WO2004020692A1 - 基板処理装置 - Google Patents

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WO2004020692A1
WO2004020692A1 PCT/JP2003/010506 JP0310506W WO2004020692A1 WO 2004020692 A1 WO2004020692 A1 WO 2004020692A1 JP 0310506 W JP0310506 W JP 0310506W WO 2004020692 A1 WO2004020692 A1 WO 2004020692A1
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WO
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processing
substrate
chamber
gas supply
wafer
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PCT/JP2003/010506
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Yasuhiko Kojima
Tadahiro Ishizaka
Yumiko Kawano
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Tokyo Electron Limited
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C23C16/463—Cooling of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67126—Apparatus for sealing, encapsulating, glassing, decapsulating or the like

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus that performs processing on a substrate while heating the substrate.
  • a film forming apparatus that forms a thin film on a semiconductor wafer by supplying a processing gas while heating the semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a “wafer”) has been known.
  • a current is applied to a resistance heating element provided in the susceptor to heat a wafer mounted on the susceptor.
  • the resistance heating element and the power supply outside the chamber are connected by a lead wire, but when the processing gas comes into contact with the lead wire, the lead wire and the processing gas cause a chemical reaction, and the lead wire is disconnected. May corrode. For this reason, the contact between the lead wire and the processing gas is suppressed by interposing a seal member between the chamber and the susceptor.
  • the present invention has been made to solve the above problems. That is, it is possible to provide a substrate processing apparatus capable of suppressing a rise in the temperature of a sealing member. aimed to.
  • a substrate processing apparatus includes a processing chamber for storing a substrate, a mounting table for mounting the substrate stored in the processing chamber, a heating member disposed in the mounting table, and heating the substrate. It is characterized by comprising a seal member interposed between the mounting table and the processing chamber, and a cooling mechanism including a cooling medium and cooling the seal member by latent heat of evaporation of the cooling medium. According to the substrate processing apparatus of the present invention, the seal member can be cooled by the cooling mechanism, and the temperature rise of the seal member can be suppressed.
  • the cooling mechanism includes a hermetic container that accommodates a cooling medium and has a decompressed inside. By providing such an airtight container, the boiling point of the cooling medium can be reduced.
  • the substrate processing apparatus further includes a temperature sensor disposed near the seal member, and a cooling mechanism controller that controls the cooling mechanism based on a measurement result of the temperature sensor.
  • a temperature sensor disposed near the seal member
  • a cooling mechanism controller that controls the cooling mechanism based on a measurement result of the temperature sensor.
  • a substrate processing apparatus including: a processing chamber configured to house a substrate; a mounting table configured to mount the substrate stored in the processing chamber; and a support configured to support the mounting unit.
  • a heating member is provided in the mounting portion and heats the substrate; a sealing member interposed between the supporting portion and the processing chamber; and a shielding member for shielding heat radiation from the mounting portion to the sealing member. It is characterized by ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the substrate processing apparatus of this invention, the heat radiation which goes to a sealing member from a mounting part can be shielded by a shielding member, and the temperature rise of a sealing member can be suppressed.
  • the shielding member covers at least a part of the back surface of the mounting portion.
  • the back surface of the mounting portion is a surface opposite to the surface on which the substrate is mounted.
  • the substrate processing apparatus further includes a substrate elevating member for elevating the substrate, and the shielding member supports the substrate elevating member. Since the shielding member supports the substrate elevating member, the number of components can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the substrate processing apparatus further includes a processing gas supply system that supplies a processing gas into the processing chamber.
  • a processing gas supply system that supplies a processing gas into the processing chamber.
  • the processing gas supply system includes a plurality of processing gas supply systems that supply different processing gases into the processing chamber, and the substrate processing apparatus includes a processing gas supply system configured to supply the processing gases alternately. It is possible to further comprise a processing gas supply system controller for controlling the pressure. When the size of the substrate processing apparatus is reduced, the discharge time of the processing gas can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic plan view of the wafer elevating pin support according to the first embodiment, and
  • FIG. 2B is a schematic vertical cross section of the wafer elevating pin support according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic plan view of the wafer elevating pin support according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a schematic vertical cross section of the wafer elevating pin support according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a schematic plan view of the shielding cap according to the first embodiment
  • FIG. 3B is a schematic vertical sectional view of the shielding cap according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the cooling mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing performed by the film forming apparatus according to the first embodiment.
  • 6A to 6D are views schematically showing processing performed in the film forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing performed in the film forming apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is a schematic plan view of a wafer elevating pin support according to the third embodiment
  • FIG. 9B is a schematic vertical cross section of a wafer elevating pin support according to the third embodiment.
  • FIG. 10A is a schematic plan view of a wafer elevating pin support according to the third embodiment
  • FIG. 10B is a schematic vertical view of a wafer elevating pin support according to the third embodiment. It is sectional drawing. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the present embodiment
  • FIGS. 2A and 2B are a schematic plan view and a vertical cross section of a wafer elevating pin support according to the present embodiment
  • FIG. 3A and FIG. 3B are a schematic plan view and a vertical cross-sectional view of a shielding cap according to the present embodiment.
  • the film forming apparatus 1 includes a chamber 2 formed of, for example, aluminum stainless steel.
  • the chamber 2 may be subjected to a surface treatment such as an alumite treatment.
  • An opening 2A is formed in a side portion of the chamber 2, and a gut valve 3 for carrying the wafer W into or out of the chamber 2 is attached near the opening 2A.
  • T i C 1 4 and a shower head 4 for discharging NH 3 toward the wafer W are inserted.
  • the NH 3 supply unit 4 B discharges the NH 3 Numerous NH 3 discharge holes are formed.
  • T i C 1 4 supply system 1 0 includes a T i C 1 4 source 1 1 that accommodates the T i C 1 4.
  • T i C 1 4 source 1 1 ⁇ This, T i C 1 4 supply pipe 1 2, one end of which is connected to the T i C 1 4 discharge part 4 A is connected.
  • the T i C 1 4 supply pipe 1 2 a mass flow controller (MF C) 1 4 for adjusting the flow rate of the valve 1 3 and T i C 1 4 is interposed.
  • MF C mass flow controller
  • NH 3 supply system 2 0 includes a NH 3 source 2 1 containing the NH 3.
  • NH 3 to a source 2 1 has one end NH 3 supply pipe 2 2 connected to the NH 3 discharge portion 4 B is connected.
  • a valve 23 and a mass flow controller 24 for adjusting the flow rate of NH 3 are interposed.
  • the mass flow controller 2 4 is adjusted by Rukoto valve 2 3 is opened, the NH 3 from the NH 3 supply source 2 1 at a predetermined flow rate is supplied to the NH 3 discharge portion 4 B.
  • Valves 1 3 and 2 3 must be opened so that valves 1 3 and 2 3 are alternately opened.
  • a valve controller 25 for controlling the lubes 13 and 23 is electrically connected. By controlling such valves 13 and 23 with the valve controller 25, a TiN film having excellent step coverage and the like is formed on the wafer W.
  • the bottom of the chamber 2, the discharge system 3 0 are connected to discharge the T i C 1 4 and NH 3 or the like gas.
  • the discharge system 30 includes an automatic pressure controller (APC) 31 for controlling the pressure in the chamber 2.
  • the pressure in the chamber 2 is controlled to a predetermined pressure by adjusting the conductance by the auto-press controller 31.
  • the discharge pipe 32 is connected to the auto pressure controller 31.
