JP2010123752A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハ面内膜厚分布均一性の低下を防止する。
【解決手段】複数枚のウエハ1を一括して収容する処理室32と、3本の保持柱25cで複数枚のウエハを積層保持するボート25と、ボート25を回転させる回転駆動装置28と、処理室32内に処理ガスを噴出する吹出口46と、を有する基板処理装置において、コントローラ60は回転駆動装置28を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、保持柱25cの角度位置に応じてボート25を回転させる速度を増減させる。
【選択図】図9
【解決手段】複数枚のウエハ1を一括して収容する処理室32と、3本の保持柱25cで複数枚のウエハを積層保持するボート25と、ボート25を回転させる回転駆動装置28と、処理室32内に処理ガスを噴出する吹出口46と、を有する基板処理装置において、コントローラ60は回転駆動装置28を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、保持柱25cの角度位置に応じてボート25を回転させる速度を増減させる。
【選択図】図9
Description
本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に絶縁膜や金属膜や半導体膜を堆積(デポジション)するのに利用して有効なものに関する。
例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に絶縁膜や金属膜や半導体膜を堆積(デポジション)するのに利用して有効なものに関する。
ICの製造方法においてウエハに成膜する基板処理装置として、複数枚のウエハを一括して収容する処理室と、複数の保持柱で複数枚のウエハを積層保持するボートと、ボートを回転させる回転機構と、処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理室内を排気する排気手段と、ボート、回転機構、ガス供給手段および排気手段を制御する制御部と、を備えており、成膜処理中に、ボートを回転機構によって回転させることにより、ウエハ面内膜厚分布の均一性を高めているものがある。例えば、特許文献1参照。
しかしながら、ボートを回転させてウエハ面内膜厚分布均一性を高める基板処理装置においては、回転機構によって回転されるボートの保持柱がガス供給手段から噴出された処理ガスの流れの遮蔽物になるために、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱周辺で悪くなるという問題点があった。
本発明の目的は、基板面内膜厚分布均一性の低下を防止することができる基板処理装置を提供することにある。
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記基板保持手段、前記回転機構、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
前記制御部は前記回転機構を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、
前記保持柱の角度位置に応じて前記基板保持手段を回転させる速度を変動させることを特徴とする基板処理装置。
(2)複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記基板保持手段、前記回転機構、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記処理室内に前記複数の積層方向に沿って立設され、前記処理ガスを前記処理室内に噴出するガス噴出口を有するノズルを備え、
前記制御部は、前記処理ガスが前記処理室内に供給される際に、前記基板保持手段を回転させ、前記基板に最も近い前記保持柱が、前記基板の中心と前記ガス噴出口とを結ぶ線分を含む所定の曲率半径幅内に有る時と無い時とで、前記回転機構の前記基板保持手段を回転させる速度を変更することを特徴とする基板処理装置。
(3)複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
を有する基板処理装置であって、
前記回転機構は前記基板保持手段を回転させる速度を、前記ガス供給手段が処理ガスを前記処理室内に噴出するガス噴出口を前記保持柱が通過する時には増加させるように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
(1)複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記基板保持手段、前記回転機構、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
前記制御部は前記回転機構を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、
前記保持柱の角度位置に応じて前記基板保持手段を回転させる速度を変動させることを特徴とする基板処理装置。
(2)複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記基板保持手段、前記回転機構、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
前記ガス供給手段は、前記処理室内に前記複数の積層方向に沿って立設され、前記処理ガスを前記処理室内に噴出するガス噴出口を有するノズルを備え、
