JP4251887B2 - 真空処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気下（減圧下）で基板に対して例えば成膜処理などを行う真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハ（以下ウエハという）に形成されたホールや溝の中に金属や金属化合物をＣＶＤ（chemical vapor deposition）処理により埋め込んで配線を形成する工程がある。金属あるいは金属化合物をウエハ上に成膜する装置としては例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載されている成膜装置の概略を図６に示す。１はチャンバであり、上部側が扁平な円筒部１ａとして形成されると共に下部側が小径の円筒部１ｂとして形成されるきのこ型の構造をなしている。円筒部１ａ内には、抵抗発熱体からなるヒータ１１ａ、１１ｂが埋設されたセラミックスからなる載置台１２が設けられ、この載置台１２の裏面側中央部にはセラミックスからなる筒状体１３の上端が接合されている。チャンバ１の底面中央部には開口部１４が形成され、この開口部１４を囲むように前記筒状体１３の下端がチャンバ１の底面にリング状の樹脂製シール部材（Ｏリング）１５を介して気密に取り付けられている。従って筒状体１３の内部は大気雰囲気であり、この中にヒータ１１ａ、１１ｂに夫々給電するための給電ケーブル１６ａ、１６ｂ及び載置台１２の温度を検出するための熱電対１７が配置されている。
【０００４】
ヒータ１１ａは載置台１２の中央部に設けられ、ヒータ１１ｂはヒータ１１ａの外側にリング状に設けられている。熱電対１７は先端が載置台１２の中央部に接触していて接触部位の温度を検出し、この温度に基づいて例えばヒータ１１ａ及びヒータ１１ｂの供給電力の比を一定に維持しながらヒータ１１ａ、１１ｂの供給電力の制御が行われる。
【０００５】
載置台１２の上方にはウエハ１０の表面全体に亘って高い均一性でガスが供給できるように構成されたガスシャワーヘッドなどと呼ばれているガス供給部１８が設けられている。このガス供給部１８から処理ガスが供給されると共に、円筒部１１ｂの底部付近に設けられた図示しない排気口から排気されてチャンバ１内が所定圧力の真空雰囲気下に維持され、処理ガスがウエハ１０表面において熱化学反応を起こし、所定の薄膜例えばＷ（タングステン）、ＷＳｉx（タングステンシリサイド）、ＴｉあるいはＴｉＮ（チタンナイトライド）などの金属あるいは金属化合物がウエハ１０表面に成膜される。
【０００６】
筒状体１３は、給電ケーブル１６ａ、１６ｂ及び熱電対１７の存在する空間を処理雰囲気側から区画して、成膜ガスあるいはクリーニング時のクリーニングガスによるこれら部材の腐食を防止するために、また熱電対１７による温度検出が高い精度で行われるようにするために設けられている。熱電対１７は先端部と載置台１２との接触により載置台１２の温度を検出しているが、仮に接触部位が処理ガスの雰囲気にさらされるとすると、処理ガスを流すときと流さないときとで圧力が変動し、そのため接触部位の間に存在する空間の熱伝導の大きさが変わるので、温度制御が不安定になってしまう。このようなことから筒状体１３内は処理ガスの雰囲気から気密に区画されており、この例では筒状体１３内は大気圧とされている。
【０００７】
【特許文献１】
特願２００１−３８４６４９：図７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところでウエハ１０の大口径化に伴い、いかにして面内均一性の高いプロセスを行うかが課題の一つになっており、このため載置台１２の温度制御に関してもより一層の精度が要求される。しかしながら上述の装置では例えば載置台１２の周縁部の温度が外乱により乱れても中央部の温度を検出しているため、その乱れに追従した温度制御ができない。外側のヒータ１１ｂが配置されている領域にも熱電対１７を設けようとすると、筒状体１３の径を大きくしなければならず、その場合にはチャンバ１の容積がかなり大きくなってしまい、装置が大型化する。
【０００９】
そして図６のように載置台１２の中央部から伸びる小径の筒状体１３を用いても、下部側の円筒部１ｂの長さが大きいことから設置スペースの点で得策ではない。下部側の円筒部１ｂの長さを大きくする理由については、載置台１２の温度が例えば５００℃〜７００℃程度であり、この熱が筒状体１３を介してチャンバ１の底部に伝わるが、チャンバ１の底部と筒状体１３の下端部との間に介在するＯリング１５の耐熱性が小さいことから、筒状体１３の長さをかなり大きくする必要があるからである。
【００１０】
更にまた成膜処理を繰り返し行うと載置台１２に付着する薄膜の膜厚が厚くなって膜剥がれによるパーティクルの発生のおそれがあることから、定期的にチャンバ１内はクリーニングガスによりクリーニングされるが、成膜処理後クリーニングの開始時までに長い時間がかかるという課題もある。即ち、クリーニング時の載置台１２の温度は例えば２５０℃と成膜処理時よりも低いが、載置台１２の周囲は真空雰囲気であるため、放熱して降温するのに長い時間がかかる。なおチャンバ１内の圧力を高くして放熱を促進させると、その後クリーニングを行うための適切な圧力まで真空引きするのに長い時間がかかってしまう。
【００１１】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、載置台の裏側への処理ガスの回り込みを防止し、更に載置台の温度を検出する温度検出部や抵抗発熱体に電力を給電する給電路部材を設ける場合にはこの給電路部材の腐食も防止し、しかも樹脂製シール材の熱劣化の問題を回避して載置台と処理容器の底部との距離を小さくすることのできる真空処理装置及びその方法を提供することにある。また、載置台下端部と処理容器底部の間の面接触部位が例えば熱収縮により擦れてパーティクルが発生したとしても処理雰囲気に流入することを抑制して基板の汚染を防止できる真空処理装置及びその方法を提供することにある。本発明の更なる目的は、載置台の温度を速やかに降温して運転効率を高くすることのできる真空処理装置及びその方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置し、処理容器内を真空雰囲気にすると共に加熱手段により基板を加熱しながら処理ガスにより基板に対して処理を行う真空処理装置において、
載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部と、
前記空間内にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
前記空間内のパージガスを排気するためのパージガス排気部と、
前記空間内の圧力を調整するための圧力調整部と、
処理雰囲気と処理容器の排気口との間において、処理容器の壁部と前記区画部との間に亘って設けられ、区画部により囲まれた空間内からパージガスが漏洩する部分が排気口側になるように配置されたバッファ板と、を備え、
前記区画部の下端部と処理容器の底部との間には樹脂製シール部材が介在せず、前記空間内への処理ガスの侵入を抑えるために前記空間の圧力は処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整されることを特徴とする。本発明は、前記処理容器の底部を貫通して前記空間内に挿入され、先端部が載置台に接触する温度検出部を備えた構成とすることができる。また加熱手段は、例えば載置台に設けられた抵抗発熱体からなり、この場合、加熱手段に電力を供給するための給電路部材が前記処理容器の底部を貫通して前記空間内に挿入される。更に処理ガスによる基板の処理が終了した後、処理容器内をクリーニングする工程に移行するときに、前記空間の圧力を昇圧するように前記圧力調整部を介して制御する制御部を備えた構成としてもよい。
【００１３】
他の発明は、処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置し、処理容器内を真空雰囲気にすると共に加熱手段により基板を加熱しながら処理ガスにより基板に対して処理を行う真空処理装置において、
載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部と、
