JP2006196533A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板載置台からの輻射熱に磁石がさらされても、磁石の高温化を回避して、所定の磁場を安定して得ることができるようにする。
【解決手段】 反応室内に基板を載置する基板載置台が設けられ、この基板載置台に基板を加熱するヒータが埋め込まれる。反応室の外周囲に筒状電極２１５が配設される。この筒状電極２１５の外周囲に接して磁石２１６が配置される。筒状電極２１５に冷却媒体を流す流路１０６が形成される。また少なくとも外周囲に筒状電極２１５および磁石２１６が配置されている部位に対応する反応室の壁は石英で構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反応室の外周に筒電極と磁石とを備えた半導体製造装置に関するものである。

反応室の外周に筒電極と磁石とを備えた半導体製造装置として、プラズマ処理を行う半導体製造装置、例えば変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ生成装置がある（例えば、特許文献１参照）。
これは、プラズマ源となる筒電極及び磁石（以下、これらをまとめて電極ユニットともいう）の形状を工夫したものである。誘電体製、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の反応容器の外周にアルミニウム製の筒電極を配置し、筒電極の外周にさらに筒状の磁石を配置している。例えば、図５に示すように、従来の電極ユニットは、筒状電極１０とヨーク１２とをネジ１３で固定し、筒状電極１０とヨーク１２との間に筒軸方向の両側から板状の磁石１１、１１を円周方向に複数挿入して、接着剤で保持している。筒状電極１０には高周波電源１５がつながれており、筒状電極１０に高周波電力を供給するようになっている。筒状電極１０と磁石１１とにより交差する高周波電界と磁界を形成することにより、反応室内にマグネトロン放電を発生してプラズマを生成する。このプラズマによってサセプタ（基板載置台）を介してヒータによって加熱した基板をプラズマ処理する。
特開平２００１−１９６３５４号公報（図１）

ヒータによって加熱される基板載置台の温度は、処理によっては９００℃にも達することがある。反応容器の材料が誘電体であって、基板載置台の温度が９００℃と高温だった場合、基板載置台の輻射光（輻射熱）が反応室容器を透過して、筒電極や磁石を加熱させてしまう。この加熱により、磁石がある温度以上高くなってしまうと、不可逆な滅磁を起こしてしまい、所定の磁場が安定して得られないという問題があった。なお、高温に耐えられる磁石を使うことも考えられるが、高温に耐えられる磁石、または高温に耐えられるよう処理された磁石を使うとコストが高くなってしまう。

また、反応室を構成する誘電体が金属を含むＡｌ₂Ｏ₃であると、電極ユニット部位の反応容器壁のプラズマ密度が極めて高くなるので、金属汚染を生じやすいという問題もあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、金属汚染が生じ難く、しかも所定の磁場を安定して得ることが可能な半導体製造装置を提供することにある。

第１の発明は、反応室と、反応室の外周囲に配置された筒電極と、前記筒電極の外周囲に接して配置された磁石と、反応室内に設けられて載置される基板を加熱する加熱手段を有する基板載置台とを備え、前記筒電極に冷却媒体を流す流路が形成され、少なくとも上記筒電極および上記磁石が配置されている反応室外周囲の部位に対応する反応室壁が石英で構成されていることを特徴とする半導体製造装置である。
少なくとも筒電極および磁石が配置されている外周囲部位に対応する反応室壁が石英で構成されているので、特に当該反応室壁で生じやすい金属汚染を低減できる。
また、筒電極に冷却媒体を流す流路が形成されているので、加熱手段により加熱される基板載置台により磁石が高温にさらされても、流路に冷却媒体を流すことにより磁石と接した筒電極を介して磁石を直接冷却できるので、所定の磁場が安定して得られる。本発明において、構造の簡素化のために、流路は筒電極の内部に一体的に形成されることが好ましい。