  • a main valve 33 In the discharge pipe 32, a turbo molecular pump 34, a trap 35, a valve 36, and a dry pump 37 are arranged in this order from the upstream side to the downstream side.
  • the turbo molecular pump 34 performs the main draw. By performing the main drawing with the turbo molecular pump 34, the pressure in the chamber 2 is maintained at a predetermined pressure. Furthermore, by venting from the chamber 2 by the turbo molecular pump 3 4, 4 extra T i C 1 from the chamber 2, NH 3, T i N, and NH 4 C 1 or the like is discharged.
  • the trap 35 is for trapping NH 4 C 1 contained in the exhaust gas and removing NH 4 C 1 from the exhaust gas.
  • the dry pump 37 is for assisting the turbo molecular pump 34. By operating the dry pump 37, the pressure in the subsequent stage of the turbo molecular pump 34 can be reduced.
  • the dry pump 37 is for performing rough evacuation in the chamber 2.
  • a roughing pipe 38 for roughing with the dry pump 37 is connected to a discharge pipe 32 between the valve 36 and the dry pump 37.
  • the other end of the roughing pipe 3 8 is the auto pressure controller 31 and the main valve It is connected to a discharge pipe 32 between the pipes 33 and 33.
  • a valve 39 is interposed in the roughing pipe 38.
  • the susceptor 40 includes a substantially disk-shaped mounting portion 40 A on which the wafer W is mounted, and a support portion 40 B for supporting the mounting portion 40 A.
  • a resistance heating element 41 for heating the mounting portion 40B to a predetermined temperature is provided in the mounting portion 40A.
  • Two lead wires 42 whose one ends are connected to an external power supply (not shown) are connected to the resistance heating element 41. A current flows from the external power supply to the resistance heating element 41 through the lead wire 42,
  • Holes 4 O C for raising and lowering the wafer W are formed in three places of the mounting portion 4 O A in a vertical direction.
  • Wafer elevating pins 43 are inserted into holes 40C, respectively.
  • the wafer elevating pins 43 are supported by the wafer elevating pin support base 44 such that the wafer elevating pins 43 stand upright.
  • the wafer elevating pin support 44 is formed in a flat plate and ring shape as shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the wafer elevating pin support 44 is disposed between the mounting part 40 A and a seal member 47 described later, and has a function of supporting the wafer elevating pins 44 as well as the mounting part 40. It also has a function of blocking thermal radiation from A to the sealing member 47.
  • the wafer elevating pin support 44 is formed of a material capable of effectively shielding thermal radiation.
  • the wafer elevating pin support 44 is formed of any one of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide (SiC), quartz, stainless steel, aluminum, Hastelloy, Inconel, and nickel. I have.
  • An air cylinder (not shown) is fixed to the wafer elevating pin support 4.
  • the air cylinder is provided with a rod 45. When the rod 45 is retracted by driving the air cylinder, the wafer lifting pins 43 are lowered, and the wafer W is placed on the mounting portion 40A. You.
  • the wafer elevating pins 43 are raised, and the wafer W is separated from the mounting portion 40A.
  • a telescopic bellows 46 covering the rod 45 is disposed inside the chamber 2. By covering the rod 45 with the bellows 46, the airtightness in the chamber 2 is maintained.
  • a ring-shaped seal member 47 made of a synthetic resin is interposed between the support portion 40 B of the susceptor 40 and the chamber 2. By sandwiching the sealing member 4 7, the contact between the lead wire 4 2 and T i C 1 4 or the like is suppression.
  • a shielding cap 48 for shielding heat radiation from the mounting portion 40A to the seal member 47 is covered on the bottom of the support portion 40B.
  • the shielding cap 48 is formed in a hollow shape having an opening on the upper surface as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the shielding cap 48 is formed of a material that can effectively shield thermal radiation.
  • the shielding cap 48 is formed of any one of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide (SiC), quartz, stainless steel, anolememi-pum, hastelloy, inconel, and nickele. ing.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the cooling mechanism 50 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the cooling mechanism 50 includes a heat pipe 51 for cooling the seal member 47. End of heat pipe 51 1 5 A Is inserted into an opening formed at the bottom of the chamber 2.
  • the heat pipe 51 includes a cylindrical airtight container 52.
  • a cooling medium 53 is accommodated in the airtight container 52.
  • the cooling medium 53 for example, any of water, hydranol alcohol, ethanol, such as ethanol, a fluorine-based inert liquid, and naphthalene can be used. Also, a mixture of polyhydric alcohols such as a mixture of ethylene dalicol and propylene dalicol can be used.
  • the pressure inside the airtight container 52 is reduced. By reducing the pressure in the airtight container 52, the boiling point of the cooling medium 53 is lower than that at atmospheric pressure.
  • a wick 54 for moving the liquefied cooling medium 53 to the tip 51A of the heat pipe 51 by capillary force is provided in the airtight container 52 ⁇ .
  • the wick 54 is formed in a wire mesh shape.
  • the liquefied cooling medium 53 that has moved to the tip 51 A of the heat pipe 51 absorbs heat near the sealing member 47 and evaporates.
  • the vaporized cooling medium 53 moves to the root 51 B of the heat pipe 51 and is cooled and liquefied by a condenser 55 described later.
  • the liquefied cooling medium 53 moves to the tip 51 A again by the wick 54. By repeating this, the seal member 47 is cooled, and the temperature rise of the seal member 47 is suppressed.
  • a condenser 55 for cooling the root portion 51B and liquefying the vaporized cooling medium 53 is provided outside the root portion 51B of the heat pipe 51.
  • the condenser 55 includes a container 56 that covers the root 51 B of the heat pipe 51.
  • a circulation pipe 57 for circulating the cooling medium is connected to two places of the container 56, and a cooling medium supply source 58 storing the cooling medium is connected to the circulation pipe 57. .
  • the circulation pipe 57 is provided with a pump 59 for pumping a cooling medium from a cooling medium supply source 57. When the pump 59 operates, the cooling medium is supplied through the circulation pipe 57.
  • the cooling medium circulates between the supply source 58 and the space outside the airtight container 52 and inside the container 56 (cooling medium supply space).
  • the pump 59 is configured so that the flow rate of the cooling medium can be adjusted.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing performed in the film forming apparatus 1 according to the present embodiment
  • FIGS. 6A to 6D are performed in the film forming apparatus 1 according to the present embodiment. It is the figure which showed the process typically.
  • Step 1A a current is applied to the resistance heating element 41 disposed in the mounting portion 40 A of the susceptor 40, and the mounting portion 40 A is heated to about 300 to 450 ° C. You.
  • a cooling medium is supplied to the cooling medium supply space, and the heat pipe 51 cools the sealing member 47. (Step 1A). The cooling medium is circulating throughout the period in which the receiver 50A is being heated.
  • the dry pump 37 is operated to perform rough evacuation in the chamber 2. After that, when the pressure in the chamber 2 was reduced to some extent, the valve 39 was closed and the main valve 33 and the valve 36 were opened, switching from roughing of the dry pump 37 to full drawing of the turbo molecular pump 34. (Step 2A). The dry pump 37 is still operating after the switch.
  • a following gate Tobarubu 3 is opened, and extends the transport ⁇ over arm (not shown) holding the the wafer W, the chamber 2
  • the wafer W is loaded into the wafer (Step 3A).
  • the transfer arm is retracted, and the wafer W is placed on the wafer lifting pins 43.
  • the wafer lifting pins 43 are lowered by lowering the rod 45, and the wafer W is heated to 300 to 450 ° C. It is placed on the mounting section 40 A (step 4 A).
