特許 6758112 サセプタ、基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6758112

(24)【登録日】2020年9月3日

(45)【発行日】2020年9月23日

(54)【発明の名称】サセプタ、基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20200910BHJP

   C23C 14/50 20060101ALI20200910BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20200910BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20200910BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20200910BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20200910BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 N

   C23C14/50 E

   C23C16/458

   C23C16/46

   H01L21/205

   H01L21/302 101G

【請求項の数】16

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-137240(P2016-137240)

(22)【出願日】2016年7月12日

(65)【公開番号】特開2017-41628(P2017-41628A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2019年3月28日

(31)【優先権主張番号】14/828,304

(32)【優先日】2015年8月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】15/203,433

(32)【優先日】2016年7月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512144771

【氏名又は名称】エーエスエム アイピー ホールディング ビー．ブイ．

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(72)【発明者】

【氏名】森 幸博

(72)【発明者】

【氏名】メルビン バーバス

【審査官】 中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２５６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０５７８４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−１５８１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８８１２０８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７４０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１０７０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６７３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４０４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３５４４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｃ２３Ｃ １４／５０

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｃ２３Ｃ １６／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状部と、
前記板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、
前記板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、
前記板状部の上面側において、前記第１部分と前記第２部分を断熱する、前記板状部の前記上面側に設けられた溝部である断熱部と、
前記第１部分の上に設けられ、前記第２部分と接触せず、前記溝部の溝の一部を塞ぐ、第１閉塞部と、
前記第２部分の上に設けられ、前記第１部分及び前記第１閉塞部と接触せず、前記溝部の溝の一部を塞ぐ、第２閉塞部と、を備えたことを特徴とするサセプタ。

【請求項2】

板状部と、
前記板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、
前記板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、
前記板状部の上面側において、前記第１部分と前記第２部分を断熱する、前記板状部の前記上面側に設けられた溝部である断熱部と、を備え、
前記第１部分と前記第２部分は別部品であり、
前記第１部分の側面には凸部が設けられ、前記第２部分は、前記凸部の上にのせられ、
前記溝部は、前記第１部分の側面と、前記凸部の上面と、前記第２部分の側面で構成されることを特徴とするサセプタ。

【請求項3】

前記第２部分は平面視で前記第１部分を囲むことを特徴とする請求項１又は２に記載のサセプタ。

【請求項4】

前記板状部の一部として形成された、平面視で前記第２部分を囲む第３部分と、
前記第３部分を加熱する第３ヒータと、
前記板状部の前記上面側において、前記第２部分と前記第３部分を断熱する外側断熱部と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のサセプタ。

【請求項5】

前記板状部の一部として形成された、全体として平面視で前記第２部分を囲む複数の第３部分と、
前記複数の第３部分に１つずつ設けられた複数の第３ヒータと、
前記板状部の前記上面側において、前記第２部分と前記複数の第３部分を断熱する外側断熱部と、
前記板状部の前記上面側において、前記複数の第３部分間を断熱する外縁側断熱部と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のサセプタ。

【請求項6】

前記板状部に取り付けられた冷却部材を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のサセプタ。

【請求項7】

前記板状部に取り付けられた冷却部材を備え、
前記冷却部材は、前記板状部の前記溝部の直下に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のサセプタ。

【請求項8】

静電チャックを備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のサセプタ。

【請求項9】

板状部と、
前記板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、
前記板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、
前記板状部の上面側において、前記第１部分と前記第２部分を断熱する断熱部と、を備え、
前記断熱部は、前記板状部の中に設けられた冷却装置であることを特徴とするサセプタ。

【請求項10】

板状部と、
前記板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、
前記板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、
前記板状部の上面側において、前記第１部分と前記第２部分を断熱する断熱部と、を備え
前記断熱部は、前記板状部の前記上面側に設けられた溝部と、前記板状部のうち前記溝部の溝の直下の部分を冷却する冷却装置と、を備えたことを特徴とするサセプタ。

【請求項11】

前記冷却装置は、前記溝の直下の前記板状部に埋め込まれたことを特徴とする請求項１０に記載のサセプタ。

【請求項12】

前記冷却装置は、前記板状部のうち、前記溝の直下を挟む位置に埋め込まれたことを特徴とする請求項１０に記載のサセプタ。

【請求項13】

前記冷却装置は冷媒が流れる冷媒路を有し、
前記冷媒路は、前記第１部分を通る第１冷媒路と、前記第１冷媒路につながり前記板状部のうち前記溝の直下部分を通る第２冷媒路と、を有し、
前記第１冷媒路には、前記冷媒と前記板状部の間の熱伝達を妨げる熱伝達抑制部が設けられ、
前記第２冷媒路では、前記冷媒と前記板状部が接することを特徴とする請求項１０に記載のサセプタ。

【請求項14】

前記溝部は平面視で環状に設けられ、
前記第１冷媒路と前記第２冷媒路を少なくとも２組有し、
前記第１冷媒路から前記第２冷媒路に冷媒が入り込む位置は、前記溝部に沿って略等間隔に設けられたことを特徴とする請求項１３に記載のサセプタ。

【請求項15】

板状部と、前記板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、前記板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、前記板状部の上面側において、前記第１部分と前記第２部分を断熱する断熱部と、を有したサセプタと、
前記サセプタを収容するチャンバと、
前記チャンバの側面に取り付けられたガス排気部と、を備え、
前記第１部分は、前記板状部の外縁を含む部分であり、
前記第２部分は、前記板状部の外縁を含む部分であり、
平面視で、前記サセプタのうち前記第１部分だけが前記ガス排気部と対向することを特徴とする基板処理装置。

【請求項16】

板状部と、前記板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、前記板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、前記板状部の上面側において、前記第１部分と前記第２部分を断熱する断熱部と、を有したサセプタと、
前記サセプタを収容するチャンバと、
前記チャンバの側面に取り付けられたゲートバルブと、を備え、
前記第１部分は、前記板状部の外縁を含む部分であり、
前記第２部分は、前記板状部の外縁を含む部分であり、
平面視で、前記サセプタのうち前記第２部分だけが前記ゲートバルブと対向することを特徴とする基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板を支持するサセプタ、及びサセプタを備えた基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、１以上のゾーンを有する基板支持台のうちの１つのゾーンに１００％の電力を加え、他のゾーンに５０％の電力を加えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６４６９２８３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体や液晶の製造工程では、意図的に基板の温度を不均一にして、基板に処理を施すことがある。例えば、基板の温度を不均一にして基板に成膜することで、基板に形成される薄膜の膜厚を不均一にしたり、膜質を不均一にしたりすることがある。このような処理を実現するためには、基板のある場所と別の場所で明確な温度差をつけることが好ましい。

【0005】

特許文献１に開示の基板支持台は、複数のゾーンを別々に加熱できるものであるが、基板支持台の上面において複数のゾーンがつながっている。通常、基板支持台（サセプタ）は、アルミニウム、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、炭素又は炭化ケイ素(ＳｉＣ)などの熱伝導の良い材料で作られる。そのため、特許文献１の基板支持台では、あるゾーンから別のゾーンへの熱の移動が活発となり、基板のある場所と別の場所で明確な温度差をつけることができなかった。

【0006】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、基板に明確な温度差をつけることができるサセプタ、及びそのサセプタを備えた基板処理装置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】

【0007】

本願の発明に係るサセプタは、板状部と、該板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、該板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、該板状部の上面側において、該第１部分と該第２部分を断熱する、該板状部の該上面側に設けられた溝部である断熱部と、該第１部分の上に設けられ、該第２部分と接触せず、該溝部の溝の一部を塞ぐ、第１閉塞部と、該第２部分の上に設けられ、該第１部分及び該第１閉塞部と接触せず、該溝部の溝の一部を塞ぐ、第２閉塞部と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