前記空間内にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
前記空間内のパージガスを排気するためのパージガス排気部と、
前記パージガスを冷却するパージガス冷却部と、
前記パージガスを冷却するように前記冷却部を制御する制御部と、
前記空間内の圧力を調整するための圧力調整部と、を備え、
前記区画部の下端部と処理容器の底部との間には樹脂製シール部材が介在せず、前記空間内への処理ガスの侵入を抑えるために前記空間の圧力は処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整されることを特徴とする。
制御部は、処理ガスによる基板の処理が終了した後、処理容器内をクリーニングする工程に移行するときに、前記パージガスを冷却するように冷却部を制御するようにしてもよい。また処理雰囲気と処理容器の排気口との間において、処理容器の壁部と前記区画部との間に亘って設けられ、区画部により囲まれた空間内からパージガスが漏洩する部分が排気口側になるように配置されたバッファ板を備えた構成としてもよく、この場合、前記バッファ板には温調部が設けられていてもよい。
【００１４】
更に他の発明は、処理容器内に基板を載置するための載置台を設けると共に、載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部を設け、処理容器内を真空雰囲気にし、処理ガスにより載置台上の基板に対して処理を行う真空処理方法において、
前記区画部により囲まれた空間内の圧力を処理容器内の処理空間内の圧力よりも高く調整した状態で、基板に所定の真空処理を実施する処理工程と、
真空処理の実施後に、区画部により囲まれた空間内の圧力を更に高く昇圧した状態で、載置台の温度を降温させる降温工程と、を含むことを特徴とする。この場合、降温工程の後に、処理容器内をクリーニングするクリーニング工程を含むようにしてもよい。
【００１５】
更にまた他の発明は、処理容器内に基板を載置するための載置台を設けると共に、載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部を設け、処理容器内を真空雰囲気にし、処理ガスにより載置台上の基板に対して処理を行う真空処理方法において、
前記区画部により囲まれた空間内の圧力を処理容器内の処理空間内の圧力よりも高く調整した状態で、基板に所定の真空処理を実施する処理工程と、
真空処理の実施後に、前記区画部により囲まれた空間内に供給されるパージガスを冷却させながら、載置台の温度を降温させる降温工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る真空処理装置の実施の形態の全体構成を示す図である。この実施の形態の真空処理装置は、例えばＴｉあるいはＴｉＮを成膜するための成膜装置であり、円筒状の気密な処理容器（真空チャンバ）２を備えている。この処理容器２内には基板例えばウエハ１０を水平に支持するための基板保持部である載置台３が設けられている。この載置台３はウエハ１０よりもサイズの大きい円形状に形成され、載置台３の外周縁に連続して下方側に垂直に延びる円筒部４が設けられている。載置台３及び円筒部４は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックスにより一体的に作られていて、全体構造は一端側が開口し、他端側が有底の筒状体を逆さまにした形状をしている。
【００１７】
一方処理容器２の底部である底壁２１の内壁面には円筒部４の口径に対応する径のリング状の断熱体４１例えば石英製の断熱体４１が設けられている。この断熱体４１は、断面形状が四角形であり、前記底壁２１の内壁面と面接触している。断熱体４１の上には、断面形状が逆Ｌ字型のリング状の押さえ部材４２が載置され、断熱体４１の上面と面接触している。前記円筒部４の下端部は外側に屈曲されてフランジ部（鍔部）４３として形成されており、断熱体４１及び押さえ部材４２により形成される、内側に向いたリング状の溝部内に前記フランジ部４３が嵌合されている。円筒部４と断熱体４１及び押さえ部材４２とは互いに面接触しており、底壁２１の内壁面、断熱体４１、押さえ部材４２及び円筒部４の互いに接触する面は研磨されていて、互いの面接触によりできるだけ気密性を確保するようにしている。
【００１８】
従って円筒部４、断熱体４１及び押さえ部材４２により、載置台３と処理容器２の底部との間の空間Ｓの周囲が囲まれ、当該空間Ｓが処理雰囲気から区画されることとなり、この例では円筒部４、断熱体４１及び押さえ部材４２が区画部に相当する。
【００１９】
また処理容器２の底壁２１には、前記空間Ｓにパージガス例えば窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのパーガス供給部をなすパージガス供給管５１が接続されると共に、空間Ｓからパージガスを排気するためのパージガス排気部をなすパージガス排気管５２が接続されている。ここで図２は、図１の成膜装置の用力系及び制御系を詳しく記載した構成図であり、この図２に示されているように、パージガス供給管５１には、バルブＶ及び流量調整部であるマスフローコントローラ５３を介してパージガス供給源５４が接続され、パージガス排気管５２には、例えばバタフライバルブなどの圧力調整部５５を介して真空排気手段である真空ポンプ５６に接続されている。なおこの真空ポンプ５６は例えば後述の処理容器２内を排気するための真空ポンプ２０を共用してもよい。パージガス排気管５２における処理容器２の近傍には、前記空間Ｓの圧力を検出するための圧力検出部５７が設けられている。
【００２０】
図２中６は制御部であり、この制御部６は圧力検出部５７により検出された圧力検出値により圧力調整部５５に制御信号を送り、空間Ｓの圧力を制御する機能、及び流量調整部５３に制御信号を送ってパージガスの流量を調整する機能を備えている。そして制御部６による圧力制御により、空間Ｓの圧力が処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整され、また載置台３の温度を降温するときに、例えば処理ガスによるウエハ１０の成膜処理が終了した後、処理容器２内をクリーニングする工程に移行するときに、載置台３の熱をパージガスを介して処理容器２の底壁２１側に効率よく放熱させるために空間Ｓの圧力が昇圧するように調整される。載置台３の温度を降温するとき以外においては、例えば成膜処理の準備段階からウエハ１０の連続成膜が終了するまでの間は、前記空間Ｓの圧力は、後述の熱電対の先端部と載置台３との接触部の微少な隙間にて十分な熱伝導が行われて精度のよい温度検出値が得られる圧力、例えば１３３Ｐａから２６６０Ｐａに設定される。
【００２１】
載置台３内には、図２に示すように加熱手段例えば抵抗発熱体からなるヒータ７が設けられ、この例ではヒータ７は、載置台３の中央部に設けられた円形あるいはリング状のヒータ７１と、このヒータ７１の外側に設けられたリング状のヒータ７２とに分割されている。前記空間Ｓには、例えば給電ケーブルなどの２本の給電路部材７３、７４が処理容器２の底部を貫通して外部から挿入されており、これら給電路部材７３、７４は先端部が夫々ヒータ７１、７２に電気的に接続され、他端部側の電源部６１、６２から夫々電力を供給するように構成されている。また前記空間Ｓには、温度検出部、例えば２本の熱電対７５、７６が処理容器２の底部を貫通して外部から挿入されており、これら熱電対７５、７６の先端部は、載置台３においてヒータ７１、７２に夫々割り当てられた加熱領域の下部側に接触、例えば載置台３の下面側から突出した孔部に嵌入されている。制御部６は、熱電対７５からの温度検出値に基づいて電源部６１に制御信号を送って内側のヒータ７１の発熱量を制御し、更に熱電対７６からの温度検出値に基づいて電源部６２に制御信号を送って外側のヒータ７２の発熱量を制御する機能を備えている。
【００２２】
