(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降可能であり、ウエハが載置面に載置される支持台と、
高さ位置が固定され、ウエハの上部の周縁部に配置された熱膨張部材からなるリング状の押さえリングとを備え、
支持台の上昇により、押さえリングがウエハの周縁部に当接し、押さえリングが熱膨張することでウエハを支持台の載置面に押さえつけることを特徴とするウエハ支持装置。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハ支持装置に支持されたウエハに処理を施す処理手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
成膜室内に配置される請求項１に記載のウエハ支持装置と、
成膜室内にプラズマを生成しそこで励起・活性化された粒子によりウエハの表面に薄膜形成処理を施す処理手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造のためにウエハ（基板）を支持するウエハ支持装置及び基板に成膜等の処理を行う半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを成膜室の中に導入してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。プラズマＣＶＤ装置では、成膜室の中に基板を支持するための基板支持部を備えたウエハ支持装置を備えている。
【０００３】
ウエハ支持装置の基板支持部は、静電チャックの機能を持ったセラミックス製となっており、静電気力を持たせて基板を吸着するようになっている。これにより、基板支持部の温度制御を行なうことで、基板への熱伝達を効率良く行い、基板の温度制御を効率的に行なうことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体製造装置（プラズマＣＶＤ装置）におけるウエハ支持装置は、静電チャックの機能を持ったセラミックス製の基板支持部を備えているため、非常に高価なものとなり、消耗品としてのコストが嵩んでいた。また、基板支持部はセラミックスの焼結材であり、脆く衝撃により割れやすく、また、熱膨張係数が大きく広い温度範囲の制御を行なうと破損の虞がある、といった問題があった。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、安価でしかも容易に基板を支持することができるウエハ支持装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、安価でしかも容易に基板を支持することができるウエハ支持装置を備えた半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のウエハ支持装置の構成は、昇降可能であり、ウエハが載置面に載置される支持台と、高さ位置が固定され、ウエハの上部の周縁部に配置された熱膨張部材からなるリング状の押さえリングとを備え、支持台の上昇により、押さえリングがウエハの周縁部に当接し、押さえリングが熱膨張することでウエハを支持台の載置面に押さえつけることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の半導体製造装置の構成は、請求項１に記載のウエハ支持装置に支持されたウエハに処理を施す処理手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体製造装置の構成は、成膜室内に配置される請求項１に記載のウエハ支持装置と、成膜室内にプラズマを生成しそこで励起・活性化された粒子によりウエハの表面に薄膜形成処理を施す処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係るウエハ支持装置を備えた半導体製造装置の全体構成、図２には半導体製造装置における成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）の一例を表す概略側面、図３には成膜装置の他の例を表す概略側面、図４にはウエハ支持装置の斜視状態、図５には基板を支持した状態のウエハ支持装置の断面、図６には他の実施形態例の押圧手段を表す要部断面を示してある。また、図７には本発明の第２実施形態例に係るウエハ支持装置の断面、図８には本発明の第３実施形態例に係るウエハ支持装置の断面を示してある。
【００１３】
図１に示すように、半導体製造装置１は、大気圧中でウエハ（基板）２が多数保管される保管室３を備え、保管室３に保管された基板２はロボット５等の搬送手段により搬送室６に搬送される。搬送室６が真空雰囲気にされた後、搬送室６から基板２が成膜装置７のウエハ支持装置８に搬送されて所定位置に位置決め載置される。保管室３と搬送室６の間、及び搬送室６と成膜装置７の間には内部の圧力を維持するためのゲート９が設けられている。
【００１４】
成膜装置７を説明する。図２に示すように、基部１１には円筒状のチャンバ１２が設けられ、チャンバ１２内に成膜室１３が形成されている。チャンバ１２の上部には円形の天井板１４が設けられ、チャンバ１２の中心における成膜室１３にはウエハ支持装置８が備えられている。ウエハ支持装置８は基板２が載置される支持台としての載置部１７が備えられ、載置部１７は伸縮自在な支持軸１８に支持されている。載置部７は、支持軸１８の伸縮により上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。ウエハ支持装置８には、載置部７が最適な高さに調整された際に基板２を機械的に載置部７の載置面に押し付ける押さえ部材１６が備えられている。
【００１５】
