JP5143083B2

JP5143083B2 - 基板処理装置、半導体デバイスの製造方法及び基板載置台

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Publication number: JP5143083B2
Application number: JP2009124982A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎原田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: JP2009224789A

Description

本発明は、例えば、高密度プラズマを生成できるプラズマ源を用いてウエハ等の基板を処理する基板処理炉等の基板処理装置に関する。

基板処理装置として、基板を処理する基板処理室を形成する基板処理装置と、この基板処理室内に配置された基板を加熱する加熱手段を有する技術が知られている。また、このような技術であって、基板を加熱する際に、基板処理装置の加熱手段以外の部分を冷却するための冷却手段を有するものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−７２０２８

しかしながら、従来の技術では、基板冷却装置が十分に冷却されないことがあるとの問題点があった。この場合、例えば、磁石により形成される磁界を基板処理に用いる基板処理装置において、磁石が加熱されることで磁力が低下し良好な基板処理がなされなくなったり、操作者による操作が難しい程度まで基板処理装置の温度が上昇したりしてしまうことがあった。また、例えば、ゴムや樹脂等を材料とする部材が用いられていた場合、これらの部材の耐熱温度以上まで基板処理装置の温度が上昇してしまうことがあった。このため、これらの問題が発生しない温度までしか基板を加熱することができず、基板の加熱温度に限界があるとの問題があった。

本発明は上記問題点を解決し、基板の加熱手段以外の部分が高温となることを抑制し、基板を加熱する温度限界を上昇させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する基板処理室を形成する基板処理容器と、前記基板処理室内に配置された基板を加熱する加熱手段と、前記基板処理容器に形成された冷却用媒体経路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、を有し、前記冷却媒体供給手段は、前記加熱手段からの熱伝達を抑制し、少なくとも前記基板処理容器の下部を冷却するように冷却媒体を供給することを特徴とする基板処理装置にある。

好適には、前記加熱手段が有するヒータと、前記加熱手段を支持する支持手段との間に設けられた熱遮断材をさらに有し、前記冷却媒体供給手段は、前記熱遮断材を冷却するように冷却媒体を供給する。

本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する基板処理室を形成する基板処理容器と、前記基板処理室内に配置された基板を加熱する加熱手段と、を有し、前記基板処理容器の外周の少なくとも一部分を覆う外周容器と前記基板処理容器との間に形成される空間に発生させた気流で、少なくとも前記基板処理容器を冷却する冷却手段、又は前記加熱手段から該加熱手段を支持する支持手段への熱伝達を抑制する熱伝達抑制手段の少なくとも一方を有する基板処理装置にある。

好適には、前記冷却手段は、前記外周容器と前記基板処理容器との間に形成される空間に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段と、該空間から前記冷却用ガスを排出する冷却用ガス排出手段とを有する。また、好適には、前記基板処理容器内に磁界を発生させる磁石を有し、前記冷却用ガス供給手段は、前記磁石近傍に配置され、前記冷却用ガスで該磁石を冷却する。また、好適には、前記加熱手段はヒータを有し、このヒータの発熱量に応じて、前記冷却用ガス供給手段の冷却用ガス供給速度を制御する制御手段を有する。
また、好適には、前記加熱手段に基板が載置されているか否かに応じて、前記冷却用ガス供給手段の冷却用ガス供給速度を制御する制御手段を有する。また、好適には、前記冷却用ガス供給手段は、前記基板処理容器の周辺に配置された複数の冷却ガス供給用ファンからなる。また、好適には、前記冷却手段は、前記基板処理容器に形成された少なくとも一つの冷却媒体流路と、この冷却媒体用流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを有する。また、好適には、前記基板処理容器は、開放部が設けられた第１の容器と、前記開放部を塞ぐ状態で前記第１の容器と接続される第２の容器と、前記第１の容器と前記第２の容器との接続部に設けられ、前記処理室を略気密状態にシールするシール部材とを備え、前記冷却媒体用流路は、前記シール部材の近傍に形成される。

また、好適には、前記熱伝達抑制手段は、前記加熱手段と前記支持手段との間に配置された熱遮断材からなる。また、好適には、少なくとも前記熱遮断材を冷却する熱遮断材冷却手段を有する。また、好適には、前記熱遮断材冷却手段は、前記支持手段に形成された冷却媒体用流路と、この冷却媒体用流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを有する。

