WO2017163409A1 - 基板支持台、基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板支持台、基板処理装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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佐藤　崇之
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate support used for heating a substrate, a substrate processing apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a wafer (substrate) is heated in a substrate processing apparatus and a desired process is performed on the heated wafer.
  • a heater provided on a substrate support susceptor
  • the temperature of the surface of the susceptor on which the wafer is placed becomes uneven, and the wafer placed on the susceptor is not evenly heated or is emitted from the heater. In some cases, the heat escapes to the outer periphery or the lower side of the susceptor and the heating cannot be performed efficiently.
  • Patent Document 1 discloses a susceptor and a semiconductor manufacturing apparatus that reduce the power consumption of a heater by disposing a reflection member that reflects radiant heat from the heater below the heater. Yes.
  • the main object of the present invention is to provide a technique for preventing a reflector deformed by thermal expansion from being damaged by contacting a susceptor made of quartz.
  • an upper susceptor made of quartz a lower susceptor made of quartz, on which a substrate is placed, and a reflector that reflects heat formed by a metal formed in a planar shape.
  • the lower surface of the upper susceptor and the upper surface of the lower susceptor are bonded so as to sandwich the reflector therebetween, and the upper surface of the lower susceptor accommodates the first reflector.
  • a substrate support is provided in which a recess is formed, and a portion of the lower surface of the upper susceptor facing the first recess is processed to roughen the surface.
  • This substrate processing apparatus is configured as an example of a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a substrate processing apparatus 100 according to the present invention.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a processing furnace 202 for plasma processing the wafer 200.
  • the processing furnace 202 is provided with a processing container 203 that constitutes a processing chamber 201.
  • the processing container 203 includes a dome-shaped upper container 210 that is a first container and a bowl-shaped lower container 211 that is a second container.
  • the processing chamber 201 is formed by covering the upper container 210 on the lower container 211.
  • the upper container 210 is made of a non-metallic material such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or quartz (SiO 2 ), for example, and the lower container 211 is made of aluminum (Al), for example.
  • a gate valve 244 is provided on the lower side wall of the lower container 211.
  • the gate valve 244 When the gate valve 244 is open, the wafer 200 can be loaded into the processing chamber 201 via the loading / unloading port 245 using a transfer mechanism (not shown). Alternatively, the wafer 200 can be unloaded out of the processing chamber 201 via the loading / unloading port 245 using a transfer mechanism (not shown).
  • the gate valve 244 is configured to be a gate valve that maintains the airtightness in the processing chamber 201 when the gate valve 244 is closed.
  • the processing chamber 201 includes a plasma generation space 201A in which a resonance coil 212 is provided around as described later, and a substrate processing space 201B that communicates with the plasma generation space 201A and processes the wafer 200.
  • the plasma generation space 201 ⁇ / b> A is a space where plasma is generated, and is a space above the lower end (one-dot chain line) of the resonance coil 212 in the processing chamber 201.
  • the substrate processing space 201 ⁇ / b> B is a space where the wafer 200 is processed with plasma, and is a space below the lower end of the resonance coil 212.
  • a susceptor 217 In the center of the bottom side of the processing chamber 201, a susceptor 217 is disposed as a substrate support portion (substrate placement portion) on which the wafer 200 is placed.
  • the susceptor 217 includes a heater 218 and a reflector (reflecting member) 219, and is made of a non-metallic material member. In this embodiment, it is made of quartz.
  • a susceptor cover for uniformly transferring heat from the susceptor 217 side to the wafer 200 may be provided between the susceptor 217 and the wafer 200.
  • the susceptor cover is made of a non-metallic material such as aluminum nitride (AlN), ceramics, quartz, silicon carbide (SiC).
  • a heater 218 as a heating mechanism is integrally embedded.
  • the heater 218 is configured by a resistance heating type heating element (heater element) formed of, for example, SiC, carbon, nickel, glassy carbon, or the like, and power is supplied from a heater power source 275 via a feed line.
  • the heater 218 is configured to heat the surface of the wafer 200 from, for example, about 25 ° C. to about 700 ° C. when electric power is supplied.
  • a reflector 219 formed in a planar shape is provided below the heater 218 and inside the susceptor 217.
  • the reflector 219 reflects the radiant heat radiated from the heater 218 toward the wafer 200. Thereby, the wafer 200 is efficiently heated.
  • the reflector 219 is made of a highly reflective material that can efficiently reflect the radiant heat radiated from the heater 218. Since a material that does not easily undergo chemical changes at high temperatures and does not easily change reflectivity is required, a metal having a high melting point, such as molybdenum, tungsten, nickel, platinum, palladium, a platinum rhodium alloy, or gold is used.
  • carbon, SiC, or the like can be used for the material of the reflector 219, but the invention according to the present embodiment has a particularly high thermal expansion coefficient or sticks to quartz at a high temperature. It is suitable when using the material which has (for example, the above-mentioned metal).
  • the susceptor 217 is provided with a susceptor elevating mechanism 268 that elevates and lowers the susceptor.
  • the susceptor 217 is provided with a through hole 220, while a wafer push-up pin 266 is provided on the bottom surface of the lower container 211.
  • the through holes 220 and the wafer push-up pins 266 are provided at least at three locations at positions facing each other. When the susceptor 217 is lowered by the susceptor elevating mechanism 268, the wafer push-up pins 266 are configured to penetrate the through hole 220 in a non-contact state with the susceptor 217.
  • a shower head 236 is provided above the processing chamber 201, that is, above the upper container 210.
  • the shower head 236 includes a cap-shaped lid 233, a gas inlet 234, a buffer chamber 237, an opening 238, a shielding plate 240, and a gas outlet 239, and supplies reaction gas into the processing chamber 201. It is configured to be able to.
  • the buffer chamber 237 has a function as a dispersion space for dispersing the reaction gas introduced from the gas introduction port 234.
  • the gas inlet 234 has a downstream end of an oxygen-containing gas supply pipe 232A that supplies oxygen (O 2 ) gas as an oxygen-containing gas, and a hydrogen-containing gas supply that supplies hydrogen (H 2 ) gas as a hydrogen-containing gas.
  • the downstream end of the pipe 232B and an inert gas supply pipe 232C that supplies argon (Ar) gas as an inert gas are connected so as to merge.
  • the oxygen-containing gas supply pipe 232A is provided with an O 2 gas supply source 250A, a mass flow controller 252A as a flow rate control device, and a valve 253A as an on-off valve in order from the upstream side.
  • the hydrogen-containing gas supply pipe 232B is provided with an H 2 gas supply source 250B, a mass flow controller 252B as a flow rate control device, and a valve 253B as an on-off valve in order from the upstream side.
  • the inert gas supply pipe 232C is provided with an Ar gas supply source 250C, a mass flow controller 252C as a flow rate control device, and a valve 253C as an on-off valve in order from the upstream side.
  • a valve 243A is provided on the downstream side where the oxygen-containing gas supply pipe 232A, the hydrogen-containing gas supply pipe 232B, and the inert gas supply pipe 232C merge, and is connected to the upstream end of the gas inlet 234.
  • a reaction gas such as a hydrogen-containing gas or an inert gas can be supplied into the processing chamber 201.
  • a gas exhaust port 235 for exhausting the reaction gas from the processing chamber 201 is provided on the side wall of the lower container 211.
