JP2012142329A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ支持部の面内の温度分布を適切にする処理装置を提供する。
【解決手段】処理装置は、処理室１０と、該処理室内に設けられたウェーハＷの支持部２２と、該支持部を加熱するヒータｈと、前記支持部に対向して設けられ、前記処理室に通じる複数のガス吹出孔１４を有するシャワープレート１２と、を備え、該シャワープレートにおける前記支持部に対向する表面は、前記支持部側からの輻射熱に対する反射率が相対的に異なる複数の領域を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、処理装置に関する。

従来より、気相成長装置のガス供給機構として、多数のガス吹出孔を有するシャワーヘッドが用いられている。処理室内でサセプタに支持されたウェーハはシャワーヘッドに対向する。そして、サセプタ及びそれに支持されたウェーハを加熱しつつ、シャワーヘッドから原料ガスをウェーハに向けて吹き出させて、各種膜をウェーハ上に気相成長させる。

そのとき、サセプタにおける面方向の温度分布がばらつくと、ウェーハの面方向で膜厚、膜組成、結晶品質などが変化する原因となり、最終的な製品の特性に影響する。

特開２００５−７２４２４号公報

ウェーハ支持部の面方向の温度分布を適切にする処理装置を提供する。

実施形態によれば、処理装置は、処理室と、前記処理室内に設けられたウェーハ支持部と、前記ウェーハ支持部を加熱するヒータと、前記ウェーハ支持部に対向して設けられたシャワープレートと、を備えている。前記シャワープレートは、前記ウェーハ支持部が臨む空間に通じる複数のガス吹出孔を有する。前記シャワープレートにおける前記ウェーハ支持部に対向する表面は、前記ウェーハ支持部側からの輻射熱に対する反射率が相対的に異なる領域を含む。

実施形態の処理装置の模式図。 他の実施形態の処理装置の模式図。 実施形態の処理装置におけるシャワープレートの平面図。 比較例の処理装置におけるサセプタ中央部の温度低下を説明するための模式図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１（ａ）は、実施形態の処理装置の模式図である。本実施形態では、処理装置として、気相成長装置を一例に挙げて説明する。

図１（ａ）における上下方向は鉛直方向に対応する。すなわち、処理室１０内における鉛直方向の下方にステージ２１が設けられ、その上方にシャワーヘッド１１が設けられている。

ステージ２１は、例えば円盤状に形成されている。ステージ２１の面方向（径方向）の中央部には、下方に延びる回転軸２３が設けられている。

回転軸２３の下端部は、回転機構２４に連結されている。回転機構２４は、処理室１０の外部に設けられ、例えば、モータ、そのモータと連結された駆動力伝達機構などを含む。

処理室１０内における、ステージ２１の裏側には、ヒータｈが設けられている。ヒータｈは、処理室１０の外部に設けられた図示しない電源に接続されている。

ステージ２１上には、ウェーハ支持部としてサセプタ２２が保持されている。サセプタ２２には、例えば複数枚のウェーハＷが保持される。あるいは、サセプタ２２は１枚のウェーハＷのみを支持してもよい。

ウェーハＷは、例えば、シリコンなどの半導体基板、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化シリコンなどの化合物半導体基板、サファイア基板などである。あるいは、それら基板上に各種膜が形成されたものも、本実施形態における処理対象のウェーハＷとして含む。

処理室１０の上方には、シャワーヘッド１１が設けられている。シャワーヘッド１１の外形は、例えば円盤状に形成されている。シャワーヘッド１１の内部には、面方向に広がる空間としてガス導入室１３が形成されている。

ガス導入室１３の下には、シャワープレート１２が設けられている。シャワープレート１２において、ガス導入室１３に対する反対側の表面は、サセプタ２２に対向している。シャワープレート１２の表面と、サセプタ２２との間には、空間が介在する。