第２の発明は、第１の発明において、前記筒電極を銅で形成した半導体製造装置である。
筒電極に形成された流路に冷却媒体を流し、筒電極に接している磁石を冷却する場合に、筒電極から磁石への熱伝導率が問題となるが、筒電極を銅で形成すると、例えばアルミニウムで形成した場合と比べて熱伝導率が高いので、磁石の冷却効率を向上できる。したがって、所定の磁場がより安定して得られる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記筒電極の外周囲に接して配置された磁石を前記筒電極の筒軸方向に沿って設け、前記筒軸方向に沿って設けられた磁石を前記筒電極にヨークで固定する半導体製造装置である。
このような構成において、筒電極に形成した冷却媒体を流す流路と磁石との距離が問題となるが、本発明によれば、冷却媒体を流す流路が筒電極に形成されているので、ヨークの磁石を固定する側の面と反対側の面に冷却媒体を流す流路が形成されている場合と比べて、ヨークの必要な厚みに左右されることがなく、流路と磁石との距離も短くでき、磁石の冷却効率を向上できる。したがって、所定の磁場がより安定して得られる。特に、筒電極を銅で形成する場合には、主に鉄で形成されるヨークと比べて熱伝導率が高いので、所定の磁場がより一層安定して得られる。

本発明によれば、金属汚染が生じ難く、しかも磁石が高温にさらされても所定の磁場を安定して得ることができる。したがって、高温処理においても半導体装置を安定に製造することができる。

以下に本発明の半導体製造装置の実施の形態を説明する。半導体製造装置はプラズマ処理炉を備える。実施の形態のプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウェハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに、所定の磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子はドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので、高密度プラズマを生成できる。この高密度プラズマにより反応ガスを励起分解させる。
励起分解させた反応ガスによって、基板表面を酸化または窒化等の拡散処理をしたり、基板表面に薄膜を形成したり、あるいは基板表面をエッチングしたりする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。

図４に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第１の容器と第２の容器とから構成された反応容器２０３を備える。第２の容器である下側容器２１１と、該下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから内部に処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やＡｌ₂Ｏ₃又は石英等の誘電体で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板載置台であるサセプタ２１７は窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で形成することによって、プラズマ処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。

上側容器２１０の上部には、ガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられる。シャワーヘッド２３６は上側容器２１０とは別体のアルミニウムで構成され、接地電位とされる。シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられる。下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０で構成される。前記ガス導入口２３４は、開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を設けたガスを供給する供給管であるガス供給管２３２を介して反応ガス２３０の図中省略のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れて排気されるように、下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。

なお、上述したマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａ、ガス供給管２３２、ガス導入口２３４、シャワーヘッド２３６から供給系２５１が構成される。ガス排気口２３５、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６から排気系２５２が構成される。供給系２５１から反応容器２０３内に対してガスを供給するガス供給手段が構成され、排気系２５２から反応容器２０３からガスを排気する排気手段が構成される。

供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の筒電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は一般にアルミニウムで形成されている。この筒状電極２１５は反応容器２０３の外周に設置されて筒状電極２１５近傍の処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。上述した整合器２７２と高周波電源２７３とから筒状電極２１５に高周波電力を印加する高周波電力印加手段を構成する。

また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状の磁石２１６は筒状の永久磁石、または板状の永久磁石を円周方向に複数配置して筒状としている。永久磁石の材料は、特に耐熱処理を行っていない比較的安価な磁石、例えば希土類磁石である。磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の筒軸方向の上下端近傍２段に配置される。上下の磁石２１６，２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の磁石２１６，２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って筒軸方向に所定の磁力線を形成するようになっている。また、磁石２１６は２段設けたので、反応容器２０３内の中央まで磁力線を伸ばすことができ、ウェハ２００の中心部にプラズマを効率よく拡散することができる。

処理室２０１の底側中央には、基板であるウェハ２００を保持するための基板載置台としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウェハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれている。ヒータ２１８は図示しないヒータ電源の電力が印加されてウェハ２００を６００℃程度にまで加熱できるようになっている。なお、ウェハ２００の温度は処理内容によっては、６００℃以上加熱することも可能であり、そのときのサセプタ２１７の温度は９００℃にも達することがある。

また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極（図中省略）も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記第２の電極及びサセプタ２１７を介してウェハ２００の電位を制御できるようになっている。

変形マグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電によりウェハ２００を処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウェハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。

筒状電極２１５及び磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び磁石２１６で形成される電界や磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。

サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、下側容器２１１底面にはウェハ２００を突上げるための基板突上手段であるウェハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウェハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウェハ突上げピン２６６が設けられる。

また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウェハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができるようになっている。

また、制御手段であるコントローラ１２１は、高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１，ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタに埋め込まれたヒータ２１８に電力を印加するヒータ電源と接続され、それぞれを制御するようになっている。

上記のような構成において、ウェハ２００の表面を、又はウェハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。

ウェハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウェハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウェハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウェハ２００をウェハ突上げピン２６６の先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウェハ２００を載置することができ、更にウェハ２００を処理する位置まで上昇する。

サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウェハ２００を室温〜６００℃の範囲内でウェハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を１〜２６６Ｐａの範囲内に維持する。

φ２００ｍｍのウェハ２００を処理温度、例えば５００℃に加熱したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスＮ₂のみ、又はＯ₂のみ、又はＯ₂及びＫｒを処理室２０１に配置されているウェハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。このときのガス流量はＮ₂が１００〜８００ｓｃｃｍ、Ｏ₂が２００〜９００ｓｃｃｍ、Ｋｒが５〜１００ｓｃｃｍである。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１３．５６ＭＨｚ，５０〜１０００Ｗの範囲内の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。

磁石２１６，２１６の所定の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウェハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。

なお、コントローラ１２１により、高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。

ところで、上述したようなＭＭＴ装置において、ヒータ２１８により加熱されたサセプタ２１７からの輻射熱を受けて、磁石２１６が加熱されて高温になることがある。磁石の温度によって変動する磁力線のシミュレーション結果によれば、磁石２１６の温度が高くなると、磁力が低下する。温度によって例えば５％磁力が落ちたりする。また、加熱温度がある程度までの温度に納まれば、常温になった場合に磁力は戻るが、例えば磁石が９０℃以上に加熱されてしまうと、磁力が８０％までしか戻らない。

そこで、これを回避するために、本実施の形態の前提となる技術（以下、前提技術という）として、筒状電極に磁石を固定するヨークに冷却ジャケット等を設けて、磁石を冷却できるようにした。

図２は、そのような前提技術を示すものである。上側容器２１０の外周囲に配置した筒状電極２１５は異型断面を持つように形成する。すなわち、筒軸方向の上下端部を薄く中央部を外側（反応室側と反対側）に厚くして、同一断面で異なる板厚部を持たせる。この筒状電極２１５の外側に、筒状電極２１５と逆形状の異形断面を持つヨーク１０１を、筒状電極２１５と嵌合するようにネジ１０２で固定する。このとき筒状電極２１５の薄い上下端部と、ヨーク１０１の厚い上下端部との間には、磁石挿入用の隙間を残すようにする。この上下の磁石挿入用隙間に、筒軸方向の上下両端から磁石（筒状の磁石あるいは板状の複数の磁石）２１６を挿入し、接着剤で保持することにより、筒状電極２１５の外周囲に２段の磁石２１６を配置する。ヨーク１０１は鉄のような磁性材料から構成して、ヨーク１０１で２段の磁石２１６を繋ぐ磁気回路を形成する。

このヨーク１０１の外周囲に冷却媒体を流す流路として、例えば冷媒配管１０３を環状に取り付ける。冷媒配管１０３のヨーク１０１への取り付けは溶接又は接着剤等で行う。図２（ａ）の図示例のように、環状の冷媒配管１０３は、２段の磁石２１６と対向するヨーク１０１の上下端部に２つ設けることができる。また、図２（ｂ）の図示例のように、ヨーク１０１の中央部近傍に１つ設けるようにしてもよい。冷媒配管１０３に流す冷媒は、常温の水が最も簡易で安価であるが、ガスでも、あるいはフッ素系液体でもよい。冷媒配管１０３は、熱伝導性の良好な銅で構成するとよい。
サセプタ２１７に埋め込んだヒータ温度が例えば５００℃のとき、磁石２１６に何も対策を施さなければ、磁石２１６は９０℃以上に加熱されるが、冷媒配管１０３に常温の水を流して冷却すると、磁石２１６の温度を７０℃以下に冷却することができる。