  • T i C 1 4 is ejected at a flow rate of about 3 0 sccm toward the T i C 1 4 discharge part 4 a on the wafer W in earthenware pots by the (step 5 a).
  • T i C 1 4 which exhaled contacts the wafer W
  • T i C 1 4 is adsorbed on the wafer W surface.
  • the valve 1 3 is closed, both the supply of T i C 1 4 is stopped as shown in FIG. 6 B, T i C 1 4 remaining in the chamber 2 is a chamber 2 (Step 6A).
  • the pressure in the chamber 2 is equal to or less than about 6. 6 7 X 1 0- 2 P a.
  • valve 2 3 is opened, the NH 3 toward the NH 3 discharge part 4 B, as shown in FIG. 6 C in the wafer W is discharged at a flow rate of about 1 0 0 sccm (Step 7 A).
  • T i N film is formed on the wafer W.
  • Step 8A the pressure in the chamber 2 becomes less than about 6.67 X 10 _ 2 Pa.
  • the central controller determines whether or not the process has been performed for 200 cycles, with the process of steps 5A to 8A as one cycle (step 9A). ;). If it is determined that the processing has not been performed for 200 cycles, the steps from Step 5A to Step 8A are performed again. If it is determined that the processing has been performed for 200 cycles, the rod 45 rises, the wafer elevating pins 43 rise, and the wafer W moves away from the mounting portion 40A (Step 10A). . When the process is performed for 200 cycles, a TiN film of about 10 nm is formed on the wafer W. Thereafter, after the gate valve 3 is opened, the transfer arm (not shown) extends, and the transfer arm holds the wafer W. Finally, the transfer arm is retracted, and the wafer W is unloaded from the chamber 2 (Step 11A).
  • the seal member 47 can be cooled, and the temperature rise of the seal member 47 can be suppressed. As a result, even when the film forming apparatus 1 is downsized, the sealing member 47 is difficult to dissolve.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-178138 discloses a technique in which a water-cooled jacket is provided in a chamber to cool a part of the chamber.
  • the water cooling jacket circulates a cooling medium to cool the water.
  • the heat pipe 51 cools using the latent heat of evaporation of the cooling medium 53, and has a better cooling power than a water-cooled jacket.
  • a water-cooled jacket is used, if water in the piping is vaporized, bubbles may be generated in the piping and the piping may expand.
  • the heat pipe 51 is used, even if the cooling medium 53 is vaporized at the tip 51 A, the cooling medium 53 is liquefied at the root 51 B.
  • the wafer elevating pin support 44 and the shielding cap 48 are disposed between the receiver 50 A and the sealing member 47, the sealing is performed from the receiver 40 A.
  • the heat radiation toward the member 47 can be reduced, and the temperature rise of the seal member 47 can be suppressed.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, an opening is formed in the bottom of the chamber 2 near the seal member 47, and a temperature sensor 60 is inserted into this opening.
  • the cooling mechanism controller 61 is electrically connected to the temperature sensor 60.
  • the cooling mechanism controller 61 is electrically connected to the pump 59.
  • the cooling mechanism controller 61 controls the flow rate of the cooling medium flowing into the cooling medium supply space to control the cooling power of the heat pipe 51. Specifically, the cooling mechanism controller 61 compares the measurement result of the temperature sensor 60 with the preset temperature stored in the cooling mechanism controller 61 in advance, and based on the comparison result, determines the sealing member 47. The operation of the pump 59 is controlled (feedback control) so that the nearby temperature becomes the set temperature. Here, if the flow rate of the cooling medium supplied to the cooling medium supply space is increased, the root portion 51B of the heat pipe 51 is further cooled, so that the cooling power of the heat pipe 51 is increased.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing performed in the film forming apparatus 1 according to the present embodiment.
  • Step 1B a current is applied to the resistance heating element 41, and the mounting section 40A is heated to about 300 to 450 ° C.
  • the temperature in the vicinity of the sealing member 47 is measured by the temperature sensor 60, and the flow rate of the cooling medium supplied to the cooling medium supply space is controlled based on the measurement result, and the sealing member 4 Cooling of 7 is performed (Step 1B).
  • the temperature measurement by the temperature sensor 6 ° and the flow rate control of the cooling medium based on the result of the temperature measurement are performed at predetermined time intervals while the receiver 40A is being heated.
  • the dry pump 37 is operated to perform rough evacuation in the chamber 2. After that, the rough pumping of the dry pump 37 is switched to the main pumping of the turbo molecular pump 34 (step 2B).
  • the wafer W is loaded into the chamber 2 (step 3 B). Thereafter, the wafer lifting pins 43 are lowered, and the wafer W is placed on the receiver 4OA (step 4B).
  • the valve 1 3 is opened, T i C 1 4 T i C 1 4 is discharged from the discharge portion 4 A (step 5 B).
  • the valve 1 3 is closed, the supply of T i C 1 4 is stopped, T i C 1 4 remaining in the chamber 2 is discharged from the chamber 2 (Step 6 B).
  • valve 2 3 is opened, the NH 3 is discharged from the NH 3 discharge portion 4 B (step 7 B).
  • the valve 23 is closed, the supply of NH 3 is stopped, and NH 3 and the like remaining in the chamber 2 are discharged from the chamber 2 (Step 8B).
  • Step 9B After the elapse of the predetermined time, it is determined whether or not the process has been performed 200 cycles, with the process of Step 5B to Step 8B as one cycle (Step 9B). If it is determined that the processing has not been performed for 200 cycles, the steps 5B to 8B are performed again.
  • the wafer elevating pins 43 are raised, and the wafer W is separated from the receiver 40A (step 10B). last Then, the wafer W is unloaded from the chamber 2 by a transfer arm (not shown) (step 11B).
  • the temperature near the seal member 47 is measured by the temperature sensor 60, and the cooling power of the heat pipe 51 is controlled based on the measurement result of the temperature sensor 47. Can be maintained at the desired temperature.
  • FIGS. 10A and 10B show the present embodiment. It is a schematic plan view and a vertical sectional view of such a wafer elevating pin support.
  • the wafer elevating pin support 44 may be formed in a shape in which a plate-shaped and ring-shaped one is partially cut away. Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the wafer elevating pin support 44 may be formed in a flat plate shape and a U shape. The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained by using the wafer elevating pin support 44 having these shapes.
  • the present invention is not limited to the description in the above embodiment, and the structure, the material, the arrangement of each member, and the like can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the wafer elevating pin support base 44 and the shielding cap 48 are provided. However, if the cooling mechanism 50 is provided, these may be omitted. ,. Conversely, if the wafer lifting pin support 44 and the shielding cap 48 are provided, the cooling mechanism 50 need not be provided. Further, a wafer elevating pin support 44 and a shielding cap 48 are disposed between the receiver 40 A and the sealing member 47. However, either one may be used.
  • a cooling mechanism for cooling the wafer elevating pin support 44 is not attached to the wafer elevating pin support 44, but a cooling mechanism is provided for the wafer elevating pin support 44. May be attached. Further, a cooling mechanism may be attached to the shielding cap 48 in the same manner.
  • Table 1 shows examples of film types and processing gases for forming these films.
  • the use of the T i C 1 4 and NH 3 it is also possible to use processing gases such as shown in Table 1.
  • the receiver 4OA is heated to about 300.degree.450.degree. C., but the heating temperature of the receiver 40A may be changed according to the processing gas. Needless to say.
  • T a F 5 , NH 3 T a C l 5 , NH 3 T i C l 4 , S i H 2 C l 2 , NH 3 T i C l 4 and S i H 4 shown in Table 1 NH 3 T i C l 4 and S i C l 4 and the mounting portion when using NH 3 4 Heat so that 0 A is about 300-450 ° C.