なお図１では、図示の便宜上、ヒータ７１、７２は記載を省略しており、また給電路部材７３、７４及び熱電対７５、７６は各々１本のみを記載してある。図１に示すように給電路部材７３、７４は、スリーブを組み合わせた取り付け部材７７及び樹脂製のリング状のシール部材であるＯリング７７ａを用いて処理容器２の底壁２１との間の気密性が確保されており、また熱電対７５、７６はスリーブを組み合わせた取り付け部材７８及びＯリング７８ａを用いて処理容器２の底壁２１との間の気密性が確保されている。この例ではヒータは２分割されているが、３以上に分割してその分割数に対応する数の給電路部材及び熱電対を設け、各ヒータを独立して制御するようにしてもよい。
【００２３】
更に載置台３と処理容器２の底壁２１との間には、載置台３からの輻射熱を載置台３側に反射するように上面が例えば鏡面に仕上げられた反射面部をなす反射板３１が載置台３と対向して設けられている。このように反射板３１を設ければ、底壁２１の温度上昇を抑えることができると共にヒータ７１、７２の加熱効率が向上する。なお反射面部は、処理容器の底壁の表面を鏡面に仕上げることにより形成されたものであってもよい。
【００２４】
前記処理容器２の底壁２１の周縁部には、例えば周方向に複数個の排気口２２が形成されており、これら排気口２２には排気管２３が接続され、真空排気手段である真空ポンプ２０により処理容器２内を真空排気するように構成されている。前記円筒部４の周囲には、周方向に沿ってかつ円筒部４と処理容器２の側壁との間を塞ぐようにバッファ板３２が設けられている。このバッファ板３２には、処理雰囲気からの処理ガスが排気口２２側に流れるように周方向に多数の孔部３３が穿設されており、ウエハ１０の周方向において均一に排気する役割があるが、円筒部４、断熱体４１、押さえ部材４２及び処理容器２の底壁２１の間の面接触部位が例えば熱収縮により擦れてパーティクルが発生したとしても処理雰囲気に流入することを抑制してウエハ１０の汚染を防止できる効果もある。
【００２５】
バッファ板３２内には、図２に示すように温調部である例えば冷媒流路３４が設けられ、冷媒供給路３５から供給された冷媒、例えば冷却水、ガルデン（アウジモント社の登録商標）などが冷媒流路３４を通流してバッファ板３２を冷却し、冷媒排出路３６から排出される。冷媒排出路３６から排出された冷媒は冷却ユニット３７にて冷却され、冷媒供給路３５を介して循環する。冷却ユニット３７は、制御部６からの信号に基づいて冷媒流量及び／または冷媒の温度が調整されるように構成されている。冷媒供給路３５及び冷媒排出路３６は、図２では簡略化して記載されているが、例えば処理容器２の側壁を貫通する配管により構成される。またバッファ板３２の温調部は冷媒流路に加えて例えば抵抗発熱体などの加熱手段を組み合わせて、広い温度域に亘って調整できるようにしてもよい。バッファ板３２の温度調整については、成膜処理の種類に応じた温度、例えば薄膜やバイプロダクトが付着する温度以上の温度に調整され、バッファ板３２にこれらが付着しないようにする。
【００２６】
その他の部位について述べておくと、図１中２４は受け渡し用の支持部材であり、ウエハ１０の周縁部を支持して昇降部２５により昇降し、受け渡し時以外では載置台３に形成された段部２６内にに収まっている。処理容器２の側壁にはウエハ搬送口２７が形成され、ゲートバルブ２８により図示しない予備真空室に連通している。処理容器２の上部には載置台３に対向するようにガスシャワーヘッドからなるガス供給部２９が設けられ、複数のガス供給管（図示では便宜上２本のガス供給管２９ａ、２９ｂを記載してある）から夫々供給される成膜ガスが別々に処理容器２に内に供給されるように構成されている。
【００２７】
次に上述実施の形態の作用について述べる。先ずヒータ７１、７２により載置台３を例えば４００〜７００℃程度の範囲内の所定の温度に加熱しておくと共に処理容器２内を真空ポンプ２０により引き切り状態としておき、搬送口２７を介して基板であるウエハ１０を図示しないアームにより処理容器２内に搬入し、支持部材２４を介して載置台３上に載置する。ウエハ１０が４００〜７００℃程度の範囲内の所定のプロセス温度まで加熱された後、処理雰囲気を例えば１００〜１０００Ｐａ程度の範囲内の所定の圧力に維持しながら、処理ガス例えばＴｉＣｌ4（四塩化チタン）及びＮＨ3（アンモニア）を夫々所定流量でガス供給部２９から処理容器２内に供給し、処理ガスを熱化学反応させて薄膜例えばＴｉＮをウエハ１０上に成膜する。このときバッファ板３２の表面温度はＴｉＮ膜やバイプロダクトが成膜されない温度、例えば１７０℃に調整される。またＮＨ3の代わりにＨ２（水素）を供給してＴｉを成膜するようにしてもよい。
【００２８】
一方載置台３の下方側の空間Ｓは、パージガス供給管５１からパージガスである例えばＮ2ガスが供給され、圧力調整部５５により処理雰囲気の圧力よりも高い例えば１３３０Ｐａ程度に調整されている。従って図３に示すように処理容器２の底壁２１と断熱体４１との間、断熱体４１と押さえ部材４２との間、円筒部４の下端部と断熱体４１及び押さえ部材４２との間の各微少な隙間から空間Ｓのパージガスが処理雰囲気側に漏洩し、これにより処理雰囲気側から処理ガスが空間Ｓに流入することを抑制している。
【００２９】
こうして成膜工程が終了すると次のウエハ１０に対して同様にして成膜が行われるが、このような成膜をくり返すことにより、積算されたトータル膜厚が予め決められた膜厚に達すると処理容器２内をクリーニングする。図４は、このようなシーケンスを示すフローであり、ステップＳ１にて前記空間Ｓの圧力を所定圧力Ｐ１に維持しながら既述のように成膜処理を行い、成膜工程が終了すると（ステップＳ２）、クリーニングを行うタイミングであるか否かを判断し（ステップＳ３）、クリーニングを行うタイミングでなければ次のウエハに対して成膜を行い、クリーニングを行うタイミングであれば、載置台３のヒータ７１、７２への電力供給を停止して載置台３をクリーニング工程の設定温度例えば２５０℃に向けて降温すると共に、載置台３からの放熱を大きくして降温を促進するために空間Ｓの圧力を成膜時の圧力Ｐ１からＰ２例えば２６６０Ｐａへ昇圧する（ステップＳ４）。載置台３が設定温度まで降温すると、クリーニングガス例えばＣｌＦ3（三フッ化塩素）ガスあるいはＦ2（フッ素）ガス＋ＨＦ（フッ化水素）ガスを処理容器２内に供給して処理容器２の内壁や載置台３に付着している薄膜をエッチングにより除去するクリーニング工程を行う（ステップＳ５）。
【００３０】
クリーニングが行われるときは、空間Ｓの圧力はＰ２のままであってもよいが、放熱を少なくするためにＰ２から降圧してもよい。この場合においてもクリーニングガスが空間Ｓに入り込まないように空間Ｓの圧力は処理雰囲気の圧力よりも高く設定される。
【００３１】
なお、空間Ｓの圧力を処理雰囲気の圧力よりも高く設定する制御方法として、処理容器２内に設けた圧力センサー(図示せず)からの信号を制御部６に入力し、制御部６はこの処理容器２内の圧力センサー及び圧力検出部５７の各検出信号により、例えば処理容器２内の圧力よりも一定値高い圧力で空間Ｓの圧力を制御したり、また処理容器２内の圧力より一定倍数高い圧力で空間Ｓの圧力を制御することも可能である。
【００３２】
上述の実施の形態によれば、ウエハ１０を載置する載置台３の下方側に周縁に沿って下方に伸びる円筒部４（区画部）を当該載置台３に一体的に設けると共に、当該円筒部４の下端のフランジ部４３を断熱体４１及び押さえ部材４２の間に嵌合させ、そして処理容器２の底面と断熱体４１との間、断熱体４１と押さえ部材４２との間、円筒部４の下端部と断熱体４１及び押さえ部材４２との間を面接触させて載置台３の下方側空間Ｓと処理雰囲気との間をある程度気密にシールして区画し、前記空間Ｓの圧力をパージガスにより処理雰囲気の圧力よりも高くしている。従って載置台３の裏側へのガスの回り込みを防止できるので、即ち処理雰囲気から前記空間Ｓへの処理ガスやクリーニングガスの流入を防止できるので、熱電対７５、７６及び給電路部材７３、７４の腐食を防止できる。また熱電対７５、７６と載置台３との接触部の微少空間の熱伝達が良好に行われて所定の温度検出精度を満足できる程度に前記空間Ｓの圧力を設定しているので、安定した載置台３の温度制御を行うことができる。
【００３３】
