JP2015076457A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板への異物付着を抑制するとともに基板面内の内外の温度分布の均一化を改善することのできる基板処理装置を提供する。【解決手段】内部にガスが供給されるとともに減圧排気される容器内に配置され、加熱源を有する加熱ステージ上に所定間隔で配置して基板を処理する基板処理装置において、前記加熱ステージの内部であって前記基板裏面に対応する中央側に、該中央側の伝熱を外側のそれよりも少なくする伝熱降下手段を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置に係り、特にステージにヒータを設け基板を加熱して処理する基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、ＣＶＤ装置やアッシング装置のように半導体ウエハ等の試料である被処理基板を数百度の温度に加熱したプラズマ処理が行われている。

このようなプラズマ処理を行う装置は、被処理基板面内の温度の均一性が求められている。例えば、特開２００４−５２０９８号公報（特許文献１）に記載のように、チャンバーと、チャンバー内を減圧下に保持する排気装置と、チャンバー内で基板を支持するサセプタと、サセプタを介して基板を加熱するヒータとを有し、基板に対する熱処理または基板を加熱しつつ所定の処理を行う基板処理装置において、サセプタの基板支持面に、支持した基板と基板支持面との間に、チャンバーの圧力に応じて、支持された基板の面内温度が均一になるように空間を形成する凹部が形成され、基板を支持するサセプタに温度差を生じさせることなくその上の基板の温度を均一にするようにした基板処理装置が知られている。

また、特開２００１−７０８７号公報（特許文献２）に記載のように、枚葉式プラズマアッシング装置において、ウエハの中央部と点接触する突起部と、ウエハの周縁部と線接触する円弧状突起部とをステ−ジ上に設け、これら突起部にウエハを載置し、ウエハより遙かに熱容量が大きく一定の温度に維持された加熱ブロックをステ−ジに固定し、円弧状突起部を介して加熱ブロックの熱をウエハに伝達することで、ウエハ面内を均一に加熱して所望の温度に維持するようにし、低温で均一にウエハの温度を保ちウエハ面のレジストを一様に剥離する技術が知られている。

特開２００４−５２０９８号公報 特開２００１−７０８７号公報

上記の従来技術は、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。すなわち、これら従来技術ではサセプタ等その上に載置された試料を支持する載置台の表面から試料の裏面へ異物が付着して試料が汚染されてしまう点について十分に配慮されていなかった。

例えば、特許文献１は、ウエハ裏面の内周部はサセプタ上面に形成した凹部によって非接触になっているが、ウエハ外周部はサセプタの凹部の外側に接触支持されている。また、特許文献２は、ステージ上に突起を部を設け、ウエハとの接触を少なくしているが、ステージからウエハ外周部への温度の伝達のためウエハ外周部でウエハを支持する突起部が円弧状に形成され、ウエハ裏面への接触が大きくなっている。このような構成のため、サセプタ（又はステージ）へウエハ（基板）を載置することによってサセプタ表面（又は円弧状突起部）に付着した異物がウエハ裏面に付着する可能性があり、さらにこのような異物が他のウエハへ付着してしまうウエハ相互の汚染の要因になってしまうという点について考慮されていなかった。

本発明の目的は、基板への異物付着を抑制するとともに基板面内の内外の温度分布の均一化を改善することのできる基板処理装置を提供することにある。

上記目的は、内部にガスが供給されるとともに減圧排気される容器内に配置され、加熱源を有する加熱ステージ上に所定間隔で配置して基板を処理する基板処理装置において、加熱ステージの内部であって基板裏面に対応する中央側に、該中央側の伝熱を外側のそれよりも少なくする伝熱降下手段を設けることにより、達成される。

また、上記目的は、内部にガスが供給されるとともに減圧排気される容器内に配置され、加熱源を有する試料台上に所定間隔で載置して基板を処理する基板処理装置において、試料台の内部であって基板裏面に対応し、中央側に輻射熱による熱伝達の第１の加熱領域を形成し、該中央側の外側に直接に熱を伝達する第２の加熱領域とを形成した装置とすることにより達成される。

また、上記目的は、真空容器内に処理ガスを供給し該処理ガスをプラズマ化して、真空容器内で、加熱源を有する試料台上に所定の間隔を設けて基板を載置・支持し、基板を処理する基板処理装置において、試料台内部であって加熱源と基板載置側面との間に、基板裏面の面内の内側に対応して平面状の空間を設けた装置とすることにより、達成される。