天井板１４の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ２３が配置され、高周波アンテナ２３には整合器２４を介して高周波電源２５が接続されている。高周波アンテナ２３に電力を供給することにより電磁波がチャンバ１２の成膜室１３に入射する。チャンバ１２内に入射された電磁波は、成膜室１３内のガスをイオン化してプラズマを発生する。
【００１６】
チャンバ１２には例えばシラン(SiH4)等の材料ガスを供給するガス供給ノズル２６が設けられ、ガス供給ノズル２６から成膜室１３内に成膜材料（例えばSi）となる材料ガスが供給される。また、チャンバ１２にはアルゴン等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル２７が設けられ、基部１１にはチャンバ１２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口３０が設けられている。
【００１７】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持装置８の載置部１７に基板２が載せられ、載置部７が最適な高さに調整された際に基板２が押さえ部材１６により機械的に載置部７の載置面に押し付けられる。載置部７には図示しないヒータや冷媒通路等からなる温度制御手段が備えられ、載置部７に押し付けられた基板２が効率よく温度制御される。
【００１８】
ガス供給ノズル２６から所定流量の材料ガスを成膜室１３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル２７から処置流量の補助ガスを成膜室１３内に供給し、成膜室１３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源２５から高周波アンテナ２３に電力を供給して高周波を発生させる。同時に、三相インバータ電源２２から電磁石１９に電圧が印加され、成膜室１３内に回転磁場が生成される。
【００１９】
これにより、成膜室１３内の材料ガスがプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板２の表面に接近して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。即ち、処理手段としてプラズマにより成膜を行う機能が構成されている。尚、プラズマにより成膜を行う装置を例に挙げているが、成膜以外でもエッチング等他の処理を行う装置を適用することも可能である。
【００２０】
図３に基づいて成膜装置の他の例を説明する。図３に示した成膜装置は、基板２に金属、例えば、Cuの薄膜を成膜する銅成膜装置の例である。図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２１】
チャンバ１２は、絶縁材料、例えば、セラミックスで形成され、載置部１７は図示しない温度制御手段により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御されている。チャンバ１２の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材３１によって塞がれている。銅板部材３１によって塞がれたチャンバ１２の内部は所定の圧力に維持される。銅板部材３１にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００２２】
チャンバ１２の筒部の周囲にはコイル状巻線アンテナとしてのプラズマアンテナ３２が設けられ、プラズマアンテナ３２には整合器３３及び電源３４が接続されて給電が行われる。
【００２３】
銅板部材３１の下方におけるチャンバ１２の筒部には、チャンバ１２の内部に塩素（ハロゲン）を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50% 、好ましくは10% 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル３５が接続されている。ノズル３５は水平に向けて開口し、ノズル３５には流量制御器３６を介して原料ガスが送られる。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００２４】
上述した銅成膜装置では、チャンバ１２の内部にノズル３５から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ３２から電磁波をチャンバ１２の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３７が発生する。Cl2 ガスプラズマ３７により、銅板部材３１にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）３８が生成される。このとき、銅板部材３１は図示しない温度制御手段により基板２の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００２５】
チャンバ１２の内部で生成された前駆体（CuxCly）３８は、銅板部材３１よりも低い温度に制御された基板２に運ばれる。基板２に運ばれる前駆体（CuxCly）３８は還元反応によりCuイオンのみとされて基板２に当てられ、基板２の表面にCu薄膜が生成される。
【００２６】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2 →２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口３０から排気される。