本願の発明に係る基板処理装置は、板状部と、該板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、該板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、該板状部の上面側において、該第１部分と該第２部分を断熱する断熱部と、を有したサセプタと、該サセプタを収容するチャンバと、該チャンバの側面に取り付けられたガス排気部と、を備え、該第１部分は、該板状部の外縁を含む部分であり、該第２部分は、該板状部の外縁を含む部分であり、平面視で、該ガス排気部と該第１部分が対向することを特徴とする。

【0009】

本願の発明に係る他の基板処理装置は、板状部と、該板状部の第１部分を加熱する第１ヒータと、該板状部の第２部分を加熱する第２ヒータと、該板状部の上面側において、該第１部分と該第２部分を断熱する断熱部と、を有したサセプタと、該サセプタを収容するチャンバと、該チャンバの側面に取り付けられたゲートバルブと、を備え、該第１部分は、該板状部の外縁を含む部分であり、該第２部分は、該板状部の外縁を含む部分であり、平面視で、該ゲートバルブと該第２部分が対向することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、サセプタのある領域と別の領域とを断熱部で断熱するので、基板に明確な温度差をつけることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１に係る基板処理装置の断面図である。

【図2】板状部の平面図である。

【図3】サセプタの温度制御方法を示す図である。

【図4】板状部にのせられた基板を示す図である。

【図5】サセプタ表面の温度を示すグラフである。

【図6】実施の形態２に係るサセプタの平面図である。

【図7】実施の形態３に係る基板処理装置の平面図である。

【図8】実施の形態４に係る基板処理装置の平面図である。

【図9】実施の形態５に係るサセプタ等の断面図である。

【図10】実施の形態６に係るサセプタの断面図である。

【図11】実施の形態７に係るサセプタ等の断面図である。

【図12】実施の形態８に係るサセプタの断面図である。

【図13】実施の形態９に係るサセプタの断面図である。

【図14】図１３のサセプタの平面図である。

【図15】実施の形態９に係るサセプタの表面温度分布を示す画像である。

【図16】冷却装置の有無によるサセプタの温度分布の違いを示す図である。

【図17】溝部のみを有し冷却装置がないサセプタについての、プラズマ工程における温度変化を示す図である。

【図18】本発明の実施の形態９に係るサセプタについての、プラズマ工程における温度変化を示す図である。

【図19】サセプタの目標温度を８０℃に設定したときの、プラズマ工程におけるサセプタの温度推移を示す図である。

【図20】サセプタの目標温度を３０度に設定したときの、プラズマ工程におけるサセプタの温度推移を示す図である。

【図21】成長レートの変化を示す図である。

【図22】エッチングレートの変化を示す図である。

【図23】実施の形態１０に係るサセプタの断面図である。

【図24】実施の形態１０に係るサセプタの表面温度分布を示す画像である。

【図25】実施の形態１１に係るサセプタの断面図である。

【図26】実施の形態１２に係るサセプタの平面図である。

【図27】図２６のサセプタの２７−２７線に沿った断面図である。

【図28】断熱部の拡大図である。

【図29】変形例に係るサセプタの一部断面図である。

【図30】他の変形例に係るサセプタの一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施の形態に係るサセプタと基板処理装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0013】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る基板処理装置１０の断面図である。基板処理装置１０は、例えば基板に対しＰＥＡＬＤ(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)を施す成膜装置として構成されている。基板処理装置１０はチャンバ（Reactor Chamber）１２を備えている。チャンバ１２内にはＲＦ電力が印加されるＲＦ電極１４が設けられている。ＲＦ電極１４にはスリット１４ａが形成されている。

【0014】

チャンバ１２内にＲＦ電極１４と対向するようにサセプタ１５が設けられている。サセプタ１５は、板状部１６と、板状部１６を支持する滑動シャフト１８を備えている。ＲＦ電極１４と板状部１６で平行平板構造が形成されている。

【0015】

ＲＦ電極１４には、絶縁部品２０を介してガス供給部２２が接続されている。ガス供給部２２はＲＦ電極１４とサセプタ１５の間に材料ガスを供給する部分である。ＲＦ電極１４とチャンバ１２の間に排気ダクト３０が設けられている。排気ダクト３０は例えばセラミックで形成されている。排気ダクト３０とＲＦ電極１４の間には適度に圧縮されたＯリング３２が設けられている。排気ダクト３０とチャンバ１２の間には適度に圧縮されたＯリング３４が設けられている。

【0016】

排気ダクト３０は、板状部１６を囲むように、平面視で環状に形成されている。排気ダクト３０により、板状部１６の上の処理空間１７を囲む環状流路３０ｂが提供されている。排気ダクト３０には、処理空間１７に供給されたガスを環状流路３０ｂに導く環状のスリット３０ａ、及び環状流路３０ｂのガスを外部に排出する排気口３０ｃが形成されている。

【0017】

排気口３０ｃは、チャンバ１２の側面に設けられたガス排気部４０につながる。ガス排気部４０は、成膜に使用された材料ガスを排気するために設けられている。ガス排気部４０にはバルブ４２と真空ポンプ４４が接続されている。バルブ４２と真空ポンプ４４により排気量を調整することでチャンバ１２内の圧力を自在に制御できる。

【0018】

板状部１６の厚みは例えば３３ｍｍである。板状部１６の材料は、アルミニウムなどの熱伝導性のよい材料とすることが好ましい。板状部１６には第１ヒータ５０と第２ヒータ５２が埋め込まれている。第１ヒータ５０と第２ヒータ５２は例えば抵抗ヒータである。第１ヒータ５０と第２ヒータ５２の間には、断熱部１６Ａが設けられている。断熱部１６Ａは溝（間隙）を提供する溝部である。断熱部１６Ａにより、板状部１６の上面に溝が提供されている。

【0019】

図２は、板状部１６の平面図である。板状部１６の直径は、例えば、直径３００ｍｍの基板を支持するために３２５ｍｍとしている。板状部１６の中央の部分は第１部分１６ａである。第１ヒータ５０は第１部分１６ａに環状に設けられている。第１ヒータ５０は第１部分１６ａを加熱するヒータである。第１ヒータ５０は破線で示されている。第１ヒータ５０の中心径は例えば１８０ｍｍである。なお、中心径とは外径と内径の和を２で割って算出される。

【0020】

板状部１６の外側の部分は第２部分１６ｂである。第２部分１６ｂは平面視で第１部分１６ａを囲む。第２ヒータ５２は第２部分１６ｂに環状に設けられている。第２ヒータ５２は第２部分１６ｂを加熱するヒータである。第２ヒータ５２は破線で示されている。第２ヒータ５２の中心径は例えば２８０ｍｍである。第１ヒータ５０と第２ヒータ５２は同心円状に設けられている。

【0021】

断熱部１６Ａは平面視で環状に形成されている。断熱部１６Ａは、第１部分１６ａの側面と、第１部分１６ａの側面と離れた第２部分１６ｂの側面と、これらの面をつなぐ底面によって構成されている。断熱部１６Ａによって溝１６Ａ’が提供されている。断熱部１６Ａは、板状部１６の上面側において、第１部分１６ａと第２部分１６ｂを断熱する断熱部として機能する。溝１６Ａ’の寸法は、例えば幅が１．５ｍｍであり、深さが２３ｍｍであり、中心径が２４７．５ｍｍである。