さらに、上記基板処理装置において平面状の空間に繋がり該空間上の試料台内側とその外側とを熱的に断熱するリング状の部材を設けることにより達成される。

さらに、上記基板処理装置において、熱的に断熱するリング状の部材が空間であることにより達成される。

さらにまた、上記基板処理装置において、空間内の圧力を変更する圧力調整手段を設けることにより達成される。

本発明によれば、基板への異物付着を抑制するとともに基板面内の内外の温度分布の均一化を改善することができる。

本発明の実施例に係る基板処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 従来技術による加熱ステージと図１に示す実施例の加熱ステージにおける温度分布を示すグラフである。 図１に示す実施例に係る加熱ステージの構成の概略を拡大して示す縦断面図である。 図１に示す実施例の変形例に係る加熱ステージの構成の概略を示す縦断面図である。 図１に示す実施例の別の変形例に係る加熱ステージの構成の概略を示す縦断面図である。 図１に示す実施例のさらに別の変形例に係る加熱ステージの構成の概略を示す縦断面図である。

本発明は、加熱ステージ上に所定の間隔で基板を支持し、加熱ステージ内部の中央側に加熱源からの伝熱を外側のそれよりも少なくする伝熱降下手段を設け、基板に対しその内側よりも外側を高い温度で加熱可能にしたものである。これにより加熱ステージ表面の内外に異なる高低の温度領域を形成することができ、基板から奪われる熱の量が異なる基板面内の領域に合わせ加熱温度を設定でき、基板裏面を実質的に加熱ステージに接触させることなく基板面内の温度の均一化を図ることが可能となる。

例えば、伝熱降下手段として輻射伝熱を用い直接の伝熱よりも伝熱効率の下がる輻射伝熱領域を形成し、その外側に熱の直接伝熱領域を形成して、基板裏面に対し平行な加熱面で加熱ステージの外側と内側とに温度差を生じさせ、加熱ステージの外側を内側よりも温度を高く設定可能とすることで、基板裏面への接触・支持をできるだけ少なく、実質的に加熱ステージに接触させることなく加熱ステージ上面に所定の隙間で配置される基板の外周部の温度をその内側よりも高い温度に加熱可能にし、容器内のガス流れによって温度降下しやすい基板外周部の温度を上げて基板面内の温度均一化を図ることができる。

以下に、本発明の実施例を示す。

本発明の基板処理装置の一実施例を図１乃至３を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る基板処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。本図において、本実施例に掛る基板処理装置は、誘導結合によるプラズマを生成する手段を有するプラズマ処理装置である。

このプラズマ処理装置は、真空容器１内部の下部に基板７を配置する加熱ステージ１０を有し、真空容器１内部の上方であって加熱ステージ１０の上部にプラズマ生成部２を有する。真空容器１には加熱ステージ１０の下方で排気装置６が接続されており、プラズマ生成部２の上方で処理ガス供給装置３が接続されている。プラズマ生成部２を囲む真空容器１の側面にはプラズマ生成部２に電磁界を供給するコイルアンテナ４が配置され、コイルアンテナ４には高周波電源５が接続されている。

加熱ステージ１０の内部には、加熱手段であるヒータ１１が設けられている。ヒータ１１は、この場合、加熱ステージ１０の下部に基板７の面積とほぼ同等の領域に対応して配置されている。ヒータ１１の上部、すなわち、加熱ステージ１０の上面とヒータ１１との間に基板７に対応する面内に伝熱降下手段１２が設けてある。伝熱降下手段１２は、例えば、熱伝達率が加熱ステージのそれよりも小さい熱良導体でなる材料を配置して直接的に熱を伝導するものを熱伝達調整手段として設けても良いし、また空間を設けて輻射熱を利用する伝熱方式であっても良い。伝熱降下手段１２は、加熱ステージ１０上に配置される基板７の面内において、その外周側と内側との領域に対応して加熱ステージ１０の上面で温度差、すなわち、外周側に対応する領域よりも温度の低い内側領域を形成する。

