JP2001217195A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板処理装置に於いて、簡単な構造で而も温度
均一性が容易に得られるサセプタを提供する。 【解決手段】被処理基板１６を載置するサセプタ２０
と、該サセプタが載設され該サセプタを加熱するパネル
ヒータ６とを具備し、減圧状態でプラズマを生成して基
板処理する基板処理装置に於いて、前記サセプタの厚み
方向の熱伝達率を周辺部については大きく、中心部につ
いては小さくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子製造に於
いて、被処理基板であるシリコンウェーハに薄膜を生成
し、或は薄膜をエッチングする基板処理装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図７、図８に於いて、従来の基板処理装
置、特に枚葉式の基板処理装置について説明する。

【０００３】気密な真空チャンバ１の天井部にはカソー
ド電極（上部電極）２が設けられ、該カソード電極２に
対向し、前記真空チャンバ１の底部にはアノード電極
（下部電極）４が設けられ、前記カソード電極２と真空
チャンバ１とは絶縁体３により絶縁され、前記アノード
電極４と真空チャンバ１とは絶縁体５により絶縁されて
いる。

【０００４】前記アノード電極４は被処理基板１６を受
載するサセプタを兼ねており、前記アノード電極４はア
ルミニウム等の金属から成るパネルヒータ６上に密着し
て設けられている。

【０００５】該パネルヒータ６内には棒状の発熱体がリ
ング状に形成された外環発熱体７及び内環発熱体９が同
心に埋設されており、前記外環発熱体７は電源１３に接
続され、前記内環発熱体９は電源１４に接続され、前記
電源１３、電源１４はそれぞれ制御部１５に接続されて
いる。

【０００６】前記外環発熱体７の発熱状態を検出する
為、該外環発熱体７の近傍に熱電対８を埋設し、同様に
前記内環発熱体９の近傍に熱電対１０を埋設する。前記
熱電対８の温度に起因する検出電圧は電圧計１１により
検出され、又前記熱電対１０の検出電圧は電圧計１２に
より検出され、前記電圧計１１の検出結果、前記電圧計
１２の検出結果はそれぞれ前記制御部１５に入力され
る。

【０００７】前記被処理基板１６が処理される場合は、
図示しない搬送機により前記真空チャンバ１内に前記被
処理基板１６が搬入され、前記アノード電極４即ちサセ
プタ４に乗置され、前記アノード電極４により均一に加
熱される。

【０００８】前記真空チャンバ１内に反応ガスが供給さ
れつつ、前記カソード電極２とサセプタ４間に高周波電
力が印加され、該カソード電極２、サセプタ４間にプラ
ズマが発生され、高温、減圧下で活性化した原子によ
り、前記被処理基板１６に薄膜が形成され、或は形成さ
れた薄膜にエッチングが成される。

【０００９】薄膜の生成、或はエッチングに於いて、被
処理基板の温度の均一性は基板処理性能に大きな影響を
及す。従って、前記サセプタ４の表面の均熱性は極めて
重要である。

【００１０】一般的に、円板を加熱した場合、周辺部か
らの熱の拡散量が大きい。その為サセプタに於いても、
外周部は中央部に比べて温度が低くなる傾向がある。従
って、サセプタ４の表面温度を均一とするには、周辺部
への熱の供給を多くする必要がある。

【００１１】従来、サセプタ４表面の均熱性を確保する
為、周辺部を加熱する様に前記外環発熱体７を前記サセ
プタ４の周辺部に埋設し、又中央部を加熱する様に内環
発熱体９を前記サセプタ４の中央部に埋設し、前記外環
発熱体７及び内環発熱体９それぞれを独立して温度制御
可能としている。

【００１２】前記外環発熱体７の発熱状態は前記電圧計
１１により前記制御部１５にフィードバックされ、又前
記内環発熱体９の発熱状態は前記電圧計１２により、前
記制御部１５にフィードバックされ、前記パネルヒータ
６の表面が所定温度で且つ均一となる様、前記電源１３
から前記外環発熱体７への供給電力及び前記電源１４か
ら前記内環発熱体９への供給電力を前記制御部１５が制
御している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のサセプタ４は高
温での強度を確保する為、５０mm程度の大きな厚みを必
要としている。この為、半径方向の熱移動量が大きくな
り、前記外環発熱体７と内環発熱体９の発熱量を制御し
たとしても、ゾーン温度制御に反映されない状態となっ
ている。この為、前記サセプタ４の上面での温度の均一
性を得ることが、困難となっていた。

