JP4861208B2

JP4861208B2 - 基板載置台および基板処理装置

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Publication number: JP4861208B2
Application number: JP2007022210A
Authority: JP
Inventors: 直村岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2007235116A

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマ処理等の処理を施す基板処理装置、ならびにそれに用いられる基板載置台に関する。

従来から、例えば、半導体デバイスの製造工程においては、被処理体である半導体ウエハに対して熱酸化処理、熱窒化処理、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、ＣＶＤ等の膜形成処理や、エッチング、アッシング等の種々の基板処理が行われている。

このような基板処理においては、半導体ウエハ等の被処理基板は、基板処理装置の処理容器内に設けられた基板載置台上に載置された状態で、所望の基板処理が、所望の基板温度で行われる。このように被処理基板を所望の基板温度に保持するため、基板載置台中にはヒータが内蔵され、また被処理基板の基板載置台上への装着および取り外しのために、基板載置台には、被処理基板を基板載置台表面から持ち上げるリフタピンが設けられている。
特開平９−２０５１３０号公報特開２００３−５８７００号公報

図１を参照して、基板処理装置において従来から用いられている基板載置台の構成を具体的に説明する。基板載置台３０１は一般に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックにより構成されており、内部に例えばヒータ３０２が埋設されている。さらに基板載置台３０１中には、例えば石英ガラスからなる上下動可能なリフタピン３０３が挿通されており、リフタピン３０３は駆動機構３０４により昇降駆動され、これにより半導体ウエハ等の被処理基板Ｗが昇降される。

すなわち、リフタピン３０３が下降位置にある状態で被処理基板Ｗは基板載置台３０１上にその表面に接した状態で保持され、一方リフタピン３０３が二点差線で示した上昇位置にある状態で、搬送機構のアーム（図示せず）により被処理基板Ｗがリフタピン３０３上に受け渡しされる。このような基板載置台３０１は、プラズマ処理装置等の種々の処理装置、例えば多数のスロットを有する平面アンテナ（スロットアンテナ）を介して処理容器内にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成し、このマイクロ波プラズマによりプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に適用可能である。

しかし、このような基板載置台３０１に被処理基板を載置した状態で、例えば上記のスロットアンテナを用いたマイクロ波プラズマ処理装置によりプラズマ酸化処理を行うと、基板処理後に載置台より搬出した際に、被処理基板の裏面に、径が０．１６μm以上のもので数千個に達する大量のパーティクルが発生するという問題が生じることが判明した。

本発明の目的は、載置する被処理基板の裏面のパーティクルを低減することができる基板載置台を備えた基板処理装置およびそのような基板載置台を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、内部にヒータを埋設し、その上面が被処理基板の加熱面となる基板載置台本体と、前記基板載置台本体中に、上下動自在に挿通されたリフタピンと、を備えた基板載置台であって、前記基板載置台本体の前記加熱面に、前記リフタピンに対応して、前記加熱面よりも低い底面を有する凹部が形成され、前記リフタピンは、リフタピン本体と、前記リフタピン本体の先端部に、前記凹部に対応して形成され、前記凹部に収納可能であり、前記リフタピン本体よりも大きな径を有するヘッド部とを有し、前記ヘッド部は、被処理基板を支持するヘッド部上端と、前記ヘッド部上端に対向するヘッド部下面を有し、前記リフタピンは、前記ヘッド部下面が、前記凹部の底面に係合した第１の状態と、前記ヘッド部下面が前記凹部の底面から上昇した第２の状態との間で移動自在であり、前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台上面から、０．０ｍｍを超え、０．５ｍｍ以下の距離だけ離間している基板載置台が提供される。

上記第１の観点において、前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台上面から、０．０ｍｍを超え、０．５ｍｍ以下の距離だけ離間していることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の距離だけ離間していることがより好ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の距離だけ離間していることが一層好ましい。

また、上記第１の観点の基板載置台において、前記基板載置台本体は窒化アルミニウムよりなり、前記リフタピンは石英ガラスよりなるものとすることができる。

本発明の第２の観点によれば、排気系により排気される基板処理室と、前記基板処理室中に収納され、被処理基板を保持し加熱する基板載置台と、前記基板処理室中に処理ガスを供給するガス供給系と、を含む基板処理装置であって、前記基板載置台は、内部にヒータを埋設し、その上面が被処理基板の加熱面となる基板載置台本体と、前記基板載置台本体中に、上下動自在に挿通されたリフタピンと、を備え、前記基板載置台本体の前記加熱面に、前記リフタピンに対応して、前記加熱面よりも低い底面を有する凹部が形成され、前記リフタピンは、リフタピン本体と、前記リフタピン本体の先端部に、前記凹部に対応して形成され、前記凹部に収納可能であり、前記リフタピン本体よりも大きな径を有するヘッド部とを有し、前記ヘッド部は、被処理基板を支持するヘッド部上端と、前記ヘッド部上端に対向するヘッド部下面を有し、前記リフタピンは、前記ヘッド部下面が、前記凹部の底面に係合した第１の状態と、前記ヘッド部下面が前記凹部の底面から上昇した第２の状態との間で移動自在であり、前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台上面から、０．０ｍｍを超え、０．５ｍｍ以下の距離だけ離間している、基板処理装置が提供される。

