(57)【要約】      （修正有）【課題】  ウエハを支持するサセプタにプリコートを施した場合でも、その上のウエハの温度を均一にすることができる基板処理装置およびそれに用いられるサセプタを提供する。【解決手段】  サセプタ１２のウエハ支持面の中央部の周囲に、環状の凹部１２ａが形成されている。凹部１２ａは、サセプタ１２の中央部の中央凸部１２ｂと、サセプタ１２の周縁部の周縁凸部１２ｃとの間の溝として形成されている。この凹部１２ａにより、載置されたウエハＷとサセプタ１２との間に、チャンバ内の圧力に応じて、支持されたウエハＷの面内温度が均一になるような空間が形成される。【選択図】図２
2007067394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内を減圧する排気手段と、
前記チャンバ内で基板を支持する基板載置台と、
前記基板載置台を介して基板を加熱する加熱手段と
を有し、基板に対する熱処理または基板を加熱しつつ所定の処理を行う基板処理装置であって、
前記基板載置台の基板支持面の中央部の周囲に、凹部を形成したことを特徴とする、基板処理装置。
【請求項２】
前記基板支持面は、前記基板載置台の中央部に形成され、基板を支持する第１の面と、該基板載置台の周縁部に形成され、基板を支持する第２の面と、を有しており、前記第１の面と前記第２の面との間に前記凹部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記凹部は、前記チャンバ内の圧力に応じて、支持された基板の面内温度が均一になるような形状で設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記凹部により、前記基板支持面の中央部の中央凸部と、前記基板支持面の周縁部の周縁凸部とが区画され、前記基板載置台に基板を載置した状態で、前記中央凸部と前記周縁凸部との間に環状の空間が形成されることを特徴とする、請求項１または請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板載置台は、その中央部において支持部材により支持されており、前記中央凸部は、前記支持部材の断面に略対応する領域に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記基板載置台内に埋設された抵抗ヒーターを有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記抵抗ヒーターは、前記基板載置台の中央側の領域に配備された第１のヒーターと、前記第１のヒーターよりも外側の領域に配備され、該第１のヒーターとは独立して制御される第２のヒーターと、を有することを特徴とする、請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記凹部の底面には、段差が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
減圧下に保持されたチャンバ内で基板を支持し、加熱手段により加熱されてその熱により基板を加熱する基板載置台であって、
前記基板載置台の基板支持面の中央部の周囲に、凹部を形成したことを特徴とする、基板載置台。
【請求項１０】
前記基板支持面は、前記基板載置台の中央部に形成され、基板を支持する第１の面と、該基板載置台の周縁部に形成され、基板を支持する第２の面と、を有しており、前記第１の面と前記第２の面との間に前記凹部が形成されることを特徴とする、請求項９に記載の基板載置台。
【請求項１１】
前記凹部は、前記チャンバ内の圧力に応じて、支持された基板の面内温度が均一になるような形状で設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の基板載置台。
【請求項１２】
前記凹部により、前記基板支持面の中央部の中央凸部と、前記基板支持面の周縁部の周縁凸部とが区画され、前記基板載置台に基板を載置した状態で、前記中央凸部と前記周縁凸部との間に環状の空間が形成されることを特徴とする、請求項９または請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１３】
前記基板載置台は、その中央部において支持部材により支持されており、前記中央凸部は、前記支持部材の断面に略対応する領域に形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の基板載置台。
【請求項１４】
内部に抵抗ヒーターが埋設され、これに通電されることにより加熱されることを特徴とする、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１５】
前記抵抗ヒーターは、前記基板載置台の中央側の領域に配備された第１のヒーターと、前記第１のヒーターよりも外側の領域に配備され、該第１のヒーターとは独立して制御される第２のヒーターと、を有することを特徴とする、請求項１４に記載の基板載置台。
【請求項１６】
前記凹部の底面には、段差が設けられていることを特徴とする、請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の基板載置台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ等の基板に対する熱処理または基板を加熱しつつＣＶＤ等の所定の処理を行う基板処理装置およびそれに用いる基板載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）に成膜処理、エッチング処理等の種々のガス処理が施される。これらの中で、例えばＴｉ，ＴｉＮ，Ｗ等のＣＶＤ成膜処理では、ウエハをセラミック製や金属製のサセプタに載置した状態で抵抗ヒーターまたはランプによってウエハを例えば５００〜７００℃程度まで加熱する。
【０００３】
