JP2010016033A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理装置の処理室のドライクリーニングを行った場合の、サセプタの変形に伴う成膜膜厚の均一性の変動を抑制し、成膜膜厚の均一性、再現性を向上させる方法を提供する。
【解決手段】処理室４６と、サセプタ５６と、成膜ガス供給ライン５８と、フッ素系ガスを供給するフッ素系ガス供給ライン１０２，１０３と、フッ素系ガスをプラズマにより活性化する活性化機構１０１と、該活性化機構でプラズマにより活性化したフッ素系ガスを前記処理室内に供給する活性化ガス供給ライン５８と、前記基板に成膜ガスを供給して成膜する処理を少なくとも１回以上行った後、前記処理室内にダミー基板を搬入し、前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する処理を複数回繰返し、再び前記処理室内に前記基板を搬入し成膜する処理を少なくとも１回以上行う様制御する制御部４１とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成等の処理を実行して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。

半導体装置を製造する工程の１つとして基板の表面に薄膜を成膜する成膜工程があり、又薄膜は例えばＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により成膜処理される。

ＣＶＤ法により処理ガスを用いて成膜処理する基板処理装置では、基板を収納する処理室を有し、該処理室に処理ガスを供給し、処理ガスにより成膜処理がなされる。処理室内では基板は載置台であるサセプタに載置され、該サセプタに内蔵されたヒータによって成膜処理に必要な温度に加熱される。

成膜処理を行った場合、基板表面だけでなく、処理室に臨接する面、例えば処理室の内壁面、サセプタの露出面等にも反応生成物が付着堆積する。堆積した反応生成物は剥離浮遊した場合、パーティクルとなって基板を汚染するので、処理室は定期的に、或は所要稼働時間毎に洗浄し、反応生成物を除去する必要がある。

処理室の洗浄方法の１つに一般的に用いられているドライクリーニングがある。ドライクリーニングには、サーマルエッチングによるドライクリーニングとプラズマエッチングによるドライクリーニングがある。

プラズマエッチングによるドライクリーニングは、腐食性ガスをプラズマにより活性化させ、プラズマを主エネルギ源として反応生成物をエッチング除去して、排気ガスと共に処理室外に排出するものである。

又、ドライクリーニングを行う場合、クリーニングガスとしては例えばＮＦ3 が用いられ、ＮＦ3 ガスによるエッチングで除去量が生成物の堆積量に適切となる様にクリーニング時間等が管理されているが、堆積した生成物を充分に除去する為には、反応室壁面、サセプタ自体も又エッチングされることは避けられない。

特に、サセプタがエッチングされた場合、サセプタの外形形状が変形し、サセプタ形状の変化に起因した成膜膜厚の均一性に変動を生じさせるという問題があった。

図６（Ａ）〜（Ｃ）は、成膜時でのサセプタに対する成膜、クリーニング時のエッチングの状態を示している。

図６中、ａはサセプタ、ｂはウェーハ、ｃは成膜ガスの流れ、ｄは堆積した反応生成物、ｅはダミーウェーハ、ｆはクリーニングガスの流れを示している。

図６（Ａ）に示される様に、成膜処理時にはウェーハｂ以外の場所、サセプタａの露出部分に反応生成物ｄが堆積する。又、成膜ガスｃはウェーハｂ周辺部の裏面にも回込み、サセプタａのウェーハｂ周辺部に対向する部分にも反応生成物が堆積する。

図６（Ｂ）はドライクリーニング時を示しており、サセプタａにはダミーウェーハｅが載置された状態でドライクリーニングが実施される。クリーニングガスｆの流れは成膜ガスｃの流れと同様であり、反応生成物ｄはエッチングされて除去され、排気ガスと共に排出される。ところが、ダミーウェーハｅ周辺部の裏面に回込むクリーニングガスｆの流れは少ないので、周辺部に堆積した反応生成物ｄがエッチングされないで反応物残渣ｇとして残ってしまう傾向にある。

反応物残渣ｇ迄除去しようとすると、サセプタａ自体をエッチングする状態となり、図６（Ｃ）に示す様にサセプタａのダミーウェーハｅ周辺部にオーバエッチング部ｈを生じてしまいサセプタａの外形形状が変化する。上述した様に、サセプタａの形状変化は、成膜膜厚の均一性に変動を生じさせる。

尚、ドライクリーニングが実施される半導体製造方法としては、特許文献１に示されるものがある。

特開２００４−１５８８１１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、基板処理装置の処理室のドライクリーニングを行った場合の、サセプタの変形に伴う成膜膜厚の均一性の変動を抑制し、成膜膜厚の均一性、再現性を向上させる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供するものである。

本発明は、処理室内に製品基板を搬入し、サセプタ上に載置して前記製品基板に対して成膜する工程を少なくとも１回以上行う工程と、成膜後の前記処理室内をクリーニングする工程と、該クリーニング工程後に再び前記処理室内に製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜する工程を少なくとも１回以上行う工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記クリーニング工程では、前記処理室内にダミー基板を搬入して前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する工程を複数回繰返すことで、前記クリーニング工程後の成膜に於ける基板面内膜厚均一性が前記クリーニング工程前の成膜に於ける基板面内膜厚均一性と同等となる様にする半導体装置の製造方法に係るものである。

