特開 2023-116294 基板載置台、基板処理装置及びサセプタの加熱方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116294

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】基板載置台、基板処理装置及びサセプタの加熱方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20230815BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230815BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/205

C23C16/44 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019023

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】波多野 達夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 直樹

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K030AA03

4K030AA04

4K030AA09

4K030AA18

4K030BA37

4K030CA12

4K030FA04

4K030GA02

4K030GA06

4K030KA05

4K030KA14

4K030KA30

4K030KA34

5F045AA03

5F045AA08

5F045AB06

5F045AC15

5F045AC16

5F045AC17

5F045AD18

5F045DP03

5F045DP28

5F045EH16

5F045EH20

5F045EJ09

5F045EM01

5F045EM10

5F045GB06

5F131AA02

5F131BA01

5F131CA12

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA03

5F131EA04

5F131EA24

5F131EB81

5F131JA33

(57)【要約】

【課題】生成物のチャンバ壁への付着を抑制する基板載置台、基板処理装置及びサセプタの加熱方法を提供する。
【解決手段】基板を載置するサセプタと、前記サセプタの裏面側に内部空間を形成して前記サセプタを支持する支持体と、前記内部空間に設けられる下部電極と、前記下部電極に電力を供給する電源と、前記内部空間にプラズマを生成するガスを供給するプラズマ生成ガス供給部と、を備える、基板載置台。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を載置するサセプタと、
前記サセプタの裏面側に内部空間を形成して前記サセプタを支持する支持体と、
前記内部空間に設けられる下部電極と、
前記下部電極に電力を供給する電源と、
前記内部空間にプラズマを生成するガスを供給するプラズマ生成ガス供給部と、を備える、
基板載置台。

【請求項2】

前記下部電極は、マグネットを有する、
請求項１に記載の基板載置台。

【請求項3】

前記下部電極は、前記マグネットを保持するヨークを有する、
請求項２に記載の基板載置台。

【請求項4】

前記下部電極を昇降する昇降駆動部を有する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板載置台。

【請求項5】

前記サセプタを回転させる回転駆動部を有する、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板載置台。

【請求項6】

前記下部電極に冷却水を供給する冷却水供給部を有する、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板載置台。

【請求項7】

前記サセプタの温度を検出する温度検出部を有する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台。

【請求項8】

前記プラズマ生成ガス供給部は、Ｈｅ、Ｈ_２のうち少なくとも一方を含むガスを前記内部空間に供給する、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の基板載置台を備える、
基板処理装置。

【請求項10】

基板を載置するサセプタと、前記サセプタの裏面側に内部空間を形成して前記サセプタを支持する支持体と、前記内部空間に設けられる下部電極と、前記下部電極に電力を供給する電源と、前記内部空間にプラズマを生成するガスを供給するプラズマ生成ガス供給部と、を備える、基板載置台におけるサセプタの加熱方法であって、
前記内部空間にプラズマを生成して、前記サセプタを加熱する、
サセプタの加熱方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板載置台、基板処理装置及びサセプタの加熱方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、被処理基板にＳｉＣ膜を形成する成膜装置であって、誘導加熱により加熱されるサセプタと、サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、サセプタの内部空間に対し側方から処理ガスを供給するガス供給機構と、を有する成膜装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１２６８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の一態様は、生成物のチャンバ壁への付着を抑制する基板載置台、基板処理装置及びサセプタの加熱方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る基板載置台は、基板を載置するサセプタと、前記サセプタの裏面側に内部空間を形成して前記サセプタを支持する支持体と、前記内部空間に設けられる下部電極と、前記下部電極に電力を供給する電源と、前記内部空間にプラズマを生成するガスを供給するプラズマ生成ガス供給部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、生成物のチャンバ壁への付着を抑制する基板載置台、基板処理装置及びサセプタの加熱方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る基板処理装置の一例の構成を示す断面図。

【図2】成膜プロセスにおける基板処理装置の一例の構成を示す断面図。

【図3】成膜プロセスにおける基板処理装置の制御の一例を示すタイムチャート。

【図4】クリーニングプロセスにおける基板処理装置の一例の構成を示す断面図。

【図5】クリーニングプロセスにおける基板処理装置の制御の一例を示すタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

＜基板処理装置１＞
一実施形態に係る基板処理装置１の一例について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る基板処理装置１の一例の構成を示す断面図である。なお、基板処理装置１は、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置であって、ウエハ（基板）ＷにＳｉＣ膜を成膜する成膜装置であるものとして説明する。

