WO2023218963A1 - 加熱装置及び基板処理装置 - Google Patents

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栄之輔 津田
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Definitions

  • the present disclosure relates to a heating device and a substrate processing device.
  • a mounting table structure is provided at the bottom of a processing container included in a processing apparatus.
  • the mounting table structure includes a mounting table for mounting and supporting a semiconductor wafer.
  • the mounting table is composed of a mounting table main body made of thick and transparent quartz, and a heat diffusion plate made of an opaque dielectric material different from the mounting table main body and provided on the upper surface side of the mounting table main body.
  • a heating means is embedded in the mounting table main body.
  • the heating means has a heater wire made of carbon wire, and is provided in a predetermined pattern over substantially the entire surface of the mounting table main body.
  • the technology according to the present disclosure improves the in-plane uniformity of heating of the substrate by the heating device without increasing the thickness of the heating device that heats the mounted substrate.
  • One aspect of the present disclosure is a heating device that heats a substrate mounted directly or indirectly through another member, the heating device including a linear heater and a side facing the substrate from a side opposite to the substrate side.
  • a base member having a groove in which the heater is fixed, the groove having a contact portion on the front side that contacts the heater, and a non-contact portion that does not contact the heater. It is a heating device that has a on the back side.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a film forming apparatus as a substrate processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the mounting table in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the base material. It is a figure for explaining the dimensions of a base material.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing modification example 1 of the mounting table.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a second modification of the mounting table.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing modification example 1 of the groove.
  • FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing a second modification of the groove.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a film forming apparatus as a substrate processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the mounting table in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third modification of the mounting table.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of a simulation performed regarding the temperature of the mounting surface for a wafer when the mounting surface for the wafer is heated by a heater inside the mounting table.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of a simulation performed regarding the temperature of the mounting surface for a wafer when the mounting surface for the wafer is heated by a heater inside the mounting table.
  • various substrate treatments such as film formation processing to form a predetermined film are performed on a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a "wafer").
  • This substrate processing is performed with the substrate placed on the mounting surface of the mounting table in the reduced pressure processing container.
  • substrate processing may be performed with the substrate heated.
  • heating of the substrate is performed by a heating device.
  • the heating device has a base material formed in a plate shape and a heater formed in a linear shape and placed inside the base material, and by heating the base material with the heater, the temperature of the base material, which is a mounting surface, is increased.
  • the substrate placed on the top surface is heated, or the substrate is heated via another member that has a placement surface and is disposed on the base material.
  • the portion of the substrate directly above the heater may become hotter than the surrounding area. That is, a temperature distribution having the same shape as the arrangement pattern of the heaters may occur on the substrate. As a result, the arrangement pattern of the heaters may be transferred to the processing results of the substrate.
  • the above-mentioned problems may occur in terms of responsiveness of heating of the substrate by the heater. Such thickening is not preferable.
  • the technology according to the present disclosure improves the in-plane uniformity of heating the substrate by the heating device without increasing the thickness of the heating device that heats the substrate placed on it.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a film forming apparatus as a substrate processing apparatus according to the present embodiment, and shows a part of the film forming apparatus in cross section.
  • the film forming apparatus 1 in FIG. 1 is configured to process a wafer W as a substrate (specifically, perform a film forming process) and form a predetermined film on the wafer W.
  • the film forming apparatus 1 includes a processing container 10 and a mounting table 30 as a heating device.
  • the processing container 10 has a mounting table 30 installed therein, and is configured to be able to be depressurized.
  • the processing container 10 has a container body 10a formed into a cylindrical shape with a bottom, for example.
  • the container body 10a is formed using, for example, a metal material.
  • a loading/unloading port 11a for the wafer W is provided in the side wall 11 of the container body 10a, and a gate valve 12 for opening/closing the loading/unloading port 11a is provided at the loading/unloading port 11a.
  • An exhaust port 13a is formed in the bottom wall 13 of the container body 10a. Further, one end of an exhaust pipe 20 is connected to the exhaust port 13a. The other end of the exhaust pipe 20 is connected to an exhaust mechanism 21 having a vacuum pump or the like.
  • the mounting table 30 includes a base material 31, a heater 32, and a lid member 33.
  • the base material 31 is formed into a plate shape (specifically, a disk shape), and in this example, its upper surface constitutes a mounting surface 31a on which the wafer W is mounted.
  • the base material 31 is made of a metal material with high thermal conductivity (for example, aluminum).
  • the heater 32 is a linear sheath heater.
  • One or more heaters 32 are disposed inside the base material 31 (specifically, inside a groove 31b described below) along the plate surface of the base material 31.
  • a plurality of heaters 32 are arranged in a spiral shape in a plan view, and in the case of a plurality of heaters 32, each heater 32 is arranged in an annular shape and concentrically.
  • the heaters 32 are arranged at equal intervals in a vertical cross-sectional view of the base material 31.
  • the heater 32 is connected to a heater power source 40.
  • the heater power source 40 is controlled by a control unit U, which will be described later.
  • the lid member 33 is formed in a plate shape (specifically, a disk shape), and closes the opening of a groove 31b, which will be described later, in the base material 31.
  • the lid member 33 is made of, for example, a metal material (for example, aluminum).
  • a high frequency power source 50 for supplying high frequency power for bias is connected to the mounting table 30.
  • the high frequency power source 50 is connected to, for example, the lid member 33 of the mounting table 30.
  • the mounting table 30 is formed with a plurality of through holes 30a that penetrate in the vertical direction.
  • a lift pin 60 which will be described later, is inserted into each through hole 30a. A more detailed structure of the mounting table 30 will be described later.
  • the mounting table 30 is supported, for example, by a support member 35 erected at the center of the bottom of the processing container 10. Further, the mounting table 30 receives a lift pin 60 that is inserted into the above-described through hole 30a.
  • the lift pins 60 are for transferring the wafer W between the mounting table 30 and a wafer transport device (not shown) inserted into the processing container 10 from outside the processing container 10 .