又本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室内で基板を支持するサセプタと、前記処理室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給ラインと、前記処理室内にフッ素系ガスを供給するフッ素系ガス供給ラインと、フッ素系ガスをプラズマにより活性化する活性化機構と、該活性化機構でプラズマにより活性化したフッ素系ガスを前記処理室内に供給する活性化ガス供給ラインと、前記処理室内に製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜ガスを供給して成膜する処理を少なくとも１回以上行った後、前記処理室内にダミー基板を搬入し、前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する処理を複数回繰返し、その後、再び前記処理室内に前記製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜する処理を少なくとも１回以上行う様制御する制御部とを具備する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、処理室内に製品基板を搬入し、サセプタ上に載置して前記製品基板に対して成膜する工程を少なくとも１回以上行う工程と、成膜後の前記処理室内をクリーニングする工程と、該クリーニング工程後に再び前記処理室内に製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜する工程を少なくとも１回以上行う工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記クリーニング工程では、前記処理室内にダミー基板を搬入して前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する工程を複数回繰返すことで、前記クリーニング工程後の成膜に於ける基板面内膜厚均一性が前記クリーニング工程前の成膜に於ける基板面内膜厚均一性と同等となる様にするので、クリーニング工程を含む基板処理に於ける成膜品質の向上が図れる。

又本発明によれば、基板を処理する処理室と、該処理室内で基板を支持するサセプタと、前記処理室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給ラインと、前記処理室内にフッ素系ガスを供給するフッ素系ガス供給ラインと、フッ素系ガスをプラズマにより活性化する活性化機構と、該活性化機構でプラズマにより活性化したフッ素系ガスを前記処理室内に供給する活性化ガス供給ラインと、前記処理室内に製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜ガスを供給して成膜する処理を少なくとも１回以上行った後、前記処理室内にダミー基板を搬入し、前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する処理を複数回繰返し、その後、再び前記処理室内に前記製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜する処理を少なくとも１回以上行う様制御する制御部とを具備するので、クリーニング工程を含む基板処理に於ける成膜品質の向上が図れるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１、図２により本発明が実施される基板処理装置について説明する。

尚、本発明が適用される基板処理装置に於いては、ウェーハ等の基板を搬送するキャリヤとして、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ）（以下、ポッドと称す）が使用されている。又、以下の説明に於いて、前後左右は図１を基準とし、図１中で、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

図１及び図２に示されている様に、基板処理装置は真空状態等の大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成された第１搬送室１を備えており、該第１搬送室１の筐体２は平面視が６角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。前記第１搬送室１には負圧下でウェーハ３を移載する第１ウェーハ移載機４が設置されている。該第１ウェーハ移載機４は、エレベータ５によって、前記第１搬送室１の気密性を維持しつつ昇降できる様に構成されている。

前記筐体２の６枚の側壁の内前側に位置する２枚の側壁には、搬入用の予備室６と搬出用の予備室７とがそれぞれゲートバルブ８，９を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。更に、前記予備室６には搬入室用の基板置き台１１が設置され、前記予備室７には搬出室用の基板置き台１２が設置されている。

前記予備室６及び前記予備室７の前側には、略大気圧下で用いられる第２搬送室１３がゲートバルブ１４，１５を介して連結されている。前記第２搬送室１３にはウェーハ３を移載する第２ウェーハ移載機１７が設置されている。該第２ウェーハ移載機１７は前記第２搬送室１３に設置されたエレベータ１８によって昇降される様に構成されていると共に、リニアアクチュエータ１９によって左右方向に往復移動される様に構成されている。

前記第２搬送室１３の内部左側にはノッチ又はオリフラ合せによりウェーハの姿勢を整える姿勢合せ装置２１が設置されている。又、図２に示されている様に、前記第２搬送室１３の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット２２が設置されている。

前記第２搬送室１３の筐体２３の前側には、ウェーハ３を前記第２搬送室１３に対して搬入搬出する為のウェーハ搬入搬出口２４が設けられ、該ウェーハ搬入搬出口２４に臨接してポッドオープナ２５が設置されている。

前記ウェーハ搬入搬出口２４を挾んで前記ポッドオープナ２５と反対側、即ち前記筐体２３の外側にはＩＯステージ２６が設置されている。前記ポッドオープナ２５は、ポッド２７のキャップ２８を開閉すると共に前記ウェーハ搬入搬出口２４を閉塞可能なクロージャ２９と、該クロージャ２９を駆動する駆動機構３１とを備えており、前記ＩＯステージ２６に載置された前記ポッド２７の前記キャップ２８を開閉することにより、前記ポッド２７に対するウェーハ３の出入れを可能にする。又、前記ポッド２７は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ２６に対して、供給及び排出される様になっている。

前記筐体２の６枚の側壁の内後側（背面側）に位置する２枚の側壁には、ウェーハ３に所望の処理を行う第１処理炉３２と、第２処理炉３３とがゲートバルブ３４，３５を介してそれぞれ隣接して連結されている。前記第１処理炉３２及び前記第２処理炉３３はいずれもコールドウォール式の処理炉によって構成されている。

前記筐体２に於ける６枚の側壁の内残りの互いに対向する２枚の側壁には、第１クーリングユニット３６と、第２クーリングユニット３７とがそれぞれ連結されており、前記第１クーリングユニット３６及び前記第２クーリングユニット３７はいずれも処理済みのウェーハ３を冷却する様に構成されている。