また、本発明の第３の特徴とするところは、基板を処理する基板処理室を形成する基板処理容器と、前記基板処理室内に配置された基板を加熱する加熱手段と、前記基板処理室の外周の少なくとも一部分を覆う外周容器と、前記基板処理容器の外側と前記外周容器の内側とで囲まれる空間に発生させた気流で、少なくとも前記基板処理容器を冷却する冷却手段とを有する基板処理装置にある。

また、本発明の第４の特徴とするところは、基板を処理する基板処理室を形成する基板処理容器と、前記基板処理室内に配置された基板を加熱する加熱手段と、この加熱手段支持する支持手段と、前記加熱手段から前記支持手段への熱伝達を抑制する熱伝達抑制手段とを有する基板処理装置にある。

また、本発明の第５の特徴とするところは、基板を処理する基板処理室を形成する基板処理容器と、前記基板処理容器の外側に配置された円筒形の電極と、前記基板処理容器の少なくとも一部分を覆う外周容器と、前記電極を冷却用ガスで冷却する電極冷却手段とを有する基板処理装置にある。

また、好適には、前記電極冷却手段は、前記外周容器に設けられ、前記外周容器内に冷却用ガスを供給する冷却用ガス供給手段を少なくとも一つ有する。また、好適には、前記処理容器は、開放部が設けられた第１の容器と、前記開放部を塞ぐ状態で前記第１の容器と接続される第２の容器と、前記第１の容器と前記第２の容器との接続部に設けられた、前記処理室を略気密状態にシールするシール部材とを有し、前記円筒形の電極及び前記シール部材を冷却する気密シール部材冷却手段を有する。

また、本発明の第６の特徴とするところは、反応ガスの供給口及び排出口を有し、略真空に保持された基板処理容器内で基板を処理する基板処理装置において、前記処理容器内に配置された基板を加熱する加熱手段を設け、この加熱手段と前記基板処理容器との接続部に少なくとも一つの熱遮断材を設ける基板処理装置にある。

また、好適には、前記処理容器の外側の面を冷却する冷却ファンを少なくとも一つ有する。また、好適には、前記処理容器に冷却用媒体流路が形成され、この冷却用媒体流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を有する。

本発明によれば、基盤を加熱する加熱手段以外の部分が高温となることを抑制する基板処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置が有するサセプタとサセプタを支持する支持部材との接続部を拡大して示す断面図であり、図３（ａ）は図１と同じ断面による断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＡＡ断面による断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置が有する下側容器に流路が形成される状態を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置が有する下側容器を示し、図５（ａ）は平面断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＢＢ断面による断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）に示すＣＣ断面による断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置のサセプタが有するヒータの出力とファンの回転スピードとの、基板処理工程ごとの制御を説明するグラフである。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１乃至５には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０が示されている。この基板処理装置１０は、プラズマ処理炉からなり、詳細には、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（ＭｏｄｉｆｉｅｄＭａｇｎｅｔｒｏｎＴｙｐｅｄＰｌａｓｍａＳｏｕｒｃｅ）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）からなる。

基板処理装置１０は、基板として用いられるウエハ２００を処理する基板処理室１４を形成する基板処理容器１２と、基板処理室１４に反応ガスを供給し、また、基板処理室から反応ガスを排出する反応ガス供給・排出系と、基板処理室１４内にプラズマを発生させるプラズマ発生系と、基板処理室１４内において基板であるウエハ２００を加熱する基板加熱系と、少なくとも基板処理容器１２を冷却する冷却系と、基板加熱系から、基板処理装置１０の基板加熱系以外の部分に熱が伝わることを抑制する熱伝達抑制系と、基板処理装置を制御する制御系とからなる。

基板処理容器１２は、第１の容器として用いられると共に、上側基板処理容器として用いられる反応管１６と、第２の容器として用いられる下側基板処理容器２０と、反応管１６と第２の容器との接続部に設けられたシール部材として用いられるＯリング３２と、
反応管と第２の容器との間に位置する干渉部材３０とを有する。また、反応管１６の外側に、基板処理容器１２の外周の少なくとも一部を覆う外周容器３６が設けられ、外周容器３６の重力方向上部には、ファン容器３８が設けられている。

