JP2018088465A - 基板処理装置及び遮熱板 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理を繰り返しても基板へ均一的にラジカルを用いた処理を施すことができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】プロセスモジュール１３は、ウエハＷを収容する処理容器２８と、該処理容器２８の内部のプラズマ生成空間Ｐ及びウエハＷの間に配置される仕切板３７と、仕切板３７及びウエハＷの間に配置される遮熱板４８とを備え、仕切板３７はプラズマ生成空間Ｐで生成されたプラズマ中のラジカルを選択的にウエハＷへ向けて透過させ、遮熱板４８はウエハＷと対向するように配置され、遮熱板４８は金属からなり、処理容器２８へ接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ中のラジカルを用いて処理を基板に施す基板処理装置及び該基板処理装置に適用される遮熱板に関する。
近年、プラズマ中のラジカルを用いて基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に化学的エッチング処理を施すことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような化学的エッチング処理を施す装置は、処理容器内においてプラズマとウエハの間に介在し、プラズマ中のイオンがウエハへ向けて移動するのを抑制する板状のイオントラップを備える。イオントラップは厚さ方向に貫通する多数のスリットを有し、複数のスリットによって構成されるラビリンスにより、異方的に移動するイオンの移動を阻止する一方、等方的に移動するラジカルを透過させる。その結果、ウエハに面する処理空間にはほぼラジカルのみが存在し、ラジカルや処理空間に導入された処理ガスがウエハの表層と反応することによってウエハに化学的エッチング処理が施される。
一般的にプラズマの分布は磁場や電界の形態を受けやすく、例えば、処理容器が円筒形状である場合、処理容器の中心軸近傍においてプラズマの濃度が上昇する傾向がある。したがって、プラズマに面するイオントラップでは中心部に衝突するイオンが多く、例えば、化学的エッチング処理を繰り返すと、イオントラップの中心部に多くの熱が蓄積され、結果として、イオントラップの中心部からの処理空間やウエハへ向けての輻射熱量が増加する。
国際公開第２０１３／１７５８９７号パンフレット
ところで、ラジカルの分布は熱分布の影響を強く受けるため、化学的エッチング処理の繰り返しに起因してイオントラップの中心部からの輻射熱量が増加し、処理空間における熱分布の偏りが生じると、処理空間におけるラジカルの分布にも偏りが生じ、その結果、ウエハへ均一的に化学的エッチング処理を施すことができないという問題が生じる。
本発明の目的は、処理を繰り返しても基板へ均一的にラジカルを用いた処理を施すことができる基板処理装置及び遮熱板を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の基板処理装置は、基板を収容する処理容器と、該処理容器内に発生するプラズマ及び前記基板の間に配置される仕切部材とを備え、前記仕切部材は前記プラズマ中のラジカルを選択的に前記基板へ向けて透過させる基板処理装置において、前記仕切部材及び前記基板の間に配置される遮熱板を備え、前記遮熱板は前記基板と対向するように配置され、前記遮熱板は金属又はシリコンからなり、前記処理容器へ接続されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の遮熱板は、プラズマ及び基板の間に配置されて前記プラズマ中のラジカルを選択的に前記基板へ向けて透過させる仕切部材と、前記基板との間に配置される遮熱板であって、前記遮熱板は前記基板と対向するように配置され、前記遮熱板は金属又はシリコンからなることを特徴とする。