  • This lift pin 60 is configured to be able to protrude from the mounting surface 31a of the mounting table 30 through the through hole 30a.
  • the processing container 10 has a top wall member 10b that closes the upper opening of the container body 10a.
  • the top wall member 10b is connected to the upper end of the container body 10a via an insulating member 10c having electrical insulation properties.
  • the ceiling wall member 10b is formed using, for example, a metal material, and has a shower head 70 that injects processing gas into the processing space S.
  • gas diffusion chambers 71a and 71b are provided within the shower head 70.
  • the processing gas introduced into the gas diffusion chambers 70a, 70b is diffused in the horizontal direction within the gas diffusion chambers 70a, 70b, and then passed through the injection holes 72a, 72b, which are communicated with the gas diffusion chambers 70a, 70b, respectively. and is injected into the processing space S.
  • a plurality of injection holes 72a and 72b are each provided.
  • Each of the gas diffusion chambers 70a and 70b has one end connected to a supply mechanism (not shown) having a supply source of film forming gas, etc., and the other end of a supply pipe (not shown) connected to the other end.
  • a sealing member 10d such as an O-ring is provided between the ceiling wall member 10b and the insulating member 10c to maintain airtightness. Further, a high frequency power source 51 for supplying high frequency power for plasma generation is connected to the ceiling wall member 10b via a matching circuit 52.
  • a support member 80 and a moving mechanism 81 are provided for the lift pin 60.
  • Support member 80 supports lift pin 60.
  • the support member 80 is formed, for example, in an annular shape in a plan view.
  • the moving mechanism 81 raises and lowers the lift pin 60 by raising and lowering the support member 80.
  • the moving mechanism 81 has a drive source (not shown) such as a motor that generates a drive force to move the support member 80 up and down.
  • the film forming apparatus 1 configured as described above is provided with a control unit U.
  • the control unit U is constituted by a computer including a processor such as a CPU and a memory, and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores a program for realizing processing of the wafer W by the film forming apparatus 1.
  • the above program may be one that has been recorded on a computer-readable storage medium, and may have been installed in the control unit U from the storage medium. Further, the storage medium may be temporary or non-temporary.
  • FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the mounting table 30.
  • FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the base material 31.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the dimensions of the base material 31.
  • the mounting table 30 includes the base material 31, the heater 32, and the lid member 33. As shown in FIGS. 2 and 3, the base material 31 has a groove 31b in which the heater 32 is fixed.
  • the groove 31b is recessed from the side opposite to the wafer W side of the base material 31 toward the wafer W side, that is, recessed upward from the lower surface 31c of the base material 31 facing the mounting surface 31a. is formed.
  • the shape of the groove 31b in plan view corresponds to the arrangement pattern of the heater 32, for example, a spiral shape or an annular shape (specifically, a circular shape) centered on the center of the base material 31 circular).
  • This groove 31b has a contact portion 100 that contacts the heater 32 on the front side, that is, on the lower side, and has a non-contact portion 110 that does not contact the heater 32 on the back side, that is, on the upper side.
  • the contact portion 100 is formed, for example, so that most of it is in contact with the heater 32.
  • the contact portion 100 is open on the front side and the back side, that is, the lower side and the upper side, and forms a space S1 in which at least half of the heater 32 is accommodated.
  • the heater 32 is positioned in the vertical direction inside the base material 31 by the rear end, that is, the upper end of the contact portion 100.
  • the non-contact portion 110 is formed so that its entirety does not come into contact with the heater 32 at all.
  • This non-contact portion 110 forms a space S2 with an open front side, that is, a lower side. Specifically, the space S2 is open toward the space S1.
  • the non-contact portion 110 is formed to be further recessed from the inner end, that is, the upper end, of the contact portion 100 that is recessed from the lower surface of the base material 31.
  • the space S2 formed by the non-contact portion 110 has, for example, a rectangular shape in a cross-sectional view (that is, a longitudinal cross-sectional view) in the extending direction of the groove 31b.
  • the space S1 formed by the contact portion 100 has a shape, for example, in which a semicircle is connected to the upper end of a rectangle in a longitudinal cross-sectional view.
  • the lid member 33 is fixed to the base material 31 in such a manner that it closes the lower opening of the groove 31b and crushes the heater 32 between the contact portion 100 and the lid member 33. .
  • the base material 31 and the lid member 33 are fixed by, for example, brazing.
  • the heater 32 has, for example, a circular cross-sectional shape in a state where no external pressure such as crushing from the lid member 33 is applied.
  • the diameter of the heater 32 in a longitudinal section view means the diameter of the heater 32 in a longitudinal section view in a state where the above-mentioned external pressure is not applied.
  • the diameter R (see FIG. 4) of the heater 32 in a longitudinal cross-sectional view is, for example, 5 mm to 10 mm. Further, in a longitudinal cross-sectional view, the distance L1 between adjacent heaters 32 is, for example, 1.5 times or more the diameter R of the heaters 32.
  • the width H1 of the space S1 formed by the contact portion 100 of the groove 31b of the base material 31 is approximately equal to the diameter R of the heater 32.
  • the depth D1 of the contact portion 100 is such that when the heater 32 is accommodated in the groove 31b and the opening of the groove 31b is not covered by the lid member 33, a portion of the heater 32 is The depth is such that it protrudes from the lower surface 31c of the base material 31.
  • the width H2 of the open portion on the front side, that is, the lower side, of the space S2 formed by the non-contact portion 110 is, for example, 15% or more of the diameter (i.e., thickness) R of the heater 32, and more preferably It is 75% or more.
  • the width H2 is preferably 90% or less of the diameter of the heater 32.
  • the depth D2 of the non-contact portion 110 is, for example, 20 to 100% of the diameter R of the heater 32.
