JP4083512B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を加熱しながら基板に処理を施す基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）を加熱しながら処理ガスを供給して、ウェハ上に薄膜を形成する成膜装置が知られている。このような成膜装置の場合、サセプタ内に配設された抵抗発熱体に電流を流して、サセプタに載置されたウェハを加熱している。
【０００３】
ここで、抵抗発熱体とチャンバ外部の電源とはリード線で接続されているが、処理ガスがリード線に接触すると、リード線と処理ガスとが化学反応を起し、リード線が腐食してしまうことがある。このようなことから、チャンバとサセプタとの間にシール部材を介在させて、リード線と処理ガスとの接触を抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、処理ガスの消費量等の点から成膜装置の小型化が求められている。しかしながら、成膜装置を小型化すると、サセプタとチャンバとの距離が短くなるため、シール部材が熱に耐えられず、溶解してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものである。即ち、シール部材の温度上昇を抑制することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、処理室に収容された基板を載置する載置台と、載置台内に配設された、基板を加熱する加熱部材と、載置台と処理室との間に介在したシール部材と、冷却媒体を備えた、冷却媒体の蒸発潜熱によりシール部材を冷却する冷却機構と、を具備することを特徴としている。本発明の基板処理装置によれば、冷却機構によりシール部材を冷却することができ、シール部材の温度上昇を抑制することができる。
【０００７】
上記冷却機構は、冷却媒体を収容し、かつ内部圧力が減圧に維持された気密容器を備えていることが好ましい。このような気密容器を備えることにより、冷却媒体の沸点を低下させることができる。
【０００８】
上記基板処理装置は、シール部材近傍に配設された温度センサと、温度センサの測定結果に基づいて冷却機構を制御する冷却機構制御器とをさらに備えていることが好ましい。温度センサと冷却機構制御器とを備えることにより、シール部材近傍の温度を所望の温度に維持することができる。
【０００９】
本発明の他の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室に収容された基板を載置する載置部と前記載置部を支持する支持部とを備えた載置台と、前記載置部内に配設された、前記基板を加熱する加熱部材と、前記支持部と前記処理室との間に介在したシール部材と、前記載置部からの前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する前記支持部の底部に被せられた遮蔽キャップと、を具備することを特徴としている。本発明の基板処理装置によれば、遮蔽キャップにより載置部からのシール部材へ向かう熱輻射を遮蔽することができ、シール部材の温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
上記基板処理装置は、前記載置部の裏面の少なくとも一部を覆い、前記載置部からの前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する遮蔽部材をさらに具備していることが好ましい。載置部の裏面とは、基板が載置される面と逆の面である。遮蔽部材で載置部の裏面の少なくとも一部を覆うことにより、確実に載置部からのシール部材へ向かう熱輻射を遮蔽することができる。
【００１１】
上記基板処理装置は、基板を昇降させる基板昇降部材をさらに備え、かつ遮蔽部材が基板昇降部材を支持していることが好ましい。遮蔽部材が基板昇降部材を支持することにより、部品数を減少させることができ、コストを低減させることができる。
【００１２】
上記基板処理装置は、処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系をさらに備えることが好ましい。上記基板処理装置を小型化した場合には、処理ガスの消費量を低減させることができる。
【００１３】
上記処理ガス供給系は、異なる処理ガスを処理室内に供給する複数の処理ガス供給系から構成されており、上記基板処理装置は、処理ガスが交互に供給されるように前記各処理ガス供給系を制御する処理ガス供給系制御器をさらに備えることが可能である。上記基板処理装置を小型化した場合には、処理ガスの排出時間を短縮させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置について説明する。図１は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）は本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図であり、図３（ａ）及び図３（ｂ）は本実施の形態に係る遮蔽キャップの模式的な平面図及び垂直断面図である。
【００１５】
図１に示されるように、成膜装置１は、例えばアルミニウムやステンレスにより形成されたチャンバ２を備えている。なお、チャンバ２は、アルマイト処理等の表面処理が施されていてもよい。チャンバ２の側部には開口２ａが形成されており、開口２ａ付近には、ウェハＷをチャンバ２内に搬入或いは搬出するためのゲートバルブ３が取り付けられている。
【００１６】
チャンバ２の上部には、開口が形成されている。開口には、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３をウェハＷに向けて吐出するシャワーヘッド４が挿入されている。シャワーヘッド４は、ＴｉＣｌ４を吐出するＴｉＣｌ４吐出部４ａと、ＮＨ３を吐出するＮＨ３吐出部４ｂとに分かれた構造になっている。ＴｉＣｌ４吐出部４ａには、ＴｉＣｌ４を吐出する多数のＴｉＣｌ４吐出孔が形成されている。また、同様にＮＨ３供給部４ｂには、ＮＨ３を吐出する多数のＮＨ３吐出孔が形成されている。
【００１７】
シャワーヘッド４のＴｉＣｌ４吐出部４ａには、ＴｉＣｌ４吐出部４ａにＴｉＣｌ４を供給するＴｉＣｌ４供給系１０が接続されている。また、ＮＨ３吐出部４ｂには、ＮＨ３吐出部４ｂにＮＨ３を供給するＮＨ３供給系２０が接続されている。
【００１８】
ＴｉＣｌ４供給系１０は、ＴｉＣｌ４を収容したＴｉＣｌ４供給源１１を備えている。ＴｉＣｌ４供給源１１には、一端がＴｉＣｌ４吐出部４ａに接続されたＴｉＣｌ４供給配管１２が接続されている。ＴｉＣｌ４供給配管１２には、バルブ１３及びＴｉＣｌ４の流量を調節するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１４が介在している。マスフローコントローラ１４が調節された状態で、バルブ１３が開かれることにより、ＴｉＣｌ４供給源１１から所定の流量でＴｉＣｌ４がＴｉＣｌ４吐出部４ａに供給される。
【００１９】
ＮＨ３供給系２０は、ＮＨ３を収容したＮＨ３供給源２１を備えている。ＮＨ３供給源２１には、一端がＮＨ３吐出部４ｂに接続されたＮＨ３供給配管２２が接続されている。ＮＨ３供給配管２２には、バルブ２３及びＮＨ３の流量を調節するマスフローコントローラ２４が介在している。マスフローコントローラ２４が調節された状態で、バルブ２３が開かれることにより、ＮＨ３供給源２１から所定の流量でＮＨ３がＮＨ３吐出部４ｂに供給される。
【００２０】
バルブ１３、２３には、バルブ１３、２３が交互に開かれるようにバルブ１３、２３を制御するバルブ制御器２５が電気的に接続されている。バルブ制御器２５でこのようなバルブ１３、２３の制御を行うことにより、ウェハＷにステップカバレージ等に優れたＴｉＮ膜が形成される。
【００２１】
チャンバ２の底部には、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３等のガスを排出する排出系３０が接続されている。排出系３０は、チャンバ２内の圧力を制御するオートプレッシャコントローラ（ＡＰＣ）３１を備えている。オートプレッシャコントローラ３１でコンダクタンスを調節することにより、チャンバ２内の圧力が所定の圧力に制御される。
【００２２】
オートプレッシャコントローラ３１には、排出配管３２が接続されている。排出配管３２には、上流側から下流にかけて、メインバルブ３３、ターボ分子ポンプ３４、トラップ３５、バルブ３６、及びドライポンプ３７がこの順番で介在している。