【0022】

図３は、サセプタの温度制御方法を示す図である。第１ヒータ５０は、配線５０ａによりヒータコントローラ６０に接続されている。第２ヒータ５２は、配線５２ａによりヒータコントローラ６０に接続されている。第１ヒータ５０を制御するヒータコントローラと第２ヒータ５２を制御するヒータコントローラを別々のコントローラとしてもよい。

【0023】

配線５０ａ、５２ａは、滑動シャフト１８を通り、滑動シャフト１８の下端から外部に伸びる。したがって、配線５０ａ、５２ａがチャンバ１２の内で露出することはない。仮に、板状部１６の側面から配線５０ａ、５２ａを外部に出すと、チャンバ１２の内に配線５０ａ、５２ａが露出するので、配線５０ａ、５２ａの被膜がプラズマにさらされ好ましくない。また、板状部１６の側面から配線５０ａ、５２ａを外部に出すと、サセプタ１５が上下する際に、配線５０ａ、５２ａにダメージが及ぼされるおそれがある。従って、配線５０ａ、５２ａは滑動シャフト１８の下端から取り出すことが好ましい。

【0024】

ヒータコントローラ６０には、ＰＭＣ(Process Module Controller)６２が接続されている。ＰＭＣ６２にはＵＰＣ（Unique Platform Controller）６４が接続されている。板状部１６にはサセプタ１５の温度を測定する温度測定部６５が取り付けられている。温度測定部６５は例えば熱電対である。温度測定部６５により測定された温度の情報は、温度コントローラ６６に伝送される。この情報は、サセプタ１５の温度制御に利用される。

【0025】

上述のサセプタ１５を備えた基板処理装置１０による基板の処理方法を説明する。真空ポンプ４４は常時稼動させ、チャンバ１２の内を真空に保つ。まず、板状部１６に処理対象となる基板をのせる。図４は、板状部１６にのせられた基板７０を示す図である。基板７０は、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの両方にのせられる。第１部分１６ａの上の部分を基板中央部７０Ａと称する。第２部分１６ｂの上の部分を基板外縁部７０Ｂと称する。裏面にＳｉＯ_２膜などの膜がついている基板については、その膜が吸水しており、加熱したサセプタにのせるとすべることがある。そこで、基板が板状部１６に対して滑ることがないように、板状部１６の上面に、基板７０を収容する浅い溝を設けることが好ましい。あるいは、板状部１６の上面に微小な凸部を設け、その凸部に基板の側面があたることで基板の滑りを防止しても良い。

【0026】

次いで、基板７０を加熱する。基板７０の処理条件が記述されたレシピには、第１部分１６ａの目標温度と第２部分１６ｂの目標温度が設定されている。この設定に基づき、ヒータコントローラ６０が、第１ヒータ５０と第２ヒータ５２に通電し、第１部分１６ａと第２部分１６ｂを目標温度にする。例えば、第１部分１６ａを３００℃とし、第２部分１６ｂを３０５℃とする。

【0027】

このとき、溝１６Ａ’は真空となっているので溝１６Ａ’は断熱層として機能する。断熱部１６Ａ（溝１６Ａ’）により、板状部１６の上面側において、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの間の熱の移動を抑制することができる。つまり、断熱部１６Ａにより板状部１６の上面側において第１部分１６ａと第２部分１６ｂが断熱されているので、板状部１６の上面側において明確な温度差をつけることができる。

【0028】

図５は、サセプタ表面の温度を示すグラフである。実線は、本発明の実施の形態１に係る板状部１６の表面温度を示す。具体的には、実線は、図２のＡ−Ａ’線に沿った温度分布を示す。第１部分１６ａでは、レシピで設定されたとおりの温度（３００℃）を概ね実現できている。また、第２部分１６ｂでもレシピで設定された温度（３０５℃）を概ね実現できている。しかも、第１部分１６ａと第２部分１６ｂを板状部上面側において断熱する断熱部１６Ａを設けたため、第１部分１６ａと第２部分１６ｂに明確な温度差をつけることができた。

【0029】

他方、図５の破線は、比較例に係るサセプタ表面の温度を示す。比較例のサセプタは、本発明の実施の形態１に係るサセプタとほぼ同じものであるが、断熱部を省略した点で本発明の実施の形態１に係るサセプタと異なる。比較例のサセプタの板状部には断熱部がないので、板状部の上面側において第１部分（中央部分）と第２部分（外縁部分）の間で熱が移動する。したがって、比較例のサセプタ表面における温度分布は、板状部の中央から外縁に向かってなだらかに温度が上昇するものとなる。つまり、板状部に明確な温度差をつけることができない。

【0030】

実施の形態１に係る板状部１６につけられた明確な温度差は、板状部１６にのせられた基板７０の温度に反映される。つまり、図４の基板７０について、基板中央部７０Ａの温度は３００℃となり、基板外縁部７０Ｂの温度は３０５℃になる。このように、基板７０を予め定められた温度とした上で、チャンバ１２の内に材料ガスを供給し、基板７０に対しプラズマ成膜する。

【0031】

ところで、一般的な基板処理では、基板に成膜し、露光及び現像によりパターンを形成し、エッチングによって不要部分を除去する、という一連の処理を繰り返し実行する。理想的な基板処理は、面内ばらつきなく成膜し、面内ばらつきなくパターンを形成し、面内ばらつきなくエッチングするというものである。しかし、例えば、エッチング工程においてエッチング量の面内ばらつきが生じることがある。その場合、エッチング工程の条件を調整して当該面内ばらつきを抑制すべきであるが、そのような調整が不可能又は困難な場合がある。

【0032】

そこで、エッチング量の面内ばらつきを吸収するために、成膜工程において形成する膜の膜質又は膜厚を意図的に不均一とすることが要請されることがある。例えば、エッチングにより基板の外縁側のエッチング量が多くなってしまう場合、成膜において基板外縁側に厚く成膜することがある。

【0033】

本発明の実施の形態１に係るサセプタ及び基板処理装置は、上述の通り基板に明確な温度差をつけることができるので、膜の膜厚又は膜質を意図的に不均一とするのに好適なものである。したがって、成膜工程とは別の工程の面内ばらつきを吸収するために、任意の不均一性を有する膜を形成し、プロセス全体におけるばらつきを解消することができる。つまり、プロセス終了時の面内ばらつきを抑制できる。

【0034】

成膜する膜の膜厚の分布及び膜質の分布は、成膜工程とは別の工程から要求される条件に応じて適宜設定する。例えば、基板外縁部に基板中央部よりも厚い（又は薄い）膜を形成したり、基板外縁部に形成される膜を基板中央部に形成される膜よりも硬く（又は軟らかく）したりする。

【0035】

プラズマ成膜の場合、基板の中央部分で電界強度が高くなり、基板の外縁部分ではチャンバの寄与で電界強度が低くなる。また、プラズマ成膜では、一般的に、基板温度が高い部分に比べて基板温度の低い部分の膜厚が大きくなる。膜厚又は膜質の面内分布に寄与する要素を総合考慮して、基板に明確な温度差をつけることで、要請されたとおりの面内不均一性を有する膜を形成する。

【0036】

本発明の実施の形態１に係るサセプタ１５と基板処理装置１０は様々な変形が可能である。膜のどの部分を硬く（又は軟らかく）するか、どの部分を厚く（又は薄く）するかは、成膜工程とは別の工程からの要請にしたがい適宜定めることである。また、本発明のサセプタと基板処理装置は、成膜装置として構成するだけでなく、エッチャーとして構成することもできる。成膜装置とエッチャーは真空中におけるプラズマプロセスである点で共通する。