  • the mounting part 40 A When using A 1 (CH 3 ) 3 and H 20 , and A 1 (CH 3 ) 3 and H 2 O 2 , the mounting part 40 A will be about 150 to 500 ° C. And heat.
  • Zr (O-t (C 4 H 9 )) 4 and H 20 , and Zr (O-t (C 4 H 9 )) 4 and H 2 O 2 the receiver 40 A Is heated to about 150 to 300 ° C. Placed in the case of a T a (OC 2 H 5) 5 and 0 2, T a (OC 2 H 5) 5 and H 2 0, T a (OC 2 H 5) 5 and H 2 0 2 to use Heat so that the temperature of part 40A is approximately 150 to 600 ° C.
  • first and second 23 it is performed film formation by supplying T i C 1 4 and NH 3 are alternately, can also this forming a film by supplying these processing gases simultaneously is there.
  • the wafer W is used, a glass substrate may be used.
  • the film forming apparatus 1 has been described.
  • the present invention can be applied to any apparatus that heats a substrate and processes the substrate.
  • the present invention can be applied to an etching apparatus, a sputtering apparatus, and a vacuum evaporation apparatus.
  • two or more kinds of etching gases are used, they may be supplied alternately or simultaneously.
  • the substrate processing apparatus according to the present invention can be used in the semiconductor manufacturing industry.

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Abstract

　基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室に収容された基板を載置する載置台と、前記載置台内に配設され、前記基板を加熱する加熱部材と、前記載置台と前記処理室との間に介在したシール部材と、前記冷却媒体を備え、前記冷却媒体の蒸発潜熱により前記シール部材を冷却する冷却機構とを具備している。

Description

明 細 書 基板処理装置 技術分野
本発明は、 基板を加熱しながら基板に処理を施す基板処理装置に関す る。 背景技術
従来から、 半導体ウェハ （以下、 単に 「ウェハ」 という。） を加熱しな がら処理ガスを供給して、 ウェハ上に薄膜を形成する成膜装置が知られ ている。 このよ うな成膜装置の場合、 サセプタ内に配設された抵抗発熱 体に電流を流して、 サセプタに載置されたウェハを加熱している。
ここで、 抵抗発熱体とチャンバ外部の電源とはリ一ド線で接続されて いるが、 処理ガスがリード線に接触すると、 リード線と処理ガスとが化 学反応を起し、 リード線が腐食してしま うことがある。 このよ うなこと から、 チャンバとサセプタとの間にシール部材を介在させて、 リード線 と処理ガスとの接触を抑制している。
ところで、 現在、 処理ガスの消費量等の点から成膜装置の小型化が求 められている。 しかしながら、 成膜装置を小型化すると、 サセプタとチ ヤンバとの距離が短くなるため、 シール部材が熱に耐えられず、 溶解し てしまうという問題がある。 発明の開示
本発明は、 上記問題を解決するためになされたものである。 即ち、 シ 一ル部材の温度上昇を抑制することができる基板処理装置を提供するこ とを目的とする。
本発明の基板処理装置は、 基板を収容する処理室と、 処理室に収容さ れた基板を載置する載置台と、 載置台内に配設され、 基板を加熱する加 熱部材と、 載置台と処理室との間に介在したシール部材と、 冷却媒体を 備え、 冷却媒体の蒸発潜熱によりシール部材を冷却する冷却機構とを具 備することを特徴と している。 本発明の基板処理装置によれば、 冷却機 構によ りシール部材を冷却することができ、 シール部材の温度上昇を抑 制することができる。
上記冷却機構は、 冷却媒体を収容し、 かつ内部が減圧された気密容器 を備えていることが好ましレ、。このよ うな気密容器を備えることにより、 冷却媒体の沸点を低下させることができる。
上記基板処理装置は、 シール部材近傍に配設された温度センサと、 温 度センサの測定結果に基づいて冷却機構を制御する冷却機構制御器とを さらに備えていることが好ましい。 温度センサと冷却機構制御器とを備 えることによ り、 シール部材近傍の温度を所望の温度に維持することが できる。
本発明の他の基板処理装置は、 基板を収容する処理室と、 処理室に収 容された基板を載置する載置部と載置部を支持する支持部とを備えた載 置台と、 載置部内に配設され、 基板を加熱する加熱部材と、 支持部と処 理室との間に介在したシール部材と、 載置部からシール部材へ向かう熱 輻射を遮蔽する遮蔽部材とを具備することを特徴と している。 本発明の 基板処理装置によれば、 遮蔽部材により載置部からシール部材へ向かう 熱輻射を遮蔽することができ、 シール部材の温度上昇を抑制することが できる。
上記遮蔽部材は、 載置部の裏面の少なく とも一部を覆っていることが 好ましい。 載置部の裏面とは、 基板が載置される面とは逆の面である。 遮蔽部材で載置部の裏面の少なく とも一部を覆うことにより、 確実に載 置部からシール部材へ向かう熱輻射を遮蔽することができる。
上記基板処理装置は、 基板を昇降させる基板昇降部材をさらに備え、 かつ遮蔽部材が基板昇降部材を支持していることが好ましい。 遮蔽部材 が基板昇降部材を支持することにより、部品数を減少させることができ、 コス トを低減させることができる。
上記基板処理装置は、 処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系 をさらに備えることが好ましい。 上記基板処理装置を小型化した場合に は、 処理ガスの消費量を低減させることができる。
上記処理ガス供給系は、 異なる処理ガスを処理室内に供給する複数の 処理ガス供給系から構成されており、 上記基板処理装置は、 処理ガスが 交互に供給されるように前記各処理ガス供給系を制御する処理ガス供給 系制御器をさらに備えることが可能である。 上記基板処理装置を小型化 した場合には、 処理ガスの排出時間を短縮させることができる。 図面の簡単な説明
図 1は第 1の実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。 図 2 Aは第 1の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平 面図であり、 図 2 Bは第 1の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の 模式的な垂直断面図である。
図 3 Aは第 1の実施の形態に係る遮蔽キヤップの模式的な平面図であ り、 図 3 Bは第 1の実施の形態に係る遮蔽キヤップの模式的な垂直断面 図である。
図 4は第 1の実施の形態に係る冷却機構の模式的な構成図である。 図 5は第 1の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理のフローを示 したフローチヤ一トである。 図 6 A〜図 6 Dは第 1の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理を 模式的に示した図である。
図 7は第 2の実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。 図 8は第 2の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理のフローを示 したフローチャー トである。
図 9 Aは第 3の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平 面図であり、 図 9 Bは第 3の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の 模式的な垂直断面図である。
図 1 0 Aは第 3の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な 平面図であり、 図 1 0 Bは第 3の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持 台の模式的な垂直断面図である。 発明を実施するための最良の形態
(第 1の実施形態）
以下、 本発明の第 1の実施の形態に係る成膜装置について説明する。 図 1は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図であり、 図 2 A及 び図 2 Bは本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図 及び垂直断面図であり、 図 3 A及び図 3 Bは本実施の形態に係る遮蔽キ ャップの模式的な平面図及び垂直断面図である。
図 1に示されるように、 成膜装置 1は、 例えばアルミニウムゃステン レスにより形成されたチャンバ 2を備えている。 なお、 チャンバ 2は、 アルマイ ト処理等の表面処理が施されていてもよい。 チャンバ 2の側部 には開口 2 Aが形成されており、 開口 2 A付近には、 ウェハ Wをチャン バ 2内に搬入或いはチャンバ 2内から搬出するためのグートバルブ 3が 取り付けられている。
チャンバ 2の上部には、 開口が形成されている。 開口には、 T i C 1 4及び NH3をウェハ Wに向けて吐出するシャワーヘッ ド 4が挿入され ている。 シャワーへッ ド 4は、 T i C 1 4を吐出する T i C 1 4吐出部 4 Aと、 NH3を吐出する NH3吐出部 4 Bとに分かれた構造になっている ( T i C 1 4吐出部 4 Aには、 T i C 1 4を吐出する多数の T i C 1 4吐出 孔が形成されている。 また、 同様に NH3供給部 4 Bには、 NH3を吐出 する多数の NH 3吐出孔が形成されている。
シャワーへッ ド 4の T i C 1 4吐出部 4 Aには、 T i C 1 4吐出部 4 A に T i C 1 4を供給する T i C 1 4供給系 1 0が接続されている。 また、 NH3吐出部 4 Bには、 NH3吐出部 4 Bに N H 3を供給する N H 3供給 系 2 0が接続されている。
T i C 1 4供給系 1 0は、 T i C 1 4を収容した T i C 1 4供給源 1 1 を備えている。 T i C 1 4供給源 1 1〖こは、 一端が T i C 1 4吐出部 4 A に接続された T i C 1 4供給配管 1 2が接続されている。 T i C 1 4供給 配管 1 2には、 バルブ 1 3及び T i C 1 4の流量を調節するマスフロー コン トローラ （MF C) 1 4が介在している。 マスフローコン ト ローラ 1 4が調節された状態で、 バルブ 1 3が開かれることにより、 T i C 1 4供給源 1 1から所定の流量で T i C 1 4が T i C 1 4吐出部 4 Aに供給 される。 .
