基板処理装置
【課題】加熱した触媒により処理ガスを活性化し、この処理ガスから生成する活性種を用いて基板に対して処理を行うにあたり、触媒を加熱するための給電部位の断線や短絡を防止すること。
【解決手段】ウエハＷに対向するように島状に複数の棒状体のセラミックヒータ３１処理容器１の天板に固定して配置すると共に、このセラミックヒータ３１の下方側の先端部にガス拡散板１１のガス吐出孔１３に対向するように金属触媒層４４を設けて、セラミックヒータ３１（抵抗発熱線４２）により金属触媒層４４を間接的に加熱して処理ガスを活性化する。
【解決手段】ウエハＷに対向するように島状に複数の棒状体のセラミックヒータ３１処理容器１の天板に固定して配置すると共に、このセラミックヒータ３１の下方側の先端部にガス拡散板１１のガス吐出孔１３に対向するように金属触媒層４４を設けて、セラミックヒータ３１（抵抗発熱線４２）により金属触媒層４４を間接的に加熱して処理ガスを活性化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対して活性種を用いて処理を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するプロセスにおいて、触媒により活性化したラジカルやイオンなどの活性種を用いて、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に対して、例えばＷ（タングステン）膜や太陽電池用の多結晶Ｓｉ（シリコン）膜などの成膜処理を行うＣａｔ（触媒）−ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＨｏｔ−ｗｉｒｅｄ ＣＶＤ法が知られている。
【０００３】
このＣＶＤ法では、例えばＷ（タングステン）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの高融点金属からなる触媒を例えば１０００℃以上に加熱すると共に、Ｈ2（水素）ガス、ＮＨ3（アンモニア）ガスなどを含む処理ガス例えばＳｉＨ4（シラン）ガスを触媒に接触させて活性化した成膜種をウエハに供給することにより、例えば多結晶Ｓｉ膜が成膜される。
【０００４】
この触媒を用いたＣＶＤ装置の具体的な構成の一例としては、例えば処理容器内に、ウエハを載置するための載置台と、載置台上のウエハに対向するように当該ウエハに近接した位置において例えば処理容器の天壁から吊り下げられた蛇腹状あるいは網状の触媒金属からなるワイヤとを設けて、ワイヤに通電して加熱すると共に、ワイヤの設けられた領域を介してウエハに対して処理ガスを供給する構成が知られている。この時、触媒によって成膜種が活性化された後、時間（移動距離）を経ると死活するので、成膜種が活性化する場所をなるべく載置台上のウエハに近接させるために、載置台に対してワイヤが近接配置される。
【０００５】
一方、触媒金属の形状としてワイヤを用いる場合には、以下のような課題がある。即ち、触媒金属線（ワイヤ）に通電して直接加熱しているため、例えば処理ガスにより触媒が酸化した場合には、ワイヤが断線してしまうおそれがある。また、ワイヤが断線した時には、ワイヤを結線し直すなどといった修理が困難であり、例えばワイヤを丸ごと交換する必要があるため、コストアップに繋がってしまう。更に、載置台上のウエハに対して触媒を近接配置しているので、加熱によってワイヤが撓み、ウエハに接触するおそれもある。更にまた、成膜処理中に触媒が短絡しないように、ウエハや処理容器との間で電気的に絶縁する必要があるが、同時に処理容器内の真空雰囲気を維持しなければならない。このため、例えばワイヤを当該処理容器内で宙づりの状態で気密に保持する必要があるなど、触媒の設置の自由度が低く、また触媒の有効面積についても限りがある。また、触媒をワイヤ状に加工した材料は、原料のバルク材よりもコスト的に割高となる場合がある。
【０００６】
特許文献１には、このような成膜装置において、触媒をプレート状に設ける技術が記載されているが、プレートが高温において割れないように均一に加熱するのは困難であるし、また高温のプレートをウエハや処理容器に対して短絡しないように保持することも難しい。更に、プレートをウエハに対向させて保持した場合には、処理ガスや活性種をウエハに均一に供給することが困難になってしまう。特許文献２〜８には、既述の課題については何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５８０７７
【特許文献２】特開平９−１０６８８３
【特許文献３】特開２００５−２３８０９９
【特許文献４】特開平６−３１１７８
【特許文献５】特開平９−３２５３６
【特許文献６】特開平１１−６７７２７
【特許文献７】特開平８−２５０４３８
【特許文献８】特開２００６−１３５３４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱した触媒により処理ガスを活性化し、この処理ガスから生成する活性種を用いて基板に対して処理を行うにあたり、触媒を加熱するための給電部位の断線や短絡を防止することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基板処理装置は、
処理ガスを活性化して得た活性種を用いて基板に対して処理を行う装置において、
基板を載置するための載置部が内部に設けられ、処理雰囲気を形成する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスを活性化させるための触媒がその表面に付着され、処理容器の内部に位置するセラミック体と、このセラミック体の内部に設けられた抵抗発熱体と、を含む加熱用構造体と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記加熱用構造体は、棒状体であると共に処理雰囲気側の先端部が処理ガスの活性化に有効な温度に発熱する加熱部であることが好ましい。
前記加熱用構造体の前記加熱部は、載置部に載置された基板側から見て島状に複数配置されていることが好ましい。
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱部は、前記ガス通過孔に対向しているかまたは当該ガス通過孔の中に位置していることが好ましい。
【００１１】
前記加熱用構造体は、外部から処理容器内に貫通するように設けられ、貫通部分が気密に封止されていることが好ましく、例えば縦方向に伸びるように配置され、処理容器の天井部を貫通して設けられているか、横方向に伸びるように配置され、処理容器を貫通して設けられていることが好ましい。
前記加熱部の配置に基づく基板の表面への活性種の供給の不均一性を補償するために、前記載置部を横方向に移動させるための移動機構を備えていても良い。
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱用構造体は、このガス拡散板の少なくとも一部を構成し、
前記加熱用構造体において処理ガスの活性化に有効な温度に加熱する加熱部は、前記ガス拡散板におけるガス通過孔を囲む部分を含んでいても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、加熱された触媒により処理ガスを活性化して得た活性種を用いて基板に対して処理を行う装置において、内部に抵抗発熱体が設けられたセラミック体の表面に触媒を付着させた加熱用構造体を用いている。従って、触媒金属線に電流を流して加熱するのではなく、セラミック体を介して間接的に触媒を加熱する構成であるから、加熱するための給電部位について、使用環境に基づく劣化による断線や短絡が起こらない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の基板処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】前記基板処理装置のガス拡散板を示す平面図である。
【図３】前記基板処理装置の触媒層を拡大して示す断面図である。
【図４】前記基板処理装置の作用を示す模式図である。
【図５】前記基板処理装置において活性種が生成する様子を示す模式図である。
【図６】前記基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図７】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図８】前記基板処理装置の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図９】前記基板処理装置の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図１０】前記基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図１１】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１２】前記基板処理装置の他の例を示す側面図である。