前記制御部は、前記処理ガスが前記処理室内に供給される際に、前記基板保持手段を回転させ、前記基板に最も近い前記保持柱が、前記基板の中心と前記ガス噴出口とを結ぶ線分を含む所定の曲率半径幅内に有る時と無い時とで、前記回転機構の前記基板保持手段を回転させる速度を変更することを特徴とする基板処理装置。
(3)複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
を有する基板処理装置であって、
前記回転機構は前記基板保持手段を回転させる速度を、前記ガス供給手段が処理ガスを前記処理室内に噴出するガス噴出口を前記保持柱が通過する時には増加させるように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
この基板処理装置によれば、基板面内の保持柱対向部分における膜厚分布均一性の低下を防止することができる。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハ等の基板へのプラズマ処理例としてのプラズマCVD法の一つであるALD法を実施するALD装置として構成されている。
ALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類(またはそれ以上)の原料となるガスを1種類ずつ順次に基板上に供給し、1原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。
例えば、シリコン窒化(SiNx)膜を形成する場合のALD法においては、DCS(SiH2 Cl2 、ジクロロシラン)とNH3 (アンモニア)を用いて、300〜600℃の低温で、高品質の成膜が可能である。
複数種類の反応性ガスは1種類ずつ順次に供給する。また、膜厚の制御は反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は20サイクル行う。
ALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類(またはそれ以上)の原料となるガスを1種類ずつ順次に基板上に供給し、1原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。
例えば、シリコン窒化(SiNx)膜を形成する場合のALD法においては、DCS(SiH2 Cl2 、ジクロロシラン)とNH3 (アンモニア)を用いて、300〜600℃の低温で、高品質の成膜が可能である。
複数種類の反応性ガスは1種類ずつ順次に供給する。また、膜厚の制御は反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は20サイクル行う。
図1に示されているように、本実施の形態に係るALD装置10は筐体11を備えており、筐体11の前面にはカセット授受ユニット12が設備されている。カセット授受ユニット12は基板としてのウエハ1のキャリアであるカセット2を二台載置することができるカセットステージ13を備えており、カセットステージ13は90度回転することにより、カセット2を水平姿勢にさせるように構成されている。カセットステージ13の下方にはウエハ姿勢整合装置14が二組設備されている。
そして、外部搬送装置(図示せず)によって搬送されて来たカセット2がカセットステージ13に垂直姿勢(カセット2に収納されたウエハ1が垂直になる状態)で載置されると、ウエハ姿勢整合装置14がカセット2に収納されたウエハ1のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ1の姿勢を整合する。
そして、外部搬送装置(図示せず)によって搬送されて来たカセット2がカセットステージ13に垂直姿勢(カセット2に収納されたウエハ1が垂直になる状態)で載置されると、ウエハ姿勢整合装置14がカセット2に収納されたウエハ1のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ1の姿勢を整合する。
筐体11の内部にはカセット授受ユニット12に対向してカセット棚15が設備されており、カセット授受ユニット12の上方には予備カセット棚16が設備されている。
カセット授受ユニット12とカセット棚15との間には、カセット移載装置17が設備されている。カセット移載装置17は前後方向に進退可能なロボットアーム18を備えており、ロボットアーム18は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム18は進退、昇降および横行の協働によって、カセットステージ13の上の水平姿勢となったカセット2をカセット棚15または予備カセット棚16へ搬送して移載するように構成されている。
カセット授受ユニット12とカセット棚15との間には、カセット移載装置17が設備されている。カセット移載装置17は前後方向に進退可能なロボットアーム18を備えており、ロボットアーム18は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム18は進退、昇降および横行の協働によって、カセットステージ13の上の水平姿勢となったカセット2をカセット棚15または予備カセット棚16へ搬送して移載するように構成されている。
カセット棚15の後方には複数枚のウエハ1を一括して移載することができるウエハ移載装置19が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置19は進退可能なウエハ保持部20を備えており、ウエハ保持部20には複数枚のウエハ保持プレート21が水平に取り付けられている。なお、ウエハ移載装置19はウエハ1を一枚ずつ移載するように構成される場合もある。
