(57)【要約】【課題】基板載置部材の温度分布の均一性を向上させ、基板の処理の均一性を向上をさせることができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１６を載置する基板載置部材３０と、基板１６を基板載置部材３０を介して加熱する加熱部材１７と、基板載置部材３０の周縁部３１を支持する支持部材４０とを処理室１０内に配置し、基板載置部材３０の周縁部３１と支持部材４０との接触部に相当する個所に、基板載置部材３０の周縁部３１と支持部材４０のいずれか一方に周方向に等間隔で配置した凹部３２を形成し、凹部３２の周方向の隙間長さＷを、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍとし、凹部３２の高さ方向の長さｈを、０．５ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍとする。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する基板載置部材と、
前記基板を前記基板載置部材を介して加熱する加熱部材と、
前記基板載置部材の周縁部を支持する支持部材と、を処理室内に配置し、
前記処理室内に所望のガスを供給し、前記基板に所望の処理を行う基板処理装置であって、
前記基板載置部材と前記支持部材との接触部に相当する個所に、前記基板載置部材と前記支持部材のいずれか一方に周方向に所定の間隔で配置した凹部を形成し、
前記凹部の周方向の隙間長さＷを、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍとし、前記凹部の高さ方向の長さｈを、０．５ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍとした、ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を載置する基板載置部材と、
基板を前記基板載置部材を介して加熱する加熱部材と、
前記基板載置部材の周縁部を支持する支持部材と、を処理室内に配置し、
前記処理室内に所望の処理ガスを窒素又はアルゴンのキャリアガスと共に供給し、前記基板に所望の処理を行う基板処理装置において、
前記基板載置部材と支持部材との接触部に相当する個所に、前記基板載置部材と前記支持部材のいずれか一方に周方向に所定の間隔で配置した凹部を形成し、
前記凹部の周方向の隙間長さＷを、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍとし、前記凹部の高さ方向の長さｈを、０．５ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍとした、ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の基板処理装置を使用して基板を処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の基板処理装置を使用して基板を処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体シリコン基板や、石英基板、ガラス基板等の表面への薄膜形成を行う基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３を参照して、従来の技術を説明する。加熱源であるヒータ１７の上側に被処理基板１６を保持するサセプタ３０が設置されている。このサセプタ３０を保持するために石英等の筒状のサセプタ台４０がサセプタ３０より外周に設置されている。サセプタ３０の周縁部３１をサセプタ台４０の内側に設けられたサセプタ支持部４１により支持することにより、サセプタ３０をサセプタ台４０で支持していた。従来は、このサセプタ周縁部３１の下面とサセプタ支持部４１の上面は平面であり、サセプタ３０とサセプタ台４０はお互いの平面で接触していた。しかしながら、このような構造では、基板周方向における温度均一性や膜厚分布の均一性が悪化していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、サセプタ等の基板載置部材の温度分布を均一性を向上させ、被処理基板上に成膜した膜の膜厚分布の均一性の向上等、被処理基板の処理の均一性を向上をさせることができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来構造の基板処理装置では、サセプタ３０とサセプタ台４０はお互いの平面で接触しており、そのことが原因となって温度分布の不均一性が生じていることを見いだした。すなわち、平面同士の接触の場合、お互いの平面での加工誤差により高さ数μｍ〜数十μｍの隙間を生じることになり、この隙間にはバラツキが有るために、周方向において、サセプタ３０とサセプタ台４０との接触の度合が異なり、結果的に、両者の間での熱コンダクタンスが大きく変化し、基板周方向における温度均一性や膜厚分布の均一性が悪化していた。そして、このことは、特に高圧で顕著であった。