【図１３】前記基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図１４】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１５】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１６】前記基板処理装置の他の例において活性種が生成する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の基板処理装置を成膜装置に適用した一例について、図１〜図３を参照して説明する。この成膜装置は、処理容器１と、この処理容器１内に設けられ、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）Ｗを載置するための載置部である載置台２と、処理容器１の例えば天井面における中央部に形成された処理ガス供給口２１から後述の処理ガスを当該処理容器１内に供給するための処理ガス供給路２２と、を備えている。処理ガス供給路２２には、バルブ２３及び流量調整部２４を介して、Ｈ（水素）の活性種と成膜種である例えばＳｉ（シリコン）とを生成する処理ガス例えばシラン（ＳｉＨ4）ガスのガス源２５が接続されている。この例では、ガス源２５から処理ガス供給口２１に至るまでの部分がガス供給部に相当する。
【００１５】
図１中３はゲートバルブＧにより気密に密閉されるウエハＷの搬送口、４は排気路である。この排気路４は、処理容器１の床面に形成された排気口５から、圧力調整手段６を介して真空排気手段例えば真空ポンプ７に向かって伸びている。また、図１中８は、処理容器１の外部に設けられた電源部９から供給される電圧により、ウエハＷを載置台２側に静電吸着するための静電チャックである。尚、この成膜装置には、搬送口３を介して処理容器１内に進入する外部の搬送アームと載置台２との間においてウエハＷの受け渡しを行うために、昇降ピン２ａが載置台２内を貫通するように設けられている。図１中２ｂは、昇降ピン２ａを昇降させるための昇降部である。
【００１６】
処理容器１の天井面と載置台２との間には、既述の処理ガス供給口２１から処理容器１内に供給される処理ガスを拡散させるためのガス拡散板１１が載置台２上のウエハＷと対向して水平に設けられている。このガス拡散板１１には、図２にも示すように、処理容器１の天井面とガス拡散板１１との間の領域であるガス拡散空間１２に拡散した処理ガスを下方側のウエハＷに向けて吐出するためのガス吐出孔（ガス通過孔）１３が縦横等間隔に例えば格子状（マトリックス状）に複数形成されている。この図２では、ガス吐出孔１３について模式的に示しているが、このガス吐出孔１３は、例えば縦横２０ｍｍ間隔で形成されている。この例では、処理容器１の天井面と側面の一部とガス拡散板１１とにより、ガスシャワーヘッドが構成される。
【００１７】
処理容器１の天井面には、図１に示したように、当該天井面から下方側のガス拡散板１１に向かって垂直に伸びる概略ロッド状（棒状）の加熱用構造体であるセラミックヒータ３１が複数箇所に気密に設けられている。これらのセラミックヒータ３１は、図２に示すように、ガス拡散板１１を上方側から見た時の投影領域が前記ガス吐出孔１３と重なり合うように位置しており、このセラミックヒータ３１の下端部（先端部）である後述の加熱部４３は、各々のガス吐出孔１３内からガス吐出孔１３の下方側に亘って位置している。尚、図２には、載置台２上に載置されるウエハＷの外縁を点線で示している。
【００１８】
セラミックヒータ３１は、セラミック体である中空で棒状のセラミック管３３と、このセラミック管３３の上端部を間隙を介して被せるようにして設けられた筒状の導電体からなるハウジング３２と、を備えている。セラミック管３３の材質としては、例えばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などが挙げられる。セラミック管３３は、先端（下端）がドーム状に閉塞されており、内部には基端部（上端部）側から一対の給電線４１、４１が長さ方向に配線されている。これら給電線４１、４１の先端には抵抗発熱体である抵抗発熱線４２が設けられている。この抵抗発熱線４２はセラミック管３３の先端部（下端部）に対応する領域に収められており、給電により発熱することで当該部位が加熱部４３として機能する。
【００１９】
セラミック管３３の上端部である、ハウジング３２に囲まれた部位には、大径の接続部４５が下方側に、また小径の接続部４６が上方側に、互に離間して設けられている。大径の接続部４５は、外周面がハウジング３２の内周面に密着している。これら接続部４５、４６はセラミック管３３の表面にメタライズ加工がされており、前記一対の給電線４１、４１の一方及び他方が大径の接続部４５及び小径の接続部４６に夫々接続されている。従って、一方の給電線４１は大径の接続部４５を介して一方の電極部をなすハウジング３２に電気的に接続されている。また、小径の接続部４６からは給電線４１が、ハウジング３２の上端開口部を塞ぐ絶縁碍子４７内を貫通して伸びており、当該給電線４１の上端はネジが切られた他方の電極部４８に接続されている。このため、一方の電極部（ハウジング）３２及び他方の電極部４８の間に電力を供給することによって給電線４１、４１を介して抵抗発熱線４２に給電され、この抵抗発熱線４２が発熱することになる。ハウジング３２及び電極部４８は、処理容器１の外方に設けられた電源４９に夫々接続されており、既述の抵抗発熱線４２に対して例えば５０Ｗの電力を供給し、金属触媒層４４を例えば１０００℃以上に加熱できるように構成されている。この電源４９は、図１に示すように、スイッチ部５０を介して既述の複数のセラミックヒータ３１に対して直列に接続されている。
【００２０】
セラミック管３３の外周面における、抵抗発熱線４２により予め設定した温度に加熱される領域には、触媒が付着されている。具体的にはセラミック管の先端部の外周面に金属触媒層４４が設けられている。この金属触媒層４４は、触媒金属例えばＷ（タングステン）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの高融点金属が例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは無電解メッキ法などにより形成されている。
【００２１】
この金属触媒層４４は、当該金属触媒層４４の周囲におけるガス吐出孔１３を介して上方側から下方側に向かう処理ガスを当該金属触媒層４４にできるだけ接触させるために、高さ位置がガス拡散板１１と重なり合うように、また上下の端面が夫々ガス拡散板１１の上方側及び下方側に突き出るように高さ寸法が設定されている。なお、前記加熱部４３は金属触媒層４４が形成されていることから、処理ガスの活性化に有効な温度に発熱する部位であるということができる。
【００２２】
また、金属触媒層４４の下端面と載置台２上のウエハＷの表面との間の離間距離ｈは、金属触媒層４４に処理ガスが接触して生成する活性種ができるだけ失活せずに速やかにウエハＷに供給されるように、例えば１ｃｍとなっている。前記セラミック管３３は、後述の樹脂などからなるＯ−リング３５と抵抗発熱線４２により加熱される加熱部４３とを離間させて当該Ｏ−リング３５を高温から保護するために、上端面から加熱部４３までの長さ寸法Ｈが例えば５ｃｍとなっている。
【００２３】
続いて、セラミックヒータ３１を処理容器１の天井部に固定する構造について説明する。このセラミックヒータ３１は、上面側が開口するように処理容器１の天井面に固定されたカップ型の絶縁スリーブ３４内において、セラミック管３３が当該絶縁スリーブ３４の中央部を貫通して下方側に伸びるように支持されている。また、セラミックヒータ３１は、ハウジング３２の下端部に周方向に形成された段部が絶縁スリーブ３４の内側の周縁部に保持されるように、当該セラミックヒータ３１を絶縁スリーブ３４内に挿入されている。従って、セラミックヒータ３１は、処理容器１の天井面からいわば吊り下げられた状態で保持されるように構成されている。図３中、３５はハウジング３２の外周側を囲むように絶縁スリーブ３４の上方側に設けられた樹脂などの弾性体からなるシール部材例えばＯ−リング、３６はこのＯ−リング３５の外周側にて処理容器１の上面部に例えば溶接などにより固定された固定部材、３７は固定部材３６とハウジング３２との間におけるＯ−リング３５の上方側に設けられたリング状の絶縁体からなる押圧部材、３８は押圧部材３７を下方側に押し込むための概略リング状の密閉部材である。そして、絶縁スリーブ３４内にセラミックヒータ３１を挿入すると共に、ハウジング３２と固定部材３６との間にＯ−リング３５及び押圧部材３７を下方側からこの順番で積層し、固定部材３６の外周面と密閉部材３８の内周面とが螺合するように密閉部材３８を回動させて締め付けることにより、押圧部材３７が下方側に移動してＯ−リング３５を押しつぶし、処理容器１内が気密に保たれるように構成されている。