この場合に、処理の均一化の観点からウエハ温度の面内分布を均一にする必要があり、そのためにはサセプタ温度を均一に制御することが考えられるが、通常のサセプタでは、周縁部（エッジ部）側の熱の逃げが大きいため、サセプタのウエハ支持面の温度分布は、相対的に中央部が高く、周縁部が低くなる。また、サセプタに対向配備されるシャワーヘッドからの反射熱も、中央部の方が大きく周縁部側が少ない。その結果、実際にはウエハの中央部の温度が上昇しやすくなり、ウエハ面内での均一な温度分布が得られない。
【０００４】
このような理由から、ウエハ面内で均一な温度を得るためには、サセプタの中央部と周縁部とで意図的に温度差を生じさせる必要がある。そして、抵抗ヒーターによる加熱の場合には、ヒーターを複数のゾーン例えば中央部と周縁部とに分離して配備し、各ゾーンのヒーターのパワーを個別に制御することによって、ウエハ面内温度が均一になるように制御している。しかしながら、セラミック製のサセプタの場合、中央部と周縁部との温度差が大きくなり過ぎると、熱応力によりサセプタにクラックが入ったり、破損するという問題が生じる。従って、ヒーターをサセプタの中央部と周縁部とに別々に配置して温度制御する場合においても、ヒーターのみによって非常に高い均熱性が得られるように温度制御することは困難である。図２１は従来のサセプタを使用してウエハを加熱した場合のウエハ面内温度の測定結果を示している。ウエハ面内の温度分布としては、図２１に四角印のプロットで示すように、周縁部に比べて中央部の温度が高くなる傾向があった。
【０００５】
このため、ウエハの温度を均一にする目的で、サセプタのウエハ支持面に、サセプタの中央の深さが最も大きく、中央から周縁部に向けて浅くなるような形状の凹部を形成することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−５２０９８号公報（特許請求の範囲など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
サセプタをはじめとするチャンバ内部品には、その構成金属元素によるウエハへの汚染を回避するため、通常、成膜処理の前にプリコートが行なわれている。サセプタにプリコートを行う場合には、サセプタにウエハを載置しない状態でサセプタ面にプリコート膜を成膜する。この場合、サセプタのウエハ載置領域を含む全表面にプリコート膜が形成されることになる。このため、サセプタ表面からの熱輻射が全体的に抑制される。
【０００７】
ところが、通常サセプタは、その中央部に配設された支持部材に支持され、チャンバ底部に連結されているため、この支持部材の取付け部からの熱逃げは、プリコート膜の形成前後で変化しない。このため、支持部材の上方にあたるウエハ支持面の中央部の温度は、下方（支持部材側）への熱伝導により低下する。その結果、ウエハ支持面の中央部の温度は、ウエハ支持面の他の領域に比べて大幅に低下する結果となり、これがウエハ面内の温度に反映されて面内温度の不均一が生じる。
【０００８】
この場合、支持部材の取付け部からの熱逃げが大きいため、中央部（内側）のヒーターのパワーを少し上げて、周縁部（外側）とのパワー比を制御することが行われる。しかし、プリコート膜が形成されていると、周縁部（外側）はプリコート膜により保温された状態となるが、中央部（内側）は特に支持部材の取付け部から熱が逃げていくため、ウエハの中央部の温度が低くなる。つまり、ウエハの中央部と周縁部との温度差をなくすために、中央部と周縁部のヒーターのパワー比を、サセプタにクラックや破損が生じない程度に制御すると、例えば図２１に黒丸印のプロットで示すように、ウエハの中央部と周縁部の温度に対して、両者の中間領域の温度が高い面内温度分布になってしまうという課題があった。このようにして発生するウエハ面内温度の不均一は、プリコート膜によりサセプタからの熱放射が抑制された場合に顕在化するものである。
【０００９】
従って、本発明は、ウエハを支持する基板載置台にプリコートを施した場合でも、ウエハの面内温度を均一にすることができる基板処理装置およびそれに用いられる基板載置台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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、
チャンバと、
前記チャンバ内を減圧する排気手段と、
前記チャンバ内で基板を支持する基板載置台と、
前記基板載置台を介して基板を加熱する加熱手段と
を有し、基板に対する熱処理または基板を加熱しつつ所定の処理を行う基板処理装置であって、
前記基板載置台の基板支持面の中央部の周囲に、凹部を形成したことを特徴とする、基板処理装置を提供する。
【００１１】
また、本発明の第２の観点は、減圧下に保持されたチャンバ内で基板を支持し、加熱手段により加熱されてその熱により基板を加熱する基板載置台であって、
前記基板載置台の基板支持面の中央部の周囲に、凹部を形成したことを特徴とする、基板載置台を提供する。
【００１２】
上記第１の観点および第２の観点では、基板支持面の中央部の周囲に凹部を形成するようにした。すなわち、プリコート膜を形成した場合に相対的に基板温度が低くなる基板載置台の中央部と、基板載置台の周縁部との間に凹部を形成したので、この部分は基板載置台と基板との間の距離（ギャップ）の増加によって基板載置台からの熱伝達の効果が抑制される。従って、基板の中央部と周縁部との間の中間領域の温度を下げ、面内温度を均一化させることができる。
【００１３】
前記基板支持面は、前記基板載置台の中央部に形成され、基板を支持する第１の面と、該基板載置台の周縁部に形成され、基板を支持する第２の面と、を有しており、前記第１の面と前記第２の面との間に前記凹部が形成されることが好ましい。前記凹部は、前記チャンバ内の圧力に応じて、支持された基板の面内温度が均一になるような形状で設けられていることが好ましい。これにより、基板の面内温度をより確実に均一化することができる。基板載置台に基板を載置した際に、微視的に見れば基板載置台と基板との間には僅かな隙間が形成されている。このような状況において基板の加熱は、基板載置台からの熱輻射による熱伝達とガス分子によるガス伝熱効果によってなされる。この際のガス伝熱効果は、チャンバ内の圧力によって大きく変化する。また、ガス分子による熱伝達効果もガス圧力（分圧）によって変化するから、処理の際のガス圧力（分圧）に応じて凹部の形状、例えばギャップを調整すれば、基板載置台の温度が不均一になるような制御を行うことなく基板温度を均一にすることができる。