反応管１６は、重力方向下方に開放された開放部１８を有し、この開放部１８の回りにフランジ１６ａが形成されている。反応管１６の材料としては、非金属材料であり、金属汚染を低減させる材料である石英が用いられる。石英に替え酸化アルミニウムを反応管１６の材料として用いても良い。

下側基板処理容器２０は、反応管１６の開放部１８を塞ぐ状態で反応管１６と接続される部材であり、下側基板処理容器２０と反応管１６とが接続されることにより先述の基板処理室１４が形成される。この下側基板処理容器２０は、アルミニウムからなるチャンバ２２と、チャンバ２２の重力方向上方であって反応管１６と接続される位置に設けられたテフロン（登録商標）からなる接続部材２４とを有する。接続部材２４は、例えば螺子止めなどの方法でチャンバ２２に固着されていて、この接続部材２４とチャンバ２２との間にはＯリングなどのシール部材（不図示）が設けられている。また、チャンバ２２の側壁には、仕切弁として用いられる開閉可能なゲートバルブ３４が設けられている。ゲートバルブ３４は、開放されたで図示を省略する搬送手段により基板処理室１４にウエハ２００を搬入するために用いられ、また、基板処理室１４からウエハ２００を排出するために用いられる。また、ゲートバルブ３４は、閉じられた状態で基板処理室１４を略気密な状態とする。

Ｏリング３２は、反応管１６と下側基板処理容器２０との接続部をシールし、基板処理室１４からの気体の漏れを防止することで基板処理室１４を略気密状態とする。このＯリング３２は、パーフルオ系フッ素ゴムからなり、耐熱温度は約２８０℃である。但し、２００℃以上の温度になると、熱膨張や潰れが発生して基板処理室１４からの気体の漏れが発生することがある。

干渉部材３０はテフロン（登録商標）からなり、耐熱温度は２８０℃である。但し、２００℃以上になると熱膨張や潰れが発生する虞がある。この干渉部材３０は、Ｏリング３２と同様に、反応管１６と下側基板処理容器２０との間に位置し、反応管１６と接続部材２４とが直接に接触することを防止し、反応管１６と接続部材２４との間に一定の間隔を形成する。このように一定の間隔が形成されることで、Ｏリング３２に反応管１６の全ての荷重が加わることが防止され、Ｏリング３２に適度の加重が加わるようになる。これにより、過剰な負荷が加えられることでＯリング３２が破損することが防止される。

外周容器３６は、下向きの開放部を有する四角柱形状の部材であり、開放部を形成する部分に内向きにフランジ３６ａが形成されていて、このフランジ３６ａが先述の接続部材２４に固定される。外周容器３６は、反応管１６を覆う状態となるように配置され、反応管１６と外周容器３６との間に空間４４を形成すると共に、基板処理容器１２内における基板処理に用いられる電界や磁界を遮蔽する遮蔽手段としての機能を併せ持つ。

この外周容器３６の４個の側面に、図２に示すように、それぞれ供給ファン１２２が２個ずつ設けられている。また、外周容器３６の上面には、排出ファン１２４が一つ設けられている。供給ファン１２２と排出ファン１２４との詳細については後述する。

ファン容器３８は、排出ファン１２４を覆うように外周容器３６の上側に配置された容器であり、外周容器３６に取り付けられ上向きの開放部が形成されたファン容器本体４０と、このファン容器本体４０の開放部に着脱可能に取り付けられた蓋部４２とからなる。ファン容器本体４０の側面にはダクト４８が取り付けられている。

反応ガス供給・排出系は、基板処理室１４に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、基板処理室１４から反応ガスを排出する反応ガス排出系とからなる。

反応ガス供給系は、反応管１６の上部に形成された反応ガス供給口６２に接続された反応ガス供給管６４と、反応ガス供給管６４から供給されたガスを基板処理室１４に載置されたウエハ２００に散布するシャワーヘッド７０とを有する。反応ガス供給管６４には、開閉手段として用いられる供給側バルブ６６と流量制御手段として用いられるマスフローコントローラ６８とを介して、図示を省略する反応ガス供給手段として用いられるガスボンベが繋がっている。シャワーヘッド７０には、上側の面から下側の面まで関する多数の供給ガス通過孔（付図示）が形成されていて、これらの供給ガス通過孔を通過することで、反応ガス供給管６４を介して供給された反応ガスが、ウエハ２００に分散された状態で供給される。