以下、上記構成の基板処理装置による処理工程を説明する。

未処理のウェーハ３は２５枚がポッド２７に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送される。搬送されたポッド２７は前記ＩＯステージ２６の上に工程内搬送装置から受渡されて載置される。前記ポッド２７のキャップ２８が前記ポッドオープナ２５によって取外され、ポッド２７のウェーハ出入れ口が開放される。

ポッド２７が前記ポッドオープナ２５により開放されると、前記第２ウェーハ移載機１７は、前記ポッド２７からウェーハ３をピックアップして前記予備室６に搬入し、ウェーハ３を前記基板置き台１１に移載する。この移載作業中には、前記予備室６の前記ゲートバルブ８は閉じられており、前記第１搬送室１内の負圧は維持されている。ポッド２７に収納された所定枚数、例えば２５枚のウェーハ３の前記基板置き台１１への移載が完了すると、前記ゲートバルブ１４が閉じられ、前記予備室６内が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。

前記予備室６内が予め設定された圧力値となると、前記ゲートバルブ８が開かれ、前記予備室６と前記第１搬送室１とが連通される。続いて、前記第１ウェーハ移載機４は前記基板置き台１１からウェーハ３をピックアップして前記第１搬送室１に搬入する。

前記ゲートバルブ８が閉じられた後、前記ゲートバルブ３４が開かれ、前記第１搬送室１と前記第１処理炉３２とが連通される。続いて前記第１ウェーハ移載機４は、ウェーハ３を前記第１搬送室１から前記第１処理炉３２に搬入して、該第１処理炉３２内の支持具に移載する。前記ゲートバルブ３４が閉じられた後、前記第１処理炉３２内に処理ガスが供給され、ウェーハ３に所望の処理が施される。

前記第１処理炉３２でウェーハ３に対する処理が完了すると、前記ゲートバルブ３４が開かれ、処理済みのウェーハ３は前記第１ウェーハ移載機４によって前記第１搬送室１に搬出される。搬出後、前記ゲートバルブ３４は閉じられる。

前記第１ウェーハ移載機４は前記第１処理炉３２から搬出したウェーハ３を前記第１クーリングユニット３６へ搬送し、処理済みのウェーハ３が冷却される。

前記第１クーリングユニット３６に処理済みウェーハ３を搬送すると、前記第１ウェーハ移載機４は前記基板置き台１１に予め準備されたウェーハ３を前述した作動と同様に、前記第１処理炉３２に搬送し、前記第１処理炉３２内でウェーハ３に所望の処理が施される。

前記第１クーリングユニット３６に於いて予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウェーハ３は前記第１ウェーハ移載機４によって前記第１クーリングユニット３６から前記第１搬送室１に搬出される。

冷却済みのウェーハ３が前記第１クーリングユニット３６から前記第１搬送室１に搬出された後、前記ゲートバルブ９が開かれる。前記第１ウェーハ移載機４は前記第１クーリングユニット３６から搬出したウェーハ３を前記予備室７へ搬送し、前記基板置き台１２に移載した後、前記予備室７はゲートバルブ９によって閉じられる。

以上の作動が繰返されることにより、前記予備室６内に搬入された所定枚数、例えば２５枚のウェーハ３が順次処理されていく。

前記予備室６内に搬入された全てのウェーハ３に対する処理が終了し、全ての処理済みウェーハ３が前記予備室７に収納され、該予備室７が前記ゲートバルブ９によって閉じられると、前記予備室７内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室７内が略大気圧に戻されると、前記ゲートバルブ１５が開かれ、前記ＩＯステージ２６に載置された空のポッド２７のキャップ２８が前記ポッドオープナ２５によって開かれる。

続いて、前記第２ウェーハ移載機１７は前記基板置き台１２からウェーハ３をピックアップして前記第２搬送室１３に搬出し、前記ウェーハ搬入搬出口２４を通してポッド２７に収納していく。２５枚の処理済みウェーハ３のポッド２７への収納が完了すると、ポッド２７のキャップ２８が前記ポッドオープナ２５によって閉じられる。閉じられたポッド２７は前記ＩＯステージ２６の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されていく。

以上の作動は前記第１処理炉３２及び前記第１クーリングユニット３６が使用される場合を例にして説明したが、前記第２処理炉３３及び前記第２クーリングユニット３７が使用される場合についても同様の作動が実施される。又、上述の基板処理装置では、予備室６を搬入用、予備室７を搬出用としたが、予備室７を搬入用、予備室６を搬出用としてもよい。

又、前記第１処理炉３２と前記第２処理炉３３は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第１処理炉３２と第２処理炉３３で別の処理を行う場合、例えば第１処理炉３２でウェーハ３にある処理を行った後、続けて第２処理炉３３で別の処理を行わせてもよい。又、第１処理炉３２でウェーハ３にある処理を行った後、第２処理炉３３で別の処理を行わせる場合、第１クーリングユニット３６又は第２クーリングユニット３７を経由する様にしてもよい。

次に、前記第１処理炉３２、前記第２処理炉３３及び該処理炉３２，３３に於ける成膜処理等の処理作用について説明する。尚、前記第１処理炉３２と前記第２処理炉３３とは同一構造であるので、以下は前記第１処理炉３２と第２処理炉３３を総称して処理炉４０として図３を参照して説明する。

