プラズマ処理装置及びそれに用いる基板加熱機構
【課題】パーティクル及びコンタミネーションによる汚染を抑制しつつ被処理基板を８００℃以上の高温に安定して加熱することができるプラズマ処理装置及び基板加熱機構を提供する。
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置は、基板載置台７、支持部８、支持部固定部２４を備える。基板載置台７は発熱体７４を内蔵する。発熱体７４及び電極３２は、ＳｉＣを含む材料からなり、電極３２は、支持部固定部２４に固定されるとともに、支持部８を貫通し、かつ先端部が発熱体７４に接続されている。そして、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管４３が、電極３２の先端部以外の部分を被覆し、基板載置台７の発熱体７４の下方部分、支持部８、及び支持部固定部２４を貫通するように設けられている。
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置は、基板載置台７、支持部８、支持部固定部２４を備える。基板載置台７は発熱体７４を内蔵する。発熱体７４及び電極３２は、ＳｉＣを含む材料からなり、電極３２は、支持部固定部２４に固定されるとともに、支持部８を貫通し、かつ先端部が発熱体７４に接続されている。そして、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管４３が、電極３２の先端部以外の部分を被覆し、基板載置台７の発熱体７４の下方部分、支持部８、及び支持部固定部２４を貫通するように設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理装置及びそれに用いる基板加熱機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、液晶表示装置等の製造に用いられるプラズマ処理装置として、種々のプラズマの励起方式のものが用いられており、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ(Radio Frequency )を用いる高周波励起プラズマ処理装置、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いるマイクロ波プラズマ処理装置等が一般的に用いられている。マイクロ波プラズマ処理装置は、高周波励起プラズマ処理装置と比べて、高密度のプラズマが得られるとともに、プラズマ中のイオンエネルギーが小さいため、処理装置内の部材及び被処理基板に対するダメージが小さく、コンタミネーションが少ないという利点がある。
【０００３】
このような利点を有するため、このマイクロ波プラズマ処理装置の大口径の半導体基板、ＬＣＤ用ガラス基板等の処理への適用が検討されている。このようなマイクロ波プラズマ処理装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００４】
図１５は、このような特許文献１に開示されたマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。このマイクロ波プラズマ処理装置は、処理空間２０１Ａを形成する上部処理容器２０１及び下部処理容器２０２と、処理空間２０１Ａ内に設けられ、被処理基板Ｗを保持する基板載置部２０３と、上部処理容器２０１の開口部を封止するマイクロ波透過板２０４と、該マイクロ波透過板２０４に結合されたラジアルラインスロットアンテナ２１０とを備えている。そして、基板載置部２０３の支持筒の２０８を包囲するように排気管２０２Ａが設けられており、排気管２０２Ａに、図示しない排気機構を接続することにより、処理空間２０１Ａが排気されるように構成されている。処理空間２０１Ａを均一に排気するために、基板載置部２０３の外周側には、多数の開口部を有する整流板２０５が形成されている。
【０００５】
上部処理容器２０１はＡｌ製であり、その内壁にはフッ化処理によりフッ化アルミニウム層２０７が形成されている。基板載置部２０３はＡｌ製であり、その側面及び被処理基板Ｗを載置した場合に露出される表面に石英カバー２０６が形成されており、高密度プラズマにより形成された酸素ラジカルが、処理容器２０１の内壁面、基板載置部２０３の露出面において消費されるのを抑制することができるとしている。
【特許文献１】特開２００３−１３３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて半導体基板等に成膜する場合に、膜質が良好であり、得られる半導体装置が、リーク電流が僅少であるというように、良好な特性を有することが要求されているが、そのためには、処理温度を７００℃以上にする必要がある。しかし、基板載置部２０３がＡｌＮ製のヒータを有する場合、ヒータ自体を７００℃に上げるのが限界であり、被処理基板Ｗの温度を７００℃以上に上げることができないという問題がある。ステンレス鋼製のヒータの中には８００℃まで加熱することができるヒータがあるが、ステンレス鋼製のヒータを用いた場合、ヒータを構成するステンレス鋼に含まれるＦｅ、Ｃｒ等の重金属がプラズマによるスパッタリングや熱によって処理容器２０１内へ拡散し、コンタミネーションが生じるという問題がある。また、カーボン製のヒータも高温に対応可能ではあるが、カーボン製のヒータを用いた場合、基板載置部２０３がマイクロ波中に曝されると、カーボン自体が異常放電を起こして破壊されるという問題がある。ランプヒータも同様の理由により、マイクロ波中では使用することができない。
【０００７】
上記いずれのヒータも、マイクロ波をシールドして用いることが考えられるが、８００℃の温度に耐え、コンタミネーションが発生しないようなシールド材料及びシールド技術が存在しない。
【０００８】
このように、高温でかつ、マイクロ波を用いたプラズマ及びその他のプラズマを用いて処理する際に、安定してコンタミネーションが生じないような高温用のヒータが望まれている。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、パーティクル及びコンタミネーションによる汚染を抑制しつつ被処理基板を８００℃以上の高温に安定して加熱することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
また、そのようなプラズマ処理装置に用いる基板加熱機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記チャンバに連設され、前記チャンバを排気する排気機構と、前記チャンバ内で被処理基板が載置され、載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、前記基板載置台を支持する支持部と、前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、前記発熱体に電力を供給する電極とを備え、前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記プラズマ生成機構は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生機構と、前記マイクロ波発生機構により発生したマイクロ波を前記チャンバに向けて導く導波機構と、前記導波機構により導かれたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する、複数のスロットを有するアンテナとを有し、前記チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成することを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１又は第２発明において、前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基板が載置されるカバーとを有することを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係るプラズマ処理装置は、第４発明において、前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされていることを特徴とする。
【００１６】
第７発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第６発明のいずれかにおいて、ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されていることを特徴とする。
【００１７】
第８発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第７発明のいずれかにおいて、前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有することを特徴とする。
【００１８】
第９発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第８発明のいずれかにおいて、少なくともプラズマに曝される部分が、石英を含む材料、Ｓｉを含む材料、もしくはＳｉＣを含む材料からなるか、または石英を含むライナで覆われていることを特徴とする。
【００１９】
第１０発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第９発明のいずれかにおいて、前記発熱体からの輻射熱を受ける部分が水冷されるように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
第１１発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第１０発明のいずれかにおいて、前記チャンバと排気管との間に、石英製のバッフル板が配設されていることを特徴とする。
【００２１】
第１２発明に係るプラズマ処理装置は、第２乃至第１１発明のいずれかにおいて、前記アンテナは銅製の本体の上に、金メッキまたは銀メッキが施されていることを特徴とする。
【００２２】
第１３発明に係る基板加熱機構は、チャンバ内で被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、チャンバ内で被処理基板を加熱する基板加熱機構であって、載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、前記基板載置台を支持する支持部と、前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、前記発熱体に電力を供給する電極とを備え、前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
第１４発明に係る基板加熱機構は、第１３発明において、前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基盤が載置されるカバーとを有することを特徴とする。
【００２４】
第１５発明に係る基板加熱機構は、第１３又は第１４発明において、前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
第１６発明に係る基板加熱機構は、第１５発明において、前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されていることを特徴とする。
【００２６】
第１７発明に係る基板加熱機構は、第１３乃至１６発明のいずれかにおいて、前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされていることを特徴とする。
【００２７】
第１８発明に係る基板加熱機構は、第１３乃至第１７発明のいずれかにおいて、ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されていることを特徴とする。
【００２８】
第１９発明に係る基板加熱機構は、第１３乃至第１８発明のいずれかにおいて、前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、発熱体及び電極としてＳｉＣを用いることにより、被処理基板の温度を８００℃以上にすることができ、被処理基板に対して所望の高温でのプラズマ処理を施すことができる。したがって、良好な特性を有する膜を形成することができる。また、マイクロ波中でも損傷することなく使用することができ、パーティクル及びコンタミネーションによる汚染も発生しない。
【００３０】
さらに、発熱体に電力を供給する電極が石英を含む絶縁材で形成された電極被覆管内に収納されているので、絶縁性に優れ、支持部または固定部内で放電するのが防止されるとともに、電極由来のコンタミネーションが発生するのが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式的断面図である。図中、符号１がマイクロ波プラズマ処理装置である。
【００３２】
このマイクロ波プラズマ処理装置１は、気密に構成されており、略円筒状であるチャンバ２を備えている。チャンバ２はＡｌ等の金属製で、略円筒状に形成されている。チャンバ２の底部の中央部は開口しており、この底部に排気管３が連設されている。排気管３は、前記開口した部分と略同径である上部排気管３ａと、下側が小径となっているテーパ部３ｂと、テーパ部３ｂに流路調整弁４を介して接続された下部排気管３ｃとを備えている。下部排気管３ｃの下端には、真空ポンプ５が接続されており、真空ポンプ５の側部には、排気管６が接続されている。真空ポンプ５を作動させることにより、チャンバ２内の雰囲気が排気管３を通流されて外へ排出され、チャンバ２内が所要の真空度まで減圧される。
【００３３】
チャンバ２の中央部には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に保持する基板載置台７が設けられている。基板載置台７は、基板載置台７の裏面中央部から鉛直下方にチャンバ２の開口部へ向かって延びる、石英製の支持部８により支持されている。基板載置台７は、後述するＳｉＣからなる発熱体７４、ＳｉＣからなる電極３２、及び熱電対３１を内蔵しており、この発熱体７４に給電されることにより熱線（赤外、遠赤外）を放射して、半導体ウエハＷを直接加熱するように構成されている。基板載置台７の詳細な構成は後述する。
【００３４】