反応ガス排出系は、反応管１６の側面であって、後述するサセプタ９２よりも重力方向下方に設けられた反応ガス排出口７２に接続された反応ガス排出管７４を有し、この反応ガス排出管７４に、反応室内の圧力を調整する圧力調整手段として用いられるＡＰＣ７６と排出側バルブ７８とを介して、真空ポンプ８０が接続されている。

プラズマ発生系は、電界と磁界により、基板処理室１４内に高密度プラズマを生成するものであり、基板処理室１４に供給される反応ガスを放電により励起させる反応ガス励起手段として用いられる電極８２と、基板処理室１４内に磁界を発生させる磁界発生手段として用いられる磁石８４とを有する。電極８２は円筒形状であり、基板処理容器１２の外周面に取り付けられている。そして、この電極８２には、インピーダンスの整合を行う整合器８６を介して高周波電力を供給する高周波電源８８が接続されている。

磁石８４は、筒状の永久磁石からなり、電極８２の外表面の上端部と下端部とに、それぞれ一つ取り付けられている。磁石８４の材質としては、ネオジム系希土類のコバルトが用いられる。磁石にはキュリー温度と呼ばれる一定温度以上となると急激に磁力が落ちる温度がある。このため、磁石はキュリー温度よりも低い温度の減磁が生じない温度体で用いる必要がある。磁石８４においては、その表面温度が１００℃未満であれば磁力の低下を防ぐことができる。二つの磁石８４は、それぞれ基板処理室１４の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、二つの磁石８４の磁極の向きが逆向きに形成されている。このため、二つの磁石の内周部の磁極同士が互いに異極となっており、磁石８４の内周面に沿って磁力線が形成され、基板処理室１４内に磁界を発生させる。

このプラズマ発生系によれば、電極８２に、高周波電源８８から高周波電圧の印加がなされると、上下に二つ配置された磁石８４により形成される磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生して、基板処理室１４内にプラズマが生成される。

基板加熱系は、図１及び３に示すように、基板処理室１４内に配置されたウエハ２００を加熱するサセプタ９２と、このサセプタ９２に熱を供給するヒータ９４と、サセプタ９２をウエハ載置面が略水平な状態となるように支持すると共に、サセプタ９２に接触するようにヒータ９４を支持するヒータシャフト９８と、このヒータシャフト９８を、さらに下方から支持するヒータベース１００とを有する。また、基板加熱系は、後述する熱遮断材１２８の近傍に配置され、サセプタ９２の温度を制御する制御手段として用いられるヒータＴＣ９３と、サセプタ９２に載置されたウエハ２００にプラズマを引き込むアース線として用いられるＦＲ端子９６とを有し、ヒータＴＣ９３にはヒータＴＣ用配線９５が、ＦＲ端子９６にはＦＲ端子をアースするＦＲ端子用配線９７が、それぞれ接続されている。これらの部材のうち、サセプタ９２とヒータ９４とが基板処理室１４内に配置されたウエハ２００を加熱する加熱手段として用いられる。また、ヒータシャフト９８とヒータベース１００とが、加熱手段を支持する支持手段として用いられる。

ヒータ９４は、ＳｉＣヒータからなり、配線９１から電力供給がなされ、ウエハ２００の内面温度を６００〜７００℃まで上昇させることが可能な発熱量を有する。

サセプタ９２は非金属材料である石英で形成される。サセプタ９２を形成する材料として、石英に替えて窒化アルミニウムやセラミックスを用いても良い。

ヒータシャフト９８は、石英からなる中空の管状部材であり、上端部にフランジ９８ａが、下端部にフランジ９８ｂが形成されている。そして、フランジ９８ａが、サセプタ９２の下向きの面に固着されている。ヒータシャフト９８の中空部には、先述のヒータ９４が２個、配置される。

ヒータベース１００はアルミニウムからなる中空の管状部材であり、ヒータシャフト９８よりも大径である。ヒータベース１００の材料としてアルミニウムを用いることに替えて、ＳＵＳ等のステンレス鋼を用いても良い。このヒータベース１００に上向きの面にヒータシャフト９８が載置され、ヒータシャフト９８のフランジ９８ｂを上側から覆う状態でシャフト固定部材１０２がヒータベース１００にネジ１０４でネジ止めされることで、ヒータベース１００にヒータシャフト９８が固定される。このヒータベース１００とヒータ９４との間の位置には、熱遮断材１２８が設けられている。また、ヒータベース１００の熱遮断材１２８近傍に、冷却水が流される冷却水流路Ｃ１がヒータベース１００の円周方向に形成されている。熱遮断材１２８と冷却水流路Ｃ１との詳細については後述する。