前記基板処理装置は主制御部４１を備え、該主制御部４１により前記処理炉４０及び該処理炉４０を構成する各部の動作等が制御される。

又、前記主制御部４１は、該主制御部４１に支配されるガス制御部４２、駆動制御部４３、加熱制御部４４、温度検出部４５等を具備している。

前記処理炉４０は、枚葉式ＣＶＤ炉（コールドウォール方式）として構成されており、被処理基板としてのウェーハ（半導体ウェーハ）３を処理する処理室４６を形成するチャンバ４７を備えている。該チャンバ４７はチャンバ蓋４８とチャンバ本体４９とチャンバ底５１とが組合されて、上下の端面がいずれも気密に閉塞した円筒形状に形成されている。

前記チャンバ本体４９の円筒壁の中間部には前記ゲートバルブ３４によって開閉されるウェーハ搬入搬出口５２が水平方向に横長に穿設されており、前記第１ウェーハ移載機４により前記ウェーハ搬入搬出口５２を通して被処理基板であるウェーハ３を前記処理室４６に搬入搬出し得る様になっている。即ち、ウェーハ３は前記第１ウェーハ移載機４によって下から機械的に支持された状態で、前記ウェーハ搬入搬出口５２より前記処理室４６に対して搬入搬出される様になっている。

前記ウェーハ搬入搬出口５２と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続された排気口５３が前記処理室４６に連通する様に穿設されており、該処理室４６内は排気装置によって排気される様になっている。

又、前記チャンバ本体４９の上部には前記排気口５３に連通する排気バッファ空間５４が円環状に形成され、カバープレート５５と共にウェーハ３の略全面に対し、均一に排気が行われる様に作用している。

尚、前記カバープレート５５は、ウェーハ３のエッジ部を非接触で覆う様にサセプタ（基板保持手段）５６の上方周辺部に設けられ、ウェーハ３のエッジ部に成膜されるＣＶＤ膜を制御する為に用いられる。尚、前記サセプタ５６の材質としては、カーボン、グラファイト、カーボンの表面、内部にガラス状炭素を被覆、含浸させたガラス状炭素被覆黒鉛材料（ＧＣコート）、カーボンの表面、内部にガラス状炭素を高度に被覆、含浸させたＧＣ高含浸黒鉛材料（ＶＧＩ）等が用いられる。

前記チャンバ蓋４８には処理ガスを供給するシャワーヘッド５７が一体的に組込まれ、該シャワーヘッド５７には成膜ガス供給ラインが接続される。即ち、前記チャンバ蓋４８の天井にはガス供給管５８が挿入されており、該ガス供給管５８には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガスを導入する為の開閉バルブ５９、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）６１から成るガス供給装置が接続されている。

前記チャンバ蓋４８の下面には円板形状に形成されたシャワープレート６２が前記ガス供給管５８から間隔をおいて水平に固定されており、前記チャンバ蓋４８の内側面と前記シャワープレート６２の上面との間にバッファ室６３が画成される。前記シャワープレート６２には複数個のガス吹出口６４が全面に亘って均一に穿設され、該ガス吹出口６４は前記バッファ室６３と前記処理室４６とを連通する。

前記ガス供給管５８より処理ガス６５が前記バッファ室６３に導入され、導入された処理ガス６５は前記ガス吹出口６４により前記処理室４６に全体的に均等に拡散され、前記ガス吹出口６４から均等にシャワー状に吹出させる様になっている。

又、前記ガス供給管５８にはガスをプラズマにより活性化する活性化機構であるリモートプラズマユニット１０１が接続され、該リモートプラズマユニット１０１の上流側には開閉バルブ１０２、ＭＦＣ１０３を介してフッ素系のクリーニングガス、例えばＮＦ3 、ＣｌＦ3 、或はプラズマ発生用のガス、例えばＡｒを供給するクリーニングガス供給源（図示せず）が接続されている。前記ガス供給管５８、前記リモートプラズマユニット１０１、前記開閉バルブ１０２、前記ＭＦＣ１０３等は活性化ガス供給ラインを構成する。

前記リモートプラズマユニット１０１は、プラズマによりクリーニングガスを活性化させ前記シャワーヘッド５７を介して前記処理室４６に供給し、クリーニング工程では堆積した反応生成物をエッチング除去する。

又、前記チャンバ本体４９の側壁内面に開口する不活性ガス導入管１０４が接続され、該不活性ガス導入管１０４は開閉バルブ１０５、ＭＦＣ１０６を介して不活性ガス、例えば窒素ガスを供給する不活性ガス供給源（図示せず）に接続されている。尚、不活性ガスとして、上記したパージガスの一部が導入される様にしてもよい。

前記不活性ガス導入管１０４が開口する位置は、後述する回転体７８が上昇した位置、即ち基板処理状態の位置で該回転体７８の周面に対峙した位置であり、又前記不活性ガス導入管１０４は円周に沿って複数箇所開口することが好ましい。

前記チャンバ底５１の中心には挿通孔６６が円形に穿設され、該挿通孔６６には中空な支持軸６７が下方から挿通されている。該支持軸６７はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構（昇降手段）６８によって昇降される様になっている。