しかも前記空間Ｓと処理雰囲気との間を気密に区画するためのＯリングを用いていないので、Ｏリングの熱劣化を気にしなくてよく、このため載置台３と処理容器２の底部との距離を短くでき、処理容器２の設置スペースを小さくできる。そして処理雰囲気から区画された載置台３の下方側全体に亘って空間Ｓが処理雰囲気から区画されているので、熱電対７５（７６）及び給電路部材７３（７４）の設置数及び設置位置が制限されず、載置台３を所望のゾーンに分割してきめ細かく制御すること等により、結果としてウエハ１０の温度について高い面内均一性が得られる。なお熱電対７５、７６及び給電路部材７３、７４は径が小さいのでこれらを伝って下方側に向かう熱は少ないことから、これら部材と処理容器２の底部との間はＯリングを介在させて気密を確保することができる。
【００３４】
更にまた成膜処理が終わって次の工程を行うために例えばクリーニングを行うために載置台３の温度を降温させる場合に、前記空間Ｓの圧力を高くして載置台３の放熱を促進させているので、載置台３が所定温度まで短時間で降温させることができ、従ってクリーニング工程を速やかに実施することができ、装置の稼働率が向上する。これに対し、載置台３の降温を早めるために、処理雰囲気の圧力を高くすると、その後クリーニング工程において、処理雰囲気を設定圧力まで下げるのに長い時間がかかることから、空間Ｓを昇圧することは非常に有効である。
【００３５】
また載置台３の外周に沿って設けられたバッファ板３２は、載置台３から処理ガスを介して熱が伝達されるので１枚目のウエハ１０を処理しているときに比べてその後に続くウエハ１０を処理しているときの温度が高くなり、そのためにウエハ１０の間で（面間で）ウエハ１０表面上でのガスの消費量が異なることとなり、ガスの濃度分布が変わってしまう懸念があるが、バッファ板３２に温調部を設けて冷却し、ウエハ１０の間においてバッファ板３２の温度のばらつきを抑えるようにしているため、成膜処理について例えば膜厚について高い面間均一性を得ることができる。
【００３６】
上述の実施の形態では、載置台３を降温するときに空間Ｓの圧力を高くして放熱を促進させるようにしているが、パージガス供給管５１に冷却部を設けて、パージガスを冷却することにより載置台３の降温を促進させるようにしてもよいし、あるいは空間Ｓの昇圧とパージガスの冷却とを組み合わせてもよい。また載置台３を降温する場合としては、クリーニングに限らず、あるプロセスから他のプロセスに移行する場合、例えば互いに異なる膜を連続して成膜し、後半の成膜処理の温度が前半の成膜処理の温度よりも低い場合などであってもよい。
【００３７】
載置台３の下方側の空間Ｓを処理雰囲気から区画する構造としては、図１の構成に限らず、例えば図５に示すように載置台３の下方側空間Ｓを囲むように区画部をなす筒状の断熱体８を設けて、断熱体８の上端を屈曲してその屈曲面と載置台３の下面との間を面接触させると共に断熱体８の下端を屈曲してその屈曲面と処理容器２の底壁２１とを面接触させる構成としてもよい。このようにすれば載置台３と底壁２１との間の断熱効果をより大きくできる。
【００３８】
また断熱体８の下端部はリング状の押さえ部材８１により押さえられており、この押さえ部材８１と断熱体８との間及び押さえ部材８１と底壁２１との間は面接触している。更に載置台３の周縁部とバッファ板３２との間の隙間は、リング状の中間部材８２により塞がれており、この中間部材８２と載置台３及びバッファ板３２との間も面接触していて、パーティクルや金属粒子が処理雰囲気に飛散するのを防いでいる。
【００３９】
以上において、本発明は、ＷＦ６（六フッ化タングステン）ガスとＨ2ガスあるいはＳｉＨ4（モノシラン）ガスとを用いてＷを成膜する場合に適用してもよいし、ＷＦ６ガスとＳｉＨ2Ｃｌ2（ジクロルシランガス）とを用いてＷＳｉ2を成膜する場合に適用してもよい。更にウエハ１０を加熱する手段としては例えば載置台３の上方に対向させた加熱ランプであってもよい。なお本発明は、エッチングやアッシングなどの真空処理を行う装置に対しても適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、載置台の下方側の空間を区画部で囲み、区画部内の圧力を陽圧にして周囲からのガスの侵入を防止しているので、処理ガスやクリーニングガスなどによる熱電対や給電路部材の腐食を防止できる。また区画部と処理容器の底部との間に樹脂製シール部材が介在しないので、載置台からの伝熱による樹脂製シール部材の劣化を気にしなくてよく、載置台と処理容器の底部との間の距離を短くでき、装置の設置スペースを小さくできる。更にまた載置台の温度を降温するときに、空間の圧力を昇圧するかまたはパージガスを冷却するようにしているので、載置台を速やかに降温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる真空処理装置（成膜装置）の全体構成を示す縦断側面図である。
【図２】上記真空処理装置の制御系を示す構成図である。
【図３】載置台の下方側の空間を形成する区画部における面接触部のガスの流れを示す説明図である。
【図４】上記真空処理装置における工程を説明するためのフロー図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる真空処理装置の一部構成を示す縦断側面図である。。
【図６】従来の真空処理装置の概略構成を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウエハ
２ 処理容器
２１ 底壁
２９ ガス供給部
３ 載置台
３１ 反射板
３２ バッファ板
３４ 冷媒流路
ｓ 空間
４ 円筒部
４１ 断熱体
４２ 押さえ部材
５１ パージガス供給管
５２ パージガス排気管
５５ 圧力調整部
６ 制御部
７、７１、７２ ヒータ
７３、７４ 給電路部材
７５、７６ 熱電対
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気下（減圧下）で基板に対して例えば成膜処理などを行う真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハ（以下ウエハという）に形成されたホールや溝の中に金属や金属化合物をＣＶＤ（chemical vapor deposition）処理により埋め込んで配線を形成する工程がある。金属あるいは金属化合物をウエハ上に成膜する装置としては例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載されている成膜装置の概略を図６に示す。１はチャンバであり、上部側が扁平な円筒部１ａとして形成されると共に下部側が小径の円筒部１ｂとして形成されるきのこ型の構造をなしている。円筒部１ａ内には、抵抗発熱体からなるヒータ１１ａ、１１ｂが埋設されたセラミックスからなる載置台１２が設けられ、この載置台１２の裏面側中央部にはセラミックスからなる筒状体１３の上端が接合されている。チャンバ１の底面中央部には開口部１４が形成され、この開口部１４を囲むように前記筒状体１３の下端がチャンバ１の底面にリング状の樹脂製シール部材（Ｏリング）１５を介して気密に取り付けられている。従って筒状体１３の内部は大気雰囲気であり、この中にヒータ１１ａ、１１ｂに夫々給電するための給電ケーブル１６ａ、１６ｂ及び載置台１２の温度を検出するための熱電対１７が配置されている。
【０００４】
ヒータ１１ａは載置台１２の中央部に設けられ、ヒータ１１ｂはヒータ１１ａの外側にリング状に設けられている。熱電対１７は先端が載置台１２の中央部に接触していて接触部位の温度を検出し、この温度に基づいて例えばヒータ１１ａ及びヒータ１１ｂの供給電力の比を一定に維持しながらヒータ１１ａ、１１ｂの供給電力の制御が行われる。
【０００５】
載置台１２の上方にはウエハ１０の表面全体に亘って高い均一性でガスが供給できるように構成されたガスシャワーヘッドなどと呼ばれているガス供給部１８が設けられている。このガス供給部１８から処理ガスが供給されると共に、円筒部１１ｂの底部付近に設けられた図示しない排気口から排気されてチャンバ１内が所定圧力の真空雰囲気下に維持され、処理ガスがウエハ１０表面において熱化学反応を起こし、所定の薄膜例えばＷ（タングステン）、ＷＳｉx（タングステンシリサイド）、ＴｉあるいはＴｉＮ（チタンナイトライド）などの金属あるいは金属化合物がウエハ１０表面に成膜される。
【０００６】