【０００５】
図７に隙間の高さと熱コンダクタンスとの関係（圧力依存）を示す。  なお、このグラフは、Ｎ２ガスの場合の結果を示したものである。隙間の高さが小さいほど隙間の変化による熱コンダクタンスの変化が大きいことがわかる。従来のように互いに平面同士で接触する場合には、互いの平面は、数μｍ〜数十μｍほどの高さ方向の隙間のばらつきを持っていたため、場所による熱の授受の差が大きかった。そして、これは１０００Ｔｏｒｒ以上の高圧で特に顕著であった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、隙間の高さを大きくすることで隙間のばらつきによる熱コンダクタンスのばらつきを抑えることを見いだした。そして、図３〜図６に示すように、サセプタ３０の周縁部３１の下面に、等間隔に凹部３２を設け、サセプタ３０とサセプタ台４０との接触面に平均的な隙間を設けることで、サセプタ台４０とサセプタ３０との間の熱の授受を均一化し、それによってサセプタ３０の周方向の温度を均一し、ひいては基板面内（周方向）の温度均一性の向上を図った。そして、基板処理が成膜の場合には、成膜される膜の膜厚分布の均一性の向上を図った。なお、隙間の高さを大きくすればするほど熱コンクタンスが小さくなるため、サセプタ外周での温度降下が少なくなり、加熱源のパワーを抑えられるという利点もある。
【０００７】
なお、このようにしても、凸部３３がサセプタ台４０と接触する部分では加工誤差より数μｍの高さの隙間が生じると考えられるが、その占める面積の割合は従来よりも小さいので、加工誤差よる隙間の影響は小さくなる。さらに、図７に示すように、隙間の高さを大きくすると、その隙間の熱コンダクタンスは小さくなり、その隙間による温度低下は従来ほど大きくないため、サセプタ３０中を伝わる熱伝導により、サセプタ３０の周方向の温度が均一化され、ひいては基板面内（周方向）の温度の不均一性が緩和され、また、周方向に亘り平均的にこの現象が生じるので、周方向の不均一性が解消される。
【０００８】
なお、凹部３２は、上記のようにサセプタ３０の周縁部３１の下面に設けても良いが、サセプタ台４０のサセプタ支持部４１の上面に設けても良い。
【０００９】
本発明は、このような知見に基づいたもので、本発明の一態様によれば、
基板を載置する基板載置部材と、
前記基板を前記基板載置部材を介して加熱する加熱部材と、
前記基板載置部材の周縁部を支持する支持部材と、を処理室内に配置し、
前記処理室内に所望のガスを供給し、前記基板に所望の処理を行う基板処理装置であって、
前記基板載置部材と前記支持部材との接触部に相当する個所に、前記基板載置部材と前記支持部材のいずれか一方に周方向に所定の間隔で配置した凹部を形成し、
前記凹部の周方向の隙間長さＷを、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍとし、前記凹部の高さ方向の長さｈを、０．５ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍとした、ことを特徴とする基板処理装置が提供される。
なお、好ましくは、前記凹部は等間隔で配置する。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、この基板処理装置を使用して基板を処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を載置する基板載置部材と、
基板を前記基板載置部材を介して加熱する加熱部材と、
前記基板載置部材の周縁部を支持する支持部材と、を処理室内に配置し、
前記処理室内に所望の処理ガスを窒素又はアルゴンのキャリアガスと共に供給し、前記基板に所望の処理を行う基板処理装置において、
前記基板載置部材と支持部材との接触部に相当する個所に、前記基板載置部材と前記支持部材のいずれか一方に周方向に所定の間隔で配置した凹部を形成し、
前記凹部の周方向の隙間長さＷを、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍとし、前記凹部の高さ方向の長さｈを、０．５ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍとした、ことを特徴とする基板処理装置が提供される。
なお、好ましくは、前記凹部は等間隔で配置する。
【００１２】