【００１４】
また、前記凹部により、前記基板支持面の中央部の中央凸部と、前記基板支持面の周縁部の周縁凸部とが区画され、前記基板載置台に基板を載置した状態で、前記中央凸部と前記周縁凸部との間に環状の空間が形成されることが好ましい。
【００１５】
また、前記基板載置台は、その中央部において支持部材により支持されており、前記中央凸部は、前記支持部材の断面に略対応する領域に形成されていることが好ましい。これにより、支持部材を介しての放熱による基板中央部の温度低下を抑制しつつ、その周辺の温度を低下させることができる。
【００１６】
また、前記加熱手段は、前記基板載置台内に埋設された抵抗ヒーターを有することが好ましい。
【００１７】
また、前記抵抗ヒーターは、前記基板載置台の中央側の領域に配備された第１のヒーターと、前記第１のヒーターよりも外側の領域に配備され、該第１のヒーターとは独立して制御される第２のヒーターと、を有することが好ましい。また、前記凹部の底面には、段差が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板載置台の基板支持面の中央部の周囲に凹部を形成したので、基板面内の温度の均一化を図ることができる。基板載置台から基板への熱伝達は、基板載置台と基板との間の距離によって変化するから、元々熱逃げが多く温度が低くなりやすい基板載置台の周縁部と、プリコートを施した場合に温度が低くなりやすい基板載置台の中央部との間に凹部を形成することにより、この部分からの基板への熱伝達を抑制できる。これにより、基板面内の温度を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。この成膜装置１００は、ＴｉＮ膜またはＴｉ膜を成膜するためのものであり、略円筒状のチャンバ１１を有している。チャンバ１１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するための円盤状のサセプタ１２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材１３により支持された状態で配置されている。サセプタ１２は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミック製であり、ここではＡｌＮが用いられる。後で詳細に説明するように、そのウエハ支持面の中央部の外側に凹部１２ａが形成されている。サセプタ１２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング１４が設けられている。
【００２０】
また、サセプタ１２には加熱手段としてのヒーター１５ａおよびヒーター１５ｂが埋め込まれている。ヒーター１５ａは、サセプタ１２の主として中央部を加熱するための抵抗加熱ヒーターとして構成されており、給電線１７ａによりヒーター電源１６ａと電気的に接続されている。また、ヒーター１５ｂは、サセプタ１２の主として周縁部を加熱するための抵抗加熱ヒーターとして構成されており、給電線１７ｂにより、ヒーター電源１６ａと電気的に接続されている。ヒーター１５ａおよび１５ｂは、例えばコイル状ヒーターまたはパターンヒーターとして構成されている。これらのヒーター１５ａ，１５ｂへの電力供給は、それぞれ独立して給電されることにより加熱温度が制御される構成になっており、これによって被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。
また、サセプタ１２には熱電対１６ｂが配備され、サセプタ１２の温度を検知してヒーター電源１６ａにフィードバックすることにより温度制御が行なわれる。
【００２１】
図示しないが、サセプタ１２の表面近傍には、Ｗ、Ｍｏ等の金属や合金からなる電極が埋設されており、プラズマ処理する際にプラズマの安定性を維持するために用いられる。また、この電極に高周波電源を接続して所定の周波数の高周波バイアスを印加することにより成膜分子をウエハＷに引き込んでホール内の膜形成を効果的に行うことができる。
【００２２】
チャンバ１１の天壁１１ａには、絶縁部材１９を介してシャワーヘッド２０が設けられている。このシャワーヘッド２０は、上段ブロック体２０ａ、中段ブロック体２０ｂ、下段ブロック体２０ｃで構成されている。下段ブロック体２０ｃにはガスを吐出する吐出孔２７と２８とが交互に形成されている。上段ブロック体２０ａの上面には、第１のガス導入口２１と、第２のガス導入口２２とが形成されている。上段ブロック体２０ａの中では、第１のガス導入口２１から多数のガス通路２３が分岐している。中段ブロック体２０ｂにはガス通路２５が形成されており、上記ガス通路２３が水平に延びる連通路２３ａを介してこれらガス通路２５に連通している。さらにこのガス通路２５が下段ブロック体２０ｃの吐出孔２７に連通している。また、上段ブロック体２０ａの中では、第２のガス導入口２２から多数のガス通路２４が分岐している。中段ブロック体２０ｂにはガス通路２６が形成されており、上記ガス通路２４がこれらガス通路２６に連通している。さらにこのガス通路２６が中段ブロック体２０ｂ内に水平に延びる連通路２６ａに接続されており、この連通路２６ａが下段ブロック体２０ｃの多数の吐出孔２８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口２１，２２は、それぞれガスライン３１および３２に接続されている。
【００２３】
