JP2008294104A

JP2008294104A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2008294104A
Application number: JP2007136208A
Authority: JP
Inventors: Unryu Ogawa; 雲龍小川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】
基板の加熱効率を高め、基板の加熱時間を短縮してスループットの向上を図ると共に、周囲への放熱量を抑制し、金属汚染、異物の発生を防止し、基板の処理品質を向上させる。
【解決手段】
処理室１内に収納した基板４を加熱して処理する基板処理装置に於いて、基板を載置して加熱する基板載置台３と該基板載置台に対向する熱反射板２５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマを発生し、処理ガスを活性化して、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、エッチング等の基板処理を行う基板処理装置に関するものである。

半導体装置を製造する処理工程の１つに、プラズマを発生させシリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜を生成し、或はエッチングする基板処理の工程がある。又、基板処理を行う基板処理装置の一例として、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（ＭｏｄｉｆｉｅｄＭａｇｎｅｔｒｏｎＴｙｐｅｄＰｌａｓｍａＳｏｕｒｃｅ）を用いて基板処理を行うＭＭＴ装置がある。

図２に於いて、従来のＭＭＴ装置について概略を説明する。

処理室１を画成する処理容器２の内部にサセプタ３が設けられ、該サセプタ３に被処理基板であるウェーハ４が載置される。前記サセプタ３はヒータを内蔵しており、前記ウェーハ４を加熱する様になっている。前記処理容器２の周囲には放電機構５が配設され、高周波電源６より前記放電機構５に高周波電力が供給されることで交番磁界、交番電界が前記処理室１に形成される。

前記サセプタ３により前記ウェーハ４を加熱した状態で、前記処理容器２のシャワーヘッド７より処理ガスを導入し、更に前記放電機構５により交番磁界、交番電界を発生させることでプラズマ８が生成され、活性化したガス分子により前記ウェーハ４に所要の処理がなされる。

上記従来のＭＭＴ装置に於いて、前記サセプタ３により前記ウェーハ４を加熱する状態では、前記サセプタ３は伝熱により前記ウェーハ４を加熱するばかりでなく、熱輻射により周囲に大量の熱を放散している。更に、前記ウェーハ４が高温となった状態では、該ウェーハ４からも熱輻射で周囲に熱を放散している。

この為、前記サセプタ３から周囲へ放熱されることで、前記ウェーハ４の加熱効率が低下し、該ウェーハ４の加熱時間が長くなる。更に、前記処理室１の壁面等構造物が前記サセプタ３からの放熱で直接加熱されることから、金属汚染、異物の発生等の原因にもなっている。

特開２００３−２８２５６７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、基板の加熱効率を高め、基板の加熱時間を短縮してスループットの向上を図ると共に、周囲への放熱量を抑制し、金属汚染、異物の発生を防止し、基板の処理品質を向上させるものである。

本発明は、処理室内に収納した基板を加熱して処理する基板処理装置に於いて、基板を載置して加熱する基板載置台と該基板載置台に対向する熱反射板とを具備する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、処理室内に収納した基板を加熱して処理する基板処理装置に於いて、基板を載置して加熱する基板載置台と該基板載置台に対向する熱反射板とを具備するので、基板載置台からの輻射熱が前記熱反射板に反射され、或は該熱反射板に蓄熱され、基板載置台上の基板を効率よく加熱し、加熱時間が短縮され、スループットが向上する。又、周囲への熱放散が抑制されるので、金属汚染、異物の発生を防止でき、基板処理品質が向上する、等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１に本発明が実施される基板処理装置の一例であるＭＭＴ装置を示す。尚、図１中、図２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

ＭＭＴ装置１１は、処理容器２を有し、該処理容器２は、第１の容器であるドーム型の上側容器１２と第２の容器である碗型の下側容器１３により気密に形成され、前記上側容器１２は前記下側容器１３の上に同心に又気密に設置されている。処理室１にはサセプタ３が収納され、該サセプタ３は前記下側容器１３にサセプタ昇降機構４１を介して昇降可能に設けられ、又前記下側容器１３、前記サセプタ昇降機構４１とは絶縁されている。

前記上側容器１２は酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、前記下側容器１３はアルミニウムで形成されている。又、前記サセプタ３はヒータ一体型、或はヒータを内蔵した基板載置台であり、前記サセプタ３を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取込まれる金属汚染を低減している。

前記上側容器１２の天井部にシャワーヘッド７が設けられている。該シャワーヘッド７は、平板状のガス分散空間であるバッファ室１７を有し、該バッファ室１７の下面は多数のガス吹出孔１８が穿設されたガス分散板１９となっている。

前記バッファ室１７にはガスを供給するガス供給管２１が接続されており、該ガス供給管２１は、開閉弁２２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２３を介して反応ガス供給源（図示せず）に接続されている。

前記サセプタ３と対向して熱反射板２５が、吊り部材２６を介して前記上側容器１２に設けられる。前記熱反射板２５、前記吊り部材２６は、耐熱性を有し、基板を汚染しない材質、例えば石英、炭化珪素が用いられ、前記熱反射板２５については好ましくは黒色石英が用いられる。

又、前記熱反射板２５は、放電機構５の高周波電極の高さ中心より上方に位置する様に支持され、前記放電機構５によるプラズマの生成効率に影響を与えない様に配設される。

前記下側容器１３には、ウェーハ４を搬入出する為の基板搬入出口２７が設けられ、該基板搬入出口２７はゲート弁２８によって開閉され、該ゲート弁２８を介して図示しない基板搬送ロボットによりウェーハ４が前記処理室１に搬入出する様になっており、前記サセプタ３が降下した状態で基板搬送ロボットと前記サセプタ３との間でウェーハ４の授受が行われる様になっている。

