JP2010059443A - 石英ヒーター及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成膜処理を繰り返しても、温度再現性が悪化し難い石英ヒーターを提供すること。
【解決手段】 発熱体２３が埋設され、被処理基板載置面２１ａ上に被処理基板Ｗが載置される有色石英ヒーター本体２１を備え、有色石英ヒーター本体２１の熱放射率を、被処理基板Ｗ上に成膜される薄膜の熱放射率以上とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体ウエハ等の被処理基板を載置して加熱する石英ヒーター、及びこの石英ヒーターを備えた成膜装置に関する。

半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハに対して、成膜処理を施す工程が存在する。この成膜処理に際しては、半導体ウエハを所定の温度に加熱するが、この加熱には基板載置台を兼ねたヒーターを用いることが一般的である。一般的なヒーター、例えば、石英ヒーターは、特許文献１に記載されている。
特開平６−２６０４３０号公報

被処理基板に成膜処理を施すと被処理基板上に膜が堆積されるが、この膜は被処理基板上だけではなく、石英ヒーター表面上にも堆積される。このため、成膜処理を何回か行った後、例えば、ハロゲン系のクリーニングガスをチャンバ内に流し、石英ヒーター表面上に堆積された膜をエッチングにより除去するクリーニングプロセスが導入されている。

しかし、膜は石英ヒーターの基板載置面上だけでなく、基板載置面とは反対側の面（裏面）上にも少しずつ堆積されていく。クリーニングガスはチャンバの上方から供給され、チャンバの下方から排気される。このため、クリーニングガスは基板載置面上には良くいきわたるが、石英ヒーター裏面にはいきわたり難い。このため、堆積された膜が石英ヒーター裏面上から完全に除去されず、膜が石英ヒーター裏面に少しずつ蓄積されていく。この結果、石英ヒーター裏面の熱放射率が、初期状態（成膜処理回数がゼロ）に比較して変わっていく。熱放射率が変わると、石英ヒーターの熱放射の均一性が悪くなり、石英ヒーターの温度再現性が悪化する。

この発明は、上記事情に鑑み為されたもので、成膜処理を繰り返しても、温度再現性が悪化し難い石英ヒーター及びこの石英ヒーターを備えた成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る石英ヒーターは、発熱体が埋設され、被処理基板載置面上に被処理基板が載置される有色石英ヒーター本体を備え、前記有色石英ヒーター本体の熱放射率が、前記被処理基板上に成膜される薄膜の熱放射率以上である。

また、この発明の第２の態様に係る成膜装置は、発熱体が埋設され、被処理基板載置面上に被処理基板が載置される石英ヒーター本体と、前記石英ヒーター本体の、前記被処理基板載置面と反対側の面に設けられた、有色石英部材と、を備え、前記有色石英部材の熱放射率が、前記被処理基板上に成膜される薄膜の熱放射率以上である。

また、この発明の第３の態様に係る成膜装置は、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記被処理基板が載置される、上記第１の態様、又は第２の態様に係る石英ヒーターを含む基板載置台と、前記チャンバ内で前記被処理基板に所定の膜を成膜処理する成膜処理部と、を具備する。

この発明によれば、成膜処理を繰り返しても、温度再現性が悪化し難い石英ヒーター及びこの石英ヒーターを備えた成膜装置を提供できる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１の実施形態に係る石英ヒーターを備えた成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。

図１に示すように、成膜装置１、本例ではＣＶＤ装置は、被処理基板Ｗ、本例では半導体ウエハが載置される基板載置台としての石英ヒーター２と、石英ヒーター２を収容するチャンバ３と、チャンバ３の内部を排気する排気部４と、チャンバ３の内部において被処理基板Ｗに成膜処理を施す成膜処理部５と、成膜装置１を制御する制御部６とを備える。

石英ヒーター２は、ヒーター本体２１と、ヒーター本体２１を支持する中空の石英製支持柱２２とを含む。ヒーター本体２１の内部には発熱体２３、例えば、ヒーター電極が埋設されている。図示せぬ給電線は、支持柱２２の中空部を介して発熱体２３に接続される。発熱体２３は、ヒーター本体２１の基板載置面２１ａ上に載置された被処理基板を加熱する。