本発明によれば、プラズマ中のラジカルを選択的にウエハへ向けて透過させる仕切部材及びウエハの間に配置される遮熱板は基板と対向するように配置されるので、基板の処理の繰り返しによって熱が蓄積された仕切部材から基板へ向けて熱が輻射されるのを抑制することができる。これにより、基板が面する処理空間においてラジカルの分布の偏りが生じるのを防止することができる。その結果、処理を繰り返しても基板へ均一的にラジカルを用いた処理を施すことができる。また、遮熱板は金属からなり、処理容器へ接続されるので、遮熱板は仕切部材から輻射された熱を処理容器へ効率良く伝達することができ、遮熱板に熱が蓄積されるのを防止することができる。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。 図１におけるＣＯＲ処理を実行するプロセスモジュールの構成を概略的に示す断面図である。 図２における仕切板の構成を概略的に示す図であり、図３（Ａ）は仕切板を基板処理空間から眺めた図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における線III−IIIに沿う断面図である。 図２における遮熱板の構成を概略的に示す図であり、図４（Ａ）は遮熱板を基板処理空間から眺めた図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における線IV−IVに沿う断面図である。 図４の遮熱板の変形例の構成を概略的に示す図であり、図５（Ａ）は遮熱板を基板処理空間から眺めた図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）における線V−Vに沿う断面図である。 遮熱板を備えないプロセスモジュールにおいてＣＯＲ処理を繰り返して実行した場合の仕切板及びウエハの温度の時間遷移を示すグラフである。 遮熱板を備えるプロセスモジュールにおいてＣＯＲ処理を繰り返して実行した場合の遮熱板及びウエハの温度の時間遷移を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。なお、図１では理解を容易にするために内部の構成の一部が透過して示される。
図１において、基板処理システム１０は、複数のウエハＷを保管するウエハ保管部１１と、２枚のウエハＷを同時に搬送する搬送室としてのトランスファモジュール１２と、トランスファモジュール１２から搬入されたウエハＷにＣＯＲ（Chemical Oxide Removal）処理、ＰＨＴ処理（Post Heat Treatment）や成膜処理を施す複数のプロセスモジュール１３（基板処理装置）とを備える。各プロセスモジュール１３及びトランスファモジュール１２は内部が真空雰囲気に維持される。
基板処理システム１０では、ウエハ保管部１１に保管されたウエハＷをトランスファモジュール１２が内蔵する搬送アーム１４によって搬送し、プロセスモジュール１３の内部に配置された２つのステージ１５のそれぞれに１枚ずつウエハＷを載置する。次いで、基板処理システム１０では、ステージ１５に載置された各ウエハＷへプロセスモジュール１３でＣＯＲ処理、ＰＨＴ処理や成膜処理を施した後に、処理済みのウエハＷを搬送アーム１４によってウエハ保管部１１に搬出する。
ウエハ保管部１１は、複数のウエハＷを保管する容器であるフープ１６の載置台である複数のロードポート１７と、保管されたウエハＷを各ロードポート１７に載置されたフープ１６から受け取り、若しくは、プロセスモジュール１３で所定の処理が施されたウエハＷをフープ１６に引き渡すローダーモジュール１８と、ローダーモジュール１８及びトランスファモジュール１２の間においてウエハＷを受け渡しするために一時的にウエハＷを保持する２つのロードロックモジュール１９と、ＰＨＴ処理が施されたウエハＷを冷却するクーリングストレージ２０とを有する。
ローダーモジュール１８は内部が大気圧雰囲気の矩形の筐体からなり、その矩形の長辺を構成する一側面に複数のロードポート１７が並設される。さらに、ローダーモジュール１８は、内部においてその矩形の長手方向に移動可能な搬送アーム（不図示）を有する。該搬送アームは各ロードポート１７に載置されたフープ１６からロードロックモジュール１９にウエハＷを搬入し、若しくは、ロードロックモジュール１９から各フープ１６にウエハＷを搬出する。
各ロードロックモジュール１９は、大気圧雰囲気の各ロードポート１７に載置されたフープ１６に収容されたウエハＷを、内部が真空雰囲気のプロセスモジュール１３に引き渡すため、ウエハＷを一時的に保持する。各ロードロックモジュール１９は２枚のウエハＷを保持するバッファープレート２１を有する。また、各ロードロックモジュール１９は、ローダーモジュール１８に対して気密性を確保するためのゲートバルブ２２ａと、トランスファモジュール１２に対して気密性を確保するためのゲートバルブ２２ｂとを有する。さらに、ロードロックモジュール１９には図示しないガス導入系及びガス排気系が配管によって接続され、内部が大気圧雰囲気又は真空雰囲気に制御される。