本発明のさらに他の態様によれば、この基板処理装置を使用して基板を処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
なお、Ｗが１ｍｍより小さいと、基板載置部材と支持部材との接触部の面積が大きくなる為、効果が薄れ、Ｗが２０ｍｍより大きいと、基板載置部材と支持部材との接触部と非接触部の比率が大きくなりすぎてしまい、基板載置部材上で温度分布が発生するので好ましくない。
【００１４】
また、ｈが０．５ｍｍより小さいと、凹部の高さのばらつきによる熱コンダクタンスのばらつきを十分に抑えることが困難となり、基板載置部材の周方向の温度の均一性の向上を図ることが困難であり、ｈが５ｍｍより大きいと、基板載置部材の厚さが増大することで、基板載置部材の温度リカバリ特性が低下するので好ましくない。
【００１５】
なお、特開２００１−２９１６６９号には、ウエハ面内温度均一化技術が開示されており、ウエハ周縁部から熱が逃げて温度低下することを防止するため、載置板３（アルミナ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、石英の低熱伝導性材料から成るサセプタ）を支持する支持部材３０、３１に複数の突起３３、３４、３８を周方向に等間隔で設け、遮蔽体５（アルミ製サセプタ台）との接触面積を小さくし、載置板３の周縁部からの放熱を抑制する点を開示している。しかしながら、突起３３、３４、３８についての寸法、隙間は何ら具体的には規定されておらず、本発明を示唆するものではない。
【００１６】
また、特開２００１−３０８０７９号には、ウエハＷ外周縁側でのエッチング速度の低下を防止するために、補正リング３１の温度を低下させていたが、一方で、補正リング３１を冷却すると、処理ガスに含まれる物質が堆積した堆積物にプラズマが当たって生成するフッ素ラジカルの影響が大きくなり、ウエハＷ外周縁部分でのエッチング速度が急激に増大するという二律背反する問題があったので、それを解決するために、ウエハＷの外周で高温域を形成する第１の補正リング部材３２の下面に凹凸３２Ｃを形成する点が開示されている。凹凸３２Ｃを設ける理由は、点接触させることで、サセプタ３０の上表面と接触するのを防止して、両者間の熱伝導性を低下させ、第１の補正リング部材３２の温度低下を抑制させることである。しかしながら、凹凸３２Ｃは省略可能としており、寸法等の具体的規定も何らなく、本発明を示唆するものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の基板処理装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本実施の形態の基板処理装置の処理室を説明するための概略縦断面図であり、図３は、本実施の形態の基板処理装置の処理室の部分拡大概略縦断面図であり、図４は、図３のＡ部の部分拡大断面図であり、図５は、本実施の形態の基板処理装置の処理室で使用されるサセプタの部分拡大平面図であり、図６は、図４のＢＢ線縦断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態の基板処理装置１は、２つの処理室１０と、トランスファチャンバ２と、２つのロードロックチャンバ４と、大気搬送モジュール５とを備えている。処理室１０はトランスファチャンバ２の側壁に取り付けられている。トランスファチャンバ２と大気搬送モジュール５との間には、ロードロックチャンバ４が設けられている。トランスファチャンバ２内には、搬送ロボット３が設けられている。大気搬送モジュール５には搬送ロボット６が設けられている。半導体ウエハ等の基板を複数搭載したカセット（図示せず。）が搬送ロボット６により、ロードロックチャンバ４の一方に搬入される。そして、搬送ロボット３によりカセットから、基板が処理室１０内に搬入される。処理室１０内で処理が行われた基板は搬送ロボット３により他方のロードロックチャンバ４に搬入され、そこでカセットに搭載される。そのカセットは搬送ロボット６により他方のロードロックチャンバ４から搬出される。
【００１９】
次に、図２に示すように、本実施の形態の基板処理装置１の処理室１０においては、ガスはガス導入口１２から処理室内に導入され、シャワープレート１３の穴１４を経由して、基板１６上を流れて、排気口１５から排気される。基板１６は、サセプタ３０上に載置されている。サセプタ３０は、サセプタ３０より外周に設置されているサセプタ台４０上に載置されている。サセプタ３０の下側にはヒータ１７が設けられている。ヒータ１７によって、サセプタ３０が加熱され、それによって、その上の基板１６が加熱される。サセプタ３０およびサセプタ台４０は、回転軸１８によって回転する。サセプタ３０、サセプタ台４０およびヒータ１７は昇降機構１９によって昇降する。
【００２０】