NH3供給系 2 0は、 N H 3を収容した NH 3供給源 2 1 を備えている。 NH3供給源 2 1には、 一端が NH3吐出部 4 Bに接続された NH3供給 配管 2 2が接続されている。 NH3供給配管 2 2には、 バルブ 2 3及び NH 3の流量を調節するマスフローコン ト ローラ 2 4が介在している。 マスフローコン トローラ 2 4が調節された状態で、 バルブ 2 3が開かれ ることにより、 NH3供給源 2 1から所定の流量で NH 3が NH 3吐出部 4 Bに供給される。
バルブ 1 3、 2 3には、 バルブ 1 3、 2 3が交互に開かれるようにバ ルブ 1 3、 2 3を制御するバルブ制御器 2 5が電気的に接続されている。 バルブ制御器 2 5でこのようなバルブ 1 3、 2 3の制御を行う ことによ り、 ウェハ Wにステップカバレ一ジ等に優れた T i N膜が形成される。 チャンバ 2の底部には、 T i C 1 4及び N H 3等のガスを排出する排出 系 3 0が接続されている。 排出系 3 0は、 チャンバ 2内の圧力を制御す るオートプレツシャコン ト ローラ （A P C ) 3 1 を備えている。 オート プレツシヤコン トローラ 3 1でコンダクタンスを調節することにより、 チャンバ 2内の圧力が所定の圧力に制御される。
オー トプレツシャコン ト ローラ 3 1には、 排出配管 3 2が接続されて いる。 排出配管 3 2には、 上流側から下流にかけて、 メィンバルブ 3 3、 ターボ分子ポンプ 3 4、 トラップ 3 5、 バルブ 3 6、 及びドライポンプ 3 7がこの順番で介在している。
ターボ分子ポンプ 3 4は、 本引きを行うものである。 ターボ分子ボン プ 3 4で本引きを行うことにより、 チャンバ 2内の圧力が所定の圧力に 維持される。 また、 ターボ分子ポンプ 3 4でチャンバ 2内から排気する ことにより、 チャンバ 2内から余分な T i C 1 4、 N H 3、 T i N、 及び N H 4 C 1等が排出される。
トラップ 3 5は、 排ガスに含まれている N H 4 C 1 を捕捉して、 排ガ スから N H 4 C 1 を取り除く ためのものである。 ドライポンプ 3 7は、 ターボ分子ポンプ 3 4を補助するためのものである。 ドライポンプ 3 7 を作動させることにより、 ターボ分子ポンプ 3 4の後段の圧力を小さく することができる。 また、 ドライポンプ 3 7は、 チャンバ 2内の粗引き を行うためのものである。
バルブ 3 6 と ドライポンプ 3 7 との間の排出配管 3 2には、 ドライポ ンプ 3 7で粗引きするための粗引き配管 3 8が接続されている。 粗引き 配管 3 8の他端は、 ォー トプレツシャコントローラ 3 1 とメインバルブ 3 3 との間の排出配管 3 2に接続されている。 粗引き配管 3 8には、 バ ルブ 3 9が介在している。メインバルブ 3 3及びバルブ 3 6が閉じられ、 かつバルブ 3 9が開かれた状態で、 ドライポンプ 3 7が作動することに より、 チャンバ 2内が粗引きされる。
チャンバ 2内には、 サセプタ 4 0が配設されている。 サセプタ 4 0は、 ウェハ Wを載置する略円板状の載置部 4 0 Aと、 載置部 4 0 Aを支持す る支持部 4 0 Bとから構成されている。
載置部 4 0 A内には、 載置部 4 0 Bを所定の温度に加熱する抵抗発熱 体 4 1が配設されている。 抵抗発熱体 4 1には、 一端が図示しない外部 電源に接続された 2本のリード線 4 2が接続されている。 外部電源から リード線 4 2を介して抵抗発熱体 4 1に電流を流すことにより、 載置部
4 0 Aが所定の温度に加熱される。
載置部 4 O Aの 3箇所には、 ウェハ Wを昇降させるための孔 4 O Cが 上下方向に形成されている。 孔 4 0 Cには、 ウェハ昇降ピン 4 3がそれ ぞれ挿入されている。 ウェハ昇降ピン 4 3は、 ウェハ昇降ピン 4 3が立 設するようにウェハ昇降ピン支持台 4 4に支持されている。
ウェハ昇降ピン支持台 4 4は、 図 2 A及び図 2 Bに示されるように平 板状かつリ ング状に形成されている。 ウェハ昇降ピン支持台 4 4は、 載 置部 4 0 Aと後述するシール部材 4 7 との間に配設されており、 ウェハ 昇降ピン 4 4を支持する機能だけでなく、 載置部 4 0 Aからシール部材 4 7へ向かう熱輻射を遮蔽する機能をも有している。
ウェハ昇降ピン支持台 4 4は、 熱輻射を有効に遮蔽することができる ような物質から形成されている。 具体的には、 例えば、 ウェハ昇降ピン 支持台 4 4は、 酸化アルミニウム、 窒化アルミニウム、 炭化珪素 （ S i C )、 石英、 ステンレス、 アルミニウム、 ハステロイ、 イ ンコネル、 及び ニッケルのいずれかから形成されている。 ウェハ昇降ピン支持台 4 4には、 図示しないエアシリ ンダが固定され ている。 エアシリ ンダはロッ ド 4 5を備えており、 エアシリンダの駆動 でロッ ド 4 5が縮退することにより、 ウェハ昇降ピン 4 3が下降して、 ウェハ Wが載置部 4 0 Aに载置される。 また、 エアシリ ンダ 8の駆動で ロ ッ ド 4 5が伸長することにより、 ウェハ昇降ピン 4 3が上昇して、 ゥ ェハ Wが載置部 4 0 Aから離れる。 チャンバ 2内部には、 ロッ ド 4 5を 覆う伸縮自在なべローズ 4 6が配設されている。 ベローズ 4 6でロッ ド 4 5を覆うことにより、 チャンバ 2内の気密性が保持される。
サセプタ 4 0の支持部 4 0 Bとチャンバ 2 との間には、 合成樹脂から 形成されたリ ング状のシール部材 4 7が挟み込まれている。 シール部材 4 7を挟み込むことにより、 リー ド線 4 2 と T i C 1 4等との接触が抑 制される。
支持部 4 0 Bの底部には、 載置部 4 0 Aからシール部材 4 7へ向かう 熱輻射を遮蔽する遮蔽キヤップ 4 8が被せられている。 遮蔽キヤップ 4 8は、 図 3 A及び図 3 Bに示されるように上面に開口を有した空洞状に 形成されている。
遮蔽キヤップ 4 8は、 熱輻射を有効に遮蔽することができるよ うな物 質から形成されている。 具体的には、 例えば、 遮蔽キャップ 4 8は、 酸 化アルミユウム、 窒化アルミニウム、 炭化珪素 （S i C )、 石英、 ステン レス、 ァノレミ -ゥム、 ハステロイ、 インコネル、 及びニッケノレのいずれ かから形成されている。
チャンバ 2の底部には、 2箇所に開口が形成されている。 これらの開 口には、 シール部材 4 7を冷却する冷却機構 5 0の一部が挿入されてい る。 図 4は本実施の形態に係る冷却機構 5 0の模式的な構成図である。 図 4に示されるように、 冷却機構 5 0は、 シール部材 4 7を冷却するた めのヒー トパイプ 5 1を備えている。 ヒー トパイプ 5 1 の先端部 5 1 A は、 チャンバ 2の底部に形成された開口に揷入されている。