【0010】

チャンバ１０は、アルミニウム等の金属により構成され、有底の略円筒状を有している。チャンバ１０は、処理空間１０Ｓを形成し、処理空間１０Ｓ内にウエハＷを収容する。チャンバ１０の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口が形成されている。搬入出口は、ゲートバルブ１１により開閉される。

【0011】

ガス供給部１２は、処理空間１０Ｓに処理ガスまたはクリーニングガスを供給する。処理ガスは、ウエハＷにＳｉＣ膜を成膜する際に用いられるガスであり、例えば、Ｈ_２、ＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_２Ｈ_２、Ｎ_２、ＨＣｌ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ等の混合ガスを用いることができる。クリーニングガスは、サセプタ２１等に付着した生成物をクリーニングする際に用いられるガスであり、例えば、ＮＦ_３、ＣｌＦ_３、Ｆ_２、ＨＦ、Ｃｌ_２等の混合ガスを用いることができる。

【0012】

チャンバ１０の底面には、ガス排気部１３が設けられている。ガス排気部１３には、排気ポンプ１４が接続される。

【0013】

また、基板処理装置１は、基板載置台を有する。基板載置台は、サセプタ２１、断熱材２２、回転支持体２３、回転駆動部２４、下部電極３１、固定支持体３４、昇降駆動部３５、電源３６、冷却水供給部３８、プラズマ生成ガス供給部４０等を含む。

【0014】

チャンバ１０内には、ウエハＷを水平に載置するサセプタ２１が設けられている。サセプタ２１は、カーボンで形成される。サセプタ２１は、後述するプラズマ１００によって加熱され、サセプタ２１からウエハＷに伝熱することにより、ウエハＷを所望の成膜温度（例えば、１５００℃）に加熱する。

【0015】

サセプタ２１は、断熱材２２を介して、回転支持体２３に支持される。断熱材２２は、サセプタ２１と回転支持体２３との伝熱を抑制する。回転支持体２３は、筐体部２３ａと、筒部２３ｂと、を有する。筐体部２３ａは、チャンバ１０内に配置され、有底の略円筒状を有している。筐体部２３ａの上方は、サセプタ２１によって閉塞され、内部空間２３Ｓが形成される。筒部２３ｂは、筐体部２３ａの下方に形成され、チャンバ１０の底面を貫通する。チャンバ１０の底面と筒部２３ｂとの間には磁性流体シール１５が設けられる。これにより、回転支持体２３は、回転可能に支持され、処理空間１０Ｓ内が気密に保たれる。

【0016】

筒部２３ｂは、チャンバ１０の下方に設けられた回転駆動部２４に接続されている。回転駆動部２４は、例えばＤＤ（ダイレクトドライブ）モータで構成される。回転駆動部２４は、回転方向２４ａに示すように筒部２３ｂを回転させることにより、回転方向２４ｂに示すようにサセプタ２１を回転させる機能を有している。これにより、回転駆動部２４は、サセプタ２１の載置面に対し垂直な方向を回転軸として、サセプタ２１及びサセプタ２１に載置されたウエハＷを回転させることができる。

【0017】

温度検出部２５は、サセプタ２１の温度を検出する。

【0018】

内部空間２３Ｓ内には、複数の下部電極３１が設けられている。下部電極３１は、例えばＳＵＳ（ステンレス）等の非磁性体材料によって形成される。下部電極３１の内部には、永久磁石３２及びヨーク３３が設けられている。永久磁石３２は、磁場を形成する。後述するプラズマ１００を生成する際、電子が永久磁石３２の磁場に捕獲され、低パワーでプラズマを維持することができる。また、永久磁石３２を設けることにより、プラズマ１００を生成する領域を制御することができる。ヨーク３３は、例えば軟鉄等の磁性体材料によって形成され、永久磁石３２の側方及び下方を覆うように配置される。これにより、永久磁石３２の磁気回路３２ａを上方に集中させる。

【0019】

下部電極３１は、昇降駆動部３５を介して、固定支持体３４に支持される。固定支持体３４は、板部３４ａと、軸部３４ｂと、を有する。板部３４ａは、回転支持体２３の内部空間２３Ｓ内に配置され、略円板状を有している。軸部３４ｂは、板部３４ａの下方に形成され、回転支持体２３の筒部２３ｂを貫通する。回転支持体２３の筒部２３ｂ内周面と固定支持体３４の軸部３４ｂの外周面との間には磁性流体シール１６が設けられる。これにより、固定支持体３４は固定され、回転支持体２３は回転可能に支持され、内部空間２３Ｓ内が気密に保たれる。

