(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハとサセプタの接触面積を減少させることによって、ウエハの吸着を抑制する。【解決手段】基板保持領域を有するCVD用の基板保持装置は、基板が載置される基準面を画成する連続面である基板保持面と、基準面より低い底面を有する複数のディンプルとを含む。それぞれのディンプルは基板支持面の一部により互いに離隔されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持領域を有するCVD用の基板保持装置であって、
基板を載置する基準面を画成する連続面である基板保持面と、
基準面より低い底面を有する複数のディンプルであって、それぞれのディンプルは基板保持面の一部により互いに離隔されているところのディンプルと、
から成る装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板保持装置であって、前記基板保持面は基板保持領域の面積の５０％以下の面積を有する、ところの装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板保持装置であって、基板保持面は基板保持領域の面積の２０％またはそれ以下の面積を有する、ところの装置。
【請求項４】
請求項１に記載の基板保持装置であって、各ディンプルは基準面上に円形を有する、ところの装置。
【請求項５】
請求項４に記載の基板保持装置であって、前記ディンプルの数は３個またはそれ以上である、ところの装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板保持装置であって、３個の円の中心を結ぶ仮想線が正三角形を形成するように３個の円形ディンプルが互いに隣接して配置される、ところの装置。
【請求項７】
請求項１に記載の基板保持装置であって、各ディンプルは四角形の形状を有する、ところの装置。
【請求項８】
請求項７に記載の基板保持装置であって、基板保持面は交差線形状を有する、ところの装置。
【請求項９】
請求項１に記載の基板保持装置であって、基板保持面は基準面上にディンプルの無い周辺領域を有する、ところの装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の基板保持装置であって、基板保持領域は複数のリフトピン用の穴を有する、ところの装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の基板保持装置であって、基板保持面は１μｍまたはそれ以下の中心線平均粗さ（Ra）を有する、ところの装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の基板保持装置であって、基板保持面は、アルミニウムまたはアルミニウム合金上に形成された陽極酸化膜から成る、ところの装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の基板保持装置であって、ディンプルは０.０５ｍｍから１.０ｍｍの深さを有する、ところの装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の基板保持装置であって、さらに、基板保持領域の外側の外周領域を含み、前記外周領域は基準面より高い高さを有する、ところの装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の基板保持装置であって、前記外周領域は締着ネジ用の複数の穴を有する、ところの装置。
【請求項１６】
基板上に薄膜を形成するためのCVD装置であって、
真空チェンバと、
真空チェンバ内にガスを導入するための、真空チェンバ内に設置されたガス導入口と、
前記真空チェンバ内に設置された、請求項１に記載の基板保持装置と、
から成る装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のCVD装置であって、さらに、基板保持装置を載置しかつそれとネジで固定されるヒータを含む、ところの装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載のCVD装置であって、前記CVD装置はプラズマCVD装置であり、ガス導入口は一方の電極として機能するシャワープレートであり、基板保持装置は前記シャワープレートと平行に対向して設置されかつ他方の電極として機能する、ところの装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、概して、基板上に薄膜を形成するためのCVD装置内に設置されるように構成された基板保持装置に関する。本願発明は、さらに、該基板保持装置を内部に設置したCVD装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図1は従来のプラズマ処理装置の概略図である。プラズマ処理装置1は反応チェンバー6、ガス導入口5、保持部であるサセプタ3およびヒータ2より構成された第２電極を含む。図示しないガスラインより、ガス導入口5を通してガスを導入する。円形の第１電極９はガス導入口5のすぐ下に配置されており、第１電極9は中空構造を取り、その底面に多くの細孔を有し、そこから被処理体であるウエハ4に向かってガスを噴出する。また、第１電極9は、メンテナンスの容易性、部品コストの削減のため、複数のガス導入孔を有するシャワープレート11を交換できる構造となっている。