  • the upstream end of the gas exhaust pipe 231 is connected to the gas exhaust port 235.
  • the gas exhaust pipe 231 is provided with an APC (Auto Pressure Controller) 242 as a pressure regulator (pressure regulator), a valve 243B as an on-off valve, and a vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device in order from the upstream side.
  • APC Auto Pressure Controller
  • a spiral resonance coil 212 is provided on the outer periphery of the processing chamber 201, that is, outside the side wall of the upper container 210 so as to surround the processing chamber 201.
  • An RF sensor 272, a high frequency power supply 273 and a frequency matching unit 274 are connected to the resonance coil 212.
  • the high frequency power supply 273 supplies high frequency power to the resonance coil 212.
  • the RF sensor 272 is provided on the output side of the high frequency power supply 273.
  • the RF sensor 272 monitors information on high-frequency traveling waves and reflected waves that are supplied.
  • the frequency matching unit 274 controls the high-frequency power source 273 so that the reflected wave is minimized based on the information on the reflected wave monitored by the RF sensor 272.
  • the resonance coil 212 to which high-frequency power is applied from the high-frequency power source 273 creates a high-frequency electric field in the plasma generation space 201 ⁇ / b> A and excites gases such as oxygen gas and hydrogen gas introduced into the processing chamber 201.
  • the excited gas that is in the form of plasma generates reactive species including the gas element and reactive species such as ions.
  • the controller 221 as a control unit transmits the APC 242, the valve 243B and the vacuum pump 246 through the signal line A, the susceptor lifting mechanism 268 through the signal line B, the heater 275 through the signal line C, and the gate valve 244 through the signal line D.
  • the RF sensor 272, the high frequency power supply 273, and the frequency matching unit 274 are controlled through the line E, and the mass flow controllers 252A, 252B, 252C and the valves 253A, 253B, 253C, 243A are controlled through the signal line F, respectively.
  • the controller 221 is a computer that operates according to a program for controlling the above-described components, and the program can be stored in a computer-readable recording medium.
  • the recording medium is electrically connected to the substrate processing apparatus 100, and the controller 221 of the substrate processing apparatus 100 can read the program from the recording medium and execute the above-described control.
  • the substrate processing process according to this embodiment is performed by the above-described substrate processing apparatus 100 as one process of manufacturing a semiconductor device such as a flash memory.
  • the operation of each unit constituting the substrate processing apparatus 100 is controlled by the controller 221.
  • the wafer 200 is loaded into the processing chamber 201.
  • the susceptor elevating mechanism 268 lowers the susceptor 217 to the transfer position of the wafer 200 and causes the wafer push-up pins 266 to pass through the through holes 220 of the susceptor 217.
  • the wafer push-up pins 266 protrude from the surface of the susceptor 217 by a predetermined height.
  • the gate valve 244 is opened, and the wafer 200 is loaded into the processing chamber 201 from a vacuum transfer chamber (not shown) adjacent to the processing chamber 201 using a transfer mechanism not shown in the drawing.
  • the wafer 200 is supported in a horizontal posture on the wafer push-up pins 266 protruding from the surface of the susceptor 217.
  • the transfer mechanism is retracted out of the processing chamber 201, the gate valve 244 is closed, and the processing chamber 201 is sealed.
  • the susceptor elevating mechanism 268 raises the susceptor 217 so as to be at a predetermined position between the lower end of the resonance coil 212 and the upper end 245A of the carry-in / out port 245. As a result, the wafer 200 is supported on the upper surface of the susceptor 217.
  • the temperature of the wafer 200 carried into the processing chamber 201 is increased.
  • the heater 218 is preheated, and the wafer 200 that has been loaded is held on the susceptor 217 in which the heater 218 is incorporated, so that the wafer 200 is heated to a predetermined value within a range of 150 ° C. to 650 ° C., for example. .
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 through the gas exhaust port 235, and the pressure in the processing chamber 201 is a predetermined value within a range of 0.1 Pa to 1000 Pa.
  • the vacuum pump 246 is operated until at least a substrate unloading process described later is completed.
  • a high-frequency electric field is formed in the plasma generation space 201A, and the doughnut-shaped induction plasma is excited by the electric field at a height corresponding to the electrical midpoint of the resonance coil 212 in the plasma generation space.
  • the plasma oxygen gas is dissociated to generate reactive species such as oxygen active species (radicals) and ions containing oxygen (O).
  • oxygen radicals and ions are uniformly supplied to the surface of the wafer 200, and these react with the silicon film on the wafer 200 to step the silicon film.
  • a high silicon oxide film is formed in the plasma generation space 201A, and the doughnut-shaped induction plasma is excited by the electric field at a height corresponding to the electrical midpoint of the resonance coil 212 in the plasma generation space.
  • the plasma oxygen gas is dissociated to generate reactive species such as oxygen active species (radicals) and ions containing oxygen (O).
  • oxygen radicals and ions are uniformly supplied to the surface of the wafer 200, and these react with the silicon film on the wafer 200 to step the
  • a predetermined processing time for example, 10 to 300 seconds elapses
  • the output of power from the high frequency power supply 273 is stopped, and the plasma discharge in the processing chamber 201 is stopped. Further, the valve 253A is closed, and supply of oxygen gas into the processing chamber 201 is stopped. Thus, the plasma processing process is completed.
  • oxygen gas is supplied to the processing chamber 201 and plasma excitation is performed to oxidize the silicon film on the wafer 200 to form a silicon oxide film.
  • both oxygen gas and hydrogen gas may be supplied.
  • nitrogen (N 2) gas or ammonia (NH 3) gas, or both nitrogen gas and ammonia gas are put into the process chamber 201.
  • the nitriding treatment may be performed by supplying the plasma and exciting these gases.
  • FIG. 2 is a horizontal sectional view of the susceptor 217 and shows a horizontal section at a position where the reflector 219 is provided.
  • the reflector 219 is provided so as to be stored in a space provided inside the susceptor 217. Further, in order to support the space in which the reflector 219 is stored, an outer peripheral portion 217A is provided on the outer periphery of the circular susceptor 217, and a plurality of columnar portions 217B are provided on the inner side.
  • a gap is provided between the reflector 219, the outer peripheral portion 217A, and the columnar portion 217B so as not to contact and damage the outer peripheral portion 217A or the columnar portion 217B. 222 is provided.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view showing structures of the susceptor 217, the heater 218, and the reflector 219 according to the comparative example, and shows a cross section in the vertical direction along the one-dot chain line AA ′ in FIG.
  • the susceptor 217 is configured by laminating an upper quartz plate 217-1, a middle quartz plate 217-2, and a lower quartz plate 217-3 in order from the top.
  • the wafer 200 is placed directly on the upper surface of the upper quartz plate 217-1 or via a susceptor cover or the like.
  • the upper quartz plate 217-1 and the middle quartz plate 217-2 are bonded to the bonding surface 223A formed on the lower surface of the upper quartz plate 217-1 and the bonding surface 223B formed on the upper surface of the middle quartz plate 217-2. Are joined.
  • the middle quartz plate 217-2 and the lower quartz plate 217-3 are bonded to the bonding surface 224A formed on the lower surface of the middle quartz plate 217-2 and the bonding surface 224B formed on the upper surface of the lower quartz plate 217-3. Are joined.