サセプタ９２、ヒータ９４、ヒータシャフト９８、及びヒータベース１００は、ヒータベース１００の下方に設けられた昇降機１０６に接続されていて、この昇降機１０６により一体として昇降する。

冷却系は、空間４４に冷却媒体であり冷却用ガスである空気を供給する冷却ガス供給手段として用いられる供給ファン１２２と、冷却用ガス排出手段として用いられ、空間４４から空気を排出する排出ファン１２４とを有する。また、供給ファン１２２及び排出ファン１２４が、外周容器３６と基板処理容器１２との間に形成される空間４４に発生させた気流で、少なくとも基板処理容器１２を冷却する冷却手段として用いられる。また、冷却系は、基板処理容器１２に形成された冷却媒体用流路として用いられる、基板処理容器１２の一部をなすチャンバ２２に形成された冷却水流路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７と、接続部材２４に形成された冷却水流路Ｃ８と、冷却水流路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８に冷却水を供給する冷却媒体供給手段として用いられるポンプＰとを有する。

供給ファン１２２は、空間４４に空気を供給する冷却ガス供給手段として用いられることと併せて、先述の磁石８４の近傍に配置され、空気で磁石８４を冷却する磁石冷却手段として用いられる。また、供給ファン１２２は、電極８２を空気で冷却する電極冷却手段として用いられる。また供給ファン１２２は、気密シール部材として用いられる先述のＯリング３２を冷却する気密シール部材として用いられる。この供給ファン１２２は、基板処理容器１２の周辺に複数が配置されており、先述のように、外周容器３６の４個の側面にそれぞれ２個ずつの計８個が設けられている。これらの供給ファン１２２は回転駆動することで、基板処理装置１０外部から空間４４へ向かう気流が発生する向きに取り付けられている。

排出ファン１２４は、外周容器３６の天井をなす面に、回転駆動することで空間４４からファン容器３８内への気流が発生する向きに取り付けられる。ダクト４８は、ファン容器３８の一部をなすファン容器本体４０の側面に取り付けられ、ファン容器３８内のガスを基板処理装置１０の外部へと排出する。

よって、８個の供給ファン１２２と排出ファン１２４とが回転駆動することで、供給ファン１２２によって基板処理装置１０の外部から空間４４へと空気が供給され、この空気が排出ファン１２４によって空間４４から外周容器３６内へと排出され、この外周容器３６へと排出された空気がダクト４８を介して基板処理装置１０の外部へと排出されるとの気流が発生する。そして、この気流が、８個の供給ファン１２２の近傍に位置する磁石８４と電極８２とにあたり、磁石８４と電極８２とを冷却する。この際、供給ファン１２２は均等に、すなわち、外周容器３６の４個の側面にそれぞれ同数の２個ずつが設けられているので、磁石８４と電極８２とに均等に空気があたり、磁石８４と電極８２とが均等に冷却される。また、供給ファン１２２から排出ファン１２４へ向かう空気の流れが空間４４内で生じるため、この空気の流れにより反応管１６が冷却される。ダクト４８を用いて外周容器３６から空気を排出することに替えて、又は、ダクト４８から空気を排出することと併せて、蓋部４２をファン容器本体４０から開放された状態とし、この開放部から空気を排出するようにしても良い。蓋部４２を開放することで、ファン容器３８内に熱がたまりにくくすることができる。

図４及び５に示すように、冷却水流路Ｃ１は、冷却水入口Ｉ１から冷却水手口Ｏ２へと至る流路であり、冷却水入口Ｉ１からチャンバ２２を通過し、先述のヒータベース１００に形成された流路へと連通し、再びチャンバ２２に形成された流路へと連通して冷却水出口Ｏ１へと至る。図３に示すように、冷却水流路Ｃ１はヒータベース１００内においては、先述の熱遮断材１２８近傍に位置している。冷却水流路Ｃ８は、図１に示すように、Ｏリング３２近傍に配置されるように、接続部材２４に形成される。

