JP2009260243A - 基板処理装置の基板載置台及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】分割型のサセプタを使用した基板処理装置に於いて、基板の加熱温度分布の均一化を図り、処理品質の向上、歩留りの向上を図る。
【解決手段】加熱部5が内包されているサセプタ分体4と、前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を平面状に配置し、基板8載置面を設定する基板載置部と、前記基板載置面に設けられた均熱部7とを有する基板載置台1を提供する。
【選択図】図3

Description

本発明は、シリコンウエハ等の基板に酸化膜の生成、薄膜の生成、不純物の拡散、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。
基板処理装置には、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置と、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置がある。
枚葉式の基板処理装置では基板を収納する処理室を具備し、処理室には基板が載置される基板載置台としてのサセプタが設けられ、サセプタに内蔵されるヒータによって載置された基板を加熱し、又処理室内で所要の処理ガスを導入して基板処理を行う様になっている。
近年、歩留りの向上から、益々処理基板の大径化が図られており、基板の大径化に伴い、サセプタ、サセプタに埋設されるヒータも大径化が要求されている。
然し乍ら、製作上、或はメンテナンス上の問題から、大径のサセプタ、ヒータを製作することは難しくなっており、大径の基板、例えば450mm径基板を処理するには一体型のサセプタ、ヒータでは対応が難しくなっている。
本発明は斯かる実情に鑑み、分割型のサセプタを使用した基板処理装置に於いて、基板の加熱温度分布の均一化を図り、処理品質の向上、歩留りの向上を図るものである。
本発明は、加熱部が内包されているサセプタ分体と、サセプタ分体を複数有し、複数のサセプタ分体を平面状に配置し、基板載置面を設定する基板載置部と、基板載置面に設けられた均熱部とを有する基板載置台に係るものである。
本発明によれば、サセプタ分体間に伝熱部材を有するので、大径の基板に対応が可能であり、また伝熱板によってサセプタ分体境界部での温度低下を防止し、基板の加熱温度分布の均一性が向上するという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。
本発明の基板処理装置の一例として、プラズマ処理炉があり、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)を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理装置(以下、MMT装置)がある。
MMT装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワーヘッド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共に磁界を形成し、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が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。この様に反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、又は基板表面に薄膜を形成する、又は基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
図1により、MMT装置の概略を説明する。
MMT装置11は、処理容器12を有し、処理容器12は、主に第1の容器であるドーム型の上側容器13と第2の容器である碗型の下側容器14により構成され、上側容器13は下側容器14の上に被せられている。上側容器13と下側容器14によって処理室15が画成される。
上側容器13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、下側容器14はアルミニウムで形成されている。又処理室15には基板載置台であるサセプタ16が収納され、サセプタ16は後述するヒータを内蔵し、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され、処理の際に膜中に取込まれる金属汚染を低減している。
シャワーヘッド17は、処理室15の上部に設けられ、キャップ状の蓋体18と、ガス導入口19と、バッファ室21と、開口22と、遮蔽プレート23と、ガス吹出口24とを備えている。バッファ室21は、ガス導入口19より導入されたガスを分散する為の分散空間として設けられる。
ガス導入口19には、ガスを供給するガス供給管25が接続されており、ガス供給管25は、開閉弁であるバルブ26、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27を介して反応ガス28のガスボンベ(図示せず)に繋がっている。
シャワーヘッド17から反応ガス28が処理室15に導入され、又、サセプタ16の周囲から処理室15の底方向へ基板処理後のガスが流れる様に下側容器14の側壁にガスを排気するガス排気口29が設けられている。