基板載置台７の外周側方には、環状をなす石英製のバッフル板４０が設けられている。バッフル板４０を構成する石英材としては、不純物を含まない高純度のものが好ましく、そのような観点から合成石英が好ましい。また、不透明石英であることがさらに好ましい。このバッフル板４０は、複数の排気孔を有し、支持部材により支持されている。これによりチャンバ２内を均一に排気するとともに、チャンバ２で生成されたマイクロ波プラズマにより、下方からコンタミネーションが逆流するのが防止される。
【００３５】
基板載置台７の下側には、リフタ駆動機構９が配されている。基板載置台７には上下方向に貫通する３つのピン挿通孔が設けられており（図２中では２本のみ示す）、２つのピン挿通孔には、例えば石英製のリフタアーム９１及びリフタアーム９２に支持された例えば石英製のピン９３及びピン９４がそれぞれ上下自在に揺動可能に遊嵌されている。リフタアーム９１、９２及びピン９３、９４の材質はＡｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ等のセラミックでもよいが、コンタミネーションを考慮すると石英が好ましい。リフタアーム９１及びリフタアーム９２は、チャンバ２の底部を上下動可能に貫通する昇降軸９６、９６により、上下動可能に構成されており、リフタアーム９１及びリフタアーム９２の動きに伴いピン９３及びピン９４が連動して上下方向に動くことにより、半導体ウエハＷの昇降が可能となっている。
【００３６】
チャンバ２の内側には、チャンバ２の内周面に沿って、略円筒状をなし、不透明石英製であるライナ１０が設けられている。このライナ１０を構成する石英は、コンタミネーションが生じ難い高純度のものが好ましく、このような観点から合成石英が好ましい。チャンバ２の上部は開口しており、この開口したチャンバ２の端面に、環状のガス導入部１１が載置されている。ガス導入部１１の内周面には多数のガス放射孔１１ａが均一に設けられており、配管１１ｃを介してガス供給機構１１ｂに接続されている。ガス供給機構１１ｂは、例えばＡｒガス供給源、Ｏ2 ガス供給源、Ｈ2 ガス供給源、Ｎ2 ガス供給源、その他のガス供給源を有しており、これらのガスはガス導入部１１へ導入され、ガス導入部１１のガス放射孔からチャンバ２内へ均一に放射される。なお、Ａｒガスに代えて他の希ガス、例えばＫｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等のガスを用いてもよい。
【００３７】
チャンバ２の側壁には、マイクロ波プラズマ処理装置１に隣接する搬送室（図示せず）からチャンバ２内へ半導体ウエハＷを搬入し、チャンバ２から搬送室へ半導体ウエハＷを搬出するための搬送口２ａが設けられている。搬送口２ａはゲートバルブ１２により開閉される。搬送口２ａの上側には、チャンバ２の周方向に冷却水を通流させるための冷却水流路２ｂが、搬送口２ａの下側には、冷却水流路２ｃがそれぞれ設けられており、これら冷却水流路２ｂ、２ｃには冷却水供給源５０より冷却水を供給されるようになっている。
【００３８】
チャンバ２の上側には、チャンバ２内に突出する透過板支持部１３が設けられている。透過板支持部１３には、その周方向に冷却水を通流させるための複数の冷却水流路１３ａが設けられており、これら冷却水流路１３ａには冷却水供給源５０から冷却水を供給される。この透過板支持部１３の内側には例えば２段の段部が形成されており、石英等の誘電体からなり、マイクロ波を透過させるマイクロ波透過板１４が、透過板支持部１３の段部にＯリング等のシール部材１５を介して嵌められている。誘電体としては、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ等のセラミックが適用される。
【００３９】
マイクロ波透過板１４の上側には、円板状の平面アンテナ１６が設けられ、透過板支持部１３に接地されている。平面アンテナ１６は、例えば２００ｍｍサイズの半導体ウエハＷに対応する場合には、直径が３００〜４００ｍｍ、厚みが０．１〜１０ｍｍ（例えば１ｍｍ）であり、銅製であって、表面が金または銀メッキされた円板状をなす。平面アンテナ１６には、所定のパターンを有し、平面アンテナ１６の上下方向に貫通する、多数のマイクロ波放射孔（スロット）１６ａが設けられている。マイクロ波放射孔１６ａは、平面視が長溝状をなし、複数の同心円上に、隣接するマイクロ波放射孔１６ａがＴ字状をなすように、マイクロ波の波長（λｇ）に対応して、例えばλｇ／４、λｇ／２、λｇの間隔で形成されている。平面アンテナ１６は、四角状でもよい。
【００４０】
平面アンテナ１６の上側には、平面アンテナ１６より少し小径であり、真空より大きい誘電率を有する、例えば石英、またはポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等の樹脂からなる遅波板１７が配置されている。真空中ではマイクロ波の波長が長くなるので、この遅波板１７により、マイクロ波の波長が短くされてプラズマが調整されて効率良く伝搬される。
【００４１】
透過板支持部１３の上側には、遅波板１７の上面及び側面、ならびに平面アンテナ１６の側面を覆うように、導電性のシールド部材１８が設けられている。シールド部材１８は、平面アンテナ１６との間でマイクロ波を水平方向に均一に伝播させる導波管の機能を有する。透過板支持部１３とシールド部材１８との間は、リング状のシール部材１９により気密にシールされている。シールド部材１８には、シールド部材１８の周方向に冷却水を通流させるための冷却水流路１８ａが形成されており、この冷却水流路１８ａに冷却水供給源５０より冷却水が通流されて、シールド部材１８、遅波板１７、平面アンテナ１６及びマイクロ波透過板１４が冷却され、プラズマを安定に生成するとともに、これら部材の破損や変形が防止されるようになっている。マイクロ波透過板１４、平面アンテナ１６、遅波板１７、及びシールド部材１８は透過板支持部１３に取り付けられた状態で一体的に設けられて開閉可能な蓋体６０を構成しており、メンテナンスの際にチャンバ２の上面を開口することが可能となっている。
【００４２】
シールド部材１８の中央部には開口部が形成されており、この開口部の周縁部に同軸導波管２０が連設されている。同軸導波管２０の端部には、整合器２１を介してマイクロ波発生装置２２が接続されている。マイクロ波発生装置２２により発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が同軸導波管２０を介して平面アンテナ１６へ伝搬される。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚであってもよい。
【００４３】
同軸導波管２０は、シールド部材１８の開口部から上方へ延びる外導体の円筒状導波管２０ａと、この円筒状導波管２０ａの上端部にモード変換器２３を介して接続され、水平方向に延びる矩形同軸導波管２０ｂとを備えている。モード変換器２３により、矩形同軸導波管２０ｂをＴＥモードで伝搬するマイクロ波がＴＥＭモードに変換される。円形導波管２０ａの中心には内導体２０ｃが内蔵されており、円形導波管２０ａとで同軸導波管２０を構成する。この内導体２０ｃの下端部は、遅波板１７の中央部に設けられた孔を貫通して平面アンテナ１６に接続されている。マイクロ波は、同軸導波管２０を介して平面アンテナ１６に均一にラジアル方向に効率良く伝搬される。
【００４４】
基板載置台７を支持する円筒状の支持部８の底部は、フランジ部を有する円柱状の支持部固定部２４に、支持板２５を介してクランプ２６により固定されている。支持部固定部２４は、固定部取付部２７の上部に嵌められている。支持部固定部２４の側部には、支持部固定部２４の周方向に冷却水を通流させるための冷却水流路２４ａが設けられており、冷却水供給源５０より冷却水が供給され、支持部固定部２４及び支持板２５が冷却される。固定部取付部２７は、その側部が上部排気管３ａに取り付けられている。支持部固定部２４、支持板２５、固定部取付部２７は、Ａｌ等の金属材からなる。
【００４５】
固定部取付部２７には、上部排気管３ａ側の側部に開口部２７ｂが設けられており、この開口部２７ｂを上部排気管３ａに設けられた孔２８ａに合わせた状態で、固定部取付部２７が上部排気管３ａに固定されている。したがって、固定部取付部２７内に形成する空間部２７ｃは、開口部２７ｂ及び孔２８ａを介して大気と連通している。空間部２７ｃには、基板載置台７の温度を測定制御するための熱電対３１の配線、発熱体７４への電力を供給する配線等が配設されている。
【００４６】
マイクロ波プラズマ処理装置１の各構成部、例えばガス供給機構、冷却水供給機構、ヒータ温度制御部は、インタフェース５１を介して、ＣＰＵを備えた制御部３０に接続されて制御される構成となっている。そして、制御部３０の制御下で、マイクロ波プラズマ処理装置の処理が行われる。
【００４７】
図２は、基板載置台７、支持部８及び支持部固定部２４を示す断面図である。支持部８の底部は、クランプ２６に嵌められてネジ２９，２９により支持板２５を介して支持部固定部２４に固定されている。
【００４８】
図３は、基板載置台７及び支持部８を示す分解斜視図である。基板載置台７の基盤部７１は円板状をなしており、基盤部７１上には、Ｓｉを含む材料からなる複数に分割された、例えば半円板状の２枚の第１リフレクタ７２が、基盤部７１の表面に形成された凸状をなす複数の支持部７１ｅを介して嵌合されており、その上に、複数に分割された、例えば半円板状の２枚の絶縁板７３、及び複数のパターンゾーンに分割された、例えば半円板状の２枚の発熱体７４が、順次、その面を対向させた状態で嵌合されている。発熱体７４は１枚であってもよい。そして、発熱体７４の上面、並びに発熱体７４、第１リフレクタ７２及び絶縁板７３の上側側面を覆うようにカバー７５が設けられており、カバー７５の上にウエハＷを載置して、発熱体７４からの輻射熱により加熱するように構成されている。また、カバー７５上には、リング状の単結晶ＳｉまたはアモルファスＳｉ製の第２リフレクタ７６が載置されている。
なお、基盤部７１、絶縁板７３、及びカバー７５は例えば石英で構成されている。また、これらを構成する石英としては、不透明石英が好ましい。カバー７５は不透明石英であってもよい。また、石英としては高純度のものが好ましく、合成石英が好ましい。
【００４９】
発熱体７４は、高抵抗のＳｉＣからなる。ＳｉＣは焼結体であっても、ＣＶＤやＰＶＤ等によって形成された膜であってもよい。焼結体としては、粉体焼結によって形成したものでも、グラファイト焼結体に珪酸ガス等のＳｉ含有物質を直接反応させて形成したものであってもよい。また、ＳｉＣは結晶体であっても、アモルファスであってもよい。また、適宜の引き上げ方法により形成された単結晶体であってもよい。
【００５０】
図４は、発熱体７４を示す平面図である。発熱体７４は、周方向に４つの区画に分割されている。この区画毎に、中央部から周縁部に向かい、区画の境界線で折り返すのを繰り返して、一続きの電流経路７４ａが形成されるように、同心状に切り込み７４ｂが設けられている。この切り込み７４ｂにより、温度変化による熱膨張、熱収縮が抑制される。そして、上述のように電流経路７４ａが形成されているので、発熱体７４により均一に半導体ウエハＷが加熱される。
なお、電流経路（パターン）は均一に加熱可能であれば特に限定されない。
【００５１】
図２に示すように、支持部固定部２４の中央部には挿通孔２４ｂが設けられており、これに対応させて、リング状の固定板２５の中央部に挿通孔２５ａが設けられている。そして、基盤部７１、第１リフレクタ７２、絶縁板７３及び発熱体７４を貫通し、熱電対被覆管４１を挿通させる挿通孔７１ａ、挿通孔７２ａ、挿通孔７３ａ及び挿通孔７４ｃがそれぞれ設けられている。また、カバー７５の下面、すなわち半導体ウエハＷを載置する面の裏側には、例えばパイプ状に突出して設けられ、挿通孔７４ｃ、挿通孔７３ａ及び挿通孔７２ａを貫通して、基盤部７１の表面近くまで達する熱電対被覆管４１の先端部を挿入する収納部７５ａが垂設されている。
【００５２】
支持部固定部２４の底部の中央部には突出部２４ｃが設けられており、熱電対被覆管４１を挿通させる挿通孔２４ｂが突出部２４ｃの下端部まで延び、貫通して形成されている。
【００５３】
熱電対被覆管４１は、例えば石英等の絶縁材で構成され、その内部には載置台７の温度を検出する熱電対３１を収納し、挿通孔２４ｂ及び挿通孔２５ａ内を挿通され、支持部８内の空間部を抜けて、挿通孔７１ａを貫通し、先端部がカバー７５の収納部７５ａに収容されている。突出部２４ｃの底部は、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂系合成樹脂等からなるワッシャ３９を介して、例えばＡｌ2 Ｏ3 等の絶縁材からなるカバー部３６が嵌合されている。熱電対３１は、カバー部３６の側部を貫通する２つのネジ３７により回り止めされており、蓋部３８を介してカバー部３６から外部に接続されている。
【００５４】
支持部固定部２４の径外方向には冷却水流路２４ａ及び発熱体２４に電力を供給する棒状の電極３２が被覆される電極被覆管（電極収納管）４３を挿入する、複数、例えば４つの挿通孔２４ｄが貫通して設けられている。挿通孔２４ｄは、支持部固定部２４の支持板２５側に対向して設けられた挿通孔２４ｅと、挿通孔２４ｅより外径が大きい挿通孔２４ｆとを有する。支持板２５には、挿通孔２４ｅに対応する位置に、電極被覆管４３を挿入する挿通孔２５ｂが設けられている。基盤部７１、第１リフレクタ７２及び絶縁板７３にも、挿通孔２４ｂ、２５ｂに対応して電極被覆管４３を挿入する挿通孔７１ｂ、挿通孔７２ｂ及び挿通孔７３ｂがそれぞれ貫通して設けられている。発熱体７４には挿通孔７４ｄが、カバー７５には突出した電極３２及び止めネジ７９を収納する収納穴７５ｂがそれぞれ設けられている。
【００５５】
電極３２は、ＳｉＣ製が好ましく、焼結体であってもよいし、単結晶材であってもよく、アモルファスであってもよい。電極３２は、石英等の絶縁材からなる電極被覆管４３に収納された状態で、支持部固定部２４及び支持板２５を貫通し、支持部８内の空間部を抜けて、基盤部７１及び第１リフレクタ７２を貫通する。そして、電極３２の先端部は、絶縁板７３を貫通して、発熱体７４に止めネジ７９で固定された上で、カバー７５の収納穴７５ｂに収容されている。電極被覆管４３は、挿通孔２４ｆに嵌合する大径部４３ｇと、挿通孔２４ｅ及び２５ｂに嵌合する小径部４３ｈとの段差形状を有している。そして、大径部４３ｇの上下の外周部に、Ｏリング（シールリング）４２が嵌められてシールされている。このように、電極３２が支持部固定部２４の底部から絶縁板７３に至るまで、石英等の絶縁材で形成された電極被覆管（電極収納管）４３内に収納され、しかもＯリング４２でシールされて密閉性が良好であるので、電極由来のコンタミネーションが発生するのが抑制される。また、電極３２が電気絶縁性の良好な電極被覆管４３で覆われているとともに、電極被覆管４３が挿通孔２４ｆに嵌合する大径部４３ｇと、挿通孔２４ｅ及び２５ｂに嵌合する小径部４３ｈとの段差形状を有する構造を有し、電極被覆管４３の固定部を貫通する部分が厚くなっているので、電気絶縁性が良好なものとなる。さらに、このような段差形状により、電極被覆管４３の固定が安定する。