【0037】

板状部１６において実現された温度分布を、基板７０の温度分布と一致させるためには、基板７０が板状部１６に密着していることが好ましい。そのため、板状部１６に静電チャックを設けて板状部１６に基板７０を密着させることが好ましい。なお、サセプタ１５の方が基板７０より熱容量が高いので、両者が接触することによるサセプタ１５の温度変化は軽微である。

【0038】

レシピには、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの目標温度を設定するのではなく、２つの部分の温度差を設定しても良い。例えば、レシピに第１部分１６ａの目標温度を設定し、第２部分１６ｂの目標温度は第１部分１６ａの目標温度に予め定められた温度（例えば５０℃）を加えた値（あるいは差し引きした値）としても良い。

【0039】

断熱部１６Ａのパターンは、基板に要求される温度分布に応じて適宜変更することができる。実施の形態１で示した溝１６Ａ’の寸法等は例示であり、適宜変更できる。これらの変形は以下の実施の形態に係るサセプタと基板処理装置に適宜応用できる。なお、以下の実施の形態に係るサセプタと基板処理装置は、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

【0040】

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るサセプタの平面図である。板状部１６の一部として第３部分１６ｃが形成されている。第３部分１６ｃは平面視で第２部分１６ｂを囲む。第３部分１６ｃには、第３部分１６ｃを加熱する第３ヒータ８０が埋め込まれている。第３ヒータ８０は破線で示されている。第１ヒータ５０、第２ヒータ５２及び第３ヒータ８０は同心円状に設けられている。

【0041】

板状部１６の上面側には外側断熱部１６Ｂが設けられている。外側断熱部１６Ｂは第２部分１６ｂの側面と、第２部分１６ｂの側面と離れた第３部分１６ｃの側面と、これらの面をつなぐ底面によって構成されている。外側断熱部１６Ｂは断熱層として機能する溝１６Ｂ’を提供する。溝１６Ｂ’により、板状部１６の上面側において、第２部分１６ｂと第３部分１６ｃを断熱する。

【0042】

本発明の実施の形態２に係るサセプタによれば、第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ及び第３部分１６ｃの温度を独立に任意の温度にすることができる。よって、板状部を上面側において２つに分割し温度制御する実施の形態１のサセプタと比較して、基板の温度分布の自由度を高めることができる。

【0043】

実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る基板処理装置の平面図である。チャンバ１２については内部が見えるように側壁だけを示している。チャンバ１２はサセプタを収容している。図７には板状部１６が表されている。チャンバ１２内を真空にするとともに、チャンバ１２内に供給された材料ガスを排気するために、チャンバ１２の側面にガス排気部４０が取り付けられている。基板をチャンバ１２に出し入れするために、チャンバ１２の側面にゲートバルブ１０２が取り付けられている。ゲートバルブ１０２にはウエハハンドリングチャンバ１０４が接続されている。

【0044】

サセプタの板状部１６は、第１部分１６ｄ、第２部分１６ｅ、第３部分１６ｆ及び第４部分１６ｇを備えている。第１〜第４部分１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇは、それぞれ、平面視で扇形である。第１〜第４部分１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇは板状部１６の外縁を含む部分である。平面視で、ガス排気部４０と第１部分１６ｄが対向している。また、平面視で、ゲートバルブ１０２と第２部分１６ｅが対向している。したがって、板状部１６のうちガス排気部４０に近い場所が第１部分１６ｄであり、板状部１６のうちゲートバルブ１０２に近い場所が第２部分１６ｅである。

【0045】

板状部１６には溝部である断熱部１６Ｃ、１６Ｄが形成されている。断熱部１６Ｃは、第１部分１６ｄと第４部分１６ｇの間、及び第２部分１６ｅと第３部分１６ｆの間に溝１６Ｃ’を提供する。断熱部１６Ｄは、第１部分１６ｄと第３部分１６ｆの間、及び第２部分１６ｅと第４部分１６ｇの間に溝１６Ｄ’を提供する。断熱部１６Ｃ，１６Ｄにより、板状部１６に十字型の溝が提供される。溝１６Ｃ’、 １６Ｄ’の幅及び深さは、特に限定されないが、実施の形態１で説明した溝と同等である。

【0046】

第１部分１６ｄには第１部分１６ｄを加熱する第１ヒータ１１０が埋め込まれている。第２部分１６ｅには第２部分１６ｅを加熱する第２ヒータ１１２が埋め込まれている。第３部分１６ｆには第３部分１６ｆを加熱する第３ヒータ１１４が埋め込まれている。第４部分１６ｇには第４部分１６ｇを加熱する第４ヒータ１１６が埋め込まれている。第１〜第４ヒータ１１０、１１２、１１４、１１６はヒータコントローラによって、個別に制御される。したがって、ヒータコントローラの制御により、第１〜第４部分１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇを異なる温度とすることができる。断熱部１６Ｃ、１６Ｄにより、板状部１６の上面側において、第１〜第４部分１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇが熱的に分離されている。したがって、基板に明確な温度差をつけることができる。

【0047】

ところで、チャンバ１２の内のガスを排気（真空引き）するときにはチャンバ１２の内が均一に真空引きされる訳ではない。ガス排気部４０に近い場所ではガス排気部４０から遠い場所と比較して、圧力が低くなる。圧力が低いエリアではガスの滞在時間（１つの分子がプラズマ中に滞在する時間）が短くなる。よって、ガス排気部４０に近い場所では、成膜装置においては成膜速度が遅くなり、エッチャーにおいてはエッチング速度が遅くなるケースが多い。

【0048】

また、サセプタ１５とチャンバ１２は同電位（グランド）である。プラズマ生成時にはＲＦ電極１４から一番近い電極（サセプタ１５の板状部１６）に主要な放電が起こる。しかし、ＲＦ電極１４から、チャンバ等の本来は電極として機能することを想定していない部分にも放電する。そのため、基板の面内で成膜条件が不均一になることを防止するためには、チャンバ１２がＲＦ電極１４を囲み、ＲＦ電極１４からチャンバ１２への距離がどの方向についても等しいことが好ましい。しかし、実際には、ゲートバルブ１０２があるので、ＲＦ電極１４からグランド電位の電極までの距離及びその電極形状は不均一となる。つまり、ゲートバルブ１０２の近傍におけるプラズマの広がり方は、ゲートバルブ１０２から遠い場所のプラズマの広がり方とは異なる。

【0049】

このように、ガス排気部４０に近いエリアにおける成膜条件とガス排気部４０から遠いエリアにおける成膜条件は異なり、ゲートバルブ１０２に近いエリアにおける成膜条件とゲートバルブ１０２から遠いエリアにおける成膜条件も異なる。つまり、基板の中央からの距離が同じ２点間でも、その点のガス排気部４０からの距離及びゲートバルブ１０２からの距離に応じて、成膜条件が変わる。

【0050】

そこで、本発明の実施の形態３に係るサセプタでは、ガス排気部４０に対向する部分である第１部分１６ｄを独立して温度制御できるようにした。これにより、第１部分１６ｄにおける成膜条件の特殊性を考慮して第１部分１６ｄの温度を設定し、第１部分１６ｄの上の基板に形成される膜の膜厚及び膜質を制御できる。

【0051】

さらに、ゲートバルブ１０２に対向する部分である第２部分１６ｅを独立して温度制御できるようにした。これにより第２部分１６ｅにおける成膜条件の特殊性を考慮して第２部分１６ｅの温度を設定し、第２部分１６ｅの上の基板に形成される膜の膜厚及び膜質を制御できる。