ガス排気口29にはガスを排気するガス排気管31が接続されており、ガス排気管31は、圧力調整器であるAPC32、開閉弁であるバルブ33を介して排気装置である真空ポンプ34に接続されている。
導入される反応ガス28を励起させる放電機構(放電手段)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35が設けられる。筒状電極35は上側容器13の外周に設置されて処理室15内のプラズマ生成領域36を囲んでいる。筒状電極35にはインピーダンスの整合を行う整合器37を介して高周波電力を印加する高周波電源38が接続されている。
又、筒状電極35の外周側に磁界形成機構(磁界形成手段)である上下一対の筒状磁石39,39が配設され、筒状磁石39,39は筒状の永久磁石となっている。上下の筒状磁石39,39は、処理室15の半径方向に沿った両端(内周端と外周端)に磁極を持ち、上下の筒状磁石39,39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35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。
処理室15の底側中央には、基板(以下、ウエハ)8を保持する為のサセプタ16が配置されている。内部に加熱機構(加熱手段)としてのヒータ(図示せず)が一体的に埋込まれており、ウエハ8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エハ8を400℃〜800℃程度に迄加熱できる様になっている。
サセプタ16の内部には、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)も装備されており、第2の電極がインピーダンス可変機構41を介して接地されている。
インピーダンス可変機構41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、第2の電極及びサセプタ16を介してウエハ8の電位を制御できる様になっている。
ウエハ8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42は、少なくとも処理室15、処理容器12、サセプタ16、筒状電極35、筒状磁石39、シャワーヘッド17、及び排気口29から構成されており、処理室15でウエハ8をプラズマ処理することが可能となっている。
筒状電極35及び筒状磁石39の周囲には、筒状電極35及び筒状磁石39で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさない様に、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板43が設けられている。
サセプタ16は下側容器14と絶縁され、サセプタ16を昇降させるサセプタ昇降機構(昇降手段)44が設けられている。又サセプタ16には貫通孔45が設けられ、下側容器14底面にはウエハ8を突上げる為の突上げピン46が少なくとも3箇所に設けられている。さらに、サセプタ16を構成するサセプタ分体40の円弧部近傍には、サセプタ分体40を支持するサセプタ分体支持部49が設けられている。サセプタ分体支持部49は、昇降機構44と共に、サセプタを昇降させる。サセプタ分体40の詳細は後述する。
サセプタ昇降機構44によりサセプタ16が下降させられた時には突上げピン46がサセプタ16と非接触な状態で貫通孔45を突抜ける位置関係となる様、貫通孔45及び突上げピン46が設けられる。
又、下側容器14の側壁には仕切弁となるゲートバルブ47が設けられ、開いている時には図中省略の搬送機構(搬送手段)により処理室15に対してウエハ8を搬入、又は搬出することができ、閉まっている時には処理室15を気密に閉じることができる。
又、制御部(制御手段)としてのコントローラ48は信号線Aを通じてAPC32、バルブ33、真空ポンプ34を、信号線Bを通じてサセプタ昇降機構44を、信号線Cを通じてゲートバルブ47を、信号線Dを通じて整合器37、高周波電源38を、信号線Eを通じてマスフローコントローラ27、バルブ26を、さらに図示しない信号線を通じてサセプタ16に埋め込まれたヒータやインピーダンス可変機構41をそれぞれ制御する様構成されている。
次に、処理炉42を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ8表面に対し、又はウエハ8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制御部48により制御される。
ウエハ8は処理室15の外部から搬送機構(図示せず)によって処理室15に搬入され、サセプタ16上に搬送される。この搬送動作の詳細は次の通りである。
サセプタ16が基板搬送位置迄下降し、突上げピン46の先端が貫通孔45を通過する。この時サセプタ16表面よりも所定の高さ分だけ突上げピン46が突出された状態となる。
次に、ゲートバルブ47が開かれ、搬送機構(図示せず)によってウエハ8を突上げピン46の先端に載置する。搬送機構が処理室15外へ退避すると、ゲートバルブ47が閉じられる。サセプタ16がサセプタ昇降機構44及びサセプタ分体支持部により上昇すると、サセプタ16上面にウエハ8を載置することができ、更にウエハ8を処理する位置迄上昇する。