【００５６】
支持部固定部２４の下側には、例えばＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮ等の絶縁体で構成された固定板３３が設けられている。また、固定板３３の下側には、第１の金属板３４及び第２の金属板３５がねじ止めされている。固定板３３には電極３２を挿通させる挿通孔３３ａ及び突出部２４ｃを挿通させる挿通孔３３ｂが設けられており、固定板３３は、挿通孔３３ｂに突出部２４ｃが嵌め込まれた状態で固定されている。固定板３３は、支持部固定部２４と第１の金属板３４との間を電気的に絶縁する機能を有する。第１及び第２の金属板３４、３５には、電極３２を挿通させる挿通孔３４ａ、３５ａが形成されている。
【００５７】
電極３２の下端部は、絶縁性の固定板３３の挿通孔３３ｂ、ならびに第１の金属板３４及び第２の金属板３５の挿通孔３４ａ及び３５ａを貫通している。そして、電極３２と第１の金属板３４との間はＯリング（シールリング）３４ｂでシールされている。
【００５８】
また、電極３２は、第２の金属板３５に接続されており、電力供給源（図示せず）から第２の金属板３５を介して電極３２に給電され、この電極３２を経て発熱体７４に給電されることにより、発熱体７４が発熱して、放射熱線により半導体ウエハＷが加熱される。
【００５９】
第１の金属板３４は上述したようにＯリング３４ｂを介して電極３２を気密にシールする機能を有しており、第２の金属板３５は電極に電力を供給する機能を有していることから、これらの機能に適した金属であることが好ましく、例えば、第１の金属板３４をステンレス鋼で構成し、第２の金属板３５をＮｉ合金で構成することができる。だだし、これら材料に限らず、種々の材料で構成することができ、第１及び第２の金属板３４、３５は異なる金属でも同種の金属でもよい。また、これら２つの金属板に分けずに、これらが一体となっていてもよい。
【００６０】
また、基盤部７１の周縁部寄りには、基盤部７１を上下方向に貫通するピン挿通孔７１ｃが設けられている。ピン挿通孔７１ｃの上部の孔の外縁には例えばパイプ状の突出部７１ｄが設けられ、突出部７１ｄの上部に、第１リフレクタ７２が支持されている。同様に、第１リフレクタ７２、絶縁板７３及び発熱体７４には、ピン挿通孔７２ｃ、ピン挿通孔７３ｃ及びピン挿通孔７４ｅがそれぞれ設けられている。カバー７５の下面には、ピン挿通孔７４ｅ、ピン挿通孔７３ｃ及びピン挿通孔７２ｃに対応して貫通し、ピン挿通孔７１ｃの内部まで達するピン挿通部７５ｃが垂設されている。そして、ピン挿通部７５ｃには、ピン９３が上下に移動可能な挿通孔７５ｅが形成されている。ピン挿通部７５ｃは、基板載置台７の内部からのコンタミネーションを封止する機能を有しており、これにより、高温に加熱してもコンタミネーションの拡散を防止することができ、コンタミネーションフリーの加熱機構を実現することが可能である。
【００６１】
図５は、リフタ駆動機構９の一部を示す斜視図であり、図６は、リフタ駆動機構９を示す背面図、図７はリフタ駆動機構９の一部を示す側面図である。
リフタ駆動機構９のリフタアーム９１は、先端方向が中心軸より外周側に広がるように形成され、リフタアーム９２より長さを長くしてある。また、リフタアーム９２も同様に、先端方向が中心軸より外周側に広がる。リフタアーム９１のピン９３及びピン９５、リフタアーム９２のピン９４は、周方向に１２０度の間隔をおくように設けられている。
【００６２】
リフタアーム９１に設けられた貫通孔９１ａには、上側固定部１０２ａ、遊嵌部１０２ｂ及び螺合部１０２ｃを備えるピン支持部１０２が嵌められている（図２参照）。上側固定部１０２ａは遊嵌部１０２ｂより大径であり、ピン９３は、上側固定部１０２ａを貫通した状態で、下端部が遊嵌部１０２ｂの内部にねじ止めされている。遊嵌部１０２ｂは貫通孔９１ａに遊嵌され、上側固定部１０２ａはリフタアーム９１の上面に当接している。螺合部１０２ｃの外周面には雄ねじが設けられており、螺合部１０２ｃは貫通孔９１ａから突出している。下側固定部１０３は、内周面に雌ねじが設けられており、ピン支持部１０２の螺合部１０２ｃに螺合された状態で、リフタアーム９１の下面に当接している。
【００６３】
ピン支持部１０２が貫通孔９１ａに遊嵌されているので、ピン９３は、位置合わせ良好に、基板載置台７のピン孔に挿通される。他のピン９４及びピン９５がねじ込まれたピン支持部も同様に、リフタアーム９２、リフタアーム９１に設けられた貫通孔に遊嵌されており、ピン９４及びピン９５が基板載置台７のピン孔に挿通される。
【００６４】
リフタアーム９１及びリフタアーム９２は、それぞれ対応する連結部９７を介して昇降軸９６に連結されている。連結部９７は、各２枚の連結板９７ａ、連結板９７ｂ及び止め板９７ｃ、ならびにカバー９７ｄ、複数のネジ９７ｅ、ネジ９７ｆ及びネジ９７ｇを備える。リフタアーム９１，９２は、連結板９７ａにそれぞれ、止め板９７ｃを介してネジ９７ｆによりネジ止めされている。各連結板９７ａの端部下側には、連結板９７ｂが連結されている。各ネジ９７ｅは、連結板９７ａ及び連結板９７ｂを貫通した状態で、昇降軸９６にネジ止めされている。
【００６５】
カバー９７ｄは、２枚の連結板９７ａを付け合わせたときに、両端部が連結板９７ａの凹部９７ｈに嵌められた状態で、連結板９７ａの背後を覆い、ネジ９７ｇにより連結板９７ａにネジ止めされるように構成されている。
【００６６】
リフタ駆動機構９は、カバー９７ｄを外し、ネジ９７ｅを緩めることで、リフタアーム９１が連結された連結板９７ａ、またはリフタアーム９２が連結された連結板９７ａが昇降軸９６に対し相対的に回転し、リフタアーム９１，９２が左右に開くように構成されている。これにより、基板載置台７のメンテナンスが容易となる。
【００６７】
リフタ駆動機構９の昇降部１１０は、軸ホルダ１１１、支持部１１２、支持部１１３、支柱部１１４、リニアスライドレール１１５、モータ１１６、プーリ１１７、ボールネジ１１８、支持部１１９及び載置台１２２を備える。
【００６８】
軸ホルダ１１１、支持部１１２及び支持部１１３は連結され、支持部１１９は支持部１１３の内側に嵌め込まれた支持部１１３ａに連設されている。リニアスライドレール１１５は、支柱部１１４の鉛直方向に設けられており、支持部１１３の鉛直方向に設けられた凹溝部がリニアスライドレール１１５に嵌められている。支柱部１１４はモータ１１６上の載置台１２２上に載置されている。支柱部１１４の下部には凹部１１４ａが設けられており、凹部１１４ａ内で、モータ１１６の回転がプーリ１１７に伝達されるように構成されている。昇降軸９６は、連結板９８を貫通して金属製の蛇腹状のベローズ９９内を挿通され、軸ホルダ１１１により保持されている。
【００６９】
モータ１１６が駆動し、モータ１１６によりプーリ１１７を介してボールネジ１１８が回転すると、これに伴い支持部１１９が上下し、これに連動して、支持部１１３、ならびにこれに連なる支持部１１２及び軸ホルダ１１１が、リニアルスライドレール１１５に沿って、上下にスライドするように構成されている。これにより、ベローズ９９により、チャンバ２内の気密性を維持しつつ、昇降軸９６が上下し、リフタアーム９１，９２が上下する。
【００７０】
また、ネジ１２０を回すことにより、昇降軸９６及びこれに連結されたリフタアーム９１，９２の位置が、ｙ軸方向に微調整されるように構成されている。そして、軸ホルダ１１１及び１１２の下面を貫通するネジ１２１を回すことにより、昇降軸９６及びこれに連結されたリフタアーム９１，９２の位置が、ｘ軸方向に微調整されるように構成されている。
【００７１】
以上のように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置１においては、ガス導入部１１から例えばＡｒ及びＯ2 を導入し、平面アンテナ１６を所定の周波数のマイクロ波で駆動することにより、チャンバ２内に高密度プラズマが形成される。励起されたＡｒガスプラズマは酸素分子に作用し、チャンバ２内には、酸素ラジカルが効率良く、均一に形成され、基板載置台７上に載置された半導体ウエハＷの表面が酸化される。また、半導体ウエハＷを窒化処理する場合は、Ａｒ等の希ガスとＮＨ3 またはＮ2 とをガス導入部１１からチャンバ２内に導入して窒化処理される。また、窒化処理に用いるガスにさらにＯ2 ガスを導入して半導体ウエハＷを酸窒化処理することができる。また、成膜ガスを用いて、成膜処理することも可能である。
【００７２】
本実施形態においては、基板載置台７の発熱体７４がＳｉＣからなるので、半導体ウエハの温度を８００℃以上にすることができ、半導体ウエハＷに対して十分な温度で熱処理を行うことができる。また、加熱機能を有する基板載置台７が、高温度プラズマ処理する際にその内部からのコンタミネーションが拡散しないような構造を有しているので、清浄な雰囲気でのプラズマ処理が可能である。
【００７３】
したがって、良好な膜質を有する膜を形成することができ、ひいては良好な特性を有する半導体装置が得られる。また、基板載置台７の絶縁性を強化したので、基板載置台７内部でのプラズマ発生が抑制され、発熱体７４が損傷することなく使用することができ、かつ、高温で使用しても、高純度材料を使用することで、熱拡散によるコンタミネーションの拡散が抑制される。
【００７４】
また、本実施形態においては、基板載置台７が、発熱体７４から生じる熱を反射させるＳｉを含む部材の第１リフレクタ７２及び第２リフレクタ７６を備えているので、発熱体７４が発した熱を反射させて、半導体ウエハＷを効率良く加熱することができる。この構成により、発熱体７４の発熱量を抑制しつつ、半導体ウエハＷの温度を８００℃以上にすることができる。また、マイクロ波も反射されてプラズマが励起されやすくなる。なお、第１及び第２リフレクタ７２、７６を構成するＳｉを含む材料としては、単結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、ポリシリコン、ＳｉＮを挙げることができ、これらの高純度品を用いることが好ましい。
【００７５】
このようにしてマイクロ波プラズマ処理装置１により高温処理することにより、安定したプラズマ生成とコンタミネーションの極めて少ないプラズマ処理を実現することができる。
【００７６】
図８は、ＳｉＣヒータが設けられた基板載置台７を備えた本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、大きさ３００ｍｍの半導体ウエハに、４００℃、６００℃、８００℃と処理温度を変えた場合の温度と半導体ウエハの面内の均熱性との関係を示したグラフである。横軸は処理温度（℃）、縦軸は半導体ウエハ内の最高温度と最低温度との差（Δｔ）であり、単位は℃である。チャンバ内圧力（真空度）は、いずれも１２６Ｐａ（０．９５Ｔｏｒｒ）とした。
図８より、ＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置１を用いた場合、８００℃においてもΔｔは１７℃前後であり、半導体ウエハの均熱性の許容範囲であるΔｔが２０℃以下を満足しており、高温側で良好な均熱性が得られることがわかる。
【００７７】
図９は、本発明のＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、大きさ３００ｍｍの半導体ウエハに、４００℃、６００℃、７００℃、８００℃と処理温度を変えて酸化処理してＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 の膜厚との関係を示したグラフである。縦軸は膜厚（ｎｍ）、横軸は処理時間（ｓｅｃ）である。
処理条件は、Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波パワーＰｕ：２０００Ｗ、チャンバ内圧力（真空度）６６．５Ｐａ（５００ｍＴ）、ベースウエハ：ＤＨＦ−Ｌａｓｔである。
【００７８】
図９より、温度が高くなるに従って、成膜速度が高くなっているのがわかる。特に７００℃以上で処理した場合は、成膜速度が急激に増加し、良好な結果が得られることがわかる。具体的には、４００℃でのレートに対して１．６倍以上、６００℃でのレートに対して１．３５倍以上の成膜速度が得られる。
【００７９】
図１０は、図９の処理と同様に、４００℃、６００℃、７００℃、８００℃と処理温度を変えてＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 膜の半導体ウエハの面内の膜厚均一性との関係を示したグラフである。縦軸は面内の膜厚均一性であり、面内の膜厚均一性は、ウエハ面内の膜厚の（最大値−最小値）／平均値（σ／Ａｖｅ）で示し、単位は％である。横軸は処理時間（ｓｅｃ）である。
【００８０】
図１０より、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１を用いた場合、面内の膜厚均一性は２％以内であり、高温処理であっても良好であることがわかる。これにより、本発明のヒータ構造が優れていることが確認された。
【００８１】
図１１は、図９の処理と同様に、７００℃、８００℃と処理温度を変えてＳｉＯ２膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ２膜の半導体ウエハの面内の膜厚均一性との関係を示したグラフである。縦軸は面内の膜厚均一性であり、面内の膜厚均一性は、ウエハ面内の膜厚の（最大値−最小値）／平均値（σ／Ａｖｅ）で示し、単位は％である。図９より処理時間を短くして膜厚を測定した。
【００８２】
図１１より、処理時間が６０ｓｅｃ以内である場合、面内の膜厚均一性は、７００℃及び８００℃ともに、１．５％以内であり、本発明の構造を有する加熱機構により、高温処理を良好に行うことができることがわかる。
【００８３】
図１２は、プラズマ処理室内の半導体ウエハの表面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。縦軸はパーティクルの個数、横軸は経時変化であり、下記のパーティクルの測定回数を示す。パーティクルの個数の測定は、チャンバ２内の基板載置台７上にダミーウエハを載置し、プラズマ処理と排気とを交互に繰り返す操作を１０回行った後に、新しい半導体ウエハを基板載置台上に載置し、該半導体ウエハの表面上のパーティクルの個数を計測することにより行った。