上記基板処理装置としてはプラズマ処理装置を適用することができる。また、このようなプラズマ処理装置としては、前記基板処理室の一部に、前記基板載置台上の被処理基板に対面するように設けられた誘電体窓と、前記基板処理室の外側に、前記誘電体窓に結合して設けられたアンテナと、を備えたものを用いることができる。この場合に、前記アンテナは、平面状アンテナよりなり、複数のスロットが形成され、前記アンテナを介してマイクロ波が、前記スロットから前記処理容器内に導入される構成とすることができる。また、上記基板処理装置としては、酸化処理装置、窒化処理装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置のいずれかを用いることができる。

上記本発明の第１および第２の観点によれば、前記リフタピンが下降して前記第１の状態にある場合、被処理基板は前記リフタピンにより、前記基板載置台の上面から離間した状態で保持され、その結果、被処理基板が基板載置台表面と直接に接触することがなく、かかる接触に伴って生じるパーティクル発生の問題を解消することができる。この場合に、前記第１の状態における被処理基板の、前記基板載置台上面からの離間距離を０．４ｍｍ以内とすることにより、基板処理時の温度分布の均一性を高く維持することができる。

以下、添附図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る基板載置台について、図２および図３を参照して詳細に説明する。図２は本実施形態に係る基板載置台を示す断面図、図３はその平面図である。この基板載置台は熱酸化処理、熱窒化処理、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、ＣＶＤ等の膜形成処理や、エッチング、アッシング等の種々の基板処理装置に適用可能である。

図２に示すように、基板載置台２０は窒化アルミニウム等のセラミック材よりなり内部に図３に示す同心円状あるいはスパイラル状のヒータ２３が埋設された基板載置台本体２２を有し、この基板載置台本体２２中には３箇所に、リフタピン２４が挿通される貫通孔２２ａが形成されている。リフタピン２４は、耐腐食性および耐熱性を考慮してＡｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，または石英ガラスで形成されている。リフタピン２４は、電動式あるいはガス圧駆動式の昇降機構２５により、図２に実線で示す下降位置と、二点差線で示す上昇位置との間で昇降駆動される。

図２の構成では、前記リフタピン２４は半導体ウエハ等の被処理基板Ｗを保持し、前記リフタピン２４の下降位置においても、前記被処理基板Ｗの裏面は前記基板載置台本体２２の上面に接触せず、基板載置台本体２２の上面は、被処理基板Ｗを加熱する加熱面として機能する。一方リフタピン２４の上昇位置においては、被処理基板Ｗは、基板載置台本体２２の上面から上方に高く持ち上げられ、被処理基板Ｗと基板載置台本体２２との間には、図示しない基板搬送機構のロボットアームが挿入されるスペースが形成されている。

なお図３に示す例では、前記ヒータ２３はパターンヒータで構成され、実際には互いに独立に駆動される内側ヒータ部分２３ａおよび外側ヒータ部分２３ｂより、平面状に構成されている。内側ヒータ部分２３ａおよび外側ヒータ部分２３ｂは金属材、例えばＷやＭｏ等を絶縁スペースのスリット２３ｃによりパターニングすることで、相互に分離して形成されている。パターニングは、蒸着又はプレートを加工することで形成される。また内側ヒータ部分２３ａには、電源から給電される給電ライン（図示せず）に入側コンタクト２６ａおよび出側コンタクト２６ｂにおいて接続され、同様に外側ヒータ部分２３ｂには、同様な給電ラインが、入側コンタクト２７ａおよび出側コンタクト２７ｂにおいて接続され、駆動電流が通流される。図３の平面図においては、３つの貫通孔２２ａは、互いに約１２０度の角度で離間しており、したがってこれらを挿通する３つのリフタピン２４も互いに約１２０度の角度で離間している。

従来の基板載置台では、上述したように、適宜の処理装置において被処理基板を載置した状態で被処理基板の処理が行われるが、被処理体の裏面に大量のパーティクルが発生するという問題がある。このようなパーティクル発生の問題は、被処理基板が基板載置台の表面に直接に接しているため、主に被処理基板のずれおよび被処理基板への付着物の付着により生じるものであると考えられる。