【0020】

昇降駆動部３５は、下方が固定支持体３４の板部３４ａに固定され、上方に下部電極３１を支持する。昇降駆動部３５は、例えば、ボールねじ及びモータで構成される回転直動機構と、回転直動機構を収容する伸縮可能なジャバラで構成される。昇降駆動部３５は、昇降方向３５ａに示すように、下部電極３１を昇降させる機能を有している。なお、昇降駆動部３５は、複数の下部電極３１に対して個別に設けられ、下部電極３１を独立して昇降可能に構成されていてもよく、複数の下部電極３１を一体として昇降可能に構成されていてもよい。

【0021】

電源３６は、給電ライン３７を介して、下部電極３１に電力を供給する。電源３６は、パルスＤＣ電源であってもよく、ＲＦ電源であってもよい。下部電極３１に電力を供給することにより、プラズマ１００を生成する。

【0022】

冷却水供給部３８は、給水ライン３９を介して、下部電極３１に設けられた流路（図示せず）に冷却水を供給する。下部電極３１に設けられた流路から排出された冷却水は、排出ライン（図示せず）を介して冷却水供給部３８に循環する。これにより、プラズマ１００から入熱した下部電極３１、永久磁石３２及びヨーク３３を冷却する。

【0023】

プラズマ生成ガス供給部４０は、ガスライン４１を介して、回転支持体２３の内部空間２３Ｓにプラズマを生成するためのプラズマ生成ガスを供給する。また、ガスライン４１には、内部空間２３Ｓ供給されるガスの圧力を検出する圧力検出部４２が設けられている。また、ガスライン４１には、内部空間２３Ｓからガスを排気するための排気ポンプ４３が設けられている。プラズマ生成ガスは、内部空間２３Ｓにプラズマを生成してサセプタ２１を加熱する際に用いられるガスであり、例えば、Ｈ_２、Ｈｅ等の分子量の小さいガスを用いることができる。換言すれば、Ａｒガスのプラズマを生成してカーボンのサセプタ２１をスパッタした際のスパッタ収率と比較して、カーボンのサセプタ２１をスパッタした際のスパッタ収率が１桁以上低いプラズマ生成ガスを用いることができる。なお、プラズマ生成ガスは、Ｈ_２、Ｈｅ等のスパッタ収率の低いガスに、Ａｒ等を添加した混合ガスを用いてもよい。即ち、プラズマ生成ガスは、Ｈｅ、Ｈ_２のうち少なくとも一方を含むガスを用いることができる。

【0024】

制御部５０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置１の動作を制御する。制御部５０は、基板処理装置１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部５０が基板処理装置１の外部に設けられている場合、制御部５０は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置１を制御できる。

【0025】

＜成膜プロセス＞
次に、成膜プロセスにおける基板処理装置１の一例について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、成膜プロセスにおける基板処理装置１の一例の構成を示す断面図である。図３は、成膜プロセスにおける基板処理装置１の制御の一例を示すタイムチャートである。

【0026】

図２及び図３に示すように、制御部５０は、昇降駆動部３５を制御して下部電極３１を下方位置（down）に配置する。また、処理空間１０Ｓは、排気ポンプ１４によって排気され、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、内部空間２３Ｓは、排気ポンプ４３によって排気され、所定の真空雰囲気に減圧されている。

【0027】

制御部５０は、ゲートバルブ１１を開け、搬入出口を開放する。基板搬送装置（図示せず）は、搬入出口からウエハＷを搬送し、サセプタ２１に載置する。基板搬送装置が搬入出口から退避すると、制御部５０は、ゲートバルブ１１を閉じる。

【0028】

次に、制御部５０は、回転駆動部２４を制御してサセプタ２１を回転させる。

【0029】

次に、制御部５０は、プラズマ生成ガス供給部４０を制御してプラズマ生成ガスを内部空間２３Ｓに供給し、電源３６を制御して下部電極３１に電力を供給する。ここで、永久磁石３２を有する下部電極３１が図２に示す下方位置に配置されていることにより、サセプタ２１の裏面側にプラズマ１００を生成する。生成されたプラズマ１００によって、サセプタ２１が局所的に加熱される。また、プラズマ生成ガスとして、スパッタ収率の低いガス（Ｈ_２、Ｈｅ等）を用いることにより、サセプタ２１へのダメージを抑制することができる。また、固定支持体３４に支持される下部電極３１が固定された状態で回転支持体２３に支持されるサセプタ２１が回転することにより、サセプタ２１が径方向に均等に加熱される。