  • the distance L2 from the upper end of the non-contact part 110 to the surface on the wafer W side, that is, the mounting surface 31a is, for example, 15% to 60% of the diameter R of the heater 32. is 1 mm to 4 mm. By setting the distance L2 to 4 mm or less, the thickness of the mounting table 30 can be suppressed.
  • Step S1 Placement
  • the wafer W is placed on the mounting surface 31a of the mounting table 30.
  • the gate valve 12 provided at the loading/unloading port 11a of the wafer W of the processing container 10 is opened, and the loading/unloading port 11a is opened from a transfer chamber (not shown) in a vacuum atmosphere adjacent to the processing container 10.
  • a transport mechanism (not shown) holding the wafer W is inserted into the processing chamber 10 in a vacuum atmosphere.
  • the wafer W is transported above the mounting table 30.
  • the wafer W is transferred onto the lifted lift pins 60, and then the transfer mechanism is taken out from the processing container 10, and the gate valve 12 is closed.
  • the lift pins 60 are lowered, and the wafer W is placed on the mounting surface 31a of the mounting table 30 whose temperature is adjusted to a predetermined temperature by the heater 32.
  • the heater 32 is provided in the groove 31b, and the non-contact portion 110 exists between the heater 32 and the surface of the base material 31 on the wafer W side, that is, the mounting surface 31a.
  • the upper part of the heater 32 near the mounting surface 31a does not contact the base material 31. Therefore, almost no heat from the upper part of the heater 32 is transmitted to the mounting surface 31a.
  • the portion of the heater 32 that comes into contact with the base material 31 is other than the upper portion. Since the portion of the heater 32 other than the upper portion is far from the mounting surface 31a, the heat from the portion is easily spread in the horizontal direction and then transmitted to the mounting surface 31a.
  • the placement surface 31a is heated more uniformly within the surface by the heater 32, and the placement surface 31a is heated more uniformly within the surface.
  • the placed wafer W is also heated more uniformly within the surface.
  • Step S2 Film formation
  • processing gas including film-forming gas is supplied from the shower head 70, high-frequency power for biasing is supplied from the high-frequency power supply 50, and high-frequency power for plasma generation is supplied from the high-frequency power supply 51.
  • the wafer W is processed by the plasma of the processing gas, and a predetermined film is formed on the wafer W.
  • the supply of processing gas from the shower head 70, the high frequency power for bias from the high frequency power supply 50, and the supply of high frequency power for plasma generation from the high frequency power supply 51 are stopped.
  • the wafer W is carried out from the processing container 10 in the reverse order of step S1.
  • the in-plane uniformity of heating of the wafer W placed on the mounting table 30 by the mounting table 30 can be improved. That is, it is possible to prevent the arrangement pattern of the heaters 32 from being transferred to the temperature distribution of the wafer W heated by the mounting table 30 or the film formation result of the wafer W.
  • the above-described in-plane uniformity of heating can be improved without increasing the thickness of the mounting table 30. Therefore, due to the thickening of the mounting table 30, - Decrease in the responsiveness of heating the wafer W by the heater 32; ⁇ Deterioration in handling of the mounting table 30, - Increased cost of the mounting table 30, ⁇ Increase in energy consumption, etc. can be suppressed. Furthermore, since the mounting table 30 can be prevented from becoming thicker, the space inside the processing container 10 in which the mounting table 30 is installed can be effectively utilized.
  • FIG. 5 is a partially enlarged sectional view showing Modification Example 1 of the mounting table.
  • the mounting table 30 is the heating device itself according to the present disclosure, and the upper surface of the base material 31 of the mounting table 30 is the mounting surface 31a for the wafer W, and the wafer is directly placed on the mounting table 30, that is, the heating device. W was placed there.
  • the mounting table 30A in FIG. 5 includes a heating device 200 having a base material 31, a heater 32, and a lid member 33, and a static stand which is an example of another member having a mounting surface 211 on which the wafer W is mounted.
  • the electrostatic chuck 210 is fixed to the surface of the heating device 200 on the wafer W side, that is, the upper surface 201 of the base material 31. That is, the wafer W is indirectly placed on the heating device 200 via the electrostatic chuck 210 . Then, this heating device 200 heats the wafer W indirectly placed on the heating device 200.
  • the electrostatic chuck 210 is a member that attracts and holds the wafer W placed on the mounting surface 211 by electrostatic force. This is a low plate-like member in which an electrode for electrostatic adsorption is embedded. Therefore, the temperature distribution on the mounting surface 211 of the electrostatic chuck 210 has the same shape as the arrangement pattern of the heaters 32, and the temperature of the wafer W placed on the mounting surface 211 may become non-uniform within the surface. In contrast, in this example, since the heating device 200 has the above-mentioned groove 31b in the base material 31, the in-plane uniformity of heating by the heating device 200 of the wafer W indirectly placed on the heating device 200 is improved. can do.
  • FIG. 6 is a partially enlarged sectional view showing a second modification of the mounting table.
  • an exhaust path 300 is formed in the base material 31B.
  • One end of the exhaust path 300 communicates with the space S2 formed by the non-contact portion 110 of the groove 31b, and the other end of the exhaust path 300 communicates with an exhaust mechanism 311 having a vacuum pump or the like via an exhaust pipe 310. It is connected to the. Thereby, the inside of space S2 can be exhausted. Therefore, the upper part of the heater 32 and the non-contact portion 110 of the groove 31b can be vacuum-insulated. Therefore, local heating of the base material 31B directly above the heater 32 can be further suppressed. Therefore, according to this example, the in-plane uniformity of heating of the wafer W placed on the mounting table 30B by the mounting table 30B can be further improved.
  • FIGS. 7 and 8 are partially enlarged cross-sectional views showing Modification 1 and Modification 2 of the groove in which the heater 32 is fixed, respectively.
  • the space S2 formed by the non-contact portion 110 of the groove 31b had the same horizontal width in the lower open portion and the upper portion when viewed in longitudinal section.