トランスファモジュール１２は未処理のウエハＷをウエハ保管部１１からプロセスモジュール１３に搬入し、処理済みのウエハＷをプロセスモジュール１３からウエハ保管部１１に搬出する。トランスファモジュール１２は内部が真空雰囲気の矩形の筐体からなり、２枚のウエハＷを保持して移動する２つの搬送アーム１４と、各搬送アーム１４を回転可能に支持する回転台２３と、回転台２３を搭載した回転載置台２４と、回転載置台２４をトランスファモジュール１２の長手方向に移動可能に案内する案内レール２５とを含む。また、トランスファモジュール１２は、ゲートバルブ２２ａ，２２ｂ、さらに後述する各ゲートバルブ２６を介して、ウエハ保管部１１のロードロックモジュール１９、並びに、各プロセスモジュール１３へ接続される。トランスファモジュール１２では、搬送アーム１４が、ロードロックモジュール１９から２枚のウエハＷを各プロセスモジュール１３へ搬送し、処理が施された２枚のウエハＷを各プロセスモジュール１３から他のプロセスモジュール１３やロードロックモジュール１９に搬出する。
基板処理システム１０において、各プロセスモジュール１３はＣＯＲ処理、ＰＨＴ処理及び成膜処理のいずれかを実行する。また、基板処理システム１０の各構成要素の動作は装置コントローラ２７により、所定のプログラムに従って制御される。
図２は、図１におけるＣＯＲ処理を実行するプロセスモジュールの構成を概略的に示す断面図である。
図２において、ＣＯＲ処理を施すプロセスモジュール１３は、ウエハＷを収容する密閉構造の処理容器２８を備える。処理容器２８は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、上端が開放され、処理容器２８の上端は天井部となる蓋体２９で閉塞されている。処理容器２８の側壁部２８ａにはウエハＷの搬出入口３０が設けられ、当該搬出入口３０はゲートバルブ３１によって開閉可能とされる。
また、プロセスモジュール１３は、処理容器２８の内部の底面に配置されたウエハＷを１枚ずつ水平状態で載置する載置台３２と、該載置台３２を昇降する昇降機構３３とを備える。載置台３２は略円柱状を呈し、ウエハＷを直接載置する載置プレート３４と、載置プレート３４を支持するベースブロック３５とを有する。載置プレート３４の内部にはウエハＷを温調する温度調節機構３６が設けられている。温度調節機構３６は、例えば、温度調節用媒体（例えば、水）が循環する管路（図示しない）を有し、当該管路内を流れる温度調節用媒体とウエハＷの熱交換を行うことによってウエハＷの温度調整を行う。昇降機構３３は処理容器２８の外部に配置され、載置台３２を昇降させるアクチュエータ等を有する。また、載置台３２にはウエハＷを処理容器２８の内部へ搬出入する際に用いる複数の昇降ピン（図示しない）が載置プレート３４の上面に対して突没可能に設けられている。
処理容器２８の内部は後述する仕切板３７によって上方のプラズマ生成空間Ｐと、下方の基板処理空間Ｓに仕切られる。プラズマ生成空間Ｐはプラズマが生成される空間であり、基板処理空間ＳはウエハＷへＣＯＲ処理が施される空間である。処理容器２８の外部には、ガス供給源３８及び他のガス供給源（図示しない）が設けられ、これらのガス供給源はフッ素含有ガス（例えば、ＮＦ３ガス）、水素含有ガス（例えば、ＮＨ３ガス）、ＡｒガスやＮ２ガス等の希釈ガスからなる処理ガスを処理容器２８の内部に供給する。ところで、本実施の形態では、処理ガスからエッチャントであるＮＨ４Ｆを生成し、該ＮＨ４ＦをウエハＷの表面に吸着させて該表面のＳｉＯ２膜及びエッチャントを反応させ、生成物であるＡＦＳ（フルオロケイ酸アンモニウム）を生成するが、ＮＨ３ガスをプラズマ化するとエッチャントであるＮＨ４Ｆが生成されない。また、プロセスモジュール１３では、後述するように、プラズマ生成空間Ｐにおいて処理ガスからプラズマを生成するが、ＮＦ３ガスをプラズマ化すると高エネルギー状態のＦラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）が積極的に生成される（ＮＦ３＋ｅ → Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）。そこで、プロセスモジュール１３では、ＮＨ３ガスを、プラズマ生成空間Ｐを経ること無く、基板処理空間Ｓへ直接供給する一方、ＮＦ３ガスをプラズマ生成空間Ｐへ供給してプラズマ化させる。したがって、本実施の形態では、ガス供給源３８が主としてＮＦ３ガスをプラズマ生成空間Ｐへ供給し、他のガス共有源は主としてＮＨ３ガスを基板処理空間Ｓへ直接供給する。また、プロセスモジュール１３は排気機構３９を備え、該排気機構３９は真空ポンプを有し、基板処理空間Ｓの内部のガスを処理容器２８の外部へ排出する。