そこで本発明者は、本発明の基礎となる研究において、プラズマ処理装置等の種々の処理装置、多数のスロットを有する平面アンテナ（スロットアンテナ）を介して処理容器内にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成し、このマイクロ波プラズマにより被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において図１に示すような従来の基板載置台を使い、被処理基板の基板処理の際のリフタピンの高さを様々に変化させ、発塵の様子および基板処理により被処理基板表面に形成される膜の均一性について調査した。

この処理実験では被処理基板Ｗとしてシリコンウエハ（基板）を使い、シリコン基板上に厚さが７〜８ｎｍのシリコン酸化膜を、１３３．３Ｐａの圧力下、４００℃の基板温度において、Ａｒガスを５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で、酸素ガスおよび水素ガスをいずれも５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、さらにマイクロ波アンテナより周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、４０００Ｗのパワーで供給することにより行った。以下の表１は、このような処理実験の結果を示すものであり、リフタピン高さ、シリコン基板の裏面に付着した粒子（パーティクル）数、被処理基板表面に形成されたシリコン酸化膜の平均膜厚、および膜厚均一性（１σ値／平均膜厚）を示す。表１中、ピン高さは、リフタピンが基板載置台の表面から突出している突出高さを示しているが、これは実際の高さではなく、昇降機構に入力された入力設定値を表している。

表１を参照するに、リフタピンの設定高さが０．１ｍｍの場合には、シリコン基板裏面に、粒径が０．１６μm以上のパーティクルが５８１３個観測されたのに対し、リフタピンの設定高さを０．２ｍｍとすることでパーティクル数は２２３９個まで減少し、さらに前記設定高さを０．３ｍｍとすることでパーティクル数は１２７３個まで減少するのがわかる。さらに前記設定高さを０．５ｍｍとすることでパーティクル数は４６３個まで減少し、前記設定高さを１．０ｍｍとすることでパーティクル数は３５０個まで減少することがわかる。

このように、リフタピンを基板処理時においても基板載置台の表面から突出するように昇降機構を制御することで、被処理基板裏面におけるパーティクルの発生を抑制できることが確認されたが、一方、このように被処理基板Ｗを基板処理時に基板載置台の表面（すなわち加熱面）から離間した状態で保持した場合、被処理基板の裏面と加熱面との間隔が大きくなりすぎると、被処理基板表面における成膜の均一性が劣化するおそれがある。

そこで、上記表１を参照すると、リフタピン設定高さが０．１ｍｍの場合、形成されたシリコン酸化膜の膜厚均一性は１．４％であるのに対し、前記リフタピン設定高さが０．２ｍｍの場合、形成されたシリコン酸化膜の膜厚均一性は１．４６％、０．３ｍｍの場合は１．５％、０．５ｍｍの場合は２．３％、１．０ｍｍの場合は１．９５％となる。このリフタピン設定高さと平均膜厚との関係、およびリフタピン設定高さと膜厚均一性との関係を図４に示す。

これら表１および図４から、リフタピンの設定高さが増大するとともに、膜厚のばらつきが増大する傾向にあることがわかる。

すなわち、被処理基板裏面における発塵の問題は、被処理基板と基板載置台との接触を回避し、基板処理時においても被処理基板が基板載置台に接触しないようにリフタピン上に保持することで回避できること、また基板処理時に被処理基板と基板載置台との距離が増大すると、基板処理の均一性が劣化することがわかった。これは、基板載置台から基板が離れると、基板への輻射熱が低下して基板の温度が下がり、基板の温度分布が顕著に悪くなるためである。さらに本発明では、図４に示すように、かかる基板処理の均一性が、リフタピンの設定高さが０．３ｍｍを超えたあたりから急変し、悪化することが発見された。

上述したように、リフタピン高さは、基板昇降機構により設定したリフタピンの設定高さであり、実際のリフタピンの基板載置台上における実際の突出高さとは必ずしも一致しない。このため、図１の従来の基板載置台を使って、基板昇降機構によりリフタピンの突出量を制御した場合、実際には被処理基板が基板載置台の表面に接触してしまう場合があり、このような事態を確実に回避するには、安全をみて前記リフタピンの突出量を必要以上に大きく設定せざるを得ない。しかし、このようにリフタピンの突出量を大きくすると、被処理基板裏面における発塵を抑制することはできても、同時に基板処理の均一性を確保することは、困難である。また、基板載置台の表面に直接突起を形成することも考えられるが、機械加工精度上非常に難しい。

そこで本発明では、図２に示すように基板載置台本体２２の表面に凹部２２ｂを形成し、さらにリフタピン２４の先端部に、リフタピン２４が下降位置にある場合に凹部２２ｂに部分的に収納されるように、ヘッド部２４ａを形成する。

