６】
例えば、上記一実施例では、この発明に係る基板載置機構をプラズマＣＶＤ装置に適用した例を説明したが、被処理基板を加熱するような基板処理装置、例えば、エッチング装置や熱処理装置等にも適用することが可能である。
【００５７】
また、石英製ヒータ本体の形状として、石英製支持部材が接合される、小Ｒ部を有した接合部を、被処理基板載置面の裏面に有したものを例示したが、“割れ”につながる破壊起点になりやすい部位が存在しているものであれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板載置機構の一例を示す断面図
【図２】この発明の具体的な一実施例に係る基板処理装置の一例を示す断面図
【図３】図２に示す基板載置機構１００ａの拡大断面図
【図４】（ａ）図及び（ｂ）図はそれぞれリフトピン穴近傍の拡大図
【図５】（ａ）図乃至（ｃ）図はそれぞれ被処理基板載置面の経時劣化を示す図
【符号の説明】
【００５９】
１００、１００ａ；基板載置機構
１０１；石英製ヒータ本体
１０２；発熱体
１０３；被処理基板載置面
１０４；耐食性セラミックス部材
１０５；接合部
１０６；小Ｒ部（小さな曲面部）
１０７；石英製支持部材
１０８；給電端子
【図１】
2008297615.tif 000003
【図２】
2008297615.tif 000004
【図３】
2008297615.tif 000005
【図４】
2008297615.tif 000006
【図５】
2008297615.tif 000007