また、プロセスモジュール１３はＲＦアンテナを用いる誘導結合型のプラズマエッチング装置として構成されている。処理容器２８の天井部となる蓋体２９は、例えば、円形の石英板から形成され、誘電体窓として構成される。蓋体２９の上には、処理容器２８のプラズマ生成空間Ｐに誘導結合プラズマを生成するための環状のＲＦアンテナ４０が形成され、ＲＦアンテナ４０は整合器４１を介して高周波電源４２に接続されている。高周波電源４２は、誘導結合の高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（通常は１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波電力を任意の出力値で出力する。整合器４１は、高周波電源４２側のインピーダンスと負荷（ＲＦアンテナ４０やプラズマ）側のインピーダンスの整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路（図示しない）を有する。ＲＦアンテナ４０を用いたプラズマ生成空間Ｐにおける誘導結合プラズマの生成については後述する。
図３は、図２における仕切板の構成を概略的に示す図であり、図３（Ａ）は仕切板を基板処理空間から眺めた図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における線III−IIIに沿う断面図である。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、仕切板３７は少なくとも２つの略楕円状の板状部材４３及び板状部材４４を有する。板状部材４３及び板状部材４４が略楕円状を呈するのは、プロセスモジュール１３の処理容器２８の水平断面形状が図１に示すように略楕円状を呈するためであり、板状部材４３及び板状部材４４の形状は略楕円状に限られず、処理容器２８の水平断面形状に応じて変化する。板状部材４３及び板状部材４４は、プラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへ向けて重ね合わせられるように配置される。板状部材４３と板状部材４４との間には、両者の間隔を所定の値に維持するスペーサー４５が配置される。板状部材４３及び板状部材４４には重ね合わせ方向へ貫通する複数のスリット４６及びスリット４７が形成される。板状部材４３における各スリット４６は互いに並列に配置され、板状部材４４における各スリット４７も互いに並列に配置される。また、基板処理空間Ｓから仕切板３７を眺めたときに、各スリット４６は各スリット４７と重ならないように配置される。なお、板状部材４３及び板状部材４４のそれぞれにおいて、格子状に各スリット４６及び各スリット４７が形成されてもよい。この場合も、基板処理空間Ｓから仕切板３７を眺めたときに、各スリット４６は各スリット４７と重ならないように配置される。また、各スリット４６及び各スリット４７の代わりに、板状部材４３及び板状部材４４のそれぞれに複数の貫通穴が形成されていてもよい。板状部材４３及び板状部材４４は、例えば、石英ガラスからなる。また、スペーサー４５は、例えば、石英からなるが、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）又はイットリウム化合物（Ｙ２Ｏ３，ＹＦ３）によって構成されてもよい。
プロセスモジュール１３において、仕切板３７は、プラズマ生成空間Ｐにおいて誘導結合プラズマが生成される際にプラズマ中のイオンのプラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへの透過を抑制する、いわゆるイオントラップとして機能する。具体的には、各スリット４６が各スリット４７と重ならないように配置されるスリット配置構造、すなわち、ラビリンス構造により、異方的に移動するイオンの移動を阻止する一方、等方的に移動するラジカルに仕切板３７を透過させる。これにより、基板処理空間Ｓへ選択的にラジカルのみを透過させ、基板処理空間Ｓにイオンが存在する可能性を低下させる。なお、基板処理空間Ｓにイオンが存在する可能性が低下すると、イオンがウエハＷへ衝突することによって生じるダメージを低減することができる。また、仕切板３７はプラズマから放射される真空紫外光を遮断し、真空紫外光によってウエハＷの表層が変質するのを防止する。