【００１４】更に、前記サセプタ４に２つの発熱体を埋
設し、個々に温度制御する等構造が複雑になり、２ゾー
ン温度制御方式のサセプタ４を製作することは高価であ
り、又改良、再制作が困難であるという問題があった。

【００１５】本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構造で
而も温度均一性が容易に得られるサセプタを提供するも
のである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理基板を
載置するサセプタと、該サセプタが載設され該サセプタ
を加熱するパネルヒータとを具備し、減圧状態でプラズ
マを生成して基板処理する基板処理装置に於いて、前記
サセプタの厚み方向の熱伝達率を周辺部については大き
く、中心部については小さくした基板処理装置に係り、
又サセプタ内の中心部に中央部空隙を形成し、該中央部
空隙と同心に周辺部空隙を形成し、前記中央部空隙、周
辺部空隙にガスを封入すると共に周辺部空隙に封入する
ガスの圧力を中央部空隙に封入するガスの圧力より高く
した基板処理装置に係るものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００１８】図１〜図３は第１の実施の形態を示してお
り、図中、図７、図８中で示したものと同等のものには
同符号を付してある。

【００１９】気密な真空チャンバ１の天井部にはカソー
ド電極（上部電極）２が設けられ、該カソード電極２に
対向し、前記真空チャンバ１の底部にはアノード電極
（下部電極）即ちサセプタ２０が設けられ、前記カソー
ド電極２と真空チャンバ１とは絶縁体３により絶縁さ
れ、前記サセプタ２０と真空チャンバ１とは絶縁体５に
より絶縁されている。前記カソード電極２と前記サセプ
タ２０間には高周波電源により高周波電力が印加される
様になっている。

【００２０】アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化アルミ（Ａ
ｌＮ）、ＳｉＣ若しくはそれぞれの複合物等から成る前
記サセプタ２０はパネルヒータ６上に密着して設けら
れ、該パネルヒータ６には図３で示される様に、一本の
外環発熱体７が埋設され、該外環発熱体７は電源１３に
接続され、該電源１３は制御部１５によって電力供給が
制御されている。又、前記外環発熱体７による加熱状態
は、前記パネルヒータ６に埋設された熱電対８、電圧計
１１により検出され、検出結果は該電圧計１１から前記
制御部１５に入力される様になっている。

【００２１】前記サセプタ２０について説明する。

【００２２】該サセプタ２０は図２に示される様に、内
部中央部に円盤状の中央部空隙２２が形成され、該中央
部空隙２２と同心にドーナツ盤状の周辺部空隙２１が形
成されている。

【００２３】前記周辺部空隙２１に圧力制御ライン２３
を接続し、該圧力制御ライン２３を圧力源２９に接続す
ると共に前記圧力制御ライン２３に圧力制御弁２５を設
け、該圧力制御弁２５より周辺部空隙２１側の位置に圧
力検出器２７を設ける。該圧力検出器２７の検出結果は
前記制御部１５に入力され、該制御部１５は前記圧力検
出器２７の検出結果を基に圧力制御器３１を介し前記圧
力制御弁２５を制御する。

【００２４】前記中央部空隙２２に圧力制御ライン２４
を接続し、該圧力制御ライン２４を前記圧力源２９に接
続すると共に前記圧力制御ライン２４に圧力制御弁２６
を設け、該圧力制御弁２６より前記中央部空隙２２側の
位置に圧力検出器２８を設ける。該圧力検出器２８の検
出結果は前記制御部１５に入力され、該制御部１５は前
記圧力検出器２８の検出結果を基に圧力制御器３２を介
し前記圧力制御弁２６を制御する。

【００２５】前記周辺部空隙２１、中央部空隙２２にガ
ス（好ましくは熱伝導率の高いヘリウムガス）を封入
し、前記周辺部空隙２１の圧力を前記中央部空隙２２の
圧力よりも高く設定する。該周辺部空隙２１の設定圧
力、中央部空隙２２の設定圧力は前記制御部１５で設定
管理され、該制御部１５が前記圧力制御弁２５、圧力制
御弁２６を制御することで得られる。