  • a heater storage portion 225 which is a space in which the heater 218 is stored, is formed.
  • the heater 218 is housed in the heater housing 225, and the upper quartz plate 217-1 and the middle quartz plate 217-2 are bonded together, so that the heater 218 is sealed between the two plates. Since the heater 218 is sealed in the susceptor 217, the heater 218 is not in contact with the gas in the processing chamber 201.
  • the heater storage portion 225 is formed in a groove shape or the like according to the shape of the heater 218, for example. However, the shape is not limited to the groove shape, and various shapes can be formed on the middle quartz plate 217-2 according to the shape of the heater 218. It can form as a recessed part.
  • the lower quartz plate 217-3 is formed with a reflector storage portion 226 that is a space in which the reflector 219 is stored.
  • the reflector 219 is stored in the reflector storage unit 226, and the middle quartz plate 217-2 and the lower quartz plate 217-3 are bonded together, so that the reflector 219 is sealed between both plates. Since the reflector 219 is sealed in the susceptor 217 in a vacuum state, the reflector 219 does not come into contact with the gas in the processing chamber 201.
  • the reflector storage portion 226 is formed in the lower quartz plate 217-3 as a recess that matches the shape of the reflector 219 shown in FIG.
  • the susceptor 217 since the susceptor 217 has a structure formed of quartz having a columnar portion 217B and the like inside, the upper quartz plate 217-1 is formed by using a welding technique like a susceptor formed of aluminum, stainless steel, or the like. It is generally difficult to bond the middle quartz plate 217-2 and the lower quartz plate 217-3. Therefore, these quartz plates are bonded to each other using a thermocompression bonding technique.
  • the thermocompression bonding is performed, for example, by pressing the bonded surfaces of these quartz plates to each other with a predetermined pressure for a predetermined time at a high temperature at which the viscosity of the quartz is reduced.
  • the bonding surfaces 223A, 223B, 224A, and 224B are , For example, by polishing, so as to be a transparent and flat surface. Specifically, the entire adhesive surface 223A, the surface excluding the portion of the adhesive surface 223B where the heater accommodating portion 225 is formed, the entire adhesive surface 224A, and the reflector storage portion 226 of the adhesive surface 224B are formed. The surface excluding the portion (that is, the portion corresponding to the outer peripheral portion 217A and the columnar portion 217B) is processed to be a transparent and flat surface.
  • the adhesive surfaces 223A, 223B, 224A, and 224B are formed and thermocompression bonded as in the comparative example, there are the following problems that occur when the reflector 219 expands and deforms due to heat.
  • FIG. 4A is a vertical cross-sectional view of the susceptor 217 and the like showing the state of the reflector 219 during the thermocompression bonding process in the comparative example.
  • the quartz plate is heated to a temperature at which the viscosity of the quartz becomes small.
  • the reflector 219 made of a metal material is also heated, and the metal material causes thermal expansion.
  • the reflector 219 is deformed due to a difference in temperature distribution. For example, as shown in FIG. May be in contact with the adhesive surface 224A.
  • the metal material of the reflector 219 expands greatly, so that contact due to deformation is likely to occur.
  • a broken line circle in FIG. 4A indicates a contact portion 227.
  • a part of the reflector 219 that has contacted the bonding surface 224A is in close contact with the bonding surface 224A, which is a transparent and flat surface. It may be attached.
  • FIG. 4B is a vertical sectional view of the susceptor 217, the heater 218, and the reflector 219 showing the state of the reflector 219 when the susceptor 217 is cooled after the thermocompression bonding process in the comparative example.
  • the reflector 219 contracts to return to the original shape.
  • FIG. 4A when a part of the reflector 219 sticks to the bonding surface 224A, a force to move away from the bonding surface 224A acts on the sticking portion.
  • FIG. 4A when a part of the reflector 219 sticks to the bonding surface 224A, a force to move away from the bonding surface 224A acts on the sticking portion.
  • the surface of the adhesive surface 224A may be peeled off together with the portion where the reflector 219 is attached, and a crack may be generated on the surface of the adhesive surface 224A.
  • the broken-line circle in FIG. 4B shows a crack occurrence location 228.
  • the reflector 219 does not return to its original shape after cooling, and is deformed. Sometimes it will remain.
  • the depth of the reflector storage portion 226 it is conceivable to increase the depth of the reflector storage portion 226 so that the reflector 219 does not contact the bonding surface 224A in the thermocompression bonding step.
  • the columnar portion 217B is thickened so that the susceptor 217 has strength (vacuum resistance strength) to withstand stress applied when the processing chamber 201 is evacuated.
  • the number of reflectors 219 that can be installed is reduced. As a result, the area for reflecting the radiant heat from the heater 218 is reduced, and the efficiency and uniformity of heating by the heater 218 are deteriorated. Therefore, it is desirable to solve the above-mentioned problem without increasing the depth of the reflector storage unit 226.
  • a reflector facing recess 229 is provided on the lower surface of the middle quartz plate 217-2 in the susceptor 217 and facing the reflector storage portion 226.
  • the ceiling surface of the reflector facing recess 229 (the surface facing the reflector storage unit 226) is subjected to a roughening process having a surface roughness of a predetermined level or more.
  • the roughened ceiling surface is shown as a rough ceiling surface 230.
  • the surface roughness of the ceiling rough surface 230 is greater than the surface roughness of at least the transparent and flat surface of the bonding surface 224A. Therefore, as will be described later, compared to the comparative example, the reflector 219 can be prevented from sticking to the lower surface of the middle quartz plate 217-2 during the thermocompression bonding.
  • the reflector facing recess 229 can be formed by grinding the polished bonding surface 224A before the thermocompression bonding step. At this time, a rough surface generated on the inner wall surface of the reflector facing recess 229 by grinding can be used as the ceiling rough surface 230 as it is. Further, since the rough ceiling surface 230 is formed inside the reflector facing recess 229, even after the reflector facing recess 229 is formed, the lower surface of the middle quartz plate 217-2 is left with the ceiling rough surface 230 remaining.
  • the adhesive surface 224A can be formed by polishing. Note that the ceiling rough surface 230 may be formed by other roughening processing techniques such as physical processing such as sand blasting or heat treatment, or chemical processing using hydrogen fluoride.
  • the bottom surface of the reflector storage unit 226 (the surface on which the reflector 219 is placed) may be subjected to a roughening process having a surface roughness of a predetermined level or more.
  • the roughened bottom surface is shown as a bottom rough surface 231.
  • the surface roughness of the bottom rough surface 231 may be the same as that of the ceiling rough surface 230, and may be appropriately selected within the range of the surface roughness values of the ceiling rough surface 230 described above.
  • the reflector housing 226 can be formed by grinding the upper surface of the lower quartz plate 217-3 prior to the thermocompression bonding step.
  • the rough surface generated on the inner wall surface can be used as the bottom rough surface 231 as it is.
  • the polishing process for forming the bonding surface 224B may be performed either before or after the reflector storage portion 226 is formed.
  • the rough bottom surface 231 may be formed by another roughening technique.
  • FIG. 7A is a vertical cross-sectional view of the susceptor 217 and the like showing the state of the reflector 219 during the thermocompression bonding process in this embodiment.
  • FIG. 7B is a vertical cross-sectional view showing the state of the reflector 219 when the susceptor 217 is cooled after the thermocompression bonding step in this embodiment.