【００２４】
この成膜装置は、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部６０を備えており、この制御部６０は、ＣＰＵ、プログラム、メモリ（いずれも図示せず）などを備えている。このプログラムには、ウエハＷに対して後述の基板処理例えば成膜処理を行うステップ群が記憶されており、前記プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体６１から制御部６０内にインストールされる。
【００２５】
次に、前記成膜装置の作用について、図４及び図５を参照して以下に説明する。先ず、図示しない搬送アームにより搬送口３を介してウエハＷを処理容器１内に搬入し、昇降ピン２ａとの協働作用により載置台２上にウエハＷを載置する。そして、ウエハＷを載置台２に静電吸着すると共に、搬送口３をゲートバルブＧにより気密に閉じて圧力調整手段６を全開にして処理容器１内を真空引きする。次いで、スイッチ部５０をオフ状態からオン状態にし、これにより電源４９から各々のセラミックヒータ３１に対して例えば５０Ｗの電力を供給する。この電力により抵抗発熱線４２が発熱し、この熱がセラミック管３３を介して金属触媒層４４に伝熱して、当該金属触媒層４４が例えば１０００℃に加熱される。そして、圧力調整手段６の開度を調整して処理容器１内の圧力を例えば１３３．３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に設定すると共に、処理ガス供給口２１から処理容器１内に処理ガス例えばシランガスを例えば１００ｓｃｃｍで吐出する。ここで、セラミックヒータ３１の基端側（上端側）における処理容器１の固定構造部位（ハウジング３２）は、この金属触媒層４４（加熱部４３）から離間しているので、例えば７０℃程度の低い温度に保たれる。この温度は、Ｏ−リング３５の耐熱温度以下であるため、Ｏ−リング３５の熱劣化が抑えられる。
【００２６】
処理容器１内に供給された処理ガスは、図４に示すように、処理容器１の天井面とガス拡散板１１との間の領域であるガス拡散空間１２において拡散し、セラミックヒータ３１の金属触媒層４４が挿入されているガス吐出孔１３から下方側に向かって、当該金属触媒層４４に接触しながら下降していく。そして、高温に加熱された金属触媒層４４に処理ガスが接触すると、図５に示すように、金属触媒層４４の触媒作用によってシランガスが加熱分解されて、Ｈ（水素）のラジカルなどの活性種と共に成膜種であるＳｉ（シリコン）の活性種が生成する。この成膜種がウエハＷの表面に供給されると、Ｓｉが当該ウエハＷ上に堆積して、例えば多結晶シリコン膜が成膜される。
【００２７】
そして、未反応の活性種、活性種が死活して生じた分子群及び活性化されなかった気体分子は、副生成物などと共に排気口５へと排気されていく。この時、ガス拡散板１１のガス吐出孔１３内にセラミックヒータ３１の加熱部４３が位置しているので、ウエハＷ側からガス拡散板１１を見ると、活性種の供給源がガス吐出孔１３のレイアウトに応じて散在していることになる。そして、これら供給源から活性種がガス拡散板１１とウエハＷとの間の処理空間に供給されて拡散し、ウエハＷの面内において均一性の高い濃度分布の状態でウエハＷの表面に供給され、この結果膜厚及び膜質について均一性の高い多結晶シリコン膜が成膜されることになる。尚、既述の図４においてはセラミックヒータ３１を簡略化して記載している。
【００２８】
上述の実施の形態によれば、触媒により処理ガスを活性化して、活性種を用いてウエハＷに対して例えば成膜処理を行うにあたり、内部に抵抗発熱線４２が設けられたセラミック管３３の表面に触媒を付着させたセラミックヒータ３１を用いている。従って、金属触媒層４４に電流を流して加熱するのではなく、セラミック管３３を介して間接的に金属触媒層４４を加熱する構成であるから、加熱するための給電部位（抵抗発熱線４２）について、例えば従来のワイヤ状の触媒に通電加熱する場合のような熱膨張による撓みが起こらないので、使用環境に基づく劣化による断線や短絡、あるいは熱損傷のおそれがない。
【００２９】
また、セラミックヒータ３１を棒状体に形成し、先端部（下端部）が処理ガスの活性化に有効な温度に加熱する加熱部４３として構成されているため、基端部側（処理容器１の天井側）については加熱部４３よりも低い温度に保つことができ、例えば樹脂やゴム製のシール部材の耐熱温度以下である低温状態とすることができる。従って、特別なシール構造を構築しなくとも例えば樹脂製のシール材であるＯ−リング３５を用いることができるので、セラミックヒータ３１を処理容器１に気密に固定することが容易である。
更に、棒状のセラミックヒータ３１を処理容器１内で島状に（点在するように）配置しているため、配置レイアウトの自由度が高く、このため装置設計が容易になるし、装置が制作された後においても調整しやすい。
【００３０】
また、ガス拡散板１１のガス吐出孔１３に対応して、この例ではガス吐出孔１３内にセラミックヒータ３１の加熱部４３を位置させているので、処理ガスは、散在しているガス吐出孔１３の通過時に加熱部４３に高い効率で接触する。このため、処理ガスは熱分解して活性化されやすいので、ウエハＷと対向している面に形成された多数の活性種源から濃度の高い活性種がウエハＷに降り注がれ、ウエハＷの面内において均一性の高い成膜処理を実現できる。
【００３１】
更に、セラミックヒータ３１の加熱部４３に面状に金属触媒層４４を形成しているので、従来のワイヤ状の触媒を設ける場合と比較して、処理容器１内に配置できる金属触媒層４４の表面積を広くすることができる。そのため、処理ガスと金属触媒層４４との接媒する領域が増加することから、ワイヤ状の触媒を用いる場合よりも処理ガスの活性化により生じる活性種を多く生成することができ、高い成膜速度を得ることができる。また、セラミックヒータ３１の表面の金属触媒層４４が酸化等で劣化した場合でも、再被覆により再生できる。更にまた、金属触媒層４４を加熱部４３の表面に形成するにあたって、既述のように金属触媒層４４を構成する金属材料のスパッタ法などを用いることができるので、製作コストが低廉である。また、複数のセラミックヒータ３１を配置しているので、例えば１つのセラミックヒータ３１について金属触媒層４４の不具合などが起こったとしても、当該セラミックヒータ３１だけを取り外して交換あるいは修理できるので、例えば断線が起こった時には触媒を一式交換する必要のあった従来の例えば蛇腹状あるいは網状のワイヤからなる触媒を設置する場合よりもコストを低減できる。
【００３２】
また、既述の多結晶シリコン膜を形成するにあたって、ウエハＷを直接加熱したり、あるいはプラズマを用いたりせずに、金属触媒層４４により処理ガスを活性化させているので、これらの方法よりもウエハＷに対するダメージを低減できる。
既述の例では、セラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３を格子状に配置したが、例えば同心円状や千鳥状に配置しても良いし、例えばウエハＷの中心部側に対して周縁部側においてセラミックヒータ３１の配置個数を多くしても良い。また、各々のセラミックヒータ３１に対して電源４９を直列に接続したが、並列に接続しても良いし、電源４９を並列に接続すると共に各々のセラミックヒータ３１に対して供給する電力値を調整しても良い。
【００３３】
また、セラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３の配置例としては、例えば図６に示すように、載置台２上のウエハＷの直径方向に沿って複数箇所に例えば一列に設けても良い。そして、図７に示すように、載置台２の下方側に当該載置台２を鉛直軸回りに回転させる移動機構７０を設けて、成膜処理を行う時はウエハＷを周方向に回転させても良い。尚、既述の例に示す成膜装置にこの移動機構７０を設けても良い。
【００３４】
前記各例において、金属触媒層４４をガス吐出孔１３内に挿入するようにしたが、図８に示すように、金属触媒層４４をガス拡散板１１から上方側に離間させても良いし、セラミックヒータ３１の先端部を既述の実施の形態よりも下方側に位置させてウエハＷに近接させても良く、例えば図９に示すように、金属触媒層４４の上端部だけガス吐出孔１３内に位置させるようにしても良い。更にまた、加熱部４３全体をガス吐出孔１３よりも下方側であって、当該ガス吐出孔１３と対向するように（ガス吐出孔１３の投影領域に）位置させても良い。また、各々のガス吐出孔１３毎にセラミックヒータ３１を配置したが、セラミックヒータ３１の個数よりもガス吐出孔１３の個数を多くしても良いし、セラミックヒータ３１をガス拡散板１１の上方に離間させる場合にはセラミックヒータ３１の個数よりもガス吐出孔１３の個数が少なくなるようにしても良い。