【００２３】
ターボ分子ポンプ３４は、本引きを行うものである。ターボ分子ポンプ３４で本引きを行うことにより、チャンバ２内の圧力が所定の圧力に維持される。また、ターボ分子ポンプ３４でチャンバ２内から排気することにより、チャンバ２内から余分なＴｉＣｌ４、ＮＨ３、ＴｉＮ、及びＮＨ４Ｃｌ等が排出される。
【００２４】
トラップ３５は、排ガスに含まれているＮＨ４Ｃｌを捕捉して、排ガスからＮＨ４Ｃｌを取り除くためのものである。ドライポンプ３７は、ターボ分子ポンプ３４を補助するためのものである。ドライポンプ３７を作動させることにより、ターボ分子ポンプ３４の後段の圧力を小さくすることができる。また、ドライポンプ３７は、チャンバ２内の粗引きを行うためのものである。
【００２５】
バルブ３６とドライポンプ３７との間の排出配管３２には、ドライポンプ３７で粗引きするための粗引き配管３８が接続されている。粗引き配管３８の他端は、オートプレッシャコントローラ３１とメインバルブ３３との間の排出配管３２に接続されている。粗引き配管３８には、バルブ３９が介在している。メインバルブ３３及びバルブ３６が閉じられ、かつバルブ３９が開かれた状態で、ドライポンプ３７が作動することにより、チャンバ２内が粗引きされる。
【００２６】
チャンバ２内には、サセプタ４０が配設されている。サセプタ４０は、ウェハＷを載置する略円板状の載置部４０ａと、載置部４０ａを支持する支持部４０ｂとから構成されている。
【００２７】
載置部４０ａ内には、載置部４０ａを所定の温度に加熱する抵抗発熱体４１が配設されている。抵抗発熱体４１には、一端が図示しない外部電源に接続された２本のリード線４２が接続されている。外部電源からリード線４２を介して抵抗発熱体４１に電流を流すことにより、載置部４０ａが所定の温度に加熱される。
【００２８】
載置部４０ａの３箇所には、ウェハＷを昇降させるための孔４０ｃが上下方向に形成されている。孔４０ｃには、ウェハ昇降ピン４３がそれぞれ挿入されている。ウェハ昇降ピン４３は、ウェハ昇降ピン４３が立設するようにウェハ昇降ピン支持台４４に支持されている。
【００２９】
ウェハ昇降ピン支持台４４は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように平板状かつリング状に形成されている。ウェハ昇降ピン支持台４４は、載置部４０ａと後述するシール部材４７との間に配設されており、ウェハ昇降ピン４３を支持する機能だけでなく、載置部４０ａからのシール部材４７へ向かう熱輻射を遮蔽する機能をも有している。
【００３０】
ウェハ昇降ピン支持台４４は、熱輻射を有効に遮蔽することができるような物質から形成されている。具体的には、例えば、ウェハ昇降ピン支持台４４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）、石英、ステンレス、アルミニウム、ハステロイ、インコネル、及びニッケルのいずれかから形成されている。
【００３１】
ウェハ昇降ピン支持台４４には、図示しないエアシリンダが固定されている。エアシリンダはロッド４５を備えており、エアシリンダの駆動でロッド４５が縮退することにより、ウェハ昇降ピン４３が下降して、ウェハＷが載置部４０ａに載置される。また、エアシリンダの駆動でロッド４５が伸長することにより、ウェハ昇降ピン４３が上昇して、ウェハＷが載置部４０ａから離れる。チャンバ２内部には、ロッド４５を覆う伸縮自在なベローズ４６が配設されている。ベローズ４６でロッド４５を覆うことにより、チャンバ２内の気密性が保持される。
【００３２】
サセプタ４０の支持部４０ｂとチャンバ２との間には、合成樹脂から形成されたリング状のシール部材４７が挟み込まれている。シール部材４７を挟み込むことにより、リード線４２とＴｉＣｌ４等との接触が抑制される。
【００３３】
支持部４０ｂの底部には、載置部４０ａからのシール部材４７へ向かう熱輻射を遮蔽する遮蔽キャップ４８が被せられている。遮蔽キャップ４８は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように上面に開口を有した空洞状に形成されている。
【００３４】
遮蔽キャップ４８は、熱輻射を有効に遮蔽することができるような物質から形成されている。具体的には、例えば、遮蔽キャップ４８は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）、石英、ステンレス、アルミニウム、ハステロイ、インコネル、及びニッケルのいずれかから形成されている。
【００３５】
チャンバ２の底部には、２箇所に開口が形成されている。これらの開口には、シール部材４７を冷却する冷却機構５０の一部が挿入されている。図４は本実施の形態に係る冷却機構５０の模式的な構成図である。図４に示されるように、冷却機構５０は、シール部材４７を冷却するためのヒートパイプ５１を備えている。ヒートパイプ５１の先端部５１ａは、チャンバ２の底部に形成された開口に挿入されている。
【００３６】
ヒートパイプ５１は、円筒状の気密容器５２を備えている。気密容器５２内には冷却媒体５３が収容されている。冷却媒体５３としては、例えば、水、ハイドロフルオロエーテル及びエタノールのようなアルコール、フッ素系不活性液体、ナフタリンのいずれかが使用可能である。また、エチレングリコール及びプロピレングリコールの混合物ような多価アルコールのも混合物も使用可能である。気密容器５２内は、減圧状態に維持されている。気密容器５２内を減圧状態にすることにより、大気圧の場合より冷却媒体５３の沸点が低下する。
【００３７】
気密容器５２内には、液化した冷却媒体５３を毛管力によりヒートパイプ５１の先端部５１ａに移動させるウイック５４が配設されている。ウイック５４は、金網状に形成されている。ヒートパイプ５１の先端部５１ａに移動した液化した冷却媒体５３は、シール部材４７付近の熱を吸収し、気化する。気化した冷却媒体５３は、ヒートパイプ５１の根元部５１ｂに移動し、後述するコンデンサ５５により冷却されて液化する。液化した冷却媒体５３は、ウイック５４により再び先端部５１ａに移動する。これを繰り返すことにより、シール部材４７が冷却され、シール部材４７の温度上昇が抑制される。
【００３８】
ヒートパイプ５１の根元部５１ｂの外側には、根元部５１ｂを冷却して、気化した冷却媒体５３を液化させるコンデンサ５５が配設されている。コンデンサ５５は、ヒートパイプ５１の根元部５１ｂを覆う容器５６を備えている。容器５６の２箇所には、冷却媒体を循環させるための循環配管５７が接続されており、循環配管５７には、冷却媒体を貯留した冷却媒体供給源５８が接続されている。また、循環配管５７には、冷却媒体供給源５８から冷却媒体を汲み出すポンプ５９が介在している。ポンプ５９が作動することにより、循環配管５７を介して、冷却媒体供給源５８と、気密容器５２外側かつ容器５６内側の空間（冷却媒体供給空間）との間で冷却媒体が循環する。また、ポンプ５９は、冷却媒体の流量を調節することができるように構成されている。
【００３９】
以下、成膜装置１で行われる処理のフローについて図５〜図７に沿って説明する。図５は本実施の形態に係る成膜装置１で行われる処理のフローを示したフローチャートであり、図６（ａ）〜図７（ｂ）は本実施の形態に係る成膜装置１で行われる処理を模式的に示した図である。
【００４０】
まず、サセプタ４０の載置部４０ａ内に配設された抵抗発熱体４１に電流が流されて、載置部４０ａが約３００〜４５０℃に加熱される。また、冷却媒体が冷却媒体供給空間に供給され、ヒートパイプ５１によるシール部材４７の冷却が行われる。（ステップ１ａ）。なお、冷却媒体は、載置部４０ａが加熱されている間中、循環している。
【００４１】
次いで、メインバルブ３３及びバルブ３６が閉られ、かつバルブ３９が開かれた状態で、ドライポンプ３７が作動して、チャンバ２内の粗引きが行われる。その後、チャンバ２内がある程度減圧になったところで、バルブ３９が閉じられるとともにメインバルブ３３及びバルブ３６が開かれ、ドライポンプ３７の粗引きからターボ分子ポンプ３４の本引きに切り換えられる（ステップ２ａ）。なお、切り換えられた後もドライポンプ３７は作動している。
【００４２】
チャンバ２内の圧力が例えば１．３３×１０−２Ｐａ以下まで低下した後、ゲートバルブ３が開かれ、ウェハＷを保持した図示しない搬送アームが伸長して、チャンバ２内にウェハＷが搬入される（ステップ３ａ）。
【００４３】
その後、搬送アームが縮退して、ウェハＷがウェハ昇降ピン４３に載置される。ウェハＷがウェハ昇降ピン４３に載置された後、ロッド４５の下降で、ウェハ昇降ピン４３が下降し、ウェハＷが３００〜４５０℃に加熱された載置部４０ａに載置される（ステップ４ａ）。
