JP2007141895A - 載置台構造及び成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体ウエハ等を載置する載置台に、クリーニングガスに対して耐腐食性の大きな耐腐食性材料を用いることによって、クリーニング処理時の装置の不稼働時間を最小限にしてスループットを向上させる載置台構造を提供する。
【解決手段】処理容器４内にてハロゲン系の成膜ガスを用いて被処理体Ｗに対して所定のプロセス温度にて成膜処理を施すために被処理体を載置する載置台３４と、載置台を処理容器の底部より起立させて支持する支柱３２とを有する載置台構造において、載置台内に通電により熱を発生するカーボンワイヤヒータ４０を収容すると共に、載置台自体又は載置台の表面を、載置台に堆積した不要な薄膜を除去するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に成膜処理を施す成膜装置及びこれに用いる載置台構造に関する。
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理、結晶化処理等の各種の枚葉処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ２ ガス等の不活性ガスやＯ２ ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入する。
例えば半導体ウエハに対して１枚毎に成膜処理を施す枚葉式の成膜装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で所定の成膜ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに所定の薄膜を堆積するようになっている。この成膜処理時にプラズマを用いて薄膜を堆積する場合もある。
上記載置台としては、最近にあっては、ウエハに対して金属汚染等のコンタミネーションを引き起こすことを抑制することができることから、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のセラミック材を用いる傾向にあり、このセラミック材中に抵抗加熱ヒータを埋め込んでなる加熱手段兼用の載置台が多く使用されている。
また他の載置台の構造として、上記した汚染対策等を目的として、特許文献１に開示されているように発熱体ヒータを石英ケーシングで覆って載置台を構成したり、特許文献２に開示されているように密閉された石英製のケース内に抵抗発熱体を設けてこの全体を載置台として用いるようにしたり、特許文献３に開示されているように、石英ガラス内に抵抗発熱体を埋め込んで載置台を構成したり、或いは特許文献４に開示されているように石英ガラス管内に抵抗加熱ヒータを挿通して載置台を構成している。また、特許文献５及び６に開示されているようにヒータ自体を石英板で挟み込んで載置台として用いることが行われている。
特開昭６３−２７８３２２号公報 特開平０７−０７８７６６号公報 特開２００４−３５６６２４号公報 特開２００５−１９４７９号公報 特開平０３−２２０７１８号公報 特開平０６−２６０４３０号公報
ところで、前述したように、ウエハ表面に薄膜を堆積させる成膜処理を行う場合には、薄膜が目的とするウエハ表面のみならず、載置台の表面や処理容器の内壁面等にも不要な膜として付着してしまうことは避けられない。この場合、この不要な膜が剥がれ落ちると、製品の歩留り低下の原因となるパーティクルが発生するので、定期的、或いは不定期的に処理容器内へエッチングガス（クリーニングガスともいう）を流して上記不要な膜を除去するクリーニング処理が行われている。
上記したクリーニングガスとしては、一般的にはＣｌ系ガス、Ｆ系ガス、或いはＣｌＦ系ガスなどのハロゲン系ガスが用いられるが、このクリーニングガスは化学的に活性で反応性に富み、しかもこのガスの反応性はクリーニング時の温度に依存して温度が高くなる程、反応性も高くなる特性を有している。
例えば載置台がＡｌＮセラミック製の場合を例にとれば、上記成膜時のプロセス温度は、膜種にもよるが、例えば６００℃以上に設定される場合が多いので、クリーニング時には、載置台温度が高過ぎると上記載置台がエッチングガスによって腐食が進行して寿命が短くなったり、或いはパーティクル発生源となるので、これを防止するために、載置台の温度をエッチング耐性が十分になる温度まで低下させて比較的低い温度にしてクリーニング処理を行っている。具体的には、上記ＡｌＮセラミック製の載置台の温度を例えば６００℃以上の高いプロセス温度からＡｌＮ部品にとって耐腐食性が十分な温度である２００〜３００℃程度の低温まで降下させた後に、クリーニングガスを流すようにしてクリーニング処理を行っている。そして、このクリーニング処理後に、載置台温度を再度上昇させてウエハに対する処理を再開している。
しかしながら、上述のように、クリーニング処理を行う毎に載置台温度を昇降温させていたのでは、その昇降温の操作に多くの時間を要してしまい、装置の稼働時間が少なくなってスループットを低下させてしまう、といった問題があった。この場合、昇降温速度、特に昇温速度を大きくするために加熱ヒータへの供給電力を非常に大きくすることも考えられるが、昇温速度を過度に大きくすると、熱歪によって載置台自体が破損してしまう、という問題があるので大電力を投入することはできない。
また特許文献１〜６に示すような石英を用いた載置台は、主に金属汚染等によるコンタミネーションの防止を目的とするものであり、クリーニング時の耐腐食性については考慮されていない。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、半導体ウエハ等の被処理体を載置する載置台に、クリーニングガスに対して耐腐食性の大きな耐腐食性材料を用いることによって、クリーニング処理時の装置の不稼働時間を最小限にしてスループットを向上させることが可能な載置台構造及び成膜装置を提供することにある。