昇降機構１９によってサセプタ３０を基板搬送口２１の高さにまで下げ、搬送ロボット３（図１参照）により、ゲートバルブ２０を開いた状態で、基板１６をトランスファチャンバ２（図１参照）から、処理室１０内に搬送し、サセプタ３０上載置する。その後、ゲートバルブ２０を閉め、昇降機構１９によってサセプタ３０を基板処理位置まで上昇させる。
【００２１】
その後、排気口１５から処理室１０内を排気しながら、ガス導入口１２よりガスを導入して、処理室１０内を所定の圧力に保ちつつ、ヒータ１７によりサセプタ３０を介して基板１６を加熱しながら、基板１６の処理を行う。
【００２２】
図３〜図６に示すように、サセプタ３０は、中央部のサセプタ本体３５とその外周上部に設けられたサセプタ周縁部３１とを備えている。基板１６はサセプタ本体３５上に搭載される。紙面上側からみると、サセプタ３０およびサセプタ本体３５は円形をしており、サセプタ周縁部３１はリング状となっている。サセプタ台４０の側壁４３は筒状となっており、その上部に、リング状のサセプタ支持部材４２が側壁４３から内側に突き出るように設けられている。サセプタ支持部材４２は、その内側下部に、リング状のサセプタ支持部４１を備えている。サセプタ支持部４１の上面にサセプタ周縁部３１の下面を搭載することによって、サセプタ台４０に上にサセプタ３０を搭載する。サセプタ支持部４１の上面とサセプタ周縁部３１の下面とが互いに接触し、これらの面が、基板載置部材としてのサセプタ３０と支持部材としてのサセプタ台４０との接触部に相当する個所となる。
【００２３】
サセプタ周縁部３１の下面には、周方向に等間隔で配置した凹部３２が形成されている。凹部３２間が凸部３３となり、凸部３３の下面がサセプタ支持部４１の上面と接触する。
【００２４】
このように、サセプタ３０の周縁部３１の下面に、等間隔に凹部３２を設け、サセプタ３０とサセプタ台４０との接触面に平均的な隙間を設けているので、サセプタ台４０とサセプタ３０との間の熱の授受が均一化され、それによってサセプタ３０の周方向の温度分布が均一化され、ひいては基板面内（周方向）の温度均一性が向上する。基板処理が成膜の場合には、成膜される膜厚分布の均一性が向上する。なお、凹部３２の高さを大きくすればするほど熱コンクタンスが小さくなるため、サセプタ外周での温度降下が少なくなり、加熱源のパワーを抑えられる。
【００２５】
なお、このようにしても、凸部３３がサセプタ台４０と接触する部分では加工誤差より数μｍの高さの隙間が生じると考えられるが、その占める面積の割合は、サセプタ周縁部３１の下面全面を平面とした場合に比べると小さいので、加工誤差よる隙間の影響は小さくなる。さらに、図７に示すように、凹部３２の高さを大きくすると、その凹部３２の熱コンダクタンスは小さくなり、その凹部３２による温度低下は大きくないため、サセプタ３０中を伝わる熱伝導により、サセプタ３０の周方向の温度が均一化され、ひいてはサセプタ３０上に載置される基板１６面内周方向の温度の不均一性が緩和され、また、周方向にわたって平均的にこの現象が生じるので、周方向の均一性が向上する。
【００２６】
なお、凹部３２は、上記のようにサセプタ３０の周縁部３１の下面に設けても良いが、サセプタ台４０のサセプタ支持部４１の上面に設けても良い。
【００２７】
凹部３２の周方向の隙間長さをＷとし、凹部３２の高さ方向の長さをｈとすると、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍであり、０．５ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
Ｗが１ｍｍより小さいと、サセプタ３０とサセプタ台４０との接触部の面積が大きくなる為、効果が薄れ、Ｗが２０ｍｍより大きいと、サセプタ３０とサセプタ台４０との接触部と非接触部の比率が大きくなりすぎてしまい、サセプタ３０上で温度分布が発生するので好ましくない。なお、より好ましくは、１ｍｍ≦Ｗ≦８ｍｍである。
【００２９】
また、ｈが０．５ｍｍより小さいと、凹部３２の高さのばらつきによる熱コンダクタンスのばらつきを十分に抑えることが困難となり、サセプタ３０の周方向の温度の均一性の向上を図ることが困難であり、ｈが５ｍｍより大きいと、サセプタ周縁部３１の厚さＴが増大することでサセプタ３０の温度リカバリ特性が低下するので好ましくない。
【００３０】
尚、基板処理時には、ガスをガス導入口１２から処理室１０内に導入するが、その場合には、通常は、処理ガスをキャリアガスに混ぜ合わせた混合ガスを導入する。そして、その場合には、処理ガスは高々数％の割合でしか含有されていないため、熱伝導においてはキャリアガスが支配的となる。
【００３１】