【００４４】
ウェハＷが載置部４０ａに載置された後、チャンバ２内の圧力が約５〜４００Ｐａに維持された状態で、バルブ１３が開かれて、図６（ａ）に示されるようにＴｉＣｌ４吐出部４ａからウェハＷに向けてＴｉＣｌ４が約３０ｓｃｃｍの流量で吐出される（ステップ５ａ）。吐出されたＴｉＣｌ４がウェハＷに接触すると、ウェハＷ表面にＴｉＣｌ４が吸着される。
【００４５】
所定時間経過後、バルブ１３が閉じられて、図６（ｂ）に示されるようにＴｉＣｌ４の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＴｉＣｌ４がチャンバ２内から排出される（ステップ６ａ）。なお、排出の際、チャンバ２内の圧力は、約６．６７×１０−２Ｐａ以下になる。
【００４６】
所定時間経過後、バルブ２３が開かれて、図７（ａ）に示されるようにＮＨ３吐出部４ｂからウェハＷに向けてＮＨ３が約１００ｓｃｃｍの流量で吐出される（ステップ７ａ）。吐出されたＮＨ３がウェハＷに吸着されたＴｉＣｌ４に接触すると、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とが反応して、ＴｉＮ膜がウェハＷ上に形成される。
【００４７】
所定時間経過後、バルブ２３が閉じられて、図７（ｂ）に示されるようにＮＨ３の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＮＨ３等がチャンバ２内から排出される（ステップ８ａ）。なお、排出の際、チャンバ２内の圧力は、約６．６７×１０−２Ｐａ以下になる。
【００４８】
所定時間経過後、ステップ５ａ〜ステップ８ａの工程を１サイクルとして、図示しない中央制御器により処理が２００サイクル行われたか否かが判断される（ステップ９ａ）。処理が２００サイクル行われていないと判断されると、ステップ５ａ〜ステップ８ａの工程が再び行われる。
【００４９】
処理が２００サイクル行われたと判断されると、ロッド４５の上昇で、ウェハ昇降ピン４３が上昇し、ウェハＷが載置部４０ａから離れる（ステップ１０ａ）。なお、処理が２００サイクル行われると、ウェハＷ上には、約１０ｎｍのＴｉＮ膜が形成される。
【００５０】
その後、ゲートバルブ３が開かれた後、図示しない搬送アームが伸長して、搬送アームにウェハＷが保持される。最後に、搬送アームが縮退して、ウェハＷがチャンバ２から搬出される（ステップ１１ａ）。
【００５１】
本実施の形態では、ヒートパイプ５１を備えているので、シール部材４７を冷却することができ、シール部材４７の温度上昇を抑制することができる。その結果、成膜装置１を小型化した場合であっても、シール部材４７が溶解し難くなる。
【００５２】
また、本実施の形態のようにＴｉＣｌ４とＮＨ３とを交互に供給する場合においては、成膜装置１を小型化すると、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３の消費量が少なくなるだけでなく、チャンバ２内に供給されるＴｉＣｌ４やＮＨ３が少ないのでＴｉＣｌ４やＮＨ３の排出時間を短縮することができるという効果もある。
【００５３】
なお、特開平４−７８１３８号には、チャンバに水冷ジャケットを設けて、チャンバの一部を冷却する技術が開示されている。ここで、水冷ジャケットは冷却媒体を循環させて冷却するものである。これに対し、ヒートパイプ５１は冷却媒体５３の蒸発潜熱を利用して冷却するものであり、水冷ジャケットより冷却力に優れている。また、水冷ジャケットでは、配管内の水が気化すると配管内に気泡が発生し、配管が膨張してしまうことがある。これに対し、ヒートパイプ５１では、先端部５１ａで冷却媒体５３の気化が起きても、根元部５１ｂで冷却媒体５３の液化が起こるので気密容器５２が膨張し難い。
【００５４】
本実施の形態では、載置部４０ａとシール部材４７との間にウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８を配設しているので、載置部４０ａからのシール部材４７へ向かう熱輻射を低減させることができ、シール部材４７の温度上昇を抑制することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下本実施の形態以降の実施の形態のうち先行する実施の形態と重複する内容については説明を省略することもある。本実施の形態では、温度センサでシール部材近傍の温度を測定し、温度センサの測定結果に基づいてヒートパイプの冷却力を制御する例について説明する。
【００５６】
図８は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。図８に示されるように、シール部材４７近傍のチャンバ２底部には開口が形成されており、この開口には温度センサ６０が挿入されている。温度センサ６０には冷却機構制御器６１が電気的に接続されている。冷却機構制御器６１は、ポンプ５９に電気的に接続されている。
【００５７】
冷却機構制御器６１は、冷却媒体供給空間に流される冷却媒体の流量を制御して、ヒートパイプ５１の冷却力を制御するものである。具体的には、冷却機構制御器６１は、温度センサ６０の測定結果と冷却機構制御器６１に予め記憶された設定温度とを比較し、比較した結果に基づいてシール部材４７近傍の温度が設定温度になるようにポンプ５９の作動を制御（フィードバック制御）するものである。ここで、冷却媒体供給空間に供給される冷却媒体の流量を大きくすれば、ヒートパイプ５１の根元部５１ｂがより冷却されるので、ヒートパイプ５１の冷却力が増大する。
【００５８】
以下、成膜装置１で行われる処理のフローについて図９に沿って説明する。図９は本実施の形態に係る成膜装置１で行われる処理のフローを示したフローチャートである。
【００５９】
まず、抵抗発熱体４１に電流が流されて、載置部４０ａが約３００〜４５０℃に加熱される。また、シール部材４７近傍の温度を温度センサ６０で測定し、その測定結果に基づいて冷却媒体供給空間に供給される冷却媒体の流量が制御されながらヒートパイプ５１によるシール部材４７の冷却が行われる（ステップ１ｂ）。なお、温度センサ６０による温度測定及び温度測定の結果に基づいた冷却媒体の流量制御は、載置部４０ａが加熱されている間、所定時間毎に行われる。
【００６０】
次いで、ドライポンプ３７が作動して、チャンバ２内の粗引きが行われる。その後、ドライポンプ３７の粗引きからターボ分子ポンプ３４の本引きに切り換えられる（ステップ２ｂ）。
【００６１】
チャンバ２内の圧力が例えば１．３３×１０−２Ｐａ以下まで低下した後、ウェハＷを保持した図示しない搬送アームが伸長して、チャンバ２内にウェハＷが搬入される（ステップ３ｂ）。その後、ウェハ昇降ピン４３が下降し、ウェハＷが載置部４０ａに載置される（ステップ４ｂ）。
【００６２】
ウェハＷが載置部４０ａに載置された後、チャンバ２内の圧力が約５〜４００Ｐａに維持された状態で、バルブ１３が開かれて、ＴｉＣｌ４吐出部４ａからＴｉＣｌ４が吐出される（ステップ５ｂ）。所定時間経過後、バルブ１３が閉じられて、ＴｉＣｌ４の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＴｉＣｌ４がチャンバ２内から排出される（ステップ６ｂ）。
【００６３】
所定時間経過後、バルブ２３が開かれて、ＮＨ３吐出部４ｂからＮＨ３が吐出される（ステップ７ｂ）。所定時間経過後、バルブ２３が閉じられて、ＮＨ３の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＮＨ３等がチャンバ２内から排出される（ステップ８ｂ）。
【００６４】
所定時間経過後、ステップ５ｂ〜ステップ８ｂの工程を１サイクルとして、処理が２００サイクル行われたか否かが判断される（ステップ９ｂ）。処理が２００サイクル行われていないと判断されると、ステップ５ｂ〜ステップ８ｂの工程が再び行われる。
【００６５】
処理が２００サイクル行われたと判断されると、ウェハ昇降ピン４３が上昇し、ウェハＷが載置部４０ａから離れる（ステップ１０ｂ）。最後に、図示しない搬送アームによりウェハＷがチャンバ２から搬出される（ステップ１１ｂ）。
【００６６】
本実施の形態では、温度センサ６０でシール部材４７近傍の温度を測定し、温度センサ６０の測定結果に基づいてヒートパイプ５１の冷却力を制御するので、シール部材４７近傍を所望の温度に維持することができる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、ウェハ昇降ピン支持台の形状のバリエーションを例示する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図であり、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図である。