図５は、下降状態におけるヘッド部２４ａをより拡大して示す図である。図５を参照するに、基板載置台本体２２表面に形成され前記ヘッド部２４ａを部分的に収納する凹部２２ｂは深さｈ_１を有しており、下降状態においてはヘッド部２４ａが凹部２２ｂ中に、ヘッド部２４ａの底面が凹部２２ｂの底面に係合して着座している。ヘッド部２４ａの形状は、角状、円状が好ましいが、円状が特に好ましい。典型的には、リフタピン２４の径Ｗ_１は２〜３ｍｍ、ヘッド部２４ａの径Ｗ_２は約１０ｍｍに設定される。前記径Ｗ_１は、この部分において温度分布が劣化するため、余り大きくすることはできない。好ましくは１５ｍｍ以下である。

その際、ヘッド部２４ａの高さＨは凹部２２ｂの深さｈ_１よりも大きく設定され、その結果、ヘッド部２４ａは基板載置台本体２２の表面から上方に、高さＨ−ｈ_１（＝ｈ_２）だけ突出する。

表２および図６は、基板載置台本体２２において、突出高さｈ_２を様々に変化させた場合の、被処理基板Ｗ裏面に生じる径が０．１６μm以上のパーティクルの数と、被処理基板Ｗ表面に形成されたシリコン酸化膜の膜厚、さらに前記シリコン酸化膜の膜厚均一性を示す。ただし表２および図６の実験において、シリコン酸化膜の成膜は、先に説明したのと同一の条件で行っている。

表２を参照するに、＊印の試料は被処理基板Ｗの搬送をトランスファモジュールまでに留め、処理容器中への導入を行わなかった対照標準の実験であり、この場合には被処理基板Ｗ裏面における粒径が０．１６μm以上の粒子の数は１１９個に過ぎないことがわかる。

これに対し、前記突出高さｈ_２を０．０ｍｍ、すなわち被処理基板Ｗが直接に基板載置台本体２２の表面に接触している場合、被処理基板Ｗの裏面に生じる粒子は３８８８個に達することがわかる。

一方、前記ヘッド部２４ａの突出高さｈ_２を０．２ｍｍおよび０．４ｍｍとした場合、前記粒子数はそれぞれ５３６個および５７２個であり、発塵は効果的に抑制されるのがわかる。

さらに膜厚均一性（１σ値／平均膜厚）についてみると、ヘッド部突出高さｈ_２が０．４ｍｍの場合、上記表２よりわかるように膜厚ばらつきが１．０４％と膜厚均一性も良好な結果であった。このように、ヘッド部突出高さｈ_２が０．２〜０．４ｍｍの範囲にある場合、パーティクル数を抑制することができると同時に、膜厚均一性を向上させることが可能であることがわかる。上記０．２〜０．４ｍｍのヘッド部突出高さは、被処理基板Ｗの反り量に対応しており、ヘッド部突出高さをこの範囲に設定することにより、反った被処理基板でも基板載置台本体２２表面との接触を回避することが可能になるものと思われる。

さらに図２あるいは図５に示すようにヘッド部２４ａが基板載置台本体２２に形成された凹部２２ｂと係合することで機械的にヘッド部２４ａの突出高さが決定される構成の基板載置台２０では、ヘッド部突出高さｈ_２を確実かつ精密に決定することができるため、ヘッド部突出高さｈ_２を０．０ｍｍを超えるように例えば０．１〜０．５ｍｍの範囲に設定して、さらに効果的に粒子数を抑制すると同時に、さらに均一な膜形成を行うことも可能である。

図７は、図２、図５の基板載置台２０において実現される粒子数の抑制効果を、先の図１に示す従来の基板載置台３０１において、ヘッド部を有さない従来のリフタピン３０３を昇降機構３０４により位置制御した場合の粒子数抑制効果と比較して示す図であり、上記表１と表２に対応するものである。図７において、●が図２、図５の基板載置台２０を用いた表２に対応し、○が図１の従来の基板載置台３０１を用いた表１に対応する。

図７を参照するに、本発明のようにリフタピン２４のヘッド部２４ａと基板載置台本体中に形成した凹部２２ｂの機械的係合により、ヘッド部２４ａの突出量を０．１〜０．５ｍｍの範囲で精密に制御した場合、このようなヘッド部を形成せず駆動機構によりリフタピンの突出量を制御した場合に比べて、より効果的なパーティクル発生の抑制が実現されていることがわかる。

次に、このような基板載置台を適用した基板処理装置について説明する。図８は、上記構成の基板載置台を備えた基板処理装置としてのマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図８に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１は、上部が開口している円筒形状の処理容器１０を有している。処理容器１０は、例えばアルミニウム、ステンレススチール等の金属またはその合金からなる導体部材で形成されている。

処理容器１０の上部開口部には、平板状に形成された誘電体板４が配置されている。誘電体板４は、例えば厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英またはセラミックなどが用いられる。処理容器１０と誘電体板４との間は、Ｏリング等のシール材（図示せず）を介在させて、気密性を保持できるようになっている。誘電体板４は、リング状のアッパープレート６１に支持されている。