サセプタ16に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ8を室温〜800℃の範囲の内、所定のウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ34、及びAPC32を用いて処理室15の圧力を0.1〜100Paの範囲の内、所定の圧力に維持する。
ウエハ8の温度が処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口19からガス噴出孔24を介して、反応ガス28(例えばN2 ,O2 ,NH3 ,NF3 ,PH3 )をサセプタ16に載置されたウエハ8の上面(処理面)に向けて導入する。この時のガス流量は100〜1000sccmの範囲の内、所定の流量とする。同時に筒状電極35に高周波電源38から整合器37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。この時インピーダンス可変機構41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。
筒状磁石39,39の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ8の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域36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16上のウエハ8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エハ8は、搬送機構(図示せず)を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室15外へ搬送される。
次に、図2、図3により、本発明の第1の実施の形態に係るサセプタ2について説明する。このサセプタ2は、前述のMMT処理装置のサセプタ16に相当するものである。
図2(a)は、ウエハ8が載置されている状態のサセプタ2を上面から見た図である。A-Aは切り取り線であり、図2(c)及び図3がその断面図となる。図2(b)は、サセプタ分体4とヒータ分体5(加熱部)及び電力供給端子53、54との関連を示す説明図である。図3は前述の通りA-A線の断面図ではあるが、説明の便宜上、サセプタ昇降機構44及びサセプタ分体支持部49等を省略している。
本発明では、大径の基板処理に対応する為、分割型のサセプタ、ヒータを具備する基板載置台1が提案されている。
図示の基板載置台1では、サセプタ2は、3つのサセプタ分体4に分割されている。サセプタ分体4の上面は扇形状である。サセプタ2の上面が円状となるよう、各サセプタ分体4の先端部54をサセプタ2の中央部に集約するように配置される。各サセプタ分体4の内部には発熱体であるヒータ分体5がそれぞれ内蔵されている。
各サセプタ分体4の内、扇形の中心角側の領域である先端部54には、ヒータ分体5の電力供給入力端子52及び電力供給出力端子53が設けられている。これらの端子に、ヒータ電力供給線55が接続され、図示しない電力源からヒータ分体5に電力が供給される。ヒータ電力供給線55は、サセプタ昇降機構44の内側に配設されている。サセプタ昇降機構44の内側は処理室15の雰囲気から隔離されるよう構成されている。
このように、先端部54に電力供給端子を設けることで、各ヒータ電力供給線55を集中して配設することが可能となり、その結果サセプタ昇降機構44の水平方向断面の面積を小さくすることができる。水平方向断面の面積を小さくすることで、安価にサセプタ昇降機構44を作成することが可能となり、またそれに付随するモータ等の昇降機構も小さいパワーのものを設定することが可能となる。
サセプタ分体4の先端部54はサセプタ昇降機構44に支持され、また円弧側の領域はサセプタ分体支持部49により支持されている。
サセプタ分体4の材質は耐プラズマ性であり、かつ熱伝導性の高いものが良い。例えば、SiC(炭化シリコン)、AIN(窒化アルミニウム)又は石英である。又、サセプタ2が分割構造となることで、又、ヒータ分体5がサセプタ分体4に内蔵されることから、図3に記載のように、加熱源としてのヒータとしては非連続部分6が生じる。特に、前記サセプタ分体4の先端部54が集合する、サセプタ2の基板載置面中心部では大きな非連続部分6が生じる。非連続部分6は非加熱部分となり、加熱温度分布が不均一となる原因となる。
この為、サセプタ2の上面に均熱板7が設けられる。均熱板7は円状であり、直径がウエハ8より大きく設定される。均熱板7がウエハ8より小さい場合、均熱板7からはみ出したウエハ部分のみ均熱板7からの熱が来ないため、温度の不均一性が生まれるためである。均熱板7を介してウエハ8を加熱することで、温度分布の均一化が図れる。
尚、均熱板7は、ウエハ8全面が載置されれば良く、例えば円状に限らず四角条でも良い。