【0052】

ゲートバルブ１０２の存在により成膜品質に与えられる影響が小さい場合は、ガス排気部４０と第１部分１６ｄを対向させれば足り、第２部分１６ｅをゲートバルブ１０２に対向させなくてもよい。また、ガス排気部４０の存在により成膜品質に与えられる影響が小さい場合は、ゲートバルブ１０２と第２部分１６ｅを対向させれば足り、第１部分１６ｄをガス排気部４０に対向させなくてもよい。ゲートバルブ１０２とガス排気部４０の位置は対称配置としなくてもよい。また、断熱部により、板状部１６を３又は５以上の部分に分割してもよい。

【0053】

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る基板処理装置の平面図である。第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ、断熱部１６Ａ及び外側断熱部１６Ｂについては、実施の形態２（図６）の板状部１６と同様である。本発明の実施の形態４では、実施の形態２における第３部分１６ｃを４つに分割した。つまり、図８に示すように、板状部１６の一部として４つの第３部分１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋを設けた。４つの第３部分１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋは、全体として平面視で第２部分１６ｂを囲む。第３部分１６ｈはガス排気部４０に対向している。第３部分１６ｊはゲートバルブ１０２に対向している。

【0054】

第３部分１６ｈには第３部分１６ｈを加熱する第３ヒータ１２４が埋め込まれている。第３部分１６ｉには第３部分１６ｉを加熱する第３ヒータ１２６が埋め込まれている。第３部分１６ｊには第３部分１６ｊを加熱する第３ヒータ１２８が埋め込まれている。第３部分１６ｋには第３部分１６ｋを加熱する第３ヒータ１３０が埋め込まれている。このように、複数の第３部分に１つずつ第３ヒータが設けられている。４つの第３ヒータ１２４、１２６、１２８、１３０は、ヒータコントローラによって個別に制御される。したがって、４つの第３部分１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋは、ヒータコントローラの制御により異なる温度とすることができる。

【0055】

板状部には溝部である外側断熱部１６Ｂが形成されている。外側断熱部１６Ｂは、板状部の上面側において、第２部分１６ｂと複数の第３部分１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋを断熱する。さらに、板状部には溝部である外縁側断熱部１６Ｇ、１６Ｈ、１６Ｉ、１６Ｊが形成されている。外縁側断熱部１６Ｇ、１６Ｈ、１６Ｉ、１６Ｊは、板状部の上面側において、複数の第３部分間を断熱する。断熱部１６Ａ、外側断熱部１６Ｂ及び外縁側断熱部１６Ｇ、１６Ｈ、１６Ｉ、１６Ｊにより、板状部の上面側において、第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ、複数の第３部分１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋが熱的に分離されている。したがって、基板に明確な温度差をつけることができる。

【0056】

ガス排気部４０の存在による成膜条件への影響は、ガス排気部４０に近い基板のエッジ部分で特に顕著であり、基板の中央部分では軽微である場合がある。そこで、本発明の実施の形態４では、板状部の外縁部分においてガス排気部４０と対向する第３部分１６ｈを独立して温度制御できるようにした。これにより、第３部分１６ｈにおける成膜条件の特殊性を考慮して第３部分１６ｈの温度を設定し、第３部分１６ｈの上の基板に形成される膜の膜厚及び膜質を制御できる。

【0057】

また、ゲートバルブ１０２の存在による成膜条件への影響は、ゲートバルブ１０２に近い基板のエッジ部分で特に顕著であり、基板の中央部分では軽微である場合がある。そこで、本発明の実施の形態４では、板状部の外縁部分においてゲートバルブ１０２と対向する第３部分１６ｊを独立して温度制御できるようにした。これにより、第３部分１６ｊにおける成膜条件の特殊性を考慮して第３部分１６ｊの温度を設定し、第３部分１６ｊの上の基板に形成される膜の膜厚及び膜質を制御できる。

【0058】

また、第１ヒータ５０と、第２ヒータ５２と、複数の第３ヒータ１２４、１２６、１２８、１３０が同心円状に設けられているので、実施の形態２のサセプタと同様に、板状部の中央からの距離に依存した成膜条件の違い（センターエッジの関係）を考慮した温度設定が可能である。つまり、本発明の実施の形態４に係るサセプタ及び基板処理装置によれば、センターエッジの関係、ガス排気部４０の存在による影響、及びゲートバルブ１０２の存在による影響を補正しつつ、任意の膜厚分布及び膜質分布を実現できる。

【0059】

第３部分は４つに限らない。第３部分は複数設ければよい。溝部の数を増やしたり、溝部の形状を任意に変形させたりすることで独立して温度制御できる部分の数を増加させれば、複雑な膜厚分布又は膜質分布を実現できる。

【0060】

実施の形態５．
図９は、実施の形態５に係るサセプタ等の断面図である。このサセプタは、実施の形態２(図６)のサセプタと類似している。しかし、断熱部１６Ａ及び外側断熱部１６Ｂにより形成される溝１６Ａ’、１６Ｂ’の幅が実施の形態２より大きい。そして、第１部分１６ａの上に第１閉塞部１６０が設けられている。第１閉塞部１６０は、第２部分１６ｂと接触せず、溝部の溝１６Ａ’の一部を塞ぐ。第１閉塞部１６０を平面視したときの形状（平面形状）は円形である。第２部分１６ｂの上に第２閉塞部１６２が設けられている。第２閉塞部１６２は第１部分１６ａ及び第１閉塞部１６０と接触せず、溝部の溝１６Ａ’の一部、及び溝１６Ｂ’の一部を塞ぐ。第２閉塞部１６２の平面形状は第１閉塞部１６０を囲む環状となっている。

【0061】

第３部分１６ｃの上に第３閉塞部１６４が設けられている。第３閉塞部１６４は第２部分１６ｂ及び第２閉塞部１６２と接触せず、溝１６Ｂ’の一部を塞ぐ。第３閉塞部１６４の平面形状は第２閉塞部１６２を囲む環状となっている。処理対象となる基板７０は、第１閉塞部１６０、第２閉塞部１６２及び第３閉塞部１６４の上にのせられる。第１〜第３閉塞部１６０、１６２、１６４の材料はプラズマ放電を大きく妨げない材料であれば特に限定されないが、セラミック又はＡｌ等とすることができる。

【0062】

溝１６Ａ’の幅（ｘ３）と溝１６Ｂ’の幅（ｘ４）を大きくすることで、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの断熱性、及び第２部分１６ｂと第３部分１６ｃの断熱性を高めることができる。しかし、仮に、溝１６Ａ’の幅（ｘ３）と溝１６Ｂ’の幅（ｘ４）を大きくした板状部の上に直接基板をのせて基板を加熱すると、溝１６Ａ’、 １６Ｂ’の直上において基板温度が十分上がらない。つまり、意図しない温度ばらつきが生じる。

【0063】

これを防止するために、第１〜第３閉塞部１６０、１６２、１６４を設けた。第１閉塞部１６０と第２閉塞部１６２は溝１６Ａ’の一部を塞ぐので、第１閉塞部１６０と第２閉塞部１６２の間隔（ｘ１）は溝１６Ａ’の幅(ｘ３)より小さい。また、第２閉塞部１６２と第３閉塞部１６４は溝１６Ｂ’の一部を塞ぐので、第２閉塞部１６２と第３閉塞部１６４の間隔（ｘ２）は溝１６Ｂ’の幅(ｘ４)より小さい。したがって、板状部１６の上に直接基板をのせる場合と比較して、意図しない温度ばらつきを抑制できる。