請求項１に係る発明は、処理容器内にてハロゲン系の成膜ガスを用いて被処理体に対して所定のプロセス温度にて成膜処理を施すために前記被処理体を載置する載置台と、前記載置台を前記処理容器の底部より起立させて支持する支柱とを有する載置台構造において、前記載置台内に通電により熱を発生するカーボンワイヤヒータを収容すると共に、前記載置台自体又は前記載置台の表面を、前記載置台に堆積した不要な薄膜を除去するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成したことを特徴とする載置台構造である。
このように、載置台内に通電により熱を発生するカーボンワイヤヒータを収容すると共に、載置台自体又は載置台の表面を、載置台に堆積した不要な薄膜を除去するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成したので、クリーニング処理時の装置の不稼働時間を最小限にしてスループットを向上させることができる。
また、載置台の耐腐食性を向上させた分だけ、この載置台の寿命を延ばすこともできる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記カーボンワイヤヒータは、石英管内に挿通されている。
また例えば請求項３に規定するように、前記支柱自体又は前記支柱の表面を、前記耐腐食性材料により形成している。
また例えば請求項４に規定するように、前記載置台の上面側は、該載置台の他の部分の前記耐腐食性材料よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料により形成される。
このように、特に腐食性ガスに直接的に晒される載置台の上面側を、この載置台の他の部分よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料により形成するようにしたので、載置台の耐腐食性を一層向上させることができる。
また例えば請求項５に規定するように、前記耐腐食性が大きな別の耐腐食性材料により形成される領域は、少なくとも前記処理容器の天井側に前記載置台に対して対向して設けられるシャワーヘッド部のガス噴射孔の形成領域の投影領域に対応する領域である。
また例えば請求項６に規定するように、前記載置台の上面側には、前記耐腐食性材料よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料よりなる保護カバー部材が設けられる。
また例えば請求項７に規定するように、前記クリーニングガスがフッ素系ガスの場合には前記耐腐食性の大きな耐腐食性材料はアルミナまたはイットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）であり、前記クリーニングガスが塩素系ガスの場合には前記耐腐食性の大きな耐腐食性材料は石英または炭化シリコンである。
また例えば請求項８に規定するように、前記耐腐食性材料は、アルミナ、イットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）、石英、炭化シリコンの内のいずれか１つよりなる。
請求項９に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器内へ所定の成膜ガスやクリーニングガスを供給するためのガス供給手段と、前記処理容器内を真空排気する真空排気系と、上記いずれかに記載の載置台構造と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
この場合、例えば請求項１０に係る発明は、前記ガス供給手段は、前記処理容器の天井部に設けられて、下面に複数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部よりなる。
また例えば請求項１１に係る発明は、前記成膜ガスは、金属を含有するハロゲン系の成膜ガスである。
本発明に係る載置台構造及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
載置台内に通電により熱を発生するカーボンワイヤヒータを収容すると共に、載置台自体又は載置台の表面を、載置台に堆積した不要な薄膜を除去するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成したので、クリーニング処理時の装置の不稼働時間を最小限にしてスループットを向上させることができる。
また、載置台の耐腐食性を向上させた分だけ、この載置台の寿命を延ばすこともできる。
特に請求項４〜７に係る発明によれば、特に腐食性ガスに直接的に晒される載置台の上面側を、この載置台の他の部分よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料により形成するようにしたので、載置台の耐腐食性を一層向上させることができる。
以下に本発明に係る載置台構造及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る載置台構造を用いた成膜装置の全体を示す断面構成図、図２は載置台構造のカーボンワイヤヒータが挿通される石英管の配列を示す平面図、図３は本発明に係る載置台構造の第１実施例を示す断面図、図４は図３に示す載置台構造の分解図である。
図示するように本発明に係る成膜装置２は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器４を有している。この処理容器４内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガスやクリーニングガスを導入するためにガス供給手段であるシャワーヘッド部６が設けられており、この下面のガス噴射面８に設けた多数のガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂから処理空間Ｓに向けて処理ガスを吹き出すようにして噴射するようになっている。