処理条件は、Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波パワーＰｕ：２０００Ｗ、チャンバ内圧力（真空度）６６．５Ｐａ（５００ｍＴ）、処理時間：６０ｓｅｃ、処理温度：８００℃である。
図１２より、経時的にパーティクルの発生が減じ、本発明の構造を有する加熱機構による高温処理により、良好な結果が得られていることがわかる。
【００８４】
図１３は、半導体ウエハの裏面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。縦軸はパーティクルの個数、横軸は経時変化であり、下記のパーティクルの測定回数を示す。パーティクルの個数の測定は図１２の場合と同様にして行った。
図１３より、経時的にパーティクルの発生が減じ、本発明の構造を有する加熱機構による高温処理により、良好な結果が得られていることがわかる。
【００８５】
図１４は、半導体ウエハの金属のコンタミネーションの発生の経時変化を示したグラフである。縦軸は、Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数（１０10×atoms/cm2 ）、横軸は経時変化（測定回数）である。Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数の測定は、パーティクルの測定と同様に、チャンバ２内の基板載置台７上にダミーウエハを載置し、プラズマ処理と排気とを交互に繰り返す操作を１０回行った後に、新しい半導体ウエハを基板載置台上に載置し、該半導体ウエハの表面上のＡｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数を計ることにより行った。
処理条件は、Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波パワーＰｕ：２０００Ｗ、チャンバ内圧力（真空度）６６．５Ｐａ（５００ｍＴ）、処理時間：６０ｓｅｃ、処理温度：８００℃である。
図１４中、最初の２回はリファレンスであり、処理前のチャンバ２内に半導体ウエハを基板載置台７上に載置し、Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数を測定した。
図１４より、測定２回目で、Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの各コンタミネーションが目標値の１×１０10程度であることが分かる。Ｎａ等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属は熱拡散によりコンタミネーションを生じやすい原子であるが、本発明のプラズマ処理装置では、このように高温に加熱しても、チャンバ内がクリーンな状態を良好に維持されていることが分かる。
【００８６】
以上のように、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、発熱体７４がＳｉＣを含む材料からなるので、被処理基板の処理温度を８００℃以上にすることができ、被処理基板を良好に処理することができる。したがって、良好な特性を有する半導体装置等が得られる。そして、マイクロ波に曝されても発熱体７４が異常放電して損傷することがなく、発熱体７４の不純物がチャンバ内に拡散してコンタミネーションが発生することもない。
【００８７】
また、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、マイクロ波に曝される部分が、高純度の石英、ＳｉもしくはＳｉＣからなるか、または石英製のライナで覆われているので、コンタミネーションの発生が抑制される。
【００８８】
マイクロ波に曝される部分がＡｌ部材を使わざるを得ない場合、石英製のライナまたはコーティングで覆い、基板載置台７から極力離隔させるのが好ましい。Ａｌでは強度が足りないボルト、ネジ等は、耐熱性が高く、純度が高いＴｉ材を用いてもよい。
【００８９】
また、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、チャンバ２、支持部固定部２４、透過板支持部１３及び蓋部１８が水冷されるように構成されているので、チャンバ２等の温度上昇が抑制されるので、各部材間、部材の膨張によるこすれ（パーティクル）を抑制することができ、コンタミネーションの発生等が防止される。
【００９０】
そして、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、チャンバ２と排気管３との間に、基板載置台７の外周側に配される石英製のバッフル板４０を備えているので、マイクロ波が排気管３に漏れるのが防止され、バッフル板４０に起因してコンタミネーションが生じることもない。
【００９１】
さらに、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、リフタアームが２分割されているので、基板載置台７、支持部８及び支持部固定部２４を取り付ける時に、リフタアーム９１及びリフタアーム９２を左右に開いて、取り付けることができる。また、ピン支持部１０２が貫通孔９１ａに遊嵌されているので、ピン９３等が左右方向に動くことができ、位置合わせ等のメンテナンスが容易である。
【００９２】
なお、前記実施形態においては、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、半導体ウエハＷを処理する場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、プラズマ源として、容量結合型プラズマ源、ＩＣＰ型プラズマ源、表面反射型プラズマ源、マグネトロン型プラズマ源を用いるプラズマ処理装置に適用可能であり、さらに、熱処理による装置ＲＴＰ(Rapid Thermal Process)、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、ＰＦ−ＣＶＤ等にも適用可能であり、液晶表示装置の製造にも適用可能である。
また、発熱体７４はＳｉＣからなるものに限定されず、ＳｉＣを主成分とすればよい。ただし、ＳｉＣの焼結体が好ましい。また、高純度のＳｉＣが好ましく、ＳｉＣ１００％のものが、コンタミネーション抑制等の点から特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式的断面図である。
【図２】基板載置台、支持部及び支持部固定部を示す断面図である。
【図３】基板載置台及び支持部を示す分解斜視図である。
【図４】発熱体を示す平面図である。
【図５】リフタ駆動機構を示す斜視図である。
【図６】リフタ駆動機構を示す背面図である。
【図７】リフタ駆動機構を示す側面図である。
【図８】本発明のＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、半導体ウエハに、処理温度を変えた場合の温度と半導体ウエハＷの面内の均熱性との関係を示したグラフである。
【図９】本発明のＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、半導体ウエハに、処理温度を変えて酸化処理してＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 の膜厚との関係を示したグラフである。
【図１０】図９の処理と同様に、処理温度を変えてＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 膜の半導体ウエハの面内の均一性との関係を示したグラフである。
【図１１】図９の処理と同様に、処理温度を変えてＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 膜の半導体ウエハの面内の均一性との関係を示したグラフである。
【図１２】半導体ウエハの表面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。
【図１３】半導体ウエハの裏面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。
【図１４】半導体ウエハのコンタミネーションの発生の経時変化を示したグラフである。
【図１５】特許文献１のマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１ マイクロ波プラズマ処理装置
２ チャンバ
２ｂ，２ｃ 冷却水流路
３ 排気管
４ 流路調整弁
５ 真空ポンプ
７ 基板載置台
７１ 基盤部
７２ 第１リフレクタ
７３ 絶縁板
７４ 発熱体
７５ カバー
７６ 第２リフレクタ
８ 支持部
９ リフタ駆動機構
９１、９２ リフタアーム
９３、９４、９５ ピン
９６ 昇降軸
１０ ライナ
１３ 透過板支持部
１４ マイクロ波透過板
１６ 平面アンテナ
１８ シールド部材
２４ 支持部固定部
２７ 固定部取付部
３０ 制御部
３１ 熱電対
３２ 電極
４０ バッフル板
４１ 熱電対被覆管
４３ 電極収納管
５１ インタフェース
６０ 蓋体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理装置及びそれに用いる基板加熱機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、液晶表示装置等の製造に用いられるプラズマ処理装置として、種々のプラズマの励起方式のものが用いられており、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ(Radio Frequency )を用いる高周波励起プラズマ処理装置、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いるマイクロ波プラズマ処理装置等が一般的に用いられている。マイクロ波プラズマ処理装置は、高周波励起プラズマ処理装置と比べて、高密度のプラズマが得られるとともに、プラズマ中のイオンエネルギーが小さいため、処理装置内の部材及び被処理基板に対するダメージが小さく、コンタミネーションが少ないという利点がある。
【０００３】
このような利点を有するため、このマイクロ波プラズマ処理装置の大口径の半導体基板、ＬＣＤ用ガラス基板等の処理への適用が検討されている。このようなマイクロ波プラズマ処理装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００４】
図１５は、このような特許文献１に開示されたマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。このマイクロ波プラズマ処理装置は、処理空間２０１Ａを形成する上部処理容器２０１及び下部処理容器２０２と、処理空間２０１Ａ内に設けられ、被処理基板Ｗを保持する基板載置部２０３と、上部処理容器２０１の開口部を封止するマイクロ波透過板２０４と、該マイクロ波透過板２０４に結合されたラジアルラインスロットアンテナ２１０とを備えている。そして、基板載置部２０３の支持筒の２０８を包囲するように排気管２０２Ａが設けられており、排気管２０２Ａに、図示しない排気機構を接続することにより、処理空間２０１Ａが排気されるように構成されている。処理空間２０１Ａを均一に排気するために、基板載置部２０３の外周側には、多数の開口部を有する整流板２０５が形成されている。
【０００５】
上部処理容器２０１はＡｌ製であり、その内壁にはフッ化処理によりフッ化アルミニウム層２０７が形成されている。基板載置部２０３はＡｌ製であり、その側面及び被処理基板Ｗを載置した場合に露出される表面に石英カバー２０６が形成されており、高密度プラズマにより形成された酸素ラジカルが、処理容器２０１の内壁面、基板載置部２０３の露出面において消費されるのを抑制することができるとしている。
【特許文献１】特開２００３−１３３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて半導体基板等に成膜する場合に、膜質が良好であり、得られる半導体装置が、リーク電流が僅少であるというように、良好な特性を有することが要求されているが、そのためには、処理温度を７００℃以上にする必要がある。しかし、基板載置部２０３がＡｌＮ製のヒータを有する場合、ヒータ自体を７００℃に上げるのが限界であり、被処理基板Ｗの温度を７００℃以上に上げることができないという問題がある。ステンレス鋼製のヒータの中には８００℃まで加熱することができるヒータがあるが、ステンレス鋼製のヒータを用いた場合、ヒータを構成するステンレス鋼に含まれるＦｅ、Ｃｒ等の重金属がプラズマによるスパッタリングや熱によって処理容器２０１内へ拡散し、コンタミネーションが生じるという問題がある。また、カーボン製のヒータも高温に対応可能ではあるが、カーボン製のヒータを用いた場合、基板載置部２０３がマイクロ波中に曝されると、カーボン自体が異常放電を起こして破壊されるという問題がある。ランプヒータも同様の理由により、マイクロ波中では使用することができない。
【０００７】
上記いずれのヒータも、マイクロ波をシールドして用いることが考えられるが、８００℃の温度に耐え、コンタミネーションが発生しないようなシールド材料及びシールド技術が存在しない。
【０００８】
このように、高温でかつ、マイクロ波を用いたプラズマ及びその他のプラズマを用いて処理する際に、安定してコンタミネーションが生じないような高温用のヒータが望まれている。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、パーティクル及びコンタミネーションによる汚染を抑制しつつ被処理基板を８００℃以上の高温に安定して加熱することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