前記支持軸６７の上端には加熱装置（加熱手段）としての加熱ユニット６９が同心に配されて水平に固定されており、該加熱ユニット６９は前記支持軸６７を介して昇降される様になっている。

前記加熱ユニット６９は円板形状に形成された支持板７１を備え、該支持板７１は前記支持軸６７の上端開口に同心円に固定されている。

前記支持板７１の上面には支柱を兼ねる複数本の電極７２が垂直に立設されており、該電極７２の上端間には円板形状に形成され複数領域に分割制御されるヒータ７３が架橋されて固定されている。前記電極７２に対する電気配線７４は前記支持軸６７の中空部内に挿通されている。

前記ヒータ７３の下方には反射板７５が配置され、該反射板７５は前記支持板７１に固定されている。前記反射板７５は前記ヒータ７３から発せられた熱を前記サセプタ５６側に反射して、加熱効率を向上させている。

又、温度検出装置（温度検出手段）である放射温度計７６が、前記支持軸６７の下端から導入され、前記放射温度計７６の先端が前記サセプタ５６の裏面に対し所定の隙間となる様に設置されている。

前記放射温度計７６は、石英から成るロッドと光ファイバとの組合せから構成され、前記サセプタ５６の裏面（例えばヒータ７３の分割領域に対応する裏面）から発せられる放射光を検出し、前記サセプタ５６の裏面温度を算出するのに用いられ（予め取得したウェーハ３と前記サセプタ５６の温度の関係によりウェーハ３の温度を算出することも可能）、この算出結果に基づき前記ヒータ７３の加熱具合を制御している。

前記挿通孔６６の前記支持軸６７の外側には、該支持軸６７よりも大径の中空の回転軸７７が同心に配置され、前記チャンバ底５１を遊貫し、前記回転軸７７は前記昇降機構６８によって前記支持軸６７と共に昇降される様になっている。

前記回転軸７７の上端には前記回転体７８が同心に水平に固定されており、該回転体７８は前記回転軸７７によって回転される様になっている。

前記回転体７８はドーナツ形の平板に形成された回転板７９と、円筒形状に形成された回転筒８１を備えており、前記回転板７９が前記回転軸７７の上端に固定されて、前記回転筒８１は前記回転板７９の上面の外周縁辺部に同心に固定されている。前記回転筒８１の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成された前記サセプタ５６が前記回転筒８１の上端開口を閉塞する様に設けられている。

前記回転体７８にはウェーハ昇降装置８２が設置されている。該ウェーハ昇降装置８２は円形リング形状に形成された上下２つの昇降リング（図示せず）のそれぞれに突上ピン（基板突上手段）８３，８４を下方に突設したものから構成されている。

下側の昇降リング（以下、回転側リングと称す）は前記回転体７８の前記回転板７９の上に前記支持軸６７と同心に配置され、回転側リングの下面には複数本（本実施の形態に於いては３本とする）の前記突上ピン（以下、回転側ピンと称す）８４が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されている。

前記回転板７９にはガイド孔８５が穿設され、前記回転側ピン８４が摺動自在に貫通している。各回転側ピン８４の長さは回転側リングを水平に突上げ得る様に互いに等しく設定されていると共に、ウェーハ３の前記サセプタ５６上からの突上げ量に対応する様に設定されている。各回転側ピン８４の下端は前記チャンバ底５１の上面に離着座自在に対向されている。

前記支持板７１には円形リング形状に形成されたもう１つの昇降リング（以下、ヒータ側リングと称す）が前記支持軸６７と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本（本実施の形態に於いては３本とする）の突上ピン（以下、ヒータ側ピンと称す）８３が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン８３は、前記支持板７１に摺動自在に貫通している。前記ヒータ側ピン８３の長さはヒータ側リングを水平に突上げ得る様に互いに等しく設定されていると共に、その下端が回転側リングの上面に適度のエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン８３は前記回転体７８の回転時に回転側リングに干渉しない様になっている。

又、ヒータ側リングの上面には複数本（本実施の形態に於いては３本とする）の突上ピン（以下、突上部と称す）８６が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、該突上部８６の上端は前記ヒータ７３及び前記サセプタ５６の挿通孔８７に対向する様になっている。これらの突上部８６の長さは前記ヒータ７３及び前記サセプタ５６の前記挿通孔８７を下から挿通して前記サセプタ５６に載置されたウェーハ３を前記サセプタ５６から水平に浮かせる様に互いに等しく設定されている。

又、これらの突上部８６の長さはヒータ側リングが前記支持板７１に着座した状態に於いて、その上端が前記ヒータ７３の上面から突出しない様に設定されている。つまり、これらの突上部８６は前記回転体７８の回転時に前記サセプタ５６に干渉しない様に、且つ、前記ヒータ７３の加熱を妨げない様になっている。

前記チャンバ４７は複数本の支柱８８によって水平に支持されている。該支柱８８にはそれぞれ昇降ブロック８９が昇降自在に嵌合し、該昇降ブロック８９間には昇降台９１が架設され、該昇降台９１はエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降される。

前記昇降台９１の上には前記支持軸６７、前記回転体７８を回転させるサセプタ回転機構９２が設置されており、該サセプタ回転機構９２と前記チャンバ４７との間にはベローズ９３が設けられ、該ベローズ９３は前記回転軸７７の外側を気密封止する。