このシャワーヘッド部６内には、中空状の２つに区画されたガス拡散室１２Ａ、１２Ｂが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室１２Ａ、１２Ｂにそれぞれ連通された各ガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂより吹き出すようになっている。すなわち、ガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂはマトリクス状に配置されており、各ガスの噴射孔１０Ａ、１０Ｂより噴射された各ガスを処理空間Ｓで混合するようになっている。尚、このようなガス供給形態をポストミックスと称す。このシャワーヘッド部６の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。尚、シャワーヘッド部６としてガス拡散室が１つの場合でもよい。そして、このシャワーヘッド部６と処理容器４の上端開口部との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４が介在されており、処理容器４内の気密性を維持するようになっている。
また、処理容器４の側壁には、この処理容器４内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口１６が設けられると共に、この搬出入口１６には気密に開閉可能になされたゲートバルブ１８が設けられている。
そして、この処理容器４の底部２０に排気落とし込め空間２２が形成されている。具体的には、この容器底部２０の中央部には大きな開口２４が形成されており、この開口２４に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁２６を連結してその内部に上記排気落とし込め空間２２を形成している。そして、この排気落とし込め空間２２を区画する円筒区画壁２６の底部２８には、これより起立させて本発明の特徴とする載置台構造３０が設けられている。この載置台構造３０は、上記底部２８から起立された円筒体状の支柱３２と、この支柱３２の上端部に溶接固定されて上面に被処理体である半導体ウエハＷを載置する載置台３４とにより主に構成されている。尚、この載置台構造３０の構成については後述する。
そして、上記排気落とし込め空間２２の入口側の開口２４は、載置台３４の直径よりも小さく設定されており、上記載置台３４の周縁部の外側を流下する処理ガスが載置台３４の下方に回り込んで開口２４へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁２６の下部側壁には、この排気落とし込め空間２２に臨ませて排気口３６が形成されており、この排気口３６には、真空排気系３８が接続される。この真空排気系３８は、図示しない真空ポンプや圧力調整弁が介設されており、上記処理容器４内及び排気落とし込め空間２２の雰囲気を圧力制御しつつ真空引きして排気できるようになっている。
また、上記載置台３４内には、通電により熱を発生するカーボンワイヤヒータ４０が収容されており、この載置台３４の上面に載置された半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。また、上記カーボンワイヤヒータ４０は上記支柱３２内に配設された給電線４２に接続されて、電力を制御しつつ供給できるようになっている。そして、この給電線４２は図示しない石英管内に挿通され、またこの給電線４２は、上記支柱３２の下部にて電源ケーブルと接続されている。また後述するように上記カーボンワイヤヒータ４０は、例えば内側ゾーンと、その外側を同心円状に囲む外側ゾーン（図２参照）とに分割されており、各ゾーン毎に個別に電力制御できるようになっている。従って、図示例では給電線４２は４本（図３参照）設けられる。
上記載置台３４には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔４４が形成されており（図１においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔４４に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン４６を配置している。この押し上げピン４６の下端には、円形リング形状に形成された例えばアルミナのようなセラミックス製の押し上げリング４８が配置されており、この押し上げリング４８に、上記各押し上げピン４６の下端を固定されない状態にて支持させている。この押し上げリング４８から延びるアーム部５０は、容器底部２０を貫通して設けられる出没ロッド５２に連結されており、この出没ロッド５２はアクチュエータ５４により昇降可能になされている。これにより、上記各押し上げピン４６をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔４４の上端から上方へ出没させるようになっている。また、アクチュエータ５４の出没ロッド５２の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ５６が介設されており、上記出没ロッド５２が処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
次に、図２乃至図４も参照して、第１実施例に係る上記載置台構造３０について詳しく説明する。尚、図２乃至図４には、押し上げピン４６やピン挿通孔４４（図１参照）の記載は省略してある。