ヒー トパイプ 5 1は、 円筒状の気密容器 5 2を備えている。 気密容器 5 2内には冷却媒体 5 3が収容されている。 冷却媒体 5 3 と しては、 例 えば、 水、 ハイ ドロフノレオ口ェ―テノレ及びエタノールのよ うなァノレコ一 ル、 フッ素系不活性液体、 ナフタ リ ンのいずれかが使用可能である。 ま た、 エチレンダリ コール及びプロピレンダリ コールの混合物よ うな多価 アルコールの混合物も使用可能である。 気密容器 5 2内は、 減圧されて いる。 気密容器 5 2内を減圧することにより、 大気圧の場合よ り冷却媒 体 5 3の沸点が低下する。
気密容器 5 2內には、 液化した冷却媒体 5 3を毛管力により ヒー トパ イブ 5 1 の先端部 5 1 Aに移動させるウィ ック 5 4が配設されている。 ウィック 5 4は、 金網状に形成されている。 ヒートパイプ 5 1 の先端部 5 1 Aに移動した液化した冷却媒体 5 3は、 シール部材 4 7付近の熱を 吸収し、 気化する。 気化した冷却媒体 5 3は、 ヒートパイプ 5 1 の根元 部 5 1 Bに移動し、後述するコンデンサ 5 5により冷却されて液化する。 液化した冷却媒体 5 3は、 ウィ ック 5 4により再び先端部 5 1 Aに移動 する。 これを繰り返すことにより、 シール部材 4 7が冷却され、 シール 部材 4 7の温度上昇が抑制される。
ヒー トパイプ 5 1の根元部 5 1 Bの外側には、 根元部 5 1 Bを冷却し て、 気化した冷却媒体 5 3を液化させるコンデンサ 5 5が配設されてい る。 コンデンサ 5 5は、 ヒー トパイプ 5 1の根元部 5 1 Bを覆う容器 5 6を備えている。 容器 5 6の 2箇所には、 冷却媒体を循環させるための 循環配管 5 7が接続されており、 循環配管 5 7には、 冷却媒体を貯留し た冷却媒体供給源 5 8が接続されている。 また、 循環配管 5 7には、 冷 却媒体供給源 5 7から冷却媒体を汲み出すポンプ 5 9が介在している。 ポンプ 5 9が作動することにより、 循環配管 5 7を介して、 冷却媒体供 給源 5 8 と、 気密容器 5 2外側かつ容器 5 6内側の空間 （冷却媒体供給 空間） との間で冷却媒体が循環する。 また、 ポンプ 5 9は、 冷却媒体の 流量を調節することができるように構成されている。
以下、 成膜装置 1で行われる処理のフローについて図 5〜図 6に沿つ て説明する。 図 5は本実施の形態に係る成膜装置 1で行われる処理のフ ローを示したフローチャー トであり、 図 6 A〜図 6 Dは本実施の形態に 係る成膜装置 1で行われる処理を模式的に示した図である。
まず、 サセプタ 4 0の載置部 4 0 A内に配設された抵抗発熱体 4 1に 電流が流されて、 載置部 4 0 Aが約 3 0 0〜 4 5 0 °Cに加熱される。 ま た、 冷却媒体が冷却媒体供給空間に供給され、 ヒー トパイプ 5 1 による シール部材 4 7の冷却が行われる。 （ステップ 1 A )。 なお、冷却媒体は、 載置部 5 0 Aが加熱されている間中、 循環している。
次いで、 メインバルブ 3 3及びバルブ 3 6が閉られ、 かつバルブ 3 9 が開かれた状態で、 ドライポンプ 3 7が作動して、 チャンバ 2内の粗引 きが行われる。 その後、 チヤンバ 2内がある程度減圧になったところで、 バルブ 3 9が閉じられるとともにメインバルブ 3 3及びバルブ 3 6が開 かれ、 ドライポンプ 3 7の粗引きからターボ分子ポンプ 3 4の本引きに 切り換えられる （ステップ 2 A )。 なお、 切り換えられた後も ドライボン プ 3 7は作動している。
チャンバ 2内の圧力が例えば 1 . 3 3 X 1 0— 2 P a以下まで低下した 後、 ゲー トバルブ 3が開かれ、 ウェハ Wを保持した図示しない搬送ァー ムが伸長して、 チャンバ 2内にウェハ Wが搬入される （ステップ 3 A )。 その後、 搬送アームが縮退して、 ウェハ Wがウェハ昇降ピン 4 3に載 置される。 ウェハ Wがウェハ昇降ピン 4 3に載置された後、 ロ ッ ド 4 5 の下降で、 ウェハ昇降ピン 4 3が下降し、 ウェハ Wが 3 0 0〜 4 5 0 °C に加熱された載置部 4 0 Aに載置される （ステップ 4 A )。 ウェハ Wが載置部 4 0 Aに載置された後、 チャンバ 2内の圧力が約 5 〜 4 0 0 P aに維持された状態で、 バルブ 1 3が開かれて、 図 6 Aに示 されるよ う に T i C 1 4吐出部 4 Aからウェハ Wに向けて T i C 1 4が 約 3 0 s c c mの流量で吐出される （ステップ 5 A)。 吐出された T i C 1 4がウェハ Wに接触すると、 ウェハ W表面に T i C 1 4が吸着される。 所定時間経過後、 バルブ 1 3が閉じられて、 図 6 Bに示されるように T i C 1 4の供給が停止されると ともに、 チャンバ 2内に残留している T i C 1 4がチャンバ 2内から排出される （ステップ 6 A)。 なお、 排出 の際、 チャンバ 2内の圧力は、 約 6. 6 7 X 1 0— 2 P a以下になる。 所定時間経過後、 バルブ 2 3が開かれて、 図 6 Cに示されるように N H3吐出部 4 Bからウェハ Wに向けて NH3が約 1 0 0 s c c mの流量 で吐出される （ステップ 7 A)。 吐出された NH3がウェハ Wに吸着され た T i C 1 4に接触すると、 T i C 1 4と NH3とが反応して、 T i N膜 がウェハ W上に形成される。
所定時間経過後、 バルブ 2 3が閉じられて、 図 6 Dに示されるよ うに NH3の供給が停止されるとともに、 チャンバ 2内に残留している NH3 等がチャンバ 2内から排出される （ステップ 8 A)。 なお、 排出の際、 チ ヤンバ 2内の圧力は、 約 6. 6 7 X 1 0_ 2 P a以下になる。
所定時間経過後、 ステップ 5 A〜ステ ップ 8 Aの工程を 1サイクルと して、 図示しない中央制御器によ り処理が 2 0 0サイクル行われたか否 かが判断される （ステップ 9 A；)。 処理が 2 0 0サイクル行われていない と判断されると、 ステップ 5 A〜ステップ 8 Aの工程が再び行われる。 処理が 2 0 0サイクル行われたと判断されると、ロ ッ ド 4 5の上昇で、 ウェハ昇降ピン 4 3が上昇し、 ウェハ Wが載置部 4 0 Aから離れる （ス テツプ 1 0 A)。 なお、 処理が 2 0 0サイクル行われると、 ウェハ W上に は、 約 1 0 n mの T i N膜が形成される。 その後、 ゲー トバルブ 3が開かれた後、 図示しない搬送アームが伸長 して、 搬送アームにウェハ Wが保持される。 最後に、 搬送アームが縮退 して、 ウェハ Wがチャンバ 2から搬出される （ステップ 1 1 A )。
