KR20080098386A - 플라즈마 처리 장치 및 그것에 이용하는 기판 가열 기구 - Google Patents

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KR20080098386A
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Abstract

피처리 기판을 수용하는 챔버와, 챔버내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 챔버내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 챔버에 연설되어, 상기 챔버를 배기하는 배기 기구와, 챔버내에서 피처리 기판이 탑재되고, 탑재대 본체와 상기 본체의 내부에 마련된 기판을 가열하는 발열체를 갖는 기판 탑재대와, 기판 탑재대를 지지하는 지지부와, 지지부를 챔버에 고정하는 고정부와, 발열체에 전력을 공급하는 전극을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 발열체 및 상기 전극은 SiC를 포함하는 재료로 이루어지고, 전극은 고정부에 고정되는 동시에, 지지부를 관통하고, 또한 선단부가 상기 발열체에 접속되어 있고, 전극의 선단부 이외의 부분을 피복하고, 기판 탑재대의 발열체의 하방 부분, 지지부, 및 고정부를 관통하도록 마련된, 석영을 포함한 절연 재료로 이루어지는 전극 피복 부재를 더 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 그것에 이용하는 기판 가열 기구{PLASMA TREATMENT APPARATUS, AND SUBSTRATE HEATING MECHANISM TO BE USED IN THE APPARATUS}
본 발명은 반도체 기판 등의 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 그것에 이용하는 기판 가열 기구에 관한 것이다.
반도체 장치, 액정 표시 장치 등의 제조에 이용되는 플라즈마 처리 장치로서, 각종 플라즈마의 여기 방식의 것이 이용되고 있고, 예를 들면 13.56MHz의 RF(Radio Frequency)를 이용하는 고주파 여기 플라즈마 처리 장치, 2.45GHz의 마이크로파를 이용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등이 일반적으로 이용되고 있다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 고주파 여기 플라즈마 처리 장치와 비교하여, 고정밀도의 플라즈마를 얻을 수 있는 동시에, 플라즈마 중의 이온 에너지가 작기 때문에, 처리 장치 내의 부재나 피처리 기판에 대한 데미지가 작고, 콘테미네이션이 적다는 이점이 있다.
이러한 이점을 갖기 때문에, 이 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 대구경의 반도체 기판, LCD용 유리 기판 등의 처리로의 적용이 검토되고 있다. 이러한 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서는, 일본 특허 공개 제 2003-133298 호 공보에 개시된 것이 알려져 있다.
도 1은 이러한 일본 특허 공개 제 2003-133298 호 공보에 개시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면도이다. 이 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 처리 공간(201A)을 형성하는 상부 처리 용기(201) 및 하부 처리 용기(202)와, 처리 공간(201A) 내에 마련되고, 피처리 기판(W)을 유지하는 기판 탑재부(203)와, 상부 처리 용기(201)의 개구부를 밀봉하는 마이크로파 투과판(204)과, 상기 마이크로파 투과판(204)에 결합된 래디얼 라인 슬롯 안테나(210)를 구비하고 있다. 그리고, 기판 탑재부(203)의 지지통(208)을 포위하도록 배기관(202A)이 마련되어 있고, 배기관(202A)에, 도시하지 않는 배기 기구를 접속하는 것에 의해, 처리 공간(201A)이 배기되도록 구성되어 있다. 처리 공간(201A)을 균일하게 배기하기 위해서, 기판 탑재부(203)의 외주측에는 다수의 개구부를 갖는 정류판(205)이 형성되어 있다.
상부 처리 용기(201)는 Al제이고, 그 내벽에는 플루오르화 처리에 의해 플루오르화 알루미늄층(207)이 형성되어 있다. 기판 탑재부(203)는 Al제이고, 그 측면 및 피처리 기판(W)을 탑재했을 경우에 노출되는 표면에 석영 커버(206)가 형성되어 있고, 고밀도 플라즈마에 의해 형성된 산소 라디칼이, 처리 용기(201)의 내벽면, 기판 탑재부(203)의 노출면에 있어서 소비되는 것을 억제할 수 있게 하고 있다.
상기와 같은 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여 반도체 기판 등에 성막하는 경우에, 막질이 양호하고, 얻을 수 있는 반도체 장치가 리크 전류가 근소하도록, 양호한 특성을 갖는 것이 요구되고 있지만, 그것을 위해서는, 처리 온도를 700℃ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, 기판 탑재부(203)가 AlN제의 히터를 가질 경우, 히터 자체를 700℃로 올리는 것이 한계이기 때문에, 피처리 기판(W)의 온 도를 700℃ 이상으로 올릴 수 없다는 문제가 있다. 스테인리스강제의 히터 중에는 800℃까지 가열할 수 있는 히터가 있지만, 스테인리스강제의 히터를 이용했을 경우, 히터를 구성하는 스테인리스강에 포함되는 Fe, Cr 등의 중금속이 플라즈마에 의한 스퍼터링이나 열에 의해 처리 용기(201) 내로 확산하여, 콘테미네이션이 발생한다는 문제가 있다. 또한, 카본제의 히터도 고온에 대응 가능하지만, 카본제의 히터를 이용했을 경우, 기판 탑재부(203)가 마이크로파 중에 노출되면, 카본 자체가 이상 방전을 일으켜서 파괴된다는 문제가 있다. 램프 히터도 같은 이유에 의해, 마이크로파 중에서는 사용할 수 없다.
상기 어느 히터도, 마이크로파를 이용하는 것을 생각할 수 있지만, 800℃의 온도에 견디고, 콘테미네이션이 발생하지 않을 것 같은 실드 재료 및 실드 기술이 존재하지 않는다.
이와 같이, 고온에서, 또한 마이크로파를 이용한 플라즈마 및 그 이외의 플라즈마를 이용하여 처리할 때에, 안정해서 콘터미네이션이 발생하지 않도록 하는 고온용의 히터가 요망되고 있다.
본 발명의 목적은, 파티클 및 콘테미네이션에 의한 오염을 억제하면서 피처리 기판을 800℃ 이상의 고온으로 안정되게 가열할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 그러한 플라즈마 처리 장치에 이용하는 기판 가열 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와, 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 챔버에 연설되어, 상기 챔버를 배기하는 배기 기구와, 상기 챔버내에서 피처리 기판이 탑재되고, 탑재대 본체와 상기 본체의 내부에 마련된 기판을 가열하는 발열체를 갖는 기판 탑재대와, 상기 기판 탑재대를 지지하는 지지부와, 상기 지지부를 상기 챔버에 고정하는 고정부와, 상기 발열체에 전력을 공급하는 전극을 구비하고, 상기 발열체 및 상기 전극은 SiC를 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 전극은 상기 고정부에 고정되는 동시에, 상기 지지부를 관통하고, 또한 선단부가 상기 발열체에 접속되어 있고, 상기 전극의 상기 선단부 이외의 부분을 피복하고, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체의 하방 부분, 상기 지지부, 및 상기 고정부를 관통하도록 마련된, 석영을 포함하는 절연 재료로 이루어지는 전극 피복 부재를 더 구비하는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 플라즈마 생성 기구로서, 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 기구와, 상기 마이크로파 발생 기구에 의해 발생한 마이크로파를 상기 챔버를 향해서 유도하는 도파 기구와, 상기 도파 기구에 의해 유도된 마이크로파를 상기 챔버내에 방사하는, 복수의 슬롯를 갖는 안테나를 구비하고, 상기 챔버내로 마이크로파 플라즈마를 형성하는 것을 이용할 수 있다. 이 경우에, 상기 안테나는 동제의 본체 상에, 금 도금 또는 은 도금이 실시되어 있는 구성으로 하는 것이 가능하다.