ガス供給機構３０は、ここでは図示しないが、成膜ガス、キャリアガス、クリーニングガスのガス供給源、ガス配管、およびマスフローコントローラーを有し、プロセス時には、ガスライン３１およびガス導入口２１を介してＮ２ガス等のキャリアガスとともにＴｉ含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスをシャワーヘッド２０へ供給し、ガスライン３２およびガス導入口２２を介してＮ２ガス等の希釈ガスとともに還元ガスであるＮＨ３ガス（ＴｉＮ膜成膜時）またはＨ２ガス（Ｔｉ膜成膜時）をシャワーヘッド２０へ供給するようになっている。ガス導入口２１からシャワーヘッド２０内へ導入されたＴｉＣｌ４ガスはガス通路２３，２５を経て吐出孔２７からチャンバ１１内へ吐出される一方、ガス導入口２２からシャワーヘッド２０内へ導入されたＮＨ３ガスまたはＨ２ガスはガス通路２４，２６を経て吐出孔２８からチャンバ１１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド２０は、ＴｉＣｌ４ガスと還元ガスであるＮＨ３ガスまたはＨ２ガスとが全く独立してチャンバ１１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、シャワーヘッド２０は、プリミックスタイプとしてもよい。チャンバ１１のクリーニング時には、ガス供給機構３０からクリーニングガスとして例えばＣｌＦ３ガスがガスライン３１およびシャワーヘッド２０を介してチャンバ１１内に供給される。
【００２４】
シャワーヘッド２０には、整合器３３を介して高周波電源３４が接続されており、必要に応じてこの高周波電源３４からシャワーヘッド２０に所定周波数の高周波電力が供給されるようになっている。Ｔｉ膜を成膜する場合は、ＴｉＣｌ４とＨ２との成膜反応の反応性を高めるために、高周波電源３４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド２０を介してチャンバ１１内に供給されたガスをプラズマ化してプラズマＣＶＤ成膜することも可能である。
【００２５】
チャンバ１１の底壁１１ｂの中央部には円形の穴３５が形成されており、底壁１１ｂにはこの穴３５を覆うように下方に向けて突出する凹状の排気室３６が設けられている。排気室３６の側面には排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバ１１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。
【００２６】
サセプタ１２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）のウエハ支持ピン３９がサセプタ１２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン３９は支持板４０に固定されている。そして、ウエハ支持ピン３９は、エアシリンダ等の駆動機構４１により支持板４０を介して昇降される。
【００２７】
チャンバ１１の側壁には、隣接する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４２と、この搬入出口４２を開閉するゲートバルブ４３とが設けられている。
【００２８】
上記サセプタ１２のウエハ支持面の中央部の周囲には、環状の凹部１２ａが形成されている。サセプタ１２のウエハ支持面に凹部１２ａを形成することにより、ウエハＷの中央部と、周縁部と、その間の中間領域（凹部形成領域）との温度差を小さくした状態を形成することができる。これにより、ウエハＷの温度を均一にすることができる。
すなわち、凹部１２ａを形成すれば、その部分はサセプタ１２からの熱伝達が抑制されるため、温度が高くなりやすいウエハＷの中間領域（ウエハＷの中央部と周縁部との間）の温度を凹部１２ａがない場合に比べて低くすることができる。よって、このような凹部１２ａを設けることにより、ウエハＷの面内温度分布を均一化することができる。この場合に、サセプタ１２からの熱伝達によるウエハＷの加熱効果は、サセプタ１２とウエハＷとの距離（ギャップ）によって変化するので、ウエハＷとサセプタ１２との間に、サセプタ１２に載置されたウエハWの面内温度が均一になるような空間領域を形成できるように、凹部１２ａの形状や大きさ、深さ（つまり、ギャップ）を設定できる。ギャップは、１ｍｍ以下、例えば０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
この凹部１２ａにおいては、載置されたウエハＷとサセプタ１２との間に、チャンバ１１内の圧力に応じて、支持されたウエハＷの面内温度が均一になるような空間が形成されている。そして、その空間の内部の圧力とチャンバ１１内の圧力は略同じになっている。
【００２９】
凹部１２ａは、例えば図２に示すように、サセプタ１２の中央部の中央凸部１２ｂと、サセプタ１２の周縁部の周縁凸部１２ｃとの間に均一な深さの溝として形成されている。これにより、中央凸部１２ｂの頂部には、ウエハＷの中央部を支持する第１の支持面ＳＣが形成され、周縁凸部１２ｃの頂部には、ウエハＷの周縁部を支持する第２の支持面ＳＥが形成される。凹部１２ａは、サセプタ１２からウエハＷへの熱伝達を調節し、ウエハＷの面内温度を均一化するように作用する。また、サセプタ１２の中央部を囲むように環状に凹部１２ａを形成することにより、その内側の中央凸部１２ｂからウエハＷの中央部への熱伝達が維持される。プリコート膜を形成した場合には、支持部材１３への放熱の影響が顕在化し、サセプタ１２の中央部の温度低下が起こり、これに伴いウエハＷの中央部の温度も低下するが、凹部１２ａを形成し、この部分からのウエハＷへの熱伝達を抑制することにより、ウエハＷの中央部と周縁部との間の中間領域の温度を低下させ、ウエハ面内の温度を略均一にすることができる。
【００３０】
凹部１２ａは、支持部材１３の径Ｄ１に対して中央凸部１２ｂの径Ｄ２が略同等か、径Ｄ２が径Ｄ１に対して僅かに大きくなるように形成することが好ましい。つまり、凹部１２ａの内周端を、支持部材１３の外周の直上もしくは若干外側に位置させることが好ましい。中央凸部１２ｂは、サセプタ１２の下面を支持する支持部材１３により、熱の逃げが促進される部分であるから、中央凸部１２ｂの面積を、支持部材１３の断面積に略対応させることが好ましい。また、凹部１２ａの面積も、支持部材１３の断面積に応じて決定することが好ましい。例えば、支持部材１３の断面積を小さくして、熱の逃げを小さくすることが好ましく、これにより凹部１２ａの形成領域も小さくすることができる。