  • the space S2 formed by the non-contact portion 401 of the groove 400 of the base material 31C has a width in the horizontal direction in a longitudinal cross-sectional view that is larger than that of the lower open part. Portions can be large. Thereby, the heat from the heater 32 can be spread more horizontally before being transmitted to the mounting surface 31a, and the in-plane uniformity of heating can be further improved.
  • the width H3 of the upper part of the space S2 is such that the distance L3 between the adjacent spaces S2 is larger than the diameter of the heater 32, and is 120% of the diameter R of the heater 32. It is preferable that it is below. Thereby, it is possible to suppress the formation pattern of the space S2 in plan view from being transferred to the temperature distribution of the wafer W heated by the mounting table having the grooves 400, etc.
  • the space S2 formed by the non-contact portion 501 of the groove 500 of the base material 31D is formed such that the width in the horizontal direction increases toward the back side, that is, toward the top, in a longitudinal cross-sectional view. You can leave it there.
  • the heat from the heater 32 can be spread more horizontally before being transmitted to the mounting surface 31a, and the in-plane uniformity of heating can be further improved.
  • the width H4 of the upper end of the space S2 is such that the distance L3 between adjacent spaces S2 is larger than the diameter R of the heater 32, and is 120% or less of the diameter R of the heater 32. It is preferable that there be. Thereby, it is possible to suppress the formation pattern of the space S2 in a plan view from being transferred to the temperature distribution of the wafer W heated by the mounting table having the grooves 500, etc.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a third modification of the mounting table.
  • the heater 32 was a sheath heater, but in this example, the heater 32E is a linear cartridge heater.
  • the mounting table 30C of this example includes one heater 32E that is a cartridge heater, a support member 600, and a base material 31E.
  • the support member 600 is erected at the center of the bottom of the processing container 10 and supports the base material 31E.
  • the lower part of the heater 32E is fixed within the support member 600, and the upper part thereof is fixed within the base material 31E.
  • the base material 31E has a groove 610 in which the upper part of the heater 32E is fixed.
  • the groove 610 has a contact portion 611 on the lower side that contacts the heater 32E, and a non-contact portion 612 on the upper side that does not contact the top of the heater 32E.
  • the heater 32E When the heater 32E is provided as in this example, only the central portion of the mounting surface 31a may become locally hot. However, in this example, a non-contact portion 612 is provided above the groove 610 in which the heater 32E is fixed. Therefore, almost no heat from the center of the upper end surface of the heater 32E is transmitted to the mounting surface 31a. Therefore, according to this example, it is possible to prevent only the central portion of the mounting surface 31a from becoming locally heated.
  • Test example The present inventors simulated the temperature of the mounting surface for a wafer when the mounting surface for the wafer was heated by a heater inside the mounting table.
  • 10 and 11 are diagrams showing the results of the above simulation, respectively.
  • FIG. 10 shows the results of Test Example 1
  • FIG. 11 shows the results of Test Example 2.
  • FIG. 10 and FIG. 11 show the temperature of the mounting surface in shading; the higher the temperature, the darker it is, and the lower the temperature, the lighter it is.
  • Test Example 1 and Test Example 2 differ only in the structure of the groove of the mounting table.
  • the mounting table in Test Example 2 has the groove 31b shown in FIG. 4, whereas the mounting table in Test Example 1 has a groove that does not have the non-contact part 110, the heater contacts the entire groove, and the upper part of the heater was also in contact with the ditch.
  • the mounting table in Test Example 1 will also be explained using the same reference numerals as the mounting table 30 in Test Example 2.
  • the main simulation conditions other than the structure of the groove 31b are as follows.
  • ⁇ Material of base material 31 of mounting table 30 Aluminum ⁇ Type of heater 32: Sheath heater ⁇ Distance from mounting surface 31a of mounting table 30 to upper end of heater 32: 3.5 mm ⁇ Cross-sectional shape of heater 32: circular ⁇ Diameter of heater 32: 6.5 mm - Arrangement pattern of heater 32: one in an annular shape centered on the center of mounting surface 31a - Width H2 of space S2 in test example 2: 5 mm - Distance L2 from the upper end of the non-contact part 110 to the mounting surface 31a in Test Example 2: 1.5 mm - Distance L3 from the innermost part of the groove 31b to the upper end of the heater 32 in Test Example 2: 2 mm
  • the technology according to the present disclosure was applied to a heating device that heats a substrate placed directly or indirectly through another member.
  • the technology according to the present disclosure can also be applied to a heating device that heats an object to be heated that comes into contact with the object directly or indirectly through another member.