또한, 적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영을 포함하는 재료, Si를 포함하는 재료, 또는 SiC를 포함하는 재료로 이루어지거나, 또는 석영을 포함하는 라이너로 덮여져 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 발열체로부터의 복사열을 받는 부분이 수냉되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 챔버와 배기관의 사이에 석영제의 배플판을 배설할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 의하면, 챔버내에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 챔버내에서 피처리 기판을 가열하는 가열 기구로서, 탑재대 본체와 상기 본체의 내부에 마련된 기판을 가열하는 발열체를 갖는 기판 탑재대와, 상기 기판 탑재대를 지지하는 지지부와, 상기 지지부를 상기 챔버에 고정하는 고정부와, 상기 발열체에 전력을 공급하는 전극을 구비하고, 상기 발열체 및 상기 전극은 SiC를 포함하는 재료로 구성되고, 상기 전극은 상기 고정부에 고정되는 동시에, 상기 지지부를 관통하고, 또한 선단부가 상기 발열체에 접속되어 있고, 상기 전극의 상기 선단부 이외의 부분을 피복하고, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체의 하방 부분, 상기 지지부, 및 상기 고정부를 관통하도록 마련된, 석영을 포함하는 절연 재료로 이루어지는 전극 피복 부재를 더 구비하는, 기판 가열 기구가 제공된다.
상기 제 1 및 제 2 관점에 있어서, 상기 기판 탑재대의 본체는 발열체를 지지하는 기반부와, 상기 발열체를 덮고, 상기 피처리 기반이 탑재되는 커버를 갖는 것이 가능하다.
또한, 상기 고정부의 하면에는 절연판 및 도전판이 마련되고, 상기 전극의 하단부는 상기 고정부의 바닥면으로부터 돌출하고, 상기 하단부는, 상기 절연판 및 상기 도전판을 관통해서, 상기 절연판 및 도전판에 의해 상기 고정부에 고정되고, 상기 도전판의 상부와의 사이에 시일 부재가 개재되고, 상기 도전판에는 상기 전극에 급전하기 위한 전력 공급 배선이 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 도전판은 상기 절연판의 바로 아래에 마련된 제 1 도전판과, 그 아래로 마련된 제 2 도전판을 갖고, 상기 전력 공급 배선은 상기 제 2 도전판에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 전극 피복관은 상기 고정부를 관통하는 부분의 중도부로부터 바닥부까지 다른 부분보다 대경인 대경부를 갖고, 상기 고정부는 상기 전극 피복관의 형상에 일치해서 상기 전극 피복관을 삽입통과시키는 작은 구멍과 큰 구멍을 갖고, 상기 대경부는 상기 큰 구멍의 상부 및 하부에서 시일 부재로 시일되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, SiC를 포함하는 재료로 이루어지는 열전대와, 석영을 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 열전대를 피복하는 열전대 피복관을 더 구비하고, 상기 고정부의 하단에는 하방으로 돌출하는 돌출부가 마련되어 있고, 상기 열전대 피복관은, 상기 열전대를 피복한 상태로, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체보다도 하방 부분, 상기 지지부, 상기 고정부를 관통하고, 그 하단부가 상기 돌출부로부터 돌출한 상태로, 상기 돌출부의 하단부에, 세라믹 재료로 이루어지는 커버부가 끼워맞춤되어 있는 구성으로 할 수 있다.
게다가, 상기 기판 탑재대는 Si를 포함하는 재료, 또는 SiC를 포함하는 재료로 구성되고, 상기 발열체로부터 발생하는 열을 반사시키는 리플렉터를 갖는 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 발열체 및 전극으로서 SiC를 이용하는 것에 의해, 피처리 기판의 온도를 800℃ 이상으로 하는 것이 가능하고, 피처리 기판에 대하여 원하는 고온에서의 플라즈마 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 양호한 특성을 갖는 막을 형성할 수 있다. 또한, 마이크로파중에서도 손상하지 않고 사용할 수 있고, 파티클 및 콘테미네이션에 의한 오염도 발생하지 않는다.
또한, 발열체에 전력을 공급하는 전극이 석영을 포함하는 절연재로 형성된 전극 수납관내에 수납되어 있으므로, 절연성이 우수하고, 지지부 또는 고정부 내에서 방전하는 것이 방지되는 동시에, 전극 유래(由來)의 콘테미네이션이 발생하는 것이 억제된다.
도 1은 종래 기술의 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 3은 기판 탑재대, 지지부 및 지지부 고정부를 도시하는 단면도이다.
도 4는 기판 탑재대 및 지지부를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는 발열체를 도시하는 평면도이다.
도 6은 리프터 구동 장치를 도시하는 사시도이다.
도 7은 리프터 구동 장치를 도시하는 배면도이다.
도 8은 리프터 구동 장치를 도시하는 측면도이다.
도 9는 본원의 SiC 히터를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼에, 처리 온도를 바꾸었을 경우의 온도와 반도체 웨이퍼(W)의 면내의 균열성의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10은 본원의 SiC 히터를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼에, 처리 온도를 바꾸어서 산화 처리해서 SiO2 막을 형성했을 경우의 처리 시간과 Si02 의 막 두께와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 11은 도 10의 처리와 마찬가지로, 처리 온도를 바꾸어서 Si02 막을 형성했을 경우의 처리 시간과 SiO2 막의 반도체 웨이퍼의 면내의 균일성의 관계를 도시한 그래프이다.
도 12는 도 10의 처리와 마찬가지로, 처리 온도를 바꾸어서 SiO2 막을 형성했을 경우의 처리 시간과 SiO2 막의 반도체 웨이퍼의 면내의 균일성의 관계를 도시한 그래프이다.
도 13은 반도체 웨이퍼의 표면에 있어서의 파티클의 유무의 경시 변화를 조사한 결과를 도시한 그래프이다.
도 14는 반도체 웨이퍼의 이면에 있어서의 파티클의 유무의 경시 변화를 조사한 결과를 도시한 그래프이다.
도 15는 반도체 웨이퍼의 콘테미네이션의 발생의 경시 변화를 도시한 그래프 이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 도시하는 모식적 단면도이다. 도면중, 도면부호(1)가 마이크로파 플라즈마 처리 장치이다.
이 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는 기밀하게 구성되어 있고, 대략 원통형인 챔버(2)를 구비하고 있다. 챔버(2)는 Al 등의 금속제로 대략 원통형으로 형성되어 있다. 챔버(2)의 바닥부의 중앙부는 개구되어 있고, 이 바닥부에 배기관(3)이 연설되어 있다. 배기관(3)은 상기 개구된 부분과 대략 동일한 직경인 상부 배기관(3a)과, 하측이 소경으로 되어 있는 테이퍼부(3b)와, 테이퍼부(3b)에 유로 조정 밸브(4)를 거쳐서 접속된 하부 배기관(3c)을 구비하고 있다. 하부 배기관(3c)의 하단에는 진공 펌프(5)가 접속되어 있고, 진공 펌프(5)의 측부에는 배기관(6)이 접속되어 있다. 진공 펌프(5)를 작동시킴으로써, 챔버(2)내의 분위기가 배기관(3)을 통류해서 외부로 배출되고, 챔버(2)내가 소요의 진공도까지 감압된다.
챔버(2)의 중앙부에는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하는 기판 탑재대(7)가 마련되어 있다. 기판 탑재대(7)는, 기판 탑재대(7)의 이면 중앙부에서 연직 하방으로 챔버(2)의 개구부를 향해 연장하는, 석영제의 지지부(8)에 의해 지지되어 있다. 기판 탑재대(7)는, 후술하는 SiC로 이루어지는 발열체(74), SiC로 이루어지는 전극(32), 및 열전대(31)를 내장하고 있고, 이 발열체(74)에 급전되는 것에 의해 열선(적외, 원적외)을 방사하여, 반도체 웨이퍼(W)를 직접 가열하도록 구성되어 있다. 기판 탑재대(7)의 상세한 구성은 후술한다.
기판 탑재대(7)의 외주 측방에는, 환상을 이루는 석영제의 배플판(40)이 마련되어 있다. 배플판(40)을 구성하는 석영재로서는 불순물을 포함하지 않는 고순도의 것이 바람직하고, 이와 같은 관점 때문에 합성 석영이 바람직하다. 또한, 불투명 석영인 것이 보다 바람직하다. 이 배플판(40)은 복수의 배기 구멍을 갖고, 지지 부재에 의해 지지 되어 있다. 이에 의해 챔버(2) 내를 균일하게 배기하는 동시에, 챔버(2)에서 생성된 마이크로파 플라즈마에 의해, 하방으로부터 콘테미네이션이 역류하는 것이 방지된다.