ウエハ移載装置19の後方には、基板保持手段としてのボート25を昇降させるボートエレベータ22が設備されており、ボートエレベータ22のアーム23にはボート25がシールキャップ24を介して水平に設置されている。
ウエハ移載装置19の後方には、基板保持手段としてのボート25を昇降させるボートエレベータ22が設備されており、ボートエレベータ22のアーム23にはボート25がシールキャップ24を介して水平に設置されている。
図2に示されているように、シールキャップ24はプロセスチューブ31の炉口33の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されている。シールキャップ24はプロセスチューブ31の下端面にシールリング24aを挟んで当接することにより、プロセスチューブ31の炉口33を閉塞するようになっている。シールキャップ24の中心線上にはボート25が断熱キャップ部26を介して垂直に立脚されて支持されている。
シールキャップ24の中心線上には回転軸27が挿通されており、回転軸27はシールキャップ24と共に昇降し、かつ、回転機構としての回転駆動装置28によって回転されるように構成されている。回転軸27の上端には支持板29が水平に固定されており、支持板29の上にはボート25が断熱キャップ部26を介して垂直に立脚されて支持されている。
シールキャップ24の中心線上には回転軸27が挿通されており、回転軸27はシールキャップ24と共に昇降し、かつ、回転機構としての回転駆動装置28によって回転されるように構成されている。回転軸27の上端には支持板29が水平に固定されており、支持板29の上にはボート25が断熱キャップ部26を介して垂直に立脚されて支持されている。
ボート25は上下で一対の端板25a、25bと、両端板25aと25bとの間に架設されて垂直に配設された複数本(本実施の形態では三本)の保持柱25cとを備えている。各保持柱25cには多数条の保持溝25dが長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。
そして、ウエハ1の外周縁辺が各保持柱25cの多数条の保持溝25d間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ1がボート25に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。
そして、ウエハ1の外周縁辺が各保持柱25cの多数条の保持溝25d間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ1がボート25に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。
図2〜図4に示されているように、ALD装置10は石英(SiO2 )が用いられて一体的に形成されたプロセスチューブ31を備えている。プロセスチューブ31は一端が開口し他端が閉塞した円筒形状に形成されており、プロセスチューブ31は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。
プロセスチューブ31の筒中空部は複数枚のウエハ1を収容して処理する処理室32を形成しており、プロセスチューブ31の下端開口はウエハ1を出し入れする炉口33を形成している。プロセスチューブ31の内径は取り扱うウエハ1の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
プロセスチューブ31の外部にはプロセスチューブ31の周囲を包囲するヒータユニット34が同心円に設備されており、ヒータユニット34は処理室32を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット34はALD装置10の筐体11に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
プロセスチューブ31の筒中空部は複数枚のウエハ1を収容して処理する処理室32を形成しており、プロセスチューブ31の下端開口はウエハ1を出し入れする炉口33を形成している。プロセスチューブ31の内径は取り扱うウエハ1の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
プロセスチューブ31の外部にはプロセスチューブ31の周囲を包囲するヒータユニット34が同心円に設備されており、ヒータユニット34は処理室32を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット34はALD装置10の筐体11に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
プロセスチューブ31の炉口33の付近における側壁の一部には、処理室32を真空引きする排気管35の一端が接続されている。図3に示されているように、排気管35の他端は可変流量制御弁37を介して真空ポンプ36に接続されている。排気管35、真空ポンプ36および可変流量制御弁37によって、処理室32内を排気する排気手段が構成されている。
なお、可変流量制御弁37は弁体の開度を調節して排気量を調整することにより、処理室32の圧力を制御するように構成されている。
なお、可変流量制御弁37は弁体の開度を調節して排気量を調整することにより、処理室32の圧力を制御するように構成されている。
プロセスチューブ31の炉口33の付近の側壁における排気管35と略180度反対側の位置には、ガス供給管38の一端が接続されている。図3に示されているように、ガス供給管38の他端はALD法における所定のガス種を供給するガス供給源39に接続されている。ガス供給管38の途中にはガス供給源39の側から順に、可変流量制御弁40と上流側開閉弁41とガス溜め42と下流側開閉弁43とが介設されている。