【０００３】
また、反応チェンバー6の底部には排気口10が存在する。この排気口10は図示しない外部真空ポンプに結合され、その結果、反応チェンバー6の内側は排気される。サセプタ3は第１電極9に平行に対向して配置されている。サセプタ3はその上にウエハ4を保持し、ヒータ2によってウエハ4を連続的に加熱し、所定の温度(−50〜650℃)にウエハ4を維持する。ガス導入口5および第１電極9は反応チェンバー6から絶縁され、外部の第一の高周波電源7に接続される。このとき第二の高周波電源8を接続する場合もある。
【０００４】
サセプタ3は、一般に、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、保護膜として陽極酸化膜がコーティングされている。このような構造のサセプタでは、従来から知られているようにウエハの吸着が起こるため、ウエハとサセプタの接触面積を減らす目的で、ブラスト処理や、ブラスト処理＋ケミカル処理（多少のエッチングをしている）、ブラスト処理＋研磨処理（特開平10-340896）、サセプタに凸部を設ける（米国特許5531835）対策を施している。
【特許文献１】特開平１０−３４０８９６号
【特許文献２】米国特許第５５３１８３５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、色々な膜種の所望の膜特性を、制御性良く安定して、装置トラブルもなく生産することが強く望まれている。しかしながら、従来技術では、サセプタ表面の状態の制御性が低く、個体差が大きいため、ウエハとサセプタの接触面積のばらつきが大きいという問題点がある。また、従来の改良された技術でも、ウエハの吸着を十分低減することは困難であり、また、ウエハの吸着を低下させると膜厚の膜内均一性の悪化、ストレス等の膜特性の悪化を生ずる問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、ウエハとサセプタの接触面積を減少させることによって、ウエハの吸着を抑制すること、また、他の目的は、サセプタ表面の状態の制御性を向上させること、さらに他の目的は、サセプタ間の個体差もなくし、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜（ＵＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ）、酸窒化シリコン膜、低誘電率Ｆドープ酸化シリコン膜、低誘電率Ｃドープ酸化シリコン膜等からなる薄膜を成膜する場合に、各膜種の所望の膜特性を得ること、更に、他の目的は、上記の膜を制御性良く安定して、装置トラブルもなく生産すること等である。本発明はこれら目的の一つあるいはそれ以上を達成するための被処理体保持装置、また、該被処理体保持装置を備えた半導体製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある態様によれば、本発明は、高い領域と低い領域からなるようにパターニングし、前記高い領域が被処理体（基板ともいう）を保持する被処理体保持領域を構成する被処理体保持装置であって、前記高い領域が連続していることを特徴とする被処理体保持装置を提供する。
【０００８】
また、ある態様では、前記高い領域は、その上に保持される被処理体との接触面積は、被処理体の面積の２０％以下である。
【０００９】
また、ある態様では、前記低い領域の平面的形状は円形である。
【００１０】
更に、ある態様では、該被処理体保持装置を半導体製造装置に用いる。
【００１１】
これら態様の少なくとも一つによれば、保持体表面の状態の制御性を維持しつつ被処理体の吸着を抑制することができる。
【００１２】
関連する従来技術を超える利点及び本発明を要約するために、本発明のいくつかの目的及び利点を上記した。もちろん、本発明の特定の実施例に従い、これらすべての目的または利点が必ずしも達成されるものではない。よって、本発明はここに教示または示唆されるような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここに教示されるようなひとつまたは複数の利点を達成しまたは最適化する方法で実施または実行され得ることは当業者の知るところである。
【００１３】
本発明の他の態様、特徴及び利点は以下の好適実施例の詳細な説明より明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、好適実施例とともに、本発明を詳細に説明する。本発明は、この好適実施例に限定されるものではない。
【００１５】