【００３５】
本発明は、ガス拡散板１１を設けなくとも良く、例えば棒状のセラミックヒータ３１を既述の実施の形態のようにウエハＷの上方に多数垂直に設けると共に、セラミックヒータ３１間に、例えばセラミックヒータ３１の配列に対して千鳥状となるように多数の処理ガス供給路２２を処理容器１の天井部から下方に突出させて、且つ下端側の開口部（処理ガス供給口２１）が加熱部４３よりも上方側に位置するように設け、下端側の開口部から処理ガスを吐出さえて加熱部４３で加熱分解されるような構成であっても良い。
【００３６】
更に、既述の図６及び図７に示したようにセラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３をウエハＷの直径方向に一列に配置してウエハＷを周方向に回転させる場合には、図１０及び図１１に示すように、例えばガス拡散板１１の下方位置において処理容器１の側壁からセラミックヒータ３１を処理容器１内に挿入しても良い。このような場合には、図１２に示すように、セラミックヒータ３１の先端側（加熱部４３）を例えば下側に向けてＬ字型に屈曲させても良い。尚、ガス拡散板１１の上方にセラミックヒータ３１を設けても良い。
【００３７】
更にまた、既述の各例における円形のウエハＷに代えて、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板やＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板などの角型の基板Ｓに対して既述の処理を行う場合には、図１及び図２のようにセラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３を格子状、同心円、千鳥状に配置しても良いし、あるいは図１３及び図１４に示すように、基板Ｓの１辺に沿ってセラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３を例えば一列に配置すると共に、これらのガス吐出孔１３から活性種が下方側に吐出される領域を基板Ｓが一端側から他端側にかけて通過するように、基板Ｓを水平に搬送する例えばボールネジなどが組み合わされた移動機構７１を載置台２に設けても良い。即ち、基板（ウエハＷや基板Ｓなど）に対向する領域の全体ではなく局所的にセラミックヒータ３１を配置し（詳しくはセラミックヒータ３１の先端の加熱部４３を配置し）、これら加熱部４３群で囲まれる領域に対向する領域に基板の表面全体が位置するように基板を移動させても良い。更に言い換えれば、加熱部４３の配置レイアウトに基づく基板の表面への活性種の供給の不均一性を補償するために、載置台２を横方向に移動させるための移動機構を設けても良いということである。
【００３８】
前記各例において、セラミックヒータ３１の修理（金属触媒層４４の再被覆）を行う場合には、処理容器１からセラミックヒータ３１を取り外して例えば別のスパッタ装置などにおいてスパッタ法などにより金属触媒層４４の金属材料の成膜を行っても良いし、あるいは処理容器１にセラミックヒータ３１を取り付けたまま、既述の処理ガス供給口２１から金属触媒層４４を構成する金属を含む処理ガス例えばＷ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＰＦ３）４、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を供給し、抵抗発熱線４２により加熱部４３を加熱して当該加熱部４３の表面において前記処理ガスを分解させて、いわばｉｎ−ｓｉｔｕにてＣＶＤ法により金属触媒層４４を形成しても良い。この場合には、セラミックヒータ３１の交換（修理）に要する時間を短縮できるので、装置のダウンタイムを減らすことができる。
【００３９】
また、ロッド状のセラミックヒータ３１を設けずに、図１５及び図１６に示すように、例えばガス拡散板１１を既述のセラミックスにより構成すると共に、当該ガス拡散板１１の内部領域に水平方向に亘って抵抗発熱線４２を埋設し、このガス拡散板１１の表面及びガス吐出孔１３の内壁面に金属触媒層４４を形成しても良い。この場合には、ガス拡散板１１が熱膨張により処理容器１の内壁に接触して破損しないように、例えば処理容器１の天井面から支持部７２により支持される。そして、処理ガスは、図１６に示すように、ガス吐出孔１３を上方側から下方側に通過する際に、当該ガス吐出孔１３の内壁あるいはガス拡散板１１の上下面に形成された金属触媒層４４に接触して活性化することになる。
【００４０】
前記金属触媒層４４の下地であるセラミック管３３（ガス拡散板１１）の材質としては、ＳｉＮ以外にも、例えばｐＢＮ（パイロリティックボロンナイトライド）などであっても良い。また、処理ガスとしては、既述のシランガスに代えて、金属触媒層４４によりＨの活性種と成膜種とを生成するガス例えばＨ2ガスやＮＨ3ガスとＳｉを含むガス例えばＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２とを用いても良い。この場合には、金属触媒層４４によりＨ2ガスが活性化されてＨラジカルが生成し、このＨラジカルによりＳｉを含むガスが分解されて成膜種が生成する。また、多結晶シリコン膜以外にも、例えば成膜種を含むガスとしてＷ（タングステン）を含むガス例えばＷＦ６ガスを用いてＷ膜を成膜しても良い。更に、既述の基板処理装置において行う処理としては、成膜処理以外にも、例えばウエハＷの酸化処理や窒化処理あるいはウエハＷ表面に形成されたフォトレジスト膜のアッシング処理であっても良い。これらの場合に用いられる処理ガスとしては、酸化処理ではＯ2（酸素）ガスやＨ2Ｏ（水蒸気）ガス、窒化処理ではＮＨ3ガスやＮ2ガス、アッシング処理ではＮＨ3ガスやＨ2ガスが用いられ、金属触媒層４４を構成する金属としてはこれらの処理ガスや活性種により劣化しにくい金属材料が適宜選定される。
【符号の説明】
【００４１】
Ｗ ウエハ
１ 処理容器
２ 載置台
１１ ガス拡散板
１３ ガス吐出孔
２１ 処理ガス供給口
３１ セラミックヒータ
４３ 加熱部
４４ 金属触媒層
４９ 電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対して活性種を用いて処理を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するプロセスにおいて、触媒により活性化したラジカルやイオンなどの活性種を用いて、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に対して、例えばＷ（タングステン）膜や太陽電池用の多結晶Ｓｉ（シリコン）膜などの成膜処理を行うＣａｔ（触媒）−ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＨｏｔ−ｗｉｒｅｄ ＣＶＤ法が知られている。
【０００３】
このＣＶＤ法では、例えばＷ（タングステン）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの高融点金属からなる触媒を例えば１０００℃以上に加熱すると共に、Ｈ2（水素）ガス、ＮＨ3（アンモニア）ガスなどを含む処理ガス例えばＳｉＨ4（シラン）ガスを触媒に接触させて活性化した成膜種をウエハに供給することにより、例えば多結晶Ｓｉ膜が成膜される。
【０００４】
この触媒を用いたＣＶＤ装置の具体的な構成の一例としては、例えば処理容器内に、ウエハを載置するための載置台と、載置台上のウエハに対向するように当該ウエハに近接した位置において例えば処理容器の天壁から吊り下げられた蛇腹状あるいは網状の触媒金属からなるワイヤとを設けて、ワイヤに通電して加熱すると共に、ワイヤの設けられた領域を介してウエハに対して処理ガスを供給する構成が知られている。この時、触媒によって成膜種が活性化された後、時間（移動距離）を経ると死活するので、成膜種が活性化する場所をなるべく載置台上のウエハに近接させるために、載置台に対してワイヤが近接配置される。
【０００５】
一方、触媒金属の形状としてワイヤを用いる場合には、以下のような課題がある。即ち、触媒金属線（ワイヤ）に通電して直接加熱しているため、例えば処理ガスにより触媒が酸化した場合には、ワイヤが断線してしまうおそれがある。また、ワイヤが断線した時には、ワイヤを結線し直すなどといった修理が困難であり、例えばワイヤを丸ごと交換する必要があるため、コストアップに繋がってしまう。更に、載置台上のウエハに対して触媒を近接配置しているので、加熱によってワイヤが撓み、ウエハに接触するおそれもある。更にまた、成膜処理中に触媒が短絡しないように、ウエハや処理容器との間で電気的に絶縁する必要があるが、同時に処理容器内の真空雰囲気を維持しなければならない。このため、例えばワイヤを当該処理容器内で宙づりの状態で気密に保持する必要があるなど、触媒の設置の自由度が低く、また触媒の有効面積についても限りがある。また、触媒をワイヤ状に加工した材料は、原料のバルク材よりもコスト的に割高となる場合がある。