図１（ｂ）は、シャワープレート１２の表面を表す。シャワープレート１２の表面の平面形状は、円形状である。

シャワープレート１２には、複数のガス吹出孔１４が形成されている。ガス吹出孔１４は、シャワープレート１２の厚み方向を貫通している。すなわち、ガス吹出孔１４の上端はガス導入室１３に通じ、ガス吹出孔１４の下端はサセプタ２２上の空間（処理室１０）に通じている。したがって、ガス導入室１３と処理室１０とは、ガス吹出孔１４を介して通じている。

シャワープレート１２の平面サイズは、サセプタ２２の平面サイズよりも大きい。シャワープレート１２の表面における複数のガス吹出孔１４が形成された領域の平面サイズは、サセプタ２２の表面の平面サイズとほぼ同じである。

シャワープレート１２の材料として、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属、セラミック、石英などを用いることができる。

シャワーヘッド１１の側壁部には、ガス導入室１３に通じるガス導入路１５が形成されている。例えば、複数のガス導入路１５が、シャワーヘッド１１の面方向（径方向）の中心に対して対称的配置で設けられている。ガス導入路１５は、処理室１０の外部に設けられた図示しない原料ガス供給源に接続される。

処理室１０の下方の外周部には、排気路２５が形成されている。排気路２５は、処理室１０の外部に設けられた図示しない真空ポンプ等を含む真空排気系に接続されている。

原料ガスは、ガス導入路１５を通じてガス導入室１３内に導入される。ガス導入室１３内に導入されたガスは、ガス導入室１３内を面方向に均一に広がり、ガス吹出孔１４から処理室１０内に吹き出す。ガス導入量とガス排気量とを適切に制御することで、処理室１０内は所望の減圧雰囲気にされる。

回転機構２４は、シャワープレート１２とサセプタ２２とを結ぶ方向である鉛直方向に延びる回転軸２３まわりにステージ２１を回転させる。サセプタ２２及びサセプタ２２に保持されたウェーハＷも、ステージ２１と一体に回転する。サセプタ２２を回転させることで、ウェーハＷの面方向に対する均一処理が可能となる。

また、サセプタ２２及びサセプタ２２に保持されたウェーハＷは、ヒータｈによって加熱される。ガス吹出孔１４から処理室１０内に吹き出したガスは、加熱されたウェーハＷの表面で分解及び反応する。これにより、ウェーハＷの表面に所望の膜が形成される。

ここで、図４（ａ）は、比較例の気相成長装置の模式図を示す。また、図４（ｂ）は、比較例の気相成長装置におけるサセプタ２２の径方向（面方向）の温度分布を表す。

図４（ａ）及び（ｂ）において、１点鎖線Ｃはシャワープレート４２及びサセプタ２２の径方向（面方向）の中心位置を表す。図４（ａ）は、その中心線Ｃよりも片側（左側）半分の断面を表す。

この比較例の気相成長装置においても、複数のガス吹出孔１４を有するシャワープレート４２が、サセプタ２２上に支持されたウェーハＷに対向している。

そして、サセプタ２２及びウェーハＷは、加熱されつつ、中心線Ｃのまわりに回転される。ガス吹出孔１４から吹き出したガスは、サセプタ２２に向かって、図４（ａ）における縦方向に流れるが、サセプタ２２表面近傍では、サセプタ２２の回転の影響を受けて、サセプタ２２表面上を径方向の外側に向かって流れていく。そのサセプタ２２表面上を横方向に流れる成分は、径方向の外側に行くに従い増していく。

しかしながら、図４（ａ）において破線Ａで表されるサセプタ２２の中央部では、横方向に流れるガス成分がほとんどない。このため、サセプタ２２の中央部には、より強い勢いのガスが吹き付けられやすく、図４（ｂ）に示すように、サセプタ２２の中央部で局部的に温度が下がる現象が確認された。これは、ウェーハＷの面方向の温度分布を悪化させ、製品の特性ばらつきをまねく要因の一つになる。