図２を用いて本実施例の係る加熱ステージ１０を用いた場合の基板７の温度の分布を説明する。図２は、従来技術による加熱ステージと図１に示す実施例の加熱ステージにおける温度分布を示すグラフである。図２（ａ）は伝熱降下手段を有さない場合の温度分布を示し、図２（ｂ）は伝熱降下手段を有する場合の温度分布を示している。

図２（ａ）に本実施例に係る伝熱降下手段１２を備えない加熱ステージ及び基板の温度の分布を基板の半径の方向について示す。本図のイは、ヒータ１１部面内の温度分布を示し、温度分布は均一になっている。また、ハは、加熱ステージ１０の上面の温度分布を示し、温度分布は均一になっている。さらに、ニは基板７面内の温度分布を示し、基板７外周部で温度が下がった分布となっている。これは、加熱ステージ１０からは一様に熱を受けるが、基板表面において基板の外周部が真空排気のガス流れの集中個所に存在するため、基板７の外周部でガスの接触が多くなり基板から熱が奪われることによるものである。

図２（ｂ）は本実施例に掛る伝熱降下手段１２を備えた加熱ステージ及び基板の温度の値を基板の半径方向について示した温度の分布を示すグラフである。本図において、イはヒータ１１部面内の温度分布を示し、図２（ａ）と同様に温度分布は均一になっている。また、ロは伝熱降下手段１２を通過した直後の加熱ステージの面内の温度分布を示し、伝熱降下手段１２を通過する領域でその外周部の温度より下がった逆凸状の分布となる。

さらに、ハは加熱ステージ１０の上面の温度分布を示し、温度分布はロの面内の温度分布の影響を受け、伝熱降下手段１２外周部を境としその内外で温度差が徐々に緩和され、ロと同傾向の逆凸状の分布となる。ニは、基板７面内の温度分布を示し、基板７内周部を加熱する熱量が低減され、基板７面内において図２（ａ）に図示された基板内側の温度が低下し、基板外周の温度とほぼ同様の温度となり基板面内の温度分布が一様となっている。このように本実施例では、基板１０が加熱ステージ１０からは一様に熱を受けるが、基板７の表面において温度が低下する基板７の外周部の温度に合わせ基板７の内側においてヒータ１１からの伝達熱量を下げることにより均一化を図っている。

図３を用いて、図１に示す実施例に係る加熱ステージ１０の構成をさらに説明する。図３は、図１に示す実施例に係る加熱ステージの構成の概略を拡大して示す縦断面図である。

本図において、加熱ステージ１０は、熱の良導体で形成された下部ステージ１３と上部ステージ１４から成る。下部ステージ１３には、基板７の面積に対応する領域を加熱可能なヒータ１１が設けてある。上部ステージ１４には、伝熱降下手段である、この場合、所定高さの円形の輻射熱調整空間１２ａが形成されており、基板７裏面の内側所定領域に対応しヒータ１１の上部に形成される。

輻射熱調整空間１２ａの高さは、上部ステージ１４の外周側から輻射熱調整空間１２ａ上部領域への熱伝達が支配的にならないよう加熱ステージ１４内側の厚さを設定されている。また、輻射熱調整空間１２ａの高さも輻射熱による伝熱熱量が所望の値になるように設定される。これにより、加熱ステージ１４の輻射熱調整空間１２ａ上部は、加熱ステージ１４外周部からの熱影響を大きく受けることなく、輻射熱主体の伝熱による温度に設定可能となる。

なお、図中、符号８は加熱ステージ１０を貫通し基板７の受け渡しを行うリフトピンであり、符号９はリフトピン８を上下動させる昇降装置である。符号１５は上部ステージ１４上面から基板７を所定間隔、例えば、０．２ｍｍ離し、異物付着を抑制するため極力接触面積を小さくした基板支持突起である。

上述のように構成した装置によれば、加熱ステージ１０において、ヒータ１１によって加熱された下部ステージ１３の上面が加熱される。加熱された下部ステージ１３表面からは、輻射熱調整空間１２ａによってその領域内では輻射熱によって上部ステージ１４の輻射熱調整空間１２ａ内面が加熱され、その領域外では上部ステージ１４との直接接触により上部ステージ１４内を熱が伝わる。