【００２６】前記被処理基板１６を加熱した場合、パネ
ルヒータ６からの熱は前記サセプタ２０の下面、前記周
辺部空隙２１、中央部空隙２２に封入されたガスを介し
て前記サセプタ２０の上面に伝達される。

【００２７】気体の熱伝導率κは気体の分子密度、即ち
気圧に比例することが分かっており、封入ガスの圧力高
低により、前記サセプタ２０の下面から上面への熱伝達
量の大小が決定される。

【００２８】上記した様に、該サセプタ２０の放出熱量
は周辺部の方が中央部より大きい。従って、前記封入ガ
スの圧力を前記周辺部空隙２１に於いて高く、前記中央
部空隙２２に於いて低く設定することで、周辺部の熱伝
達量を大きくすることができ、周辺部の放出熱量を補っ
て前記サセプタ２０上面での均熱性を得ることができ
る。

【００２９】又該サセプタ２０は前記パネルヒータ６と
比べ厚みが少なく、例えば該パネルヒータ６の厚みが５
０mmであるとすると、前記サセプタ２０の厚みは１０mm
程度と薄くてよく、半径方向の熱移動量は小さく、前記
サセプタ２０のゾーン温度制御は効果的に行える。又、
前記周辺部空隙２１、中央部空隙２２を形成することで
前記被処理基板１６への熱伝達に寄与する前記サセプタ
２０の上面での半径方向の熱移動量は更に小さくなり、
該サセプタ２０の厚み方向の熱移動が支配的になり、該
サセプタ２０のゾーン温度制御は一層効果的となる。
尚、該サセプタ２０のゾーン温度制御を効果的にする
為、前記外環発熱体７の内側に内環発熱体９を埋設し、
前記外環発熱体７と内環発熱体９との発熱を独立して制
御する様にしてもよい。

【００３０】封入ガスの圧力制御は、予め実験等により
中央部、周辺部での圧力と熱伝達率、温度分布等のデー
タを取っておき、前記制御部１５により前記圧力制御弁
２５、圧力制御弁２６を所定目標値に初期設定する。加
熱状態となった場合は、前記熱電対８からの検出結果を
基に前記サセプタ２０の中央部、周辺部が所定温度とな
る様に、前記圧力制御弁２５、圧力制御弁２６を制御
し、前記周辺部空隙２１、中央部空隙２２の封入圧力を
制御する。

【００３１】尚、前記サセプタ２０と、パネルヒータ６
との境界に前記周辺部空隙２１、中央部空隙２２を形成
し、ガスを封入してもよい。又、前記周辺部空隙２１、
中央部空隙２２のいずれか一方のみを設けてもよい。

【００３２】図４により、第２の実施の形態について説
明する。

【００３３】該第２の実施の形態では、上記した第１の
実施の形態の圧力制御を簡略化したものであり、封入ガ
スの圧力に関し、正確な熱伝達、サセプタ２０表面の温
度分布についてのデータが得られれば、所要の温度分布
にする為には一度所定圧にガスを封入すればよい。

【００３４】圧力制御ライン２３に圧力設定弁３８、ス
トップ弁３６を設け、圧力設定弁３８とストップ弁３６
との間に排気ライン３５を連通し、該排気ライン３５に
ストップ弁３７を設ける。前記圧力制御ライン２４に圧
力設定弁４２、ストップ弁４０を設け、圧力設定弁４２
とストップ弁４０との間に排気ライン３９を連通し、該
排気ライン３９にストップ弁４１を設ける。

【００３５】而して、前記圧力設定弁３８の設定圧は前
記圧力設定弁４２の設定圧より高く、各設定圧は実験等
で得られたデータに基づく。

【００３６】前記ストップ弁３７を閉じ、前記ストップ
弁３６を開く。前記圧力設定弁３８は供給圧を検知し、
該圧力設定弁３８が開かれ、前記周辺部空隙２１にガス
が供給される。前記周辺部空隙２１が所定圧力となった
状態で、前記ストップ弁３６を閉じ、前記ストップ弁３
７を開く。前記圧力設定弁３８に対する供給圧がなくな
り、前記圧力設定弁３８が自閉し、前記周辺部空隙２１
にガスを所定圧で封入する。