【０００６】
特許文献１には、このような成膜装置において、触媒をプレート状に設ける技術が記載されているが、プレートが高温において割れないように均一に加熱するのは困難であるし、また高温のプレートをウエハや処理容器に対して短絡しないように保持することも難しい。更に、プレートをウエハに対向させて保持した場合には、処理ガスや活性種をウエハに均一に供給することが困難になってしまう。特許文献２〜８には、既述の課題については何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５８０７７
【特許文献２】特開平９−１０６８８３
【特許文献３】特開２００５−２３８０９９
【特許文献４】特開平６−３１１７８
【特許文献５】特開平９−３２５３６
【特許文献６】特開平１１−６７７２７
【特許文献７】特開平８−２５０４３８
【特許文献８】特開２００６−１３５３４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱した触媒により処理ガスを活性化し、この処理ガスから生成する活性種を用いて基板に対して処理を行うにあたり、触媒を加熱するための給電部位の断線や短絡を防止することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基板処理装置は、
処理ガスを活性化して得た活性種を用いて基板に対して処理を行う装置において、
基板を載置するための載置部が内部に設けられ、処理雰囲気を形成する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスを活性化させるための触媒がその表面に付着され、処理容器の内部に位置するセラミック体と、このセラミック体の内部に設けられた抵抗発熱体と、を含む加熱用構造体と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記加熱用構造体は、棒状体であると共に処理雰囲気側の先端部が処理ガスの活性化に有効な温度に発熱する加熱部であることが好ましい。
前記加熱用構造体の前記加熱部は、載置部に載置された基板側から見て島状に複数配置されていることが好ましい。
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱部は、前記ガス通過孔に対向しているかまたは当該ガス通過孔の中に位置していることが好ましい。
【００１１】
前記加熱用構造体は、外部から処理容器内に貫通するように設けられ、貫通部分が気密に封止されていることが好ましく、例えば縦方向に伸びるように配置され、処理容器の天井部を貫通して設けられているか、横方向に伸びるように配置され、処理容器を貫通して設けられていることが好ましい。
前記加熱部の配置に基づく基板の表面への活性種の供給の不均一性を補償するために、前記載置部を横方向に移動させるための移動機構を備えていても良い。
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱用構造体は、このガス拡散板の少なくとも一部を構成し、
前記加熱用構造体において処理ガスの活性化に有効な温度に加熱する加熱部は、前記ガス拡散板におけるガス通過孔を囲む部分を含んでいても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、加熱された触媒により処理ガスを活性化して得た活性種を用いて基板に対して処理を行う装置において、内部に抵抗発熱体が設けられたセラミック体の表面に触媒を付着させた加熱用構造体を用いている。従って、触媒金属線に電流を流して加熱するのではなく、セラミック体を介して間接的に触媒を加熱する構成であるから、加熱するための給電部位について、使用環境に基づく劣化による断線や短絡が起こらない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の基板処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】前記基板処理装置のガス拡散板を示す平面図である。
【図３】前記基板処理装置の触媒層を拡大して示す断面図である。
【図４】前記基板処理装置の作用を示す模式図である。
【図５】前記基板処理装置において活性種が生成する様子を示す模式図である。
【図６】前記基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図７】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図８】前記基板処理装置の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図９】前記基板処理装置の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図１０】前記基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図１１】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１２】前記基板処理装置の他の例を示す側面図である。
【図１３】前記基板処理装置の他の例を示す平面図である。
【図１４】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１５】前記基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１６】前記基板処理装置の他の例において活性種が生成する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の基板処理装置を成膜装置に適用した一例について、図１〜図３を参照して説明する。この成膜装置は、処理容器１と、この処理容器１内に設けられ、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）Ｗを載置するための載置部である載置台２と、処理容器１の例えば天井面における中央部に形成された処理ガス供給口２１から後述の処理ガスを当該処理容器１内に供給するための処理ガス供給路２２と、を備えている。処理ガス供給路２２には、バルブ２３及び流量調整部２４を介して、Ｈ（水素）の活性種と成膜種である例えばＳｉ（シリコン）とを生成する処理ガス例えばシラン（ＳｉＨ4）ガスのガス源２５が接続されている。この例では、ガス源２５から処理ガス供給口２１に至るまでの部分がガス供給部に相当する。
【００１５】
図１中３はゲートバルブＧにより気密に密閉されるウエハＷの搬送口、４は排気路である。この排気路４は、処理容器１の床面に形成された排気口５から、圧力調整手段６を介して真空排気手段例えば真空ポンプ７に向かって伸びている。また、図１中８は、処理容器１の外部に設けられた電源部９から供給される電圧により、ウエハＷを載置台２側に静電吸着するための静電チャックである。尚、この成膜装置には、搬送口３を介して処理容器１内に進入する外部の搬送アームと載置台２との間においてウエハＷの受け渡しを行うために、昇降ピン２ａが載置台２内を貫通するように設けられている。図１中２ｂは、昇降ピン２ａを昇降させるための昇降部である。
【００１６】
処理容器１の天井面と載置台２との間には、既述の処理ガス供給口２１から処理容器１内に供給される処理ガスを拡散させるためのガス拡散板１１が載置台２上のウエハＷと対向して水平に設けられている。このガス拡散板１１には、図２にも示すように、処理容器１の天井面とガス拡散板１１との間の領域であるガス拡散空間１２に拡散した処理ガスを下方側のウエハＷに向けて吐出するためのガス吐出孔（ガス通過孔）１３が縦横等間隔に例えば格子状（マトリックス状）に複数形成されている。この図２では、ガス吐出孔１３について模式的に示しているが、このガス吐出孔１３は、例えば縦横２０ｍｍ間隔で形成されている。この例では、処理容器１の天井面と側面の一部とガス拡散板１１とにより、ガスシャワーヘッドが構成される。
【００１７】
処理容器１の天井面には、図１に示したように、当該天井面から下方側のガス拡散板１１に向かって垂直に伸びる概略ロッド状（棒状）の加熱用構造体であるセラミックヒータ３１が複数箇所に気密に設けられている。これらのセラミックヒータ３１は、図２に示すように、ガス拡散板１１を上方側から見た時の投影領域が前記ガス吐出孔１３と重なり合うように位置しており、このセラミックヒータ３１の下端部（先端部）である後述の加熱部４３は、各々のガス吐出孔１３内からガス吐出孔１３の下方側に亘って位置している。尚、図２には、載置台２上に載置されるウエハＷの外縁を点線で示している。