プロセスモジュール１３では、ウエハＷにＣＯＲ処理を施す際、まず、ゲートバルブ３１を開状態にして処理対象のウエハＷを処理容器２８の内部に搬入し、載置台３２の上に載置する。次いで、ゲートバルブ３１を閉状態にしてガス供給源３８及び他のガス供給源からプラズマ生成空間Ｐ及び基板処理空間Ｓのそれぞれへ処理ガスを供給する。また、排気機構３９によって処理容器２８の内部の圧力を所定の値に設定する。さらに、高周波電源４２からプラズマ生成用の高周波電力を所定の出力値で出力してＲＦアンテナ４０に高周波電流を生じさせる。
ＲＦアンテナ４０に高周波電流が生じると、磁力線（磁束）が蓋体２９を貫通してプラズマ生成空間Ｐを横切り、プラズマ生成空間Ｐの内部に方位角方向の誘導電界が発生する。この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガス（本実施の形態では、ＮＦ３ガス）の分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。このドーナツ状プラズマ中のラジカルは等方的に移動して仕切板３７を通過し、基板処理空間Ｓへ到達するが、同プラズマ中のイオンは異方的に移動するため、仕切板３７によって補足され、基板処理空間Ｓへ到達できない。具体的には、例えば、異方的に移動するイオンは板状部材４３に衝突してそこに留まるか、各スリット４６を通過しても板状部材４４に衝突してそこに留まるため、各イオンは仕切板３７を透過することができない。なお、「ドーナツ状のプラズマ」とは、環状のＲＦアンテナ４０の径方向内側（中心部）にプラズマが分布せず、同径方向外側にのみプラズマが立つようなリング状のプラズマに限定されず、同径方向内側にもプラズマが分布するものの、同径方向内側より同径方向外側のプラズマの体積又は密度が大きくなるように分布するプラズマも含む。
基板処理空間Ｓでは、仕切板３７を透過したＦラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）と、基板処理空間Ｓへ直接供給されたＮＨ３ガスとが反応してエッチャントであるＮＨ４Ｆが生成され、該ＮＨ４ＦをウエハＷの表面に吸着させて該表面のＳｉＯ２膜及びエッチャントを反応させ、生成物であるＡＦＳを生成する。このとき、高エネルギー状態のＦラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）から生成されたＮＨ４Ｆも高エネルギー状態にあるため、ＡＦＳの生成が促進され、結果として、ＳｉＯ２膜の除去が促進される。なお、プロセスモジュール１３では、Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）の失活を防止するために、Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）が接触する可能性がある部位は全て誘電体、例えば、石英で覆われる。また、ＣＯＲ処理によって生成されたＡＦＳはウエハＷにＰＨＴ処理を施すプロセスモジュール１３において昇華されて除去される。
ところで、仕切板３７はプラズマ生成空間Ｐで生成されたプラズマに晒されるが、プラズマ生成空間Ｐで生成されるプラズマは、上述したようにドーナツ状を呈する。したがって、仕切板３７では衝突するイオンがドーナツ状（円環状）に分布し、例えば、ＣＯＲ処理を繰り返すと、仕切板３７において円環状に熱が蓄積され、結果として、仕切板３７から基板処理空間Ｓへ向けて円環状に熱が輻射される。
ところで、ラジカルの分布は熱分布の影響を強く受けるため、仕切板３７から基板処理空間Ｓへ向けて円環状に熱が輻射されると、基板処理空間Ｓにおけるラジカル（Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊））の分布にも偏りが生じ、その結果、エッチャントであるＮＨ４Ｆの分布も偏り、ウエハＷへ均一的にＣＯＲ処理を施すことができないおそれがある。