プロセスチューブ31におけるガス供給管38と対向する部分には、樋形状の隔壁44がプロセスチューブ31の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁44はガス供給室45を形成するように構成されている。
図4に示されているように、隔壁44には複数個の吹出口46がボート25の上下で隣り合うウエハ1、1間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口46はガス供給室45に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
吹出口46の開口面積はガス供給室45と処理室32との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。
しかし、ガス供給室45と処理室32との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口46の開口面積を大きくするか、または、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
プロセスチューブ31におけるガス供給管38と対向する部分には、樋形状の隔壁44がプロセスチューブ31の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁44はガス供給室45を形成するように構成されている。
図4に示されているように、隔壁44には複数個の吹出口46がボート25の上下で隣り合うウエハ1、1間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口46はガス供給室45に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
吹出口46の開口面積はガス供給室45と処理室32との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。
しかし、ガス供給室45と処理室32との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口46の開口面積を大きくするか、または、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
プロセスチューブ31の炉口33の付近の側壁における排気管35と略90度離れた位置には、プラズマ室48を形成した樋形状の隔壁(以下、プラズマ室壁という。)47がプロセスチューブ31の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されている。
図3に示されているように、プラズマ室壁47の内向きの側壁の断面形状は円弧形に形成されており、その周方向の幅は略60度に設定されている。プラズマ室壁47の内向きの側壁における排気管35側の端部には、複数個の吹出口49がボート25の上下で隣り合うウエハ1、1間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口49はプラズマ室48に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。そして、プラズマ室壁47の吹出口49と、ガス供給室45を形成した隔壁44の吹出口46との位相差は、約120度に設定されている。
プラズマ室壁47の吹出口49の開口面積はプラズマ室48と処理室32との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。
しかし、プラズマ室48と処理室32との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口49の開口面積を大きくするか、または、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
図3に示されているように、プラズマ室壁47の内向きの側壁の断面形状は円弧形に形成されており、その周方向の幅は略60度に設定されている。プラズマ室壁47の内向きの側壁における排気管35側の端部には、複数個の吹出口49がボート25の上下で隣り合うウエハ1、1間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口49はプラズマ室48に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。そして、プラズマ室壁47の吹出口49と、ガス供給室45を形成した隔壁44の吹出口46との位相差は、約120度に設定されている。
プラズマ室壁47の吹出口49の開口面積はプラズマ室48と処理室32との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。
しかし、プラズマ室48と処理室32との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口49の開口面積を大きくするか、または、開口ピッチを小さくすることが好ましい。
プロセスチューブ31の炉口33の付近の側壁におけるプラズマ室壁47の吹出口49と反対側の位置には、ガス供給管50の一端が接続されており、ガス供給管50の他端はALD法における所定のガス種を供給するガス供給源51に接続されている。ガス供給管50の途中には可変流量制御弁52と開閉弁53とが、ガス供給源51の側から順に介設されている。