また、そのようなプラズマ処理装置に用いる基板加熱機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記チャンバに連設され、前記チャンバを排気する排気機構と、前記チャンバ内で被処理基板が載置され、載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、前記基板載置台を支持する支持部と、前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、前記発熱体に電力を供給する電極とを備え、前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記プラズマ生成機構は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生機構と、前記マイクロ波発生機構により発生したマイクロ波を前記チャンバに向けて導く導波機構と、前記導波機構により導かれたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する、複数のスロットを有するアンテナとを有し、前記チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成することを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１又は第２発明において、前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基板が載置されるカバーとを有することを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係るプラズマ処理装置は、第４発明において、前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされていることを特徴とする。
【００１６】
第７発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第６発明のいずれかにおいて、ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されていることを特徴とする。
【００１７】
第８発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第７発明のいずれかにおいて、前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有することを特徴とする。
【００１８】
第９発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第８発明のいずれかにおいて、少なくともプラズマに曝される部分が、石英を含む材料、Ｓｉを含む材料、もしくはＳｉＣを含む材料からなるか、または石英を含むライナで覆われていることを特徴とする。
【００１９】
第１０発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第９発明のいずれかにおいて、前記発熱体からの輻射熱を受ける部分が水冷されるように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
第１１発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第１０発明のいずれかにおいて、前記チャンバと排気管との間に、石英製のバッフル板が配設されていることを特徴とする。
【００２１】
第１２発明に係るプラズマ処理装置は、第２乃至第１１発明のいずれかにおいて、前記アンテナは銅製の本体の上に、金メッキまたは銀メッキが施されていることを特徴とする。
【００２２】
第１３発明に係る基板加熱機構は、チャンバ内で被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、チャンバ内で被処理基板を加熱する基板加熱機構であって、載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、前記基板載置台を支持する支持部と、前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、前記発熱体に電力を供給する電極とを備え、前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
第１４発明に係る基板加熱機構は、第１３発明において、前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基盤が載置されるカバーとを有することを特徴とする。
【００２４】
第１５発明に係る基板加熱機構は、第１３又は第１４発明において、前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
第１６発明に係る基板加熱機構は、第１５発明において、前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されていることを特徴とする。
【００２６】
第１７発明に係る基板加熱機構は、第１３乃至１６発明のいずれかにおいて、前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされていることを特徴とする。
【００２７】
第１８発明に係る基板加熱機構は、第１３乃至第１７発明のいずれかにおいて、ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されていることを特徴とする。
【００２８】
第１９発明に係る基板加熱機構は、第１３乃至第１８発明のいずれかにおいて、前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、発熱体及び電極としてＳｉＣを用いることにより、被処理基板の温度を８００℃以上にすることができ、被処理基板に対して所望の高温でのプラズマ処理を施すことができる。したがって、良好な特性を有する膜を形成することができる。また、マイクロ波中でも損傷することなく使用することができ、パーティクル及びコンタミネーションによる汚染も発生しない。
【００３０】
さらに、発熱体に電力を供給する電極が石英を含む絶縁材で形成された電極被覆管内に収納されているので、絶縁性に優れ、支持部または固定部内で放電するのが防止されるとともに、電極由来のコンタミネーションが発生するのが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式的断面図である。図中、符号１がマイクロ波プラズマ処理装置である。
【００３２】
このマイクロ波プラズマ処理装置１は、気密に構成されており、略円筒状であるチャンバ２を備えている。チャンバ２はＡｌ等の金属製で、略円筒状に形成されている。チャンバ２の底部の中央部は開口しており、この底部に排気管３が連設されている。排気管３は、前記開口した部分と略同径である上部排気管３ａと、下側が小径となっているテーパ部３ｂと、テーパ部３ｂに流路調整弁４を介して接続された下部排気管３ｃとを備えている。下部排気管３ｃの下端には、真空ポンプ５が接続されており、真空ポンプ５の側部には、排気管６が接続されている。真空ポンプ５を作動させることにより、チャンバ２内の雰囲気が排気管３を通流されて外へ排出され、チャンバ２内が所要の真空度まで減圧される。
【００３３】
チャンバ２の中央部には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に保持する基板載置台７が設けられている。基板載置台７は、基板載置台７の裏面中央部から鉛直下方にチャンバ２の開口部へ向かって延びる、石英製の支持部８により支持されている。基板載置台７は、後述するＳｉＣからなる発熱体７４、ＳｉＣからなる電極３２、及び熱電対３１を内蔵しており、この発熱体７４に給電されることにより熱線（赤外、遠赤外）を放射して、半導体ウエハＷを直接加熱するように構成されている。基板載置台７の詳細な構成は後述する。
【００３４】
基板載置台７の外周側方には、環状をなす石英製のバッフル板４０が設けられている。バッフル板４０を構成する石英材としては、不純物を含まない高純度のものが好ましく、そのような観点から合成石英が好ましい。また、不透明石英であることがさらに好ましい。このバッフル板４０は、複数の排気孔を有し、支持部材により支持されている。これによりチャンバ２内を均一に排気するとともに、チャンバ２で生成されたマイクロ波プラズマにより、下方からコンタミネーションが逆流するのが防止される。
【００３５】
基板載置台７の下側には、リフタ駆動機構９が配されている。基板載置台７には上下方向に貫通する３つのピン挿通孔が設けられており（図２中では２本のみ示す）、２つのピン挿通孔には、例えば石英製のリフタアーム９１及びリフタアーム９２に支持された例えば石英製のピン９３及びピン９４がそれぞれ上下自在に揺動可能に遊嵌されている。リフタアーム９１、９２及びピン９３、９４の材質はＡｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ等のセラミックでもよいが、コンタミネーションを考慮すると石英が好ましい。リフタアーム９１及びリフタアーム９２は、チャンバ２の底部を上下動可能に貫通する昇降軸９６、９６により、上下動可能に構成されており、リフタアーム９１及びリフタアーム９２の動きに伴いピン９３及びピン９４が連動して上下方向に動くことにより、半導体ウエハＷの昇降が可能となっている。
【００３６】
チャンバ２の内側には、チャンバ２の内周面に沿って、略円筒状をなし、不透明石英製であるライナ１０が設けられている。このライナ１０を構成する石英は、コンタミネーションが生じ難い高純度のものが好ましく、このような観点から合成石英が好ましい。チャンバ２の上部は開口しており、この開口したチャンバ２の端面に、環状のガス導入部１１が載置されている。ガス導入部１１の内周面には多数のガス放射孔１１ａが均一に設けられており、配管１１ｃを介してガス供給機構１１ｂに接続されている。ガス供給機構１１ｂは、例えばＡｒガス供給源、Ｏ2 ガス供給源、Ｈ2 ガス供給源、Ｎ2 ガス供給源、その他のガス供給源を有しており、これらのガスはガス導入部１１へ導入され、ガス導入部１１のガス放射孔からチャンバ２内へ均一に放射される。なお、Ａｒガスに代えて他の希ガス、例えばＫｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等のガスを用いてもよい。
【００３７】
チャンバ２の側壁には、マイクロ波プラズマ処理装置１に隣接する搬送室（図示せず）からチャンバ２内へ半導体ウエハＷを搬入し、チャンバ２から搬送室へ半導体ウエハＷを搬出するための搬送口２ａが設けられている。搬送口２ａはゲートバルブ１２により開閉される。搬送口２ａの上側には、チャンバ２の周方向に冷却水を通流させるための冷却水流路２ｂが、搬送口２ａの下側には、冷却水流路２ｃがそれぞれ設けられており、これら冷却水流路２ｂ、２ｃには冷却水供給源５０より冷却水を供給されるようになっている。
【００３８】
チャンバ２の上側には、チャンバ２内に突出する透過板支持部１３が設けられている。透過板支持部１３には、その周方向に冷却水を通流させるための複数の冷却水流路１３ａが設けられており、これら冷却水流路１３ａには冷却水供給源５０から冷却水を供給される。この透過板支持部１３の内側には例えば２段の段部が形成されており、石英等の誘電体からなり、マイクロ波を透過させるマイクロ波透過板１４が、透過板支持部１３の段部にＯリング等のシール部材１５を介して嵌められている。誘電体としては、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ等のセラミックが適用される。
【００３９】
マイクロ波透過板１４の上側には、円板状の平面アンテナ１６が設けられ、透過板支持部１３に接地されている。平面アンテナ１６は、例えば２００ｍｍサイズの半導体ウエハＷに対応する場合には、直径が３００〜４００ｍｍ、厚みが０．１〜１０ｍｍ（例えば１ｍｍ）であり、銅製であって、表面が金または銀メッキされた円板状をなす。平面アンテナ１６には、所定のパターンを有し、平面アンテナ１６の上下方向に貫通する、多数のマイクロ波放射孔（スロット）１６ａが設けられている。マイクロ波放射孔１６ａは、平面視が長溝状をなし、複数の同心円上に、隣接するマイクロ波放射孔１６ａがＴ字状をなすように、マイクロ波の波長（λｇ）に対応して、例えばλｇ／４、λｇ／２、λｇの間隔で形成されている。平面アンテナ１６は、四角状でもよい。
【００４０】
平面アンテナ１６の上側には、平面アンテナ１６より少し小径であり、真空より大きい誘電率を有する、例えば石英、またはポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等の樹脂からなる遅波板１７が配置されている。真空中ではマイクロ波の波長が長くなるので、この遅波板１７により、マイクロ波の波長が短くされてプラズマが調整されて効率良く伝搬される。
【００４１】
透過板支持部１３の上側には、遅波板１７の上面及び側面、ならびに平面アンテナ１６の側面を覆うように、導電性のシールド部材１８が設けられている。シールド部材１８は、平面アンテナ１６との間でマイクロ波を水平方向に均一に伝播させる導波管の機能を有する。透過板支持部１３とシールド部材１８との間は、リング状のシール部材１９により気密にシールされている。シールド部材１８には、シールド部材１８の周方向に冷却水を通流させるための冷却水流路１８ａが形成されており、この冷却水流路１８ａに冷却水供給源５０より冷却水が通流されて、シールド部材１８、遅波板１７、平面アンテナ１６及びマイクロ波透過板１４が冷却され、プラズマを安定に生成するとともに、これら部材の破損や変形が防止されるようになっている。マイクロ波透過板１４、平面アンテナ１６、遅波板１７、及びシールド部材１８は透過板支持部１３に取り付けられた状態で一体的に設けられて開閉可能な蓋体６０を構成しており、メンテナンスの際にチャンバ２の上面を開口することが可能となっている。
【００４２】
シールド部材１８の中央部には開口部が形成されており、この開口部の周縁部に同軸導波管２０が連設されている。同軸導波管２０の端部には、整合器２１を介してマイクロ波発生装置２２が接続されている。マイクロ波発生装置２２により発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が同軸導波管２０を介して平面アンテナ１６へ伝搬される。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚであってもよい。
【００４３】
同軸導波管２０は、シールド部材１８の開口部から上方へ延びる外導体の円筒状導波管２０ａと、この円筒状導波管２０ａの上端部にモード変換器２３を介して接続され、水平方向に延びる矩形同軸導波管２０ｂとを備えている。モード変換器２３により、矩形同軸導波管２０ｂをＴＥモードで伝搬するマイクロ波がＴＥＭモードに変換される。円形導波管２０ａの中心には内導体２０ｃが内蔵されており、円形導波管２０ａとで同軸導波管２０を構成する。この内導体２０ｃの下端部は、遅波板１７の中央部に設けられた孔を貫通して平面アンテナ１６に接続されている。マイクロ波は、同軸導波管２０を介して平面アンテナ１６に均一にラジアル方向に効率良く伝搬される。