本実施の形態では、 ヒートパイプ 5 1 を備えているので、 シール部材 4 7を冷却することができ、 シール部材 4 7の温度上昇を抑制すること ができる。 その結果、 成膜装置 1を小型化した場合であっても、 シール 部材 4 7が溶解し難くなる。
また、本実施の形態のように T i C 1 4と N H 3とを交互に供給する場 合においては、 成膜装置 1を小型化すると、 T i C 1 4及び N H 3の消費 量が少なく なるだけでなく、 チャンバ 2内に供給される T i C 1 4や N H 3が少なく なるので、 T i C 1 4や N H 3の排出時間を短縮することが できるという効果もある。
なお、 特開平 4 一 7 8 1 3 8号には、 チャンバに水冷ジャケッ トを設 けて、 チャンバの一部を冷却する技術が開示されている。 ここで、 水冷 ジャケッ トは冷却媒体を循環させて冷却するものである。 これに対し、 ヒー トパイプ 5 1は冷却媒体 5 3の蒸発潜熱を利用して冷却するもので あり、 水冷ジャケッ トより冷却力が優れている。 また、 水冷ジャケッ ト を用いた場合には、 配管内の水が気化すると配管内に気泡が発生し、 配 管が膨張してしまうことがある。 これに対し、 ヒー トパイプ 5 1を用い た場合には、 先端部 5 1 Aで冷却媒体 5 3の気化が起きても、 根元部 5 1 Bで冷却媒体 5 3の液化が起こるので気密容器 5 2が膨張し難い。 本実施の形態では、 載置部 5 0 Aとシール部材 4 7 との間にウェハ昇 降ピン支持台 4 4及び遮蔽キヤップ 4 8を配設しているので、 載置部 4 0 Aからシール部材 4 7へ向かう熱輻射を低減させることができ、 シー ル部材 4 7の温度上昇を抑制することができる。
(第 2の実施の形態） 以下、 本発明の第 2の実施の形態について説明する。 なお、 本実施の 形態以降の実施の形態のうち先行する実施の形態と重複する内容につい ては説明を省略することもある。 本実施の形態では、 温度センサでシー ル部材近傍の温度を測定し、 温度センサの測定結果に基づいてヒー トパ イブの冷却力を制御する例について説明する。
図 7は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。 図 7に 示されるように、 シール部材 4 7近傍のチャンバ 2底部には開口が形成 されており、 この開口には温度センサ 6 0が挿入されている。 温度セン サ 6 0には冷却機構制御器 6 1が電気的に接続されている。 冷却機構制 御器 6 1は、 ポンプ 5 9に電気的に接続されている。
冷却機構制御器 6 1は、 冷却媒体供給空間に流される冷却媒体の流量 を制御して、 ヒー トパイプ 5 1の冷却力を制御するものである。 具体的 には、 冷却機構制御器 6 1は、 温度センサ 6 0の測定結果と冷却機構制 御器 6 1に予め記憶された設定温度とを比較し、 比較した結果に基づい てシール部材 4 7近傍の温度が設定温度になるようにポンプ 5 9の作動 を制御 （フィードバック制御） するものである。 ここで、 冷却媒体供給 空間に供給される冷却媒体の流量を大きくすれば、 ヒー トパイプ 5 1の 根元部 5 1 Bがよ り冷却されるので、 ヒー トパイプ 5 1の冷却力が増大 する。
以下、 成膜装置 1で行われる処理のフローについて図 8に沿って説明 する。 図 8は本実施の形態に係る成膜装置 1で行われる処理のフローを 示したフローチャートである。
まず、 抵抗発熱体 4 1に電流が流されて、 載置部 4 0 Aが約 3 0 0 ~ 4 5 0 °Cに加熱される。 また、 シール部材 4 7近傍の温度を温度センサ 6 0で測定し、 その測定結果に基づいて冷却媒体供給空間に供給される 冷却媒体の流量が制御されながらヒー トパイプ 5 1 によるシール部材 4 7の冷却が行われる （ステップ 1 B)。 なお、 温度センサ 6 ◦による温度 測定及び温度測定の結果に基づいた冷却媒体の流量制御は、 載置部 4 0 Aが加熱されている間、 所定時間毎に行われる。
次いで、 ドライポンプ 3 7が作動して、 チャンバ 2内の粗引きが行わ れる。 その後、 ドライポンプ 3 7の粗引きからターボ分子ポンプ 3 4の 本引きに切り換えられる （ステップ 2 B)。
チャンバ 2内の圧力が例えば 1. 3 3 X 1 0— 2 P a以下まで低下した 後、 ウェハ Wを保持した図示しない搬送アームが伸長して、 チャンバ 2 内にウェハ Wが搬入される （ステップ 3 B)。 その後、 ウェハ昇降ピン 4 3が下降し、 ウェハ Wが載置部 4 O Aに載置される （ステップ 4 B)。 ウェハ Wが載置部 4 0 Aに載置された後、 チャンバ 2内の圧力が約 5 〜4 0 0 P a に維持された状態で、 バルブ 1 3が開かれて、 T i C 1 4 吐出部 4 Aから T i C 1 4が吐出される （ステップ 5 B)。 所定時間経過 後、 バルブ 1 3が閉じられて、 T i C 1 4の供給が停止されるとともに、 チャンバ 2内に残留している T i C 1 4がチャンバ 2内から排出される (ステップ 6 B )。
所定時間経過後、 バルブ 2 3が開かれて、 NH3吐出部 4 Bから NH3 が吐出される （ステップ 7 B)。 所定時間経過後、 バルブ 2 3が閉じられ て、 NH3の供給が停止されると ともに、 チャンバ 2内に残留している NH3等がチャンバ 2内から排出される （ステップ 8 B)。
所定時間経過後、 ステップ 5 B〜ステップ 8 Bの工程を 1サイクルと して、 処理が 2 0 0サイクル行われたか否かが判断される （ステップ 9 B)。 処理が 2 0 0サイクル行われていないと判断されると、 ステップ 5 B〜ステップ 8 Bの工程が再び行われる。
処理が 2 0 0サイクル行われたと判断されると、 ウェハ昇降ピン 4 3 が上昇し、 ウェハ Wが載置部 4 0 Aから離れる （ステップ 1 0 B)。 最後 に、 図示しない搬送アームにより ウェハ Wがチャンバ 2から搬出される (ステップ 1 1 B )。
本実施の形態では、 温度センサ 6 0でシール部材 4 7近傍の温度を測 定し、 温度センサ 4 7の測定結果に基づいてヒー トパイプ 5 1 の冷却力 を制御するので、 シール部材 4 7近傍を所望の温度に維持することがで さる。
(第 3の実施の形態）
以下、 本発明の第 3の実施の形態について説明する。 本実施の形態で は、 ウェハ昇降ピン支持台の形状のバリエーショ ンを例示する。 図 9 A 及び図 9 Bは、 本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平 面図及び垂直断面図であり、 図 1 0 A及び図 1 0 Bは、 本実施の形態に 係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図である。