【００６８】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されるように、ウェハ昇降ピン支持台４４は、平板状かつリング状のものを一部切り欠いたような形状に形成されていてもよい。また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるように、ウェハ昇降ピン支持台４４は、平板状かつＵ字状に形成されていてもよい。これらのウェハ昇降ピン支持台４４を使用しても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。第１及び第２の実施の形態では、ウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８を備えているが、冷却機構５０が備えられていれば、これらのものを備えなくてもよい。また、逆に、ウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８が備えられていれば、冷却機構５０を備えなくともよい。さらに、載置部４０ａとシール部材４７との間にウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８が配設されているが、いずれか一方でもよい。
【００７０】
第１及び第２の実施の形態では、ウェハ昇降ピン支持台４４にウェハ昇降ピン支持台４４を冷却する冷却機構が取り付けられていないが、ウェハ昇降ピン支持台４４に冷却機構を取り付けてもよい。また、同様に遮蔽キャップ４８に冷却機構を取り付けてもよい。
【００７１】
表１は、膜種及びこれらの膜を形成する処理ガスを例示したものである。第１及び第２の実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３を使用しているが、表１に示されるような処理ガスも使用することが可能である。
【表１】
【００７２】
第１及び第２の実施の形態では、載置部４０ａを約３００〜４５０℃に加熱しているが、処理ガスに応じて載置部４０ａの加熱温度を変えることはいうまでもない。例えば、表１に示されたＴａＦ５とＮＨ３、ＴａＣｌ５とＮＨ３、ＴｉＣｌ４とＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３、ＴｉＣｌ４とＳｉＨ４とＮＨ３、ＴｉＣｌ４とＳｉＣｌ４とＮＨ３を使用する場合には載置部４０ａが約３００〜４５０℃になるように加熱する。Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏ、Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏ２を使用する場合には載置部４０ａが約１５０〜５００℃になるように加熱する。Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ９））４とＨ２Ｏ、Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ９））４とＨ２Ｏ２を使用する場合には載置部４０ａが約１５０〜３００℃になるように加熱する。Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＯ２、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２Ｏ、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２Ｏ２を使用する場合には載置部４０ａが約１５０〜６００℃になるように加熱する。
【００７３】
第１及び第２の実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３を交互に供給して成膜を行っているが、これらの処理ガスを同時に供給して成膜を行うことも可能である。また、ウェハＷを使用しているが、ガラス基板であってもよい。
【００７４】
第１及び第２の実施の形態では、成膜装置１について説明しているが、基板を加熱して基板に処理を行う装置であれば、適用することが可能である。具体的には、例えば、エッチング装置、スパッタリング装置、真空蒸着装置にも適用することが可能である。また、エッチングガスを２種以上使用する場合には、エッチングガス交互に供給しても、或いは同時に供給してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の基板処理装置によれば、シール部材の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は第１の実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。
【図２】 図２（ａ）は第１の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図であり、図２（ｂ）は第１の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な垂直断面図である。
【図３】 図３（ａ）は第１の実施の形態に係る遮蔽キャップの模式的な平面図であり、図３（ｂ）は第１の実施の形態に係る遮蔽キャップの模式的な垂直断面図である。
【図４】 図４は第１の実施の形態に係る冷却機構の模式的な構成図である。
【図５】 図５は第１の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理のフローを示したフローチャートである。
【図６】 図６（ａ）及び図６（ｂ）は第１の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理を模式的に示した図である。
【図７】 図７（ａ）及び図７（ｂ）は第１の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理を模式的に示した図である。
【図８】 図８は第２の実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。
【図９】 図９は第２の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理のフローを示したフローチャートである。
【図１０】 図１０（ａ）第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図であり、図１０（ｂ）は第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な垂直断面図である。
【図１１】 図１１（ａ）第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図であり、図１１（ｂ）は第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な垂直断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウェハ
１…成膜装置
２…チャンバ
４０…サセプタ
４０ａ…載置部
４０ｂ…支持部
４４…ウェハ昇降ピン支持台
４７…シール部材
４８…遮蔽キャップ
５０…冷却機構
５１…ヒートパイプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を加熱しながら基板に処理を施す基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）を加熱しながら処理ガスを供給して、ウェハ上に薄膜を形成する成膜装置が知られている。このような成膜装置の場合、サセプタ内に配設された抵抗発熱体に電流を流して、サセプタに載置されたウェハを加熱している。
【０００３】