凹部１２ａは、サセプタ１２の温度が最も高くなりやすい領域、例えばヒーターを内側と外側の２ゾーンに形成する場合には、内側のヒーター１５ａに重なるように凹部１２ａを形成してもよく、また、凹部１２ａは、ヒーター１５ａとヒーター１５ｂとの間の領域に重なるように形成してもよい。
また、凹部１２ａの外縁、すなわち周縁凸部１２ｃとの境界（周縁凸部１２Ｃの内周）は、サセプタ１２の径にもよるが、ウエハＷの外周よりも1〜３０ｍｍ内側に位置するように設定することが好ましい。
【００３１】
なお、ウエハＷの面内温度に所望の均一性が得られれば、凹部（溝）の形状は、図２に示す態様（凹部１２ａ）には限定されない。例えば図３に示す凹部１１２ａのように、サセプタ１２の中央側から周縁部側に向かうに従い曲面状（例えばすり鉢状）に浅くなるように形成してもよく、あるいは、例えば図４に示す凹部１１２ｂのように、サセプタ１２の中央側から周縁部側に向かうに従い断面視階段状に浅くなるような形状であってもよい。
また、例えば図５に示すように、サセプタ１２の中央側から周縁部側に向かうに従い直線的に浅くなる凹部１１２ｃであってもよいし、さらには、例えば図６に示すように、サセプタ１２の中央部側から周縁部側に向かうに従い一旦は深くなり、さらに周縁部側にいくほど浅くなるような断面視Ｖ字形の凹部１１２ｄであってもよい。
【００３２】
またさらに、凹部の底面に環状に高低差（段差）が形成された形状であってもよく、例えば図７に示すように、サセプタ１２の中央部側から周縁部側に向かうに従い、第１底部１１３、第２底部１１４、第３底部１１５が形成された形状の凹部１１２ｅを設けてもよい。この場合、凹部１１２ｅの深さは、第３底部１１５が最も浅く、第２底部１１４が最も深く、第１底部１１３は第２底部１１４と第３底部１１５との中間の深さに形成されている。各底部の深さは、平面状態のサセプタ１２を用いてウエハＷを加熱し、ウエハＷの温度分布を測定することにより決定することができる。すなわち、ウエハＷ面内で温度が高い部分に対応するサセプタ１２上の領域では凹部を深く形成してギャップを大きくし、ウエハＷ面内で温度が低い部分に対応するサセプタ１２上の領域では凹部を浅く形成してギャップを小さく設定すればよい。
なお、図２〜図７では、各凹部の深さを強調して描いている。また、例示した凹部１２ａ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ，１１２ｅにおいて、各凹部の隅をなす角部を丸め（面取り）加工をしておくことが好ましい。
【００３３】
凹部１２ａ（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ，１１２ｅ）の深さとウエハＷへの熱伝達量には相関関係があり、さらにチャンバ内圧力が高いほどガス分子による熱伝達効率が高まるので、凹部１２ａの深さが同じでもウエハＷへ熱が伝わりやすくなる。従って、予めチャンバ内のガス圧力に応じて凹部１２ａの深さ（すなわち、空間の高さ）と熱伝達量との関係を把握しておけば、そのプロセスに最適な凹部１２ａの深さや形状を選択することができる。
【００３４】
また、サセプタ１２に凹部１２ａを設けることに加え、ヒーターを例えば図１のように内側のヒーター１５ａと外側のヒーター１５ｂとに区別して配備し、各ヒーター１５ａと１５ｂとをそれぞれ別々にパワー制御して温度分布の微調整を行なっても、サセプタ１２にクラックや破損を生じさせることなく、より高精度な温度制御を行うことができる。ヒーターとしては、図１のように別々に２つに配置した態様である必要はなく、単一のヒーターであってもよい。なお、ヒーターが単一である場合でも、あるいは２つ以上の複数である場合でも、例えば３００ｍｍ以上の大径ウエハＷでは、面内温度の均一性を維持することが困難であり、また、サセプタのヒーターパターンやコイルの巻き数の調整も難しく、サセプタ（セラミックスヒータ）の均熱性の微調整が困難となるので、本発明のように凹部１２ａを設けてウエハＷ面内の温度制御を行うことが特に効果的である。
【００３５】
図８は、支持部材１３の内部構造を示す要部断面図である。支持部材１３は、主要な構成として、サセプタ１２を支持する略円筒状の支持体５０と、該支持体５０の下部に配設されたニッケル、アルミ、ＳＵＳ等の材質からなる取付プレート５１と、該取付プレート５１に取付られた端子ボックス５２と、を備えている。
【００３６】
取付プレート５１とアルミ等の材質の端子ボックス５２とは、例えば螺子止め等の手段により固定されており、さらに取付プレート５１は押えリング５３によって固定されている。支持体５０と取付プレート５１とは、支持体５０と取付プレート５１の各々の面で面シールによりシールされ、取付プレート５１は、端子ボックス５２のフランジ５２ａとＯリングによりシールされている。ニッケル、アルミ、ＳＵＳ等の材質からなる端子ボックス５２のフランジ５２ａは、排気室３６の底壁３６ａに図示しない固定手段により気密に固定されている。
支持体５０は、腐食性ガス耐性およびプラズマ耐性に優れた材料、例えばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣやグラファイトなどのセラミック材料から構成することができる。ここでは、窒化アルミを使用している。
【００３７】
略円筒状をした支持体５０の内部には、給電線１７ａ、給電線１７ｂおよび熱電対（ＴＣ）１６ｂに給電する熱電対用給電線５７が配設されている。給電線１７ａ，１７ｂは、それぞれの周囲が絶縁材料（例えばＡｌ２Ｏ３などのセラミックスなど）からなる被覆部５４により絶縁被覆されている。給電線１７ａ，１７ｂの上部は、絶縁板５５を貫通してサセプタ１２内に挿入されている。なお、給電線１７ａ，１７ｂおよび熱電対用給電線５７は、互いに接触しないように支持されている。
図９（ａ）は、サセプタ１２に埋設されたヒーター１５ａ，１５ｂの配置例を示す水平断面図である。給電線１７ａの先端は、接続部１８ａ，１８ｂにおいて内側のヒーター１５ａと接続している。また、給電線１７ｂは、サセプタ１２内で横方向に折曲し、接続部１８ｃ，１８ｄにおいて外側のヒーター１５ｂと接続している。熱電対用給電線５７の上端は、サセプタ１２内に挿通されている。