図３及び図４にも示すように、第１実施例の載置台構造３０は、前述したように上面に半導体ウエハＷを載置する載置台３４と、この下面中央部に溶接接続した支柱３２とにより主に構成されており、上記載置台３４内にカーボンワイヤヒータ４０が収容されている。具体的には、上記載置台３４は、ウエハＷの直径よりも大きな直径になされた載置台ベース５８と、この載置台ベース５８の上方を囲むように覆う載置台蓋部６０とを有している。ここでは載置台ベース５８は円板状になされており、これに対して載置台蓋部６０は周辺部が下方向へ屈曲されて上記載置台ベース５８の外周部に嵌まり込むようになっている。そして、上記載置台ベース５８の周辺部には、これより上方へ起立させて位置決め突起６２がリング状に、或いは適宜離散的に設けられている。
この位置決め突起６２は、上記のように載置台蓋部６０の位置決めを行なうと共に、上記載置台蓋部６０と接触してこの部分の熱をウエハＷ側へ効率的に伝達する機能も有しており、ウエハ周縁部の温度低下を防止して、ウエハ中心部と周縁部との間の温度差をなくすようになっている。
そして、この載置台ベース５８の下面の略中心部に、上記支柱３２の上端が溶接により接合される。また、この載置台ベース５８の上面側の表面に、所定の形状に屈曲成形された耐熱性に優れる透明な石英管６４が溶接により接合されており、この石英管６４の内部には、通電によりジュール熱を発生する上記カーボンワイヤヒータ４０が挿通されている。そして、この石英管６４内は密閉構造になされており、この内部に外部よりガスが侵入しないようにしている。このような石英管６４内へカーボンワイヤヒータ４０を挿通してなる加熱源は例えば特開２００１−２０８４７８号公報に示されている。上記石英管６４を載置台ベース５８の上面に接合する際には、同じく石英により形成された接合ピン６６を用いており、この接合ピン６６を適当な箇所に配置して上記石英管６４と載置台ベース５８の間に介在させてこれらを溶融させることにより互いの溶接を行っている。
ここでは図２に示すように、上記石英管６４を、内側ゾーンの石英管６４Ａと、この外側を囲むようにして設けた外側ゾーンの石英管６４Ｂとにそれぞれ同心円状に屈曲成形されている。そして、石英管６４Ａ、６４Ｂの各先端部は、電力の供給のために載置台ベース５８の中心部に集合させて、この載置台ベース５８に対して下方向へ貫通させて設けており、前述したように石英管６４Ａ、６４Ｂ内に挿通されている各カーボンワイヤヒータ４０がそれぞれの給電線４２に接続される。そして、各ゾーン毎の供給電力を個別に制御できるようになっている。尚、上記ゾーン数は２つに限定されず、３ゾーン、或いはそれ以上のゾーン数に分割してもよい。
この場合、上記各石英管６４Ａ、６４Ｂは熱加工によって容易に所望する形状に屈曲成形でき、また、上記接合ピン６６を用いて上記石英管６４Ａ、６４Ｂを容易に載置台ベース５８の表面に接合できる。尚、上記載置台蓋部６０の周辺部と載置台ベース５８の周辺部とを気密に溶着し、またピン挿通孔４４（図１参照）の部分にも石英パイプを溶着するなどして、上記載置台３４の内側空間を完全に密封状態にすれば、クリーニングガス等が内部に侵入するのを完全に遮断できるので好ましい。また、このように載置台６０内を密閉構造にした場合には、カーボンワイヤヒータ４０を石英管６４内に挿通しないで、これを剥き出し状態で載置台６０内へ収容するようにしてもよい。
ここで本発明の特徴的構造として上記載置台３４自体を、この表面に堆積した不要な薄膜を除去するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きな耐腐食性材料により構成している。具体的には、上記然ベース５８及び載置台蓋部６０を上記耐腐食性材料によりぞれぞれ形成する。また、この場合、支柱３２自体も上記耐腐食性材料により構成するようにしてもよい。
上記耐腐食性材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）、イットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２ ）、石英、炭化シリコン（ＳｉＣ）等を用いることができる。また上記クリーニングガスとしては、例えばＮＦ３ ガス、Ｃ２ Ｆ６ ガス等のフッ素系ガスやＣｌ２ ガス等の塩素系ガスやＣｌＦ３ ガス等の塩素・フッ素系ガス等のハロゲン系のクリーニングガスが用いられる。上記耐腐食性材料は、成膜時のプロセス温度である例えば５００℃以上の高温下においても、上記した各ハロゲン系のクリーニングガスに対して大きな耐腐食性を有している。
この場合、上記載置台ベース５８は、ウエハＷに対する温度の面内均一性を高くするために、不透明状態にした耐腐食性材料を用いるのがよく、例えば石英の場合には、内部に微細な気泡が混入されて白濁状態となった不透明石英を用いることができる。また載置台ベース５８に関しても、上記した不透明状態の耐腐食性材料を用いることにより、下方向へ熱線が透過するのを防止して反射板として機能させることができる。この場合、反射効率を高めるために上記載置台ベース５８の上面を鏡面仕上げするようにしてもよい。
ここで上記各耐腐食性材料は、上述したように高温下においてハロゲン系のクリーニングガスに対して高い耐腐食性材料を有しているが、使用するクリーニングガスの種類に応じてその耐腐食性にある程度の差が生じる。例えばクリーニングガスとしてＮＦ３ やＣ２ Ｆ６ 等のフッ素系ガスを用いる場合には、このフッ素系ガスに対して特に耐腐食性の大きなアルミナやイットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）を載置台３４や支柱３２を構成する耐腐食性材料として用いるのが好ましい。