均熱板7は、生成されたプラズマに直接晒される。その為、材質は、耐プラズマ性、かつ熱伝導性の高いものが良い。例えば、SiC(炭化シリコン)、AIN(窒化アルミニウム)又は石英である。耐プラズマ性の材質とすることにより、パーティクルの発生を抑制することができる。また、熱伝導性の高い材質とすることで、熱の不均一を抑制することができる。ここで、パーティクルの発生とは、均熱板7がプラズマに晒されたときに、削られて発生するものを言う。又熱の不均一とは、プラズマによって削られた均熱板7で加熱した場合、基板に対して均一に熱を提供することができないことをいう。
基板載置台1による基板の温度分布を、図7の曲線Aで示している。曲線Aで示される様に、均熱板7を設けることで、周辺部の不均一性は解消されているが、中心部で非連続部分6の影響が現れ、局部的な温度低下が見られる。
更に、図4〜図6に於いて、第2の実施の形態に係るサセプタ16について説明する。
尚、図4〜図6中、図2、図3中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
図4は、ウエハが載置された状態のサセプタ16を上面から見た図である。図5は、図4のB−B線を切り取ったときの断面図である。尚、サセプタ昇降機構44やサセプタ分体支持部49等は、説明の便宜上省略している。
サセプタ16は、3つのサセプタ分体4に分割されている。サセプタ分体4の上面は扇形状である。サセプタ2の上面が円状となるよう、各サセプタ分体4の先端部54をサセプタ2の中央部に集約するように配置される。各サセプタ分体4の内部には発熱体であるヒータ分体5がそれぞれ内蔵されている。
各サセプタ分体4は、ヒータ分体5を内蔵し、ヒータ分体5を覆う部材の材質は、AIN(窒化アルミニウム)又は石英製である。
サセプタ16の上面にはSiC製の均熱板7が載設され、均熱板7上にはウエハ8が載置される。
均熱板7の下面には、温度安定化機構としての伝熱部材、例えば平板断面を有する伝熱板51を突設する。伝熱板51は、均熱板7と同材質とするか、或はより熱伝導率の大きい材質、更に、サセプタ16下部へのプラズマ回込みによるパーティクルの発生、熱の不均一化を抑制する為に、耐プラズマ性の材質が用いられる。均熱板7と伝熱板51間は、同材質であれば、熱抵抗が小さい様に溶接等の手段で接合する。又、伝熱板51はサセプタ分体4,4間の間隙に挿入される様形成され、図示の場合では、上面から見た形状が等角度に分岐したY形状である。
伝熱板51の鉛直方向の下端51aは、サセプタ分体4の鉛直方向の下端4aとヒータ分体5の鉛直方向の上端5bの間にあることが望ましい。仮に伝熱板51の下端51aが、サセプタ分体4の下端4aより下に設けられた場合、伝熱板51の下端aから熱が逃げてしまう。また、サセプタ分体51aの下端がヒータ分体5の上端より上に設けられた場合、ヒータ分体5からの熱がうまく伝わらず、非連続部分6が生じてしまう場合がある。
サセプタ分体4で均熱板7を加熱した場合、サセプタ分体4上面からの伝熱で均熱板7が加熱されるが、均熱板7のサセプタ分体4,4間の境界部分は非加熱部分となる。
伝熱板51はサセプタ分体4,4間の間隙に挿入されており、サセプタ分体4から輻射熱を受ける。伝熱板51が輻射熱で加熱されることから、均熱板7の非加熱部分からの放熱が防止されると共に伝熱板51から均熱板7の非加熱部分への伝熱により、均熱板7の非加熱部分が昇温される。
均熱板7に伝熱板51を設けた場合のウエハ8の温度分布が図7の曲線Bで示される。
曲線Bに示される様に、伝熱板51を設けたことで、ウエハ8中心部の温度が僅かに上昇している。又、温度上昇部分は、中心部の極僅かであり、従来のサセプタ2によるウエハ8の温度分布に比べて大幅に温度均一性が向上したことが分る。
尚、伝熱板51の形状については、Y形状、板形状、板厚は一定である必要はなく、伝熱板51の中心部を高く、周辺部を低くする等、得られる温度分布に応じて変更することが可能である。又、ここではプラズマで処理する基板処理装置であるMMT装置を例として説明したが、それに限るものではなく、例えば並行平板装置、ICP(Inductive Coupled Plasma)装置、ECR(Electron Cyclotron Resonance)装置を用いてもよい。
又、プラズマ処理装置に限らず、加熱処理を行う加熱装置等の枚葉装置に用いてもよい。プラズマ処理装置の場合、均熱板7、伝熱板51は、一例として耐プラズマ性の材質であるSiCを用いることを説明した。加熱装置の場合はそれに限るものではなく、均熱板7、伝熱板51の一例としてカーボンを用いてもよい。耐プラズマ性の性質を考慮せず、且つ安価に提供できる為である。
(付記)
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
(付記1)基板が載置されるサセプタを有し、サセプタが発熱体を内蔵する複数のサセプタ分体から構成され、サセプタ分体間に挿入される伝熱部材を有することを特徴とする基板載置台。
(付記2)基板を処理する処理室と、処理室に設けられる基板載置台とを具備し、基板載置台は、基板が載置されるサセプタを有し、サセプタが発熱体を内蔵する複数のサセプタ分体から構成され、サセプタ分体間に挿入される伝熱部材を有することを特徴とする基板処理装置。
(付記3)均熱板、伝熱部材はSiCであり、基板はプラズマ処理を行う付記2の基板処理装置。
(付記4)処理される基板は450mm径以上である付記2又は付記3の基板処理装置。
(付記5) 加熱部が内包されているサセプタ分体と、前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を平面状に配置し、基板載置面を設定する基板載置部と、前記基板載置面に設けられた均熱部とを有する基板載置台。