筒状体１３は、給電ケーブル１６ａ、１６ｂ及び熱電対１７の存在する空間を処理雰囲気側から区画して、成膜ガスあるいはクリーニング時のクリーニングガスによるこれら部材の腐食を防止するために、また熱電対１７による温度検出が高い精度で行われるようにするために設けられている。熱電対１７は先端部と載置台１２との接触により載置台１２の温度を検出しているが、仮に接触部位が処理ガスの雰囲気にさらされるとすると、処理ガスを流すときと流さないときとで圧力が変動し、そのため接触部位の間に存在する空間の熱伝導の大きさが変わるので、温度制御が不安定になってしまう。このようなことから筒状体１３内は処理ガスの雰囲気から気密に区画されており、この例では筒状体１３内は大気圧とされている。
【０００７】
【特許文献１】
特願２００１−３８４６４９：図７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところでウエハ１０の大口径化に伴い、いかにして面内均一性の高いプロセスを行うかが課題の一つになっており、このため載置台１２の温度制御に関してもより一層の精度が要求される。しかしながら上述の装置では例えば載置台１２の周縁部の温度が外乱により乱れても中央部の温度を検出しているため、その乱れに追従した温度制御ができない。外側のヒータ１１ｂが配置されている領域にも熱電対１７を設けようとすると、筒状体１３の径を大きくしなければならず、その場合にはチャンバ１の容積がかなり大きくなってしまい、装置が大型化する。
【０００９】
そして図６のように載置台１２の中央部から伸びる小径の筒状体１３を用いても、下部側の円筒部１ｂの長さが大きいことから設置スペースの点で得策ではない。下部側の円筒部１ｂの長さを大きくする理由については、載置台１２の温度が例えば５００℃〜７００℃程度であり、この熱が筒状体１３を介してチャンバ１の底部に伝わるが、チャンバ１の底部と筒状体１３の下端部との間に介在するＯリング１５の耐熱性が小さいことから、筒状体１３の長さをかなり大きくする必要があるからである。
【００１０】
更にまた成膜処理を繰り返し行うと載置台１２に付着する薄膜の膜厚が厚くなって膜剥がれによるパーティクルの発生のおそれがあることから、定期的にチャンバ１内はクリーニングガスによりクリーニングされるが、成膜処理後クリーニングの開始時までに長い時間がかかるという課題もある。即ち、クリーニング時の載置台１２の温度は例えば２５０℃と成膜処理時よりも低いが、載置台１２の周囲は真空雰囲気であるため、放熱して降温するのに長い時間がかかる。なおチャンバ１内の圧力を高くして放熱を促進させると、その後クリーニングを行うための適切な圧力まで真空引きするのに長い時間がかかってしまう。
【００１１】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、載置台の裏側への処理ガスの回り込みを防止し、更に載置台の温度を検出する温度検出部や抵抗発熱体に電力を給電する給電路部材を設ける場合にはこの給電路部材の腐食も防止し、しかも樹脂製シール材の熱劣化の問題を回避して載置台と処理容器の底部との距離を小さくすることのできる真空処理装置及びその方法を提供することにある。また、載置台下端部と処理容器底部の間の面接触部位が例えば熱収縮により擦れてパーティクルが発生したとしても処理雰囲気に流入することを抑制して基板の汚染を防止できる真空処理装置及びその方法を提供することにある。本発明の更なる目的は、載置台の温度を速やかに降温して運転効率を高くすることのできる真空処理装置及びその方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置し、処理容器内を真空雰囲気にすると共に加熱手段により基板を加熱しながら処理ガスにより基板に対して処理を行う真空処理装置において、
載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部と、
前記空間内にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
前記空間内のパージガスを排気するためのパージガス排気部と、
前記空間内の圧力を調整するための圧力調整部と、
処理雰囲気と処理容器の排気口との間において、処理容器の壁部と前記区画部との間に亘って設けられ、区画部により囲まれた空間内からパージガスが漏洩する部分が排気口側になるように配置されたバッファ板と、を備え、
前記区画部の下端部と処理容器の底部との間には樹脂製シール部材が介在せず、前記空間内への処理ガスの侵入を抑えるために前記空間の圧力は処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整されることを特徴とする。本発明は、前記処理容器の底部を貫通して前記空間内に挿入され、先端部が載置台に接触する温度検出部を備えた構成とすることができる。また加熱手段は、例えば載置台に設けられた抵抗発熱体からなり、この場合、加熱手段に電力を供給するための給電路部材が前記処理容器の底部を貫通して前記空間内に挿入される。更に処理ガスによる基板の処理が終了した後、処理容器内をクリーニングする工程に移行するときに、前記空間の圧力を昇圧するように前記圧力調整部を介して制御する制御部を備えた構成としてもよい。
【００１３】
他の発明は、処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置し、処理容器内を真空雰囲気にすると共に加熱手段により基板を加熱しながら処理ガスにより基板に対して処理を行う真空処理装置において、
載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部と、
前記空間内にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
前記空間内のパージガスを排気するためのパージガス排気部と、
前記パージガスを冷却するパージガス冷却部と、
前記パージガスを冷却するように前記冷却部を制御する制御部と、
前記空間内の圧力を調整するための圧力調整部と、を備え、
前記区画部の下端部と処理容器の底部との間には樹脂製シール部材が介在せず、前記空間内への処理ガスの侵入を抑えるために前記空間の圧力は処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整されることを特徴とする。
制御部は、処理ガスによる基板の処理が終了した後、処理容器内をクリーニングする工程に移行するときに、前記パージガスを冷却するように冷却部を制御するようにしてもよい。また処理雰囲気と処理容器の排気口との間において、処理容器の壁部と前記区画部との間に亘って設けられ、区画部により囲まれた空間内からパージガスが漏洩する部分が排気口側になるように配置されたバッファ板を備えた構成としてもよく、この場合、前記バッファ板には温調部が設けられていてもよい。
【００１４】
更に他の発明は、処理容器内に基板を載置するための載置台を設けると共に、載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部を設け、処理容器内を真空雰囲気にし、処理ガスにより載置台上の基板に対して処理を行う真空処理方法において、
前記区画部により囲まれた空間内の圧力を処理容器内の処理空間内の圧力よりも高く調整した状態で、基板に所定の真空処理を実施する処理工程と、
真空処理の実施後に、区画部により囲まれた空間内の圧力を更に高く昇圧した状態で、載置台の温度を降温させる降温工程と、を含むことを特徴とする。この場合、降温工程の後に、処理容器内をクリーニングするクリーニング工程を含むようにしてもよい。
【００１５】
更にまた他の発明は、処理容器内に基板を載置するための載置台を設けると共に、載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部を設け、処理容器内を真空雰囲気にし、処理ガスにより載置台上の基板に対して処理を行う真空処理方法において、
前記区画部により囲まれた空間内の圧力を処理容器内の処理空間内の圧力よりも高く調整した状態で、基板に所定の真空処理を実施する処理工程と、