なお、サセプタ１２に埋設されたヒーターとしては、例えば図９（ｂ）に示すようなコイルヒーター１５ｃ，１５ｄを用いることも可能である。内側のコイルヒーター１５ｃは、給電線１７ａの先端と接続部１８ｅ，１８ｆにおいて接続し、また、外側のコイルヒーター１５ｄは、給電線１７ｂの先端と接続部１８ｇ，１８ｈにおいて接続するように配備される。
【００３８】
給電線１７ａ，１７ｂおよび熱電対用給電線５７の下端は、取付プレート５１および端子ボックス５２の壁を貫通して端子ボックス５２内に挿入されている。この端子ボックス５２内で給電線１７ａ，１７ｂは、ヒーター電源１６ａからの接続端子５８ａ，５８ｂと接続されている。なお、図８において符号５６ａは、絶縁材料（例えばＡｌ２Ｏ３などのセラミックスなど）からなり、接続端子５８ａ，５８ｂを固定する固定具である。同様に、符号５６ｂは、絶縁材料（例えばＡｌ２Ｏ３などのセラミックスなど）からなり、給電線１７ａ，１７ｂを固定する固定具である。
【００３９】
次に、このような成膜装置１００の成膜動作について説明する。
まず、チャンバ１１内にウエハＷが存在しない状態で、ＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガス等の還元ガスを導入してサセプタ１２の表面に対するプリコート膜形成処理を行う。
【００４０】
プリコート処理が終了後、ＴｉＣｌ４ガスおよび還元ガスを停止し、排気装置３８によりチャンバ１１内を急激に真空排気して引き切り状態とし、ゲートバルブ４３を開にして、搬入出口４２を介してウエハ搬送装置によりウエハＷをチャンバ１１内へ搬入し、サセプタ１２上に載置する。そして、チャンバ１１内にＮ２ガスを供給してウエハＷを予備加熱してウエハの温度がほぼ安定した時点で、Ｎ２ガス、還元ガスであるＮＨ３ガスまたはＨ２ガス、およびＴｉＣｌ４ガスを所定流量で導入する。この際、排気ラインにプリフローを行った後、前記ガスをシャワーヘッド２０を介して所定流量でチャンバ１１内に導入し、チャンバ１１内の圧力を所定値に維持しつつ、ヒーター１５ａ，１５ｂにヒーター電源１６ａから所定のパワー比で個別に給電を行うことにより、ウエハＷの面内温度が均一になるように加熱する。このようにして、ウエハＷ上にＴｉＮ膜を成膜する。この際の基板の加熱温度は４００〜７００℃程度、好ましくは６００℃程度である。Ｔｉ膜を成膜する際には、高周波電源３４から高周波電力を供給してガスをプラズマ化してもよい。このようにプラズマを形成する場合には、ガスの反応性が高いのでウエハＷの温度は３００〜７００℃とすることが好ましく、より好ましくは４００〜６００℃程度とすることができる。
【００４１】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について、図１０および図１１を参照しながら説明する。図１０（ａ）は従来のサセプタ１２０にプリコート膜を形成する前の状態、図１０（ｂ）は従来のサセプタ１２０にプリコート膜を形成した状態、図１０（ｃ）は凹部１２ａを形成したサセプタ１２にプリコート膜を形成した状態をそれぞれ示す。各図に示す１，３，５，７，９，１１および１３の数字は、熱電対（ＴＣ）付ウエハを用いてウエハＷ上の温度測定をした際の測定ポイントを意味しており、図１１の各測定ポイントに対応している。ポイント１がウエハＷの中央部であり、ポイント１１およびポイント１３はウエハＷの周縁部を意味している。また、図１０（ａ）〜（ｃ）における白矢印は、サセプタ１２，１２０からの放出熱量の大きさを示しており、黒矢印は、サセプタ１２，１２０からウエハＷへの伝熱量の大きさを示している。
【００４２】
まず、図１０（ａ）に示すようにプリコート膜を形成しないサセプタ１２０に対し、プリコート膜形成時のパワー比で温度制御を行うと、前掲の図２１に四角印のプロットで示すように、ウエハＷの温度分布は、周縁部（測定ポイント１１，１３）で低く、中央部（測定ポイント１，３，５）で高くなるような熱分布になり、ウエハＷの中央部と周縁部との温度格差（最大温度と最小温度との差）が１５℃程度になる。この理由は以下のとおりである。
まず、サセプタ１２０の中央部と周縁部とを比較した場合には、単位体積当りの表面積が中央部よりも周縁部で大きいことから熱放射量が多く、温度が不均一になる。また、実際の成膜装置内においてウエハＷは、サセプタ１２０と対向するシャワーヘッド２０からの熱反射も受けており、ウエハＷに対して、対向するシャワーヘッド２０からの熱反射の立体角は、中央部で大きく、周縁部で小さい。従って、ウエハＷの中央部はより大きい熱反射を受け、相対的に高温になるとともに周縁部ではこれが小さいことから相対的に低温となる。これらの要因により、サセプタの均熱性（ウエハＷの面内温度均一性）が悪化する。
【００４３】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ウエハ支持面が平面状のサセプタ１２０にプリコート処理をしてプリコート膜１２１を形成した場合には、サセプタ１２０表面からの輻射熱や、シャワーヘッド２０からの熱反射が全体的に減少するため、ウエハＷの面内温度が全体的に低下する。ところが、ウエハＷの中央部（測定ポイント１）は、周縁部（測定ポイント１１，１３）との間の中間領域（測定ポイント３，７および測定ポイント５，９）に比べて温度低下が著しくなり、ウエハＷの中央部と周縁部の温度が低く二つの中間領域の温度が高い、径方向に２ピーク型をした面内温度分布となる。つまり、ウエハＷの面内温度が均一になるようにパワー比を制御しても、図１１に黒丸印のプロットで示すような不均一な温度分布が形成される。これは、支持部材１３との接続部にはプリコート膜１２１が形成できないため、この部分でサセプタ１２０から支持部材１３への熱の逃げが大きいことによるものである。つまり、支持部材１３への熱逃げ（支持部材１３を介しての熱伝達と支持部材１３内部空間への熱輻射）がサセプタ１２０の中央部の温度低下を生じさせ、これがウエハＷの面内温度に反映された結果である。支持部材への熱逃げがウエハＷの面内温度分布に与える影響は、プリコート膜を形成しない状態［図１０（ａ）］では、サセプタ１２０からの熱輻射やシャワーヘッド２０からの熱反射が大きいため、あまり顕在化しないが、プリコート膜形成後［図１０（ｂ）］のサセプタ１２０では、熱輻射や熱反射が全体として抑制され、支持部材１３への熱伝達と支持部材１３内部への熱輻射が大きいままである結果、顕在化するものと考えられる。