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Abstract

直接的または他の部材を介して間接的に載置される基板を加熱する加熱装置であって、線状のヒータと、前記基板側とは反対側から前記基板側に向けて凹み、内部に前記ヒータが固定される溝を有する基材と、を有し、前記溝は、前記ヒータと接触する接触部を手前側に有し、前記ヒータと接触しない非接触部を奥側に有する、加熱装置である。

Description

加熱装置及び基板処理装置
 本開示は、加熱装置及び基板処理装置に関する。
 特許文献1には、処理装置が有する処理容器内の底部には載置台構造が設けられている。載置台構造は、半導体ウェハを載置して支持するための載置台を備える。載置台は、肉厚で透明な石英よりなる載置台本体と、載置台本体の上面側に設けられて載置台本体とは異なる不透明な誘電体よりなる熱拡散板とにより構成されている。載置台本体内には、加熱手段が埋め込むようにして設けられている。加熱手段は、カーボン線よりなるヒータ素線を有しており、載置台本体の略全面に亘って所定のパターン形状に設けられている。
特開2011-54838号公報
 本開示にかかる技術は、載置される基板を加熱する加熱装置を厚くせずに、当該加熱装置による基板の加熱の面内均一性を改善する。
 本開示の一態様は、直接的または他の部材を介して間接的に載置される基板を加熱する加熱装置であって、線状のヒータと、前記基板側とは反対側から前記基板側に向けて凹み、内部に前記ヒータが固定される溝を有する基材と、を有し、前記溝は、前記ヒータと接触する接触部を手前側に有し、前記ヒータと接触しない非接触部を奥側に有する、加熱装置である。
 本開示にかかる技術によれば、載置される基板を加熱する加熱装置を厚くせずに、当該加熱装置による基板の加熱の面内均一性を改善することができる。
本実施形態にかかる基板処理装置としての成膜装置の構成の概略を模式的に示す説明図である。 図1の載置台の部分拡大断面図である。 基材の部分拡大断面図である。 基材の寸法を説明するための図である。 載置台の変形例1を示す部分拡大断面図である。 載置台の変形例2を示す部分拡大断面図である。 溝の変形例1を示す部分拡大断面図である。 溝の変形例2を示す部分拡大断面図である。 載置台の変形例3を示す断面図である。 載置台の内部のヒータでウェハに対する載置面を加熱したときの当該載置面の温度について行ったシミュレーションの結果を示す図である。 載置台の内部のヒータでウェハに対する載置面を加熱したときの当該載置面の温度について行ったシミュレーションの結果を示す図である。
 半導体デバイス等の製造プロセスでは、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)等の基板に対して、所定の膜を形成する成膜処理等の各種基板処理が行われる。この基板処理は、減圧された処理容器内の載置台の載置面に基板が載置された状態で行われる。
 また、基板処理は、基板を加熱した状態で行われる場合がある。この場合、基板の加熱は加熱装置により行われる。加熱装置は、板状に形成された基材と、線状に形成され基材内に配置されるヒータとを有し、ヒータにより基材を加熱することにより、載置面である基材の上面に載置された基板を加熱し、または、載置面を有すると共に基材上に配設された他の部材を介して基板を加熱する。
 しかし、この加熱装置により加熱する場合、基板におけるヒータの直上の部分が周囲より高温となってしまうことがある。すなわち、ヒータの配設パターンと同形状の温度分布が基板に生じてしまうことがある。そして、その結果、ヒータの配設パターンが、基板の処理結果に転写されてしまうことがある。
 ヒータが内部に配置される基材を厚くすること等により、加熱装置による基板の加熱の面内均一性の改善を図ることはできるが、ヒータによる基板の加熱の応答性等の面で上述のような厚型化は好ましくない。
 そこで、本開示にかかる技術は、載置される基板を加熱する加熱装置を厚くせずに、当該加熱装置による基板の加熱の面内均一性を改善する。
 以下、本実施形態にかかる加熱装置及び基板処理装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<成膜装置>
 図1は、本実施形態にかかる基板処理装置としての成膜装置の構成の概略を模式的に示す説明図であり、成膜装置の一部を断面で示している。
 図1の成膜装置1は、基板としてのウェハWを処理し(具体的には成膜処理し)、当該ウェハW上に所定の膜を形成するように構成されている。
 成膜装置1は、処理容器10と、加熱装置としての載置台30とを有する。
 処理容器10は、その内部に載置台30が設置されるものであり、減圧可能に構成されている。この処理容器10は、例えば有底の円筒状に形成された容器本体10aを有する。
 容器本体10aは例えば金属材料を用いて形成される。容器本体10aの側壁11には、ウェハWの搬入出口11aが設けられており、この搬入出口11aには、当該搬入出口11aを開閉するゲートバルブ12が設けられている。
 容器本体10aの底壁13には、排気口13aが形成されている。また、排気口13aには、排気管20の一端が接続されている。排気管20の他端は、真空ポンプ等を有する排気機構21に接続されている。
 載置台30は、基材31と、ヒータ32と、蓋部材33とを有する。
 基材31は、板状(具体的には円板状)に形成されており、本例において、その上面が、ウェハWが載置される載置面31aを構成する。基材31は、熱伝導率が高い金属材料(例えばアルミニウム)から形成されている。
 ヒータ32は、線状に形成されたシースヒータである。ヒータ32は、基材31の内部(具体的には後述の溝31bの内部)に、基材31の板面に沿って1本または複数本配設されている。ヒータ32は、1本の場合、例えば複数本が平面視渦巻き状に配置され、複数本の場合、それぞれ環状且つ同心となるように配置される。これによりヒータ32が基材31の縦断面視において等間隔で並ぶようになっている。ヒータ32はヒータ電源40に接続されている。ヒータ電源40は後述の制御部Uに制御される。
 蓋部材33は、板状(具体的には円板状)に形成されており、基材31の後述の溝31bの開口を塞ぐ。蓋部材33は、例えば金属材料(例えばアルミニウムから形成されている)。
 また、載置台30には、バイアス用の高周波電力を供給するための高周波電源50が接続されている。高周波電源50は具体的には例えば載置台30の蓋部材33に接続されている。