また、ガス供給管50のプラズマ室壁47の内部側端にはノズル54の一端が接続されており、ノズル54は垂直に立脚されている。ノズル54には複数個のガス供給口55が垂直方向に等間隔に配置されて、それぞれ周方向内向きに開設されている。
ガス供給官38、ガス供給源39、ガス供給官50、ガス供給源51、ノズル54等々によって、処理室32内に処理ガスを供給するガス供給手段が構成されている。
また、ガス供給管50のプラズマ室壁47の内部側端にはノズル54の一端が接続されており、ノズル54は垂直に立脚されている。ノズル54には複数個のガス供給口55が垂直方向に等間隔に配置されて、それぞれ周方向内向きに開設されている。
ガス供給官38、ガス供給源39、ガス供給官50、ガス供給源51、ノズル54等々によって、処理室32内に処理ガスを供給するガス供給手段が構成されている。
プラズマ室48の内部には一対の保護管56、56が、プラズマ室48の中心線を挟んで互いに反対側に対称形にそれぞれ配置されて、上下方向に延在するように敷設されている。各保護管56は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、各保護管56の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ31の側壁を貫通して外部に突き出されている。各保護管56の中空部内は処理室32の外部(大気圧)に連通されている。
両保護管56、56の中空部には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の棒状電極57、57がそれぞれ同心的に敷設されており、両棒状電極57、57間には高周波電力を印加する高周波電源58が整合器59を介して電気的に接続されている。
高周波電源58および整合器59は、コントローラ60によって制御されるようになっている。
両保護管56、56の中空部には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の棒状電極57、57がそれぞれ同心的に敷設されており、両棒状電極57、57間には高周波電力を印加する高周波電源58が整合器59を介して電気的に接続されている。
高周波電源58および整合器59は、コントローラ60によって制御されるようになっている。
プロセスチューブ31の炉口33の付近の側壁におけるプラズマ室壁47と180度反対側の位置には、カスケード温度計としての熱電対61を敷設するための保護管62が一対、それぞれ垂直に立設されている。各熱電対61はコントローラ60に温度測定結果を送信するようになっており、コントローラ60は温度測定結果に基づいてヒータユニット34等を制御するようになっている。
コントローラ60は、基板保持手段としてのボート25を昇降させるボートエレベータ22、回転機構としての回転駆動装置28、排気手段としての真空ポンプ36および可変流量制御弁37、ガス供給手段としての可変流量制御弁37、40、52や開閉弁41、43、53およびヒータユニット34等を制御する。
本実施形態に係るコントローラ60は、回転駆動装置28を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、ボート25の保持柱25cの角度位置に応じてボート25の回転速度を増減させるように構成されている。
本実施形態に係るコントローラ60は、回転駆動装置28を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、ボート25の保持柱25cの角度位置に応じてボート25の回転速度を増減させるように構成されている。
次に、以上の構成に係るALD装置10を使用したICの製造方法における成膜工程を説明する。
まず、基板処理装置としての全体の流れを説明する。
図2に示されているように、ALD装置10の被処理基板としてのウエハ1は複数枚がボート25にウエハ移載装置19によって装填(チャージング)される。
複数枚のウエハ1が装填されたボート25はシールキャップ24および回転軸27と共にボートエレベータ22によって上昇されて、プロセスチューブ31の処理室32に搬入(ボートローディング)される。
図2に示されているように、ALD装置10の被処理基板としてのウエハ1は複数枚がボート25にウエハ移載装置19によって装填(チャージング)される。
複数枚のウエハ1が装填されたボート25はシールキャップ24および回転軸27と共にボートエレベータ22によって上昇されて、プロセスチューブ31の処理室32に搬入(ボートローディング)される。
図5に示されているように、ウエハ1群を保持したボート25が処理室32に搬入されて、処理室32がシールキャップ24によってシールされると、処理室32は排気管35に接続された真空ポンプ36によって所定の圧力以下に排気され、ヒータユニット34への供給電力が上昇されることにより、処理室32の温度が所定の温度に上昇される。
ヒータユニット34がホットウオール形構造であることにより、処理室32の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート25に保持されたウエハ1群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ1の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
ヒータユニット34がホットウオール形構造であることにより、処理室32の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート25に保持されたウエハ1群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ1の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