【００４４】
本発明の一実施形態であるサセプタ１２においては、図１０（ｃ）に示すように、ウエハＷの中央部と周縁部との間の中間領域（測定ポイント３，７および測定ポイント５，９）に対応するように環状に溝、つまり凹部１２ａを設けた。凹部１２ａでは、サセプタ１２のウエハ支持面とウエハＷとの間に空間が形成されるので、ウエハＷの中間領域への熱伝達が抑制される。つまり、他の領域に比べて凹部１２ａでは、サセプタ１２からウエハＷへの熱伝達が小さくなる。
従って、図１１に白丸で示すように、プリコート状態でもウエハＷの中央部や周縁部と同程度になるまで中間領域の温度を低下させることができた。また、前記したように、凹部の形状や深さ、チャンバ内圧力などを調節することにより、高い精度でウエハＷの面内温度の均一化を図ることが可能になる。
【００４５】
次に、本発明の別の実施形態について、図１２〜図２０を参照しながら説明を行なう。
まず、凹部を形成することにより生じるサセプタ１２からウエハＷへの伝熱量の減少効果は、凹部の深さ（つまり、凹部の底からウエハＷ裏面までの距離；ギャップ）、チャンバ内圧力、サセプタ１２におけるヒーター１５ａ，１５ｂの設定温度、プリコート膜の有無等の要因により左右される。そこで、図１に示すものと同様の構成の成膜装置１００を用い、ギャップによる温度降下率が、プリコート膜の有無、チャンバ内圧力、およびサセプタ１２の設定温度によってどの程度影響を受けるかについて、以下の条件で試験を行なった。ここで、「温度降下率」は、サセプタ１２に凹部が形成されていない場合のウエハＷ上のある計測ポイントの温度に対して凹部を形成した場合に同じ計測ポイントの温度がどの程度減少するかを、凹部の深さ（ギャップ）１ｍｍ当たりの温度として示したものである。この温度降下率は、次のように算出した。
【００４６】
まず、サセプタ１２にＴＣ付きウエハを載置した状態から、ウエハ支持ピン３９によりＴＣ付きウエハを少しずつ上昇させていき、サセプタ１２表面との距離を変化させながら温度計測を行なった。そして、サセプタ１２から完全にＴＣ付きウエハが離れている状態で起こる温度降下から、次式；
温度降下［℃］／ＴＣ付きウエハとサセプタとの距離（ｍｍ）＝温度降下率［℃／ｍｍ］
に基づき温度降下率を算出した。
【００４７】
＜試験条件＞  
ガス流量（ガス導入口２１）；Ｎ２  １８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ガス流量（ガス導入口２２）；Ｎ２  １８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ヒーターパワー比（ヒーター１５ａ／ヒーター１５ｂ）＝１．００／０．８５
チャンバ内圧力；１００Ｐａ、２６０Ｐａ、４００Ｐａ、６６６Ｐａ、１ｋＰａ
ヒーター設定温度；３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、６５０℃、６８０℃、７００℃
【００４８】
図１２および図１３は、ギャップによる温度降下率［℃／ｍｍ］とチャンバ内圧力との関係を示すグラフであり、図１２がプリコート膜有りの場合、図１３がプリコート膜無しの場合である。図１２および図１３から、プリコート膜の有無に関わらず、チャンバ内圧力が高くなると、ギャップによる温度降下率［℃／ｍｍ］の絶対値が大きくなることが読み取れる。また、全体的傾向として、サセプタ１２の設定温度が高い程、ギャップによる温度降下率の圧力依存性が観られ、高圧力側ほど温度降下率の絶対値が増加している。
【００４９】
次に、図１４および図１５は、ギャップによる温度降下率［℃／ｍｍ］とサセプタ１２の設定温度との関係を示すグラフであり、図１４がプリコート膜有りの場合、図１５がプリコート膜無しの場合である。図１４から、プリコート膜有りの場合には、サセプタ１２の設定温度が５００℃〜６００℃程度までは、ギャップによる温度降下率［℃／ｍｍ］の絶対値が大きくなっていくが、それ以上の温度になると、温度降下率［℃／ｍｍ］の絶対値が頭打ちになることがわかる。また、図１５から、プリコート膜なしの場合には、サセプタ１２の設定温度が４００℃〜６００℃以上になると、温度降下率［℃／ｍｍ］の絶対値が頭打ちになることがわかる。そして、図１４および図１５より、処理圧力が低いほどギャップによる温度降下率［℃／ｍｍ］の絶対値が早く頭打ちになる傾向を持つことがわかる。
【００５０】
以上の基礎実験の結果を踏まえ、サセプタ１２に形成する凹部の形状を図１６に示す手順で決定した。
なお、以下の手順において、ウエハＷの温度は、ＴＣ（熱電対）付きウエハによる直接計測と、温度モニタ用ウエハによる間接計測によって行った。この温度モニタ用ウエハは、半導体ウエハに不純物をイオンの状態で打ち込んで注入することにより作製されたウエハ（例えば、特開２０００−２０８５２４号公報、特開２００４−３３５６２１号公報）であり、そのシート抵抗を測定することによりウエハ温度を間接的に計測できるものである。
【００５１】
まず、温度モニタ用ウエハを用い、ウエハＷ上の複数（例えば５〜１７）のポイントについて、温度計測を行う（ステップＳ１）。加熱条件としては、サセプタ設定温度６８０℃、チャンバ内圧力２６０Ｐａ（条件１）とサセプタ設定温度６５０℃、チャンバ内圧力６６６Ｐａ（条件２）と、の二通りでおこなった。
【００５２】
次に、凹部を形成する領域を決定する（ステップＳ２）。この際、ウエハＷ裏面に堆積物が発生することを防ぐ観点から、サセプタ１２の周縁部は削らないようにする。具体的には、例えばウエハＷの外周端から内側に１〜３０ｍｍの幅でウエハ支持面（第２の支持面ＳＥ）が形成されるようにサセプタ１２の周縁部を残しておく。また、高温時にウエハＷに反りが発生した場合に凹部の機能が十分に発揮されなくなることを防止するため、サセプタ１２の中央部は削らず、第１の支持面（ＳＣ）が形成されるようにする。この場合、サセプタ中央部における非切削領域（中央凸部）の範囲は、サセプタ１２を支持する支持部材１３の径と同等か、僅かに大きくなるようにする。