チャンバ３の底部３ａには支持柱２２が固定され、その上に石英ヒーター２が固定される。尚、支持柱２２と石英ヒーター２とは一体形状でも良い。チャンバ３の側壁３ｂの底部３ａ側には排気管３１が接続されている。排気管３１は排気部４の排気装置４１、例えば、真空排気装置に接続されている。チャンバ３の内部は、排気管３１を介して真空排気可能となっている。チャンバ３の上部には、シール部材４０、例えば、Ｏリングを介して上蓋３ｃが取り付けられている。

成膜処理部５は、処理ガス供給部５１と、シャワーヘッド５２とを含む。

本例の処理ガス供給部５１は、成膜ガスを供給する成膜ガス供給源５３、及びクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給源５４を有する。成膜ガス供給源５３はガス供給管５３ａに接続される。成膜ガスは、成膜ガス供給源５３からガス供給管５３ａ、ガスの流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５３ｂ、及びバルブ５３ｃを介してシャワーヘッド５２に供給される。クリーニングガスも成膜ガスと同様に、クリーニングガス供給源５４からガス供給管５４ａ、ＭＦＣ５４ｂ、及びバルブ５４ｃを介してシャワーヘッド５２に供給される。

本例のシャワーヘッド５２は上蓋３ｃに取り付けられ、内部にガス拡散空間５２ａを有する。成膜ガス、又はクリーニングガスはガス拡散空間５２ａに供給され、ガス拡散空間５２ａの被処理基板Ｗに相対する面に設けられた複数のガス吐出孔５２ｂを介してチャンバ３の内部空間Ｓへ吐出される。成膜ガスがチャンバ３の内部空間Ｓに吐出され、被処理基板Ｗが成膜温度に達していると、被処理基板Ｗの表面上に膜が成膜される。

さらに、チャンバ３の内部空間Ｓには、成膜処理一回ごと、又は何回かの成膜処理ごとに、クリーニングガスが吐出される。クリーニングガスは、例えば、ハロゲン系のガスであり、チャンバ３の内壁上、及び石英ヒーター２の表面上にも成膜処理された膜をエッチングする。これにより、チャンバ３の内部、及び石英ヒーター２がクリーニングされる。

制御部６は、プロセスコントローラ６１と、ユーザーインターフェース６２と、記憶部６３と、を備えている。

プロセスコントローラ６１は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる。

ユーザーインターフェース６２は、オペレータが成膜装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。

記憶部６３は、成膜装置１において実行される成膜処理、及びクリーニング処理を、プロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、及び処理条件に応じて成膜装置１に処理を実行させるためのレシピが格納される。制御プログラムやレシピは、記憶部６３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。任意のレシピはユーザーインターフェース６２からの指示等にて記憶部６３から呼び出され、プロセスコントローラ６１において実行されることで、プロセスコントローラ６１の制御のもと、成膜装置１において被処理基板Ｗに対する成膜処理が実施される。

第１の実施形態に係る石英ヒーター２は、ヒーター本体２１の熱放射率が、被処理基板Ｗ上に成膜される薄膜の熱放射率以上とされる。このようなヒーター本体２１の一例は、ヒーター本体２１を有色石英製とすることである。有色石英の一例は、黒色石英である。黒色石英は、例えば、石英粉に酸化ニオブを混合することで形成することができる。

図２Ａは熱放射率と成膜処理回数との関係を示す図である。

図２Ａに示すように、熱放射率は理想的な黒体が“１”で完全反射体が“０”である。物質の熱放射率の値は“０”と“１”との間をとる。例えば、図２Ａ中の参考例に示すように、通常、石英ヒーターのヒーター本体に使用される透明石英の熱放射率は約０．７５である。

対して、図２Ａ中の実施形態に示すように、本例のヒーター本体２１は有色石英であり、熱放射率は０．７５を超える。例えば、有色石英の一つである黒色石英の熱放射率は約０．９８であり、理想的な黒体の熱放射率“１”に近い。

図３Ａ及び図３Ｂは、参考例に係る石英ヒーターの初期状態（成膜処理回数ゼロ）と成膜処理を繰り返した後の状態とを示す断面図、図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施形態に係る石英ヒーターの初期状態（成膜処理回数ゼロ）と成膜処理を繰り返した後の状態とを示す断面図である。

図３Ａ及び図４Ａに示すように、初期状態においては、ヒーター本体２１の表面には、参考例及び第１の実施形態の双方ともに膜が堆積していない。

成膜処理を繰り返していくと、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、膜７０が、石英ヒーター２の、特に、ヒーター本体２１の裏面２１ｂ上に堆積する。これは、膜７０を除去するクリーニングガスが、ヒーター本体２１の裏面２１ｂに到達し難いため、裏面２１ｂ上に膜残りが発生し、残った膜が、裏面２１ｂ上に少しずつ蓄積されていくことで発生する。