処理室32の温度が予め設定された値に達して安定した後に、後述するALD法による成膜作業が実施される。
所定の成膜作業が完了すると、シールキャップ24がボートエレベータ22によって下降されることにより炉口33が開口されるとともに、ボート25に保持された状態でウエハ1群が炉口33から処理室32の外部に搬出(ボートアンローディング)される。
処理室32の外部に搬出されたウエハ1群はボート25からウエハ移載装置19によってディスチャージングされる(降ろされる)。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ1が一括してバッチ処理される。
処理室32の外部に搬出されたウエハ1群はボート25からウエハ移載装置19によってディスチャージングされる(降ろされる)。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ1が一括してバッチ処理される。
次に、ALD法による成膜作業を、ジクロロシランガスとアンモニアガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合について説明する。
ジクロロシランガスとアンモニアガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、次の第一ステップ、第二ステップおよび第三ステップが順に実施される。
ジクロロシランガスとアンモニアガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、次の第一ステップ、第二ステップおよび第三ステップが順に実施される。
第一ステップにおいては、プラズマ励起の必要なアンモニアガスと、プラズマ励起の必要のないジクロロシランガスとが併行して流される。
図6に示されているように、ガス供給管50に設けた開閉弁53および排気管35に設けた可変流量制御弁37が共に開けられる。ガス供給管50から可変流量制御弁52によって流量調整されたアンモニアガス71が、ノズル54のガス供給口55からプラズマ室48へ噴出する。
また、一対の棒状電極57、57間には高周波電力が高周波電源58から整合器59を介して印加される。プラズマ室48に噴出したアンモニアガス71はプラズマ励起され、活性種72として処理室32に供給されつつ排気管35から排気される。
アンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72として処理室32へ供給し排気するときは、可変流量制御弁37を適正に調整することにより、処理室32の圧力を10〜100Paとする。
可変流量制御弁52によって制御されるアンモニアガス71の供給流量は、1000〜10000sccmである。
アンモニアガス71をプラズマ励起することにより得られた活性種72にウエハ1を晒す時間は、2〜120秒間である。
このときのヒータユニット34の制御温度は、ウエハの温度が300〜600℃になるように設定されている。アンモニアガス71は反応温度が高いために、このときのウエハ温度(300〜600℃)では反応しない。したがって、プラズマ励起することによって活性種72としてから供給することにより、ウエハ1の温度が低い温度範囲のままであっても、アンモニアガス71をウエハに堆積させることができる。
図6に示されているように、ガス供給管50に設けた開閉弁53および排気管35に設けた可変流量制御弁37が共に開けられる。ガス供給管50から可変流量制御弁52によって流量調整されたアンモニアガス71が、ノズル54のガス供給口55からプラズマ室48へ噴出する。
また、一対の棒状電極57、57間には高周波電力が高周波電源58から整合器59を介して印加される。プラズマ室48に噴出したアンモニアガス71はプラズマ励起され、活性種72として処理室32に供給されつつ排気管35から排気される。
アンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72として処理室32へ供給し排気するときは、可変流量制御弁37を適正に調整することにより、処理室32の圧力を10〜100Paとする。
可変流量制御弁52によって制御されるアンモニアガス71の供給流量は、1000〜10000sccmである。
アンモニアガス71をプラズマ励起することにより得られた活性種72にウエハ1を晒す時間は、2〜120秒間である。
このときのヒータユニット34の制御温度は、ウエハの温度が300〜600℃になるように設定されている。アンモニアガス71は反応温度が高いために、このときのウエハ温度(300〜600℃)では反応しない。したがって、プラズマ励起することによって活性種72としてから供給することにより、ウエハ1の温度が低い温度範囲のままであっても、アンモニアガス71をウエハに堆積させることができる。
このアンモニアガス71をプラズマ励起することによって活性種72として供給しているときに、図6に示されているように、ガス供給管38の上流側開閉弁41が開かれるとともに、下流側開閉弁43が閉められることにより、プラズマ励起の必要のないジクロロシランガス73がガス溜め42へ流される。これにより、ジクロロシランガス73が上流側開閉弁41と下流側開閉弁43との間に設けたガス溜め42に溜まる。
このとき、処理室32に流れているガスはアンモニアガス71をプラズマ励起することにより得られた活性種72であり、処理室32内にはジクロロシランガス73は存在しない。したがって、アンモニアガス71は気相反応を起こすことはなく、プラズマによって励起されて活性種72となったアンモニアガス71は、ウエハ1の上の下地膜と表面反応する。