【００５３】
次に、任意の計測ポイントについて、温度モニタ用ウエハによる計測値と実際にＴＣ付きウエハにより測定された計測値との相関関係を求めて補正値を決定し、その補正値を全測定ポイントに適用して全ての測定ポイントにおける正確な温度を把握する（ステップＳ３）。この時に、ＴＣ付きウエハにより計測された温度は、図１９および図２０に黒塗りのプロット（黒丸または黒菱形）として示した。なお、図１９および図２０において、横軸はウエハ上の径方向の位置を示しており、０（ゼロ）はウエハ中心部を意味する。
【００５４】
次に、図１２〜図１５に示す温度降下率の基礎試験データを参照し、削る部分（凹部を形成する領域）の温度が、凹部を形成しない領域の温度と同等になるように、各計測ポイントにおける削り量を決定する（ステップＳ４）。この際の削り量は、次に示す式により算出できる。
削り量（ｍｍ）＝温度差／温度降下率
ここで、「温度差」は、凹部を形成する予定の領域の温度と凹部を形成しない領域の温度との差である。そして、必要となる削り量を例えば周方向（サセプタ１２上の同心円上の位置）において平均化して削り量とする。
【００５５】
このように凹部を形成する領域とその削り量を決定した後、サセプタ１２を切削加工することによって、凹部を有するサセプタ１２を作製することができる（ステップＳ５）。
【００５６】
以上のステップＳ１〜ステップＳ５の手順で作製されたサセプタ１２の構造を図１７および図１８に示す。このサセプタ１２は、サセプタ１２の中央部側から周縁部側に向かうに従い、第１底部１１３、第２底部１１４、第３底部１１５が形成された形状の凹部１１２ｅが形成された構造である。ここで、中央凸部１２ｂの半径Ｌ１は４５ｍｍ、凹部１１２ｅにおいて、第１底部１１３の径方向の幅Ｌ２が３０ｍｍ、第２底部１１４の径方向の幅Ｌ３が２５ｍｍ、第３底部１１５の径方向の幅Ｌ４が２５ｍｍであり、周縁凸部１２ｃの径方向幅Ｌ５が２５ｍｍである。
また、凹部１１２ｅにおいて、第１底部１１３のギャップＧ１が０．０５ｍｍ、第２底部１１４のギャップＧ２が０．１３ｍｍ、第３底部１１５のギャップＧ３が０．１ｍｍである。
【００５７】
このような形状で凹部１１２ｅが形成されたサセプタ１２を用いて、前記条件１、２でＴＣ付きウエハを加熱して温度計測を実施した。その結果を図１９および図２０において白抜きのプロット（白丸または白菱形）で示した。図１９および図２０における黒塗りのプロット（凹部なし）と白抜きのプロット（凹部形成）との比較から、白抜きのプロットでは、ウエハＷの中央部と周縁部との間（中間領域）の温度が低下して面内温度が均一化していることがわかる。従って、凹部１１２ｅを形成することにより、ウエハ面内における温度差を小さくできることが確認された。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形することが可能である。例えば、上記実施形態では本発明をＴｉＮ、Ｔｉ膜成膜、およびＷ膜成膜に適用した場合について示したが、これらの膜に限定されず、他のＣＶＤ膜の成膜に適用することが可能である。また、成膜に限らず、加熱をともなう処理であれば、他の処理も可能である。また、単に加熱処理のみを行う装置に適用することも可能である。さらに、基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限らず他の基板、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板等にも適用することが可能である。この場合、基板の大型化に伴い、多数のヒーターを備えた大型の載置台を用いる必要があることから、凹部を形成して温度調節することによって大型基板の面内温度の均一化を図ることができる利点は大きなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図。
【図２】図１の成膜装置に用いられた第１実施形態のサセプタを示す拡大断面図。
【図３】第２実施形態のサセプタを示す断面図。
【図４】第３実施形態のサセプタを示す断面図。
【図５】第４実施形態のサセプタを示す断面図。
【図６】第５実施形態のサセプタを示す断面図。
【図７】第６実施形態のサセプタを示す断面図。
【図８】支持部材の構造を示す断面図。
【図９】ヒーターの配置を示すサセプタの水平断面図。
【図１０】試験例におけるサセプタの状態を模式的に示す図面であり、（ａ）は非プリコート状態、（ｂ）はプリコート状態、（ｃ）は凹部を形成したサセプタのプリコート状態を示す。
【図１１】ウエハ面内温度の測定結果を示すグラフ図。
【図１２】ギャップによる温度降下率とチャンバ内圧力との関係を示すグラフ図（プリコート有りの場合）。
【図１３】ギャップによる温度降下率とチャンバ内圧力との関係を示すグラフ図（プリコートなしの場合）。
【図１４】ギャップによる温度降下率とヒーター設定温度との関係を示すグラフ図（プリコート有りの場合）。
【図１５】ギャップによる温度降下率とヒーター設定温度との関係を示すグラフ図（プリコートなしの場合）。
【図１６】サセプタにおける凹部の作製手順を示すフロー図。
【図１７】凹部が形成されたサセプタの構造を示す平面図。
【図１８】凹部が形成されたサセプタの構造を示す断面図。
【図１９】凹部の有無におけるサセプタ上のウエハ面内の温度分布を示すグラフ図。
【図２０】凹部の有無におけるサセプタ上のウエハ面内の温度分布を示すグラフ図。
【図２１】従来のサセプタを使用した場合のウエハ面内温度の測定結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００６０】
１；チャンバ
１２；サセプタ
１２ａ；凹部
１２ｂ；中央凸部
１２ｃ；周縁凸部
１５ａ；ヒーター（内側）
１５ｂ；ヒーター（外側）
２０；シャワーヘッド
３０；ガス供給機構
３８；排気装置
１００；成膜装置
ＳＣ；第１の支持面
ＳＥ；第２の支持面
Ｗ；半導体ウエハ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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