一方、本実施形態のシャワープレート１２の表面は、加熱されているサセプタ２２及びウェーハＷ側からの輻射熱に対する反射率が相対的に異なる領域を含む。ここで、反射率が相対的に異なるとは、１０％以上異なることを言う。
例えば、図１（ｂ）において、シャワープレート１２の表面における面方向の中央部１２ａは、他の領域に比べて相対的に上記輻射熱に対する反射率が高い。

具体的に、シャワープレート１２の表面における中央部１２ａと他の領域とは、表面粗さが相対的に異なる。例えば、中央部１２ａを鏡面化させて、他の領域よりも上記輻射熱に対する反射率を高くしている。あるいは、他の領域を粗面化することで、中央部１２ａが相対的に反射率が高くなるようにしてもよい。

シャワープレート１２の表面の中央部１２ａは、より強い勢いでガスが吹き付けられやすく温度が低下しがちなサセプタ２２の中央部に対向する部分である。その中央部１２ａの反射率を相対的に高くすることで、中央部１２ａで反射する熱量を増大させ、サセプタ２２の中央部における局部的な温度低下を抑制できる。これにより、サセプタ２２の面方向の温度を均一にできる。この結果、サセプタ２２に支持されたウェーハＷの面方向の温度ばらつきを抑制でき、製品品質及び歩留まりを向上させることができる。

なお、シャワープレート１２の表面を部分的に鏡面化、粗面化することに限らず、シャワープレート１２の表面に部分的に膜を形成することでも、シャワープレート１２の表面における上記反射率を部分的に異ならせることができる。

例えば、図３（ａ）に示す具体例では、シャワープレート１２の表面の中央部に、シャワープレート１２とは異なる材料の膜１８が形成されている。膜１８は、ガス吹出孔１４を閉塞していない。膜１８は、シャワープレート１２の材料よりも、上記輻射熱に対する反射率が高い。

あるいは、シャワープレート１２の表面における中央部以外の領域に、シャワープレート１２の材料よりも上記輻射熱に対する反射率が低い膜を形成してもよい。その膜が形成されない中央部は、相対的に上記反射率が高くなる。あるいは、シャワープレート１２の表面の中央部に第１の膜を形成し、その中央部以外の領域に、第１の膜よりも上記反射率が低い第２の膜を形成してもよい。

いずれにしても、サセプタ２２の面方向の温度分布に応じて、シャワープレート１２の表面における、上記輻射熱に対する反射率を部分的に変えることで、シャワープレート１２の表面からサセプタ２２側への熱の反射量を制御できる。サセプタ２２における温度が低下しがちな部分に対向するシャワープレート１２の表面の上記反射率を相対的に高くすることで、サセプタ２２における局部的な温度低下を抑制できる。結果的に、サセプタ２２の面方向の温度分布を均一にすることができる。

シャワープレート１２の材料として、例えば石英を使った場合、加熱されているサセプタ２２及びウェーハＷ側からの輻射熱（赤外光を主とする電磁波）は、石英を透過してしまう。したがって、石英を使ったシャワープレート１２においては、上記反射率を高めたい部分には、表面処理よりも、上記輻射熱に対する反射性を有する膜を形成することが有効である。

シャワープレート１２の表面を部分的に鏡面化もしくは粗面化する処理は、シャワープレート１２の表面に部分的に膜を形成するよりも比較的容易且つ低コストで行うことができる。

次に、図２（ａ）は、他の実施形態の処理装置の模式図である。図２（ａ）において、図１（ａ）に示す前述した実施形態と同じ要素には同じ符号を付しており、その機能も同じである。

本実施形態では、ステージ３１が、図１（ａ）に示す実施形態と異なる。ステージ３１の面方向の端部に脚部３２が設けられ、ステージ３１はその脚部３２を介して、処理室１０の底部上に支持されている。