またクリーニングガスとしてＣｌ２ 等の塩素系ガスを用いる場合には、この塩素系ガスに対して特に耐腐食性の大きな石英や炭化シリコンを載置台３４や支柱３２を構成する耐腐食性材料として用いるのが好ましい。
更には、クリーニングガスとしてＣｌＦ３ ガス等の塩素・フッ素系ガスを用いる場合には、クリーニングガスに塩素とフッ素の両方が含まれているので、上記いずれの耐腐食性材料を用いてもよいが、ただし、この場合には成膜ガス（プロセスガス）の種類によって用いる耐腐食性材料を決定するのが好ましい。
例えばハロゲン系の成膜ガスとしてＷＦ６ ガス等のフッ素系ガスを用いる場合には、上述したようにフッ素系ガスに対して特に耐腐食性の大きなアルミナやイットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）を用いるのがよい。
また、ハロゲン系の成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ ガス等の塩素系ガスを用いる場合には、上述したように塩素系ガスに対して特に耐腐食性の大きな石英や炭化シリコンを用いるのがよい。
次に、以上のように構成された成膜装置の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ１８、搬出入口１６を介して処理容器４内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン４６に受け渡された後に、この押し上げピン４６を降下させることにより、ウエハＷを載置台３４の上面、具体的には載置台蓋部６０の上面に載置してこれを支持する。
次に、シャワーヘッド部６へ成膜ガスとして例えばＴｉＮ膜を成膜する時にはＴｉＣｌ４ やＮＨ３ 等を用い、ＷＳｉ膜を成膜する時にはＷＦ６ やＳｉＨ４ 等を用い、膜種に応じた各成膜ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂより吹き出して噴射し、処理空間Ｓへ導入する。そして、図示してないが真空排気系３８に設けた真空ポンプの駆動を継続することにより、処理容器４内や排気落とし込め空間２２内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は、載置台３４内に設けたカーボンワイヤヒータ４０により加熱されて所定のプロセス温度、例えば５００℃以上の温度に維持されている。これにより、半導体ウエハＷの表面に所望の薄膜が形成されることになる。
上記したプロセス中において、石英管６４Ａ、６４Ｂ内に挿通したカーボンワイヤヒータ４０から発せられた熱線は、あらゆる方向へ向けて発せられて載置台３４を介してウエハＷを加熱する。特に、下方向に向かった熱線は、この石英管６４Ａ、６４Ｂを保持固定している載置台ベース５８を加熱し、或いはこの表面で上方向に向かって反射されて、載置台蓋部６０を加熱し、更に、これによりこの上面に載置されているウエハＷを加熱することになる。
この載置台３４は、不純物をほとんど含まなくて純度の高い耐腐食性材料で形成し、しかも石英管６４やカーボンワイヤヒータ４０も不純物をほとんど含まなくて純度が高いので、有機物汚染は勿論のこと、金属汚染物のコンタミネーションが発生することを大幅に抑制することができる。
このような成膜処理によって、上記薄膜はウエハ表面のみならず、載置台構造３０に代表される容器内構造物の表面や容器内壁にも不要な付着膜として僅かずつ堆積するので、パーティクル等の発生を防止するために、例えば所定枚数のウエハに対して成膜処理を行ったならば、上記不要な付着膜を除去するクリーニング処理が行われる。
このクリーニング処理時には、ウエハＷを処理容器４内へ搬入しないで容器内を空の状態にし、この処理容器４内にシャワーヘッド部６から所定のクリーニングガスを流量制御しつつ供給して所定の圧力に維持する。この際、クリーニングガスを供給する前に、載置台３４の温度を反応性の大きなクリーニングガスに対して載置台構造３０が腐食されない温度まで、すなわち、エッチング耐性が十分な温度まで下げる。
この場合、従来の載置台構造にあってはクリーニングガスに対して耐腐食性がそれ程大きくない窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いたので、十分に低い温度、例えば２００〜３００℃程度まで載置台の温度を下げなければならなかったので、載置台の昇降温に長時間要し、その分、装置の稼働が停止してスループットを低下させる原因となっていた。
これに対して、本発明においては、上述のように載置台３４の接ガス部、すなわち載置台ベース５８や載置台蓋部６０、更にはこの載置台３４を支持する支柱３２は高温においても耐腐食性の大きな耐腐食性材料により形成しているので、クリーニング処理を成膜時のプロセス温度と同じ温度で、または、温度を下げるにしても僅かに温度を下げるだけで、クリーニング処理を行うことができる。
従って、載置台３４の昇降温に要する時間をなくしたり、或いは短縮化することができるので、その分、装置の稼働時間を長くしてスループットを向上させることができる。更には、載置台構造３０の長寿命化を図ることができる。
この場合、使用するクリーニングガスのガス種に対応させて用いる耐腐食性材料を選択することにより、載置台構造３０の耐腐食性を大きくすることができる。
前述したように、例えばクリーニングガスとしてＮＦ３ やＣ２ Ｆ６ 等のフッ素系ガスを用いる場合には、このフッ素系ガスに対して特に耐腐食性の大きなアルミナやイットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）を載置台３４や支柱３２を構成する耐腐食性材料として用いるのが好ましい。
またクリーニングガスとしてＣｌ２ 等の塩素系ガスを用いる場合には、この塩素系ガスに対して特に耐腐食性の大きな石英や炭化シリコンを載置台３４や支柱３２を構成する耐腐食性材料として用いるのが好ましい。