ひとつの実施例において、本発明は基板保持領域を有するCVD用の基板保持装置を与え、当該装置は、(i)基板を載置する基準面を画成する連続面である基板保持面と、(ii)基準面より低い底面を有する複数のディンプルであって、各ディンプルが基板保持面の一部により互いに離隔されているところのディンプルと、から成る。
【００１６】
上記実施例はさらに以下の実施例を含む。
【００１７】
基板保持面は、基板保持領域全体の面積の５０％以下の面積を有する。ひとつの実施例において、その面積は４０％、３０％、２０％、１０％、５％、３％及びこれら任意の２数間の範囲であり、好ましくは、約２０％またはそれ以下である。一般に、接触面積（すなわち、基板保持面の面積）が小さいほど、基板保持面への基板の吸着は生じ難くなる。連続面の替わりに不連続の接触面を有する基板保持装置と比較すると、連続面の接触面積が不連続面の接触面積と同等だとしても、驚くほどに連続面への基板の吸着は不連続面への吸着よりかなり少ない。
【００１８】
各ディンプルは基準面上に円形を形成する。この場合、ディンプルの数は３つまたはそれ以上である。互いに隣接する３つのディンプルは、３つの円の中心を結ぶ仮想線が正三角形を形成するように配列されている。
【００１９】
他の実施例において、各ディンプルは四角形であってもよい。基板保持面は、交差線形状またはハニカム形状に形成されてもよい。
【００２０】
ディンプルは、円、楕円、三角形、正方形、五角形、六角形、スリットまたはこれらの任意の組み合わせを含む適当な形状を有しても良い。ディンプルはさまざまなサイズ及び／または形状のディンプルから成る。好適には、ディンプルは半径方向に対称なパターンで配列するか、または基板保持領域全体に均一に分布する。膜の品質及び／または厚さの均一性の観点から、ディンプルの大きさ及び数が選択される。ディンプルの数は、ひとつの実施例において４個から２０００個、他の実施例において４０個から１０００個、さらに他の実施例において１００個から５００個の範囲内にある。
【００２１】
基板保持面は基準面上のディンプルの無い周辺領域を有する。周辺領域は“ウエハポケット”と呼ばれ、それは基板外周部と接触する。周辺領域の幅は、基板の大きさ、リアクタの構成等に応じて約２ｍｍから約２０ｍｍ（他の実施例では、約５ｍｍから約１５ｍｍ）の範囲にある。上記したディンプルの数は完全な形状を有するディンプルの数であり、完全形状を有しない周辺領域のディンプルを含んでいない。
【００２２】
基板保持領域はリフトピン用の複数の穴を有する。ひとつの実施例において、リフトピン用の穴の数は３個または４個であり、リフトピン用の穴は中心と基板保持領域の外周との間のほぼ中央に設けられている。
【００２３】
基板保持面は約１μｍまたはそれ以下の中心線平均粗さ（Ra）を有する。基板保持装置は、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミナ、窒化アルミニウム等から成り、その表面には陽極酸化膜がコーティングされてもよい。
【００２４】
ディンプルの深さは、ひとつの実施例では約０.０５ｍｍから約１ｍｍであり、他の実施例では約０.１ｍｍから約０.５ｍｍである。ディンプルの内側幅は、ひとつの実施例では約２ｍｍから約５０ｍｍであり、他の実施例では約５ｍｍから約２０ｍｍである。
【００２５】
基板保持装置はさらに、基板保持領域外側の外周領域から成り、外周領域は基準面より高い高さを有する。外周領域は、ひとつの実施例で約０.２ｍｍから約１０ｍｍの高さを有し、他の実施例で約０.４ｍｍから約１ｍｍの高さを有する。外周領域は締着ネジ用の複数（例えば、３個から１０個）の穴を有する。
【００２６】
ディンプルはNCミリング、ケミカルミリングまたはフォトエッチングにより製造される。
【００２７】
他の態様において、本発明は薄膜を基板上に形成するためのCVD装置を与え、当該装置は、(a)真空チェンバと、(b)真空チェンバ内にガスを導入するための、真空チェンバ内に設置されたガス導入口と、(c)上記した基板保持装置のいずれかひとつと、から成る。
【００２８】
当該CVD装置は、さらに、基板保持装置を載置しかつそれとネジで固定されるヒータを含む。基板保持装置は、プラズマCVD装置、好ましくは容量結合式プラズマCVD装置内に設置されるが、熱CVD装置及びHD（高密度）CVD装置のような他の種類のCVD装置内に設置されてもよい。容量結合式プラズマCVD装置の場合、ガス導入口は一方の電極として機能するシャワープレートであり、基板保持装置はシャワープレートと平行に対向して配置され、他方の電極として機能する。
【００２９】
すべての上記実施例において、ひとつの実施例で使用された任意の構成要件は、置換が容易でないかまたは逆効果であるような場合を除き、他の実施例においても相互に交換して使用可能である。また、本発明は装置及び方法に対して同様に適用可能である。
【００３０】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図面は本願発明を限定するものではない。以下の実施例において、基板保持装置としてサセプタが使用され、基板としてウエハが使用される。また、ディンプルは凹部と呼ぶ。