冷却水流路Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７は、それぞれ冷却水入口Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７からチャンバ２２内を通過して、それぞれ冷却水出口Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ７、Ｏ７へと至る流路である。そして、冷却水入口Ｉ１に配管Ｄ１が接続され、冷却水出口Ｏ１と冷却水入口Ｉ２とが配管Ｄ２によって接続され、冷却水出口Ｏ２と冷却水入口Ｉ３とが配管Ｄ３によって接続され、冷却水出口Ｏ３と冷却水入口Ｉ４とが配管Ｄ４によって接続され、冷却水出口Ｏ４と冷却水入口Ｉ５とが配管Ｄ５によって接続され、冷却水出口Ｏ５と冷却水入口Ｉ６とが配管Ｄ６によって接続され、冷却水出口Ｏ６と冷却水入口Ｉ７とが配管Ｄ７によって接続され、冷却水出口Ｏ７に配管Ｄ８が接続されている。そして、配管Ｄ８の冷却水出口Ｏ７に接続された側と反対側の端部は、図１に示される冷却水流路Ｃ８の入口（不図示）に接続される。このように配管Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、及びＤ８をそれぞれ接続することで、配管Ｄ１から冷却水流路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、配管Ｄ８を経て、さらに、冷却水流路Ｃ８へと至る一連の流路が形成される。

ポンプＰは、配管Ｄ１の冷却水入口Ｉ１に接続された側の端部と逆側の端部に接続されていて、冷却水流路Ｃ１へと冷却水を送り込む。ポンプＰにより送り込まれた冷却水は、チャンバ２２に設けられた冷却水流路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、配管Ｄ８を経て、流路Ｃ８へと至り、図１に示される冷却水流路Ｃ８の排出口（不図示）から基板処理装置１０外へと排出される。冷却水流路Ｃ８の出口から基板処理装置１０の外部へ冷却水を排出することに替えて、冷却水流路Ｃ８の出口とポンプＰとを接続して、一連の冷却水流路中を冷却水が循環するようにしても良い。このように、冷却水流路に冷却水を供給することにより、基板処理装置１０の温度を、２０〜６０パーセント低減させることが可能である。

熱伝達抑制系は、加熱手段として用いられるサセプタ９２又はヒータ９４の少なくとも一方と、支持手段として用いられるヒータシャフト９８又はヒータベース１００との少なくとも一方との間に配置された熱伝達抑制手段として用いられる熱遮断材１２８と、熱遮断材１２８を冷却する熱遮断材冷却手段として用いられる先述の冷却水流路Ｃ１と、冷却水流路Ｃ１に冷却水を供給する冷却媒体供給手段として用いられる先述のポンプＰとからなる。

熱遮断材１２８は、ヒータベース１００の材料であるアルミニウムよりも熱伝導率が比較的低い材料であるテフロン（登録商標）樹脂からなり、略円筒形状を有する。熱遮断材１２８の材料としてテフロン（登録商標）樹脂を用いることに替えて、セラミックスを用いても良い。図３に示すように、この熱遮断材１２８の中空部には先述のヒータ９４が挿入され、ヒータ９４が挿入された状態で熱遮断材１２８がヒータベース１００の中空部に嵌合される。これにより、ヒータ９４がアルミニウムからなるヒータベース１００に対して直接に接触するのではなく、ヒータ９４とヒータベース１００との間にアルミニウムよりも熱伝導率の低い材料であるセラミックスからなる熱遮断部材が配置された状態となり、ヒータ９４からヒータベース１００への熱伝達が抑制される。