本実施の形態では、これに対応して、プロセスモジュール１３は、仕切板３７及びウエハＷの間においてウエハＷに対向するように配置されて輻射熱を遮断する遮熱板４８を備える（図２参照）。
図４は、図２における遮熱板の構成を概略的に示す図であり、図４（Ａ）は遮熱板を基板処理空間から眺めた図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における線IV−IVに沿う断面図である。なお、図４（Ｂ）には理解を容易にするため、仕切板も描画されている。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、遮熱板４８は、基板処理空間Ｓから眺めたときに、板状部材４３及び板状部材４４と同様に、略楕円状を呈する。遮熱板４８が略楕円状を呈するのは、処理容器２８の水平断面形状が図１に示すように略楕円状を呈するためであり、遮熱板４８の形状は略楕円状に限られず、処理容器２８の水平断面形状に応じて変化する。
遮熱板４８には、プラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへ向けて貫通する複数のスリット４９（ラジカル通路）が形成される。各スリット４９は板状部材４４の各スリット４７に対応するように設けられる。また、各スリット４９の断面形状はプラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへ向けて拡径する。なお、各スリット４９の代わりに複数の拡径する貫通穴が形成されていてもよい。また、遮熱板４８は各スリット４９の表面も含めて全面を誘電体、例えば、シリコン又はイットリウム化合物で覆われる。
遮熱板４８は、熱伝達率が高い材料である金属、例えば、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、基板処理空間Ｓから眺めたときに板状部材４４よりも大きく形成され、周縁部を構成するフランジ部４８ａは処理容器２８の側壁部２８ａに埋設されることにより、側壁部２８ａの一部を構成する（図２参照）。プロセスモジュール１３において、遮熱板４８及び該遮熱板４８よりも上方の処理容器２８は一体的に取り扱うことが可能であり、具体的には、遮熱板４８及び該遮熱板４８よりも上方の処理容器２８を、遮熱板４８よりも下方の処理容器２８から一体的に取り外すことが可能である。
また、遮熱板４８ではフランジ部４８ａに沿って多数のボルト穴５１が設けられ、遮熱板４８は各ボルト穴５１に挿嵌された多数のボルト（図示しない）によって上方の処理容器２８へ締結される。さらに、遮熱板４８は、各スリット４９の間に配置される多数のガス噴出口５２を有する。多数のガス噴出口５２はウエハＷに対向するように分布し、ガス通路５３を介して他のガス供給源に接続される。本実施の形態では、各ガス噴出口５２から、例えば、ＮＨ３ガスが基板処理空間Ｓ（さらにはウエハＷ）へ向けて噴出される。また、側壁部２８ａの一部を構成するフランジ部４８ａには冷却機構５０、例えば、冷媒流路、チラーやペルチェ素子が埋設される。
プロセスモジュール１３では、ＣＯＲ処理が繰り返して実行され、仕切板３７に熱が蓄積されても、仕切板３７及びウエハＷの間に配置される遮熱板４８はウエハＷと対向するように配置されるので、熱が蓄積された仕切板３７からウエハＷへの輻射熱を遮断することができる。これにより、基板処理空間Ｓにおいてラジカルの分布の偏りが生じるのを防止することができる。その結果、ＣＯＲ処理を繰り返してもウエハＷへ均一的にラジカルを用いたＣＯＲ処理を施すことができる。また、遮熱板４８は処理容器２８の側壁部２８ａの一部を構成し、多数のボルトによって側壁部２８ａへ固定されるため、遮熱板４８は仕切板３７から輻射される熱を処理容器２８へ効率良く伝達することができ、遮熱板４８に熱が蓄積されるのを防止することができる。さらに、円環状に熱が蓄積された仕切板３７から遮熱板４８へ向けて熱が円環状に輻射されても、遮熱板４８は熱伝達率が高い材料である金属からなるため、輻射された熱を直ちに処理容器２８へ伝達することができ、遮熱板４８において、例えば、円環状に熱が蓄積されるのを防止することができる。特に、遮熱板４８及び処理容器２８はいずれもアルミからなるので、遮熱板４８と処理容器２８は馴染みやすく、遮熱板４８から処理容器２８への熱伝達をさらに改善することができる。