尚、前記ガス制御部４２は前記ＭＦＣ６１、前記開閉バルブ５９に接続され、ガス流量、供給を制御する。前記駆動制御部４３は前記サセプタ回転機構９２、前記昇降機構６８に接続され、これらの駆動を制御する。前記加熱制御部４４は前記配線７４を介し前記ヒータ７３に接続され、該ヒータ７３の加熱具合を制御する。前記温度検出部４５は前記放射温度計７６に接続され、前記サセプタ５６の温度を検出し、加熱制御部と協動して前記ヒータ７３の加熱制御に用いられる。

次に、以上の構成に係る処理炉の作用を説明することにより、本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法に於ける成膜工程について説明する。

ウェーハ３の搬出搬入に際しては、前記回転体７８及び前記加熱ユニット６９が前記回転軸７７及び前記支持軸６７によって下限位置に下降される。前記回転側ピン８４の下端が前記チャンバ底５１の上面に当接し、前記回転側リングが前記回転体７８及び前記加熱ユニット６９に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングは前記ヒータ側ピン８３を突上げることにより、ヒータ側リングを持上げる。ヒータ側リングが持上げられると、前記突上部８６が前記挿通孔８７を挿通して、前記サセプタ５６の上面よりも突出した状態となる。この状態で前記ゲートバルブ（仕切弁）３４を開けて、前記第１ウェーハ移載機４により、ウェーハ３を前記ウェーハ搬入搬出口５２から前記チャンバ４７内に搬入する。

前記第１ウェーハ移載機４は、ウェーハ３を前記サセプタ５６の上方に於いてウェーハ３の中心が前記サセプタ５６の中心と一致する位置に搬送する。ウェーハ３を所定の位置に搬送すると、ウェーハ３を若干下降させ、該ウェーハ３を前記突上部８６に保持させる。

ウェーハ３を前記ウェーハ昇降装置８２に受渡し後、前記第１ウェーハ移載機４は前記ウェーハ搬入搬出口５２から前記処理室４６の外へ後退する。前記第１ウェーハ移載機４が前記処理室４６から退出すると、前記ウェーハ搬入搬出口５２は前記ゲートバルブ３４によって気密に閉塞される。

前記回転体７８及び前記加熱ユニット６９が前記回転軸７７及び前記支持軸６７を介して前記昇降台９１によって上昇される。前記回転体７８及び前記加熱ユニット６９の上昇により、前記突上部８６、前記突上ピン８３，８４が前記回転体７８及び前記加熱ユニット６９に対し相対的に下降し、図３に示されている様に、ウェーハ３は前記サセプタ５６の上に完全に移載された状態になる。前記回転軸７７及び前記支持軸６７は前記突上部８６の上端が前記ヒータ７３の下面に近接する高さになる位置にて停止される。

一方、前記処理室４６が前記排気口５３を介して真空ポンプ等の排気装置（図示せず）によって排気される。この際、前記処理室４６の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とは前記ベローズ９３によって隔絶されている。

続いて、前記回転体７８が前記回転軸７７を介して前記サセプタ回転機構９２によって回転される。

前記回転体７８の回転中には、前記回転側ピン８４は前記処理室４６の底面から離座し、前記ヒータ側ピン８３は回転側リングから離座している為、前記回転体７８の回転が前記ウェーハ昇降装置８２に妨げられることはなく、而も、前記加熱ユニット６９は停止状態を維持することができる。即ち、前記ウェーハ昇降装置８２に於いては、回転側リングと前記回転側ピン８４が前記回転体７８と共に回転し、ヒータ側リングと前記ヒータ側ピン８３及び前記突上部８６が前記加熱ユニット６９と共に停止した状態になっている。

ウェーハ３の温度が処理温度迄上昇し、前記排気口５３の排気量及び前記回転体７８の回転作動が安定した時点で、図３に実線矢印で示されている様に、前記処理ガス６５が前記ガス供給管５８に導入される。該ガス供給管５８に導入された処理ガス６５は、ガス分散空間として機能する前記バッファ室６３に流入すると共に、前記シャワープレート６２の径方向外向きに放射状に拡散して、前記ガス吹出口６４からそれぞれが略均等な流れになって、ウェーハ３に向かってシャワー状に吹出す。

前記ガス吹出口６４群からシャワー状に吹出した処理ガス６５は前記カバープレート５５の上方空間を通って、前記排気バッファ空間５４を経由して前記排気口５３に吸込まれて排気されていく。

この際、前記回転体７８に支持された前記サセプタ５６の上のウェーハ３は回転している為、前記ガス吹出口６４群からシャワー状に吹出した処理ガス６５はウェーハ３の全面に亘って均等に接触する状態になる。処理ガス６５がウェーハ３の全面に亘って均等に接触する為、ウェーハ３に処理ガス６５によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウェーハ３の全面に亘って均一になる。

又、前記加熱ユニット６９は前記支持軸６７に支持されることにより回転しない状態になっている為、前記回転体７８によって回転されるウェーハ３の温度分布は全面に亘って均一に制御される。この様にウェーハ３の温度分布が全面に亘って均一に制御されることにより、ウェーハ３に形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウェーハ３の全面に亘って均一に制御される。