冷却水流路Ｃ１とポンプＰとは、先述のように基板処理容器１２を冷却する冷却手段として用いられるのみならず、熱遮断材１２８を冷却する熱遮断材冷却手段として用いられる。すなわち、冷却水流路Ｃ１にポンプＰから供給された冷却水が供給されると、この冷却水によりヒータベース１００と併せて熱遮断材１２８が冷却される。そして、熱遮断材１２８が冷却されることで熱遮断材１２８の熱膨張が抑制される。このため、熱遮断材１２８の材料として、この熱遮断材１２８が挿入されるヒータベース１００よりも熱膨張係数が高い材料を用いても、熱遮断材１２８の膨張により装置が破壊する危険が低くなる。熱遮断材１２８の材料であるテフロン（登録商標）樹脂の熱膨張係数は１０×１０^−５／℃であるのに対して、ヒータベースの材料であるアルミニウムの熱膨張係数は２．５×１０^−５／℃であるが、冷却水により熱遮断材１２８が冷却され、熱遮断材１２８の熱膨張が抑制されるため、熱遮断材１２８が破壊する危険は低い。また、ヒータベース１００の材料としてステンレス鋼であるＳＵＳ３１６を用いた場合も、その熱膨張係数は１．６×１０^−５／℃であり、熱遮断材１２８として用いられるテフロン（登録商標）樹脂よりも熱膨張係数が低いものの、熱遮断材１２８の冷却がなされるため熱遮断材１２８が破壊する危険は低い。また、熱遮断材１２８としてセラミックを用いれば、その熱膨張係数は０．８×１０^−５／℃であり、ヒータベース１００の材料であるアルミニウム、及びＳＵＳ３１６の熱膨張係数よりも低い。このため、熱膨張で装置が破壊される危険をより小さくすることができる。

制御系は、制御部として用いられるコントローラ１５０からなり、このコントローラ１５０が、信号線Ａを通じてＡＰＣ７６、排出側バルブ７８、及び真空ポンプ８０を、信号線Ｂを通じて昇降機１０６を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ３４を、信号線Ｄを通じて整合器８６、及び高周波電源８８を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ６８、及び供給側バルブ６６を、信号線Ｆを通じてヒータ９４を、さらに、図４に示されるように信号線Ｇを介してポンプＰを、それぞれ制御する。

次に、基板処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一つの工程として、ウエハ２００表面に対し、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御される。

まず、工程１において、図６において線ｂを用いて示されるヒータ９４の出力を上昇させる。この際、ヒータ９４の出力が上昇することに追従するように、コントローラ１５０は、線ａで示される供給ファン１２２のファンスピードを上昇させる。また、コントローラ１５０は、ポンプＰの駆動をスタートさせ、配管Ｄ１から冷却水流路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、配管Ｄ８を経て、冷却水流路Ｃ８へと至る連続した冷却水流路への冷却水の供給をスタートさせる。

次の工程２においては、一定温度までサセプタ９２の温度が上昇したことを確認した後にヒータ出力を一定とする。この際、ヒータ９４の出力が一定となったことに追従するように、コントローラ１５０は、供給ファン１２２のファンスピードを一定とする。

次の工程３において、基板処理室１４内へ、ゲートバルブ３４を介して、図示を省略する搬送機構がウエハ２００を搬入する。搬入されたウエハ２００は、サセプタ９２に載置され、ウエハ２００がサセプタ９２と接触した状態となる。そして、昇降機１０６によりサセプタ９２が上昇し、ウエハ２００を処理がなされる位置地まで上昇させる。この際、コントローラ１５０は、真空ポンプ８０とＡＰＣ７６とを制御することで、基板処理室１４内の圧力を、０．１〜１００Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。そして、反応ガス供給口６２からシャワーヘッド７０の開口を介して、反応ガスである酸素（Ｏ_２）と窒素（Ｎ_２）とを基板処理室１４に配置されているウエハ２００の上面に供給する。この時のガス流量は１０〜５００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とし、処理時間は２〜５分である。また、薄膜形成がなされる時点で、ウエハ２００は７００℃以上に加熱されている。

工程３において、処理ガスを供給すると同時に、コントローラ１５０は、整合器８６と高周波電源８８とを用いて電極８２に高周波電圧を印加して電界を形成し、磁石８４による磁界の影響の下で基板処理室１４内にマグネトロン放電を発生させる。このマグネトロン放電により放電された電子は、ドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高め、高密度プラズマを生成する。そして、この高密度プラズマにより反応ガスが励起分解させて化学反応を起こし、サセプタ９２に載置されたウエハ２００の表面に窒化、酸化膜を形成する。そして、膜が形成されたウエハ２００が、図示を省略する搬送機構により基板処理室１４から搬送され、ウエハ２００とサセプタ９２とが離間した状態となる。

次の工程４において、ウエハ２００が基板処理室１４外へと搬送され、サセプタ９２にウエハ２００が載置されていない状態において一定時間、待機がなされる。

次の工程５において、ウエハ２００が載置されていない状態で、ヒータ９４の出力が下げられる。この際、ヒータ９４の出力が下げられることに追従するように、コントローラ１５０は、供給ファン１２２のファンスピードを低下させる。また、この工程５の終了時に、コントローラ１５０は、ポンプＰの駆動を停止させ、配管Ｄ１から冷却水流路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、配管Ｄ８を経て冷却水流路Ｃ８へと至る連続した冷却水流路への冷却水の供給を停止させる。