【0064】

板状部に形成される溝の数に応じて、閉塞部の数も変化させることが好ましい。例えば、板状部に溝１６Ａ’だけが形成される場合は、第３閉塞部１６４を省略する。

【0065】

実施の形態６．
図１０は、実施の形態６に係るサセプタの断面図である。第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ、及び第３部分１６ｃは別部品である。言い換えれば、第３部分１６ｃは第２部分１６ｂから取り外すことができ、第２部分１６ｂは第１部分１６ａから取り外すことができる。第２部分１６ｂと第３部分１６ｃは平面視で環状の部品である。第１部分１６ａの側面には凸部１６０が設けられ、第２部分１６ｂはこの凸部１６０の上にのせられている。第２部分１６ｂの側面には凸部１６２が設けられ、第３部分１６ｃはこの凸部１６２の上にのせられている。

【0066】

溝部（断熱部１６Ａ）は、第１部分１６ａの側面と、凸部１６０の上面と、第２部分１６ｂの側面で構成される。外側断熱部１６Ｂは、第２部分１６ｂの側面と、凸部１６２の上面と、第３部分１６ｃの側面で構成される。

【0067】

図１０から明らかなように、凸部１６０を第１部分１６ａの側面下端に設け、かつ凸部１６０の厚みを小さくすることで、深い溝１６Ａ’を設けることができる。凸部１６２を第２部分１６ｂの側面下端に設け、かつ凸部１６２の厚みを小さくすることで深い溝１６Ｂ’を設けることができる。実施の形態１のサセプタにおいて溝を深くするとサセプタの強度低下が懸念される。しかし、本発明の実施の形態６に係るサセプタは組み立て式であるので、溝を深くしつつ、強度を確保できる。

【0068】

実施の形態７．
図１１は、実施の形態７に係るサセプタ等の断面図である。このサセプタは、板状部１６に取り付けられた冷却部材２００と、滑動シャフト１８に取り付けられた冷却部材２０２を備える。冷却部材２００、２０２は、周知の冷却方法であれば特に限定されない。冷却部材２００は、板状部１６の溝部（断熱部１６Ａと外側断熱部１６Ｂ）の直下に取り付けられている。冷却部材２００、２０２による冷却の程度は、ヒータコントローラにより制御される。

【0069】

例えば、１ｋＷでプラズマをたてるとＲＦのエネルギによりある程度サセプタの温度が上がる。この温度上昇が低温プロセスの実現を困難にすることがある。そこで、本発明の実施の形態７に係るサセプタは、冷却部材２００、２０２でサセプタを冷却し、サセプタの温度上昇を抑制する。これにより低温プロセスが実現可能となる。

【0070】

板状部の上面側では、第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ及び第３部分１６ｃが熱的に分離されている。しかし、板状部の下面側では、これらが熱的に分離されていない。そのため、第１〜第３部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃ間での熱の移動は主として、板状部の下面側で起こる。本発明の実施の形態７に係るサセプタは、板状部１６の下面側に冷却部材２００を設けることで、この熱移動を抑制するものである。具体的には、冷却部材２００を溝部（断熱部１６Ａと外側断熱部１６Ｂ）の直下に設けることで、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの間の熱移動、及び第２部分１６ｂと第３部分１６ｃの間の熱移動を抑制できる。冷却部材２００を板状部１６に埋め込み、冷却部材２０２を滑動シャフト１８に埋め込んでも良い。

【0071】

実施の形態８．
図１２は、実施の形態８に係るサセプタの断面図である。実施の形態１−７では、板状部の第１部分と第２部分を断熱する断熱部として、板状部の上面側に溝部を設けた。しかし、実施の形態８における断熱部は、板状部１６の中に設けられた冷却装置２１０である。冷却装置２１０による冷却の程度はヒータコントローラにより制御される。冷却装置２１０を稼動させるとともに、第１ヒータ５０と第２ヒータ５２を稼動させる。そうすると、冷却装置２１０の冷却により、第１部分１６ａと第２部分１６ｂが断熱される。特に、板状部１６の上面側において、第１部分１６ａと第２部分１６ｂを断熱することが好ましい。第１部分１６ａと第２部分１６ｂを断熱することで、溝を設けることなく、基板に明確な温度差をつけることができる。なお、ここまでで説明した各実施の形態は適宜に組み合わせて用いてもよい。

【0072】

実施の形態９．
図１３は、実施の形態９に係るサセプタの断面図である。第１部分１６ａと第２部分１６ｂを断熱する断熱部として、板状部１６の上面側に設けられた溝部１６Ａと、板状部１６のうち溝部１６Ａの溝１６’の直下の部分を冷却する冷却装置９０が設けられている。冷却装置９０は２系統の冷媒路９１、９２を有している。冷媒路９１、９２には別々の冷媒が流れる。冷媒の温度は特に限定されないが例えば２０℃程度である。

【0073】

冷媒路９１は、略垂直方向に伸びる垂直冷媒路９１ａ、垂直冷媒路９１ａにつながる第１冷媒路９１ｂ、及び第１冷媒路９１ｂにつながる第２冷媒路９１ｃを有している。垂直冷媒路９１ａは滑動シャフト１８と第１部分１６ａに略垂直方向に冷媒が流れる冷媒路を提供する。第１冷媒路９１ｂは第１部分１６ａを通っている。第２冷媒路９１ｃは板状部１６のうち溝１６Ａ’の直下部分を通っている。

【0074】

冷媒路９２は、略垂直方向に伸びる垂直冷媒路９２ａ、垂直冷媒路９２ａにつながる第１冷媒路９２ｂ、及び第１冷媒路９２ｂにつながる第２冷媒路９２ｃを有している。垂直冷媒路９２ａは滑動シャフト１８と第１部分１６ａに略垂直方向に冷媒が流れる冷媒路を提供する。第１冷媒路９２ｂは第１部分１６ａを通っている。第２冷媒路９２ｃは板状部１６のうち溝１６Ａ’の直下部分を通っている。

【0075】

垂直冷媒路９１ａ、９２ａ及び第１冷媒路９１ｂ、９２ｂにおける黒い太線は、冷媒が通るパイプを示す。冷媒が板状部１６及び滑動シャフト１８に接しないように、このパイプは、空洞９４で囲まれている。空洞９４は、冷媒と、板状部１６及び滑動シャフト１８との間の熱伝達を妨げる。したがって、垂直冷媒路９１ａ、９２ａ及び第１冷媒路９１ｂ、９２ｂでは、冷媒が板状部１６と滑動シャフト１８に接して冷媒の温度が上がることはない。冷媒と、板状部１６及び滑動シャフト１８との間の熱伝達を妨げる熱伝達抑制部として、空洞９４以外の構成を採用してもよい。

【0076】

これに対し、第２冷媒路９１ｃ、９２ｃでは、冷媒と板状部１６が接する。したがって、冷媒によって、板状部１６の溝１６Ａ’の直下の部分が冷却される。

【0077】

図１４は、図１３のサセプタ１５の平面図である。説明の便宜上、冷媒路９１、９２を破線で示している。図１４を参照しつつ冷媒の流れを説明する。図１４における矢印は冷媒の流れ方向を示している。まず、垂直冷媒路９１ａを通った冷媒が第１冷媒路９１ｂに達する。そして、冷媒は、第１冷媒路９１ｂを通ることで第１部分１６ａの中央部から溝部１６Ａの直下に進み、第２冷媒路９１ｃに達する。なお、垂直冷媒路９１ａと第１冷媒路９１ｂでは、冷媒とサセプタ１５が接しないので、冷媒はほとんど温度上昇しない。