更には、クリーニングガスとしてＣｌＦ３ ガス等の塩素・フッ素系ガスを用いる場合には、クリーニングガスに塩素とフッ素の両方が含まれているので、上記いずれの耐腐食性材料を用いてもよいが、ただし、この場合には成膜ガスの種類によって用いる耐腐食性材料を決定するのが好ましい。
例えばハロゲン系の成膜ガスとしてＷＦ６ ガス等のフッ素系ガスを用いる場合には、上述したようにフッ素系ガスに対して特に耐腐食性の大きなアルミナやイットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）を用いるのがよい。
また、ハロゲン系の成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ ガス等の塩素系ガスを用いる場合には、上述したように塩素系ガスに対して特に耐腐食性の大きな石英や炭化シリコンを用いるのがよい。
ここで実際に薄膜としてＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ処理によって成膜して、これをクリーニング処理した実験を行って評価したので、その評価結果について説明する。
ここでは成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ とＮＨ３ を用い、６５０℃で熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜した。またクリーニングガスとしてＣｌＦ３ ガスを用いて、成膜温度と同じ温度（６５０℃）でクリーニング処理を行った。また耐腐食性材料として石英を用いて載置台３４を構成した。この結果、載置台３４には、ほとんど腐食が見られず、クリーニングガスに対して充分に大きな耐腐食性を有することが確認できた。
また、比較例として、従来の載置台では窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いており、クリーニング時には３００℃まで載置台温度を降温させていた。この結果、従来の載置台の場合には、６５０℃から３００℃まで降温させるのに６０〜８０分程度要し、また３００℃から６５０℃まで昇温させるのに３５分程度要していたので、結果的に本発明では、９５〜１１５分程度、装置の稼働時間を長くすることができることを、確認することができた。
ここでは、熱ＣＶＤによる成膜装置を例にとって説明したが、これに限らず、プラズマを用いたプラズマＣＶＤによる成膜装置にも本発明に係る載置台構造３０を適用することができる。この点は、後述する載置台構造の他の実施例においても同様である。このプラズマＣＶＤによる成膜装置では、例えば処理容器４の天井部に、マイクロ波を透過する石英等よりなる透過窓を気密に設け、この透過窓の上面に平面アンテナ部材を設けて、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を処理容器４内へ導入してプラズマを立てるようにすればよい。この場合、ガス供給手段であるシャワーヘッド部６を、マイクロ波を透過する材料、例えば石英で形成するか、或いは処理容器４の側壁よりガスノズルを貫通させてガス供給手段とすればよい。
ここで上記プラズマＣＶＤによる成膜装置を用いて成膜して、これをクリーニング処理した実験を行って評価したので、その評価結果について説明する。
ここでは成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ とＨ２ とＡｒ（プラズマアシストガス）を用い、６４０℃でプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜した。またクリーニングガスとしてＣｌＦ３ ガスを用いて、成膜温度と同じ温度（６４０℃）でクリーニング処理を行った。
また耐腐食性材料として石英を用いて載置台３４を構成した。この結果、載置台３４には、ほとんど腐食が見られず、クリーニングガスに対して充分に大きな耐腐食性を有することが確認できた。また、比較例として、従来の載置台では窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いており、クリーニング時には２００℃まで載置台温度を降温させていた。この結果、従来の載置台の場合には、６４０℃から２００℃まで降温させるのに１２０〜１４０分程度要し、また２００℃から６４０℃まで昇温させるのに４４分程度要していたので、結果的に本発明では、１６４〜１８４分程度、装置の稼働時間を長くすることができることを、確認することができた。
＜第２実施例＞
次に本発明の載置台構造の第２実施例について説明する。
図３及び図４に示す第１実施例の載置台構造３０にあっては、載置台３４と支柱３２の全てを同一の耐腐食性材料により構成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、部分的に、例えば特に直接的にガスに晒される載置台の上面側を、他の部分の耐腐食性材料よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料により形成するようにしてもよい。
図５は上記したような本発明に係る載置台構造の第２実施例を示す断面図である。尚、図１乃至図４に示す構成部分と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、ここでは載置台３４の上面側、すなわち載置台蓋部６０を単なる平板状に形成し、この載置台蓋部６０を構成する耐腐食性材料として、この載置台３４の他の部分の耐腐食性材料よりも、使用するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きな耐腐食性材料を用いる。この場合、載置台３４の側壁３４Ａは、同一材料で形成される載置台ベース５８の周辺部に予め溶融接合しておき、最後に、上記円板状の載置台蓋部６０の周辺部を、上記側壁３４Ａの上端部と溶融接合すればよい。