【００４４】
基板載置台７を支持する円筒状の支持部８の底部は、フランジ部を有する円柱状の支持部固定部２４に、支持板２５を介してクランプ２６により固定されている。支持部固定部２４は、固定部取付部２７の上部に嵌められている。支持部固定部２４の側部には、支持部固定部２４の周方向に冷却水を通流させるための冷却水流路２４ａが設けられており、冷却水供給源５０より冷却水が供給され、支持部固定部２４及び支持板２５が冷却される。固定部取付部２７は、その側部が上部排気管３ａに取り付けられている。支持部固定部２４、支持板２５、固定部取付部２７は、Ａｌ等の金属材からなる。
【００４５】
固定部取付部２７には、上部排気管３ａ側の側部に開口部２７ｂが設けられており、この開口部２７ｂを上部排気管３ａに設けられた孔２８ａに合わせた状態で、固定部取付部２７が上部排気管３ａに固定されている。したがって、固定部取付部２７内に形成する空間部２７ｃは、開口部２７ｂ及び孔２８ａを介して大気と連通している。空間部２７ｃには、基板載置台７の温度を測定制御するための熱電対３１の配線、発熱体７４への電力を供給する配線等が配設されている。
【００４６】
マイクロ波プラズマ処理装置１の各構成部、例えばガス供給機構、冷却水供給機構、ヒータ温度制御部は、インタフェース５１を介して、ＣＰＵを備えた制御部３０に接続されて制御される構成となっている。そして、制御部３０の制御下で、マイクロ波プラズマ処理装置の処理が行われる。
【００４７】
図２は、基板載置台７、支持部８及び支持部固定部２４を示す断面図である。支持部８の底部は、クランプ２６に嵌められてネジ２９，２９により支持板２５を介して支持部固定部２４に固定されている。
【００４８】
図３は、基板載置台７及び支持部８を示す分解斜視図である。基板載置台７の基盤部７１は円板状をなしており、基盤部７１上には、Ｓｉを含む材料からなる複数に分割された、例えば半円板状の２枚の第１リフレクタ７２が、基盤部７１の表面に形成された凸状をなす複数の支持部７１ｅを介して嵌合されており、その上に、複数に分割された、例えば半円板状の２枚の絶縁板７３、及び複数のパターンゾーンに分割された、例えば半円板状の２枚の発熱体７４が、順次、その面を対向させた状態で嵌合されている。発熱体７４は１枚であってもよい。そして、発熱体７４の上面、並びに発熱体７４、第１リフレクタ７２及び絶縁板７３の上側側面を覆うようにカバー７５が設けられており、カバー７５の上にウエハＷを載置して、発熱体７４からの輻射熱により加熱するように構成されている。また、カバー７５上には、リング状の単結晶ＳｉまたはアモルファスＳｉ製の第２リフレクタ７６が載置されている。
なお、基盤部７１、絶縁板７３、及びカバー７５は例えば石英で構成されている。また、これらを構成する石英としては、不透明石英が好ましい。カバー７５は不透明石英であってもよい。また、石英としては高純度のものが好ましく、合成石英が好ましい。
【００４９】
発熱体７４は、高抵抗のＳｉＣからなる。ＳｉＣは焼結体であっても、ＣＶＤやＰＶＤ等によって形成された膜であってもよい。焼結体としては、粉体焼結によって形成したものでも、グラファイト焼結体に珪酸ガス等のＳｉ含有物質を直接反応させて形成したものであってもよい。また、ＳｉＣは結晶体であっても、アモルファスであってもよい。また、適宜の引き上げ方法により形成された単結晶体であってもよい。
【００５０】
図４は、発熱体７４を示す平面図である。発熱体７４は、周方向に４つの区画に分割されている。この区画毎に、中央部から周縁部に向かい、区画の境界線で折り返すのを繰り返して、一続きの電流経路７４ａが形成されるように、同心状に切り込み７４ｂが設けられている。この切り込み７４ｂにより、温度変化による熱膨張、熱収縮が抑制される。そして、上述のように電流経路７４ａが形成されているので、発熱体７４により均一に半導体ウエハＷが加熱される。
なお、電流経路（パターン）は均一に加熱可能であれば特に限定されない。
【００５１】
図２に示すように、支持部固定部２４の中央部には挿通孔２４ｂが設けられており、これに対応させて、リング状の固定板２５の中央部に挿通孔２５ａが設けられている。そして、基盤部７１、第１リフレクタ７２、絶縁板７３及び発熱体７４を貫通し、熱電対被覆管４１を挿通させる挿通孔７１ａ、挿通孔７２ａ、挿通孔７３ａ及び挿通孔７４ｃがそれぞれ設けられている。また、カバー７５の下面、すなわち半導体ウエハＷを載置する面の裏側には、例えばパイプ状に突出して設けられ、挿通孔７４ｃ、挿通孔７３ａ及び挿通孔７２ａを貫通して、基盤部７１の表面近くまで達する熱電対被覆管４１の先端部を挿入する収納部７５ａが垂設されている。
【００５２】
支持部固定部２４の底部の中央部には突出部２４ｃが設けられており、熱電対被覆管４１を挿通させる挿通孔２４ｂが突出部２４ｃの下端部まで延び、貫通して形成されている。
【００５３】
熱電対被覆管４１は、例えば石英等の絶縁材で構成され、その内部には載置台７の温度を検出する熱電対３１を収納し、挿通孔２４ｂ及び挿通孔２５ａ内を挿通され、支持部８内の空間部を抜けて、挿通孔７１ａを貫通し、先端部がカバー７５の収納部７５ａに収容されている。突出部２４ｃの底部は、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂系合成樹脂等からなるワッシャ３９を介して、例えばＡｌ2 Ｏ3 等の絶縁材からなるカバー部３６が嵌合されている。熱電対３１は、カバー部３６の側部を貫通する２つのネジ３７により回り止めされており、蓋部３８を介してカバー部３６から外部に接続されている。
【００５４】
支持部固定部２４の径外方向には冷却水流路２４ａ及び発熱体２４に電力を供給する棒状の電極３２が被覆される電極被覆管（電極収納管）４３を挿入する、複数、例えば４つの挿通孔２４ｄが貫通して設けられている。挿通孔２４ｄは、支持部固定部２４の支持板２５側に対向して設けられた挿通孔２４ｅと、挿通孔２４ｅより外径が大きい挿通孔２４ｆとを有する。支持板２５には、挿通孔２４ｅに対応する位置に、電極被覆管４３を挿入する挿通孔２５ｂが設けられている。基盤部７１、第１リフレクタ７２及び絶縁板７３にも、挿通孔２４ｂ、２５ｂに対応して電極被覆管４３を挿入する挿通孔７１ｂ、挿通孔７２ｂ及び挿通孔７３ｂがそれぞれ貫通して設けられている。発熱体７４には挿通孔７４ｄが、カバー７５には突出した電極３２及び止めネジ７９を収納する収納穴７５ｂがそれぞれ設けられている。
【００５５】
電極３２は、ＳｉＣ製が好ましく、焼結体であってもよいし、単結晶材であってもよく、アモルファスであってもよい。電極３２は、石英等の絶縁材からなる電極被覆管４３に収納された状態で、支持部固定部２４及び支持板２５を貫通し、支持部８内の空間部を抜けて、基盤部７１及び第１リフレクタ７２を貫通する。そして、電極３２の先端部は、絶縁板７３を貫通して、発熱体７４に止めネジ７９で固定された上で、カバー７５の収納穴７５ｂに収容されている。電極被覆管４３は、挿通孔２４ｆに嵌合する大径部４３ｇと、挿通孔２４ｅ及び２５ｂに嵌合する小径部４３ｈとの段差形状を有している。そして、大径部４３ｇの上下の外周部に、Ｏリング（シールリング）４２が嵌められてシールされている。このように、電極３２が支持部固定部２４の底部から絶縁板７３に至るまで、石英等の絶縁材で形成された電極被覆管（電極収納管）４３内に収納され、しかもＯリング４２でシールされて密閉性が良好であるので、電極由来のコンタミネーションが発生するのが抑制される。また、電極３２が電気絶縁性の良好な電極被覆管４３で覆われているとともに、電極被覆管４３が挿通孔２４ｆに嵌合する大径部４３ｇと、挿通孔２４ｅ及び２５ｂに嵌合する小径部４３ｈとの段差形状を有する構造を有し、電極被覆管４３の固定部を貫通する部分が厚くなっているので、電気絶縁性が良好なものとなる。さらに、このような段差形状により、電極被覆管４３の固定が安定する。
【００５６】
支持部固定部２４の下側には、例えばＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮ等の絶縁体で構成された固定板３３が設けられている。また、固定板３３の下側には、第１の金属板３４及び第２の金属板３５がねじ止めされている。固定板３３には電極３２を挿通させる挿通孔３３ａ及び突出部２４ｃを挿通させる挿通孔３３ｂが設けられており、固定板３３は、挿通孔３３ｂに突出部２４ｃが嵌め込まれた状態で固定されている。固定板３３は、支持部固定部２４と第１の金属板３４との間を電気的に絶縁する機能を有する。第１及び第２の金属板３４、３５には、電極３２を挿通させる挿通孔３４ａ、３５ａが形成されている。
【００５７】
電極３２の下端部は、絶縁性の固定板３３の挿通孔３３ｂ、ならびに第１の金属板３４及び第２の金属板３５の挿通孔３４ａ及び３５ａを貫通している。そして、電極３２と第１の金属板３４との間はＯリング（シールリング）３４ｂでシールされている。
【００５８】
また、電極３２は、第２の金属板３５に接続されており、電力供給源（図示せず）から第２の金属板３５を介して電極３２に給電され、この電極３２を経て発熱体７４に給電されることにより、発熱体７４が発熱して、放射熱線により半導体ウエハＷが加熱される。
【００５９】
第１の金属板３４は上述したようにＯリング３４ｂを介して電極３２を気密にシールする機能を有しており、第２の金属板３５は電極に電力を供給する機能を有していることから、これらの機能に適した金属であることが好ましく、例えば、第１の金属板３４をステンレス鋼で構成し、第２の金属板３５をＮｉ合金で構成することができる。だだし、これら材料に限らず、種々の材料で構成することができ、第１及び第２の金属板３４、３５は異なる金属でも同種の金属でもよい。また、これら２つの金属板に分けずに、これらが一体となっていてもよい。
【００６０】
また、基盤部７１の周縁部寄りには、基盤部７１を上下方向に貫通するピン挿通孔７１ｃが設けられている。ピン挿通孔７１ｃの上部の孔の外縁には例えばパイプ状の突出部７１ｄが設けられ、突出部７１ｄの上部に、第１リフレクタ７２が支持されている。同様に、第１リフレクタ７２、絶縁板７３及び発熱体７４には、ピン挿通孔７２ｃ、ピン挿通孔７３ｃ及びピン挿通孔７４ｅがそれぞれ設けられている。カバー７５の下面には、ピン挿通孔７４ｅ、ピン挿通孔７３ｃ及びピン挿通孔７２ｃに対応して貫通し、ピン挿通孔７１ｃの内部まで達するピン挿通部７５ｃが垂設されている。そして、ピン挿通部７５ｃには、ピン９３が上下に移動可能な挿通孔７５ｅが形成されている。ピン挿通部７５ｃは、基板載置台７の内部からのコンタミネーションを封止する機能を有しており、これにより、高温に加熱してもコンタミネーションの拡散を防止することができ、コンタミネーションフリーの加熱機構を実現することが可能である。
【００６１】
図５は、リフタ駆動機構９の一部を示す斜視図であり、図６は、リフタ駆動機構９を示す背面図、図７はリフタ駆動機構９の一部を示す側面図である。
リフタ駆動機構９のリフタアーム９１は、先端方向が中心軸より外周側に広がるように形成され、リフタアーム９２より長さを長くしてある。また、リフタアーム９２も同様に、先端方向が中心軸より外周側に広がる。リフタアーム９１のピン９３及びピン９５、リフタアーム９２のピン９４は、周方向に１２０度の間隔をおくように設けられている。
【００６２】
リフタアーム９１に設けられた貫通孔９１ａには、上側固定部１０２ａ、遊嵌部１０２ｂ及び螺合部１０２ｃを備えるピン支持部１０２が嵌められている（図２参照）。上側固定部１０２ａは遊嵌部１０２ｂより大径であり、ピン９３は、上側固定部１０２ａを貫通した状態で、下端部が遊嵌部１０２ｂの内部にねじ止めされている。遊嵌部１０２ｂは貫通孔９１ａに遊嵌され、上側固定部１０２ａはリフタアーム９１の上面に当接している。螺合部１０２ｃの外周面には雄ねじが設けられており、螺合部１０２ｃは貫通孔９１ａから突出している。下側固定部１０３は、内周面に雌ねじが設けられており、ピン支持部１０２の螺合部１０２ｃに螺合された状態で、リフタアーム９１の下面に当接している。
【００６３】
ピン支持部１０２が貫通孔９１ａに遊嵌されているので、ピン９３は、位置合わせ良好に、基板載置台７のピン孔に挿通される。他のピン９４及びピン９５がねじ込まれたピン支持部も同様に、リフタアーム９２、リフタアーム９１に設けられた貫通孔に遊嵌されており、ピン９４及びピン９５が基板載置台７のピン孔に挿通される。
【００６４】
リフタアーム９１及びリフタアーム９２は、それぞれ対応する連結部９７を介して昇降軸９６に連結されている。連結部９７は、各２枚の連結板９７ａ、連結板９７ｂ及び止め板９７ｃ、ならびにカバー９７ｄ、複数のネジ９７ｅ、ネジ９７ｆ及びネジ９７ｇを備える。リフタアーム９１，９２は、連結板９７ａにそれぞれ、止め板９７ｃを介してネジ９７ｆによりネジ止めされている。各連結板９７ａの端部下側には、連結板９７ｂが連結されている。各ネジ９７ｅは、連結板９７ａ及び連結板９７ｂを貫通した状態で、昇降軸９６にネジ止めされている。
【００６５】
カバー９７ｄは、２枚の連結板９７ａを付け合わせたときに、両端部が連結板９７ａの凹部９７ｈに嵌められた状態で、連結板９７ａの背後を覆い、ネジ９７ｇにより連結板９７ａにネジ止めされるように構成されている。
【００６６】
リフタ駆動機構９は、カバー９７ｄを外し、ネジ９７ｅを緩めることで、リフタアーム９１が連結された連結板９７ａ、またはリフタアーム９２が連結された連結板９７ａが昇降軸９６に対し相対的に回転し、リフタアーム９１，９２が左右に開くように構成されている。これにより、基板載置台７のメンテナンスが容易となる。
【００６７】
リフタ駆動機構９の昇降部１１０は、軸ホルダ１１１、支持部１１２、支持部１１３、支柱部１１４、リニアスライドレール１１５、モータ１１６、プーリ１１７、ボールネジ１１８、支持部１１９及び載置台１２２を備える。
【００６８】
軸ホルダ１１１、支持部１１２及び支持部１１３は連結され、支持部１１９は支持部１１３の内側に嵌め込まれた支持部１１３ａに連設されている。リニアスライドレール１１５は、支柱部１１４の鉛直方向に設けられており、支持部１１３の鉛直方向に設けられた凹溝部がリニアスライドレール１１５に嵌められている。支柱部１１４はモータ１１６上の載置台１２２上に載置されている。支柱部１１４の下部には凹部１１４ａが設けられており、凹部１１４ａ内で、モータ１１６の回転がプーリ１１７に伝達されるように構成されている。昇降軸９６は、連結板９８を貫通して金属製の蛇腹状のベローズ９９内を挿通され、軸ホルダ１１１により保持されている。