誘電体板４の上部には、例えば複数のスロット５０ａを有する平面アンテナの１つであるラジアルラインスロットアンテナ５０が設置されている。スロットアンテナ５０は、導波管５２，モード変換器５３および矩形導波管５４で構成された導波路５９を介して、マイクロ波発生装置５６に接続されている。マイクロ波発生装置５６はマイクロ波発生器を有しており、マイクロ波発生器は３００Ｍ〜３０ＧＨｚ、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。スロットアンテナ５０上部には、誘電体、例えば石英、セラミック、フッ素樹脂等積層体からなる遅波材５５が設けられ、その上に冷却ジャケットを構成する導体カバー５７が配置されている。この導体カバー５７により、マイクロ波をシールドし、スロットアンテナ５０、誘電体板４を効率よく冷却することができる。また、矩形導波路の途中にインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路（図示せず）を設けて、電力の使用効率を向上させるように構成することができる。

導波管５２の内部には、導電性材料よりなる軸部５１がスロットアンテナ５０上面中央部に接続される。これにより導波管５２は同軸導波管として構成され、誘電体板４を介して処理容器１０内に高周波の電磁界を放射する。スロットアンテナ５０は誘電体板４により処理容器１０から隔離されて保護される。このためスロットアンテナ５０は、プラズマに曝されることがない。

図９は、前記スロットアンテナ５０の構成を詳細に示す平面図である。この図に示すように、スロットアンテナ５０には多数のスロット５０ａが同心円状に、かつ隣接するスロット５０ａ同士が直交するような向きで、Ｔ字状に形成されている。

処理容器１０の下部には、排気部１１が設けられている。排気部１１は、中空で気密な排気管７５，７７を有している。排気管７７の下部には、バルブ４３を介してターボ分子ボンプ４２が接続されている。バルブ４３は例えば開閉バルブとＡＰＣバルブのような圧力制御バルブから構成される。また、排気管７７の下方に設けられたフランジ７７ａの下部側面には、処理容器１０内をラフ引きするラフ引き排気口７３が設けられ、このラフ引き排気口７３には、バルブ３９を介して接続したラフ引きライン４０を介して図示しない真空ポンプが設けられ、この真空ボンプにターボ分子ポンプ４２の排気ライン４１が接続している。

上記ラフ引きライン４０、ターボ分子ボンプ４２を介して排気することで、処理容器１０内を所望の真空度にすることができる。また、処理容器１０の側壁の上部には、各種処理ガスなどを処理容器１０内に導入するガスインジェクタ６が設けられている。このガスインジェクタ６は図示の例では内周に均等にガス孔が形成されたリング状をなしている。他にノズル状やシャワー状であってもよい。

このガスインジェクタ６には、例えばＡｒなどの希ガス源１０１と、窒素ガス源１０２と、酸素ガス源１０３が、それぞれのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０１ａ、１０２ａ、１０３ａおよびそれぞれのバルブ１０１ｂ、１０１ｃ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０３ｂ、１０３ｃおよび共通バルブ１０４を介して接続されている。前記ガスインジェクタ６には、後述する載置台８を囲むように多数のガス吐出口が形成されており、その結果、Ａｒガス、窒素ガス、酸素ガスは、前記処理容器１０内のプロセス空間に一様に導入される。

なお、処理ガスとしては、これらに限らず、処理に応じて種々のものを用いることができ、それに応じて、例えば、水素やアンモニア、ＮＯ，Ｎ_２Ｏ，Ｈ_２Ｏ、ＣＦ系ガス等のエッチングガスのガス源を設けることが可能である。

処理容器１０の内部には、例えば半導体ウエハのような被処理基板Ｗを載置する基板載置台８が設けられている。基板載置台８上面には、半導体ウエハ等の被処理基板Ｗの外径より少し外側まで、例えば０．５〜１ｍｍ程度の深さの凹部（座ぐり部）が形成され、被処理基板の載置する位置がずれるのを防止するようにすることが好ましい。ただし、例えば静電チャックを設けた場合には、静電力で保持されるので、凹部の溝は設ける必要はない。この基板載置台８は、基板載置台本体８ａと、基板載置台本体８ａに挿通された被処理基板である半導体ウエハＷを昇降するためのリフタピン１４と、リフタピン１４を昇降する昇降機構１５とを有している。また、基板載置台本体８ａの内部には、発熱抵抗体９が埋設されている。発熱抵抗体９に電力を印加して基板載置台本体８ａを加熱し、被処理基板Ｗを加熱する構造になっている。基板載置台本体８ａは、ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックで構成されている。