기판 탑재대(7)의 하측에는 리프터 구동 장치(9)가 배치되어 있다. 기판 탑재대(7)에는 상하 방향으로 관통하는 3개의 핀 삽입통과 구멍이 마련되어 있고(도 2 중에서는 2개만 도시함), 2개의 핀 삽입통과 구멍에는, 예컨대 석영제의 리프터 아암(91) 및 리프터 아암(92)에 지지된 예컨대 석영제의 핀(93) 및 핀(94)이 각각 상하 자유롭게 요동 가능하게 헐거운 끼워맞춤되어 있다. 리프터 아암(91, 92) 및 핀(93, 94)의 재질은 Al2O3, AlN 등의 세라믹도 좋지만, 콘테미네이션을 고려하면 석영이 바람직하다. 리프터 아암(91) 및 리프터 아암(92)은 챔버(2)의 바닥부를 상하이동 가능하게 관통하는 승강축(96)에 의해, 상하이동 가능하게 구성되어 있고, 리프터 아암(91) 및 리프터 아암(92)의 이동에 따라 핀(93) 및 핀(94)이 연동 해서 상하 방향으로 이동하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 승강이 가능해지고 있다.
챔버(2)의 내측에는, 챔버(2)의 내주면에 따라, 대략 원통형을 이루고, 불투명 석영제인 라이너(10)가 마련되어 있다. 이 라이너(10)를 구성하는 석영은 콘테미네이션이 발생하기 어려운 고순도의 것이 바람직하고, 이러한 관점 때문에 합성 석영이 바람직하다. 챔버(2)의 상부는 개구되어 있고, 이 개구된 챔버(2)의 단면에 환상의 가스 도입부(11)가 탑재되어 있다. 가스 도입부(11)의 내주면에는 다수의 가스 방사 구멍(11a)이 균일하게 마련되어 있고, 배관(11c)을 거쳐서 가스 공급 기구(11b)에 접속되어 있다. 가스 공급 기구(11b)는, 예를 들면 Ar 가스 공급원, O2 가스 공급원, H2 가스 공급원, N2 가스 공급원, 그 밖의 가스 공급원을 갖고, 이들의 가스는 가스 도입부(11)로 도입되어, 가스 도입부(11)의 가스 방사 구멍으로부터 챔버(2) 내로 균일하게 방사된다. 또한, Ar 가스로 바꾸어서 다른 희가스, 예를 들면 Kr, He, Ne, Xe 등의 가스를 이용해도 좋다.
챔버(2)의 측벽에는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)에 인접하는 반송실(도시하지 않음)로부터 챔버(2) 내로 반도체 웨이퍼(W)를 반입하고, 챔버(2)로부터 반송실로 반도체 웨이퍼(W)를 반출하기 위한 반송구(2a)가 마련되어 있다. 반송구(2a)는 게이트 밸브(12)에 의해 개폐된다. 반송구(2a)의 상측에는 챔버(2)의 둘레 방향으로 냉각수를 통류시키기 위한 냉각수 유로(2b)가, 반송구(2a)의 하측에는 냉각수 유로(2c)가 각각 마련되어 있고, 이들 냉각수 유로(2b, 2c)에는 냉각수 공 급원(50)으로부터 냉각수를 공급하도록 되어 있다.
챔버(2)의 상측에는 챔버(2) 내에 돌출하는 투과판 지지부(13)가 마련되어 있다. 투과판 지지부(13)에는 그 둘레 방향으로 냉각수를 통류시키기 위한 복수의 냉각수 유로(13a)가 마련되어 있고, 이들 냉각수 유로(13a)에는 냉각수 공급원(50)으로부터 냉각수가 공급된다. 이 투과판 지지부(13)의 내측에는 예를 들면 2단의 단부가 형성되어 있고, 석영 등의 유전체로 이루어지며, 마이크로파를 투과시키는 마이크로파 투과판(14)이 투과판 지지부(13)의 단부에 O링 등의 시일 부재(15)를 거쳐서 끼워맞춰져 있다. 유전체로서는, Al2O3, AlN 등의 세라믹이 적용된다.
마이크로파 투과판(14)의 상측에는 원판형상의 평면 안테나(16)가 마련되고, 투과판 지지부(13)에 접지되어 있다. 평면 안테나(16)는, 예를 들면 200㎜ 사이즈의 반도체 웨이퍼(W)에 대응하는 경우에는, 직경이 300∼400㎜, 두께가 0.1∼10㎜(예를 들면 1㎜)이고, 동제이며, 표면이 금 또는 은 도금된 원판형상을 이루고 있다. 평면 안테나(16)에는, 소정의 패턴을 갖고, 평면 안테나(16)의 상하 방향으로 관통하는 다수의 마이크로파 방사 구멍(슬롯)(16a)이 마련되어 있다. 마이크로파 방사 구멍(16a)은 평면에서 보았을 때 길다란 홈 형상을 이루고, 복수의 동심원상에, 인접하는 마이크로파 방사 구멍(16a)이 T자 형상을 이루도록, 마이크로파의 파장(λg)에 대응해서, 예컨대 λg/4, λg/2, λg의 간격으로 형성되어 있다. 평면 안테나(16)는 사각형 형상이라도 좋다.
평면 안테나(16)의 상측에는 평면 안테나(16)보다 작은 소경이고, 진공보다 큰 유전률을 갖는, 예를 들면 석영, 또는 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리이미드 등의 수지로 이루어지는 지파판(17)이 배치되어 있다. 진공중에서는 마이크로파의 파장이 길어지므로, 이 지파판(17)에 의해, 마이크로파의 파장이 짧게 되어 플라즈마가 조정되어서 효율적으로 전반된다.
투과판 지지부(13)의 상측에는, 지파판(17)의 상면 및 측면, 및 평면 안테나(16)의 측면을 덮도록, 도전성의 실드 부재(18)가 마련되어 있다. 실드 부재(18)는 평면 안테나(16)와의 사이에서 마이크로파를 수평 방향으로 균일하게 전반시키는 동파관의 기능을 갖는다. 투과판 지지부(13)와 실드 부재(18)의 사이는 링 형상의 시일 부재(19)에 의해 기밀하게 시일되어 있다. 실드 부재(18)에는 실드 부재(18)의 둘레 방향에 냉각수를 통류시키기 위한 냉각수 유로(18a)가 형성되어 있고, 이 냉각수 유로(18a)에 냉각수 공급원(50)으로부터 냉각수가 통류되고, 실드 부재(18), 지파판(17), 평면 안테나(16) 및 마이크로파 투과판(14)이 냉각되어, 플라즈마를 안정하게 생성하는 동시에, 이들 부재의 파손이나 변형이 방지되도록 되어 있다. 마이크로파 투과판(14), 평면 안테나(16), 지파판(17), 및 실드 부재(18)는 투과판 지지부(13)에 설치된 상태로 일체적으로 마련되어서 개폐 가능한 커버체(60)를 구성하고 있고, 유지 보수의 때에 챔버(2)의 상면을 개구하는 것이 가능하게 되어 있다.
실드 부재(18)의 중앙부에는 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부의 주연부에 동축 동파관(20)이 연설되어 있다. 동축 동파관(20)의 단부에는 정합기(21)를 거쳐서 마이크로파 발생 장치(22)가 접속되어 있다. 마이크로파 발생 장치(22)에 의 해 발생된, 예를 들면 주파수 2.45GHz의 마이크로파가 동축 동파관(20)을 거쳐서 평면 안테나(16)로 전반된다. 또한, 마이크로파의 주파수로서는 8.35GHz, 1.98GHz라도 좋다.
동축 동파관(20)은 실드 부재(18)의 개구부로부터 상방으로 연장하는 외도체의 원통형 동파관(20a)과, 이 원통형 동파관(20a)의 상단부에 모드 변환기(23)를 거쳐서 접속되고, 수평 방향으로 연장하는 구형 동축 동파관(20b)을 구비하고 있다. 모드 변환기(23)에 의해, 구형 동축 동파관(20b)을 TE 모드로 전반하는 마이크로파가 TEM 모드로 변환된다. 원형 동파관(20a)의 중심에는 내도체(20c)가 내장되어 있고, 원형 동파관(20a)과 함께 동축 동파관(20)을 구성한다. 이 내도체(20c)의 하단부는 지파판(17)의 중앙부에 마련된 구멍을 관통해서 평면 안테나(16)에 접속되어 있다. 마이크로파는 동축 동파관(20)을 거쳐서 평면 안테나(16)에 균일하게 반경 방향으로 효율적으로 전반된다.