【００３１】
以下、図２を用いて、本発明に係る半導体製造装置としてのプラズマ処理装置について説明する。
【００３２】
プラズマ処理装置20は反応チェンバー6、ガス導入口5、保持部であるサセプタ21およびヒータ2より構成された第２電極を含む。図示しないガスラインより、ガス導入口5を通してガスを導入する。円形の第１電極９はガス導入口5のすぐ下に配置されており、第１電極9は中空構造を取り、その底面に多くの細孔を有し、そこから被処理体であるウエハ4に向かってガスを噴出する。また、第１電極9は、メンテナンスの容易性、部品コストの削減のため、複数のガス導入孔を有するシャワープレート11を交換できる構造となっている。
【００３３】
また、反応チェンバー6の底部には排気口10が存在する。この排気口10は図示しない外部真空ポンプに結合され、その結果、反応チェンバー6の内側は排気される。サセプタ21は第１電極9に平行に対向して配置されている。サセプタ21はその上にウエハ4を保持し、ヒータ2によってウエハ4を連続的に加熱し、所定の温度(−50〜650℃)にウエハ4を維持する。ガス導入口5および第１電極9は反応チェンバー6から絶縁され、外部の第一の高周波電源7に接続される。このとき第二の高周波電源8を接続する場合もある。12は接地である。こうして第１電極9および第２電極は高周波電極として機能し、ウエハ4近傍にプラズマ反応場を生成する。ウエハ4の表面上に形成される膜の種類および膜質は、材料ガスの種類および流量、温度、RF周波数の種類、プラズマの空間分布ならびに電位分布により変化する。
【００３４】
ここで、サセプタ21は、高い領域と低い領域からなるように、パターニングされており、高い領域がウエハを保持し、高い領域が連続している。高い領域は、その上に保持されるウエハと、全ウエハ面積の20％以下の接触面積で接触していると効果的であり、低い領域の平面的形状は、円形・四角形・六角形その他の形状であってもよい。
【００３５】
サセプタ3を、ウエハの吸着を防ぐために、高い領域と低い領域からなるように、パターニングし、ウエハとサセプタの接触面積を減少させるが、米国特許第5531835号に記載のように、独立した凸部の形成により接触面積を減少させる先行例では、高い領域が不連続であり、温度分布や、プラズマからウエハを通して流れるRF電流が、ウエハ面内で不均一となり、膜厚分布が悪化する。一方、高い領域が連続していると、非連続の場合に比べ大きい接触面積でも同等のウエハの吸着抑制効果を発揮することができ、温度分布や、プラズマからウエハを通して流れるRF電流の、ウエハ面内での均一性が維持され、膜厚分布が悪化することはない。
【実施例】
【００３６】
本実施例では、サセプタ21に低い領域として、加工のし易さ等の理由から円形の複数の凹部を配置した。高い領域は連続している。該サセプタは２００ｍｍウエハ用のものである。図７(a)〜(c)に本実施例で使用したサセプタの形状を示す。円形凹部32の深さは０．２ｍｍ、内径は９．５ｍｍ、隣り合う円形凹部の中心間の距離は１０ｍｍ（従って、肉厚は０．５ｍｍ）である。また、円形凹部は隣り合う３つの円形凹部の中心を結ぶと正三角形になるように配置している（図７(b)）。該正三角形の一辺は１０ｍｍとなる。
【００３７】
また、サセプタ21の外径は２５０ｍｍ、ウエハ支持領域31の外径は２０１ｍｍ、ウエハポケット31の幅は６ｍｍ、ウエハポケットの外周部の高さは０．５ｍｍ、凹部の設けられている領域の外径は１９０ｍｍであるが、完全な円形を保っている凹部の領域の外径は１８６ｍｍである（図７(c)）。なお、高い領域33はウエハポケット31を含めて同じ高さで連続している。また、ウエハポケットの外周部にはネジ止め用の穴34が設けられ、また、ウエハ支持領域30内にはリフトピン用の穴35が設けられている（図７(a)）。また、サセプタはアルミナ製で表面を陽極酸化膜処理してある（厚み４５μｍ：通常１０〜１００μｍ）。
【００３８】
該円形凹部を有するウエハ支持領域におけるウエハ接触率は１８％である（図３、ＴＰ−１）。
【００３９】
これに対して、図３に示すように、比較例１〜３は四角形状の独立した非連続の凸部であり、比較例１〜３にいくにしたがって段階的に形状を大きくしている。ウエハ接触率はそれぞれ６％（ＴＰ−２）、２３％（ＴＰ−２）、５０％（ＴＰ−４）である。また図３の従来例はブラスト処理＋ケミカル処理（多少のエッチング処理）を行ったものである（ＴＰ−０）。ウエハ接触率の算定は困難である。
【００４０】
実施例では図２に示すプラズマＣＶＤ装置を、従来例では図１に示すプラズマＣＶＤ装置を用いた。リアクタはどちらもDragon（商標）（日本エーエスエム株式会社製）を用いた。
【００４１】
実験例
膜種：TEOS
成膜
原料ガス１：TEOS ( 100 sccm )
原料ガス２：O2 ( 1000 sccm )
第１高周波電源（HRF）：13.56MHz（1.0 W/cm2−アノード基準）
第２高周波電源（LRF）：400kHz（0.37 W/cm2）
基板：φ200mm  シリコン基板
【００４２】
結果