参考例においては、ヒーター本体２１が透明石英製である。このため、裏面２１ｂ上への膜７０の堆積が生ずると、裏面２１ｂにおける熱放射率が初期状態に比較して変化する。熱放射率の変化は、図２Ａに示すように、成膜処理が繰り返されるごとに大きくなる。熱放射率の変化が大きくなる結果、図２Ｂに示すように、熱放射の均一性が初期状態に比較して徐々に損なわれていき、石英ヒーター２の温度再現性が悪化してくる。

対して、第１の実施形態においては、ヒーター本体２１が有色石英製であり、ヒーター本体２１の熱放射率を堆積される膜７０の熱放射率以上である。裏面２１ｂ上に膜７０が堆積しても、熱放射率はほとんど変化しない。このため、図２Ａに示すように、第１の実施形態においては、成膜処理を繰り返しても熱放射率は、ほぼ初期状態のレベルを維持できる。この結果、図２Ｂに示すように、成膜処理を繰り返しても、熱放射の均一性が初期状態からほとんど変化することはなく、参考例に比較して、石英ヒーター２の温度再現性の悪化を抑制することができる。

このように、第１の実施形態によれば、ヒーター本体２１の熱放射率を、堆積される膜の熱放射率以上とすることで、成膜処理を繰り返しても、温度再現性が悪化し難い石英ヒーター及びこの石英ヒーターを備えた成膜装置を得ることができる。

（第２の実施形態）
図５は、この発明の第２の実施形態に係る石英ヒーターを備えた成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。

図５に示すように、第２の実施形態に係る石英ヒーター２０が、第１の実施形態に係る石英ヒーター２と異なるところは、石英ヒーター本体２１が透明石英製であり、透明石英製のヒーター本体２１の裏面２１ｂ上に有色石英部材２４を備えていることである。これ以外は、第１の実施形態に係る石英ヒーター２と同じである。

有色石英部材２４の熱放射率は、被処理基板Ｗ上に成膜される薄膜の熱放射率以上である。有色石英部材２４の材料の一例は、第１の実施形態と同様に黒色石英であり、例えば、石英粉に酸化ニオブを混合することで形成される。

第２の実施形態に係る石英ヒーター２０によれば、ヒーター本体２１が透明石英製である。このため、特に、基板載置面２１ａを透明石英によって構成することができる。

従って、第１の実施形態に係る石英ヒーター２のように、ヒーター本体２１の全体が有色石英である場合に比較して、被処理基板Ｗに汚染、例えば、金属汚染が発生する可能性を低く抑えることができる、という利点を得ることができる。

さらに、石英ヒーター２０によれば、基板載置面２１ａが透明石英によって構成されるので、第１の実施形態に係る石英ヒーター２比較して、被処理基板Ｗの温度を上昇させやすい、という利点もある。

また、石英ヒーター２０は、ヒーター本体２１の裏面２１ｂ上に、有色石英部材２４を備えている。このため、成膜処理を繰り返しても、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、石英ヒーター２と同様、初期状態の熱放射率からほとんど変化しないようにすることができる。

よって、第２の実施形態においても、成膜処理を繰り返しても、温度再現性が悪化し難い石英ヒーター及びこの石英ヒーターを備えた成膜装置を得ることができる。

なお、ヒーター本体２１の材料は、有色石英部材２４の材料と同種のものとされることが好ましい。本例では、ヒーター本体２１を透明石英製とし、有色石英部材２４の材料と同種のものとしている。

このように、ヒーター本体２１の材料は、有色石英部材２４の材料と同種のものとすることで、ヒーター本体２１の熱膨張率と有色石英部材２４の熱膨張率とをほぼ同じとすることができ、ヒーター本体２１の破壊、もしくは部材２４の破壊を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図７は、この発明の第３の実施形態に係る石英ヒーターを備えた成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。

図７に示すように、第３の実施形態に係る石英ヒーター２００が、第１の実施形態に係る石英ヒーター２と異なるところは、支持柱２２の熱放射率を被処理基板Ｗ上に成膜される薄膜の熱放射率以上としたことである。これ以外は、第１の実施形態に係る石英ヒーター２と同じである。