【００２７】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。また、銅板部材３１の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Al,Ag,Au,Pt,Ta,Ti,W,Si等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板２の表面に生成される薄膜はAl,Ag,Au,Pt,Ta,Ti,W,Si等になる。
【００２８】
図４、図５に基づいてウエハ支持装置８を詳細に説明する。
【００２９】
図に示すように、ウエハ支持装置８は、基板２よりも大きい円形で、例えば、テフロン系のフッ素化合物製の載置部１７と、支持軸１８とで構成され、載置部１７の載置面には図示しない昇降ピンが設けられている。基板２が搬入される場合、昇降ピンが載置部１７の載置面に対して上昇しており、昇降ピンの上に基板２が載せられて所定の位置に調整された後に昇降ピンが下降して基板２が載置部１７の載置面に載置される。載置部１７の載置面の周囲には基板２の周縁が嵌合する案内が設けられ、昇降ピンの下降により案内に基板２の周縁が嵌合して所定位置に載置される。尚、昇降ピンは、載置部１７の昇降により相対的に載置面に対して昇降する構成とされることもある。
【００３０】
載置部１７の外方には複数本（例えば、３本）の支柱４１が固定され、支柱４１の頂部には固定リング４２が取り付けられている。固定リング４２の下方における支柱４１には押さえリング４３が昇降自在に支持されている。押さえリング４３の内周縁の径は基板２の外径に対して若干小さな大きさ（例えば、半径３mm程度小さな径）に形成されている。固定リング４２と押さえリング４３の間における支柱４１には圧縮コイルばね４４が設けられ、圧縮コイルばね４４の両端は固定リング４２及び押さえリング４３にそれぞれ固定されている。押さえリング４３は圧縮コイルばね４４によって下方に付勢された状態になっている。
【００３１】
上記構成のウエハ支持装置８では、複数本の支柱４１の間から基板２が搬入されて載置部１７の載置面に基板２が載置されて所定位置に位置決めされる。基板２を成膜位置に位置させるために支持軸１８が伸長して載置部１７が上昇すると、載置面に載置された基板２の周縁に押さえリング４３が当接する。このとき、圧縮コイルばね４４に縮み側の力が働く。これにより、基板２の周縁（例えば、３mm程度）が押さえリング４３によって載置面に機械的にばね力によって押さえつけられた状態なる（図５参照）。基板２は圧縮コイルばね４４のばね力により押さえリング４３を介して載置面に押さえつけられるので、基板２に反りや寸法誤差等があった場合でも、反りや寸法誤差を吸収することができる。
【００３２】
上述したウエハ支持装置８では、基板２を成膜位置に位置させるために載置部１７を上昇させることで、圧縮コイルばね４４により付勢された押さえリング４３により基板２が載置部１７の載置面に機械的に押さえつけられる。このため、電気的な駆動源等を用いることなく簡単な構成により基板２を載置面に押さえつけることができ、安価でしかも容易に基板２を載置部１７に支持することが可能になる。
【００３３】
そして、図２に示したプラズマＣＶＤ装置及び図３に示した成膜装置では、安価でしかも容易に基板２を載置部１７に支持することができるウエハ支持装置８を備えた半導体製造装置とすることが可能になる。
【００３４】
尚、支柱４１の頂部に固定リング４２を取り付けて複数本の支柱４１を一体的な構成としたが、固定リング４２に代えて支柱４１の頂部にそれぞれに圧縮コイルばね４４を受けるフランジ等を設けることも可能である。また、載置部１７を固定状態とし、支柱４１、固定リング４２及び押さえリング４３を昇降させる構成とすることも可能である。
【００３５】
また、図６に示すように、押さえリング４３に代えて、固定リング４２の下面から下部を臨むボール部材５１を設け、ボール部材５１をばね部材５２により下方に付勢する構成（押圧手段）とすることも可能である。この場合、載置部１７を上昇させることで、ばね部材５２により付勢されたボール部材５１により基板２が載置部１７の載置面に機械的に押さえつけられる。ボール部材５１を用いた場合、固定リング４２と基板２との間で周方向に相対的な移動等があっても、ボール部材５１の回転により吸収することができる。
【００３６】
図７に基づいてウエハ支持装置の第２実施形態例を説明する。尚、図４、図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３７】
第２実施形態例のウエハ支持装置４６は、載置部１７の外方には複数本（例えば、３本）の支柱４７がチャンバ１２に対して昇降自在に支持され、支柱４７の頂部には押さえリング４８が取り付けられている。押さえリング４８の内周縁の径は基板２の外径に対して若干小さな大きさ（例えば、半径３mm程度小さな径）に形成されている。チャンバ１２の外側に貫通する支柱４７とチャンバ１２側との間には支柱４７を下方に付勢する圧縮コイルばね４９が取り付けられている。
【００３８】
上記構成のウエハ支持装置４６では、複数本の支柱４８の間から基板２が搬入されて載置部１７の載置面に基板２が載置されて所定位置に位置決めされる。基板２を成膜位置に位置させるために支持軸１８が伸長して載置部１７が上昇すると、載置面に載置された基板２の周縁に押さえリング４８が当接する。このとき、圧縮コイルばね４９に縮み側の力が働く。これにより、支柱４８を介して押さえリング４８に押し付け力が生じ、基板２の周縁（例えば、３mm程度）が押さえリング４８によって載置面に機械的に押さえつけられた状態となる。基板２は圧縮コイルばね４９のばね力により押さえリング４８を介して載置面に押さえつけられるので、基板２に反りや寸法誤差等があった場合でも、反りや寸法誤差を吸収することができる。
【００３９】