【００１８】
セラミックヒータ３１は、セラミック体である中空で棒状のセラミック管３３と、このセラミック管３３の上端部を間隙を介して被せるようにして設けられた筒状の導電体からなるハウジング３２と、を備えている。セラミック管３３の材質としては、例えばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などが挙げられる。セラミック管３３は、先端（下端）がドーム状に閉塞されており、内部には基端部（上端部）側から一対の給電線４１、４１が長さ方向に配線されている。これら給電線４１、４１の先端には抵抗発熱体である抵抗発熱線４２が設けられている。この抵抗発熱線４２はセラミック管３３の先端部（下端部）に対応する領域に収められており、給電により発熱することで当該部位が加熱部４３として機能する。
【００１９】
セラミック管３３の上端部である、ハウジング３２に囲まれた部位には、大径の接続部４５が下方側に、また小径の接続部４６が上方側に、互に離間して設けられている。大径の接続部４５は、外周面がハウジング３２の内周面に密着している。これら接続部４５、４６はセラミック管３３の表面にメタライズ加工がされており、前記一対の給電線４１、４１の一方及び他方が大径の接続部４５及び小径の接続部４６に夫々接続されている。従って、一方の給電線４１は大径の接続部４５を介して一方の電極部をなすハウジング３２に電気的に接続されている。また、小径の接続部４６からは給電線４１が、ハウジング３２の上端開口部を塞ぐ絶縁碍子４７内を貫通して伸びており、当該給電線４１の上端はネジが切られた他方の電極部４８に接続されている。このため、一方の電極部（ハウジング）３２及び他方の電極部４８の間に電力を供給することによって給電線４１、４１を介して抵抗発熱線４２に給電され、この抵抗発熱線４２が発熱することになる。ハウジング３２及び電極部４８は、処理容器１の外方に設けられた電源４９に夫々接続されており、既述の抵抗発熱線４２に対して例えば５０Ｗの電力を供給し、金属触媒層４４を例えば１０００℃以上に加熱できるように構成されている。この電源４９は、図１に示すように、スイッチ部５０を介して既述の複数のセラミックヒータ３１に対して直列に接続されている。
【００２０】
セラミック管３３の外周面における、抵抗発熱線４２により予め設定した温度に加熱される領域には、触媒が付着されている。具体的にはセラミック管の先端部の外周面に金属触媒層４４が設けられている。この金属触媒層４４は、触媒金属例えばＷ（タングステン）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの高融点金属が例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは無電解メッキ法などにより形成されている。
【００２１】
この金属触媒層４４は、当該金属触媒層４４の周囲におけるガス吐出孔１３を介して上方側から下方側に向かう処理ガスを当該金属触媒層４４にできるだけ接触させるために、高さ位置がガス拡散板１１と重なり合うように、また上下の端面が夫々ガス拡散板１１の上方側及び下方側に突き出るように高さ寸法が設定されている。なお、前記加熱部４３は金属触媒層４４が形成されていることから、処理ガスの活性化に有効な温度に発熱する部位であるということができる。
【００２２】
また、金属触媒層４４の下端面と載置台２上のウエハＷの表面との間の離間距離ｈは、金属触媒層４４に処理ガスが接触して生成する活性種ができるだけ失活せずに速やかにウエハＷに供給されるように、例えば１ｃｍとなっている。前記セラミック管３３は、後述の樹脂などからなるＯ−リング３５と抵抗発熱線４２により加熱される加熱部４３とを離間させて当該Ｏ−リング３５を高温から保護するために、上端面から加熱部４３までの長さ寸法Ｈが例えば５ｃｍとなっている。
【００２３】
続いて、セラミックヒータ３１を処理容器１の天井部に固定する構造について説明する。このセラミックヒータ３１は、上面側が開口するように処理容器１の天井面に固定されたカップ型の絶縁スリーブ３４内において、セラミック管３３が当該絶縁スリーブ３４の中央部を貫通して下方側に伸びるように支持されている。また、セラミックヒータ３１は、ハウジング３２の下端部に周方向に形成された段部が絶縁スリーブ３４の内側の周縁部に保持されるように、当該セラミックヒータ３１を絶縁スリーブ３４内に挿入されている。従って、セラミックヒータ３１は、処理容器１の天井面からいわば吊り下げられた状態で保持されるように構成されている。図３中、３５はハウジング３２の外周側を囲むように絶縁スリーブ３４の上方側に設けられた樹脂などの弾性体からなるシール部材例えばＯ−リング、３６はこのＯ−リング３５の外周側にて処理容器１の上面部に例えば溶接などにより固定された固定部材、３７は固定部材３６とハウジング３２との間におけるＯ−リング３５の上方側に設けられたリング状の絶縁体からなる押圧部材、３８は押圧部材３７を下方側に押し込むための概略リング状の密閉部材である。そして、絶縁スリーブ３４内にセラミックヒータ３１を挿入すると共に、ハウジング３２と固定部材３６との間にＯ−リング３５及び押圧部材３７を下方側からこの順番で積層し、固定部材３６の外周面と密閉部材３８の内周面とが螺合するように密閉部材３８を回動させて締め付けることにより、押圧部材３７が下方側に移動してＯ−リング３５を押しつぶし、処理容器１内が気密に保たれるように構成されている。
【００２４】
この成膜装置は、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部６０を備えており、この制御部６０は、ＣＰＵ、プログラム、メモリ（いずれも図示せず）などを備えている。このプログラムには、ウエハＷに対して後述の基板処理例えば成膜処理を行うステップ群が記憶されており、前記プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体６１から制御部６０内にインストールされる。
【００２５】
次に、前記成膜装置の作用について、図４及び図５を参照して以下に説明する。先ず、図示しない搬送アームにより搬送口３を介してウエハＷを処理容器１内に搬入し、昇降ピン２ａとの協働作用により載置台２上にウエハＷを載置する。そして、ウエハＷを載置台２に静電吸着すると共に、搬送口３をゲートバルブＧにより気密に閉じて圧力調整手段６を全開にして処理容器１内を真空引きする。次いで、スイッチ部５０をオフ状態からオン状態にし、これにより電源４９から各々のセラミックヒータ３１に対して例えば５０Ｗの電力を供給する。この電力により抵抗発熱線４２が発熱し、この熱がセラミック管３３を介して金属触媒層４４に伝熱して、当該金属触媒層４４が例えば１０００℃に加熱される。そして、圧力調整手段６の開度を調整して処理容器１内の圧力を例えば１３３．３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に設定すると共に、処理ガス供給口２１から処理容器１内に処理ガス例えばシランガスを例えば１００ｓｃｃｍで吐出する。ここで、セラミックヒータ３１の基端側（上端側）における処理容器１の固定構造部位（ハウジング３２）は、この金属触媒層４４（加熱部４３）から離間しているので、例えば７０℃程度の低い温度に保たれる。この温度は、Ｏ−リング３５の耐熱温度以下であるため、Ｏ−リング３５の熱劣化が抑えられる。
【００２６】
処理容器１内に供給された処理ガスは、図４に示すように、処理容器１の天井面とガス拡散板１１との間の領域であるガス拡散空間１２において拡散し、セラミックヒータ３１の金属触媒層４４が挿入されているガス吐出孔１３から下方側に向かって、当該金属触媒層４４に接触しながら下降していく。そして、高温に加熱された金属触媒層４４に処理ガスが接触すると、図５に示すように、金属触媒層４４の触媒作用によってシランガスが加熱分解されて、Ｈ（水素）のラジカルなどの活性種と共に成膜種であるＳｉ（シリコン）の活性種が生成する。この成膜種がウエハＷの表面に供給されると、Ｓｉが当該ウエハＷ上に堆積して、例えば多結晶シリコン膜が成膜される。
【００２７】
そして、未反応の活性種、活性種が死活して生じた分子群及び活性化されなかった気体分子は、副生成物などと共に排気口５へと排気されていく。この時、ガス拡散板１１のガス吐出孔１３内にセラミックヒータ３１の加熱部４３が位置しているので、ウエハＷ側からガス拡散板１１を見ると、活性種の供給源がガス吐出孔１３のレイアウトに応じて散在していることになる。そして、これら供給源から活性種がガス拡散板１１とウエハＷとの間の処理空間に供給されて拡散し、ウエハＷの面内において均一性の高い濃度分布の状態でウエハＷの表面に供給され、この結果膜厚及び膜質について均一性の高い多結晶シリコン膜が成膜されることになる。尚、既述の図４においてはセラミックヒータ３１を簡略化して記載している。