 さらに、載置台30には、上下方向に貫通する貫通孔30aが複数形成されている。各貫通孔30aには後述のリフトピン60が挿通される。
 載置台30のより詳細な構造は後述する。
 載置台30は、例えば、処理容器10の底部中央に立設された支持部材35により支持されている。
 また、載置台30に対して、上述の貫通孔30aに挿通されるリフトピン60が受けられている。リフトピン60は、処理容器10の外部から当該処理容器10内に挿入されるウェハ搬送装置(図示せず)と載置台30との間でウェハWを受け渡すためのものである。このリフトピン60は、載置台30の載置面31aから貫通孔30aを介して突出可能に構成されている。
 また、処理容器10は、容器本体10aの上部開口を塞ぐ天壁部材10bを有する。天壁部材10bは、電気的絶縁性を有する絶縁部材10cを介して容器本体10aの上端に接続されている。
 天壁部材10bは、例えば金属材料を用いて形成され、処理空間Sに処理ガスを噴射するシャワーヘッド70を有する。シャワーヘッド70内には例えばガス拡散室71a、71bが設けられている。ガス拡散室70a、70bに導入された処理ガスは、当該ガス拡散室70a、70b内で水平方向に拡散された後、当該ガス拡散室70a、70bにそれぞれ連通された噴射孔72a、72bを介して、処理空間Sに噴射される。噴射孔72a、72bはそれぞれ複数設けられている。ガス拡散室70a、70bはそれぞれ、成膜ガスの供給源等を有する供給機構(図示せず)が一端に接続された供給管(図示せず)の他端に接続されている。
 天壁部材10bと絶縁部材10cとの間には、気密性を維持するため、Oリング等のシール部材10dが設けられている。
 さらに、天壁部材10bには、プラズマ生成用の高周波電力を供給するための高周波電源51がマッチング回路52を介して接続されている。
 さらに、成膜装置1では、リフトピン60に対し、支持部材80と、移動機構81とが設けられている。支持部材80は、リフトピン60を支持する。支持部材80は例えば平面視円環状に形成されている。移動機構81は、支持部材80を昇降させることによりリフトピン60を昇降させる。移動機構81は、支持部材80を昇降させるための駆動力を発生するモータ等の駆動源(図示せず)を有する。
 以上のように構成される成膜装置1には、制御部Uが設けられている。制御部Uは、例えばCPU等のプロセッサやメモリを備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、成膜装置1によるウェハWの処理を実現するためのプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部Uにインストールされたものであってもよい。また、上記記憶媒体は、一時的なものであっても、非一時的なものであってもよい。
<載置台30>
 続いて、載置台30の構造の詳細について説明する。図2は、載置台30の部分拡大断面図である。図3は、基材31の部分拡大断面図である。図4は、基材31の寸法を説明するための図である。
 前述のように、載置台30は、基材31と、ヒータ32と、蓋部材33とを有する。
 基材31は、図2及び図3に示すように、内部にヒータ32が固定される溝31bを有する。
 溝31bは、断面視において、基材31におけるウェハW側とは反対側からウェハW側に向けて凹むように、すなわち、基材31の載置面31aと対向する下面31cから上方に凹むように形成されている。なお、溝31bの平面視における形状は、図示は省略するが、ヒータ32の配設パターンに対応した形状であり、例えば基材31の中心を中心とした渦巻き状または環状(具体的には円環状)である。
 この溝31bは、ヒータ32と接触する接触部100を手前側すなわち下側に有し、ヒータ32と接触しない非接触部110を奥側すなわち上側に有する。
 接触部100は例えばその大部分がヒータ32と接触するように形成されている。この接触部100は、手前側及び奥側すなわち下側及び上側が開放されヒータ32の少なくとも半分が収容される空間S1を形成する。ヒータ32は、接触部100の奥側端部すなわち上端部により、基材31の内部において上下方向に関し位置決めされる。
 非接触部110はその全体がヒータ32と全く接触しないように形成されている。この非接触部110は、手前側すなわち下側が開放された空間S2を形成する。空間S2は具体的には空間S1に向けて開放されている。
 言い換えると、非接触部110は、基材31の下面から凹む接触部100の奥端部すなわち上端部からさらに凹むように形成されている。
 また、非接触部110が形成する空間S2は、溝31bの延在方向の断面視(すなわち縦断面視)において、例えば、矩形状である。なお、接触部100が形成する空間S1は、縦断面視において、例えば、矩形の上端に半円を接続したような形状である。
 蓋部材33は、図2に示すように、溝31bの下側の開口を塞ぎ且つ接触部100と当該蓋部材33の間でヒータ32を圧し潰すような状態で、基材31に固定される。基材31と蓋部材33との固定は例えばロウ付けにより行われる。
 ヒータ32は、図3に示すように、蓋部材33等による圧し潰すような外圧が作用していない状態において、例えば断面視円形状である。なお、以下において、「縦断面視におけるヒータ32の直径」とは、上述の外圧が作用していない状態での縦断面視におけるヒータ32の直径を意味する
 続いて、縦断面視における基材31及びヒータ32の寸法の例について説明する。
 縦断面視におけるヒータ32の直径R(図4参照)は、例えば5mm~10mmである。また、縦断面視において、隣り合うヒータ32間の距離L1は、例えばヒータ32の直径Rの1.5倍以上である。
 縦断面視において、基材31の溝31bの接触部100が形成する空間S1の幅H1は、ヒータ32の直径Rに略等しい。
 また、縦断面視において、接触部100の深さD1は、溝31bにヒータ32が収まっている状態且つ溝31bの開口が蓋部材33に塞がれていない状態で、ヒータ32の一部が基材31の下面31cから突出するような深さである。
 一方、縦断面視において、非接触部110が形成する空間S2の、手前側すなわち下側の開放部分の幅H2は、例えばヒータ32の直径(すなわち太さ)Rの15%以上、より好ましくは75%以上である。ただし、基材31内におけるヒータ32の上下方向の位置決めのため、上記幅H2は、ヒータ32の直径の90%以下であることが好ましい。
 また、縦断面視において、非接触部110の深さD2は、例えば、ヒータ32の直径Rの20~100%である。