真空処理の実施後に、前記区画部により囲まれた空間内に供給されるパージガスを冷却させながら、載置台の温度を降温させる降温工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る真空処理装置の実施の形態の全体構成を示す図である。この実施の形態の真空処理装置は、例えばＴｉあるいはＴｉＮを成膜するための成膜装置であり、円筒状の気密な処理容器（真空チャンバ）２を備えている。この処理容器２内には基板例えばウエハ１０を水平に支持するための基板保持部である載置台３が設けられている。この載置台３はウエハ１０よりもサイズの大きい円形状に形成され、載置台３の外周縁に連続して下方側に垂直に延びる円筒部４が設けられている。載置台３及び円筒部４は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックスにより一体的に作られていて、全体構造は一端側が開口し、他端側が有底の筒状体を逆さまにした形状をしている。
【００１７】
一方処理容器２の底部である底壁２１の内壁面には円筒部４の口径に対応する径のリング状の断熱体４１例えば石英製の断熱体４１が設けられている。この断熱体４１は、断面形状が四角形であり、前記底壁２１の内壁面と面接触している。断熱体４１の上には、断面形状が逆Ｌ字型のリング状の押さえ部材４２が載置され、断熱体４１の上面と面接触している。前記円筒部４の下端部は外側に屈曲されてフランジ部（鍔部）４３として形成されており、断熱体４１及び押さえ部材４２により形成される、内側に向いたリング状の溝部内に前記フランジ部４３が嵌合されている。円筒部４と断熱体４１及び押さえ部材４２とは互いに面接触しており、底壁２１の内壁面、断熱体４１、押さえ部材４２及び円筒部４の互いに接触する面は研磨されていて、互いの面接触によりできるだけ気密性を確保するようにしている。
【００１８】
従って円筒部４、断熱体４１及び押さえ部材４２により、載置台３と処理容器２の底部との間の空間Ｓの周囲が囲まれ、当該空間Ｓが処理雰囲気から区画されることとなり、この例では円筒部４、断熱体４１及び押さえ部材４２が区画部に相当する。
【００１９】
また処理容器２の底壁２１には、前記空間Ｓにパージガス例えば窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのパーガス供給部をなすパージガス供給管５１が接続されると共に、空間Ｓからパージガスを排気するためのパージガス排気部をなすパージガス排気管５２が接続されている。ここで図２は、図１の成膜装置の用力系及び制御系を詳しく記載した構成図であり、この図２に示されているように、パージガス供給管５１には、バルブＶ及び流量調整部であるマスフローコントローラ５３を介してパージガス供給源５４が接続され、パージガス排気管５２には、例えばバタフライバルブなどの圧力調整部５５を介して真空排気手段である真空ポンプ５６に接続されている。なおこの真空ポンプ５６は例えば後述の処理容器２内を排気するための真空ポンプ２０を共用してもよい。パージガス排気管５２における処理容器２の近傍には、前記空間Ｓの圧力を検出するための圧力検出部５７が設けられている。
【００２０】
図２中６は制御部であり、この制御部６は圧力検出部５７により検出された圧力検出値により圧力調整部５５に制御信号を送り、空間Ｓの圧力を制御する機能、及び流量調整部５３に制御信号を送ってパージガスの流量を調整する機能を備えている。そして制御部６による圧力制御により、空間Ｓの圧力が処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整され、また載置台３の温度を降温するときに、例えば処理ガスによるウエハ１０の成膜処理が終了した後、処理容器２内をクリーニングする工程に移行するときに、載置台３の熱をパージガスを介して処理容器２の底壁２１側に効率よく放熱させるために空間Ｓの圧力が昇圧するように調整される。載置台３の温度を降温するとき以外においては、例えば成膜処理の準備段階からウエハ１０の連続成膜が終了するまでの間は、前記空間Ｓの圧力は、後述の熱電対の先端部と載置台３との接触部の微少な隙間にて十分な熱伝導が行われて精度のよい温度検出値が得られる圧力、例えば１３３Ｐａから２６６０Ｐａに設定される。
【００２１】
載置台３内には、図２に示すように加熱手段例えば抵抗発熱体からなるヒータ７が設けられ、この例ではヒータ７は、載置台３の中央部に設けられた円形あるいはリング状のヒータ７１と、このヒータ７１の外側に設けられたリング状のヒータ７２とに分割されている。前記空間Ｓには、例えば給電ケーブルなどの２本の給電路部材７３、７４が処理容器２の底部を貫通して外部から挿入されており、これら給電路部材７３、７４は先端部が夫々ヒータ７１、７２に電気的に接続され、他端部側の電源部６１、６２から夫々電力を供給するように構成されている。また前記空間Ｓには、温度検出部、例えば２本の熱電対７５、７６が処理容器２の底部を貫通して外部から挿入されており、これら熱電対７５、７６の先端部は、載置台３においてヒータ７１、７２に夫々割り当てられた加熱領域の下部側に接触、例えば載置台３の下面側から突出した孔部に嵌入されている。制御部６は、熱電対７５からの温度検出値に基づいて電源部６１に制御信号を送って内側のヒータ７１の発熱量を制御し、更に熱電対７６からの温度検出値に基づいて電源部６２に制御信号を送って外側のヒータ７２の発熱量を制御する機能を備えている。
【００２２】
なお図１では、図示の便宜上、ヒータ７１、７２は記載を省略しており、また給電路部材７３、７４及び熱電対７５、７６は各々１本のみを記載してある。図１に示すように給電路部材７３、７４は、スリーブを組み合わせた取り付け部材７７及び樹脂製のリング状のシール部材であるＯリング７７ａを用いて処理容器２の底壁２１との間の気密性が確保されており、また熱電対７５、７６はスリーブを組み合わせた取り付け部材７８及びＯリング７８ａを用いて処理容器２の底壁２１との間の気密性が確保されている。この例ではヒータは２分割されているが、３以上に分割してその分割数に対応する数の給電路部材及び熱電対を設け、各ヒータを独立して制御するようにしてもよい。
【００２３】
更に載置台３と処理容器２の底壁２１との間には、載置台３からの輻射熱を載置台３側に反射するように上面が例えば鏡面に仕上げられた反射面部をなす反射板３１が載置台３と対向して設けられている。このように反射板３１を設ければ、底壁２１の温度上昇を抑えることができると共にヒータ７１、７２の加熱効率が向上する。なお反射面部は、処理容器の底壁の表面を鏡面に仕上げることにより形成されたものであってもよい。
【００２４】
前記処理容器２の底壁２１の周縁部には、例えば周方向に複数個の排気口２２が形成されており、これら排気口２２には排気管２３が接続され、真空排気手段である真空ポンプ２０により処理容器２内を真空排気するように構成されている。前記円筒部４の周囲には、周方向に沿ってかつ円筒部４と処理容器２の側壁との間を塞ぐようにバッファ板３２が設けられている。このバッファ板３２には、処理雰囲気からの処理ガスが排気口２２側に流れるように周方向に多数の孔部３３が穿設されており、ウエハ１０の周方向において均一に排気する役割があるが、円筒部４、断熱体４１、押さえ部材４２及び処理容器２の底壁２１の間の面接触部位が例えば熱収縮により擦れてパーティクルが発生したとしても処理雰囲気に流入することを抑制してウエハ１０の汚染を防止できる効果もある。
【００２５】
バッファ板３２内には、図２に示すように温調部である例えば冷媒流路３４が設けられ、冷媒供給路３５から供給された冷媒、例えば冷却水、ガルデン（アウジモント社の登録商標）などが冷媒流路３４を通流してバッファ板３２を冷却し、冷媒排出路３６から排出される。冷媒排出路３６から排出された冷媒は冷却ユニット３７にて冷却され、冷媒供給路３５を介して循環する。冷却ユニット３７は、制御部６からの信号に基づいて冷媒流量及び／または冷媒の温度が調整されるように構成されている。冷媒供給路３５及び冷媒排出路３６は、図２では簡略化して記載されているが、例えば処理容器２の側壁を貫通する配管により構成される。またバッファ板３２の温調部は冷媒流路に加えて例えば抵抗発熱体などの加熱手段を組み合わせて、広い温度域に亘って調整できるようにしてもよい。バッファ板３２の温度調整については、成膜処理の種類に応じた温度、例えば薄膜やバイプロダクトが付着する温度以上の温度に調整され、バッファ板３２にこれらが付着しないようにする。
【００２６】