このとき、処理室32に流れているガスはアンモニアガス71をプラズマ励起することにより得られた活性種72であり、処理室32内にはジクロロシランガス73は存在しない。したがって、アンモニアガス71は気相反応を起こすことはなく、プラズマによって励起されて活性種72となったアンモニアガス71は、ウエハ1の上の下地膜と表面反応する。
第二ステップにおいては、図7に示されているように、ガス供給管50の開閉弁53が閉められて、アンモニアガス71の供給は停止される。
他方、ジクロロシランガス73のガス溜め42への供給は継続される。所定圧かつ所定量のジクロロシランガス73がガス溜め42に溜まったら、上流側開閉弁41も閉められる(図3参照)。これにより、ジクロロシランガス73がガス溜め42に閉じ込められる。ジクロロシランガス73は圧力が20000Pa以上になるようにガス溜め42内に溜められる。
また、ガス溜め42と処理室32との間のコンダクタンスが1.5×10-3m3 /s以上になるように、可変流量制御弁40および開閉弁41、43と可変流量制御弁37とがコントローラ60によって制御される。
さらに、処理室32の容積とこれに対する必要なガス溜め42の容積との比として考えると、処理室32の容積が100l(リットル)の場合においては、ガス溜め42の容積は100〜300ccであることが好ましく、容積比としてはガス溜め42は処理室32の容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。
そして、図7に示されているように、排気管35の可変流量制御弁37は開いたままにして、処理室32を真空ポンプ36によって20Pa以下に排気することにより、残留したアンモニアガス71を処理室32から排除する。この際に、窒素ガス等の不活性ガスを処理室32に供給すると、残留したアンモニアガス71を処理室32からより一層効果的に排除することができる。
他方、ジクロロシランガス73のガス溜め42への供給は継続される。所定圧かつ所定量のジクロロシランガス73がガス溜め42に溜まったら、上流側開閉弁41も閉められる(図3参照)。これにより、ジクロロシランガス73がガス溜め42に閉じ込められる。ジクロロシランガス73は圧力が20000Pa以上になるようにガス溜め42内に溜められる。
また、ガス溜め42と処理室32との間のコンダクタンスが1.5×10-3m3 /s以上になるように、可変流量制御弁40および開閉弁41、43と可変流量制御弁37とがコントローラ60によって制御される。
さらに、処理室32の容積とこれに対する必要なガス溜め42の容積との比として考えると、処理室32の容積が100l(リットル)の場合においては、ガス溜め42の容積は100〜300ccであることが好ましく、容積比としてはガス溜め42は処理室32の容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。
そして、図7に示されているように、排気管35の可変流量制御弁37は開いたままにして、処理室32を真空ポンプ36によって20Pa以下に排気することにより、残留したアンモニアガス71を処理室32から排除する。この際に、窒素ガス等の不活性ガスを処理室32に供給すると、残留したアンモニアガス71を処理室32からより一層効果的に排除することができる。
第三ステップにおいては、処理室32の排気が終わったら、図8に示されているように、排気管35の可変流量制御弁37が閉じられて、排気が停止されるとともに、ガス供給管38の下流側開閉弁43が開かれる。これにより、ガス溜め42に溜められたジクロロシランガス73が処理室32に一気に供給される。このとき、排気管35の可変流量制御弁37が閉じられているので、処理室32内の圧力は急激に上昇して、約931Pa(7Torr)まで昇圧する。
ジクロロシランガス73を供給するための時間は2〜4秒に設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を2〜4秒に設定し、合計6秒とする。このときのウエハの温度はアンモニアガス71の供給時と同じく、300〜600℃である。
このジクロロシランガス73の供給によって、ウエハ1の下地膜の上のアンモニアガス71とジクロロシランガス73とが表面反応して、シリコン窒化膜がウエハ1の上に形成される。
図示は省略するが、成膜後には下流側開閉弁43が閉じられるとともに、可変流量制御弁37が開けられて、処理室32が真空排気され、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス73が排除される。このときに窒素ガス等の不活性ガスを処理室32に供給すると、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス73を処理室32からより一層効果的に排除することができる。
そして、上流側開閉弁41が開かれて、第一ステップのガス溜め42へのジクロロシランガス73の供給が開始される。
ジクロロシランガス73を供給するための時間は2〜4秒に設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を2〜4秒に設定し、合計6秒とする。このときのウエハの温度はアンモニアガス71の供給時と同じく、300〜600℃である。
このジクロロシランガス73の供給によって、ウエハ1の下地膜の上のアンモニアガス71とジクロロシランガス73とが表面反応して、シリコン窒化膜がウエハ1の上に形成される。