 さらに、縦断面視において、非接触部110の上端からウェハW側の面すなわち載置面31aまでの距離L2は、例えば、ヒータ32の直径Rの15%~60%であり、より具体的には、1mm~4mmである。上記距離L2を4mm以下とすることにより載置台30の厚さを抑えることができる。
<ウェハWの処理>
 続いて、成膜装置1によるウェハWの処理の一例を説明する。なお、このウェハWの処理は、制御部Uの制御の下、行われる。
(ステップS1:載置)
 まず、載置台30の載置面31aにウェハWが載置される。
 具体的には、例えば、処理容器10のウェハWの搬入出口11aに設けられたゲートバルブ12が開かれ、処理容器10に隣接する真空雰囲気の搬送室(図示せず)から、搬入出口11aを介して、ウェハWを保持した搬送機構(図示せず)が真空雰囲気の処理容器10内に挿入される。そして、ウェハWが、載置台30の上方に搬送される。次いで上昇したリフトピン60の上にウェハWが受け渡され、その後、上記搬送機構は処理容器10から抜き出され、ゲートバルブ12が閉じられる。それと共に、リフトピン60の下降が行われ、ヒータ32により所定の温度に調整された載置台30の載置面31a上にウェハWが載置される。
 上述のように、ヒータ32は溝31b内に設けられており、基材31のウェハW側の面すなわち載置面31aとヒータ32との間には非接触部110が存在する。言い換えると、載置面31aに近いヒータ32の上部は基材31と接触しない。そのため、ヒータ32の上部からの熱は載置面31aにほとんど伝わらない。
 また、ヒータ32のうち、基材31と接触するのは、上部以外の部分である。ヒータ32の上部以外の部分は、載置面31aから遠いため、当該部分からの熱は水平方向に拡散されてから載置面31aに伝わりやすい。
 したがって、非接触部110が存在せずヒータ32の上部と基材31とが接触する比較の形態に比べて、ヒータ32により載置面31aがより面内均一に加熱され、載置面31aに載置されたウェハWもより面内均一に加熱される。
(ステップS2:膜形成)
 その後、ウェハW上に所定の膜が形成される。
 具体的には、例えば、シャワーヘッド70からの成膜ガスを含む処理ガスの供給、高周波電源50からのバイアス用の高周波電力、高周波電源51からのプラズマ生成用の高周波電力の供給が行われる。これにより、処理ガスのプラズマによってウェハWが処理され、当該ウェハW上に所定の膜が形成される。
 所定の膜の形成が完了すると、シャワーヘッド70からの処理ガスの供給、高周波電源50からのバイアス用の高周波電力、高周波電源51からのプラズマ生成用の高周波電力の供給が停止される。
(ステップS3:搬出)
 そして、ステップS1と逆の手順で、ウェハWが処理容器10から搬出される。
(本実施形態の主な効果)
 以上のように、本実施形態によれば、載置台30に載置されたウェハWの当該載置台30による加熱の面内均一性を改善することができる。すなわち、ヒータ32の配設パターンが、載置台30により加熱されたウェハWの温度分布やウェハWの成膜結果に転写されるのを抑制することができる。
 また、本実施形態によれば、載置台30を厚くせずに、上述の加熱の面内均一性を改善することができる。したがって、載置台30の厚型化によって生じる、
・ヒータ32によるウェハWの加熱の応答性の低下、
・載置台30の取り扱い性の悪化、
・載置台30の高コスト化、
・エネルギー消費量の増加、
等を抑制することができる。また、載置台30の厚型化を抑制できるため、載置台30が設置される処理容器10の内部の空間を有効利用することができる。
(載置台の変形例1)
 図5は、載置台の変形例1を示す部分拡大断面図である。
 以上の例では、載置台30が本開示にかかる加熱装置そのものであり、載置台30の基材31の上面がウェハWに対する載置面31aとなっており、載置台30すなわち加熱装置に直接ウェハWが載置されていた。
 それに対し、図5の載置台30Aは、基材31とヒータ32と蓋部材33とを有する加熱装置200と、ウェハWが載置される載置面211を有する他の部材の一例である静電チャック210とを有し、加熱装置200のウェハW側の面すなわち基材31の上面201に静電チャック210が固定されている。つまり、加熱装置200には、静電チャック210を介して間接的にウェハWが載置される。そして、この加熱装置200は、当該加熱装置200に間接的に載置されたウェハWを加熱する。
 ところで、静電チャック210は、載置面211に載置されたウェハWを静電力により吸着保持する部材であり、具体的には、誘電体材料から形成された板状部材すなわち熱伝導性の低い板状部材の内部に静電吸着用の電極が埋め込まれた部材である。そのため、静電チャック210の載置面211の温度分布がヒータ32の配設パターンと同形状となり、載置面211に載置されたウェハWの温度が面内不均一になる場合がある。それに対し、本例では、加熱装置200が基材31に上述の溝31bを有するため、加熱装置200に間接的に載置されたウェハWの当該加熱装置200による加熱の面内均一性を改善することができる。
(載置台の変形例2)
 図6は、載置台の変形例2を示す部分拡大断面図である。
 図6の載置台30Bは、基材31Bに排気路300が形成されている。排気路300の一端部は、溝31bの非接触部110により形成される空間S2に連通しており、排気路300の他端部は、排気管310を介して真空ポンプ等を有する排気機構311に接続されている。これにより、空間S2内を排気することができる。そのため、ヒータ32の上部と、溝31bの非接触部110とを真空断熱することができる。したがって、基材31Bにおけるヒータ32の上部の直上が局所的に加熱されるのをさらに抑制することができる。よって、本例によれば、載置台30Bに載置されたウェハWの当該載置台30Bによる加熱の面内均一性をさらに改善することができる。
 なお、空間S2を排気する場合において、溝31bの最奥部からヒータ32までの距離L3が1mm以上であれば、ヒータ32の上部から基材31Bへの伝熱を抑制することができることを本発明者らはシミュレーションで確認している。
(溝の変形例)
 図7及び図8はそれぞれ、内部にヒータ32が固定される溝の変形例1及び変形例2を示す部分拡大断面図である。
 以上の例では、溝31bの非接触部110により形成される空間S2は、縦断面視における水平方向の幅が、下側の開放部分と、それより上側の部分とで同じであった。