【００６９】
モータ１１６が駆動し、モータ１１６によりプーリ１１７を介してボールネジ１１８が回転すると、これに伴い支持部１１９が上下し、これに連動して、支持部１１３、ならびにこれに連なる支持部１１２及び軸ホルダ１１１が、リニアルスライドレール１１５に沿って、上下にスライドするように構成されている。これにより、ベローズ９９により、チャンバ２内の気密性を維持しつつ、昇降軸９６が上下し、リフタアーム９１，９２が上下する。
【００７０】
また、ネジ１２０を回すことにより、昇降軸９６及びこれに連結されたリフタアーム９１，９２の位置が、ｙ軸方向に微調整されるように構成されている。そして、軸ホルダ１１１及び１１２の下面を貫通するネジ１２１を回すことにより、昇降軸９６及びこれに連結されたリフタアーム９１，９２の位置が、ｘ軸方向に微調整されるように構成されている。
【００７１】
以上のように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置１においては、ガス導入部１１から例えばＡｒ及びＯ2 を導入し、平面アンテナ１６を所定の周波数のマイクロ波で駆動することにより、チャンバ２内に高密度プラズマが形成される。励起されたＡｒガスプラズマは酸素分子に作用し、チャンバ２内には、酸素ラジカルが効率良く、均一に形成され、基板載置台７上に載置された半導体ウエハＷの表面が酸化される。また、半導体ウエハＷを窒化処理する場合は、Ａｒ等の希ガスとＮＨ3 またはＮ2 とをガス導入部１１からチャンバ２内に導入して窒化処理される。また、窒化処理に用いるガスにさらにＯ2 ガスを導入して半導体ウエハＷを酸窒化処理することができる。また、成膜ガスを用いて、成膜処理することも可能である。
【００７２】
本実施形態においては、基板載置台７の発熱体７４がＳｉＣからなるので、半導体ウエハの温度を８００℃以上にすることができ、半導体ウエハＷに対して十分な温度で熱処理を行うことができる。また、加熱機能を有する基板載置台７が、高温度プラズマ処理する際にその内部からのコンタミネーションが拡散しないような構造を有しているので、清浄な雰囲気でのプラズマ処理が可能である。
【００７３】
したがって、良好な膜質を有する膜を形成することができ、ひいては良好な特性を有する半導体装置が得られる。また、基板載置台７の絶縁性を強化したので、基板載置台７内部でのプラズマ発生が抑制され、発熱体７４が損傷することなく使用することができ、かつ、高温で使用しても、高純度材料を使用することで、熱拡散によるコンタミネーションの拡散が抑制される。
【００７４】
また、本実施形態においては、基板載置台７が、発熱体７４から生じる熱を反射させるＳｉを含む部材の第１リフレクタ７２及び第２リフレクタ７６を備えているので、発熱体７４が発した熱を反射させて、半導体ウエハＷを効率良く加熱することができる。この構成により、発熱体７４の発熱量を抑制しつつ、半導体ウエハＷの温度を８００℃以上にすることができる。また、マイクロ波も反射されてプラズマが励起されやすくなる。なお、第１及び第２リフレクタ７２、７６を構成するＳｉを含む材料としては、単結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、ポリシリコン、ＳｉＮを挙げることができ、これらの高純度品を用いることが好ましい。
【００７５】
このようにしてマイクロ波プラズマ処理装置１により高温処理することにより、安定したプラズマ生成とコンタミネーションの極めて少ないプラズマ処理を実現することができる。
【００７６】
図８は、ＳｉＣヒータが設けられた基板載置台７を備えた本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、大きさ３００ｍｍの半導体ウエハに、４００℃、６００℃、８００℃と処理温度を変えた場合の温度と半導体ウエハの面内の均熱性との関係を示したグラフである。横軸は処理温度（℃）、縦軸は半導体ウエハ内の最高温度と最低温度との差（Δｔ）であり、単位は℃である。チャンバ内圧力（真空度）は、いずれも１２６Ｐａ（０．９５Ｔｏｒｒ）とした。
図８より、ＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置１を用いた場合、８００℃においてもΔｔは１７℃前後であり、半導体ウエハの均熱性の許容範囲であるΔｔが２０℃以下を満足しており、高温側で良好な均熱性が得られることがわかる。
【００７７】
図９は、本発明のＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、大きさ３００ｍｍの半導体ウエハに、４００℃、６００℃、７００℃、８００℃と処理温度を変えて酸化処理してＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 の膜厚との関係を示したグラフである。縦軸は膜厚（ｎｍ）、横軸は処理時間（ｓｅｃ）である。
処理条件は、Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波パワーＰｕ：２０００Ｗ、チャンバ内圧力（真空度）６６．５Ｐａ（５００ｍＴ）、ベースウエハ：ＤＨＦ−Ｌａｓｔである。
【００７８】
図９より、温度が高くなるに従って、成膜速度が高くなっているのがわかる。特に７００℃以上で処理した場合は、成膜速度が急激に増加し、良好な結果が得られることがわかる。具体的には、４００℃でのレートに対して１．６倍以上、６００℃でのレートに対して１．３５倍以上の成膜速度が得られる。
【００７９】
図１０は、図９の処理と同様に、４００℃、６００℃、７００℃、８００℃と処理温度を変えてＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 膜の半導体ウエハの面内の膜厚均一性との関係を示したグラフである。縦軸は面内の膜厚均一性であり、面内の膜厚均一性は、ウエハ面内の膜厚の（最大値−最小値）／平均値（σ／Ａｖｅ）で示し、単位は％である。横軸は処理時間（ｓｅｃ）である。
【００８０】
図１０より、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１を用いた場合、面内の膜厚均一性は２％以内であり、高温処理であっても良好であることがわかる。これにより、本発明のヒータ構造が優れていることが確認された。
【００８１】
図１１は、図９の処理と同様に、７００℃、８００℃と処理温度を変えてＳｉＯ２膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ２膜の半導体ウエハの面内の膜厚均一性との関係を示したグラフである。縦軸は面内の膜厚均一性であり、面内の膜厚均一性は、ウエハ面内の膜厚の（最大値−最小値）／平均値（σ／Ａｖｅ）で示し、単位は％である。図９より処理時間を短くして膜厚を測定した。
【００８２】
図１１より、処理時間が６０ｓｅｃ以内である場合、面内の膜厚均一性は、７００℃及び８００℃ともに、１．５％以内であり、本発明の構造を有する加熱機構により、高温処理を良好に行うことができることがわかる。
【００８３】
図１２は、プラズマ処理室内の半導体ウエハの表面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。縦軸はパーティクルの個数、横軸は経時変化であり、下記のパーティクルの測定回数を示す。パーティクルの個数の測定は、チャンバ２内の基板載置台７上にダミーウエハを載置し、プラズマ処理と排気とを交互に繰り返す操作を１０回行った後に、新しい半導体ウエハを基板載置台上に載置し、該半導体ウエハの表面上のパーティクルの個数を計測することにより行った。
処理条件は、Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波パワーＰｕ：２０００Ｗ、チャンバ内圧力（真空度）６６．５Ｐａ（５００ｍＴ）、処理時間：６０ｓｅｃ、処理温度：８００℃である。
図１２より、経時的にパーティクルの発生が減じ、本発明の構造を有する加熱機構による高温処理により、良好な結果が得られていることがわかる。
【００８４】
図１３は、半導体ウエハの裏面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。縦軸はパーティクルの個数、横軸は経時変化であり、下記のパーティクルの測定回数を示す。パーティクルの個数の測定は図１２の場合と同様にして行った。
図１３より、経時的にパーティクルの発生が減じ、本発明の構造を有する加熱機構による高温処理により、良好な結果が得られていることがわかる。
【００８５】
図１４は、半導体ウエハの金属のコンタミネーションの発生の経時変化を示したグラフである。縦軸は、Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数（１０10×atoms/cm2 ）、横軸は経時変化（測定回数）である。Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数の測定は、パーティクルの測定と同様に、チャンバ２内の基板載置台７上にダミーウエハを載置し、プラズマ処理と排気とを交互に繰り返す操作を１０回行った後に、新しい半導体ウエハを基板載置台上に載置し、該半導体ウエハの表面上のＡｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数を計ることにより行った。
処理条件は、Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ2 ガス流量：１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波パワーＰｕ：２０００Ｗ、チャンバ内圧力（真空度）６６．５Ｐａ（５００ｍＴ）、処理時間：６０ｓｅｃ、処理温度：８００℃である。
図１４中、最初の２回はリファレンスであり、処理前のチャンバ２内に半導体ウエハを基板載置台７上に載置し、Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの原子の数を測定した。
図１４より、測定２回目で、Ａｌ、Ｃｕ及びＮａの各コンタミネーションが目標値の１×１０10程度であることが分かる。Ｎａ等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属は熱拡散によりコンタミネーションを生じやすい原子であるが、本発明のプラズマ処理装置では、このように高温に加熱しても、チャンバ内がクリーンな状態を良好に維持されていることが分かる。
【００８６】
以上のように、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、発熱体７４がＳｉＣを含む材料からなるので、被処理基板の処理温度を８００℃以上にすることができ、被処理基板を良好に処理することができる。したがって、良好な特性を有する半導体装置等が得られる。そして、マイクロ波に曝されても発熱体７４が異常放電して損傷することがなく、発熱体７４の不純物がチャンバ内に拡散してコンタミネーションが発生することもない。
【００８７】
また、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、マイクロ波に曝される部分が、高純度の石英、ＳｉもしくはＳｉＣからなるか、または石英製のライナで覆われているので、コンタミネーションの発生が抑制される。
【００８８】
マイクロ波に曝される部分がＡｌ部材を使わざるを得ない場合、石英製のライナまたはコーティングで覆い、基板載置台７から極力離隔させるのが好ましい。Ａｌでは強度が足りないボルト、ネジ等は、耐熱性が高く、純度が高いＴｉ材を用いてもよい。
【００８９】
また、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、チャンバ２、支持部固定部２４、透過板支持部１３及び蓋部１８が水冷されるように構成されているので、チャンバ２等の温度上昇が抑制されるので、各部材間、部材の膨張によるこすれ（パーティクル）を抑制することができ、コンタミネーションの発生等が防止される。
【００９０】
そして、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、チャンバ２と排気管３との間に、基板載置台７の外周側に配される石英製のバッフル板４０を備えているので、マイクロ波が排気管３に漏れるのが防止され、バッフル板４０に起因してコンタミネーションが生じることもない。
【００９１】
さらに、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１は、リフタアームが２分割されているので、基板載置台７、支持部８及び支持部固定部２４を取り付ける時に、リフタアーム９１及びリフタアーム９２を左右に開いて、取り付けることができる。また、ピン支持部１０２が貫通孔９１ａに遊嵌されているので、ピン９３等が左右方向に動くことができ、位置合わせ等のメンテナンスが容易である。
【００９２】
なお、前記実施形態においては、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、半導体ウエハＷを処理する場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、プラズマ源として、容量結合型プラズマ源、ＩＣＰ型プラズマ源、表面反射型プラズマ源、マグネトロン型プラズマ源を用いるプラズマ処理装置に適用可能であり、さらに、熱処理による装置ＲＴＰ(Rapid Thermal Process)、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、ＰＦ−ＣＶＤ等にも適用可能であり、液晶表示装置の製造にも適用可能である。
また、発熱体７４はＳｉＣからなるものに限定されず、ＳｉＣを主成分とすればよい。ただし、ＳｉＣの焼結体が好ましい。また、高純度のＳｉＣが好ましく、ＳｉＣ１００％のものが、コンタミネーション抑制等の点から特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式的断面図である。
【図２】基板載置台、支持部及び支持部固定部を示す断面図である。
【図３】基板載置台及び支持部を示す分解斜視図である。
【図４】発熱体を示す平面図である。
【図５】リフタ駆動機構を示す斜視図である。
【図６】リフタ駆動機構を示す背面図である。
【図７】リフタ駆動機構を示す側面図である。