【００２８】
上述の実施の形態によれば、触媒により処理ガスを活性化して、活性種を用いてウエハＷに対して例えば成膜処理を行うにあたり、内部に抵抗発熱線４２が設けられたセラミック管３３の表面に触媒を付着させたセラミックヒータ３１を用いている。従って、金属触媒層４４に電流を流して加熱するのではなく、セラミック管３３を介して間接的に金属触媒層４４を加熱する構成であるから、加熱するための給電部位（抵抗発熱線４２）について、例えば従来のワイヤ状の触媒に通電加熱する場合のような熱膨張による撓みが起こらないので、使用環境に基づく劣化による断線や短絡、あるいは熱損傷のおそれがない。
【００２９】
また、セラミックヒータ３１を棒状体に形成し、先端部（下端部）が処理ガスの活性化に有効な温度に加熱する加熱部４３として構成されているため、基端部側（処理容器１の天井側）については加熱部４３よりも低い温度に保つことができ、例えば樹脂やゴム製のシール部材の耐熱温度以下である低温状態とすることができる。従って、特別なシール構造を構築しなくとも例えば樹脂製のシール材であるＯ−リング３５を用いることができるので、セラミックヒータ３１を処理容器１に気密に固定することが容易である。
更に、棒状のセラミックヒータ３１を処理容器１内で島状に（点在するように）配置しているため、配置レイアウトの自由度が高く、このため装置設計が容易になるし、装置が制作された後においても調整しやすい。
【００３０】
また、ガス拡散板１１のガス吐出孔１３に対応して、この例ではガス吐出孔１３内にセラミックヒータ３１の加熱部４３を位置させているので、処理ガスは、散在しているガス吐出孔１３の通過時に加熱部４３に高い効率で接触する。このため、処理ガスは熱分解して活性化されやすいので、ウエハＷと対向している面に形成された多数の活性種源から濃度の高い活性種がウエハＷに降り注がれ、ウエハＷの面内において均一性の高い成膜処理を実現できる。
【００３１】
更に、セラミックヒータ３１の加熱部４３に面状に金属触媒層４４を形成しているので、従来のワイヤ状の触媒を設ける場合と比較して、処理容器１内に配置できる金属触媒層４４の表面積を広くすることができる。そのため、処理ガスと金属触媒層４４との接媒する領域が増加することから、ワイヤ状の触媒を用いる場合よりも処理ガスの活性化により生じる活性種を多く生成することができ、高い成膜速度を得ることができる。また、セラミックヒータ３１の表面の金属触媒層４４が酸化等で劣化した場合でも、再被覆により再生できる。更にまた、金属触媒層４４を加熱部４３の表面に形成するにあたって、既述のように金属触媒層４４を構成する金属材料のスパッタ法などを用いることができるので、製作コストが低廉である。また、複数のセラミックヒータ３１を配置しているので、例えば１つのセラミックヒータ３１について金属触媒層４４の不具合などが起こったとしても、当該セラミックヒータ３１だけを取り外して交換あるいは修理できるので、例えば断線が起こった時には触媒を一式交換する必要のあった従来の例えば蛇腹状あるいは網状のワイヤからなる触媒を設置する場合よりもコストを低減できる。
【００３２】
また、既述の多結晶シリコン膜を形成するにあたって、ウエハＷを直接加熱したり、あるいはプラズマを用いたりせずに、金属触媒層４４により処理ガスを活性化させているので、これらの方法よりもウエハＷに対するダメージを低減できる。
既述の例では、セラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３を格子状に配置したが、例えば同心円状や千鳥状に配置しても良いし、例えばウエハＷの中心部側に対して周縁部側においてセラミックヒータ３１の配置個数を多くしても良い。また、各々のセラミックヒータ３１に対して電源４９を直列に接続したが、並列に接続しても良いし、電源４９を並列に接続すると共に各々のセラミックヒータ３１に対して供給する電力値を調整しても良い。
【００３３】
また、セラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３の配置例としては、例えば図６に示すように、載置台２上のウエハＷの直径方向に沿って複数箇所に例えば一列に設けても良い。そして、図７に示すように、載置台２の下方側に当該載置台２を鉛直軸回りに回転させる移動機構７０を設けて、成膜処理を行う時はウエハＷを周方向に回転させても良い。尚、既述の例に示す成膜装置にこの移動機構７０を設けても良い。
【００３４】
前記各例において、金属触媒層４４をガス吐出孔１３内に挿入するようにしたが、図８に示すように、金属触媒層４４をガス拡散板１１から上方側に離間させても良いし、セラミックヒータ３１の先端部を既述の実施の形態よりも下方側に位置させてウエハＷに近接させても良く、例えば図９に示すように、金属触媒層４４の上端部だけガス吐出孔１３内に位置させるようにしても良い。更にまた、加熱部４３全体をガス吐出孔１３よりも下方側であって、当該ガス吐出孔１３と対向するように（ガス吐出孔１３の投影領域に）位置させても良い。また、各々のガス吐出孔１３毎にセラミックヒータ３１を配置したが、セラミックヒータ３１の個数よりもガス吐出孔１３の個数を多くしても良いし、セラミックヒータ３１をガス拡散板１１の上方に離間させる場合にはセラミックヒータ３１の個数よりもガス吐出孔１３の個数が少なくなるようにしても良い。
【００３５】
本発明は、ガス拡散板１１を設けなくとも良く、例えば棒状のセラミックヒータ３１を既述の実施の形態のようにウエハＷの上方に多数垂直に設けると共に、セラミックヒータ３１間に、例えばセラミックヒータ３１の配列に対して千鳥状となるように多数の処理ガス供給路２２を処理容器１の天井部から下方に突出させて、且つ下端側の開口部（処理ガス供給口２１）が加熱部４３よりも上方側に位置するように設け、下端側の開口部から処理ガスを吐出さえて加熱部４３で加熱分解されるような構成であっても良い。
【００３６】
更に、既述の図６及び図７に示したようにセラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３をウエハＷの直径方向に一列に配置してウエハＷを周方向に回転させる場合には、図１０及び図１１に示すように、例えばガス拡散板１１の下方位置において処理容器１の側壁からセラミックヒータ３１を処理容器１内に挿入しても良い。このような場合には、図１２に示すように、セラミックヒータ３１の先端側（加熱部４３）を例えば下側に向けてＬ字型に屈曲させても良い。尚、ガス拡散板１１の上方にセラミックヒータ３１を設けても良い。
【００３７】
更にまた、既述の各例における円形のウエハＷに代えて、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板やＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板などの角型の基板Ｓに対して既述の処理を行う場合には、図１及び図２のようにセラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３を格子状、同心円、千鳥状に配置しても良いし、あるいは図１３及び図１４に示すように、基板Ｓの１辺に沿ってセラミックヒータ３１及びガス吐出孔１３を例えば一列に配置すると共に、これらのガス吐出孔１３から活性種が下方側に吐出される領域を基板Ｓが一端側から他端側にかけて通過するように、基板Ｓを水平に搬送する例えばボールネジなどが組み合わされた移動機構７１を載置台２に設けても良い。即ち、基板（ウエハＷや基板Ｓなど）に対向する領域の全体ではなく局所的にセラミックヒータ３１を配置し（詳しくはセラミックヒータ３１の先端の加熱部４３を配置し）、これら加熱部４３群で囲まれる領域に対向する領域に基板の表面全体が位置するように基板を移動させても良い。更に言い換えれば、加熱部４３の配置レイアウトに基づく基板の表面への活性種の供給の不均一性を補償するために、載置台２を横方向に移動させるための移動機構を設けても良いということである。
【００３８】
前記各例において、セラミックヒータ３１の修理（金属触媒層４４の再被覆）を行う場合には、処理容器１からセラミックヒータ３１を取り外して例えば別のスパッタ装置などにおいてスパッタ法などにより金属触媒層４４の金属材料の成膜を行っても良いし、あるいは処理容器１にセラミックヒータ３１を取り付けたまま、既述の処理ガス供給口２１から金属触媒層４４を構成する金属を含む処理ガス例えばＷ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＰＦ３）４、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を供給し、抵抗発熱線４２により加熱部４３を加熱して当該加熱部４３の表面において前記処理ガスを分解させて、いわばｉｎ−ｓｉｔｕにてＣＶＤ法により金属触媒層４４を形成しても良い。この場合には、セラミックヒータ３１の交換（修理）に要する時間を短縮できるので、装置のダウンタイムを減らすことができる。