例えば載置台ベース５８、側壁３４Ａ及び支柱３２の材料としては、比較的安価で且つ比較的成形が容易な耐腐食性材料、例えば石英で形成し、シャワーヘッド部６（図１参照）より噴射されるガスが直接当たる載置台蓋部６０を比較的高価であるが耐腐食性が特に大きなイットリアにより形成するようにする。尚、この場合、図３に示す形状の載置台蓋部６０全体を別の耐腐食性材料（アルミナ）で構成してもよい。
上記した材料の組み合わせは、使用するクリーニングガスのガス種、製造の容易性及び製造コスト等を加味して適宜選択して採用される。特に、円板状の載置台蓋部６０として用いる耐腐食性材料は、使用するクリーニングガスに対して最も耐腐食性が大きな材料を選択するのが好ましい。
また上記第２実施例では、載置台３４の上面側全体、すなわち円板状の載置台蓋部６０の全体を、他の部分よりも耐腐食性の大きな耐腐食性材料で形成するようにしたが、これに限定されず、少なくともシャワーヘッド部のガス噴射孔からのガスがより直接的に当たる部分に設けるようにしてもよい。
図６はこのような載置台構造の第２実施例の変形例を示す断面図であり、図７は図６中の載置台蓋部の部分拡大図である。尚、図１乃至図５に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してある。図６に示すように、ここでは円板状の載置台蓋部６０の全体ではなく、少なくともシャワーヘッド部６のガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂから下方向へ直線状に流下するガスが直接的に当たる領域６０Ａを、他の部分よりも耐腐食性が大きな耐腐食性材料により形成している。すなわち、シャワーヘッド部６のガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂの形成領域の載置台側への投影領域に対応する領域６０Ａが、他の部分よりも耐腐食性が大きな耐腐食性材料により形成される。
この場合、図７（Ａ）に示すように、上記領域６０Ａの載置台蓋部部分の周辺部を溶融接合によって固着するようにしてもよいし、図７（Ｂ）に示すように取付部に断面段部状に取付段部７０を載置台３４の周方向に形成し、ここに上記領域６０Ａの載置台蓋部部分を嵌め込むようにして溶融接合してもよい。
この場合にも、耐腐食性材料の組み合わせは、上記第２実施例の場合と同様に、使用するクリーニングガスのガス種、製造の容易性及び製造コスト等を加味して適宜選択して採用される。特に、円板状の載置台蓋部６０の領域６０Ａとして用いる耐腐食性材料は、使用するクリーニングガスに対して最も耐腐食性が大きな材料を選択するのが好ましい。
＜第３実施例＞
次に、本発明の載置台構造の第３実施例について説明する。
図５に示す第２実施例及び図６に示す第２実施例の変形例にあっては、載置台蓋部６０自体の全部、或いは一部を、特に耐腐食性の大きな耐腐食性材料に置き換えるようにしたが、これに限定されず、この載置台蓋部６０の上面側の表面の全体を覆うようにして保護カバー部材を設けるようにしてもよい。
図８は上記したような本発明に係る載置台構造の第３実施例を示す断面図である。尚、図１乃至図７に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図８に示すように、ここでは図３に示す第１実施例で説明した載置台３４の載置台蓋部６０の上面側の表面全体を覆うようにして保護カバー部材７１を設けている。この保護カバー部材７１の周辺部は、僅かに下方向へ屈曲されて、上記載置台蓋部６０の上面に着脱自在になされており、消耗した時にこれを容易に交換できるようになっている。そして、半導体ウエハＷは、この保護カバー部材７１上に載置されることになる。
この保護カバー部材７１に用いる耐腐食性材料は、他の部分、例えば載置台ベース５８等に用いる耐腐食性材料と比較して使用するクリーニングガスに対して特に耐腐食性が大きい耐腐食性材料を用いる。
上記した耐腐食性材料の組み合わせは、使用するクリーニングガスのガス種、製造の容易性及び製造コスト等を加味して適宜選択して採用される。特に、着脱自在になされた保護カバー部材７１として用いる耐腐食性材料は、上述したように使用するクリーニングガスに対して最も耐腐食性が大きな材料を選択するのが好ましい。
＜第４実施例＞
次に本発明の載置台構造の第４実施例について説明する。
図３及び図４に示す第１実施例の載置台構造３０にあっては、支柱３２自体及び載置台３４自体を全て、クリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成したが、これに限定されず、支柱３２自体及び載置台３４自体を、従来装置で用いていた材料、すなわちクリーニングガスに対してそれ程大きくない耐腐食性材料、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成し、この表面全体をクリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成するようにしてもよい。
図９は上述したような本発明に係る載置台構造の第４実施例を示す断面図である。尚、図１乃至図４に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図９に示すように、ここでは支柱３２の全体及び載置台３４の全体、すなわち載置台ベース５８と載置台蓋部６０を、それぞれ従来装置で用いていた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等で形成する。そして、これら支柱３２や載置台３４の全ての表面、すなわち接ガス面を、クリーニングガスに対して耐腐食性の大きい前記耐腐食性材料、例えばアルミナ、イットリア、フッ化マグネシウム、石英、炭化シリコン等よりなる保護カバー部材７２で覆うようにして設けられている。