図３は、図２（ａ）の図示例を具体的に示した電極ユニットの断面図である。電極ユニットは、金属材料、例えばアルミニウムからなる放電用の筒状電極２１５と、鉄のような磁性材料からなり磁気回路を形成する２分割されたヨーク１０１、１０１を筒状電極２１５とネジで締結して固定し、筒状電極２１５とヨーク１０１の間に円筒軸方向から板状の磁石２１６、２１６を円周方向に複数挿入し接着剤で保持している。ヨーク１０１、１０１の外側に、冷却媒体を流す流路としての冷媒配管１０３、１０３と、この冷媒配管１０３、１０３をろう付けした取付板１０４を、ヨーク１０１、１０１にねじ１０５、１０５で止めて、ヨーク１０１、１０１を冷却することで、間接的に磁石２１６、２１６を冷却している。取付板１０４はヨーク１０１の外周側全面で接触するようにしており、熱が伝わりやすくなっている。

筒状電極２１５の円筒高さ方向のエッヂは、磁石２１６の高さ方向中心になるようにしている。これは電界の集中する電極エッヂを、磁界の集中する磁石の高さ中心位置と同じにすることで、スパッタを防ぐという狙いがあるからである。このため磁石２１６は、反応室内側からみて筒状電極２１５から一部露出していることになる。なお、磁石２１６の露出部分は、特にサセプタからの放射熱の影響を受けやすく、高温になりやすい。

筒状電極２１５は、図４に示すように、上側容器２１０と接触させないようにする。ＭＭＴ装置において、上側容器２１０が熱膨張して拡径し、筒状電極２１５と接触して、比較的強度の低い上側容器２１０の側壁が破損することがある。また、上側容器２１０の側壁と筒状電極２１５とが部分的に接触して、磁石２１６が加熱されるという問題も生じる。これらの問題を回避するために、上側容器２１０と筒状電極２１５とが接触しないような隙間を設けている。

また、上述したように上側容器２１０はドーム型の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やＡｌ₂Ｏ₃又は石英（ＳｉＯ₂）等の誘電体で形成するようにしているが、少なくとも外周囲に筒状電極２１５および磁石２１６が配置されている部位に対応する上側容器２１０の壁（反応室の壁）は石英で構成すれば良い。これは、次の理由による。電極ユニットでは、筒状電極２１５による電界と磁石２１６による磁界の相互作用による高密度のプラズマが生成されており、特に電極ユニットの内側、すなわち電極ユニット部位に対応する上側容器２１０の壁部では、プラズマ密度が極めて高くなっている。したがって上側容器２１０の当該部位の材料に、金属が含まれているＡｌ₂Ｏ₃などの誘電体を用いると金属汚染が生じやすい。しかも、金属汚染に対する基準が厳しくなってきており、また高温処理する際にはその金属汚染量が高くなってしまう。そこで、金属汚染を低減するために、当該部位の壁を石英構成としている。なお、上側容器２１０全体を石英とすれば、更に金属汚染を低減できる。

上述した前提技術によれば、ヨーク１０１の磁石２１６の近接部に冷媒配管１０３を取り付けて冷却水のような冷媒を流すことにより、加熱される磁石２１６を７０℃以下に冷却するので、磁石２１６がサセプタから輻射熱を受けても、磁力線の変動を少なくできる。また、磁石は９０℃以上に加熱されないので、常温になった場合にも磁力をもとの値に戻すことができる。

また、高温にさらされる磁石を冷却できるので、高温に耐えられる磁石を用いる必要がなく、耐熱処理を行っていない比較的安価な磁石、例えば希土類磁石を用いることができ、経済的である。

ところで、図２ないし図３に示すように、筒状電極２１５に鉄製のヨーク１０１で磁石２１６を固定したうえ、ヨーク１０１に冷媒配管１０３を設けて、磁石２１６を冷却できるようにした前提技術では、磁石２１６の冷却効率が必ずしも高いとは言えなかった。これは、（１）ヨーク（鉄）の熱伝導率が低い、（２）ヨークを介した間接冷却となっている、（３）必要な厚みに左右されるヨークを介しているので冷媒配管から磁石までの距離が長い、ということが原因であると考えられる。
そこで、上述した前提形態を踏まえて、本実施の形態では、筒状電極２１５に冷却媒体を流す流路を設けて、磁石を冷却できるようにした。