기판 탑재대(7)를 지지하는 원통형의 지지부(8)의 바닥부는, 플랜지부를 갖는 원주형상의 지지부 고정부(24)에, 지지판(25)을 거쳐서 클램프(26)에 의해 고정되어 있다. 지지부 고정부(24)는 고정부 부착부(27)의 상부에 끼워맞춤되어 있다. 지지부 고정부(24)의 측부에는 지지부 고정부(24)의 둘레 방향에 냉각수를 통류시키기 위한 냉각수 유로(24a)가 마련되어 있고, 냉각수 공급원(50)으로부터 냉각수가 공급되어, 지지부 고정부(24) 및 지지판(25)이 냉각된다. 고정부 부착부(27)는 그 측부가 상부 배기관(3a)에 설치되어 있다. 지지부 고정부(24), 지지판(25), 고정부 부착부(27)는 Al 등의 금속재로 이루어진다.
고정부 부착부(27)에는 상부 배기관(3a)측의 측부에 개구부(27b)가 마련되어 있고, 이 개구부(27b)를 상부 배기관(3a)에 마련된 구멍(28a)에 맞춘 상태로 고정부 부착부(27)가 상부 배기관(3a)에 고정되어 있다. 따라서, 고정부 부착부(27)내에 형성하는 공간부(27c)는 개구부(27b) 및 구멍(28a)을 거쳐서 대기와 연통되어 있다. 공간부(27c)에는 기판 탑재대(7)의 온도를 측정 제어하기 위한 열전대(31)의 배선, 발열체(74)로의 전력을 공급하는 배선 등이 배설되어 있다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부, 예를 들면 가스 공급 기구, 냉각수 공급 기구, 히터 온도 제어부는, 인터페이스(51)를 거쳐서, CPU를 구비한 제어부(30)에 접속되어서 제어되는 구성으로 되어 있다. 그리고, 제어부(30)의 제어하에서, 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 처리가 행하여진다.
도 3은 기판 탑재대(7), 지지부(8) 및 지지부 고정부(24)를 도시하는 단면도이다. 지지부(8)의 바닥부는 클램프(26)에 끼워맞춰져 나사(29)에 의해 지지판(25)을 거쳐서 지지부 고정부(24)에 고정되어 있다.
도 4는 기판 탑재대(7) 및 지지부(8)를 도시하는 분해 사시도이다. 기판 탑재대(7)의 기반부(71)는 원판형상을 이루고 있고, 기반부(71)상에는, Si를 포함하는 재료로 이루어지는 복수로 분할된, 예를 들면 반원판 형상의 2장의 제 1 리플렉터(72)가 기반부(71)의 표면에 형성된 볼록 형상을 이루는 복수의 지지부(71e)를 거쳐서 끼워맞춤되어 있고, 그 위에 복수로 분할된, 예를 들면 반원판 형상의 2장의 절연판(73), 및 복수의 패턴 존으로 분할된, 예를 들면 반원판 형상의 2장의 발열체(74)가 순차적으로 그 면을 대향시킨 상태로 끼워맞춤되어 있다. 발열체(74) 는 1장이라도 좋다. 그리고, 발열체(74)의 상면, 및 발열체(74), 제 1 리플렉터(72) 및 절연판(73)의 상측 측면을 덮도록 커버(75)가 마련되어 있고, 커버(75) 상에 웨이퍼(W)를 탑재하여, 발열체(74)로부터의 복사열에 의해 가열하도록 구성되어 있다. 또한, 커버(75)상에는 링 형상의 단결정 Si 또는 아모퍼스 Si제의 제 2 리플렉터(76)가 탑재되어 있다.
또한, 기반부(71), 절연판(73), 및 커버(75)는 예컨대 석영으로 구성되어 있다. 또한, 이들을 구성하는 석영으로서는 불투명 석영이 바람직하다. 커버(75)는 불투명 석영이라도 좋다. 또한, 석영으로서는 고순도의 것이 바람직하고, 합성 석영이 바람직하다.
발열체(74)는 고저항의 SiC로 구성된다. SiC는 소결체라도 좋고, CVD나 PVD 등에 의해 형성된 막이라도 좋다. 소결체로서는 분체 소결에 의해 형성한 것이라도 좋고, 그래파이트 소결체에 규산 가스 등의 Si 함유 물질을 직접 반응시켜서 형성한 것이라도 좋다. 또한, SiC는 결정체라도 좋고, 아모퍼스라도 좋다. 또한, 적당한 끌어올림 방법에 의해 형성된 단결정체라도 좋다.
도 5는 발열체(74)를 도시하는 평면도이다. 발열체(74)는 둘레 방향으로 4개 구획으로 분할되어 있다. 이 구획마다, 중앙부에서 주연부를 향하고, 구획의 경계선에서 되돌아 오는 것을 반복하고, 일련의 전류 경로(74a)가 형성되도록, 동심 형상으로 절결부(74b)가 마련되어 있다. 이 절결부(74b)에 의해, 온도 변화에 의한 열팽창, 열수축이 억제된다. 그리고, 상술한 바와 같이 전류 경로(74a)가 형성되어 있으므로, 발열체(74)에 의해 균일하게 반도체 웨이퍼(W)가 가열된다.
또한, 전류 경로(패턴)는 균일하게 가열 가능하면 특별히 한정되지 않는다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 지지부 고정부(24)의 중앙부에는 삽입통과 구멍(24b)이 마련되어 있고, 이것에 대응시켜서 링 형상의 고정판(25)의 중앙부에 삽입통과 구멍(25a)이 마련되어 있다. 그리고, 기반부(71), 제 1 리플렉터(72), 절연판(73) 및 발열체(74)를 관통하고, 열전대 피복관(41)을 삽입통과시키는 삽입통과 구멍(71a), 삽입통과 구멍(72a), 삽입통과 구멍(73a) 및 삽입통과 구멍(74c)이 각각 마련되어 있다. 또한, 커버(75)의 하면, 즉 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하는 면의 이면측에는, 예를 들면 파이프 형상으로 돌출해서 마련되고, 삽입통과 구멍(74c), 삽입통과 구멍(73a) 및 삽입통과 구멍(72a)을 관통해서, 기반부(71)의 표면 근방까지 도달하는 열전대 피복관(41)의 선단부를 삽입하는 수납부(75a)가 수직설치되어 있다.
지지부 고정부(24)의 바닥부의 중앙부에는 돌출부(24c)가 마련되어 있고, 열전대 피복관(41)을 삽입통과시키는 삽입통과 구멍(24b)이 돌출부(24c)의 하단부까지 연장하고 관통해서 형성되어 있다.
열전대 피복관(41)은, 예를 들면 석영 등의 절연재로 구성되고, 그 내부에는 탑재대(7)의 온도를 검출하는 열전대(31)를 수납하고, 삽입통과 구멍(24b) 및 삽입통과 구멍(25a)내를 삽입통과하여, 지지부(8)내의 공간부를 빠져나가고, 삽입통과 구멍(71a)을 관통하며, 선단부가 커버(75)의 수납부(75a)에 수용되어 있다. 돌출부(24c)의 바닥부는, 예컨대 폴리데트라플루오르에틸렌 등의 플루오르소수지계 합 성 수지 등으로 이루어지는 와셔(39)를 거쳐서, 예컨대 Al2O3 등의 절연재로 이루어지는 커버부(36)가 끼워맞춤되어 있다. 열전대(31)는 커버부(36)의 측부를 관통하는 2개의 나사(37)에 의해 회전 방지되어 있고, 커버부(38)를 거쳐서 커버부(36)로부터 외부로 접속되어 있다.