  • the reflector 219 heated by thermocompression bonding is deformed due to thermal expansion, and a part of the reflector 219 contacts the rough ceiling surface 230, for example, like a contact location 227 shown in FIG. There is a case.
  • the contact portion 227 is a roughened surface (ceiling rough surface 230). Therefore, sticking of the reflector 219 can be suppressed as compared with the case where it comes into contact with the adhesive surface 224A which is a transparent and flat surface. Therefore, as shown in FIG. 7B, even if the reflector 219 returns to its original shape after cooling, the lower surface of the middle quartz plate 217-2 caused by sticking of the reflector 219 does not peel off or crack. Can be. Further, it is possible to reduce a problem that the reflector 219 does not return to its original shape while sticking after cooling.
  • the reflector 219 can be prevented from sticking to the bottom surface of the reflector storage portion 226 during the thermocompression bonding process. It is possible to reduce problems such as peeling of the surface on the bottom surface of the reflector storage portion 226 after cooling, or returning of the reflector 219 while it is deformed.
  • the reflector is stored so that such contact does not occur. It is not necessary to ensure a large depth of the portion 226. Therefore, the depth of the reflector storage portion 226 can be made smaller than before, so that the vacuum resistance of the susceptor 217 can be improved, and the susceptor 217 can be made thinner.
  • the depth of the reflector facing recess 229 is preferably small from the viewpoint of vacuum resistance. In this embodiment, for example, the thickness is set to 0.2 to 0.4 mm in consideration of processing accuracy.
  • FIG. 8 is a vertical sectional view showing the structures of the susceptor 217, the heater 218, and the reflector 219 according to the present embodiment, and shows a vertical section taken along one-dot chain line AA ′ in FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view in which a part of FIG. 8 is enlarged.
  • symbol as 1st Embodiment or a comparative example is attached
  • This embodiment is a modification of the above-described first embodiment, and the reflector facing recess 229 in the first embodiment is not provided.
  • the lower surface of the middle quartz plate 217-2 and the portion facing the reflector storage portion 226 is subjected to a roughening process having a surface roughness of a predetermined level or more.
  • the lower surface of the roughened middle quartz plate 217-2 is shown as the upper rough surface 232.
  • the surface roughness of the upper rough surface 232 is the same as that of the ceiling rough surface 230 in the first embodiment. That is, the surface roughness of the ceiling rough surface 230 is greater than the surface roughness of at least the transparent and flat surface of the bonding surface 224A. Therefore, it is possible to prevent the reflector 219 from sticking to the lower surface of the middle quartz plate 217-2 during the thermocompression bonding. In order to more reliably prevent the reflector 219 from sticking, it is desirable that the surface roughness of the upper rough surface 232 be Ra ⁇ 0.1 ⁇ m.
  • the reflector facing recess 229 is not provided as in the first embodiment. Therefore, in order to form the upper rough surface 232, for example, sandblasting or heat treatment or the like is performed on the portion of the bonding surface 224A that has been polished and opposed to the reflector storage portion 226 before the thermocompression bonding step. It is preferable to use a means capable of performing a partial roughening process such as a general process or a chemical process using hydrogen fluoride. However, other methods such as forming the adhesive surface 224A by first forming the upper rough surface 232 and then polishing the lower surface of the middle quartz plate 217-2 leaving only that surface may be used.
  • the vacuum resistance strength of the susceptor 217 can be further improved than in the first embodiment, and the susceptor 217 can be further improved. It can also be formed thin.
  • the invention according to the present application can also be applied to other processes.
  • the present invention can be applied to an apparatus for supplying a source gas and a reactive gas to form a film on a substrate, or performing a substrate process such as a heat treatment, an annealing process, an ashing process, or an etching process.
  • Substrate processing apparatus 200 ... wafer, 201 ... processing chamber, 217 ... susceptor, 218 ... heater, 219: Reflector, 221 ... Controller