ここで、抵抗発熱体とチャンバ外部の電源とはリード線で接続されているが、処理ガスがリード線に接触すると、リード線と処理ガスとが化学反応を起し、リード線が腐食してしまうことがある。このようなことから、チャンバとサセプタとの間にシール部材を介在させて、リード線と処理ガスとの接触を抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、処理ガスの消費量等の点から成膜装置の小型化が求められている。しかしながら、成膜装置を小型化すると、サセプタとチャンバとの距離が短くなるため、シール部材が熱に耐えられず、溶解してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものである。即ち、シール部材の温度上昇を抑制することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、処理室に収容された基板を載置する載置台と、載置台内に配設された、基板を加熱する加熱部材と、載置台と処理室との間に介在したシール部材と、冷却媒体を備えた、冷却媒体の蒸発潜熱によりシール部材を冷却する冷却機構と、を具備することを特徴としている。本発明の基板処理装置によれば、冷却機構によりシール部材を冷却することができ、シール部材の温度上昇を抑制することができる。
【０００７】
上記冷却機構は、冷却媒体を収容し、かつ内部圧力が減圧に維持された気密容器を備えていることが好ましい。このような気密容器を備えることにより、冷却媒体の沸点を低下させることができる。
【０００８】
上記基板処理装置は、シール部材近傍に配設された温度センサと、温度センサの測定結果に基づいて冷却機構を制御する冷却機構制御器とをさらに備えていることが好ましい。温度センサと冷却機構制御器とを備えることにより、シール部材近傍の温度を所望の温度に維持することができる。
【０００９】
本発明の他の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室に収容された基板を載置する載置部と前記載置部を支持する支持部とを備えた載置台と、前記載置部内に配設された、前記基板を加熱する加熱部材と、前記支持部と前記処理室との間に介在したシール部材と、前記載置部からの前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する前記支持部の底部に被せられた遮蔽キャップと、を具備することを特徴としている。本発明の基板処理装置によれば、遮蔽キャップにより載置部からのシール部材へ向かう熱輻射を遮蔽することができ、シール部材の温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
上記基板処理装置は、前記載置部の裏面の少なくとも一部を覆い、前記載置部からの前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する遮蔽部材をさらに具備していることが好ましい。載置部の裏面とは、基板が載置される面と逆の面である。遮蔽部材で載置部の裏面の少なくとも一部を覆うことにより、確実に載置部からのシール部材へ向かう熱輻射を遮蔽することができる。
【００１１】
上記基板処理装置は、基板を昇降させる基板昇降部材をさらに備え、かつ遮蔽部材が基板昇降部材を支持していることが好ましい。遮蔽部材が基板昇降部材を支持することにより、部品数を減少させることができ、コストを低減させることができる。
【００１２】
上記基板処理装置は、処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系をさらに備えることが好ましい。上記基板処理装置を小型化した場合には、処理ガスの消費量を低減させることができる。
【００１３】
上記処理ガス供給系は、異なる処理ガスを処理室内に供給する複数の処理ガス供給系から構成されており、上記基板処理装置は、処理ガスが交互に供給されるように前記各処理ガス供給系を制御する処理ガス供給系制御器をさらに備えることが可能である。上記基板処理装置を小型化した場合には、処理ガスの排出時間を短縮させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置について説明する。図１は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）は本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図であり、図３（ａ）及び図３（ｂ）は本実施の形態に係る遮蔽キャップの模式的な平面図及び垂直断面図である。
【００１５】
図１に示されるように、成膜装置１は、例えばアルミニウムやステンレスにより形成されたチャンバ２を備えている。なお、チャンバ２は、アルマイト処理等の表面処理が施されていてもよい。チャンバ２の側部には開口２ａが形成されており、開口２ａ付近には、ウェハＷをチャンバ２内に搬入或いは搬出するためのゲートバルブ３が取り付けられている。
【００１６】
チャンバ２の上部には、開口が形成されている。開口には、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３をウェハＷに向けて吐出するシャワーヘッド４が挿入されている。シャワーヘッド４は、ＴｉＣｌ４を吐出するＴｉＣｌ４吐出部４ａと、ＮＨ３を吐出するＮＨ３吐出部４ｂとに分かれた構造になっている。ＴｉＣｌ４吐出部４ａには、ＴｉＣｌ４を吐出する多数のＴｉＣｌ４吐出孔が形成されている。また、同様にＮＨ３供給部４ｂには、ＮＨ３を吐出する多数のＮＨ３吐出孔が形成されている。
【００１７】
シャワーヘッド４のＴｉＣｌ４吐出部４ａには、ＴｉＣｌ４吐出部４ａにＴｉＣｌ４を供給するＴｉＣｌ４供給系１０が接続されている。また、ＮＨ３吐出部４ｂには、ＮＨ３吐出部４ｂにＮＨ３を供給するＮＨ３供給系２０が接続されている。
【００１８】
ＴｉＣｌ４供給系１０は、ＴｉＣｌ４を収容したＴｉＣｌ４供給源１１を備えている。ＴｉＣｌ４供給源１１には、一端がＴｉＣｌ４吐出部４ａに接続されたＴｉＣｌ４供給配管１２が接続されている。ＴｉＣｌ４供給配管１２には、バルブ１３及びＴｉＣｌ４の流量を調節するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１４が介在している。マスフローコントローラ１４が調節された状態で、バルブ１３が開かれることにより、ＴｉＣｌ４供給源１１から所定の流量でＴｉＣｌ４がＴｉＣｌ４吐出部４ａに供給される。
【００１９】
ＮＨ３供給系２０は、ＮＨ３を収容したＮＨ３供給源２１を備えている。ＮＨ３供給源２１には、一端がＮＨ３吐出部４ｂに接続されたＮＨ３供給配管２２が接続されている。ＮＨ３供給配管２２には、バルブ２３及びＮＨ３の流量を調節するマスフローコントローラ２４が介在している。マスフローコントローラ２４が調節された状態で、バルブ２３が開かれることにより、ＮＨ３供給源２１から所定の流量でＮＨ３がＮＨ３吐出部４ｂに供給される。
【００２０】
バルブ１３、２３には、バルブ１３、２３が交互に開かれるようにバルブ１３、２３を制御するバルブ制御器２５が電気的に接続されている。バルブ制御器２５でこのようなバルブ１３、２３の制御を行うことにより、ウェハＷにステップカバレージ等に優れたＴｉＮ膜が形成される。
【００２１】
チャンバ２の底部には、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３等のガスを排出する排出系３０が接続されている。排出系３０は、チャンバ２内の圧力を制御するオートプレッシャコントローラ（ＡＰＣ）３１を備えている。オートプレッシャコントローラ３１でコンダクタンスを調節することにより、チャンバ２内の圧力が所定の圧力に制御される。
【００２２】
オートプレッシャコントローラ３１には、排出配管３２が接続されている。排出配管３２には、上流側から下流にかけて、メインバルブ３３、ターボ分子ポンプ３４、トラップ３５、バルブ３６、及びドライポンプ３７がこの順番で介在している。
【００２３】
ターボ分子ポンプ３４は、本引きを行うものである。ターボ分子ポンプ３４で本引きを行うことにより、チャンバ２内の圧力が所定の圧力に維持される。また、ターボ分子ポンプ３４でチャンバ２内から排気することにより、チャンバ２内から余分なＴｉＣｌ４、ＮＨ３、ＴｉＮ、及びＮＨ４Ｃｌ等が排出される。
【００２４】
トラップ３５は、排ガスに含まれているＮＨ４Ｃｌを捕捉して、排ガスからＮＨ４Ｃｌを取り除くためのものである。ドライポンプ３７は、ターボ分子ポンプ３４を補助するためのものである。ドライポンプ３７を作動させることにより、ターボ分子ポンプ３４の後段の圧力を小さくすることができる。また、ドライポンプ３７は、チャンバ２内の粗引きを行うためのものである。
【００２５】
バルブ３６とドライポンプ３７との間の排出配管３２には、ドライポンプ３７で粗引きするための粗引き配管３８が接続されている。粗引き配管３８の他端は、オートプレッシャコントローラ３１とメインバルブ３３との間の排出配管３２に接続されている。粗引き配管３８には、バルブ３９が介在している。メインバルブ３３及びバルブ３６が閉じられ、かつバルブ３９が開かれた状態で、ドライポンプ３７が作動することにより、チャンバ２内が粗引きされる。