지지부 고정부(24)의 직경 외측 방향에는 냉각수 유로(24a) 및 발열체(24)에 전력을 공급하는 바아 형상의 전극(32)이 피복되는 전극 피복관(전극 수납관)(43)을 삽입하는, 복수개 예를 들면 4개의 삽입통과 구멍(24d)이 관통되어 마련되어 있다. 삽입통과 구멍(24d)은 지지부 고정부(24)의 지지판(25)측에 대향해서 마련된 삽입통과 구멍(24e)과, 삽입통과 구멍(24e)보다 외경이 큰 삽입통과 구멍(24f)을 갖는다. 지지판(25)에는 삽입통과 구멍(24e)에 대응하는 위치에 전극 피복관(43)을 삽입하는 삽입통과 구멍(25b)이 마련되어 있다. 기반부(71), 제 1 리플렉터(72) 및 절연판(73)에도, 삽입통과 구멍(24b, 25b)에 대응해서 전극 피복관(43)을 삽입하는 삽입통과 구멍(71b), 삽입통과 구멍(72b) 및 삽입통과 구멍(73b)이 각각 관통해서 마련되어 있다. 발열체(74)에는 삽입통과 구멍(74d)이, 커버(75)에는 돌출한 전극(32) 및 고정 나사(79)를 수납하는 수납 구멍(75b)이 각각 마련되어 있다.
전극(32)은 SiC제가 바람직하고, 소결체라도 좋고, 단결정재라도 좋으며, 아모퍼스라도 좋다. 전극(32)은, 석영 등의 절연재로 이루어지는 전극 피복관(43)에 수납된 상태로, 지지부 고정부(24) 및 지지판(25)을 관통하고, 지지부(8)내의 공간 부를 빠져나가고, 기반부(71) 및 제 1 리플렉터(72)를 관통한다. 그리고, 전극(32)의 선단부는 절연판(73)을 관통하고, 발열체(74)에 고정 나사(79)로 고정될 뿐만 아니라 커버(75)의 수납 구멍(75b)에 수용되어 있다. 전극 피복관(43)은 삽입통과 구멍(24f)에 끼워맞춤되는 대경부(43g)와, 삽입통과 구멍(24e, 25b)에 끼워맞춤되는 소경부(43h)의 단차 형상을 갖고 있다. 그리고, 대경부(43g)의 상하의 외주부에 O링(시일링)(42)이 끼워맞춤되어 시일되어 있다. 이와 같이, 전극(32)이 지지부 고정부(24)의 바닥부로부터 절연판(73)에 도달할 때까지, 석영 등의 절연재로 형성된 전극 피복관(전극 수납관)(43)내에 수납되고, 또한 O링(42)으로 시일되어서 밀폐성이 양호하므로, 전극 유래의 콘테미네이션이 발생하는 것이 억제된다. 또한, 전극(32)이 전기 절연성이 양호한 전극 피복관(43)으로 덮여져 있는 동시에, 전극 피복관(43)이 삽입통과 구멍(24f)에 끼워맞춤하는 대경부(43g)와, 삽입통과 구멍(24e, 25b)에 끼워맞춤하는 소경부(43h)의 단차 형상을 갖는 구조를 갖고, 전극 피복관(43)의 고정부를 관통하는 부분이 두껍게 되어 있으므로, 전기 절연성이 양호한 것이 된다. 또한, 이러한 단차 형상에 의해 전극 피복관(43)의 고정이 안정된다.
지지부 고정부(24)의 하측에는, 예를 들면 Al2O3 나 AlN 등의 절연체로 구성된 고정판(33)이 마련되어 있다. 또한, 고정판(33)의 하측에는 제 1 금속판(34) 및 제 2 금속판(35)이 나사고정되어 있다. 고정판(33)에는 전극(32)을 삽입통과시키는 삽입통과 구멍(33a) 및 돌출부(24c)를 삽입통과시키는 삽입통과 구멍(33b)이 마련되어 있고, 고정판(33)은 삽입통과 구멍(33b)에 돌출부(24c)가 끼워 넣어진 상태로 고정되어 있다. 고정판(33)은 지지부 고정부(24)와 제 1 금속판(34)의 사이를 전기적으로 절연하는 기능을 갖는다. 제 1 및 제 2 금속판(34, 35)에는 전극(32)을 삽입통과시키는 삽입통과 구멍(34a, 35a)이 형성되어 있다.
전극(32)의 하단부는 절연성의 고정판(33)의 삽입통과 구멍(33b), 및 제 1 금속판(34) 및 제 2 금속판(35)의 삽입통과 구멍(34a, 35a)을 관통하고 있다. 그리고, 전극(32)과 제 1 금속판(34)의 사이는 O링(시일 링)(34b)으로 시일되어 있다.
또한, 전극(32)은 제 2 금속판(35)에 접속되어 있고, 전력 공급원(도시하지 않음)으로부터 제 2 금속판(35)을 거쳐서 전극(32)에 급전되고, 이 전극(32)을 거쳐서 발열체(74)에 급전되는 것에 의해, 발열체(74)가 발열하고, 방사 열선에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 가열된다.
제 1 금속판(34)은 상술한 바와 같이 O링(34b)을 거쳐서 전극(32)을 기밀하게 시일하는 기능을 갖고 있고, 제 2 금속판(35)은 전극에 전력을 공급하는 기능을 갖고 있으므로, 이들의 기능에 적합한 금속인 것이 바람직하며, 예컨대 제 1 금속판(34)을 스테인리스 동으로 구성하고, 제 2 금속판(35)을 Ni 합금으로 구성할 수 있다. 단, 이들 재료로 한정되지 않고, 여러가지 재료로 구성할 수 있고, 제 1 및 제 2 금속판(34, 35)은 다른 금속이라도 동종의 금속이라도 좋다. 또한, 이들 2개의 금속판으로 나누지 않고, 이들이 일체로 되어도 좋다.
또한, 기반부(71)의 주연부쪽에는 기반부(71)를 상하 방향으로 관통하는 핀 삽입통과 구멍(71c)이 마련되어 있다. 핀 삽입통과 구멍(71c)의 상부의 구멍의 외연에는 예를 들면 파이프 형상의 돌출부(71d)가 마련되고, 돌출부(71d)의 상부에 제 1 리플렉터(72)가 지지되어 있다. 마찬가지로, 제 1 리플렉터(72), 절연판(73) 및 발열체(74)에는 핀 삽입통과 구멍(72c), 핀 삽입통과 구멍(73c) 및 핀 삽입통과 구멍(74e)이 각각 마련되어 있다. 커버(75)의 하면에는, 핀 삽입통과 구멍(74e), 핀 삽입통과 구멍(73c) 및 핀 삽입통과 구멍(72c)에 대응해서 관통하고, 핀 삽입통과 구멍(71c)의 내부까지 도달하는 핀 삽입통과 구멍(75c)이 수직 설치되어 있다. 그리고, 핀 삽입통과 구멍(75c)에는, 핀(93)이 상하로 이동 가능한 삽입통과 구멍(75e)이 형성되어 있다. 핀 삽입통과 구멍(75c)은 기판 탑재대(7)의 내부로부터의 콘테미네이션을 밀봉하는 기능을 갖고 있고, 이에 의해 고온으로 가열해도 콘테미네이션의 확산을 방지할 수 있고, 콘테미네이션이 없는 가열 기구를 실현하는 것이 가능하다.
도 6은 리프터 구동 장치(9)의 일부를 도시하는 사시도이고, 도 7은 리프터 구동 장치(9)를 도시하는 배면도이며, 도 8은 리프터 구동 장치(9)의 일부를 도시하는 측면도이다.
리프터 구동 장치(9)의 리프터 아암(91)은 선단 방향이 중심축보다 외주측으로 넓어지도록 형성되고, 리프터 아암(92)보다 길이가 길게 되어 있다. 또한, 리프터 아암(92)도 마찬가지로 선단 방향이 중심축보다 외주측으로 넓어진다. 리프터 아암(91)의 핀(93) 및 핀(95), 리프터 아암(92)의 핀(94)은 둘레 방향으로 120도의 간격을 두도록 마련되어 있다.
리프터 아암(91)에 마련된 관통 구멍(91a)에는, 상측 고정부(102a), 헐거운 끼워맞춤부(102b) 및 나사 결합부(102c)를 구비하는 핀 지지부(102)가 끼워맞춤되어 있다(도 3 참조). 상측 고정부(102a)는 헐거운 끼워맞춤부(102b)보다 대경이고, 핀(93)은 상측 고정부(102a)를 관통한 상태로 하단부가 헐거운 끼워맞춤부(102b)의 내부에 나사고정되어 있다. 헐거운 끼워맞춤부(102b)는 관통 구멍(91a)에 헐거운 끼워맞춤되고, 상측 고정부(102a)는 리프터 아암(91)의 상면에 접촉하고 있다. 나사 결합부(102c)의 외주면에는 수나사가 마련되어 있고, 나사 결합부(102c)는 관통 구멍(91a)으로부터 돌출되어 있다. 하측 고정부(103)는 내주면에 암나사가 마련되어 있고, 핀 지지부(102)의 나사 결합부(102c)에 나사결합된 상태로 리프터 아암(91)의 하면에 접촉하고 있다.