工程２、工程３、及び工程４において、ヒータ９４の出力は一定である。ところが、サセプタ９２にウエハ２００が載置されている工程３においては、サセプタ９２からの熱がウエハに吸収されるため、サセプタ９２にウエハが載置されていない工程２、工程４に比べて基板処理容器１２等の温度が上昇しにくい。このため、ヒータ９４の出力が一定であるにもかかわらず、コントローラ１５０は、工程２及び工程４に比べて、工程３における供給ファン１２２のスピードを低くしている。この実施形態では、コントローラ１５０は供給ファン１２２のスピードを制御するが、供給ファン１２２のスピードを制御することと併せて、排出ファン１２４のファンスピードを制御しても良い。

このように、基板処理装置１０は、ヒータ９４の出力に応じて供給ファン１２２の空気の供給速度を制御する制御手段として用いられ、また、サセプタ９２にウエハ２００が載置されているか否かに応じて供給ファン１２２の空気供給速度を制御する制御手段として用いられるコントローラ１５０を有している。このため、各処理工程を通じて供給ファン１２２が供給する空気供給速度を一定とする場合と比較して、供給ファン１２２の負担を軽くすることができ、供給ファン１２２の寿命を延ばすことができる。

以上で述べた基板処理装置１０では、サセプタ９２及びヒータ９４の熱で、基板処理装置１０のサセプタ９２及びヒータ９４以外の部分が高温となることを良好に抑制することができるため、ウエハ２００の加熱温度の限界を上昇させることができ、ウエハ２００を７００℃以上の高温に加熱する処理に用いることができる。

以上述べたように、本発明は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉等の基板処理装置に利用することができる。

１０・・・基板処理装置
１２・・・基板処理容器
１４・・・基板処理室
１６・・・反応管
２０・・・下側基板処理容器
２２・・・チャンバ
２４・・・接続部材
３０・・・干渉部材
３２・・・Ｏリング
３６・・・外周容器
４４・・・空間
８２・・・電極
８４・・・磁石
９２・・・サセプタ
９４・・・ヒータ
９８・・・ヒータシャフト
１００・・・ヒータベース
１２２・・・供給ファン
１２４・・・排出ファン
１２８・・・熱遮断材
１５０・・・コントローラ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８・・・冷却水流路
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８・・・配管
Ｐ・・・ポンプ

Claims

基板を処理する基板処理室を形成する基板処理容器と、
前記基板処理室内に配置された基板を加熱するサセプタと、
前記サセプタに熱を供給するヒータと、
前記サセプタを支持するとともに、前記ヒータが配置されるヒータシャフトと、
前記ヒータシャフトを支持するヒータベースと、
前記ヒータと前記ヒータベースとの間に設けられ、前記ヒータベースより熱伝導率が低い材料で構成される熱遮断材と、
前記ヒータベース及び前記熱遮断材を冷却する冷却手段と
を有する基板処理装置。
ヒータとヒータベースとの間に設けられ、前記ヒータベースより低い熱伝導率を有する熱遮断材と、前記ヒータベースとを冷却する工程と、
前記ヒータベースに支持されているサセプタを一定の温度まで上昇させる工程と、
前記サセプタが内包されている処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室に反応ガスを供給し、前記基板を処理する工程と、
前記基板を処理する工程の後、前記基板を前記処理室の外へ搬出する工程と、
前記搬出する工程の後、前記処理室に基板が無い状態で、前記ヒータの出力を下げる工程と、
前記ヒータベース及び前記熱遮断材の冷却を停止する工程と
を有する半導体デバイスの製造方法。
基板を加熱するサセプタと、
前記サセプタに熱を供給するヒータと、
前記サセプタを支持するとともに、前記ヒータが配置されるヒータシャフトと、
前記ヒータシャフトを支持するヒータベースと、
前記ヒータと前記ヒータベースとの間に設けられ、前記ヒータベースより熱伝導率が低い材料で構成される熱遮断材と、
前記ヒータベース及び前記熱遮断材を冷却する冷却手段が供給される冷却流路と
を有する基板載置台。