図示例では、支柱３２の表面は保護カバー部材７２Ａで覆われ、載置台ベース５８の表面は保護カバー部材７２Ｂで覆われ、載置台蓋部６０の表面は保護カバー部材７２Ｃで覆われている。上記各保護カバー部材７２Ａ〜７２Ｃは、板状部材で溶融接合により形成してもよいし、或いは溶射等のコーティング処理により被着層として形成してもよい。
この場合にも、各保護カバー部材７２Ａ〜７２Ｃとして用いる耐腐食性材料は、使用されるクリーニングガスに対応して耐腐食性が大きなものを選択して用いてもよく、また、載置台蓋部６０に対応する保護カバー部材７２Ｃとしては、第２実施例で説明したように特に耐腐食性が大きな耐腐食性材料を用いるのが好ましい。
上記各実施例における成膜処理は単に一例を示したに過ぎず、例えば６００℃以上の高温下でハロゲン系の成膜ガスを用いて熱ＣＶＤにより、或いはプラズマＣＶＤにより成膜する全ての成膜装置に本発明を適用することができる。尚、６００℃よりも温度が低いプロセス温度で成膜する成膜装置にも、本発明を適用してもよいのは勿論である。
またクリーニングガスとしては、先に説明したものに限定されず、他のハロゲン系ガスを用いてもよいのは勿論である。
更には、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
本発明に係る載置台構造を用いた成膜装置の全体を示す断面構成図である。 載置台構造のカーボンワイヤヒータが挿通される石英管の配列を示す平面図である。 本発明に係る載置台構造の第１実施例を示す断面図である。 図３に示す載置台構造の分解図である。 本発明に係る載置台構造の第２実施例を示す断面図である。 載置台構造の第２実施例の変形例を示す断面図である。 図６中の載置台蓋部の部分拡大図である。 本発明に係る載置台構造の第３実施例を示す断面図である。 本発明に係る載置台構造の第４実施例を示す断面図である。
符号の説明
２ 成膜装置
４ 処理容器
６ シャワーヘッド部（ガス供給手段）
１０Ａ，１０Ｂ ガス噴射孔
３０ 載置台構造
３２ 支柱
３４ 載置台
４０ カーボンワイヤヒータ
５８ 載置台ベース
６０ 載置台蓋部
６４ 石英管
７１，７２ 保護カバー部材
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

  1. 処理容器内にてハロゲン系の成膜ガスを用いて被処理体に対して所定のプロセス温度にて成膜処理を施すために前記被処理体を載置する載置台と、
    前記載置台を前記処理容器の底部より起立させて支持する支柱とを有する載置台構造において、
    前記載置台内に通電により熱を発生するカーボンワイヤヒータを収容すると共に、前記載置台自体又は前記載置台の表面を、前記載置台に堆積した不要な薄膜を除去するクリーニングガスに対して耐腐食性の大きい耐腐食性材料により形成したことを特徴とする載置台構造。
  2. 前記カーボンワイヤヒータは、石英管内に挿通されていることを特徴とする請求項１記載の載置台構造。
  3. 前記支柱自体又は前記支柱の表面を、前記耐腐食性材料により形成したことを特徴とする請求項１または２記載の載置台構造。
  4. 前記載置台の上面側は、該載置台の他の部分の前記耐腐食性材料よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料により形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の載置台構造。
  5. 前記耐腐食性が大きな別の耐腐食性材料により形成される領域は、少なくとも前記処理容器の天井側に前記載置台に対して対向して設けられるシャワーヘッド部のガス噴射孔の形成領域の投影領域に対応する領域であることを特徴とする請求項４記載の載置台構造。
  6. 前記載置台の上面側には、前記耐腐食性材料よりも耐腐食性の大きな別の耐腐食性材料よりなる保護カバー部材が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の載置台構造。
  7. 前記クリーニングガスがフッ素系ガスの場合には前記耐腐食性の大きな耐腐食性材料はアルミナまたはイットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）であり、前記クリーニングガスが塩素系ガスの場合には前記耐腐食性の大きな耐腐食性材料は石英または炭化シリコンであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の載置台構造。
  8. 前記耐腐食性材料は、アルミナ、イットリア（Ｙ２ Ｏ３ ）、石英、炭化シリコンの内のいずれか１つよりなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の載置台構造。
  9. 真空引き可能になされた処理容器と、
    前記処理容器内へ所定の成膜ガスやクリーニングガスを供給するためのガス供給手段と、
    前記処理容器内を真空排気する真空排気系と、
    請求項１乃至８のいずれかに記載の載置台構造と、
    を備えたことを特徴とする成膜装置。
  10. 前記ガス供給手段は、前記処理容器の天井部に設けられて、下面に複数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部よりなることを特徴とする請求項９記載の成膜装置。
  11. 前記成膜ガスは、金属を含有するハロゲン系の成膜ガスであることを特徴とする請求項９または１０記載の成膜装置。

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