핀 지지부(102)가 관통 구멍(91a)에 헐거운 끼워맞춤되어 있으므로, 핀(93)은 위치맞춤이 양호하게, 기판 탑재대(7)의 핀 구멍에 삽입통과된다. 다른 핀(94) 및 핀(95)이 비틀어 끼워진 지지부도 마찬가지로, 리프터 아암(92), 리프터 아암(91)에 마련된 관통 구멍에 헐거운 끼워맞춤되어 있고, 핀(94) 및 핀(95)이 기판 탑재대(7)의 핀 구멍에 삽입통과된다.
리프터 아암(91) 및 리프터 아암(92)은 각각 대응하는 연결부(97)를 거쳐서 승강축(96)에 연결되어 있다. 연결부(97)는 각 2장의 연결판(97a), 연결판(97b) 및 고정판(97c), 및 커버(97d), 복수의 나사(97e), 나사(97f) 및 나사(97g)를 구비한다. 리프터 아암(91, 92)은 연결판(97a)에 각각 고정판(97c)을 거쳐서 나사(97f)에 의해 나사고정되어 있다. 각 연결판(97a)의 단부 하측에는 연결판(97b) 이 연결되어 있다. 각 나사(97e)는 연결판(97a) 및 연결판(97b)을 관통한 상태로, 승강축(96)에 나사고정되어 있다.
커버(97d)는 2장의 연결판(97a)을 부합시켰을 때에, 양 단부가 연결판(97a)의 오목부(97h)에 끼워맞춰진 상태로, 연결판(97a)의 배후를 덮고, 나사(97g)에 의해 연결판(97a)에 나사고정되도록 구성되어 있다.
리프터 구동 장치(9)는 커버(97d)를 분리하고, 나사(97e)를 느슨하게 함으로써, 리프터 아암(91)이 연결된 연결판(97a), 또는 리프터 아암(92)이 연결된 연결판(97a)이 승강축(96)에 대하여 상대적으로 회전하고, 리프터 아암(91, 92)이 좌우로 개방되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 기판 탑재대(7)의 유지 보수가 용이하게 된다.
리프터 구동 장치(9)의 승강부(110)는 축 홀더(111), 지지부(112), 지지부(113), 지주부(114), 리니어 슬라이드 레일(115), 모터(116), 풀리(117), 볼나사(118), 지지부(119) 및 탑재대(122)를 구비한다.
축 홀더(111), 지지부(112) 및 지지부(113)는 연결되고, 지지부(119)는 지지부(113)의 내측에 끼워맞춰진 지지부(113a)에 연설되어 있다. 리니어 슬라이드 레일(115)은 지주부(114)의 연직방향으로 마련되어 있고, 지지부(113)의 연직방향에 마련된 오목 홈부가 리니어 슬라이드 레일(115)에 끼워맞춰져 있다. 지주부(114)는 모터(116)상의 탑재대(122)상에 탑재되어 있다. 지주부(114)의 하부에는 오목부(114a)가 마련되어 있고, 오목부(114a)내에서, 모터(116)의 회전이 풀리(117)에 전달되도록 구성되어 있다. 승강축(96)은 연결판(98)을 관통해서 금속제의 주름상 자 형상의 벨로즈(99)내를 삽입통과하고, 축 홀더(111)에 의해 유지되어 있다.
모터(116)가 구동하고, 모터(116)에 의해 풀리(117)를 거쳐서 볼나사(118)가 회전하면, 이것에 따라 지지부(119)가 상하이동하고, 이것에 연동해서 지지부(113), 및 이것에 연결되는 지지부(112) 및 축 홀더(111)가 리니어 슬라이드 레일(115)에 따라, 상하로 슬라이드하도록 구성되어 있다. 이에 따라, 벨로즈(99)에 의해, 챔버(2)내의 기밀성을 유지하면서, 승강축(96)이 상하이동하고, 리프터 아암(91, 92)이 상하이동한다.
또한, 나사(120)를 돌리는 것에 의해, 승강축(96) 및 이것에 연결된 리프터 아암(91, 92)의 위치가 y축 방향으로 미세조정되도록 구성되어 있다. 그리고, 축 홀더(111, 112)의 하면을 관통하는 나사(121)를 돌리는 것에 의해, 승강축(96) 및 이것에 연결된 리프터 아암(91, 92)의 위치가 x축 방향으로 미세조정되도록 구성되어 있다.
이상과 같이 구성된 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 가스 도입부(11)로부터 예를 들면 Ar 및 O2를 도입하고, 평면 안테나(16)를 소정의 주파수의 마이크로파로 구동함으로써, 챔버(2)내에 고정밀도 플라즈마가 형성된다. 여기된 Ar 가스 플라즈마는 산소 분자에 작용하고, 챔버(2)내에는, 산소 라디칼이 효율적으로 균일하게 형성되고, 기판 탑재대(7)상에 탑재된 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 산화된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)를 질화처리할 경우는, Ar 등의 희가스와 NH3 또는 N2를 가스 도입부(11)로부터 챔버(2)내로 도입해서 질화 처리된다. 또한, 질화 처리에 이용하는 가스에 더욱 O2 가스를 도입해서 반도체 웨이퍼(W)를 산질화처리할 수 있다. 또한, 성막 가스를 이용하여, 성막 처리하는 것도 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 기판 탑재대(7)의 발열체(74)가 SiC로 이루어짐으로, 반도체 웨이퍼의 온도를 800℃ 이상으로 할 수 있고, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 충분한 온도로 열처리를 실행할 수 있다. 또한, 가열 기능을 갖는 기판 탑재대(7)가 고온도 플라즈마 처리할 때에 그 내부로부터의 콘테미네이션이 확산되지 않게 되어 있는 구조를 갖고 있으므로, 청정한 분위기에서의 플라즈마 처리가 가능하다.
따라서, 양호한 막질을 갖는 막을 형성하는 것이 가능하고, 나아가서는 양호한 특성을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다. 또한, 기판 탑재대(7)의 절연성을 강화했으므로, 기판 탑재대(7) 내부에서의 플라즈마 발생이 억제되고, 발열체(74)가 손상되는 일이 없이 사용하는 것이 가능하고, 또한 고온에서 사용해도, 고순도 재료를 사용하는 것에 의해, 열 확산에 의한 콘테미네이션의 확산이 억제된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 기판 탑재대(7)가 발열체(74)로부터 발생하는 열을 반사시키는 Si를 포함하는 부재의 제 1 리플렉터(72) 및 제 2 리플렉터(76)를 구비하고 있으므로, 발열체(74)가 발생한 열을 반사시켜서, 반도체 웨이퍼(W)를 효율적으로 가열할 수 있다. 이 구성에 의해, 발열체(74)의 발열량을 억제하면서, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 800℃ 이상으로 할 수 있다. 또한, 마이크로파도 반사되어서 플라즈마가 여기되기 쉬워진다. 또한, 제 1 및 제 2 리플렉 터(72, 76)를 구성하는 Si를 포함하는 재료로서는 단결정 Si, 아모퍼스 Si, 폴리실리콘, SiN을 들 수 있고, 이들의 고순도품을 이용하는 것이 바람직하다.
이렇게 하여 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 고온 처리함으로써, 안정된 플라즈마 생성과 콘테미네이션이 매우 적은 플라즈마 처리를 실현할 수 있다.
도 9는 SiC 히터가 마련된 기판 탑재대(7)를 구비한 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 크기 300㎜의 반도체 웨이퍼에 400℃, 600℃, 800℃로 처리 온도를 바꾸었을 경우의 온도와 반도체 웨이퍼의 면내의 균열성의 관계를 도시한 그래프이다. 횡축은 처리 온도(℃), 종축은 반도체 웨이퍼내의 최고 온도와 최저 온도의 차(△t)이고, 단위는 ℃이다. 챔버내 압력(진공도)은 어느 것이나 126Pa(0.95Torr)로 했다.