このとき、輻射熱による熱の伝導は、熱良導体内での直接接触によって伝わる熱量に比べ伝達効率が落ち、上部ステージ１４においては、輻射熱調整空間１２ａ上面の温度とその外側の温度とに温度差が生じる。この温度差は、輻射熱調整空間１２ａより上方の上部ステージ１４内を熱が直接に伝わる間に、輻射熱調整空間１２ａ外形の領域においてその内側・外側に徐々に伝熱され、図２（ｂ）、ハに示したように逆凸状、すなわち下向きに窪みを有する温度分布を形成する。

以上のように本装置によれば、加熱ステージと基板裏面とを平行面とし、それらの隙間を容易に所定間隔に維持したまま、温度低下が生じる基板外周部においてその内側よりも高い温度で基板７を加熱でき基板面内のその内外の温度分布を均一化できる。これにより、基板裏面への異物の付着を抑制しつつ加熱した基板のプラズマ処理の均一化を図ることができる。

次に、上記実施例の変形例を図４を用いて説明する。図４は、図１に示す実施例の変形例に係る加熱ステージの構成の概略を示す縦断面図である。

本図において、図３と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本図が図３と異なる点は、伝熱降下手段である輻射熱調整空間であり、図３の輻射熱調整空間１２ａ全体が均等高さの円形空間であるのに対し、図４の輻射熱調整空間は輻射熱調整空間１２ｂの外周部に加熱ステージ１４の外周部からの熱伝達を遮断する断熱空間１６を形成してある点である。断熱空間１６は輻射熱調整空間１２ｂの外周部に高さ方向に伸びたリング状の空間であり、加熱ステージ１４上部の内外の熱伝達を抑制する。

これにより、前述の一実施例と同様に、加熱ステージと基板裏面とを平行面とし、それらの隙間を容易に所定間隔に維持したまま、温度低下が生じる基板外周部においてその内側よりも高い温度で基板７を加熱でき基板面内のその内外の温度分布を均一化できる。これにより、基板裏面への異物の付着を抑制しつつ加熱した基板のプラズマ処理の均一化を図ることができる。また、断熱空間１６を設けることにより加熱ステージ１４の外周部から伝達される熱が遮断（抑制）されるので、外周部からの熱の影響を考慮することなく輻射熱調整空間１２ｂの高さを任意に設定できるので、輻射熱による伝熱の熱量が設定しやすくなる。

次に、図１に示す実施例の別の変形例を図５を用いて説明する。図５は、図１に示す実施例の別の変形例に係る加熱ステージの構成の概略を示す縦断面図である。図５（ａ）は加熱ステージの縦断面図であり、図５（ｂ）は図（ａ）をＡＡ矢視し上半分を省略した平断面図である。

本図において、図４と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本図が図４と異なる点は、輻射熱調整空間１２ｂを気密にし、内部空間の圧力を調整可能にした点である。

本例において、図５（ａ），（ｂ）に示すように輻射熱調整空間１２ｂ内には該空間を貫通するリフトピン８の周囲に断熱シール部材１７を設け、輻射熱調整空間１２ｂを気密に保持可能としてある。輻射熱調整空間１２ｂには伝熱ガス供給ライン１８を接続するとともに、伝熱ガス供給ライン１８に圧力調整弁１９を介して排気装置６を接続する。

これにより、輻射熱調整空間１２ｂは、輻射熱の調整空間であるとともにガスによる伝熱の調整空間となり、輻射熱以外の熱伝達調整手段を構成する。なお、図示を省略した弁（流量調整弁であっても良い）により伝熱ガス供給ライン１８への伝熱ガスの供給を止め、排気装置６により伝熱ガス供給ラインを真空排気することにより、輻射熱調整空間１２ｂ内を真空雰囲気にすることも可能である。

これにより、第２の実施例と同様の効果を奏することができ、さらに、輻射熱調整空間１２ｂ内に伝熱ガスを供給することができるので、輻射熱による伝達の熱量を設定した後にも、輻射伝熱のみの場合から伝熱ガスの圧力調整による伝達熱量調整まででき、よりプラズマ処理に対応した基板処理の均一性を向上させることができる。なお、本第３の実施例において、断熱空間１６は輻射熱調整空間１２ｂとつながっているが、断熱空間１６を気密にした真空断熱層とし、輻射熱調整空間１２ｂに隣接したものでも良い。