【００３９】
また、ロッド状のセラミックヒータ３１を設けずに、図１５及び図１６に示すように、例えばガス拡散板１１を既述のセラミックスにより構成すると共に、当該ガス拡散板１１の内部領域に水平方向に亘って抵抗発熱線４２を埋設し、このガス拡散板１１の表面及びガス吐出孔１３の内壁面に金属触媒層４４を形成しても良い。この場合には、ガス拡散板１１が熱膨張により処理容器１の内壁に接触して破損しないように、例えば処理容器１の天井面から支持部７２により支持される。そして、処理ガスは、図１６に示すように、ガス吐出孔１３を上方側から下方側に通過する際に、当該ガス吐出孔１３の内壁あるいはガス拡散板１１の上下面に形成された金属触媒層４４に接触して活性化することになる。
【００４０】
前記金属触媒層４４の下地であるセラミック管３３（ガス拡散板１１）の材質としては、ＳｉＮ以外にも、例えばｐＢＮ（パイロリティックボロンナイトライド）などであっても良い。また、処理ガスとしては、既述のシランガスに代えて、金属触媒層４４によりＨの活性種と成膜種とを生成するガス例えばＨ2ガスやＮＨ3ガスとＳｉを含むガス例えばＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２とを用いても良い。この場合には、金属触媒層４４によりＨ2ガスが活性化されてＨラジカルが生成し、このＨラジカルによりＳｉを含むガスが分解されて成膜種が生成する。また、多結晶シリコン膜以外にも、例えば成膜種を含むガスとしてＷ（タングステン）を含むガス例えばＷＦ６ガスを用いてＷ膜を成膜しても良い。更に、既述の基板処理装置において行う処理としては、成膜処理以外にも、例えばウエハＷの酸化処理や窒化処理あるいはウエハＷ表面に形成されたフォトレジスト膜のアッシング処理であっても良い。これらの場合に用いられる処理ガスとしては、酸化処理ではＯ2（酸素）ガスやＨ2Ｏ（水蒸気）ガス、窒化処理ではＮＨ3ガスやＮ2ガス、アッシング処理ではＮＨ3ガスやＨ2ガスが用いられ、金属触媒層４４を構成する金属としてはこれらの処理ガスや活性種により劣化しにくい金属材料が適宜選定される。
【符号の説明】
【００４１】
Ｗ ウエハ
１ 処理容器
２ 載置台
１１ ガス拡散板
１３ ガス吐出孔
２１ 処理ガス供給口
３１ セラミックヒータ
４３ 加熱部
４４ 金属触媒層
４９ 電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスを活性化して得た活性種を用いて基板に対して処理を行う装置において、
基板を載置するための載置部が内部に設けられ、処理雰囲気を形成する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスを活性化させるための触媒がその表面に付着され、処理容器の内部に位置するセラミック体と、このセラミック体の内部に設けられた抵抗発熱体と、を含む加熱用構造体と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記加熱用構造体は、棒状体であると共に処理雰囲気側の先端部が処理ガスの活性化に有効な温度に発熱する加熱部であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置
【請求項３】
前記加熱用構造体の前記加熱部は、載置部に載置された基板側から見て島状に複数配置されていることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱部は、前記ガス通過孔に対向しているかまたは当該ガス通過孔の中に位置していることを特徴とする請求項２または３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記加熱用構造体は、外部から処理容器内に貫通するように設けられ、貫通部分が気密に封止されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記加熱用構造体は、縦方向に伸びるように配置され、処理容器の天井部を貫通して設けられていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記加熱用構造体は、横方向に伸びるように配置され、処理容器を貫通して設けられていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記加熱部の配置に基づく基板の表面への活性種の供給の不均一性を補償するために、前記載置部を横方向に移動させるための移動機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱用構造体は、このガス拡散板の少なくとも一部を構成し、
前記加熱用構造体において処理ガスの活性化に有効な温度に加熱する加熱部は、前記ガス拡散板におけるガス通過孔を囲む部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１】
処理ガスを活性化して得た活性種を用いて基板に対して処理を行う装置において、
基板を載置するための載置部が内部に設けられ、処理雰囲気を形成する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスを活性化させるための触媒がその表面に付着され、処理容器の内部に位置するセラミック体と、このセラミック体の内部に設けられた抵抗発熱体と、を含む加熱用構造体と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記加熱用構造体は、棒状体であると共に処理雰囲気側の先端部が処理ガスの活性化に有効な温度に発熱する加熱部であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置
【請求項３】
前記加熱用構造体の前記加熱部は、載置部に載置された基板側から見て島状に複数配置されていることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱部は、前記ガス通過孔に対向しているかまたは当該ガス通過孔の中に位置していることを特徴とする請求項２または３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記加熱用構造体は、外部から処理容器内に貫通するように設けられ、貫通部分が気密に封止されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記加熱用構造体は、縦方向に伸びるように配置され、処理容器の天井部を貫通して設けられていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記加熱用構造体は、横方向に伸びるように配置され、処理容器を貫通して設けられていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記加熱部の配置に基づく基板の表面への活性種の供給の不均一性を補償するために、前記載置部を横方向に移動させるための移動機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記ガス供給部と基板が載置される雰囲気との間を区画し、基板と対向するように設けられると共に多数のガス通過孔が形成されたガス拡散板を備え、
前記加熱用構造体は、このガス拡散板の少なくとも一部を構成し、
前記加熱用構造体において処理ガスの活性化に有効な温度に加熱する加熱部は、前記ガス拡散板におけるガス通過孔を囲む部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【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１６】
【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１６】
【公開番号】特開２０１１−１４６５４３（Ｐ２０１１−１４６５４３Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２７０（Ｐ２０１０−６２７０）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【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２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【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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