도 9에 의해, SiC 히터를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)를 이용했을 경우, 800℃에 있어서도 △t는 17℃ 전후이고, 반도체 웨이퍼의 균열성의 허용 범위인 △t가 20℃ 이하를 만족하고 있고, 고온측에서 양호한 균열성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 SiC 히터를 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 크기 300㎜의 반도체 웨이퍼에 400℃, 600℃, 700℃, 800℃로 처리 온도를 바꾸어서 산화 처리하여 SiO2 막을 형성했을 경우의 처리 시간과 SiO2 의 막 두께의 관계를 도시한 그래프이다. 종축은 막 두께(㎚), 횡축은 처리 시간(초)이다.
처리 조건은 Ar 가스 유량:2000mL/분(sccm), O2 가스 유량:10mL/분(sccm), 마이크로파 파워 Pu:20000W, 챔버내 압력(진공도) 66.5Pa(500mT), 베이스 웨이퍼:DHF-Last이다.
도 10에 의해, 온도가 높아짐에 따라서, 성막 속도가 높아지고 있는 것을 알 수 있다. 특히 700℃ 이상으로 처리했을 경우는, 성막 속도가 급격히 증가하고, 양호한 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 400℃에서의 레이트에 대하여 1.6배 이상, 600℃에서의 레이트에 대하여 1.35배 이상의 성막 속도를 얻을 수 있다.
도 11은 도 10의 처리와 마찬가지로 400℃, 600℃, 700℃, 800℃로 처리 온도를 바꾸어서 SiO2 막을 형성했을 경우의 처리 시간과 Si02 막의 반도체 웨이퍼의 면내의 막 두께 균일성의 관계를 도시한 그래프이다. 종축은 면내의 막 두께 균일성이고, 면내의 막 두께 균일성은 웨이퍼 면내의 막 두께의 (최대값-최소값)/ 평균값(σ/Ave)으로 나타내고, 단위는 %이다. 횡축은 처리 시간(초)이다.
도 11에 의해, 본 실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)를 이용했을 경우, 면내의 막 두께 균일성은 2% 이내이고, 고온 처리여도 양호한 것을 알 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 히터 구조가 우수하다는 것이 확인되었다.
도 12는 도 10의 처리와 마찬가지로, 700℃, 800℃로 처리 온도를 바꾸어서 SiO2 막을 형성했을 경우의 처리 시간과 SiO2 막의 반도체 웨이퍼의 면내의 막 두께 균일성의 관계를 도시한 그래프이다. 종축은 면내의 막 두께 균일성이고, 면내의 막 두께 균일성은 웨이퍼 면내의 막 두께의 (최대값-최소값)/평균값(σ/Ave)으로 나타내고, 단위는 %이다. 도 10에 의해 처리 시간을 짧게 해서 막 두께를 측정했다.
도 12에 의해, 처리 시간이 60초 이내일 경우, 면내의 막 두께 균일성은 700℃ 및 800℃ 모두 1.5% 이내이고, 본 발명의 구조를 갖는 가열 기구에 의해, 고온 처리를 양호하게 실행할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 13은 플라즈마 처리실내의 반도체 웨이퍼의 표면에 있어서의 파티클의 유무의 경시 변화를 조사한 결과를 도시한 그래프이다. 종축은 파티클의 개수, 횡축은 경시 변화이고, 하기의 파티클의 측정 회수를 도시한다. 파티클의 개수의 측정은, 챔버(2)내의 기판 탑재대(7)상에 더미 웨이퍼를 탑재하고, 플라즈마 처리와 배기를 교대로 반복하는 조작을 10회 행한 후에, 새로운 반도체 웨이퍼를 기판 탑재대상에 탑재하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면상의 파티클의 개수를 계측하는 것에 의해 행하였다.
처리 조건은 Ar 가스 유량:2000mL/분(sccm), O2 가스 유량:10 mL/분(sccm), 마이크로파 파워 Pu:20000W, 챔버내 압력(진공도) 66.5Pa(500mT), 처리 시간:60초, 처리 온도:800℃이다.
도 13에 의해, 경시적으로 파티클의 발생이 감소하고, 본 발명의 구조를 갖는 가열 기구에 의한 고온 처리에 의해, 양호한 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
도 14는 반도체 웨이퍼의 이면에 있어서의 파티클의 유무의 경시 변화를 조사한 결과를 도시한 그래프이다. 종축은 파티클의 개수, 횡축은 경시 변화이며, 하기의 파티클의 측정 회수를 도시한다. 파티클의 개수의 측정은 도 13의 경우와 마찬가지로 행하였다.
도 14에 의해, 경시적으로 파티클의 발생이 감소하고, 본 발명의 구조를 갖는 가열 기구에 의한 고온 처리에 의해, 양호한 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
도 15는 반도체 웨이퍼의 금속의 콘테미네이션의 발생의 경시 변화를 도시한 그래프이다. 종축은 Al, Cu 및 Na의 원자의 수(1010×atoms/㎠), 횡축은 경시 변화(측정 회수)이다. Al, Cu 및 Na의 원자의 수의 측정은 파티클의 측정과 마찬가지로, 챔버(2)내의 기판 탑재대(7)상에 더미 웨이퍼를 탑재하고, 플라즈마 처리와 배기를 교대로 반복하는 조작을 10회 행한 후에, 새로운 반도체 웨이퍼를 기판 탑재대상에 탑재하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면상의 Al, Cu 및 Na의 원자의 수를 측정하는 것에 의해 행하였다.
처리 조건은 Ar 가스 유량:2000mL/분(sccm), O2 가스 유량:10mL/분(sccm), 마이크로파 파워 Pu:2000W, 챔버내 압력(진공도) 66.5Pa(500mT), 처리 시간:60초, 처리 온도:800℃이다.
도 15중 최초의 2회는 레퍼런스이고, 처리전의 챔버(2)내에 반도체 웨이퍼를 기판 탑재대(7)상에 탑재하여, Al, Cu 및 Na의 원자의 수를 측정했다.
도 15에 의해, 측정 2회째에서, Al, Cu 및 Na의 각 콘테미네이션이 목표값의 1×1010 정도인 것을 알 수 있다. Na 등의 알칼리 금속 및 알카리 토류 금속은 열 확산에 의해 콘테미네이션이 생기기 쉬운 원자이지만, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에서는, 이와 같이 고온으로 가열해도, 챔버내가 청정한 상태를 양호하게 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는, 발열체(74)가 SiC를 포함하는 재료로 구성됨으로써, 피처리 기판의 처리 온도를 800℃ 이상으로 할 수 있고, 피처리 기판을 양호하게 처리할 수 있다. 따라서, 양호한 특성을 갖는 반도체 장치 등을 얻을 수 있다. 그리고, 마이크로파에 노출되어도 발열체(74)가 이상 방전해서 손상되는 일이 없고, 발열체(74)의 불순물이 챔버내로 확산해서 콘테미네이션이 발생하는 일도 없다.
또한, 본 실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는 마이크로파에 노출되는 부분이 고순도의 석영, Si 또는 SiC로 이루어지거나, 또는 석영제의 라이너로 덮여져 있으므로, 콘테미네이션의 발생이 억제된다.
마이크로파에 노출되는 부분이 Al부재를 사용하지 않을 수 없을 경우, 석영제의 라이너 또는 코팅으로 덮고, 기판 탑재대(7)로부터 최대한 격리시키는 것이 바람직하다. Al에서는 강도가 부족한 볼트, 나사 등은 내열성이 높고, 순도가 높은 Ti재를 이용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는 챔버(2), 지지부 고정부(24), 투과판 지지부(13) 및 커버부(18)가 수냉되도록 구성되어 있어서, 챔버(2) 등의 온도 상승이 억제되므로, 각 부재간, 부재의 팽창에 의한 마찰(파티클)을 억제할 수 있어, 콘테미네이션의 발생 등이 방지된다.
그리고, 본 실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는 챔버(2)와 배기관(3)의 사이에, 기판 탑재대(7)의 외주측에 배치되는 석영제의 배플판(40)을 구비하고 있으므로, 마이크로파가 배기관(3)으로 누설되는 것이 방지되고, 배플판(40)에 기인하는 콘테미네이션이 발생할 일도 없다.