このような支持柱２２の材料の一例は、第１の実施形態と同様に黒色石英であり、例えば、石英粉に酸化ニオブを混合することで形成すれば良い。

支持柱２２自体には発熱体はないが、ヒーター本体２１からの伝熱により、支持柱の温度が成膜温度に達する場合もあり得る。このような場合には支持柱２２の表面上にも膜が堆積する。このため、支持柱２２からの熱放射率が変化する。

このような支持柱２２の熱放射率の変化を抑制したい場合には、第３の実施形態のように支持柱２２の熱放射率を、被処理基板Ｗ上に成膜される薄膜の熱放射率以上とすると良い。

第３の実施形態によれば、支持柱２２の熱放射率の変化も抑制できるので、成膜処理を繰り返しても、さらに、温度再現性が悪化し難い石英ヒーター及びこの石英ヒーターを備えた成膜装置を得ることができる。

また、特に、図示はしないが、第３の実施形態は第２の実施形態と組み合わせて実施することもできる。

以上、この発明をいくつかの実施形態に基づいて説明したが、この発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。

例えば、上記実施形態では、成膜装置としてＣＶＤ装置を例示したが、成膜装置はＣＶＤ装置に限らず、膜を堆積する装置であれば適用できる。例えば、ＡＬＤ装置やスパッタ装置にも適用することができる。

第１の実施形態に係る石英ヒーターを備えた成膜装置の一例を概略的に示す断面図 図２Ａは熱放射率と成膜回数との関係を示す図、図２Ｂは熱放射均一性と成膜回数との関係を示す図 参考例に係る石英ヒーターの初期状態（成膜処理回数ゼロ）と成膜処理を繰り返した後の状態とを示す断面図 第１の実施形態に係る石英ヒーターの初期状態（成膜処理回数ゼロ）と成膜処理を繰り返した後の状態とを示す断面図 第２の実施形態に係る石英ヒーターを備えた成膜装置の一例を概略的に示す断面図 第２の実施形態に係る石英ヒーターの初期状態（成膜処理回数ゼロ）と成膜処理を繰り返した後の状態とを示す断面図 第３の実施形態に係る石英ヒーターを備えた成膜装置の一例を概略的に示す断面図

符号の説明

１…成膜装置、２…石英ヒーター、３…チャンバ、４…排気部、５…成膜処理部、６…制御部、２１…ヒーター本体、２２…支持柱、２３…発熱体。

Claims (10)

1. 発熱体が埋設され、被処理基板載置面上に被処理基板が載置される有色石英ヒーター本体を備え、
   前記有色石英ヒーター本体の熱放射率が、前記被処理基板上に成膜される薄膜の熱放射率以上であることを特徴とする石英ヒーター。
2. 前記有色石英ヒーター本体が酸化ニオブを含有していることを特徴とする請求項１に記載の石英ヒーター。
3. 前記有色石英ヒーター本体を支持する有色石英支持柱を、さらに備え、
   前記有色石英支持柱の熱放射率が前記薄膜の熱放射率以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の石英ヒーター。
4. 前記有色石英支持柱が酸化ニオブを含有していることを特徴とする請求項３に記載の石英ヒーター。
5. 発熱体が埋設され、被処理基板載置面上に被処理基板が載置される石英ヒーター本体と、
   前記石英ヒーター本体の、前記被処理基板載置面と反対側の面に設けられた、有色石英部材と、を備え、
   前記有色石英部材の熱放射率が、前記被処理基板上に成膜される薄膜の熱放射率以上であることを特徴とする石英ヒーター。
6. 前記有色石英部材が酸化ニオブを含有していることを特徴とする請求項５に記載の石英ヒーター。
7. 前記石英ヒーター本体が、透明石英製であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の石英ヒーター。
8. 前記石英ヒーター本体を支持する有色石英支持柱を、さらに備え、
   前記有色石英支持柱の熱放射率が前記薄膜の熱放射率以上であることを特徴とする請求項５乃至請求項７いずれか一項に記載の石英ヒーター。
9. 前記有色石英支持柱が酸化ニオブを含有していることを特徴とする請求項８に記載の石英ヒーター。
10. 被処理基板を収容するチャンバと、
    前記チャンバ内に設けられ、前記被処理基板が載置される、請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載された石英ヒーターを含む基板載置台と、
    前記チャンバ内で前記被処理基板に所定の膜を成膜処理する成膜処理部と、
    を具備することを特徴とする成膜装置。

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