この基板載置台８は、上記基板載置台２０と同様の構造を有している。すなわち、リフタピン１４の上部にはヘッド部１４ａが設けられ、基板載置台本体８ａのヘッド部１４ａに対応する位置にはヘッド部１４ａを部分的に収納するように、上記凹部２２ｂに対応した凹部８ｂが形成されている。そして、ヘッド部１４ａの高さと凹部８ｂの深さは、ヘッド部１４ａが凹部８ｂに着座しているリフタピン１４の下降状態で、ヘッド部１４ａの先端部が基板載置台本体８の表面から０．０ｍｍを超え、０．５ｍｍ以下の距離だけ突出するように、好ましくは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の距離だけ突出するように、より好ましくは０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の距離だけ突出するように、設定される。

なお、基板載置台８内に下部電極を埋設し、この下部電極に、マッチングボックス（図示せず）を介して高周波電濃（図示せず）を接続してもよい。この場合、高周波電源は例えば４５０ｋＨ〜１３．６５ＭＨｚの高周波を印加して高周波バイアスをかけられるようにしてもよく、また、直流電源を接続して、連続バイアスをかけるようにしてもよい。

載置台固定部６４は、支持体１６等を介して基板載置台８を支持している。載置台固定部６４は例えばＡｌなどの金属またはその合金で形成され、載置台支持体１６は例えばＡｌＮ等のセラミックで形成される。基板載置台８と支持体１６は一体、またはロウ付け等で接合されており、真空シールおよび固定用のネジが不要な構造となっている。載置台支持体１６の下部は、例えばＡｌなどの金属又はその合金からなる支持体固定部８１に、Ａｌ等の金属又は合金からなる固定リング８０を介してネジなどにより固定され、基板載置台８の載置面と誘電体板４とのギャップの調整が可能である。また載置台支持体１６と支持体固定部８１は、図示しないＯリング等により気密にシールされている。また、支持体固定部８１は、載置台固定部６４に図示しないＯリング等で気密に固定される。

載置台固定部６４は、排気管７７の側面にネジ等により図示しないＯリング等で気密に固定されている。具体的には載置台固定部６４の側部が、排気管７７の内側面に接続されている。また載置台固定部６４の下部は、メンテナンスなどの組立時に基板載置台８を、載置台固定部６４を介して水平に位置決めする位置決め部材の機能を有する支持部材８４により支持されている。この支持部材８４は排気管７７に設けた固定孔に外側から気密に挿入されて、排気管７７に固定される。支持部材８４の端部には、載置台固定部６４がその下部に設けられた係止部材６８を介して載置台を容易に水平にできるように取付けられている。

上記支持部材８４は位置決め部材としても機能する。上記基板載置台８は、載置台固定部６４の下部が係止部材６８を介して支持部材８４の端部に予め設けられた係止部に係止されることにより位置決めされる。例えば図８に示すように支持部材８４の端部上側に係止部として凹部を設け、この凹部に係止部材６８の下部に形成された凸部が挿入されることにより、係止されるようにしてもよい。この場合、係止部材６８は、支持部材８４の係止部にネジやボルトで固定してもよい。また、図示はしないが、支持部材８４の端部に位置決め部材の係止部として孔部を設け、この孔部に載置台固定部６４の下部が差込まれるようにしてもよい。

上記載置台固定部６４の内部には、排気管７７の側壁へ向けて開口した空間７１が設けられており、この空間７１は排気管７７の側面に設けられた開口部７１ａを介して大気と連通している。また空間７１は、支持体固定部８１内の空間９２を介して、載置台支持体１６内の空間９４と連通しており、共に大気開放されている。

載置台固定部６４の空間には、基板載置台８内に設けられた発熱抵抗体へ電力を供給する配線、および基板載置台８の温度を測定制御する熱電対の配線などの配線類が配設されている。なお、上記配線類は、図８では省略している。上記配線類は、載置台支持体１６内の空間９４、載置台固定部６４の空間７１を経て、フランジ７５の開口部７１ａからプラズマ処理装置１の外部へ引き出されている。

さらに載置台固定部６４下部には冷却水路８３が埋設され、プラズマ処理装置１の外部から冷却水を導入できるようになっている。冷却水は、基板載置台８の熱が載置台支持体１６を経て載置台固定部６４の温度を上昇させるのを防止する。

このように、マイクロ波プラズマ処理装置１においては、基板載置台８は排気管７７に複数箇所で固定されている。具体的には、基板載置台８は、基板載置台８が取付けられる載置台固定部６４の側部と底部の２箇所で固定されている。載置台固定部６４の底部は、係止部材６８と支持部材８４を介して排気管７７に固定される。載置台固定部６４の側部は、排気管７７の内側面に固定されている。つまり、基板載置台８は、２箇所の固定部によって排気管７７に固定されることにより、処理容器１０に対して固定されている。また、メンテナンスを行う際に、基板載置台８、載置台支持体１６、支持体固定部８１、載置台固定部６４等は、支持部材８４の端部に形成された凹部に、係止部材６８の凸部が指し込まれることにより位置決めされるため、容易にかつ水平に取り付けることができる。