図 9 A及び図 9 Bに示されるよ うに、 ウェハ昇降ピン支持台 4 4は、 平板状かつリ ング状のものを一部切り欠いたような形状に形成されてい てもよい。 また、 図 1 0 A及び図 1 0 Bに示されるよ うに、 ウェハ昇降 ピン支持台 4 4は、 平板状かつ U字状に形成されていてもよい。 これら の形状のウェハ昇降ピン支持台 4 4を使用しても、 第 1及び第 2の実施 の形態と同様の効果が得られる。
なお、 本発明は、 上記実施の形態の記載内容に限定されるものではな く、 構造や材質、 各部材の配置等は、 本発明の要旨を逸脱しない範囲で 適宜変更可能である。 第 1及び第 2の実施の形態では、 ウェハ昇降ピン 支持台 4 4及び遮蔽キヤップ 4 8を備えているが、 冷却機構 5 0が備え られていれば、 これらのものを備えなく てもよレ、。 また、 逆に、 ウェハ 昇降ピン支持台 4 4及び遮蔽キヤップ 4 8が備えられていれば、 冷却機 構 5 0を備えなく ともよい。 さらに、 載置部 4 0 Aとシール部材 4 7 と の間にウェハ昇降ピン支持台 4 4及び遮蔽キヤップ 4 8が配設されてい るが、 いずれか一方でもよい。
第 1及び第 2の実施の形態では、 ウェハ昇降ピン支持台 4 4にウェハ 昇降ピン支持台 4 4を冷却する冷却機構が取り付けられていないが、 ゥ ェハ昇降ピン支持台 4 4に冷却機構を取り付けてもよい。 また、 同様に 遮蔽キャップ 4 8に冷却機構を取り付けてもよい。
表 1は、 膜種及びこれらの膜を形成する処理ガスを例示したものであ る。 第 1及び第 2の実施の形態では、 T i C 1 4と N H 3を使用している が、 表 1に示されるような処理ガスも使用することが可能である。
【表 1】
Figure imgf000019_0001
第 1及び第 2の実施の形態では、 載置部 4 O Aを約 3 0 0 4 5 0 °C に加熱しているが、 処理ガスに応じて載置部 4 0 Aの加熱温度を変える ことはいうまでもない。 例えば、 表 1 に示された T a F 5と N H 3 T a C l 5と NH3 T i C l 4と S i H2 C l 2と NH3 T i C l 4と S i H 4と NH3 T i C l 4と S i C l 4と NH3を使用する場合には載置部 4 0 Aが約 3 0 0〜 4 5 0 °Cになるように加熱する。 A 1 (CH3) 3と H 20、 A 1 (C H3) 3と H2 O 2を使用する場合には載置部 4 0 Aが約 1 5 0〜 5 0 0°Cになるよ うに加熱する。 Z r (O - t (C 4H9)) 4と H 20、 Z r (O - t (C 4 H9)) 4と H2O2を使用する場合には載置部 4 0 Aが約 1 5 0〜 3 0 0 °Cになるように加熱する。 T a ( O C 2 H 5 ) 5 と 02、 T a (O C 2 H 5) 5と H20、 T a (O C 2 H 5) 5と H202を使 用する場合には載置部 4 0 Aが約 1 5 0〜 6 0 0°Cになるように加熱す る。
第 1及び第 23の実施の形態では、 T i C 1 4と NH3を交互に供給して 成膜を行っているが、 これらの処理ガスを同時に供給して成膜を行うこ とも可能である。 また、 ウェハ Wを使用しているが、 ガラス基板であつ てもよい。
第 1及び第 2の実施の形態では、成膜装置 1について説明しているが、 基板を加熱して基板に処理を行う装置であれば、 適用することが可能で ある。 具体的には、 例えば、 エッチング装置、 スパッタ リ ング装置、 真 空蒸着装置にも適用することが可能である。 また、 エッチングガスを 2 種以上使用する場合には、 エッチングガス交互に供給しても、 或いは同 時に供給してもよい。 産業上の利用可能性
本発明に係る基板処理装置は、 半導体製造産業において使用すること が可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板を収容する処理室と、
前記処理室に収容された基板を載置する載置台と、
前記載置台内に配設され、 前記基板を加熱する加熱部材と、
前記載置台と前記処理室との間に介在したシール部材と、
前記冷却媒体を備え、 前記冷却媒体の蒸発潜熱により前記シール部材 を冷却する冷却機構と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。
2 . 前記冷却機構は、 前記冷却媒体を収容し、 かつ内部が減圧された気 密容器を備えていることを特徴とするク レーム 1記載の基板処理装置。
3 . 前記シール部材近傍に配設された温度センサと、 前記温度センサの 測定結果に基づいて前記冷却機構を制御する冷却機構制御器とをさらに 具備することを特徴とするク レーム 1記載の基板処理装置。
4 . 前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系をさらに備える ことを特徴とするク レーム 1記載の基板処理装置。
5 . 前記処理ガス供給系は、 異なる処理ガスを前記処理室内に供給する 複数の処理ガス供給系から構成されており、 前記処理ガスが交互に供給 されるように前記各処理ガス供給系を制御する処理ガス供給系制御器を さらに備えていることを特徴とするク レーム 4記載の基板処理装置。
6 . 基板を収容する処理室と、
前記処理室に収容された基板を載置する載置部と前記載置部を支持す る支持部とを備えた載置台と、
前記載置部内に配設され、 前記基板を加熱する加熱部材と、
前記支持部と前記処理室との間に介在したシール部材と、
前記載置部から前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する遮蔽部材と、 を具備することを特徴とする基板処理装置。
7 . 前記遮蔽部材は、 前記載置部の裏面の少なく とも一部を覆っている ことを特徴とするク レーム 6記載の基板処理装置。
8 . 前記基板を昇降させる基板昇降部材をさらに備え、 かつ前記遮蔽部 材は前記基板昇降部材を支持していることを特徴とするク レーム 6記載 の基板処理装置。
9 . 前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系をさらに備える ことを特徴とするクレーム 6記載の基板処理装置。
1 0 . 前記処理ガス供給系は、 異なる処理ガスを前記処理室内に供給す る複数の処理ガス供給系から構成されており、 前記処理ガスが交互に供 給されるよ うに前記各処理ガス供給系を制御する処理ガス供給系制御器 をさらに備えていることを特徴とするク レーム 9記載の基板処理装置。
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