【図８】本発明のＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、半導体ウエハに、処理温度を変えた場合の温度と半導体ウエハＷの面内の均熱性との関係を示したグラフである。
【図９】本発明のＳｉＣヒータを備えたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、半導体ウエハに、処理温度を変えて酸化処理してＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 の膜厚との関係を示したグラフである。
【図１０】図９の処理と同様に、処理温度を変えてＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 膜の半導体ウエハの面内の均一性との関係を示したグラフである。
【図１１】図９の処理と同様に、処理温度を変えてＳｉＯ2 膜を形成した場合の処理時間とＳｉＯ2 膜の半導体ウエハの面内の均一性との関係を示したグラフである。
【図１２】半導体ウエハの表面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。
【図１３】半導体ウエハの裏面におけるパーティクルの有無の経時変化を調べた結果を示したグラフである。
【図１４】半導体ウエハのコンタミネーションの発生の経時変化を示したグラフである。
【図１５】特許文献１のマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１ マイクロ波プラズマ処理装置
２ チャンバ
２ｂ，２ｃ 冷却水流路
３ 排気管
４ 流路調整弁
５ 真空ポンプ
７ 基板載置台
７１ 基盤部
７２ 第１リフレクタ
７３ 絶縁板
７４ 発熱体
７５ カバー
７６ 第２リフレクタ
８ 支持部
９ リフタ駆動機構
９１、９２ リフタアーム
９３、９４、９５ ピン
９６ 昇降軸
１０ ライナ
１３ 透過板支持部
１４ マイクロ波透過板
１６ 平面アンテナ
１８ シールド部材
２４ 支持部固定部
２７ 固定部取付部
３０ 制御部
３１ 熱電対
３２ 電極
４０ バッフル板
４１ 熱電対被覆管
４３ 電極収納管
５１ インタフェース
６０ 蓋体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記チャンバに連設され、前記チャンバを排気する排気機構と、
前記チャンバ内で被処理基板が載置され、載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、
前記基板載置台を支持する支持部と、
前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、
前記発熱体に電力を供給する電極と
を備え、
前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、
前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、
前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生機構と、前記マイクロ波発生機構により発生したマイクロ波を前記チャンバに向けて導く導波機構と、前記導波機構により導かれたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する、複数のスロットを有するアンテナとを有し、前記チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基板が載置されるカバーとを有する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、
前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされている、請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、
前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、
前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有する、請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
少なくともプラズマに曝される部分が、石英を含む材料、Ｓｉを含む材料、もしくはＳｉＣを含む材料からなるか、または石英を含むライナで覆われている、請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記発熱体からの輻射熱を受ける部分が水冷されるように構成されている、請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記チャンバと排気管との間に、石英製のバッフル板が配設されている、請求項１乃至１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記アンテナは銅製の本体の上に、金メッキまたは銀メッキが施されている、請求項２乃至１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
チャンバ内で被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、チャンバ内で被処理基板を加熱する基板加熱機構であって、
載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、
前記基板載置台を支持する支持部と、
前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、
前記発熱体に電力を供給する電極と
を備え、
前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、
前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、
前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備える、基板加熱機構。
【請求項１４】
前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基盤が載置されるカバーとを有する、請求項１３に記載の基板加熱機構。
【請求項１５】
前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されている、請求項１３又は１４に記載の基板加熱機構。
【請求項１６】
前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されている、請求項１５に記載の基板加熱機構。
【請求項１７】
前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、
前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされている、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の基板加熱機構。
【請求項１８】
ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、
前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、
前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されている、請求項１３乃至１７のいずれかに記載の基板加熱機構。
【請求項１９】
前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有する、請求項１３乃至１８のいずれかに記載の基板加熱機構。
【請求項１】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記チャンバに連設され、前記チャンバを排気する排気機構と、
前記チャンバ内で被処理基板が載置され、載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、
前記基板載置台を支持する支持部と、
前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、
前記発熱体に電力を供給する電極と
を備え、
前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、
前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、
前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成機構は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生機構と、前記マイクロ波発生機構により発生したマイクロ波を前記チャンバに向けて導く導波機構と、前記導波機構により導かれたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する、複数のスロットを有するアンテナとを有し、前記チャンバ内にマイクロ波プラズマを形成する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基板が載置されるカバーとを有する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、
前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされている、請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、
前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、
前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有する、請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
少なくともプラズマに曝される部分が、石英を含む材料、Ｓｉを含む材料、もしくはＳｉＣを含む材料からなるか、または石英を含むライナで覆われている、請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記発熱体からの輻射熱を受ける部分が水冷されるように構成されている、請求項１乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記チャンバと排気管との間に、石英製のバッフル板が配設されている、請求項１乃至１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記アンテナは銅製の本体の上に、金メッキまたは銀メッキが施されている、請求項２乃至１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
チャンバ内で被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、チャンバ内で被処理基板を加熱する基板加熱機構であって、
載置台本体と前記本体の内部に設けられた基板を加熱する発熱体とを有する基板載置台と、
前記基板載置台を支持する支持部と、
前記支持部を前記チャンバに固定する固定部と、
前記発熱体に電力を供給する電極と
を備え、
前記発熱体及び前記電極は、ＳｉＣを含む材料からなり、
前記電極は、前記固定部に固定されるとともに、前記支持部を貫通し、かつ先端部が前記発熱体に接続されており、
前記電極の前記先端部以外の部分を被覆し、前記基板載置台の前記発熱体の下方部分、前記支持部、及び前記固定部を貫通するように設けられた、石英を含む絶縁材料からなる電極被覆管をさらに備える、基板加熱機構。
【請求項１４】
前記載置台本体は、発熱体を支持する基盤部と、前記発熱体を覆い、前記被処理基盤が載置されるカバーとを有する、請求項１３に記載の基板加熱機構。
【請求項１５】
前記固定部の下面には絶縁板及び導電板が設けられ、前記電極の下端部は前記固定部の底面から突出し、該下端部は、前記絶縁板及び前記導電板を貫通して、該絶縁板及び導電板により前記固定部に固定され、前記導電板の上部との間にシール部材が介在され、前記導電板には前記電極に給電するための電力供給配線に接続されている、請求項１３又は１４に記載の基板加熱機構。
【請求項１６】
前記導電板は、前記絶縁板の直下に設けられた第１導電板と、その下に設けられた第２導電板とを有し、前記電力供給配線は前記第２導電板に接続されている、請求項１５に記載の基板加熱機構。
【請求項１７】
前記電極被覆管は、前記固定部を貫通する部分の中途部から底部まで、他の部分より大径である大径部を有し、
前記固定部は、前記電極被覆管の形状に一致して該電極被覆管を挿通させる小孔と大孔とを有し、前記大径部は、該大孔の上部及び下部にてシール部材でシールされている、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の基板加熱機構。
【請求項１８】
ＳｉＣを含む材料からなる熱電対と、石英を含む材料からなり、前記熱電対を被覆する熱電対被覆管とをさらに備え、
前記固定部の下端には下方に突出する突出部が設けられており、
前記熱電対被覆管は、前記熱電対を被覆した状態で、前記基板載置台の前記発熱体よりも下方部分、前記支持部、前記固定部を貫通し、その下端部が前記突出部から突出した状態で、該突出部の下端部に、セラミックス材料からなるカバー部が嵌合されている、請求項１３乃至１７のいずれかに記載の基板加熱機構。
【請求項１９】
前記基板載置台は、Ｓｉを含む材料、またはＳｉＣを含む材料からなり、前記発熱体から生じる熱を反射させるリフレクタを有する、請求項１３乃至１８のいずれかに記載の基板加熱機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２６６５９５（Ｐ２００７−２６６５９５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４９９０９（Ｐ２００７−４９９０９）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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