処理容器１０内には、上記載置台８の周囲を囲むように、処理容器内を均一に排気するための孔が複数設けられたバッフルプレート１０ａが設けられている。バッフルプレート１０ａは、例えばアルミニウムやステンレスなど、金属製のバッフルプレート支持部材１０ｂにより支持され、さらにコンタミネーション（汚染）防止のためにバッフルプレート１０ａと同様の、例えば石英製のバッフルプレート１０ｄが配置される。また処理容器１０の内壁を覆うように、処理容器１０を保護する石英製のライナー１０ｃが設けられている。このように、処理容器１０内をシールドプレートでシールドすることでクリーンな環境を形成することができる。

処理容器１０の側壁には、被処理基板Ｗの搬入出のための搬入出口７ａが形成されており、この搬入出口７ａはゲートバルブ７により開閉可能となっている。

このように構成されるマイクロ波プラズマ装置１においては、ラジアルラインスロットアンテナ５０にマイクロ波が同軸導波管５２から供給されると、マイクロ波はアンテナ５０中を径方向に広がりながら伝播し、その際に前記遅波材５５により波長圧縮を受ける。そこでマイクロ波はスロット５０ａから、一般にラジアルスロットアンテナ（平面アンテナ板）５０に略垂直方向に、円偏波として放射される。

一方、希ガス源１０１、窒素ガス源１０２、酸素ガス源１０３から環状をなすガスインジェクタ６を介して窒素ガス、酸素ガスがＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅなどの希ガスとともに処理容器１０内のプロセス空間に一様に導入され、プロセス空間に放射されたマイクロ波によってプラズマ化され、これにより被処理基板Ｗにプラズマ処理が施される。また、供給された処理ガスは、排気部１１を介して排気される。

処理空間に放射されるマイクロ波は、周波数がＧＨｚオーダー、例えば２．４５ＧＨｚであり、このようなマイクロ波が導入されることにより、被処理基板Ｗの上方には、１０^１１〜１０^１３／ｃｍ^３の高密度プラズマが励起される。このようにアンテナを介して導入されたマイクロ波により励起されたプラズマは、０．５〜７ｅＶあるいはそれ以下の低い電子温度を特徴とし、その結果、マイクロ波プラズマ処理装置１においては被処理基板Ｗや処理容器１０内壁の損傷が回避される。また、プラズマ励起に伴って形成されたラジカルが被処理基板Ｗの表面に沿って流れ速やかにプロセス空間から排除されるため、ラジカル相互の再結合が抑制され、非常に一様で効果的な基板処理が、５５０℃以下の低温で可能になる。

例えば図８のマイクロ波プラズマ処理装置１において、前記図４あるいは図６に示した実験を行う場合、基板載置台本体８ａは１００〜６００℃の温度範囲に加熱され、処理容器１０内のプロセス空間を３〜６６６．５Ｐａの圧力範囲に減圧し、ガスインジェクタ６よりＡｒガスを５００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、酸素ガスを５〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、さらに平面アンテナ５０から周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１〜３ｋＷのパワーで供給する。

その際本実施形態によれば、先の実施形態と同様に、下降状態で基板載置台本体８ａに係合した状態のリフタピン１４の、基板載置台本体８ａの主面に対する突出高さが、０．０ｍｍを超え０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下に、より好ましくは０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下となるように最適化されるため、先に図６を参照して説明したと同様にパーティクル発生が効果的に抑制される。

なお、以上の説明はマイクロ波プラズマ処理装置を例に行ったが、本発明の基板載置台は、このようなマイクロ波プラズマ処理以外の他のプラズマ処理、例えばＩＣＰ型、ＥＣＲ型、平行平板型、表面反射波型、マグネトロン型等のプラズマによる処理に適用することができるし、プラズマ処理以外にも適用することができる。また、上記のような酸化処理に限らず、窒化処理やＣＶＤ処理やエッチング処理など、種々の処理に適用可能である。さらに、被処理体についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他の基板を対象にすることができる。

また図５において、リフタピン２４のヘッド部２４ａの上面を、図１０に示すように円錐形状など、上方に突出する形状に形成することも可能である。

従来の基板処理台の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基板載置台の構成を示す断面図である。図２の基板載置台を示す平面図である。本発明の第１の実施形態の基礎となる実験を示す図である。図３の基板処理台の一部を拡大して示す図である。本発明の第１の実施形態の基礎となる実験を示す別の図である。本発明の第１の実施形態の効果を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基板載置台を適用したマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。図８のマイクロ波プラズマ処理装置の平面アンテナを示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板載置台のリフタピンの変形例を示す図である。