図４に成膜結果を、図６に両面研磨ウエハの裏面にシリコン窒化膜をつけたウエハを、10枚連続で成膜した場合の、ウエハ吸着率のウエハとサセプタの接触面積依存性を示す。なお、図５(a)〜図５(e)は各膜における面内均一性をマッピングした結果を示している。両面研磨ウエハの裏面にシリコン窒化膜を付けた理由は、ウエハが吸着しやすくするためである。図４の均一性の値と図５(a)〜(e)のマッピングとから明らかなように、ウエハとサセプタの接触面積が小さくなると、膜厚分布の面内均一性が悪化することがわかる。また、図６より、ウエハとサセプタの接触面積が小さいとウエハの吸着を防止できることがわかる。なお、従来例は接触率が算定できないので図６上では吸着率のみを示している。従って、ウエハの吸着を抑制するために、サセプタに対するウエハの接触率を低下させると、ウエハの吸着は改善されるが、膜厚分布の面内均一性が悪化しストレスが増加する。
【００４３】
比較例では、ウエハの面積に対するサセプタの接触面積（接触率）が２０％程度（TP−3、２３％）だと従来例（TP−0）に比べ約１．７５倍にウエハ吸着率が悪化する（図６）。６％の接触率（TP−2）だとウエハ吸着を防ぐことができるが（図６）、その場合、膜厚不均一性は従来例（TP−0）の約３倍に増加し（図４）、ストレスは１５％程度増加する（図４）。一方、高い領域を連続とした本実施例（TP−1、１８％）では、接触率２０％程度でも膜厚不均一性、ストレスを有意に悪化させずに（TP−3と同程度）、ウエハの吸着率を従来例（TP−0）に比べ半減させることができ（図６）、高い領域を連続とした効果は顕著である。更に、従来例ではサセプタ間のバラツキを避けることができなかったが、本実施例によれば、加工、表面処理の制御が容易かつ確実であり、サセプタ間のバラツキを低減することができる。
【００４４】
このように、独立した凸部の形成により接触面積を減少させる場合に比較し、本発明の連続凸部によるサセプタ形状では、ウエハとサセプタの接触面積を小さくすることによるウエハの吸着防止の効果を顕著に増加させることができる。また、独立した凸部による接触面積とウエハの接触率が同程度の場合、本発明の連続凸部によるサセプタ形状では、高い領域が連続しているため、温度分布や、プラズマからウエハを通して流れるRF電流の、ウエハ面内での均一性が維持され、膜厚分布が悪化することを抑制することができる。
【００４５】
上記では円形の凹部を形成したサセプタを用いたが、凹部は円形に限らず、三角、四角、六角、等を使い、放射状、格子状、ハニカム状に配置することもできる。図８(a)〜図８(c)に正方形凹部を形成したサセプタ21’の例を示す。
【００４６】
記号40、41、42、43、44、45は図７(a)〜図７(c)の30、31、32、33、34、35にそれぞれ相当する。サイズは図７(a)〜図７(c)のサセプタ21と同等である。なお、正方形凹部の一辺は９ｍｍで、隣り合う正方形凹部間の高い領域43の幅は１ｍｍである。ウエハ接触率は１９％である。
【００４７】
また、上記した態様では、凹部の被処理体保持表面における形状と底面の形状は同じである（即ち被処理体保持表面から底面までの側壁が該被処理体保持表面に対して垂直）のが、ある態様では、凹部は被処理体保持表面から底面までの側壁が勾配を有する。
【００４８】
また、上記した態様では、被処理体支持装置はサセプタの形態であり、ヒータ上に設置されるもの（厚みは５〜２０ｍｍ程度、実施例では１０ｍｍ）であるが、ある態様では、該被処理体支持装置はヒータと一体化しており、従ってネジ止め用の穴はない。
【００４９】
本発明の思想から離れることなく、多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の態様を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、従来のプラズマCVD装置の略示図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に従うプラズマCVD装置の略示図である。
【図３】図３は、従来のサセプタ、本発明に従うサセプタ及び比較例サセプタのプロファイルを示す図である。
【図４】図４は、図３に示すサセプタを使って形成される膜特性を示す表である。
【図５】図５(a)から(e)は、図３に示すTP-0、TP-1、TP-2、TP-3、TP-4に対応する、膜厚均一性の結果をマッピングしたものである。
【図６】図６は、図３に示すサセプタを使う際の吸着率とウエハ接触率との関係を示すグラフである。
【図７】図７(a)は、本発明の実施例に従うサセプタの平面図であり、図７(b)は、ディンプル模様を表すサセプタの部分拡大図であり、図７(c)はサセプタの部分断面図である。
【図８】図８(a)は、本発明の実施例に従うサセプタの半分の平面図であり、図８(b)はサセプタの断面図であり、図８(c)はサセプタの部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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