また、遮熱板４８はウエハＷに対向するように分布する多数のガス噴出口５２を有するため、遮熱板４８から処理ガス（主としてＮＨ３ガス）をウエハＷに対して略均一に分布するように噴出することができる。これにより、ウエハＷへ均一的にＮＨ３ガスから生成されるエッチャントによる処理を施すことができる。
遮熱板４８は、図示しないスペーサー等によって板状部材４４から僅かに離間して配置される。これにより、遮熱板４８は板状部材４４に接触することが無く、遮熱板４８及び板状部材４４の熱膨張量差によって遮熱板４８と板状部材４４が擦れてパーティクル等が発生するのを防止することができる。
各スリット４９の断面形状はプラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへ向けて拡径するため、各スリット４９を通過するＦラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）の進路が曲がってもＦラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）が遮熱板４８に衝突する可能性を低減するこができ、結果として失活する可能性を低減することができる。さらに、遮熱板４８は各スリット４９の表面も含めて全面を誘電体で覆われるため、Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）が遮熱板４８に衝突したとしても、当該Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）が失活する可能性を低減することができる。その結果、Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）の失活により、Ｆラジカル（Ｆ＊，ＮＦ２ ＊）から生成されるエッチャントを用いたＣＯＲ処理が停滞するのを抑制することができる。なお、遮熱板４８は溶射やＣＶＤ等によって全面が誘電体で覆われる。
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、遮熱板４８は金属によって構成されたが、アルミニウムと同等の熱伝達率を有するシリコンによって構成されてもよい。この場合、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、遮熱板５４は、遮熱板４８と同様に、複数のスリット４９や複数のボルト穴５１を有するが、シリコンは難加工材であるため、ガス噴出口５２を遮熱板５４に設けることができない。これに対応して、ＮＨ３ガスは基板処理空間Ｓに面する側壁部２８ａに設けられたガス導入口から基板処理空間Ｓへ供給される。
また、遮熱板４８のフランジ部４８ａは側壁部２８ａの一部を構成したが、遮熱板４８のフランジ部は側壁部２８ａの一部を構成すること無く、例えば、側壁部２８ａに設けられた係合部へ遮熱板４８のフランジ部が接続されてもよい。但し、この場合、係合部とフランジ部の熱伝達を確保するために、係合部及びフランジ部はボルト等によって互いに固定されるのが好ましく、さらに、係合部及びフランジ部の間に伝熱剤等が充填されるのが好ましい。
さらに、上述した実施の形態では、本発明がＣＯＲ処理を実行するプロセスモジュール１３へ適用される場合について説明したが、本発明は、ラジカルを用いる処理を実行するプロセスモジュール１３であれば、適用可能であり、例えば、ラジカルを用いてウエハＷに成膜処理を施すプロセスモジュール１３へ本発明を適用することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
まず、比較例として、遮熱板４８を備えず、仕切板３７がウエハＷと直接対向するプロセスモジュール１３においてＣＯＲ処理を繰り返した際の仕切板３７における中心部及び周縁部の温度、並びにウエハＷにおける中心部及び周縁部の温度を測定した。このときのＣＯＲ処理におけるＲＦアンテナ４０への高周波電力の供給／非供給は１分／５分で繰り返された。また、測定した各温度の時間遷移を図６に示した。
次に、遮熱板４８を備え、遮熱板４８がウエハＷと直接対向するプロセスモジュール１３においてＣＯＲ処理を繰り返した際の仕切板３７における中心部及び周縁部の温度、並びに、ウエハＷにおける中心部及び周縁部の温度を測定した。このときのＣＯＲ処理におけるＲＦアンテナ４０への高周波電力の供給／非供給は１分／１分で繰り返された。また、測定した各温度の時間遷移を図７に示した。