(付記6)
前記複数のサセプタ分体の間に、伝熱部を有する付記5記載の基板載置台。
(付記7)
前記均熱部の下端部は、鉛直方向で、前記加熱部と前記サセプタ分体の下端部の間に設定される付記6記載の基板載置台。
(付記8)
前記均熱部の径は、載置される基板の径より大きい付記5乃至7記載の基板載置台。
(付記9)
前記均熱部及び前記伝熱部は、同材質である付記6乃至8記載の基板載置台。
(付記10)
前記並べられた複数のサセプタ分体は上面が扇形であって、前記サセプタ分体の先端部に加熱部電力供給端子を設ける請求項5乃至9記載の基板載置台。
(付記11)
処理ガスを供給するガス供給部と、プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマにより処理される基板を内包する処理室と、前記処理室の雰囲気を排出する排気部と、前記処理室に設けられ、処理される基板を載置する基板載置部とを有する基板処理装置であって、前記基板載置部は加熱部が内包されているサセプタ分体と、前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を並べ、基板載置面を設定する基板載置部と、前記複数のサセプタ分体の間に設けられた均熱部とを有する基板処理装置。
(付記11)
前記基板載置面に、伝熱部を有する付記10記載の基板処理装置。
(付記12)
前記第一または伝熱部は、SiCである付記11記載の基板処理装置。
(付記13)
処理ガスを供給するガス供給部と、基板を加熱処理する処理室と、前記処理室の雰囲気を排出する排気部と、前記処理室に設けられ、処理される基板を載置する基板載置部とを有する基板処理装置であって、前記基板載置部は加熱部が内包されているサセプタ分体と、 前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を並べ、基板載置面を設定する基板載置部と、前記複数のサセプタ分体の間に設けられた均熱部とを有する
基板処理装置。
本発明が実施される基板処理装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の第1実施の形態の要部を示す図である。 図2のA−A断面図である。 本発明の第2実施の形態の要部を示す概略平面図である。 図4のB−B断面図である。 図5のC部拡大図である。 本発明に於ける基板の温度分布を示す線図である。
符号の説明
1 基板載置台
2 サセプタ
4 サセプタ分体
5 ヒータ分体
6 非連続部分
7 均熱板
8 ウエハ
15 処理室
16 サセプタ
35 筒状電極
36 プラズマ生成領域
39 筒状磁石
42 処理炉
44 サセプタ昇降機構
51 伝熱板

Claims (10)

  1. 加熱部が内包されているサセプタ分体と、
    前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を平面状に配置し、基板載置面を設定する基板載置部と、
    前記基板載置面に設けられた均熱部と
    を有する基板載置台。
  2. 前記複数のサセプタ分体の間に、伝熱部を有する請求項1記載の基板載置台。
  3. 前記伝熱部の下端部は、鉛直方向で、前記加熱部と前記サセプタ分体の下端部の間に設定される請求項2記載の基板載置台。
  4. 前記均熱部の径は、載置される基板の径より大きい請求項1乃至3記載の基板載置台。
  5. 前記均熱部及び前記伝熱部は、同材質である請求項2乃至4記載の基板載置台。
  6. 前記並べられた複数のサセプタ分体は上面が扇形であって、前記サセプタ分体の先端部に加熱部電力供給端子を設ける請求項1乃至5記載の基板載置台。
  7. 処理ガスを供給するガス供給部と、
    プラズマを生成するプラズマ生成部と、
    前記プラズマにより処理される基板を内包する処理室と、
    前記処理室の雰囲気を排出する排気部と、
    前記処理室に設けられ、処理される基板を載置する基板載置部とを有する基板処理装置であって、
    前記基板載置部は
    加熱部が内包されているサセプタ分体と、
    前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を平面状に配置し、基板載置面を設定する基板載置部と、
    前記複数のサセプタ分体の間に設けられた均熱部とを有する
    基板処理装置。
  8. 前記基板載置面に、伝熱部を有する請求項7記載の基板処理装置。
  9. 前記第一または伝熱部は、SiCである請求項8記載の基板処理装置。
  10. 処理ガスを供給するガス供給部と、
    基板を加熱処理する処理室と、
    前記処理室の雰囲気を排出する排気部と、
    前記処理室に設けられ、処理される基板を載置する基板載置部とを有する基板処理装置であって、
    前記基板載置部は
    加熱部が内包されているサセプタ分体と、
    前記サセプタ分体を複数有し、前記複数のサセプタ分体を平面状に配置し、基板載置面を設定する基板載置部と、
    前記複数のサセプタ分体の間に設けられた均熱部とを有する
    基板処理装置。
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