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Abstract

[課題]　 熱膨張により変形したリフレクタが、石英で形成されたサセプタに接触することによりサセプタを破損させることを防止する技術を提供する。 [解決手段]　 基板が上部に載置される、石英で構成された上側サセプタと、石英で構成された下側サセプタと、面状に形成された金属により構成された熱を反射するリフレクタと、を有し、上側サセプタの下面と下側サセプタの上面はその間にリフレクタを挟むように接着されており、下側サセプタの上面にはリフレクタを収容する第１の凹部が形成されており、上側サセプタの下面であって第１の凹部に対向する部分は表面を粗面化する加工が施されている基板支持台を提供する。

Description

基板支持台、基板処理装置および半導体装置の製造方法
　本発明は、基板を加熱するために用いられる基板支持台、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
　半導体装置の製造工程では、基板処理装置においてウエハ（基板）を加熱し、加熱されたウエハに対して所望の処理を行う工程が行われる。ウエハを加熱する手段としては、例えば基板支持台（サセプタ）に設けられたヒータを用いられる。しかしながら、サセプタに設けられたヒータによりウエハを加熱する場合、ウエハが載置されるサセプタ表面の温度にムラが生じ、サセプタに載置されるウエハが均一に加熱されない場合や、ヒータから放射される熱がサセプタの外周や下方に逃げてしまい効率的に加熱が行えない場合があった。
　上述の課題を解決するため、例えば特許文献１には、ヒータの下部にヒータからの輻射熱を反射させる反射部材を配置することにより、ヒータの電力消費を低減するサセプタ及び半導体製造装置が開示されている。
ＷＯ２００４／０９５５６０号公報
　しかしながら、ヒータの下部に反射部材（リフレクタ）を備えるサセプタを構成する場合、熱膨張により変形したリフレクタが、石英で形成されたサセプタに接触することによって両者間の張り付きが発生し、サセプタが破損してしまうという課題があった。
　本発明の主な目的は、熱膨張により変形したリフレクタが、石英で形成されたサセプタに接触することによりサセプタを破損させることを防止する技術を提供することである。
　本発明によれば、基板が上部に載置される、石英で構成された上側サセプタと、石英で構成された下側サセプタと、面状に形成された金属により構成された熱を反射するリフレクタと、を有し、前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面は、その間に前記リフレクタを挟むように接着されており、前記下側サセプタの上面には、前記リフレクタを収容する第１の凹部が形成されており、前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分は表面を粗面化する加工が施されている基板支持台が提供される。
　本発明によれば、熱膨張により変形したリフレクタが、石英で形成されたサセプタに接触することによりサセプタを破損させることを防止する技術が提供される。
本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の概略を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るサセプタの、リフレクタが設けられた位置における水平断面図である。 本発明に対する比較例に係るサセプタの垂直断面図である。 本発明に対する比較例に係るサセプタの垂直断面図であって、（A）は加熱圧着工程をおこなっている際のリフレクタの状態を示す図であり、（B）は加熱圧着工程後に冷却されたリフレクタの状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るサセプタの全体構造を示す垂直断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサセプタの一部を拡大した垂直断面図（拡大図）である。 本発明の第１の実施形態に係るサセプタの垂直断面図であって、（A）は加熱圧着工程をおこなっている際のリフレクタの状態を示す図であり、（B）は加熱圧着工程後に冷却されたリフレクタの状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るサセプタの全体構造を示す垂直断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るサセプタの一部を拡大した垂直断面図（拡大図）である。
　以下、本発明の好ましい実施形態（第１の実施形態）について図面を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
　まず、第１の実施形態で好適に使用される基板処理装置について説明する。この基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
　下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し成膜処理等をおこなう装置を使用した場合について述べる。図１は、本発明に係る基板処理装置１００の概略を示す断面図である。
　基板処理装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
　また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているとき、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１内へウエハ２００を搬入できる。または、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１外へとウエハ２００を搬出することができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となるように構成されている。
　処理室２０１は、後述するように周囲に共振コイル２１２が設けられているプラズマ生成空間２０１Ａと、プラズマ生成空間２０１Ａに連通し、ウエハ２００が処理される基板処理空間２０１Ｂと、を有する。プラズマ生成空間２０１Ａはプラズマが生成される空間であって、処理室２０１の内、共振コイル２１２の下端（一点鎖線）より上方の空間を言う。一方、基板処理空間２０１Ｂはウエハ２００がプラズマで処理される空間であって、共振コイル２１２の下端より下方の空間を言う。
（サセプタ）
　処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板支持部（基板載置部）としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ヒータ２１８とリフレクタ（反射部材）２１９を内蔵しており、非金属材料の部材により構成されている。本実施形態では石英で形成されている。また、サセプタ２１７とウエハ２００との間には、サセプタ２１７側からの熱をウエハ２００へ均一に伝えるためのサセプタカバーを設けることもできる。サセプタカバーは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の非金属材料から形成されている。
　サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれている。ヒータ２１８は、例えばＳｉＣ、カーボン、ニッケル、ガラス状カーボン等により形成された抵抗加熱型の発熱素子（ヒータエレメント）により構成され、フィード線を介してヒータ電源２７５から電力が供給される。ヒータ２１８は、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃から７００℃程度まで加熱することができるように構成されている。
　ヒータ２１８の下部であってサセプタ２１７内部には、さらに面状に形成されたリフレクタ２１９が設けられている。リフレクタ２１９は、ヒータ２１８から放射される輻射熱をウエハ２００の方向へ反射する。これにより、ウエハ２００は効率よく加熱される。リフレクタ２１９は、ヒータ２１８から放射された輻射熱を効率よく反射できるような、反射率の高い材料が使用される。高温で化学変化を起こしにくい、反射率が変化しにくい材料が求められるため、融点の高い金属、例えばモリブデンやタングステン、ニッケル、白金、パラジウム、白金ロジウム合金、金などが用いられる。なお、リフレクタ２１９の材料にはこの他にカーボンやＳｉＣ等を用いることもできるが、本実施形態に係る発明は特に、熱膨張率が大きかったり、高温下において石英に張り付いてしまったりする特性を有する材料（例えば上述の金属）を用いる場合に好適である。
　サセプタ２１７には、サセプタを昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。そしてサセプタ２１７には貫通孔２２０が設けられ、一方、下側容器２１１の底面にはウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２２０とウエハ突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２２０を突き抜けるように構成されている。
　本実施形態におけるサセプタ２１７、ヒータ２１８、リフレクタ２１９の詳細な構造については更に後述する。
（ガス供給部）
　処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