その他の部位について述べておくと、図１中２４は受け渡し用の支持部材であり、ウエハ１０の周縁部を支持して昇降部２５により昇降し、受け渡し時以外では載置台３に形成された段部２６内にに収まっている。処理容器２の側壁にはウエハ搬送口２７が形成され、ゲートバルブ２８により図示しない予備真空室に連通している。処理容器２の上部には載置台３に対向するようにガスシャワーヘッドからなるガス供給部２９が設けられ、複数のガス供給管（図示では便宜上２本のガス供給管２９ａ、２９ｂを記載してある）から夫々供給される成膜ガスが別々に処理容器２に内に供給されるように構成されている。
【００２７】
次に上述実施の形態の作用について述べる。先ずヒータ７１、７２により載置台３を例えば４００〜７００℃程度の範囲内の所定の温度に加熱しておくと共に処理容器２内を真空ポンプ２０により引き切り状態としておき、搬送口２７を介して基板であるウエハ１０を図示しないアームにより処理容器２内に搬入し、支持部材２４を介して載置台３上に載置する。ウエハ１０が４００〜７００℃程度の範囲内の所定のプロセス温度まで加熱された後、処理雰囲気を例えば１００〜１０００Ｐａ程度の範囲内の所定の圧力に維持しながら、処理ガス例えばＴｉＣｌ4（四塩化チタン）及びＮＨ3（アンモニア）を夫々所定流量でガス供給部２９から処理容器２内に供給し、処理ガスを熱化学反応させて薄膜例えばＴｉＮをウエハ１０上に成膜する。このときバッファ板３２の表面温度はＴｉＮ膜やバイプロダクトが成膜されない温度、例えば１７０℃に調整される。またＮＨ3の代わりにＨ２（水素）を供給してＴｉを成膜するようにしてもよい。
【００２８】
一方載置台３の下方側の空間Ｓは、パージガス供給管５１からパージガスである例えばＮ2ガスが供給され、圧力調整部５５により処理雰囲気の圧力よりも高い例えば１３３０Ｐａ程度に調整されている。従って図３に示すように処理容器２の底壁２１と断熱体４１との間、断熱体４１と押さえ部材４２との間、円筒部４の下端部と断熱体４１及び押さえ部材４２との間の各微少な隙間から空間Ｓのパージガスが処理雰囲気側に漏洩し、これにより処理雰囲気側から処理ガスが空間Ｓに流入することを抑制している。
【００２９】
こうして成膜工程が終了すると次のウエハ１０に対して同様にして成膜が行われるが、このような成膜をくり返すことにより、積算されたトータル膜厚が予め決められた膜厚に達すると処理容器２内をクリーニングする。図４は、このようなシーケンスを示すフローであり、ステップＳ１にて前記空間Ｓの圧力を所定圧力Ｐ１に維持しながら既述のように成膜処理を行い、成膜工程が終了すると（ステップＳ２）、クリーニングを行うタイミングであるか否かを判断し（ステップＳ３）、クリーニングを行うタイミングでなければ次のウエハに対して成膜を行い、クリーニングを行うタイミングであれば、載置台３のヒータ７１、７２への電力供給を停止して載置台３をクリーニング工程の設定温度例えば２５０℃に向けて降温すると共に、載置台３からの放熱を大きくして降温を促進するために空間Ｓの圧力を成膜時の圧力Ｐ１からＰ２例えば２６６０Ｐａへ昇圧する（ステップＳ４）。載置台３が設定温度まで降温すると、クリーニングガス例えばＣｌＦ3（三フッ化塩素）ガスあるいはＦ2（フッ素）ガス＋ＨＦ（フッ化水素）ガスを処理容器２内に供給して処理容器２の内壁や載置台３に付着している薄膜をエッチングにより除去するクリーニング工程を行う（ステップＳ５）。
【００３０】
クリーニングが行われるときは、空間Ｓの圧力はＰ２のままであってもよいが、放熱を少なくするためにＰ２から降圧してもよい。この場合においてもクリーニングガスが空間Ｓに入り込まないように空間Ｓの圧力は処理雰囲気の圧力よりも高く設定される。
【００３１】
なお、空間Ｓの圧力を処理雰囲気の圧力よりも高く設定する制御方法として、処理容器２内に設けた圧力センサー(図示せず)からの信号を制御部６に入力し、制御部６はこの処理容器２内の圧力センサー及び圧力検出部５７の各検出信号により、例えば処理容器２内の圧力よりも一定値高い圧力で空間Ｓの圧力を制御したり、また処理容器２内の圧力より一定倍数高い圧力で空間Ｓの圧力を制御することも可能である。
【００３２】
上述の実施の形態によれば、ウエハ１０を載置する載置台３の下方側に周縁に沿って下方に伸びる円筒部４（区画部）を当該載置台３に一体的に設けると共に、当該円筒部４の下端のフランジ部４３を断熱体４１及び押さえ部材４２の間に嵌合させ、そして処理容器２の底面と断熱体４１との間、断熱体４１と押さえ部材４２との間、円筒部４の下端部と断熱体４１及び押さえ部材４２との間を面接触させて載置台３の下方側空間Ｓと処理雰囲気との間をある程度気密にシールして区画し、前記空間Ｓの圧力をパージガスにより処理雰囲気の圧力よりも高くしている。従って載置台３の裏側へのガスの回り込みを防止できるので、即ち処理雰囲気から前記空間Ｓへの処理ガスやクリーニングガスの流入を防止できるので、熱電対７５、７６及び給電路部材７３、７４の腐食を防止できる。また熱電対７５、７６と載置台３との接触部の微少空間の熱伝達が良好に行われて所定の温度検出精度を満足できる程度に前記空間Ｓの圧力を設定しているので、安定した載置台３の温度制御を行うことができる。
【００３３】
しかも前記空間Ｓと処理雰囲気との間を気密に区画するためのＯリングを用いていないので、Ｏリングの熱劣化を気にしなくてよく、このため載置台３と処理容器２の底部との距離を短くでき、処理容器２の設置スペースを小さくできる。そして処理雰囲気から区画された載置台３の下方側全体に亘って空間Ｓが処理雰囲気から区画されているので、熱電対７５（７６）及び給電路部材７３（７４）の設置数及び設置位置が制限されず、載置台３を所望のゾーンに分割してきめ細かく制御すること等により、結果としてウエハ１０の温度について高い面内均一性が得られる。なお熱電対７５、７６及び給電路部材７３、７４は径が小さいのでこれらを伝って下方側に向かう熱は少ないことから、これら部材と処理容器２の底部との間はＯリングを介在させて気密を確保することができる。
【００３４】
更にまた成膜処理が終わって次の工程を行うために例えばクリーニングを行うために載置台３の温度を降温させる場合に、前記空間Ｓの圧力を高くして載置台３の放熱を促進させているので、載置台３が所定温度まで短時間で降温させることができ、従ってクリーニング工程を速やかに実施することができ、装置の稼働率が向上する。これに対し、載置台３の降温を早めるために、処理雰囲気の圧力を高くすると、その後クリーニング工程において、処理雰囲気を設定圧力まで下げるのに長い時間がかかることから、空間Ｓを昇圧することは非常に有効である。
【００３５】
また載置台３の外周に沿って設けられたバッファ板３２は、載置台３から処理ガスを介して熱が伝達されるので１枚目のウエハ１０を処理しているときに比べてその後に続くウエハ１０を処理しているときの温度が高くなり、そのためにウエハ１０の間で（面間で）ウエハ１０表面上でのガスの消費量が異なることとなり、ガスの濃度分布が変わってしまう懸念があるが、バッファ板３２に温調部を設けて冷却し、ウエハ１０の間においてバッファ板３２の温度のばらつきを抑えるようにしているため、成膜処理について例えば膜厚について高い面間均一性を得ることができる。
【００３６】
上述の実施の形態では、載置台３を降温するときに空間Ｓの圧力を高くして放熱を促進させるようにしているが、パージガス供給管５１に冷却部を設けて、パージガスを冷却することにより載置台３の降温を促進させるようにしてもよいし、あるいは空間Ｓの昇圧とパージガスの冷却とを組み合わせてもよい。また載置台３を降温する場合としては、クリーニングに限らず、あるプロセスから他のプロセスに移行する場合、例えば互いに異なる膜を連続して成膜し、後半の成膜処理の温度が前半の成膜処理の温度よりも低い場合などであってもよい。
【００３７】
載置台３の下方側の空間Ｓを処理雰囲気から区画する構造としては、図１の構成に限らず、例えば図５に示すように載置台３の下方側空間Ｓを囲むように区画部をなす筒状の断熱体８を設けて、断熱体８の上端を屈曲してその屈曲面と載置台３の下面との間を面接触させると共に断熱体８の下端を屈曲してその屈曲面と処理容器２の底壁２１とを面接触させる構成としてもよい。このようにすれば載置台３と底壁２１との間の断熱効果をより大きくできる。
【００３８】