図１はそのような本実施の形態による電極ユニットの断面図である。図１に示す実施の形態の構成が、図３と異なる点は、筒状電極２１５の材料をアルミニウムに代えて銅で形成し、さらに、ヨーク１０１に冷媒配管付きの取付板をねじ止めするのを排し、代りに筒状電極２１５内に冷却媒体を流す流路１０６を形成した点である。
すなわち、銅で形成した筒状電極２１５内に流路１０６、１０６を設ける。流路１０６、１０６は、筒状電極２１５の上下２段に設けられた磁石２１６、２１６の近傍に設けられる。流路１０６、１０６は、筒状電極２１５を形成するときに、中実の筒状電極の内部に一体的に形成されるようにする。

このように、本実施の形態によれば、筒状電極２１５に冷却媒体を流す流路１０６を形成したので、その流路１０６に冷却媒体を流すと、筒状電極２１５が鉄ではなく銅であるので熱伝導率が高く、また、磁石２１６と接した筒状電極２１５を介して磁石２１６を直接冷却でき、しかもヨーク１０１の必要な厚みに左右されることがなく、流路１０６から磁石２１６までの距離も短くできるので、ヨーク１０１にジャケット等を設けるものと比べて、磁石２１６の冷却効率を向上できる。なお、流路１０６から磁石２１６までの距離は、冷却媒体を閉じ込めるに耐える筒状電極２１５の肉厚の分だけでよく、冷却媒体を閉じ込めるに耐える肉厚は例えば３ｍｍ程度である。

また、サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１８によりウェハ２００を加熱する場合、特にウェハ２００を５００℃以上に加熱すると、電極２１５および磁石２１６は輻射熱の影響を大きく受けるため、効果的な冷却が必要であったが、本実施の形態では、それを容易に実現できるようになった。このため、サセプタ２１７（図４参照）の温度が処理によっては９００℃にも達しても、サセプタ２１７の輻射熱が上側容器２１０を透過して、筒状電極２１５や磁石２１６を加熱させてしまうことを、より有効に防止できる。磁石２１６を有効に冷却するようにしたので、磁力線の変動が生じないようにすることができ、不可逆な滅磁を起こすこともなく、所定の磁場が安定して得られ、前提技術よりも安定したプラズマ、安定した品質の膜を得ることができる。

また、流路１０６を設けた筒状電極２１５は一体成形できるので、ジャケット等を必要とする前提技術のものと比べて構造を簡素化することができる。

なお、実施の形態では、筒状電極を銅で形成したが、筒状電極に流路が設けられていれば、銅に比べて伝導効率は落ちるが、従来と同じアルミニウムで形成してもよい。また、実施の形態では、上下２段に磁石（２つの磁石）を設けるようにした場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、筒状電極の背面に１つの磁石を設ける場合についても適用可能である。また、実施の形態のＭＭＴ装置はプラズマ処理によって薄膜を形成するＣＶＤ装置の外に、拡散装置やプラズマエッチング装置にも適用可能である。

実施の形態におけるプラズマ源となる電極ユニットの断面図である。 実施の形態の前提技術におけるプラズマ源となる電極ユニットの断面図である。 実施の形態の前提技術におけるプラズマ源となる電極ユニットの断面図である。 本発明の半導体製造装置を適用した実施の形態におけるＭＭＴ装置の概略構成図である。 従来例のプラズマ源となる電極ユニットの概略断面図である。

符号の説明

１０１ ヨーク
１０６ 流路
２００ ウェハ（基板）
２１０ 反応室
２１５ 筒状電極（筒電極）
２１６ 磁石
２１７ サセプタ（基板載置台）
２１８ ヒータ

Claims (1)

1. 反応室と、
   反応室の外周囲に配置された筒電極と、
   前記筒電極の外周囲に接して配置された磁石と、
   反応室内に設けられて、載置される基板を加熱する加熱手段を有する基板載置台とを備え、
   前記筒電極に冷却媒体を流す流路が形成され、
   少なくとも上記筒電極および上記磁石が配置されている反応室外周囲の部位に対応する反応室壁が石英で構成されていることを特徴とする半導体製造装置。

Images