図６及び図７のグラフに示すように、仕切板３７の中心部の温度よりも遮熱板４８の中心部の温度の方が低く、さらに、遮熱板４８の中心部及び周縁部の温度差Δｔ２が仕切板３７の中心部及び周縁部の温度差Δｔ１よりも小さいことが確認された。これは、遮熱板４８を熱伝達率が高い材料である金属で構成して遮熱板４８へ輻射された熱を直ちに処理容器２８へ伝達させることにより、遮熱板４８の温度上昇が抑制され、且つ遮熱板４８における熱分布の偏りを解消できたことが要因であると考えられた。これにより、遮熱板４８を設けると、基板処理空間Ｓにおける熱分布を改善し、基板処理空間Ｓにおけるラジカルの分布の偏りが生じるのを防止することができることが分かった。
また、遮熱板４８を備えない場合におけるウエハＷの温度の安定化時間Ｔ１よりも遮熱板４８を備える場合におけるウエハＷの温度の安定化時間Ｔ２の方が短いことが分かった。これは、遮熱板４８では輻射された熱が直ちに処理容器２８へ伝達されて熱が蓄積されないことから、遮熱板４８の温度は仕切板３７の温度よりも早く安定したことが要因であると考えられた。これにより、遮熱板４８を設けると、早くから安定したＣＯＲ処理を実行することができ、もって、スループットを短縮することができることが分かった。
Ｗ ウエハ
１３ プロセスモジュール
２８ 処理容器
３７ 仕切板
４８ 遮熱板
４９ スリット
５２ ガス噴出口

Claims (10)

  1. 基板を収容する処理容器と、該処理容器内に発生するプラズマ及び前記基板の間に配置される仕切部材とを備え、前記仕切部材は前記プラズマ中のラジカルを選択的に前記基板へ向けて透過させる基板処理装置において、
    前記仕切部材及び前記基板の間に配置される遮熱板を備え、
    前記遮熱板は前記基板と対向するように配置され、
    前記遮熱板は金属からなり、前記処理容器へ接続されることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記遮熱板は前記処理容器の一部を構成することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記遮熱板及び前記処理容器はいずれもアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記遮熱板は前記基板へ向けて処理ガスを噴出する複数の噴出口を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記遮熱板は厚さ方向に貫通するラジカル通路を有し、該ラジカル通路の断面形状は前記基板へ向けて拡径することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 前記遮熱板は誘電体で覆われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  7. 前記誘電体はイットリウム化合物又はシリコンからなることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
  8. 基板を収容する処理容器と、該処理容器内に発生するプラズマ及び前記基板の間に配置される仕切部材とを備え、前記仕切部材は前記プラズマ中のラジカルを選択的に前記基板へ向けて透過させる基板処理装置において、
    前記仕切部材及び前記基板の間に配置される遮熱板を備え、
    前記遮熱板は前記基板と対向するように配置され、
    前記遮熱板はシリコンからなり、前記処理容器へ接続されることを特徴とする基板処理装置。
  9. プラズマ及び基板の間に配置されて前記プラズマ中のラジカルを選択的に前記基板へ向けて透過させる仕切部材と、前記基板との間に配置される遮熱板であって、
    前記遮熱板は前記基板と対向するように配置され、
    前記遮熱板は金属からなることを特徴とする遮熱板。
  10. プラズマ及び基板の間に配置されて前記プラズマ中のラジカルを選択的に前記基板へ向けて透過させる仕切部材と、前記基板との間に配置される遮熱板であって、
    前記遮熱板は前記基板と対向するように配置され、
    前記遮熱板はシリコンからなることを特徴とする遮熱板。
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