キャリアガスが、Ｎ２またはＡｒの場合には、好ましいＷとｈの値は、１ｍｍ≦Ｗ≦２０ｍｍであり、１ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍである。また、凸部３３の周方向の長さをＬとすると、１ｍｍ≦Ｌ≦５ｍｍであることが好ましい。
【００３２】
キャリアガスが、ＨｅまたはＨ２の場合には、好ましいＷとｈの値は、１ｍｍ≦Ｗ≦５ｍｍであり、１ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍである。また、凸部３３の周方向の長さをＬについては、１ｍｍ≦Ｌ≦３ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
Ｗとｈについて、これらの値が好ましい理由は上記と同じである。Ｌについては、Ｌが１ｍｍより小さいと、加工が困難なことと、強度的に弱い為、破損の原因となり、Ｌが、キャリアガスがＮ２またはＡｒの場合に、５ｍｍより大きく、キャリアガスがＨｅまたはＨ２の場合に、３ｍｍより大きいと、サセプタ３０のサセプタ台４０との接触部、非接触部での温度差が大きくなり、ウエハ温度不均一の原因となるので好ましくない
【００３４】
また、サセプタ周縁部３１の厚さをＴとすれば、キャリアガスの種類にかかわらず、４ｍｍ≦Ｔ≦３０ｍｍであることが好ましい。Ｔが４ｍｍより小さいと、熱伝導性が悪くなる為、温度分布が悪化する原因となり、Ｔが３０ｍｍより大きいと、熱容量が多きすぎる為、制御性が悪くなる原因となるので好ましくない。なお、より好ましくは、４ｍｍ≦Ｔ≦１２ｍｍである。
【００３５】
サセプタ３０としては、グラファイト、ＳｉＣ、窒化アルミニウム等が好ましく使用されるが、いずれの材料を使用しても基板処理時（加熱時）の熱伝導率は、ほとんど同じであるので、上記ＷとｈとＴとＬの好ましい値は、これらの材料に共通である。
【００３６】
サセプタ台４０としては、好ましくは、石英が用いられるが、上記ＷとｈとＴとＬの好ましい値は、サセプタ台４０の材質によって殆ど影響を受けない。
【００３７】
なお、図７に示したように、反応室１０内の圧力が、１０００Ｐａ以上の場合に、サセプタ３０とサセプタ台４０との接触部の形状の影響を大きく受けるので、上記ＷとｈとＴとＬの値は、反応室１０内の圧力が１０００Ｐａ以上の場合に特に有効なものとなる。
【００３８】
また、基板１６としては、好ましくは、半導体シリコンウエハが用いられる。処理としては、基板１６上に膜を形成する成膜等を好ましく挙げることができる。なお、基板１６としては、半導体シリコン基板だけでなく、石英基板やガラス基板等を用いることもでき、処理としては、成膜以外の、例えばエッチング等も好ましいものとして例示される。
【００３９】
そして、基板処理装置１によって成膜等の処理がされた半導体シリコンウエハ等の基板にリソグラフィ等の種々の加工を行うことによって、例えば半導体装置が製造される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、サセプタ等の基板載置部材の温度分布を均一性を向上させ、被処理基板上に成膜した膜の膜厚分布の均一性の向上等、被処理基板の処理の均一性を向上をさせることができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の基板処理装置を説明するための概略横断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態の基板処理装置の処理室を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の基板処理装置の処理室の部分拡大概略縦断面図である。
【図４】図３のＡ部の部分拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の基板処理装置の処理室で使用されるサセプタの部分拡大平面図である。
【図６】図４のＢＢ線縦断面図である。
【図７】サセプタとサセプタ台との間の高さ方向の隙間と熱コンダクタンスとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１…基板処理装置
２…トランスファチャンバ
３、６…搬送ロボット
４…ロードロックチャンバ
５…大気搬送モジュール
１０…処理室
１２…ガス導入口
１３…シャワープレート
１４…穴
１５…排気口
１６…基板
１７…ヒータ
１８…回転軸
１９…昇降機構
２０…ゲートバルブ
２１…基板搬送口
３０…サセプタ
３１…サセプタ周縁部
３２…凹部
３３…凸部
３５…サセプタ本体
４０…サセプタ台
４１…サセプタ支持部
４２…サセプタ支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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