또한, 본 실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)는 리프터 아암이 2분할되어 있으므로, 기판 탑재대(7), 지지부(8) 및 지지부 고정부(24)를 설치할 때에, 리프터 아암(91) 및 리프터 아암(92)을 좌우로 개방해서 설치할 수 있다. 또한, 핀 지지부(102)가 관통 구멍(91a)에 헐거운 끼워맞춤되어 있으므로, 핀(93) 등이 좌우 방향으로 이동할 수 있어, 위치맞춤 등의 유지 보수가 용이하다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 반도체 웨이퍼(W)를 처리할 경우에 대해 설명하고 있지만 이것으로 한정되는 것은 아니고, 플라즈마원으로서, 용량 결합형 플라즈마원, ICP형 플라즈마원, 표면 반사형 플라즈마원, 마그네트론형 플라즈마원을 이용하는 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하고, 또한 열 처리에 의한 장치 RTP(Rapid Thermal Process), CVD(Chemical Vapor Deposition), PF-CVD 등에도 적용 가능하고, 액정 표시 장치의 제조에도 적용 가능하다.
또한, 발열체(74)는 SiC로 이루어지는 것에 한정되지 않고, SiC를 주성분으 로 하면 좋다. 단, SiC의 소결체가 바람직하다. 또한, 고순도의 SiC가 바람직하고, SiC 100%의 것이 콘테미네이션 억제 등의 점으로부터 특히 바람직하다.

Claims (19)

  1. 피처리 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구와,
    상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 챔버에 연설되어, 상기 챔버를 배기하는 배기 기구와,
    상기 챔버내에서 피처리 기판이 탑재되고, 탑재대 본체와 상기 본체의 내부에 마련된 기판을 가열하는 발열체를 갖는 기판 탑재대와,
    상기 기판 탑재대를 지지하는 지지부와,
    상기 지지부를 상기 챔버에 고정하는 고정부와,
    상기 발열체에 전력을 공급하는 전극을 구비하고,
    상기 발열체 및 상기 전극은 SiC를 포함하는 재료로 이루어지고,
    상기 전극은 상기 고정부에 고정되는 동시에, 상기 지지부를 관통하고, 또한 선단부가 상기 발열체에 접속되어 있고,
    상기 전극의 상기 선단부 이외의 부분을 피복하고, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체의 하방 부분, 상기 지지부, 및 상기 고정부를 관통하도록 마련된, 석영을 포함하는 절연 재료로 이루어지는 전극 피복 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 기구는 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 기구와, 상기 마이크로파 발생 기구에 의해 발생한 마이크로파를 상기 챔버를 향해서 도입하는 도파 기구와, 상기 도파 기구에 의해 유도된 마이크로파를 상기 챔버내에 방사하는, 복수의 슬롯를 갖는 안테나를 구비하고, 상기 챔버내에 마이크로파 플라즈마를 형성하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재대 본체는 발열체를 지지하는 기반부와, 상기 발열체를 덮고, 상기 피처리 기반이 탑재되는 커버를 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부의 하면에는 절연판 및 도전판이 마련되고, 상기 전극의 하단부는 상기 고정부의 바닥면으로부터 돌출하고, 상기 하단부는 상기 절연판 및 상기 도전판을 관통하고, 상기 절연판 및 도전판에 의해 상기 고정부에 고정되어, 상기 도전판의 상부와의 사이에 시일 부재가 개재되고, 상기 도전판에는 상기 전극에 급전하기 위한 전력 공급 배선이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도전판은 상기 절연판의 바로 아래에 마련된 제 1 도전판과, 그 아래에 마련된 제 2 도전판을 구비하고, 상기 전력 공급 배선은 상기 제 2 도전판에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 피복관은 상기 고정부를 관통하는 부분의 중도부로부터 바닥부까지 다른 부분보다 대경인 대경부를 갖고,
    상기 고정부는 상기 전극 피복관의 형상에 일치해서 상기 전극 피복관을 삽입통과시키는 작은 구멍과 큰 구멍을 갖고,
    상기 대경부는 상기 큰 구멍의 상부 및 하부에서 밀봉 부재로 시일되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    SiC를 포함하는 재료로 이루어지는 열전대와, 석영을 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 열전대를 피복하는 열전대 피복관을 더 구비하고,
    상기 고정부의 하단에는 하방으로 돌출하는 돌출부가 마련되어 있고,
    상기 열전대 피복관은, 상기 열전대를 피복한 상태로, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체보다도 하방 부분, 상기 지지부, 상기 고정부를 관통하고, 그 하단부가 상기 돌출부로부터 돌출한 상태이고, 상기 돌출부의 하단부에 세라믹 재료로 이루어지는 커버부가 끼워맞춤되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 탑재대는 Si를 포함하는 재료, 또는 SiC를 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 발열체로부터 발생하는 열을 반사시키는 리플렉터를 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영을 포함하는 재료, Si를 포함하는 재료, 또는 SiC를 포함하는 재료로 이루어지거나, 또는 석영을 포함하는 라이너로 덮여져 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체로부터의 복사열을 받는 부분이 수냉되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버와 배기관의 사이에 석영제의 배플판이 배설되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나는 동제의 본체상에 금 도금 또는 은 도금이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  13. 챔버내에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에서, 챔버내에서 피처리 기판을 가열하는 가열 기구에 있어서,
    탑재대 본체와 상기 본체의 내부에 마련된 기판을 가열하는 발열체를 갖는 기판 탑재대와,
    상기 기판 탑재대를 지지하는 지지부와,
    상기 지지부를 상기 챔버에 고정하는 고정부와,
    상기 발열체에 전력을 공급하는 전극을 구비하고,
    상기 발열체 및 상기 전극은 SiC를 포함하는 재료로 이루어지고,
    상기 전극은 상기 고정부에 고정되는 동시에, 상기 지지부를 관통하고, 또한 선단부가 상기 발열체에 접속되어 있고,
    상기 전극의 상기 선단부 이외의 부분을 피복하고, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체의 하방 부분, 상기 지지부, 및 상기 고정부를 관통하도록 마련된, 석영을 포함하는 절연 재료로 이루어지는 전극 피복 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 탑재대 본체는 발열체를 지지하는 기반부와, 상기 발열체를 덮고, 상기 피처리 기반이 탑재되는 커버를 갖는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정부의 하면에는 절연판 및 도전판이 마련되고, 상기 전극의 하단부는 상기 고정부의 바닥면으로부터 돌출하고, 상기 하단부는 상기 절연판 및 상기 도전판을 관통하고, 상기 절연판 및 도전판에 의해 상기 고정부에 고정되고, 상기 도전판의 상부와의 사이에 시일 부재가 개재되고, 상기 도전판에는 상기 전극에 급전하기 위한 전력 공급 배선이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도전판은 상기 절연판의 바로 아래에 마련된 제 1 도전판과, 그 아래에 마련된 제 2 도전판을 갖고, 상기 전력 공급 배선은 상기 제 2 도전판에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극 피복관은 상기 고정부를 관통하는 부분의 중도부로부터 바닥부까지 다른 부분보다 대경인 대경부를 갖고,
    상기 고정부는 상기 전극 피복관의 형상에 일치해서 상기 전극 피복관을 삽입통과시키는 작은 구멍과 큰 구멍을 갖고,
    상기 대경부는 상기 큰 구멍의 상부 및 하부에서 시일 부재로 시일되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
  18. 제 13 항에 있어서,
    SiC를 포함하는 재료로 이루어지는 열전대와, 석영을 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 열전대를 피복하는 열전대 피복관을 더 구비하고,
    상기 고정부의 하단에는 하방으로 돌출하는 돌출부가 마련되어 있고,
    상기 열전대 피복관은, 상기 열전대를 피복한 상태에서, 상기 기판 탑재대의 상기 발열체보다도 하방 부분, 상기 지지부, 상기 고정부를 관통하고 그 하단부가 상기 돌출부로부터 돌출한 상태에서, 상기 돌출부의 하단부에, 세라믹 재료로 이루어지는 커버부가 끼워맞춤되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판 탑재대는 Si를 포함하는 재료, 또는 SiC를 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 발열체로부터 발생하는 열을 반사시키는 리플렉터를 갖는 것을 특징으로 하는
    기판 가열 기구.
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