尚、一例迄、本実施の形態の処理炉４０にてウェーハ３を処理する際の処理条件としては、例えばＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の成膜に於いては、ウェーハ処理温度３５０℃〜９００℃、ガス種ＳｉＨ4 、ガス供給流量０．０５〜２．０ｓｌｍ、或はガス種Ｓｉ2 Ｈ6 、ガス供給流量０．０２〜１．０ｓｌｍ、処理圧力１０００Ｐａ〜５００００Ｐａが例示される。

所定の処理時間が経過すると、前記サセプタ回転機構９２の運転が停止される。該サセプタ回転機構９２の運転が停止されると、前述の様に、前記回転体７８及び前記加熱ユニット６９は前記回転軸７７及び前記支持軸６７を介して前記昇降台９１によって搬入搬出位置に下降される。下降の途中に於いて、前記ウェーハ昇降装置８２の作用により、前記サセプタ５６の上面に載置されたウェーハ３は前記サセプタ５６から浮上がる。

前記第１ウェーハ移載機４によってウェーハ３が前記処理室４６から搬出され、ウェーハ３を搬出した前記第１ウェーハ移載機４は、前記処理室４６の外部の空ウェーハカセット等（図示せず）の所定の収納場所にウェーハ３を移載する。

この際、前記突上部８６と前記ヒータ７３及び前記サセプタ５６の前記挿通孔８７とは正確且つ再現性よく合致されている為、前記突上部８６が前記サセプタ５６及び前記ヒータ７３を突上げる突上げミスが発生することはない。

以降、前述した作業が繰返されることにより、次のウェーハ３にＣＶＤ膜が成膜処理されていく。

上記した様に、成膜処理をすることで、前記チャンバ４７の内壁面、前記サセプタ５６の周辺部には、反応生成物が付着堆積する。従って、前記主制御部４１は、所要処理回数毎に、或は所要処理時間毎にドライクリーニング工程を実行する。ドライクリーニング工程は少なくとも１回、好ましくは複数のクリーニングからなり、前記主制御部４１は、成膜処理に応じて、或はドライクリーニング工程を実行される間隔等を考慮してクリーニング回数が設定される。

ドライクリーニングは、前記処理室４６内にダミーウェーハが搬入され、前記サセプタ５６に載置され、前記処理室４６内がクリーニング温度、クリーニング圧力に制御され、前記開閉バルブ１０５が開かれ、前記ＭＦＣ１０６で流量調整された窒素ガスが前記回転体７８と前記チャンバ本体４９との間の間隙に供給される。

前記開閉バルブ１０２が開かれ、前記ＭＦＣ１０３で流量調整されたクリーニングガスが前記リモートプラズマユニット１０１に供給され、該リモートプラズマユニット１０１により活性化されたクリーニングガスが前記シャワーヘッド５７を介し前記シャワープレート６２を経て前記処理室４６に供給される。

尚、前記回転体７８と前記チャンバ本体４９との間には窒素ガスが供給されているので、クリーニングガスが前記回転体７８と前記チャンバ本体４９との間に回込むことが防止される。

反応生成物が堆積した累積膜と供給されたクリーニングガスとが反応し、反応生成物は気化し、排気ガスと共に排気されて除去される。

クリーニング処理後、窒素ガス等のパージガスが前記ガス供給管５８を介して供給され、アフタパージされる。

アフタパージ後、前記処理室４６内が温度調整、圧力調整（真空引）され、ダミーウェーハが前記処理室４６内から搬出される。

尚、ダミーウェーハの搬入出については、製品用のウェーハの搬入出と同様であるので、説明を省略する。

クリーニング工程は、上記クリーニングが複数回連続して繰返される（或は間欠的に行われる）ことで実行される。

本発明に於けるクリーニング条件としては、温度５０℃〜６００℃、好ましくは１００℃〜５００℃、圧力６６５〜１３３０Ｐａ、クリーニングガス種ＮＦ3 、クリーニングガス供給流量０．１〜１．０ｓｌｍ、プラズマ発生用ガス種Ａｒ、プラズマ発生用ガス供給流量０．１〜１．０ｓｌｍ、ＲＦ電力５ｋＷ（４００ｋＨｚ）、クリーニング時間１００分が例示される。

又、前記クリーニングガスの回転体７８への回込みによるエッチングを防止する為の、前記不活性ガス導入管１０４からの窒素ガスの導入量は、例えば０．５ｓｌｍとする。

温度を５０℃〜６００℃とするのは、５０℃未満ではエッチング速度が非常に遅くクリーニング時間が長くなり、メンテナンス時のダウンタイムが長くなり実用的でなく、又５００℃〜６００℃以上ではＮＦ3 が熱分解し、ノンプラズマでクリーニングが可能となり、エッチング速度等から６００℃以下、好ましくは５００℃以下とするのがよい。又、エッチング時間を１００分としたのは、処理室４６内部の部材に対するエッチングの抑制を考慮した時間となっている。

図４、図５に於いて上記クリーニング条件で１００分のクリーニングを３度繰返した場合の膜厚の均一性の向上について説明する。

図４はクリーニングによりサセプタ５６がエッチングされた場合のサセプタ中心を基準とするサセプタ半径方向のサセプタ形状の変化量を示している。図中、□は、クリーニング実施前のサセプタ形状、○は、クリーニング３回実施後のサセプタ形状、×は、クリーニング実施前のサセプタ形状に対するクリーニング３回実施後のサセプタ形状の変化量を表している。図４よりクリーニング回数が増えることでサセプタ形状の変化量が増加していることがわかる。