【００２６】
チャンバ２内には、サセプタ４０が配設されている。サセプタ４０は、ウェハＷを載置する略円板状の載置部４０ａと、載置部４０ａを支持する支持部４０ｂとから構成されている。
【００２７】
載置部４０ａ内には、載置部４０ａを所定の温度に加熱する抵抗発熱体４１が配設されている。抵抗発熱体４１には、一端が図示しない外部電源に接続された２本のリード線４２が接続されている。外部電源からリード線４２を介して抵抗発熱体４１に電流を流すことにより、載置部４０ａが所定の温度に加熱される。
【００２８】
載置部４０ａの３箇所には、ウェハＷを昇降させるための孔４０ｃが上下方向に形成されている。孔４０ｃには、ウェハ昇降ピン４３がそれぞれ挿入されている。ウェハ昇降ピン４３は、ウェハ昇降ピン４３が立設するようにウェハ昇降ピン支持台４４に支持されている。
【００２９】
ウェハ昇降ピン支持台４４は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように平板状かつリング状に形成されている。ウェハ昇降ピン支持台４４は、載置部４０ａと後述するシール部材４７との間に配設されており、ウェハ昇降ピン４３を支持する機能だけでなく、載置部４０ａからのシール部材４７へ向かう熱輻射を遮蔽する機能をも有している。
【００３０】
ウェハ昇降ピン支持台４４は、熱輻射を有効に遮蔽することができるような物質から形成されている。具体的には、例えば、ウェハ昇降ピン支持台４４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）、石英、ステンレス、アルミニウム、ハステロイ、インコネル、及びニッケルのいずれかから形成されている。
【００３１】
ウェハ昇降ピン支持台４４には、図示しないエアシリンダが固定されている。エアシリンダはロッド４５を備えており、エアシリンダの駆動でロッド４５が縮退することにより、ウェハ昇降ピン４３が下降して、ウェハＷが載置部４０ａに載置される。また、エアシリンダの駆動でロッド４５が伸長することにより、ウェハ昇降ピン４３が上昇して、ウェハＷが載置部４０ａから離れる。チャンバ２内部には、ロッド４５を覆う伸縮自在なベローズ４６が配設されている。ベローズ４６でロッド４５を覆うことにより、チャンバ２内の気密性が保持される。
【００３２】
サセプタ４０の支持部４０ｂとチャンバ２との間には、合成樹脂から形成されたリング状のシール部材４７が挟み込まれている。シール部材４７を挟み込むことにより、リード線４２とＴｉＣｌ４等との接触が抑制される。
【００３３】
支持部４０ｂの底部には、載置部４０ａからのシール部材４７へ向かう熱輻射を遮蔽する遮蔽キャップ４８が被せられている。遮蔽キャップ４８は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように上面に開口を有した空洞状に形成されている。
【００３４】
遮蔽キャップ４８は、熱輻射を有効に遮蔽することができるような物質から形成されている。具体的には、例えば、遮蔽キャップ４８は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）、石英、ステンレス、アルミニウム、ハステロイ、インコネル、及びニッケルのいずれかから形成されている。
【００３５】
チャンバ２の底部には、２箇所に開口が形成されている。これらの開口には、シール部材４７を冷却する冷却機構５０の一部が挿入されている。図４は本実施の形態に係る冷却機構５０の模式的な構成図である。図４に示されるように、冷却機構５０は、シール部材４７を冷却するためのヒートパイプ５１を備えている。ヒートパイプ５１の先端部５１ａは、チャンバ２の底部に形成された開口に挿入されている。
【００３６】
ヒートパイプ５１は、円筒状の気密容器５２を備えている。気密容器５２内には冷却媒体５３が収容されている。冷却媒体５３としては、例えば、水、ハイドロフルオロエーテル及びエタノールのようなアルコール、フッ素系不活性液体、ナフタリンのいずれかが使用可能である。また、エチレングリコール及びプロピレングリコールの混合物ような多価アルコールのも混合物も使用可能である。気密容器５２内は、減圧状態に維持されている。気密容器５２内を減圧状態にすることにより、大気圧の場合より冷却媒体５３の沸点が低下する。
【００３７】
気密容器５２内には、液化した冷却媒体５３を毛管力によりヒートパイプ５１の先端部５１ａに移動させるウイック５４が配設されている。ウイック５４は、金網状に形成されている。ヒートパイプ５１の先端部５１ａに移動した液化した冷却媒体５３は、シール部材４７付近の熱を吸収し、気化する。気化した冷却媒体５３は、ヒートパイプ５１の根元部５１ｂに移動し、後述するコンデンサ５５により冷却されて液化する。液化した冷却媒体５３は、ウイック５４により再び先端部５１ａに移動する。これを繰り返すことにより、シール部材４７が冷却され、シール部材４７の温度上昇が抑制される。
【００３８】
ヒートパイプ５１の根元部５１ｂの外側には、根元部５１ｂを冷却して、気化した冷却媒体５３を液化させるコンデンサ５５が配設されている。コンデンサ５５は、ヒートパイプ５１の根元部５１ｂを覆う容器５６を備えている。容器５６の２箇所には、冷却媒体を循環させるための循環配管５７が接続されており、循環配管５７には、冷却媒体を貯留した冷却媒体供給源５８が接続されている。また、循環配管５７には、冷却媒体供給源５８から冷却媒体を汲み出すポンプ５９が介在している。ポンプ５９が作動することにより、循環配管５７を介して、冷却媒体供給源５８と、気密容器５２外側かつ容器５６内側の空間（冷却媒体供給空間）との間で冷却媒体が循環する。また、ポンプ５９は、冷却媒体の流量を調節することができるように構成されている。
【００３９】
以下、成膜装置１で行われる処理のフローについて図５〜図７に沿って説明する。図５は本実施の形態に係る成膜装置１で行われる処理のフローを示したフローチャートであり、図６（ａ）〜図７（ｂ）は本実施の形態に係る成膜装置１で行われる処理を模式的に示した図である。
【００４０】
まず、サセプタ４０の載置部４０ａ内に配設された抵抗発熱体４１に電流が流されて、載置部４０ａが約３００〜４５０℃に加熱される。また、冷却媒体が冷却媒体供給空間に供給され、ヒートパイプ５１によるシール部材４７の冷却が行われる。（ステップ１ａ）。なお、冷却媒体は、載置部４０ａが加熱されている間中、循環している。
【００４１】
次いで、メインバルブ３３及びバルブ３６が閉られ、かつバルブ３９が開かれた状態で、ドライポンプ３７が作動して、チャンバ２内の粗引きが行われる。その後、チャンバ２内がある程度減圧になったところで、バルブ３９が閉じられるとともにメインバルブ３３及びバルブ３６が開かれ、ドライポンプ３７の粗引きからターボ分子ポンプ３４の本引きに切り換えられる（ステップ２ａ）。なお、切り換えられた後もドライポンプ３７は作動している。
【００４２】
チャンバ２内の圧力が例えば１．３３×１０−２Ｐａ以下まで低下した後、ゲートバルブ３が開かれ、ウェハＷを保持した図示しない搬送アームが伸長して、チャンバ２内にウェハＷが搬入される（ステップ３ａ）。
【００４３】
その後、搬送アームが縮退して、ウェハＷがウェハ昇降ピン４３に載置される。ウェハＷがウェハ昇降ピン４３に載置された後、ロッド４５の下降で、ウェハ昇降ピン４３が下降し、ウェハＷが３００〜４５０℃に加熱された載置部４０ａに載置される（ステップ４ａ）。
【００４４】
ウェハＷが載置部４０ａに載置された後、チャンバ２内の圧力が約５〜４００Ｐａに維持された状態で、バルブ１３が開かれて、図６（ａ）に示されるようにＴｉＣｌ４吐出部４ａからウェハＷに向けてＴｉＣｌ４が約３０ｓｃｃｍの流量で吐出される（ステップ５ａ）。吐出されたＴｉＣｌ４がウェハＷに接触すると、ウェハＷ表面にＴｉＣｌ４が吸着される。
【００４５】
所定時間経過後、バルブ１３が閉じられて、図６（ｂ）に示されるようにＴｉＣｌ４の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＴｉＣｌ４がチャンバ２内から排出される（ステップ６ａ）。なお、排出の際、チャンバ２内の圧力は、約６．６７×１０−２Ｐａ以下になる。
【００４６】
所定時間経過後、バルブ２３が開かれて、図７（ａ）に示されるようにＮＨ３吐出部４ｂからウェハＷに向けてＮＨ３が約１００ｓｃｃｍの流量で吐出される（ステップ７ａ）。吐出されたＮＨ３がウェハＷに吸着されたＴｉＣｌ４に接触すると、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とが反応して、ＴｉＮ膜がウェハＷ上に形成される。