　ガス導入口２３４には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２Ａの下流端と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２Ｂの下流端と、不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する不活性ガス供給管２３２Ｃと、が合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２Ａには、上流側から順に、Ｏ２ガス供給源２５０Ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２Ａ、開閉弁としてのバルブ２５３Ａが設けられている。水素含有ガス供給管２３２Ｂには、上流側から順に、Ｈ２ガス供給源２５０Ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２Ｂ、開閉弁としてのバルブ２５３Ｂが設けられている。不活性ガス供給管２３２Ｃには、上流側から順に、Ａｒガス供給源２５０Ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２Ｃ、開閉弁としてのバルブ２５３Ｃが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２Ａと水素含有ガス供給管２３２Ｂと不活性ガス供給管２３２Ｃとが合流した下流側には、バルブ２４３Ａが設けられ、ガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３Ａ，２５３Ｂ，２５３Ｃ，２４３Ａを開閉させることによって、マスフローコントローラ２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃ，２３２を介して，酸素含有ガス，水素含有ガス，不活性ガス等の反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
（排気部）
　下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応ガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２、開閉弁としてのバルブ２４３Ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。
（プラズマ生成部）
　処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３と周波数整合器２７４が接続される。高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ２７２は高周波電源２７３の出力側に設けられている。ＲＦセンサ２７２は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。周波数整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２７３を制御するものである。
　高周波電源２７３から高周波電力を印加された共振コイル２１２は、プラズマ生成空間２０１Ａ内に高周波電界を形成し、処理室２０１内に導入された酸素ガスや水素ガス等のガスを励起する。励起されプラズマ状となったガスは当該ガス元素を含む活性種やイオン等の反応種を生成する。
（制御部）
　制御部としてのコントローラ２２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３Ｂおよび真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ２７５を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３および周波数整合器２７４を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃおよびバルブ２５３Ａ，２５３Ｂ，２５３Ｃ，２４３Ａを、各々制御するように構成されている。
　コントローラ２２１は上述の各構成を制御するためのプログラムによって動作するコンピュータであり、当該プログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納され得る。また、当該記録媒体は、基板処理装置１００に電気的に接続され、基板処理装置１００のコントローラ２２１は当該記録媒体から当該プログラムを読み取って、上述の制御を実行することが可能である。
（２）基板処理工程
　次に、第１の実施形態において好適に実施される基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述の基板処理装置１００により実施される。なお以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２２１により制御される。 
（基板搬入工程）
　まず、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２２０にウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。 
　続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１に隣接 する真空搬送室（図示せず）から処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送機構を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプ タ昇降機構２６８が、共振コイル２１２の下端と搬入出口２４５の上端２４５Ａ の間の所定の位置となるよう、サセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。
（昇温・真空排気工程）
　続いて、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の昇温を行う。ヒータ２１８は予め加熱されており、ヒータ２１８が内蔵されたサセプタ２１７上に、搬入されたウエハ２００を保持することで、例えば１５０℃以上６５０℃以下の範囲内の所定値にウエハ２００を加熱する。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気口２３５を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を０．１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程が終了するまで作動させておく。 
（反応ガス供給工程）
　次に、反応ガスとしての酸素ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３Ａを開け、マスフローコントローラ２５２Ａにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内への酸素ガスの供給を開始する。このとき、酸素ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程の終了時まで酸素ガスの供給を継続する。 
（プラズマ処理工程）
　処理室２０１内の圧力が安定したら、共振コイル２１２に対して高周波電源２７３から整合器２７２を介して、高周波電力の印加を開始する。 
  これにより、プラズマ生成空間２０１Ａ内に高周波電界が形成され、係る電界で、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。プラズマ状の酸素ガスは解離し、酸素（Ｏ）を含む酸素活性種（ラジカル）、イオン等の反応種を生成する。基板処理空間２０１Ｂでサセプタ２１７上に保持されているウエハ２００には、酸素ラジカルとイオンがウエハ２００表面に均一に供給され、これらがウエハ２００上のシリコン膜と反応して、シリコン膜をステップカバレッジの高いシリコン酸化膜に改質する。
　その後、所定の処理時間、例えば１０秒から３００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３Ａを閉めて、酸素ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程が終了する。 
（真空排気工程）
　所定の処理時間が経過して酸素ガスの供給を停止したら、ガス排気口２３５を介して処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内の酸素ガスや、酸素ガスが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
（基板搬出工程）
　処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
　なお、本実施形態では、処理室２０１に酸素ガスを供給してプラズマ励起することにより、ウエハ２００上のシリコン膜に対して酸化処理を行いシリコンの酸化被膜を形成したが、処理室２０１に供給されプラズマ励起されるガスとしては、酸素ガスと水素ガスを共に供給するようにしてもよい。また、シリコン膜の酸化処理による酸化被膜形成ではなく、窒化処理による窒化被膜を形成する場合には、窒素（Ｎ２）ガス若しくはアンモニア（ＮＨ３）ガス、又は窒素ガスとアンモニアガスを共に処理室２０１に供給して、これらのガスをプラズマ励起することにより窒化処理を行うようにしてもよい。
〔サセプタ２１７の構造〕
　続いて第１の実施形態におけるサセプタ２１７、ヒータ２１８およびリフレクタ２１９の構造について、比較例と比較しながら説明する。
　図２はサセプタ２１７の水平断面図であり、リフレクタ２１９が設けられた位置の水平方向の断面を示している。水平断面に示される構造については、本実施形態と比較例は同様である。リフレクタ２１９は、サセプタ２１７の内部に設けられた空間に格納されるように設けられている。また、リフレクタ２１９が格納される空間を支持するために、円形のサセプタ２１７の外周には外周部２１７Ａが設けられ、内側には複数の柱状部２１７Ｂが設けられている。リフレクタ２１９が熱により膨張・変形した場合に、外周部２１７Ａや柱状部２１７Ｂと接触してこれらを損傷させないようにするため、リフレクタ２１９と、外周部２１７Ａ及び柱状部２１７Ｂの間には、それぞれ隙間２２２が設けられている。
（比較例）
　図３は、比較例に係るサセプタ２１７、ヒータ２１８及びリフレクタ２１９の構造を示す垂直断面図であり、図２における一点鎖線Ａ－Ａ´における垂直方向の断面を示している。
　サセプタ２１７は、上部から順番に、上部石英プレート２１７－１、中部石英プレート２１７－２、下部石英プレート２１７－３が積層されることにより構成されている。上部石英プレート２１７－１の上面に直接、又はサセプタカバー等を介して、ウエハ２００が載置される。上部石英プレート２１７－１と中部石英プレート２１７－２は、上部石英プレート２１７－１の下面に形成された接着面２２３Ａと中部石英プレート２１７－２の上面に形成された接着面２２３Ｂが接着されることにより接合されている。中部石英プレート２１７－２と下部石英プレート２１７－３は、中部石英プレート２１７－２の下面に形成された接着面２２４Ａと下部石英プレート２１７－３の上面に形成された接着面２２４Ｂが接着されることにより接合されている。