【0078】

第２冷媒路９１ｃの入り口に達した冷媒は、溝１６Ａ’の下を半円を描くように進み、第３冷媒路９１ｄに達する。第３冷媒路９１ｄは、溝部１６Ａの直下から第１部分１６ａの中央に伸びる流路である。第３冷媒路９１ｄを進んだ冷媒は垂直冷媒路９１ｅに達する。垂直冷媒路９１ｅは、垂直冷媒路９１ａと同様、板状部１６と滑動シャフト１８に垂直方向の流路を提供するものである。冷媒は垂直冷媒路９１ｅを下方に流れ、外部に排出される。なお、第３冷媒路９１ｄと垂直冷媒路９１ｅには、垂直冷媒路９１ａ及び第１冷媒路９１ｂと同様に、冷媒と、板状部１６及び滑動シャフト１８との間の熱伝達を妨げる熱伝達抑制部が設けられているので、冷媒が第３冷媒路９１ｄと垂直冷媒路９１ｅを通ることによる冷媒の温度上昇はほとんどない。

【0079】

このように、冷媒路９１は、平面視で環状に設けられた溝部１６Ａの直下を、半円に渡って冷却するために提供される。

【0080】

冷媒路９１とは別系統の冷媒路９２を流れる冷媒について説明する。まず、垂直冷媒路９２ａを通った冷媒が第１冷媒路９２ｂに達する。そして、冷媒は、第１冷媒路９２ｂを通ることで第１部分１６ａの中央部から溝部１６Ａの直下に進み、第２冷媒路９２ｃに達する。なお、垂直冷媒路９２ａと第１冷媒路９２ｂでは、冷媒とサセプタ１５が接しないので、冷媒はほとんど温度上昇しない。

【0081】

第２冷媒路９２ｃの入り口に達した冷媒は、溝１６Ａ’の下を半円を描くように進み、第３冷媒路９２ｄに達する。第３冷媒路９２ｄは、溝部１６Ａの直下から第１部分１６ａの中央に伸びる流路である。第３冷媒路９２ｄを進んだ冷媒は垂直冷媒路９２ｅに達する。垂直冷媒路９２ｅは、垂直冷媒路９２ａと同様、板状部１６と滑動シャフト１８に略垂直方向の流路を提供するものである。冷媒は垂直冷媒路９２ｅを下方に流れ、外部に排出される。なお、第３冷媒路９２ｄと垂直冷媒路９２ｅには、垂直冷媒路９２ａ及び第１冷媒路９２ｂと同様に、冷媒と、板状部１６及び滑動シャフト１８との間の熱伝達を妨げる熱伝達抑制部が設けられているので、冷媒が第３冷媒路９２ｄと垂直冷媒路９２ｅを通ることによる冷媒の温度上昇はほとんどない。

【0082】

このように、冷媒路９２は、平面視で環状に設けられた溝部１６Ａの直下を、半円に渡って冷却するために提供される。

【0083】

ところで、第１冷媒路９１ｂ、９２ｂから第２冷媒路９１ｃ、９２ｃに冷媒が入り込む位置である「流入部」における冷媒温度は、第２冷媒路９１ｃ、９２ｃから第３冷媒路９１ｄ、９２ｄに冷媒が流れ込む位置である「流出部」の冷媒温度より低い。そのため、２つの流入部が近接すると、溝部１６Ａの直下の部分を均一に冷却できない。そこで、本発明の実施の形態９では２つの流入部を離した。具体的には、２つの流入部を結ぶ線が第１部分１６ａの中心を通るように、２つの流入部を設けた。第２冷媒路９１ｃの冷媒を時計回りに流すのであれば第２冷媒路９２ｃの冷媒も時計回りに流す。第２冷媒路９１ｃの冷媒を反時計回りに流すのであれば第２冷媒路９２ｃの冷媒も反時計回りに流す。つまり、第２冷媒路９１ｃと第２冷媒路９２ｃの冷媒流れ方向を一致させた。

【0084】

本発明の実施の形態９に係るサセプタによれば、板状部１６の溝１６Ａ’の直下部分を冷却する冷却装置９０を設けたので、当該直下部分を介した第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ間の熱伝導を抑制できる。よって、実施の形態１よりもさらに基板に明確な温度差をつけることができる。

【0085】

図１５は、本発明の実施の形態９に係るサセプタ１５の表面温度分布を示す画像である。実線の矢印と破線の矢印は冷媒の流れ方向を表す。この画像から、第１部分１６ａと第２部分１６ｂで明確な温度差をつけることができていることが分かる。

【0086】

図１６は、冷却装置の有無によるサセプタの温度分布の違いを示す図である。「冷却装置なし」と記載された２つの画像は、図１３の構成から冷却装置を除去した比較例のサセプタの表面温度分布を示す図である。「冷却装置あり」と記載された２つの画像は、本発明の実施の形態９に係るサセプタの表面温度分布を示す図である。流量0.4L/minの水を冷媒として、サセプタを冷却した。４つの画像のすべての場合において、設定温度は75~100℃であり、中央の部分と外側の部分の温度設定を最大にした。

【0087】

４つの画像から分かるように、溝部を境に内外のゾーンで明確な温度の差をつけることが出来る。「冷却装置なし」と記載された２つの画像では中央の部分と外側の部分の温度差が高々１．５℃程度であるのに対し、水冷を行って得られた２つの画像では内側の部分と外側の部分の温度差を７℃程度まで拡大できた。したがって、冷却装置９０により、溝１６Ａ’の下の部分における熱の移動が効果的に抑制できることが分かる。このように、本発明の実施の形態９によれば、放熱が少なく温度差をつけにくい75~100℃程度の低温領域にて、ゾーン間に明確な温度差をつけることができる。

【0088】

次に、図１７−図２２を参照して、実施の形態９に係るサセプタによれば低温プロセスが可能となることを説明する。図１７は、溝部のみを有し冷却装置９０がないサセプタについての、プラズマ工程における温度変化を示す図である。Heater powerはヒータのパワーを表し、Heater tempはサセプタの温度を表す。プラズマを伴う工程においては、プラズマの影響でサセプタの温度が上がりやすい。図１７には、時刻ｔ１においてヒータをオフしたにもかかわらず、プラズマの影響によりサセプタ温度が上がり続けることが示されている。このようにサセプタの温度が上がってしまうと、基板を低温で処理する低温プロセスができなくなる。

【0089】

図１８は、本発明の実施の形態９に係るサセプタについての、プラズマ工程における温度変化を示す図である。冷却装置９０によりサセプタ１５が冷却されるので、ヒータに一定の電流を流し続けても、ヒータの温度を略一定に保つことができる。したがって、プラズマによってサセプタ温度が上がり続けることはない。よって、低温プロセスが可能である。

【0090】

図１９は、サセプタの目標温度を８０℃に設定したときの、プラズマ工程におけるサセプタの温度推移を示す図である。破線は冷却装置９０を使用しない場合の温度推移を示し、実線は冷却装置９０を使用した場合の温度推移を示す。冷却装置９０を設けることで、目標の８０℃を維持できることが分かる。

【0091】

図２０は、サセプタの目標温度を３０度に設定したときの、プラズマ工程におけるサセプタの温度推移を示す図である。破線は冷却装置９０を使用しない場合の温度推移を示し、実線は冷却装置９０を使用した場合の温度推移を示す。冷却装置９０がない場合は、サセプタの温度を３０℃にすることができない。冷却装置９０を設けることで、目標の３０℃を維持できることが分かる。なお、図１９、２０のデータは、ヒータをオフにした状態で得られたものである。

【0092】

このように、冷却装置９０を用いることで、基板温度を例えば８０℃又は３０℃程度の低温にして、プラズマ工程を行うことができる。プラズマ工程における基板温度は膜成長速度又はエッチング速度に大きな影響を及ぼす。図２１は、サセプタの温度を変化させることで、成長レート（Growth Rate Per Cycle）を変化させることができることを示す図である。図２２は、サセプタの温度を変化させることでエッチングレートを変化させることができることを示す図である。本発明の実施の形態９に係るサセプタ１５を利用して基板温度を変更することで、所望の膜成長又はエッチング速度を実現できる。