【００４７】
所定時間経過後、バルブ２３が閉じられて、図７（ｂ）に示されるようにＮＨ３の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＮＨ３等がチャンバ２内から排出される（ステップ８ａ）。なお、排出の際、チャンバ２内の圧力は、約６．６７×１０−２Ｐａ以下になる。
【００４８】
所定時間経過後、ステップ５ａ〜ステップ８ａの工程を１サイクルとして、図示しない中央制御器により処理が２００サイクル行われたか否かが判断される（ステップ９ａ）。処理が２００サイクル行われていないと判断されると、ステップ５ａ〜ステップ８ａの工程が再び行われる。
【００４９】
処理が２００サイクル行われたと判断されると、ロッド４５の上昇で、ウェハ昇降ピン４３が上昇し、ウェハＷが載置部４０ａから離れる（ステップ１０ａ）。なお、処理が２００サイクル行われると、ウェハＷ上には、約１０ｎｍのＴｉＮ膜が形成される。
【００５０】
その後、ゲートバルブ３が開かれた後、図示しない搬送アームが伸長して、搬送アームにウェハＷが保持される。最後に、搬送アームが縮退して、ウェハＷがチャンバ２から搬出される（ステップ１１ａ）。
【００５１】
本実施の形態では、ヒートパイプ５１を備えているので、シール部材４７を冷却することができ、シール部材４７の温度上昇を抑制することができる。その結果、成膜装置１を小型化した場合であっても、シール部材４７が溶解し難くなる。
【００５２】
また、本実施の形態のようにＴｉＣｌ４とＮＨ３とを交互に供給する場合においては、成膜装置１を小型化すると、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３の消費量が少なくなるだけでなく、チャンバ２内に供給されるＴｉＣｌ４やＮＨ３が少ないのでＴｉＣｌ４やＮＨ３の排出時間を短縮することができるという効果もある。
【００５３】
なお、特開平４−７８１３８号には、チャンバに水冷ジャケットを設けて、チャンバの一部を冷却する技術が開示されている。ここで、水冷ジャケットは冷却媒体を循環させて冷却するものである。これに対し、ヒートパイプ５１は冷却媒体５３の蒸発潜熱を利用して冷却するものであり、水冷ジャケットより冷却力に優れている。また、水冷ジャケットでは、配管内の水が気化すると配管内に気泡が発生し、配管が膨張してしまうことがある。これに対し、ヒートパイプ５１では、先端部５１ａで冷却媒体５３の気化が起きても、根元部５１ｂで冷却媒体５３の液化が起こるので気密容器５２が膨張し難い。
【００５４】
本実施の形態では、載置部４０ａとシール部材４７との間にウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８を配設しているので、載置部４０ａからのシール部材４７へ向かう熱輻射を低減させることができ、シール部材４７の温度上昇を抑制することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下本実施の形態以降の実施の形態のうち先行する実施の形態と重複する内容については説明を省略することもある。本実施の形態では、温度センサでシール部材近傍の温度を測定し、温度センサの測定結果に基づいてヒートパイプの冷却力を制御する例について説明する。
【００５６】
図８は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。図８に示されるように、シール部材４７近傍のチャンバ２底部には開口が形成されており、この開口には温度センサ６０が挿入されている。温度センサ６０には冷却機構制御器６１が電気的に接続されている。冷却機構制御器６１は、ポンプ５９に電気的に接続されている。
【００５７】
冷却機構制御器６１は、冷却媒体供給空間に流される冷却媒体の流量を制御して、ヒートパイプ５１の冷却力を制御するものである。具体的には、冷却機構制御器６１は、温度センサ６０の測定結果と冷却機構制御器６１に予め記憶された設定温度とを比較し、比較した結果に基づいてシール部材４７近傍の温度が設定温度になるようにポンプ５９の作動を制御（フィードバック制御）するものである。ここで、冷却媒体供給空間に供給される冷却媒体の流量を大きくすれば、ヒートパイプ５１の根元部５１ｂがより冷却されるので、ヒートパイプ５１の冷却力が増大する。
【００５８】
以下、成膜装置１で行われる処理のフローについて図９に沿って説明する。図９は本実施の形態に係る成膜装置１で行われる処理のフローを示したフローチャートである。
【００５９】
まず、抵抗発熱体４１に電流が流されて、載置部４０ａが約３００〜４５０℃に加熱される。また、シール部材４７近傍の温度を温度センサ６０で測定し、その測定結果に基づいて冷却媒体供給空間に供給される冷却媒体の流量が制御されながらヒートパイプ５１によるシール部材４７の冷却が行われる（ステップ１ｂ）。なお、温度センサ６０による温度測定及び温度測定の結果に基づいた冷却媒体の流量制御は、載置部４０ａが加熱されている間、所定時間毎に行われる。
【００６０】
次いで、ドライポンプ３７が作動して、チャンバ２内の粗引きが行われる。その後、ドライポンプ３７の粗引きからターボ分子ポンプ３４の本引きに切り換えられる（ステップ２ｂ）。
【００６１】
チャンバ２内の圧力が例えば１．３３×１０−２Ｐａ以下まで低下した後、ウェハＷを保持した図示しない搬送アームが伸長して、チャンバ２内にウェハＷが搬入される（ステップ３ｂ）。その後、ウェハ昇降ピン４３が下降し、ウェハＷが載置部４０ａに載置される（ステップ４ｂ）。
【００６２】
ウェハＷが載置部４０ａに載置された後、チャンバ２内の圧力が約５〜４００Ｐａに維持された状態で、バルブ１３が開かれて、ＴｉＣｌ４吐出部４ａからＴｉＣｌ４が吐出される（ステップ５ｂ）。所定時間経過後、バルブ１３が閉じられて、ＴｉＣｌ４の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＴｉＣｌ４がチャンバ２内から排出される（ステップ６ｂ）。
【００６３】
所定時間経過後、バルブ２３が開かれて、ＮＨ３吐出部４ｂからＮＨ３が吐出される（ステップ７ｂ）。所定時間経過後、バルブ２３が閉じられて、ＮＨ３の供給が停止されるとともに、チャンバ２内に残留しているＮＨ３等がチャンバ２内から排出される（ステップ８ｂ）。
【００６４】
所定時間経過後、ステップ５ｂ〜ステップ８ｂの工程を１サイクルとして、処理が２００サイクル行われたか否かが判断される（ステップ９ｂ）。処理が２００サイクル行われていないと判断されると、ステップ５ｂ〜ステップ８ｂの工程が再び行われる。
【００６５】
処理が２００サイクル行われたと判断されると、ウェハ昇降ピン４３が上昇し、ウェハＷが載置部４０ａから離れる（ステップ１０ｂ）。最後に、図示しない搬送アームによりウェハＷがチャンバ２から搬出される（ステップ１１ｂ）。
【００６６】
本実施の形態では、温度センサ６０でシール部材４７近傍の温度を測定し、温度センサ６０の測定結果に基づいてヒートパイプ５１の冷却力を制御するので、シール部材４７近傍を所望の温度に維持することができる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、ウェハ昇降ピン支持台の形状のバリエーションを例示する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図であり、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図及び垂直断面図である。
【００６８】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されるように、ウェハ昇降ピン支持台４４は、平板状かつリング状のものを一部切り欠いたような形状に形成されていてもよい。また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるように、ウェハ昇降ピン支持台４４は、平板状かつＵ字状に形成されていてもよい。これらのウェハ昇降ピン支持台４４を使用しても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。第１及び第２の実施の形態では、ウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８を備えているが、冷却機構５０が備えられていれば、これらのものを備えなくてもよい。また、逆に、ウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８が備えられていれば、冷却機構５０を備えなくともよい。さらに、載置部４０ａとシール部材４７との間にウェハ昇降ピン支持台４４及び遮蔽キャップ４８が配設されているが、いずれか一方でもよい。