　中部石英プレート２１７－２には、ヒータ２１８が格納される空間であるヒータ格納部２２５が形成されている。ヒータ格納部２２５内にヒータ２１８が格納され、上部石英プレート２１７－１と中部石英プレート２１７－２が接着されることで、両プレートの間にヒータ２１８が密封される。ヒータ２１８はサセプタ２１７内に密封されるため、処理室２０１内のガスと接触しないようになっている。ヒータ格納部２２５は、例えばヒータ２１８の形状に合わせて溝形状等に形成されるが、溝形状に限らず、ヒータ２１８の発熱素子の形状に応じて、中部石英プレート２１７－２に様々な形状の凹部として形成することができる。
　下部石英プレート２１７－３には、リフレクタ２１９が格納される空間であるリフレクタ格納部２２６が形成されている。リフレクタ格納部２２６内にリフレクタ２１９が格納され、中部石英プレート２１７－２と下部石英プレート２１７－３が接着されることで、両プレートの間にリフレクタ２１９が密封される。リフレクタ２１９はサセプタ２１７内に真空状態で密封されるため、処理室２０１内のガスと接触しないようになっている。なお、リフレクタ格納部２２６は、図２に示されたリフレクタ２１９の形状に合わせた凹部として下部石英プレート２１７－３に形成されている。
　ここで、サセプタ２１７は内側に柱状部２１７Ｂ等を有する石英で形成された構造であるため、例えばアルミやステンレス等によって形成されるサセプタのように、溶接技術を用いて上部石英プレート２１７－１、中部石英プレート２１７－２および下部石英プレート２１７－３を接着させることは一般的に困難である。そこで、これらの石英プレートは加熱圧着の手法を用いて互いに接着される。加熱圧着は、例えば石英の粘度が小さくなる程度の高温で、これらの石英プレートの接着面を所定の時間、所定の圧力で互いに押し付けることにより行う。加熱圧着を用いて石英同士を実質的に境目なく一体化させるには、温度と圧力と時間に加え、接合面の平坦度が重要な要素となるため、接着面２２３Ａ、２２３Ｂ、２２４Ａ、２２４Ｂは、例えば研磨加工により、透明で平坦な面となるように加工される。具体的には、接着面２２３Ａの全面と、接着面２２３Ｂのヒータ収納部２２５が形成された部分を除いた面と、接着面２２４Ａの全面と、接着面２２４Ｂのリフレクタ格納部２２６が形成された部分を除いた面（すなわち外周部２１７Ａと柱状部２１７Ｂに対応する部分）は、透明で平坦な面となるように加工される。　しかしながら、比較例のように接着面２２３Ａ、２２３Ｂ、２２４Ａ、２２４Ｂを形成し加熱圧着を行う場合、リフレクタ２１９が熱で膨張・変形することにより発生する以下のような課題がある。
　図４（Ａ）は、比較例において、加熱圧着工程をおこなっている際のリフレクタ２１９の状態を示すサセプタ２１７等の垂直断面図である。加熱圧着する場合、石英の粘度が小さくなる程度の温度まで石英プレートが加熱されるが、その際、金属材料により構成されたリフレクタ２１９も加熱され、その金属材料は熱膨張を起こす。この時、面状に形成されたリフレクタ２１９を完全に均一に加熱することは困難であるため、リフレクタ２１９は温度分布の差によって変形してしまい、例えば図４（Ａ）に示すようにリフレクタ２１９の一部が接着面２２４Ａに接触する場合がある。特に、加熱圧着する際の温度が高温である場合、リフレクタ２１９の金属材料が大きく熱膨張するため、変形による接触は発生しやすい。（図４（Ａ）の破線の円は接触箇所２２７を示している。）さらに、接着面２２４Ａに接触したリフレクタ２１９の一部は、透明で平坦な面である接着面２２４Ａに密着し、張り付いてしまう場合がある。
　図４（Ｂ）は、比較例において、加熱圧着工程後に、サセプタ２１７を冷却した際のリフレクタ２１９の状態を示すサセプタ２１７、ヒータ２１８及びリフレクタ２１９の垂直断面図である。加熱圧着工程が終わり冷却されると、リフレクタ２１９は収縮して元の形状に戻ろうとする。その際、図４（Ａ）のようにリフレクタ２１９の一部が接着面２２４Ａに張り付いている場合、張り付いた部分には接着面２２４Ａから離れようとする力が働くが、その結果、図４（Ｂ）に示すように、リフレクタ２１９の張り付いた部分とともに接着面２２４Ａの表面が剥がれてしまい、接着面２２４Ａの表面にクラックが生じさせてしまうことがある。（図４（Ｂ）の破線の円はクラック発生箇所２２８を示している。）また、加熱圧着工程の際に張り付きが生じたことにより、冷却後もリフレクタ２１９が元の形状に戻らず、変形したままとなってしまうこともある。
　接着面２２４Ａにクラックが生じた場合、ヒータ２１８から放射される輻射熱の透過を阻害して不均一に反射させるだけでなく、前述の基板処理工程において処理室２０１内を真空排気した際などに、リフレクタ格納部２２６内と処理室２０１内の圧力差、またはヒータ格納部２２５との圧力差によってサセプタ２１７の内部に発生する応力がクラックに集中し、サセプタ２１７が破損してしまう可能性もある。
　上述の課題を解決する手法としては、加熱圧着工程において、リフレクタ２１９が接着面２２４Ａに接触しないようにリフレクタ格納部２２６の深さを大きくすることが考えられる。しかし、リフレクタ格納部２２６の深さを大きくとる場合、処理室２０１内を真空排気した際などにかかる応力に耐えるための強度（耐真空強度）をサセプタ２１７に持たせるため、柱状部２１７Ｂを太くしたり、数を増やしたりする必要があり、設置できるリフレクタ２１９の面積が小さくなってしまう。その結果、ヒータ２１８からの輻射熱を反射する面積が減ることになり、ヒータ２１８による加熱の効率や均一性が悪くなる。従って、リフレクタ格納部２２６の深さを大きくせずに、上述の課題を解決することが望ましい。
（第１の実施形態）
　続いて上述の比較例に対する第１の実施形態について図５、図６及び図７（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。図５は、本実施形態に係るサセプタ２１７、ヒータ２１８及びリフレクタ２１９の構造を示す垂直断面図であり、図２における一点鎖線Ａ－Ａ´における垂直方向の断面を示している。図６は、図５の一部を拡大した拡大断面図である。なお、比較例と同一の構成には比較例と同一の符号を付している。
　本実施形態では、サセプタ２１７における中部石英プレート２１７－２の下面であって、リフレクタ格納部２２６と対向する部分にリフレクタ対向凹部２２９を備えている。リフレクタ対向凹部２２９の天井面（リフレクタ格納部２２６に対向する面）は、所定以上の面粗さを有する粗面化加工が施されている。図６には粗面化された天井面が天井粗面２３０として示されている。
　天井粗面２３０の面粗さは、少なくとも接着面２２４Ａが有する透明で平坦な面の面粗さよりも大きい。従って、後述するように、比較例に比べて、加熱圧着の際にリフレクタ２１９が中部石英プレート２１７－２の下面に張り付いてしまうことを抑制することができる。接着面２２４Ａの面粗さは、加熱圧着工程により接着面２２４Ｂと接着し易いように、例えばＲａ≦０．０５μｍの範囲であり、本実施形態における天井粗面２３０の面粗さはこの接着面２２４Ａのものよりも大きくなるように構成されている。リフレクタ２１９の張り付きをより確実に防止するためには、天井粗面２３０の面粗さをＲａ≧０．１μｍとすることが望ましい。例えば本実施形態ではＲａ＝約２μｍとしている。
　リフレクタ対向凹部２２９は、加熱圧着工程の前に、研磨加工された接着面２２４Ａを研削することにより形成することができる。この際、研削加工によってリフレクタ対向凹部２２９の内壁面に生じる粗面を天井粗面２３０としてそのまま用いることができる。また、天井粗面２３０はリフレクタ対向凹部２２９の内側に形成されているため、リフレクタ対向凹部２２９を形成した後であっても、天井粗面２３０を残したまま中部石英プレート２１７－２の下面を研磨加工することにより接着面２２４Ａを形成することが可能である。なお、天井粗面２３０は、例えば、サンドブラストや熱処理等の物理的な加工処理や、フッ化水素による化学処理など、他の粗面化加工技術により形成されても良い。
　また、リフレクタ格納部２２６の底面（リフレクタ２１９が載置される面）には、所定以上の面粗さを有する粗面化加工が施されていてもよい。図６には粗面化された底面が底粗面２３１として示されている。底粗面２３１が設けられることにより、加熱圧着の際にリフレクタ２１９がリフレクタ格納部２２６の底面に張り付いてしまうことを抑制することができる。　底粗面２３１の面粗さは天井粗面２３０と同じであってもよく、また、上述した天井粗面２３０の面粗さの値の範囲において適宜選択することもできる。また、リフレクタ格納部２２６は、リフレクタ対向凹部２２９と同様に、加熱圧着工程の前に、下部石英プレート２１７－３の上面を研削することにより形成することができ、この際にリフレクタ格納部２２６の内壁面に生じる粗面を底粗面２３１としてそのまま用いることができる。接着面２２４Ｂを形成するための研磨加工は、リフレクタ格納部２２６を形成する前後のどちらで行っても良い。また、天井粗面２３０と同様に、他の粗面化加工技術により底粗面２３１を形成してもよい。
　図７（A）は、本実施形態において、加熱圧着工程をおこなっている際のリフレクタ２１９の状態を示す、サセプタ２１７等の垂直断面図である。同様に図７（Ｂ）は、本実施形態において、加熱圧着工程後にサセプタ２１７を冷却した際のリフレクタ２１９の状態を示す垂直断面図である。本実施形態の場合においても、加熱圧着により加熱されたリフレクタ２１９は熱膨張による変形し、例えば図７（Ａ）に示す接触箇所２２７のように、リフレクタ２１９の一部が天井粗面２３０に接触する場合がある。しかし、本実施形態においては、変形したリフレクタ２１９が中部石英プレート２１７－２の下面に接触したとしても、接触箇所２２７が粗面化された面（天井粗面２３０）であるため、加熱圧着のために透明で平坦な面になっている接着面２２４Ａに接触する場合よりも、リフレクタ２１９が張り付いてしまうことを抑制することができる。従って、図７（Ｂ）に示されているように、冷却後にリフレクタ２１９が元の形状に戻っても、リフレクタ２１９の張り付きによって生じる中部石英プレート２１７－２の下面の剥れやクラックが起こらないようにすることができる。さらに、リフレクタ２１９が冷却後も張り付いたまま元の形状に戻らないといった不具合を減らすことができる。
　なお、上述の説明では、サセプタ２１７の加熱圧着工程でリフレクタ２１９が変形する場合について述べたが、加熱圧着工程以外であっても、リフレクタ２１９が高温で加熱されることで変形する可能性がある場合には、サセプタ２１７を本実施形態のように構成することによって、クラックなどの破損の発生を抑止できるという効果がある。
　さらに、リフレクタ２１９が載置されている底粗面２３１も粗面化されていることによって、加熱圧着工程の際にリフレクタ２１９がリフレクタ格納部２２６の底面に張り付くことを抑制することができるので、冷却後にリフレクタ格納部２２６の底面で表面剥れが起こったり、リフレクタ２１９が変形したまま戻らなかったりといった不具合を減らすことができる。