また断熱体８の下端部はリング状の押さえ部材８１により押さえられており、この押さえ部材８１と断熱体８との間及び押さえ部材８１と底壁２１との間は面接触している。更に載置台３の周縁部とバッファ板３２との間の隙間は、リング状の中間部材８２により塞がれており、この中間部材８２と載置台３及びバッファ板３２との間も面接触していて、パーティクルや金属粒子が処理雰囲気に飛散するのを防いでいる。
【００３９】
以上において、本発明は、ＷＦ６（六フッ化タングステン）ガスとＨ2ガスあるいはＳｉＨ4（モノシラン）ガスとを用いてＷを成膜する場合に適用してもよいし、ＷＦ６ガスとＳｉＨ2Ｃｌ2（ジクロルシランガス）とを用いてＷＳｉ2を成膜する場合に適用してもよい。更にウエハ１０を加熱する手段としては例えば載置台３の上方に対向させた加熱ランプであってもよい。なお本発明は、エッチングやアッシングなどの真空処理を行う装置に対しても適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、載置台の下方側の空間を区画部で囲み、区画部内の圧力を陽圧にして周囲からのガスの侵入を防止しているので、処理ガスやクリーニングガスなどによる熱電対や給電路部材の腐食を防止できる。また区画部と処理容器の底部との間に樹脂製シール部材が介在しないので、載置台からの伝熱による樹脂製シール部材の劣化を気にしなくてよく、載置台と処理容器の底部との間の距離を短くでき、装置の設置スペースを小さくできる。更にまた載置台の温度を降温するときに、空間の圧力を昇圧するかまたはパージガスを冷却するようにしているので、載置台を速やかに降温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる真空処理装置（成膜装置）の全体構成を示す縦断側面図である。
【図２】上記真空処理装置の制御系を示す構成図である。
【図３】載置台の下方側の空間を形成する区画部における面接触部のガスの流れを示す説明図である。
【図４】上記真空処理装置における工程を説明するためのフロー図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる真空処理装置の一部構成を示す縦断側面図である。。
【図６】従来の真空処理装置の概略構成を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウエハ
２ 処理容器
２１ 底壁
２９ ガス供給部
３ 載置台
３１ 反射板
３２ バッファ板
３４ 冷媒流路
ｓ 空間
４ 円筒部
４１ 断熱体
４２ 押さえ部材
５１ パージガス供給管
５２ パージガス排気管
５５ 圧力調整部
６ 制御部
７、７１、７２ ヒータ
７３、７４ 給電路部材
７５、７６ 熱電対
Claims (11)
- 処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置し、処理容器内を真空雰囲気にすると共に加熱手段により基板を加熱しながら処理ガスにより基板に対して処理を行う真空処理装置において、
載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部と、
前記空間内にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
前記空間内のパージガスを排気するためのパージガス排気部と、
前記空間内の圧力を調整するための圧力調整部と、
処理雰囲気と処理容器の排気口との間において、処理容器の壁部と前記区画部との間に亘って設けられ、区画部により囲まれた空間内からパージガスが漏洩する部分が排気口側になるように配置されたバッファ板と、を備え、
前記区画部の下端部と処理容器の底部との間には樹脂製シール部材が介在せず、前記空間内への処理ガスの侵入を抑えるために前記空間の圧力は処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整されることを特徴とする真空処理装置。 - 前記処理容器の底部を貫通して前記空間内に挿入され、先端部が載置台に接触する温度検出部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
- 加熱手段は、載置台に設けられた抵抗発熱体からなり、
前記加熱手段に電力を供給するための給電路部材が前記処理容器の底部を貫通して前記空間内に挿入されることを特徴とする請求項１または２に記載の真空処理装置。 - 処理ガスによる基板の処理が終了した後、処理容器内をクリーニングする工程に移行するときに、前記空間の圧力を昇圧するように前記圧力調整部を介して制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の真空処理装置。
- 処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置し、処理容器内を真空雰囲気にすると共に加熱手段により基板を加熱しながら処理ガスにより基板に対して処理を行う真空処理装置において、
載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部と、
前記空間内にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
前記空間内のパージガスを排気するためのパージガス排気部と、
前記パージガスを冷却するパージガス冷却部と、
前記パージガスを冷却するように前記冷却部を制御する制御部と、
前記空間内の圧力を調整するための圧力調整部と、を備え、
前記区画部の下端部と処理容器の底部との間には樹脂製シール部材が介在せず、前記空間内への処理ガスの侵入を抑えるために前記空間の圧力は処理雰囲気の圧力よりも高くなるように調整されることを特徴とする真空処理装置。 - 制御部は、処理ガスによる基板の処理が終了した後、処理容器内をクリーニングする工程に移行するときに、前記パージガスを冷却するように冷却部を制御することを特徴とする請求項５に記載の真空処理装置。
- 処理雰囲気と処理容器の排気口との間において、処理容器の壁部と前記区画部との間に亘って設けられ、区画部により囲まれた空間内からパージガスが漏洩する部分が排気口側になるように配置されたバッファ板を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の真空処理装置。
- 前記バッファ板には温調部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし４または７のいずれか一つに記載の真空処理装置。
- 処理容器内に基板を載置するための載置台を設けると共に、載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部を設け、処理容器内を真空雰囲気にし、処理ガスにより載置台上の基板に対して処理を行う真空処理方法において、
前記区画部により囲まれた空間内の圧力を処理容器内の処理空間内の圧力よりも高く調整した状態で、基板に所定の真空処理を実施する処理工程と、
真空処理の実施後に、区画部により囲まれた空間内の圧力を更に高く昇圧した状態で、載置台の温度を降温させる降温工程と、を含むことを特徴とする真空処理方法。 - 降温工程の後に、処理容器内をクリーニングするクリーニング工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の真空処理方法。
- 処理容器内に基板を載置するための載置台を設けると共に、載置台と処理容器の底部との間の空間を処理雰囲気から区画するために、当該空間の周囲を囲み、その下端部と処理容器の底部とが互いに面接触している区画部を設け、処理容器内を真空雰囲気にし、処理ガスにより載置台上の基板に対して処理を行う真空処理方法において、
前記区画部により囲まれた空間内の圧力を処理容器内の処理空間内の圧力よりも高く調整した状態で、基板に所定の真空処理を実施する処理工程と、
真空処理の実施後に、前記区画部により囲まれた空間内に供給されるパージガスを冷却させながら、載置台の温度を降温させる降温工程と、を含むことを特徴とした真空処理方法。
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