次に、図１に示す実施例のさらに別の変形例を図６を用いて説明する。図６は、図１に示す実施例の別の変形例に係る加熱ステージの構成の概略を示す縦断面図である。図６（ａ）は加熱ステージの縦断面図であり、図６（ｂ）は図（ａ）をＢＢ矢視し上半分を省略した平断面図である。

本図において、図５と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本図が図５と異なる点は、輻射熱調整空間１２ｂを外周部，内周部に気密に分け、それぞれの空間の圧力を調整可能にした点である。

本例において、図６（ａ），（ｂ）に示すように、輻射熱調整空間はリフトピン８の位置を円周上に有するリング状の隔壁で成る断熱シール部材１７ａによって、その内側に輻射熱調整空間１２ｃを気密に形成し、その外側に輻射熱調整空間１２ｄを気密に形成する。輻射熱調整空間１２ｃ、１２ｄにはそれぞれ伝熱ガス供給ライン１８ａ、１８ｂを接続するとともに、それぞれの伝熱ガス供給ライン１８ａ、１８ｂに圧力調整弁１９ａ，１９ｂを介して排気装置６を接続する。これにより輻射熱調整空間１２ｃ、１２ｄのそれぞれは個別に圧力制御が可能となる。

なお、本例では、リフトピン８の位置する円周上に断熱シール部材１７ａを配置したが、これはリフトピン８が上部ステージ１４を貫通することで、貫通穴部分の熱の伝達の偏りの影響を小さくするため、すなわち、リフトピン８の位置する内外で積極的に温度差を設けて影響を小さくしたものであり、リフトピン８の位置による影響が小さい場合（あるいは無視できる場合）には、任意の半径方向の位置に設定することができる。

これにより、上記実施例または変形例と同様の効果を奏することができ、さらに、加熱ステージの基板裏面の面内において、その内外の温度分布を最適に調整することができ、よりプラズマ処理に対応した基板処理の均一性を向上させることができる。

以上、これらの実施例は、それぞれの実施例内容に限定されるものではなく、適宜、組み合わせできることは言うまでもない。

１…真空容器
２…プラズマ生成部
３…処理ガス供給装置
４…コイルアンテナ
５…高周波電源
６…排気装置
７…基板
８…リフトピン
９…昇降装置
１０…加熱ステージ
１１…ヒータ
１２…伝熱降下手段
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…輻射熱調整空間
１３…下部ステージ
１４…上部ステージ
１５…基板支持突起
１６…断熱空間
１７，１７ａ…断熱シール部材
１８，１８ａ，１８ｂ…伝熱ガス供給ライン
１９，１９ａ，１９ｂ…圧力調整弁。

Claims (6)

1. 内部にガスが供給されるとともに減圧排気される容器内に配置され、加熱源を有する加熱ステージ上に所定間隔で配置して基板を処理する基板処理装置において、前記加熱ステージの内部であって前記基板裏面に対応する中央側に、該中央側の伝熱を外側のそれよりも少なくする伝熱降下手段を設けたことを特徴とする基板処理装置。
   
2. 内部にガスが供給されるとともに減圧排気される容器内に配置され、加熱源を有する加熱ステージ上に所定間隔で配置して基板を処理する基板処理装置において、
   前記加熱ステージの内部であって前記基板裏面に対応し、中央側に輻射熱による熱伝達の第１の加熱領域を形成し、該中央側の外側に直接に熱を伝達する第２の加熱領域を形成したことを特徴とする基板処理装置。
   
3. 真空容器内に処理ガスを供給して該処理ガスをプラズマ化し、前記真空容器内で、加熱源を有する試料台上に所定の間隔を設けて基板を配置・支持し、前記基板を処理する基板処理装置において、
   前記試料台内部であって前記加熱源と基板配置側の面との間に、前記基板裏面の面内の内側に対応して輻射伝熱領域を形成する面状の空間を設けたことを特徴とする基板処理装置。
   
4. 請求項３記載の基板処理装置において、前記面状の空間に繋がり該空間上の試料台内側とその外側とを熱的に断熱するリング状の部材を設けた基板処理装置。
   
5. 請求項４記載の基板処理装置において、前記熱的に断熱するリング状の部材が空間である基板処理装置。
   
6. 請求項３記載の基板処理装置において、前記空間内の圧力を変更する圧力調整手段を設けた基板処理装置。