前記下側容器１３の下部、前記サセプタ３より下方に排気管２９が接続され、該排気管２９は、圧力調整器であるＡＰＣ３１、開閉弁３２を介して排気装置である真空ポンプ３３に接続されている。

前記シャワーヘッド７から反応ガスが前記処理室１に供給され、基板処理後のガスは前記サセプタ３の周囲から前記処理室１の底方向へ流れ、前記排気管２９より排気される。

供給される反応ガスを励起させる放電機構（放電手段）５として、筒状、例えば円筒状に形成された第１の電極である筒状電極３４が設けられる。該筒状電極３４は前記上側容器１２の外周に設置され、前記処理室１内のプラズマ生成領域３５を囲んでいる。

前記筒状電極３４にはインピーダンスの整合を行う整合器３６を介して高周波電力を印加する高周波電源３７が接続されている。

又、前記筒状電極３４は、筒状、例えば円筒状に形成された磁界形成機構（磁界形成手段）であり、該筒状電極３４の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成する様になっている。

前記サセプタ３は、例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、内部に加熱機構（加熱手段）としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋込まれており、ウェーハ４を加熱できる様になっている。ヒータは電力が印加されてウェーハ４を５００℃程度に迄加熱できる様になっている。

又、前記サセプタ３の内部には、更にインピーダンスを変化させる為の電極である第２の電極（図示せず）が設けられており、該第２の電極がインピーダンス可変機構３８を介して接地されている。該インピーダンス可変機構３８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、前記第２の電極及び前記サセプタ３を介してウェーハ４の電位を制御できる様になっている。

ウェーハ４を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処理する為の処理炉３９は、少なくとも前記処理室１、前記処理容器２、前記サセプタ３、前記放電機構５、前記シャワーヘッド７、及び前記排気管２９等から構成されており、前記処理室１でウェーハ４をプラズマ処理することが可能となっている。

又、制御部（制御手段）としてのコントローラ４５は信号線Ａを通じて前記ＡＰＣ３１、前記開閉弁３２、前記真空ポンプ３３を制御し、信号線Ｂを通じて前記サセプタ昇降機構４１を制御し、信号線Ｃを通じて前記ゲート弁２８を制御し、信号線Ｄを通じて前記整合器３６、前記高周波電源３７を制御し、信号線Ｅを通じて前記マスフローコントローラ２３、前記開閉弁２２を制御し、更に図示しない信号線を通じてサセプタに埋込まれたヒータや前記インピーダンス可変機構３８をそれぞれ制御する様構成されている。

次に上記構成の処理炉３９を用いて、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ウェーハ４表面に対し、又はウェーハ４上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作は前記コントローラ４５により制御される。

ウェーハ４は基板搬送ロボット（図示せず）によって前記ゲート弁２８を通して前記処理室１に搬入され、前記サセプタ３上に搬送される。

該サセプタ３に埋込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウェーハ４を室温〜５００℃の範囲の内、所定のウェーハ処理温度に加熱する。前記真空ポンプ３３、及び前記ＡＰＣ３１を用いて前記処理室１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。

前記サセプタ３はウェーハ４を加熱すると共に前記サセプタ３からは輻射熱が放出される。輻射熱は、前記熱反射板２５によって反射され、或は該熱反射板２５が加熱されることで、該熱反射板２５が熱源となって前記ウェーハ４を加熱する。

従って、前記サセプタ３からの熱は周囲に放散されることが抑制され、前記ウェーハ４を効率よく加熱、昇温させる。尚、前記熱反射板２５を黒色石英とすることで、輻射熱の透過が抑止され、輻射熱が効率よく前記熱反射板２５に吸収される。

ウェーハ４の温度が処理温度に達し、安定化したら、前記ガス供給管２１より前記バッファ室１７に処理ガスを供給し、前記ガス分散板１９を介して、反応ガスＮ2 、Ｏ2 、Ｈ2 、Ｈｅを前記サセプタ３上のウェーハ４の上面（処理面）に向けて導入する。この時のガス流量は２０〜１００００ｓｃｃｍの範囲の内、所定の流量とする。同時に前記筒状電極３４に前記高周波電源３７から前記整合器３６を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲の内、所定の出力値を投入する。この時前記インピーダンス可変機構３８は予め所望のインピーダンス値となる様に制御しておく。

前記放電機構５の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェーハ４の上方空間に電荷をトラップして前記プラズマ生成領域３５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、前記サセプタ３上のウェーハ４の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ処理が終わったウェーハ４は、基板搬送ロボット（図示せず）によって、基板搬入と逆の手順で前記処理室１外へ搬送される。

本発明の基板処理装置では、処理炉内に熱反射板２５を具備するので、ウェーハ４を効率よく加熱でき、例えば、基板を７００℃迄加熱するのに従来では５分以上要したのに、本発明では３分程度で８００℃迄加熱することができる。

尚、本発明は、ＭＭＴ装置に限らず、処理室内にサセプタを具備する基板処理装置であれば実施可能であることは言う迄もない。

本発明の実施の形態を示す概略断面図である。従来例を示す概略断面図である。

符号の説明

１処理室
３サセプタ
４ウェーハ
５放電機構
１２上側容器
１３下側容器
２１ガス供給管
２５熱反射板
２６吊り部材
２９排気管
３５プラズマ生成領域
３９処理炉
４５コントローラ

Claims

処理室内に収納した基板を加熱して処理する基板処理装置に於いて、基板を載置して加熱する基板載置台と該基板載置台に対向する熱反射板とを具備することを特徴とする基板処理装置。