 それに対して、図7に示すように、基材31Cの溝400の非接触部401により形成される空間S2は、縦断面視における水平方向の幅が、下側の開放部分より、上記上側の部分が大きくてもよい。これにより、ヒータ32からの熱をより水平方向に拡散させてから載置面31aに伝えることができ、加熱の面内均一性をさらに改善することができる。
 この場合、縦断面視において、空間S2の上記上側の部分の幅H3は、隣り合う空間S2間の距離L3がヒータ32の直径より大きくなる幅であり、また、ヒータ32の直径Rの120%以下であることが好ましい。これにより、平面視における空間S2の形成パターンが、溝400を有する載置台により加熱されたウェハWの温度分布等に転写されるのを抑制することができる。
 また、図8に示すように、基材31Dの溝500の非接触部501により形成される空間S2は、縦断面視において、水平方向の幅が奥側すなわち上側に向けて拡がるように形成されていてもよい。この例でも、ヒータ32からの熱をより水平方向に拡散させてから載置面31aに伝えることができ、加熱の面内均一性をさらに改善することができる。
 この場合、縦断面視において、空間S2の上端の幅H4は、隣り合う空間S2間の距離L3がヒータ32の直径Rより大きくなる幅であり、また、ヒータ32の直径Rの120%以下であることが好ましい。これにより、平面視における空間S2の形成パターンが、溝500を有する載置台により加熱されたウェハWの温度分布等に転写されるのを抑制することができる。
(載置台の変形例3)
 図9は、載置台の変形例3を示す断面図である。
 以上の例では、ヒータ32がシースヒータであったが、本例ではヒータ32Eは線状に形成されたカートリッジヒータである。
 本例の載置台30Cは、カートリッジヒータであるヒータ32Eを1本と、支持部材600と、基材31Eと、を有する。
 支持部材600は、処理容器10の底部中央に立設され、基材31Eを支持する。
 ヒータ32Eは、その下部が支持部材600内で固定され、その上部が基材31E内で固定される。
 基材31Eは、ヒータ32Eの上部が内部に固定される溝610を有する。溝610は、ヒータ32Eと接触する接触部611を下側に有し、ヒータ32Eの上部と接触しない非接触部612を上側に有する。
 本例のようにヒータ32Eを設けると、載置面31aの中央部のみ局所的に高温となる場合がある。ただし、本例では、ヒータ32Eが内部に固定される溝610の上側に非接触部612を有する。そのため、ヒータ32Eの上端面中央からの熱は載置面31aにほとんど伝わらない。したがって、本例によれば、載置面31aの中央部のみ局所的に高温となるのを抑制することができる。
(試験例)
 本発明者らは、載置台の内部のヒータでウェハに対する載置面を加熱したときの当該載置面の温度についてシミュレーションを行った。図10及び図11はそれぞれ、上記シミュレーションの結果を示す図であり、図10は試験例1の結果を示し、図11は試験例2の結果を示している。また、図10及び図11は、載置面の温度を濃淡で示しており、温度が高いほど濃く示し、低いほど薄く示している。
 試験例1及び試験例2とでは、載置台の溝の構造のみが異なる。試験例2における載置台は、図4の溝31bを有するのに対し、試験例1における載置台は、溝が非接触部110を有さず当該溝の全体にヒータが接触し、ヒータの上部も溝に接触していた。なお、以下では、説明の便宜上、試験例1における載置台についても、試験例2における載置台30と同じ符号を用いて説明する。
 溝31bの構造以外の主なシミュレーション条件は以下の通りである。
・載置台30の基材31の材料:アルミニウム
・ヒータ32の種類:シースヒータ
・載置台30の載置面31aからヒータ32の上端までの距離:3.5mm
・ヒータ32の断面形状:円形状
・ヒータ32の直径:6.5mm
・ヒータ32の配設パターン:載置面31aの中心を中心とした円環状に1本
・試験例2における空間S2の幅H2:5mm
・試験例2における非接触部110の上端から載置面31aまでの距離L2:1.5mm
・試験例2における溝31bの最奥部からヒータ32の上端までの距離L3:2mm
 図10に示すように、ヒータ32が内部に固定される溝31bが非接触部110を有していない試験例1では、載置面31aに、温度が高い部分が、当該載置面31aと同心の円環状に生じた。
 それに対し、試験例2では、図11に示すように、試験例1に比べて、全体的に載置面31aの温度が均一になっていた。この結果からも、ヒータ32が内部に固定される溝31bに、非接触部110を形成することにより、載置台30によるウェハWの加熱の面内均一性を改善することができることが分かる。
(参考の実施形態)
 以上の実施形態では、直接的または他の部材を介して間接的に載置される基板を加熱する加熱装置に本開示にかかる技術が適用されていた。
 本開示にかかる技術は、直接的または他の部材を介して間接的に接触する加熱対象体を加熱する加熱装置にも適用することができる。
 今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
30、30A、30B、30C 載置台
31、31B、31C、31D、31E 基材
31b、400、500、610 溝
32、32E ヒータ
100、611 接触部
110、401、501、612 非接触部
200 加熱装置
W ウェハ

Claims (7)

  1. 直接的または他の部材を介して間接的に載置される基板を加熱する加熱装置であって、
    線状のヒータと、
    前記基板側とは反対側から前記基板側に向けて凹み、内部に前記ヒータが固定される溝を有する基材と、を有し、
    前記溝は、前記ヒータと接触する接触部を手前側に有し、前記ヒータと接触しない非接触部を奥側に有する、加熱装置。
  2. 前記非接触部は、手前側が開放された空間を形成する、請求項1に記載の加熱装置。
  3. 前記溝の延在方向の断面視断面視において、前記空間の手前側の開放部分の幅は、前記ヒータの太さの75%以上である、請求項2に記載の加熱装置。
  4. 前記空間は、前記溝の延在方向の断面視において矩形状である、請求項2または3に記載の加熱装置。
  5. 前記空間は、前記溝の延在方向の断面視において奥側に向けて幅が拡がるように形成されている、請求項2または3に記載の加熱装置。
  6. 前記基材は、前記空間に連通する排気路を有する、請求項2または3に記載の加熱装置。
  7. 請求項1に記載の加熱装置と、当該加熱装置が内部に設置される処理容器と、を備える、基板処理装置。
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