又、図５はクリーニング前後で成膜処理した場合のウェーハの半径方向の膜厚変化率を示している。図中、○は、クリーニング１回実施後の膜厚変化率、△は、クリーニング２回実施後の膜厚変化率、×は、クリーニング３回実施後の膜厚変化率、□は、クリーニング実施前の膜厚に対するクリーニング３回実施後の膜厚変化率を表している。

図示される様に、クリーニングを実施した回数で膜厚の変化率が異なっており、クリーニングを複数回繰返し行うことで、膜厚の変化率が減少する傾向がみられ、特に３回のクリーニングを実施することで、膜厚の変化率が著しく減少し、半径方向の膜厚変化率が均一になることがわかる。

この様に半径方向の膜厚変化率が均一になるのは、３回のクリーニングにより、ウェーハエッジ裏面部が均一に成膜される様になったことが原因と考えられる。

又、本発明のクリーニング工程では、クリーニングを複数回繰返すことで、クリーニング工程後の基板に対する成膜に於ける膜厚の均一性がクリーニング工程前の基板に対する成膜に於ける膜厚の均一性と同等となる。クリーニングの最適な繰返し回数は、クリーニング条件に応じて決定する。

尚、本発明に於けるクリーニングの繰返しには、サセプタに対するエージング効果があることから、これをエージングともいう。

本発明によれば、基板に対して成膜を行う前に、クリーニングを複数回行うことでサセプタのエージングを行うことでき、クリーニング後の基板に対する成膜に於いて、膜厚均一性、再現性を安定、向上させることができる。又、クリーニング直後に均一成膜が可能になることから、クリーニング後、成膜再開前に行うプリコートを省略、若しくは短時間で行うことができ、クリーニング開始から成膜再開までのダウンタイムを短縮することも可能となる。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）前記サセプタはカーボンを含む材料からなる請求項１の半導体装置の製造方法、又は請求項２の基板処理装置。

（付記２）前記サセプタは、カーボン、グラファイト、カーボンＧＣコート、ＶＧＩのいずれかを材料とする請求項１の半導体装置の製造方法、又は請求項２の基板処理装置。

（付記３）前記クリーニング工程では、前記処理室内にダミー基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する工程を、少なくとも３回繰返す請求項１の半導体装置の製造方法。

（付記４）前記クリーニング工程では、前記処理室内にダミー基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する工程を、複数回繰返すことで、前記クリーニング工程後の成膜に於いて製品基板エッジ裏面部が均一に成膜される様にする請求項１の半導体装置の製造方法。

（付記５）前記クリーニング工程では、前記処理室内にダミー基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する工程を、同一条件（温度、圧力、ガス流量、ＲＦ電力、時間）で間欠的に複数回繰返す請求項１の半導体装置の製造方法。

（付記６）前記フッ素系ガスはＮＦ3 である請求項１の半導体装置の製造方法、又は請求項２の基板処理装置。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す平断面図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す側断面図である。 本発明に係る基板処理装置に用いられる処理炉の縦断面図である。 クリーニングを実施した場合のサセプタの変形を示すグラフである。 クリーニングを実施した場合の成膜膜厚の均一性を示すグラフである。 成膜とクリーニングによる反応生成物の除去を示す説明図であり、（Ａ）は成膜状態、（Ｂ）はクリーニング状態、（Ｃ）はオーバエッチング状態をそれぞれ示す。

符号の説明

３ ウェーハ
４０ 処理炉
４１ 主制御部
４２ ガス制御部
４３ 駆動制御部
４４ 加熱制御部
４６ 処理室
５６ サセプタ
５８ ガス供給管
１０１ リモートプラズマユニット
１０３ ＭＦＣ
１０４ 不活性ガス導入管

Claims (2)

1. 処理室内に製品基板を搬入し、サセプタ上に載置して前記製品基板に対して成膜する工程を少なくとも１回以上行う工程と、成膜後の前記処理室内をクリーニングする工程と、該クリーニング工程後に再び前記処理室内に製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜する工程を少なくとも１回以上行う工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記クリーニング工程では、前記処理室内にダミー基板を搬入して前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する工程を複数回繰返すことで、前記クリーニング工程後の成膜に於ける基板面内膜厚均一性が前記クリーニング工程前の成膜に於ける基板面内膜厚均一性と同等となる様にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 基板を処理する処理室と、該処理室内で基板を支持するサセプタと、前記処理室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給ラインと、前記処理室内にフッ素系ガスを供給するフッ素系ガス供給ラインと、フッ素系ガスをプラズマにより活性化する活性化機構と、該活性化機構でプラズマにより活性化したフッ素系ガスを前記処理室内に供給する活性化ガス供給ラインと、前記処理室内に製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜ガスを供給して成膜する処理を少なくとも１回以上行った後、前記処理室内にダミー基板を搬入し、前記サセプタ上に載置して前記処理室内にプラズマで活性化したフッ素系ガスを供給する処理を複数回繰返し、その後、再び前記処理室内に前記製品基板を搬入し前記サセプタ上に載置して前記製品基板に対し成膜する処理を少なくとも１回以上行う様制御する制御部とを具備することを特徴とする基板処理装置。

Images