【００７０】
第１及び第２の実施の形態では、ウェハ昇降ピン支持台４４にウェハ昇降ピン支持台４４を冷却する冷却機構が取り付けられていないが、ウェハ昇降ピン支持台４４に冷却機構を取り付けてもよい。また、同様に遮蔽キャップ４８に冷却機構を取り付けてもよい。
【００７１】
表１は、膜種及びこれらの膜を形成する処理ガスを例示したものである。第１及び第２の実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３を使用しているが、表１に示されるような処理ガスも使用することが可能である。
【表１】
第１及び第２の実施の形態では、載置部４０ａを約３００〜４５０℃に加熱しているが、処理ガスに応じて載置部４０ａの加熱温度を変えることはいうまでもない。例えば、表１に示されたＴａＦ５とＮＨ３、ＴａＣｌ５とＮＨ３、ＴｉＣｌ４とＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３、ＴｉＣｌ４とＳｉＨ４とＮＨ３、ＴｉＣｌ４とＳｉＣｌ４とＮＨ３を使用する場合には載置部４０ａが約３００〜４５０℃になるように加熱する。Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏ、Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏ２を使用する場合には載置部４０ａが約１５０〜５００℃になるように加熱する。Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ９））４とＨ２Ｏ、Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ９））４とＨ２Ｏ２を使用する場合には載置部４０ａが約１５０〜３００℃になるように加熱する。Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＯ２、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２Ｏ、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２Ｏ２を使用する場合には載置部４０ａが約１５０〜６００℃になるように加熱する。
【００７３】
第１及び第２の実施の形態では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３を交互に供給して成膜を行っているが、これらの処理ガスを同時に供給して成膜を行うことも可能である。また、ウェハＷを使用しているが、ガラス基板であってもよい。
【００７４】
第１及び第２の実施の形態では、成膜装置１について説明しているが、基板を加熱して基板に処理を行う装置であれば、適用することが可能である。具体的には、例えば、エッチング装置、スパッタリング装置、真空蒸着装置にも適用することが可能である。また、エッチングガスを２種以上使用する場合には、エッチングガス交互に供給しても、或いは同時に供給してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の基板処理装置によれば、シール部材の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は第１の実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。
【図２】 図２（ａ）は第１の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図であり、図２（ｂ）は第１の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な垂直断面図である。
【図３】 図３（ａ）は第１の実施の形態に係る遮蔽キャップの模式的な平面図であり、図３（ｂ）は第１の実施の形態に係る遮蔽キャップの模式的な垂直断面図である。
【図４】 図４は第１の実施の形態に係る冷却機構の模式的な構成図である。
【図５】 図５は第１の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理のフローを示したフローチャートである。
【図６】 図６（ａ）及び図６（ｂ）は第１の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理を模式的に示した図である。
【図７】 図７（ａ）及び図７（ｂ）は第１の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理を模式的に示した図である。
【図８】 図８は第２の実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。
【図９】 図９は第２の実施の形態に係る成膜装置で行われる処理のフローを示したフローチャートである。
【図１０】 図１０（ａ）第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図であり、図１０（ｂ）は第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な垂直断面図である。
【図１１】 図１１（ａ）第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な平面図であり、図１１（ｂ）は第３の実施の形態に係るウェハ昇降ピン支持台の模式的な垂直断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウェハ
１…成膜装置
２…チャンバ
４０…サセプタ
４０ａ…載置部
４０ｂ…支持部
４４…ウェハ昇降ピン支持台
４７…シール部材
４８…遮蔽キャップ
５０…冷却機構
５１…ヒートパイプ
Claims (7)
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室に収容された基板を載置する載置台と、
前記載置台内に配設された、前記基板を加熱する加熱部材と、
前記載置台と前記処理室との間に介在したシール部材と、
冷却媒体を備えた、前記冷却媒体の蒸発潜熱により前記シール部材を冷却する冷却機構と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項１記載の基板処理装置であって、
前記冷却機構は、前記冷却媒体を収容し、かつ内部圧力が減圧に維持された気密容器を備えていることを特徴とする基板処理装置。 - 請求項１又は２記載の基板処理装置であって、前記シール部材近傍に配設された温度センサと、前記温度センサの測定結果に基づいて前記冷却機構を制御する冷却機構制御器とをさらに具備することを特徴とする基板処理装置。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室に収容された基板を載置する載置部と前記載置部を支持する支持部とを備えた載置台と、
前記載置部内に配設された、前記基板を加熱する加熱部材と、
前記支持部と前記処理室との間に介在したシール部材と、
前記載置部からの前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する前記支持部の底部に被せられた遮蔽キャップと、
を具備することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項４記載の基板処理装置であって、前記載置部の裏面の少なくとも一部を覆い、前記載置部からの前記シール部材へ向かう熱輻射を遮蔽する遮蔽部材と、前記基板を昇降させる基板昇降部材をさらに備え、かつ前記遮蔽部材は前記基板昇降部材を支持していることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項６記載の基板処理装置であって、前記処理ガス供給系は、異なる処理ガスを前記処理室内に供給する複数の処理ガス供給系から構成されており、前記処理ガスが交互に供給されるように前記各処理ガス供給系を制御する処理ガス供給系制御器をさらに備えていることを特徴とする基板処理装置。
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