　また、本実施形態においては、変形したリフレクタ２１９が中部石英プレート２１７－２の下面に接触したとしても、リフレクタ２１９の張り付きを抑制することができるので、このような接触が発生しないようにリフレクタ格納部２２６の深さを大きく確保する必要がない。従って、リフレクタ格納部２２６の深さを従来よりも小さくして、サセプタ２１７の耐真空強度を向上させることができると共に、サセプタ２１７をより薄く形成することも可能となる。なお、リフレクタ対向凹部２２９の深さは、耐真空強度の観点からは小さい方が望ましい。本実施形態では加工精度を考慮して例えば０．２～０．４ｍｍとしている。
（第２の実施形態）
　続いて第２の実施形態について図８および図９を用いて説明する。図８は、本実施形態に係るサセプタ２１７、ヒータ２１８及びリフレクタ２１９の構造を示す垂直断面図であり、図２における一点鎖線Ａ－Ａ´における垂直方向の断面を示している。図９は、図８の一部を拡大した拡大断面図である。なお、第１の実施形態又は比較例と同一の構成には第１の実施形態又は比較例と同一の符号を付している。
　本実施形態は前述の第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態におけるリフレクタ対向凹部２２９が設けられていない。本実施形態では、中部石英プレート２１７－２の下面であってリフレクタ格納部２２６に対向する部分に、所定以上の面粗さを有する粗面化加工が施されている。図９には粗面化された中部石英プレート２１７－２の下面が上部粗面２３２として示されている。
　上部粗面２３２の面粗さは、第１の実施形態における天井粗面２３０と同様である。すなわち、天井粗面２３０の面粗さは、少なくとも接着面２２４Ａが有する透明で平坦な面の面粗さよりも大きい。従って、加熱圧着の際にリフレクタ２１９が中部石英プレート２１７－２の下面に張り付いてしまうことを抑制することができる。リフレクタ２１９の張り付きをより確実に防止するためには、上部粗面２３２の面粗さをＲａ≧０．１μｍとすることが望ましい。
　本実施形態では、第１の実施形態のようにリフレクタ対向凹部２２９を設けない。従って、上部粗面２３２を形成するためには、加熱圧着工程の前に、研磨加工された接着面２２４Ａであってリフレクタ格納部２２６に対向する部分に対して、例えば、サンドブラストや熱処理等の物理的な加工処理や、フッ化水素による化学処理など、部分的な粗面化加工を行うことのできる手段を用いるのが好適である。但し、上部粗面２３２を先に形成した後に、その面のみを残して中部石英プレート２１７－２の下面を研磨することにより接着面２２４Ａを形成するなど、他の手法を用いることもできる。
　本実施形態によれば、第１の実施形態におけるリフレクタ対向凹部２２９が設けられていないので、第１の実施形態よりもさらにサセプタ２１７の耐真空強度を向上させることができると共に、サセプタ２１７をより薄く形成することも可能となる。
　なお上述ではシリコン膜に対する酸化処理や窒化処理などの改質処理を行う実施形態について記したが、本願に係る発明は他の処理にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスを供給して、基板に膜を形成する処理や、熱処理、アニール処理や、アッシング処理、エッチング処理などの基板処理を行う装置にも適用することができる。
　本発明によれば、熱膨張により変形したリフレクタが、石英で形成されたサセプタに接触することによりサセプタを破損させることを防止する技術が提供される。
１００・・・基板処理装置、
２００・・・ウエハ、
２０１・・・処理室、
２１７・・・サセプタ、
２１８・・・ヒータ、
２１９・・・リフレクタ、
２２１・・・コントローラ

Claims (17)

  1. 　基板が上部に載置される、石英で構成された上側サセプタと、
    　石英で構成された下側サセプタと、
    　面状に形成された金属により構成された熱を反射するリフレクタと、を有し、
    　前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面は、その間に前記リフレクタを挟むように接着されており、
    　前記下側サセプタの上面には、前記リフレクタを収容する第１の凹部が形成されており、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分は表面を粗面化する加工が施されている基板支持台。
  2. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタの内部には熱を放射する発熱素子が設けられ、
    　前記リフレクタは、前記発熱素子から放射される熱を反射するよう構成されている。
  3. 　請求項２に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタは、
    　前記基板が上部に載置される上部プレートと、
    　前記下側サセプタと接着される下部プレートと、
    　前記上部プレートと前記下部プレートの間に挟まれるように設けられる前記発熱素子と、を有する。
  4. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタと前記下側サセプタは、研磨加工された前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面を加熱圧着することにより接着されており、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分の表面粗さは、研磨加工された前記上側サセプタの下面の表面粗さよりも大きい。
  5. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分の表面粗さは０．１μｍ以上である。
  6. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分には第２の凹部が形成され、前記第２の凹部の内面であって前記第１の凹部に対向する部分は粗面化されている。
  7. 　請求項６に記載の基板支持台であって、前記第２の凹部及び前記第２の凹部の内面であって前記第１の凹部に対向する粗面化された面は、研削加工により形成される。
  8. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記第１の凹部の底面は粗面化されている。
  9. 　請求項８に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタと前記下側サセプタは、
    　研磨加工された前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面を加熱圧着することにより接着されており、
    　前記第１の凹部の底面の表面粗さは、研磨加工された前記下側サセプタの上面の表面粗さよりも大きい。
  10. 　請求項８に記載の基板支持台であって、
    　前記第１の凹部及び前記第１の凹部の粗面化された底面は、研削加工により形成される。
  11. 　請求項８に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分の表面粗さは、前記第１の凹部の底面の表面粗さと実質的に同一である。
  12. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分と、前記上側サセプタの下面であって前記下側サセプタと接着された接着面は同一平面を成している。
  13. 　請求項１２に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタと前記下側サセプタは、研磨加工された前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面を加熱圧着することにより接着されており、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分の表面粗さは、研磨加工された前記上側サセプタの下面の表面粗さよりも大きい。
  14. 　請求項１２に記載の基板支持台であって、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分の表面粗さは０．１μｍ以上である。
  15. 　請求項１に記載の基板支持台であって、
    　前記リフレクタはモリブデン又はタングステンにより構成される。
  16. 　基板が載置される基板支持台を備える基板処理装置であって、
    　前記基板支持台は、
    　前記基板が上部に載置される、石英で構成された上側サセプタと、
    　前記上側サセプタの内部又は前記上側サセプタと前記基板との間に設けられた熱を放射する発熱素子と、
    　石英で構成された下側サセプタと、面状に形成された金属により構成された、前記発熱素子から放射される熱を反射するリフレクタと、を有し、
    　前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面は、その間に前記リフレクタを挟むように接着されており、
    　前記下側サセプタの上面には、前記リフレクタを収容する第１の凹部が形成されており、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分は表面を粗面化する加工が施されている。
  17. 　基板支持台の上面に基板を載置する工程と、
    　前記基板支持台の上面に載置された前記基板を加熱する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
    　前記基板支持台は、
    　前記基板が上部に載置される、石英で構成された上側サセプタと、
    　石英で構成された下側サセプタと、
    　面状に形成された金属により構成された熱を反射するリフレクタと、を有し、
    　前記上側サセプタの下面と前記下側サセプタの上面は、その間に前記リフレクタを挟むように接着されており、
    　前記下側サセプタの上面には、前記リフレクタを収容する第１の凹部が形成されており、
    　前記上側サセプタの下面であって前記第１の凹部に対向する部分は表面を粗面化する加工が施されている、
    　半導体装置の製造方法。
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