脚部３２は、ステージ３１から熱が逃げる経路になる。したがって、面方向の端部に脚部３２が設けられたステージ３１においては、その端部の温度が低くなりやすい。したがって、ステージ３１上に保持されたサセプタ２２において、その面方向の端部での局部的な温度低下が懸念される。

そこで、本実施形態では、サセプタ２２の面方向の端部に対向する部分である、シャワープレート１２の表面における面方向の端部（外周側）が相対的に上記反射率が高くなるようにしている。

例えば、図２（ｂ）において、シャワープレート１２の表面における面方向の端部（外周側）１２ｂは、それよりも内側の領域に比べて上記輻射熱に対する反射率が高い。

例えば、端部１２ｂを鏡面化する。あるいは、端部１２ｂ以外の領域を粗面化して、端部１２ｂが相対的に上記反射率が高くなるようにする。あるいは、端部１２ｂに、シャワープレート１２の材料よりも上記反射率が高い膜を形成してもよい。あるいは、端部１２ｂ以外の領域に、シャワープレート１２の材料、もしくは端部１２ｂに形成する膜よりも上記反射率が低い膜を形成してもよい。

また、ステージ３１が回転する場合、前述したように、サセプタ２２の中央部で温度が低下しやすい。したがって、図３（ｂ）に示すように、シャワープレート１２の表面において、中央部１２ａ及び端部１２ｂが、相対的に他の領域よりも上記輻射熱に対する反射率が高くなるようにすることもできる。

シャワープレート１２の表面において、部分的に上記反射率を異ならせる箇所は、前述した実施形態に限定されない。局部的な温度変化部分がサセプタ２２の中央部や端部以外であっても、その温度変化部分に対向する箇所のシャワープレート１２表面の上記反射率を、他の領域と異ならせることで、サセプタ２２における面方向の温度変化を緩和させることが可能である。

また、サセプタ２２の面方向の温度分布を均一にすることに限らない。シャワープレート１２の表面の上記反射率を部分的に変えることで、サセプタ２２の面方向の温度分布を任意に制御可能である。

処理装置としては、前述した気相成長装置に限らない。例えば、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置、エッチング装置、プラズマドーピング装置、表面改質装置などにも実施形態は適用可能である。シャワープレートに対向配置されたサセプタ上に支持され且つ加熱されたウェーハに対して、シャワープレートからガスを供給する構成を有する装置に本実施形態は適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…処理室、１１…シャワーヘッド、１２…シャワープレート、１４…ガス吹出孔、１５…ガス導入路、１８…膜、２１，３１…ステージ、２２…サセプタ、２４…回転機構、２５…排気路、ｈ…ヒータ、Ｗ…ウェーハ

Claims (5)

1. 処理室と、
   前記処理室内に設けられたウェーハ支持部と、
   前記ウェーハ支持部を加熱するヒータと、
   前記ウェーハ支持部に対向して設けられ、前記ウェーハ支持部が臨む空間に通じる複数のガス吹出孔を有するシャワープレートであって、前記ウェーハ支持部側からの輻射熱に対する反射率が相対的に異なる領域を、前記ウェーハ支持部に対向する表面に含むシャワープレートと、
   を備えたことを特徴とする処理装置。
2. 前記シャワープレートの前記表面は、表面粗さが相対的に異なる領域を含むことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 前記シャワープレートの前記表面の一部に、前記シャワープレートとは異なる材料の膜が形成されたことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
4. 前記シャワープレートと前記ウェーハ支持部とを結ぶ方向に延びる軸のまわりに、前記ウェーハ支持部を回転させる回転機構をさらに備え、
   前記シャワープレートの前記表面における面方向の中央部が相対的に前記反射率が高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の処理装置。
5. 前記ウェーハ支持部は、その面方向の端部で前記処理室の底部上に支持され、
   前記シャワープレートの前記表面における面方向の端部が相対的に前記反射率が高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の処理装置。