【0030】

次に、制御部５０は、ガス供給部１２を制御して処理ガスを処理空間１０Ｓに供給する。これにより、サセプタ２１によって加熱されたウエハＷにＳｉＣ膜が成膜される。ここで、サセプタ２１が回転することにより、ウエハＷの周方向に均等に成膜することができる。また、サセプタ２１及びウエハＷが加熱され、チャンバ１０の壁面が加熱されることを抑制する。これにより、チャンバ１０の壁面に生成物が付着することを抑制することができる。

【0031】

成膜処理が終了すると、制御部５０は、ガス供給部１２のガス供給を停止させ、プラズマ生成ガス供給部４０のガス供給を停止させ、電源３６の電力供給を停止させ、回転駆動部２４を停止させる。そして、制御部５０は、ゲートバルブ１１を開け、搬入出口を開放する。基板搬送装置（図示せず）は、搬入出口からウエハＷを搬出する。基板搬送装置が搬入出口から退避すると、制御部５０は、ゲートバルブ１１を閉じる。

【0032】

＜クリーニングプロセス＞
次に、クリーニングプロセスにおける基板処理装置１の一例について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、クリーニングプロセスにおける基板処理装置１の一例の構成を示す断面図である。図５は、クリーニングプロセスにおける基板処理装置１の制御の一例を示すタイムチャートである。

【0033】

図４及び図５に示すように、制御部５０は、昇降駆動部３５を制御して下部電極３１を上方位置（up）に配置する。また、処理空間１０Ｓは、排気ポンプ１４によって排気され、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、内部空間２３Ｓは、排気ポンプ４３によって排気され、所定の真空雰囲気に減圧されている。

【0034】

次に、制御部５０は、回転駆動部２４を制御してサセプタ２１を回転させる。

【0035】

次に、制御部５０は、ガス供給部１２を制御してプラズマ生成ガスを処理空間１０Ｓに供給し、電源３６を制御して下部電極３１に電力を供給する。ここで、永久磁石３２を有する下部電極３１が図４に示す上方位置に配置されていることにより、サセプタ２１の表面側にプラズマ１００を生成する。生成されたプラズマ１００によって、サセプタ２１が局所的に加熱される。また、プラズマ生成ガスとして、スパッタ収率の低いガス（Ｈ_２、Ｈｅ等）を用いることにより、サセプタ２１へのダメージを抑制することができる。また、固定支持体３４に支持される下部電極３１が固定された状態で回転支持体２３に支持されるサセプタ２１が回転することにより、サセプタ２１が径方向に均等に加熱される。

【0036】

次に、制御部５０は、ガス供給部１２を制御してクリーニングガスを処理空間１０Ｓに供給し、電源３６を制御して下部電極３１に電力を供給する。ここで、永久磁石３２を有する下部電極３１が図４に示す上方位置に配置されていることにより、サセプタ２１の表面側にＮＦ_３等のハロゲンを含むクリーニングガスのプラズマ１００を生成する。これにより、サセプタ２１に付着した生成物が除去される。また、サセプタ２１が回転することにより、サセプタ２１の周方向全体にわたってクリーニングすることができる。

【0037】

クリーニング処理が終了すると、制御部５０は、ガス供給部１２のガス供給を停止させ、電源３６の電力供給を停止させ、回転駆動部２４を停止させる。

【0038】

なお、基板処理装置１の動作の一例として、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、下部電極３１の一方を上方位置とし、他方を下方位置となるように制御してもよい。

【0039】

以上、基板処理装置１について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

【符号の説明】

【0040】

Ｗ ウエハ
１ 基板処理装置
１０ チャンバ
１０Ｓ 処理空間
１１ ゲートバルブ
１２ ガス供給部
１３ ガス排気部
１４ 排気ポンプ
１５ 磁性流体シール
１６ 磁性流体シール
２１ サセプタ
２２ 断熱材
２３ 回転支持体（支持体）
２３ａ 筐体部
２３ｂ 筒部
２３Ｓ 内部空間
２４ 回転駆動部
２４ａ，２４ｂ 回転方向
２５ 温度検出部
３１ 下部電極
３２ 永久磁石
３２ａ 磁気回路
３３ ヨーク
３４ 固定支持体
３４ａ 板部
３４ｂ 軸部
３５ 昇降駆動部
３５ａ 昇降方向
３６ 電源
３７ 給電ライン
３８ 冷却水供給部
３９ 給水ライン
４０ プラズマ生成ガス供給部
４１ ガスライン
４２ 圧力検出部
４３ 排気ポンプ
５０ 制御部
１００ プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】