上述したウエハ支持装置４６では、基板２を成膜位置に位置させるために載置部１７を上昇させることで、圧縮コイルばね４９により付勢された支柱４７及び押さえリング４８により基板２が載置部１７の載置面に機械的に押さえつけられる。このため、電気的な駆動源等を用いることなく簡単な構成により基板２を載置面に押さえつけることができ、安価でしかも容易に基板２を載置部１７に支持することが可能になる。
【００４０】
図８に基づいてウエハ支持装置の第３実施形態例を説明する。尚、図４乃至図７に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４１】
第３実施形態例のウエハ支持装置５６は、載置部１７の外方には複数本（例えば、３本）の支柱５７がチャンバ１２に固定され、支柱５７の頂部には熱膨張部材（例えば、SiO2）で構成される押さえリング５８が取り付けられている。押さえリング５８は温度制御される載置部１７に接触して熱伝達により温度が上昇することで膨張する構成となっている。従って、押さえリング５８には載置部１７に接触する接触部５９が備えられている。押さえリング５８の内周縁の径は基板２の外径に対して若干小さな大きさ（例えば、半径３mm程度小さな径）に形成されている。押さえリング５８の高さは、載置部１７が上昇して成膜位置に基板２が位置した際に、押さえリング５８が基板２の上面に当接する高さに設定されている。
【００４２】
上記構成のウエハ支持装置５６では、複数本の支柱５７の間から基板２が搬入されて載置部１７の載置面に基板２が載置されて所定位置に位置決めされる。基板２を成膜位置に位置させるために支持軸１８が伸長して載置部１７が上昇すると、押さえリング５８の接触部５９が載置部１７に接触すると共に、載置面に載置された基板２の周縁に押さえリング５８が当接する。接触部５９が載置部１７に接触することで、載置部１７からの熱が押さえリング５８に伝達して押さえリング５８が熱膨張する。これにより、押さえリング５８に押し付け力が生じ、基板２の周縁（例えば、３mm程度）が押さえリング５８によって載置面に機械的に押さえつけられた状態なる。
【００４３】
上述したウエハ支持装置５６では、基板２を成膜位置に位置させるために載置部１７を上昇させることで、押さえリング５８の接触部５９が載置部１７に接触して押さえリング５８が熱膨張し、押さえリング５８により基板２が載置部１７の載置面に機械的に押さえつけられる。このため、電気的な駆動源等を用いることなく極めて簡単な構成により基板２を載置面に押さえつけることができ、安価でしかも容易に基板２を載置部１７に支持することが可能になる。この場合も、載置部１７側を固定して押さえリング５８を昇降させるようにすることも可能である。
【００４６】
請求項１の本発明のウエハ支持装置は、昇降可能であり、ウエハが載置面に載置される支持台と、高さ位置が固定され、ウエハの上部の周縁部に配置された熱膨張部材からなるリング状の押さえリングとを備え、支持台の上昇により、押さえリングがウエハの周縁部に当接し、押さえリングが熱膨張することでウエハを支持台の載置面に押さえつけるようにしたので、電気的な駆動源等を用いることなく簡単な構成のばね部材によりウエハを載置面に押さえつけることができる。従って、安価でしかも容易にウエハを支持台に支持することが可能になる。
【００４７】
本発明の半導体製造装置は、請求項１に記載のウエハ支持装置に支持されたウエハに処理を施す処理手段を備えたので、安価でしかも容易にウエハを支持台に支持することができるウエハ支持装置を備えた半導体製造装置とすることが可能になる。
【００４８】
また、本発明の半導体製造装置は、成膜室内に配置される請求項１に記載のウエハ支持装置と、成膜室内にプラズマを生成しそこで励起・活性化された粒子によりウエハの表面に薄膜形成処理を施す処理手段とを備えたので、安価でしかも容易にウエハを支持台に支持することができるウエハ支持装置を備えた半導体製造装置とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るウエハ支持装置を備えた半導体製造装置の全体構成図。
【図２】半導体製造装置における成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）の一例を表す概略側面図。
【図３】成膜装置の他の例を表す概略側面図。
【図４】ウエハ支持装置の斜視図。
【図５】基板を支持した状態のウエハ支持装置の断面図。
【図６】他の実施形態例の押圧手段を表す要部断面図。
【図７】本発明の第２実施形態例に係るウエハ支持装置の断面図。
【図８】本発明の第３実施形態例に係るウエハ支持装置の断面図。
【符号の説明】
１  半導体製造装置
２  ウエハ（基板）
３  保管室
５  ロボット
６  搬送室
７  成膜装置
８，４６，５６  ウエハ支持装置
９  ゲート
１１  基部
１２  チャンバ
１３  成膜室
１４  天井板
１６  押さえ部材
１７  載置部
１８  支持軸
１９  電磁石
２０  鉄心
２１  コイル
２２  三相インバータ電源
２３  高周波アンテナ
２４，３３  整合器
２５  高周波電源
２６  ガス供給ノズル
２７  補助ガス供給ノズル
３０  排気口
３１  銅板部材
３２  プラズマアンテナ
３４  電源
３５  ノズル
３６  流量制御器
３７  Cl2 ガスプラズマ
３８  前駆体（CuxCly）
４１，４７，５７  支柱
４２  固定リング
４３，４９，５８  押さえリング
４４，４９  圧縮コイルばね
５１  ボール部材
５２  ばね部材
５９  接触部
【図１】
0003771833.tif 000002
【図２】
0003771833.tif 000003
【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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