【0093】

本発明の実施の形態９のサセプタは、その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、溝部１６Ａの数及び形状、並びに冷媒路９１、９２の形状を、プロセスの要求等に応じて、適宜変更することができる。実施の形態９では、第１冷媒路と第２冷媒路を有する冷媒路を２つ設けたが、３つ以上の独立した冷媒路を設けてもよい。その場合、溝部１６Ａの下の部分を略均等に冷やすために、第１冷媒路から第２冷媒路に冷媒が入り込む位置は、溝部１６Ａに沿って略等間隔に設けることが好ましい。

【0094】

実施の形態１０．
図２３は、実施の形態１０に係るサセプタの断面図である。実施の形態９では、冷却装置９０の第２冷媒路９１ｃ、９２ｃを溝１６Ａ’の直下の板状部１６に埋め込んだ。これに対し、実施の形態１０では、冷却装置の第２冷媒路９５ｃは、板状部１６のうち、溝１６Ａ’の直下を挟む位置に埋め込まれている。垂直冷媒路９５ａから第１冷媒路９５ｂに進んだ冷媒は、第２冷媒路９５ｃにより板状部１６の中を２周する。

【0095】

図２４は、本発明の実施の形態１０に係るサセプタの表面温度分布を示す画像である。図２４における矢印は冷媒の流れ方向を示している。まず、垂直冷媒路９５ａを通った冷媒が第１冷媒路９５ｂに達する。そして、冷媒は、第１冷媒路９５ｂを通ることで第１部分１６ａの中央部から第２冷媒路９５ｃに達する。第１冷媒路はＩＮと書かれた破線矢印で示されている。第２冷媒路９５ｃは、平面視で溝の下の部分を２周する。その後、冷媒は、第３冷媒路によって第１部分の中央部に導かれ、垂直冷媒路に至り、外部に排出される。第３冷媒路はＯＵＴと書かれた破線矢印で示されている。なお、２つの垂直冷媒路と第１冷媒路と第３冷媒路では、熱伝達抑制部により冷媒とサセプタが接しないので、冷媒はほとんど温度上昇しない。

【0096】

実施の形態１０の第２冷媒路は、溝に沿って２周分設けられるので、実施の形態９の冷却装置に比べて冷媒路が複雑になるが、溝１６Ａ’の直下の板状部１６における熱伝導を抑制する効果を高めることができる。

【0097】

実施の形態１１．
図２５は、実施の形態１１に係るサセプタの断面図である。板状部１６の溝１６Ａ’の下の部分を冷却する２周分設けられた第２冷媒路９６ｃと、板状部１６の溝１６Ｂ’の下の部分を冷却する２周分設けられた第２冷媒路９６ｃとが設けられている。

【0098】

第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ、第３部分１６ｃの上には、上下面を絶縁膜に挟まれた薄膜発熱体１００が設けられている。薄膜発熱体１００は、薄い絶縁物の上にタングステンなどの薄膜発熱体をプリントし、その上に薄い絶縁物を設けることで作成した。薄膜発熱体１００は、形状の自由度が高く、しかも交換しやすいものである。よって、使用者は柔軟にサセプタの温度を設定できる。

【0099】

実施の形態１２．
図２６は、実施の形態１２に係るサセプタの平面図である。断熱部１９０は、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの間に設けられている。断熱部１９０は、第１部分１６ａ及び第２部分１６ｂよりも熱伝導率の低い部分である。

【0100】

図２７は、図２６のサセプタの２７−２７線に沿った断面図である。断熱部１９０の上面、第１部分１６ａの上面、及び第２部分１６ｂの上面は、１つの平坦な面を形成している。また、断熱部１９０があるので第１部分１６ａと第２部分１６ｂは接しない。

【0101】

図２８は、断熱部１９０の拡大図である。断熱部１９０の材料として、第１部分１６ａ及び第２部分１６ｂよりも熱伝導率が低い材料を採用する。第１部分１６ａと第２部分１６ｂの材料がアルミの場合、断熱部１９０の材料は例えばステンレススチールかチタンである。第１部分１６ａと第２部分１６ｂの材料が窒化アルミの場合、断熱部１９０の材料は例えば石英である。断熱部１９０として、酸化アルミを採用してもよい。

【0102】

断熱部１９０と、第１部分１６ａ及び第２部分１６ｂの熱膨張係数は可能な限り近い値とすることが好ましい。また、板状部１６の強度を確保するために、高い硬度を有する材料で断熱部１９０を形成することが好ましい。

【0103】

断熱部１９０は、板状部１６の上面から下面まで及ぶので、第１部分１６ａと第２部分１６ｂは物理的に分離している。断熱部１９０は、第１部分１６ａと第２部分１６ｂの間の熱伝導を抑制するサーマルバリアとして機能する。また、板状部１６に溝部を形成しないので、溝部がある場合と比べて板状部１６の機械的強度を高めることができる。

【0104】

また、板状部に溝部を設けると溝の直上において基板温度が最低になることが予想される。しかし、断熱部１９０は第１部分１６ａと第２部分１６ｂの間の温度になるので、断熱部１９０の直上の基板温度が低下する問題も防止できる。

【0105】

図２９は、変形例に係るサセプタの一部断面図である。断熱部１９２は第１部分１６ａ及び第２部分１６ｂと同じ材料である。断熱部１９２には複数の空隙１９２ａが設けられている。空隙１９２ａを設けることで、断熱部１９２は第１部分１６ａ及び第２部分１６ｂよりも熱伝導率が低くなっている。

【0106】

例えば窒化アルミを高温で加熱することで、窒化アルミの一部を蒸発及び凝縮させ固体にすれば、制御された空隙１９２ａを形成することができる。サセプタをセラミックで形成する場合は、異なる層の形成前に、予め制御された空隙１９２ａを形成する。いずれにしても、空隙１９２ａは、断熱部１９２に形成されたガスバブルである。

【0107】

図３０は、他の変形例に係るサセプタの一部断面図である。断熱部１９４は第１部分１６ａ及び第２部分１６ｂと同じ材料である。断熱部１９４には複数の空隙１９４ａが設けられている。空隙１９４ａは、機械加工で形成される。具体的には、複数の材料に溝を形成しておき、当該複数の材料を積み重ねて板状部を形成することで空隙１９４ａを設ける。複数の材料は、例えばブレージング又はシンター熱処理により１つに結合させる。なお、ここまでで説明した各実施の形態は適宜に組み合わせて用いてもよい。

【符号の説明】

【0108】

１０ 基板処理装置、 １２ チャンバ、 １４ ＲＦ電極、 １５ サセプタ、 １６ 板状部、 １６ａ 第１部分、 １６Ａ 断熱部、 １６Ａ’ 溝、 １６ｂ 第２部分、 １６Ｂ 外側断熱部、 １６Ｂ’ 溝、 １６Ｇ,１６Ｈ,１６Ｉ,１６Ｊ 外縁側断熱部、 １６ｈ,１６ｉ,１６ｊ,１６ｋ 第３部分、 １８ 滑動シャフト、 ４０ ガス排気部、 ５０ 第１ヒータ、 ５２ 第２ヒータ、 ８０ 第３ヒータ、 １０２ ゲートバルブ、 １０４ ウエハハンドリングチャンバ、 １６０ 第１閉塞部、 １６２ 第２閉塞部、 １６４ 第３閉塞部、 ２００,２０２ 冷却部材、 ２１０ 冷却装置

【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17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】