符号の説明

１マイクロ波プラズマ処理装置
４誘電体板
６ガスインジェクタ
７ゲートバルブ
７ａ搬入出口
８，２０，３０１基板載置台
８ａ，２２基板載置台本体
８ｂ，２２ｂ凹部
９発熱抵抗体
１０処理容器
１０ａ，１０ｄバッフルプレート
１０ｂバッフルプレート支持部材
１０ｃライナー
１１排気部
１４，２４，３０３リフタピン
１４ａ，２４ａヘッド部
１５，２５，３０４昇降機構
１６載置台支持体
２２ａ貫通孔
２３ヒータ
２３ａ内側ヒータ部分
２３ｂ外側ヒータ部分
２３ｃスリット
２６ａ，２７ａ入側コンタクト
２６ｂ，２７ｂ出側コンタクト
３９バルブ
４０ラフ引きポンプ
４１排気ライン
４２ターボ分子ポンプ
４３，１０１ｂ，１０１ｃ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０３ｂ，１０３ｃバルブ
５０ラジアルラインスロットアンテナ
５０ａスロット
５１軸部
５２導波管
５３モード変換器
５４矩形導波管
５５遅波材
５６マイクロ波発生装置
５７導体カバー
５９導波路
６１アッパープレート
６４載置台固定部
６８係止部材
７１，９２，９４空間
７１ａ開口部
７３排気口
７５，７７排気管
７７ａフランジ
８１支持体固定部
８３冷却水通路
８４支持部材
１０１希ガス源
１０２窒素ガス源
１０３酸素ガス源
１０１ａ，１０２ａ，１０３ａＭＦＣ

Claims

内部にヒータを埋設し、その上面が被処理基板の加熱面となる基板載置台本体と、
前記基板載置台本体中に、上下動自在に挿通されたリフタピンと、
を備えた基板載置台であって、
前記基板載置台本体の前記加熱面に、前記リフタピンに対応して、前記加熱面よりも低い底面を有する凹部が形成され、
前記リフタピンは、リフタピン本体と、前記リフタピン本体の先端部に、前記凹部に対応して形成され、前記凹部に収納可能であり、前記リフタピン本体よりも大きな径を有するヘッド部とを有し、
前記ヘッド部は、被処理基板を支持するヘッド部上端と、前記ヘッド部上端に対向するヘッド部下面を有し、
前記リフタピンは、前記ヘッド部下面が、前記凹部の底面に係合した第１の状態と、前記ヘッド部下面が前記凹部の底面から上昇した第２の状態との間で移動自在であり、
前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台の上面から、０．０ｍｍを超え、０．５ｍｍ以下の距離だけ離間している基板載置台。
前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台上面から、０．１ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下の距離だけ離間している、請求項１に記載の基板載置台。
前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台上面から、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下の距離だけ離間している、請求項２記載の基板載置台。
前記基板載置台本体は窒化アルミニウムよりなり、前記リフタピンは石英ガラスよりなる、請求項１〜３のいずれか一項記載の基板載置台。
排気系により排気される基板処理室と、
前記基板処理室中に収納され、被処理基板を保持し加熱する基板載置台と、
前記基板処理室中に処理ガスを供給するガス供給系と、を含む基板処理装置であって、
前記基板載置台は、
内部にヒータを埋設し、その上面が被処理基板の加熱面となる基板載置台本体と、
前記基板載置台本体中に、上下動自在に挿通されたリフタピンと、
を備え、
前記基板載置台本体の前記加熱面に、前記リフタピンに対応して、前記加熱面よりも低い底面を有する凹部が形成され、
前記リフタピンは、リフタピン本体と、前記リフタピン本体の先端部に、前記凹部に対応して形成され、前記凹部に収納可能であり、前記リフタピン本体よりも大きな径を有するヘッド部とを有し、
前記ヘッド部は、被処理基板を支持するヘッド部上端と、前記ヘッド部上端に対向するヘッド部下面を有し、
前記リフタピンは、前記ヘッド部下面が、前記凹部の底面に係合した第１の状態と、前記ヘッド部下面が前記凹部の底面から上昇した第２の状態との間で移動自在であり、
前記第１の状態では、前記ヘッド部上端は、前記基板載置台の上面から、０．０ｍｍを超え、０．５ｍｍ以下の距離だけ離間している、基板処理装置。
前記基板処理装置はプラズマ処理装置である請求項５に記載の基板処理装置。
前記基板処理室の一部に、前記基板載置台上の被処理基板に対面するように設けられた誘電体窓と、
前記基板処理室の外側に、前記誘電体窓に結合して設けられたアンテナと、を備えた、請求項６に記載の基板処理装置。
前記アンテナは、平面状アンテナよりなり、複数のスロットが形成され、前記アンテナを介してマイクロ波が、前記スロットから前記処理容器内に導入される、請求項７に記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は、酸化処理装置、窒化処理装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置のいずれかである請求項５に記載の基板処理装置。