【００３７】前記中央部空隙２２についても同様に前記
ストップ弁４０と、前記ストップ弁４１の操作により、
ガスを所定圧に封入する。

【００３８】図５により、第３の実施の形態について説
明する。

【００３９】本発明はサセプタ２０に於ける熱移動につ
いて、厚み方向の熱移動を支配的にし、半径方向の熱移
動の影響を少なくし、半径方向に関するゾーン温度制御
を可能にするものである。前記サセプタ２０は前記パネ
ルヒータ６に対して厚みが小さいので、半径方向の熱移
動の影響を少なくすることができる。

【００４０】図５に示す第３の実施の形態ではサセプタ
２０の厚み方向に関し、周辺から中心部に向って熱抵抗
を大きくしたものである。即ち、円環状の空隙４４ａ，
４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを同心多重に形成し、該空隙４
４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄの半径方向の幅を中心に
向かって大きくし、更に／或は半径方向のピッチを中心
に向かって大きくし、下面から上面に向かう伝熱面積を
中心に向かうほど小さくし、熱抵抗を増大させたもので
ある。

【００４１】而して、周辺部に至る方が熱移動量が大き
くなり、前記サセプタ２０上面の均熱性が向上する。
尚、前記パネルヒータ６には１つの外環発熱体７を埋設
し、或は該外環発熱体７と内環発熱体９を埋設し、外環
発熱体７、或は外環発熱体７、内環発熱体９により前記
サセプタ２０を加熱する。

【００４２】第３の実施の形態の場合、前記空隙４４
ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄには熱伝達性向上の為のガ
スを封入する必要はなく、寧ろ熱伝達性の悪いものを封
入するのが好ましい。勿論、真空としてもよい。

【００４３】図６は第３の実施の形態の応用であり、サ
セプタ２０の下面に円環状の溝４５ａ，４５ｂ，４５
ｃ，４５ｄを同心多重に形成し、該溝４５ａ，４５ｂ，
４５ｃ，４５ｄの半径方向の幅を中心に向かって大きく
し、更に／或は半径方向のピッチを中心に向かって大き
くし、前記サセプタ２０と前記パネルヒータ６間の接触
面積を中心に向かうほど小さくし、中心に向かって熱抵
抗を増大させたものである。

【００４４】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、前記サ
セプタの厚み方向の熱伝達率を周辺部については大き
く、中心部については小さくしたので、又サセプタの厚
み方向と半径方向との熱伝達に於いて、厚み方向の熱伝
達を支配的とし、サセプタ下面から上面に至る熱移動量
を周辺で大きく、中心部で小さくなる様にしたので、サ
セプタ周辺部の放熱量が補われ、サセプタ上面の均熱性
が向上し、更に、サセプタ内の中心部に中央部空隙を形
成し、該中央部空隙と同心に周辺部空隙を形成し、前記
中央部空隙、周辺部空隙にガスを封入すると共に周辺部
空隙に封入するガスの圧力を中央部空隙に封入するガス
の圧力より高くしたので、機器構成が簡略で製造コスト
の低減が図れるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【図２】該実施の形態でのサセプタの断面斜視図であ
る。

【図３】該実施の形態でのパネルヒータの断面斜視図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す要部断面図で
ある。

【図６】本発明の第３の実施の形態の応用例を示す要部
断面図である。

【図７】従来例を示す概略構成図である。

【図８】該従来例に於けるパネルヒータの断面斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ カソード電極 ６ パネルヒータ ７ 外環発熱体 ８ 熱電対 １５ 制御部 １６ 被処理基板 ２０ サセプタ ２１ 周辺部空隙 ２２ 中央部空隙 ２５ 圧力制御弁 ２６ 圧力制御弁 ３１ 圧力制御器 ３２ 圧力制御器 ４４ 空隙 ４５ 溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板を載置するサセプタと、該サ
   セプタが載設され該サセプタを加熱するパネルヒータと
   を具備し、減圧状態でプラズマを生成して基板処理する
   基板処理装置に於いて、前記サセプタの厚み方向の熱伝
   達率を周辺部については大きく、中心部については小さ
   くしたことを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 サセプタ内の中心部に中央部空隙を形成
   し、該中央部空隙と同心に周辺部空隙を形成し、前記中
   央部空隙、周辺部空隙にガスを封入すると共に周辺部空
   隙に封入するガスの圧力を中央部空隙に封入するガスの
   圧力より高くした請求項１の基板処理装置。