図示は省略するが、成膜後には下流側開閉弁43が閉じられるとともに、可変流量制御弁37が開けられて、処理室32が真空排気され、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス73が排除される。このときに窒素ガス等の不活性ガスを処理室32に供給すると、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス73を処理室32からより一層効果的に排除することができる。
そして、上流側開閉弁41が開かれて、第一ステップのガス溜め42へのジクロロシランガス73の供給が開始される。
以上の第一ステップ〜第三ステップが1サイクルとされ、このサイクルが複数回繰り返されることにより、所定の膜厚のシリコン窒化膜がウエハ1の上に形成される。
以上の成膜工程において、ウエハ面内膜厚分布均一性を高めるために、処理ガスの供給中に、ボート25は回転駆動装置28によって回転される。すなわち、ウエハ1を回転させることにより、プラズマ室壁47の吹出口49およびノズル54のガス供給口55から噴出したガスは、ウエハ1に周方向において均等に接触する状態になるので、ウエハ面内膜厚分布均一性を向上させることができる。
ところが、ボート25が一定速度で回転していると、ボート25の保持柱25cが噴出したガスの流れの遮蔽物になるために、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱25c周辺で悪くなる。
ところが、ボート25が一定速度で回転していると、ボート25の保持柱25cが噴出したガスの流れの遮蔽物になるために、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱25c周辺で悪くなる。
そこで、本実施の形態においては、コントローラ60が回転駆動装置28を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御して、保持柱25cの角度位置に応じてボート25を回転させる速度を変動させることにより、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱25c周辺で悪くなる現象を防止するものとした。
次に、保持柱周辺膜厚分布均一性低下を防止する制御の一実施例を示す。
(1)保持柱25cによる阻害領域を角度範囲でパラメータ設定する。
図9に示されているように、3本の保持柱25c、25c、25cが周方向に90度の等間隔を有するボート25において、中央の保持柱25cに対向する位置を基準(0度)として、図10に示されているように、第一阻害領域A1は78度〜102度、第二阻害領域A2は168度〜192度、第三阻害領域A3は258度〜282度、と設定する。
(2)吹出口からのガス噴出角度をパラメータ設定する。
図9に示されているように、隔壁44の吹出口46からのガス噴出角度を、20度と設定する。
(3)ボート25を回転させる速度パラメータを、通常領域と阻害領域A1、A2、A3とで異ならせる設定を行う。すなわち、速度パラメータ=通常領域<阻害領域、とする。
図10に示されているように、通常領域におけるボートの回転数を、1rpmとし、阻害領域A1、A2、A3におけるボートの回転数を3rpmとする。
(4)図9に示されているように、基準位置を隔壁44の吹出口46に一致させ、図10に示されたシーケンスをもって、回転駆動装置28を制御する。
(1)保持柱25cによる阻害領域を角度範囲でパラメータ設定する。
図9に示されているように、3本の保持柱25c、25c、25cが周方向に90度の等間隔を有するボート25において、中央の保持柱25cに対向する位置を基準(0度)として、図10に示されているように、第一阻害領域A1は78度〜102度、第二阻害領域A2は168度〜192度、第三阻害領域A3は258度〜282度、と設定する。
(2)吹出口からのガス噴出角度をパラメータ設定する。
図9に示されているように、隔壁44の吹出口46からのガス噴出角度を、20度と設定する。
(3)ボート25を回転させる速度パラメータを、通常領域と阻害領域A1、A2、A3とで異ならせる設定を行う。すなわち、速度パラメータ=通常領域<阻害領域、とする。
図10に示されているように、通常領域におけるボートの回転数を、1rpmとし、阻害領域A1、A2、A3におけるボートの回転数を3rpmとする。
(4)図9に示されているように、基準位置を隔壁44の吹出口46に一致させ、図10に示されたシーケンスをもって、回転駆動装置28を制御する。
回転駆動装置28が図10に示されたシーケンスによって制御されると、3本の保持柱25c、25c、25cが吹出口46をそれぞれ高速度(3rpmで、通常の3倍)で通過するために、3本の保持柱25c、25c、25c周辺の阻害領域A1、A2、A3における一時的なガス流の乱れの時間を短縮させることができ、相対的に、吹出口46の1回転当たりのガス流安定時間を増加させることができる。
したがって、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱25c周辺で悪くなる現象を防止することができ、相対的に、ウエハ面内膜厚分布均一性を向上させることができる。
なお、吹出口46を一例に説明したが、プラズマ室壁47の吹出口49においても、同様の作用および効果が奏される。
したがって、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱25c周辺で悪くなる現象を防止することができ、相対的に、ウエハ面内膜厚分布均一性を向上させることができる。
なお、吹出口46を一例に説明したが、プラズマ室壁47の吹出口49においても、同様の作用および効果が奏される。
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
1) ボートを回転させる速度を、保持柱がガス吹出口を通過する時には増加させることにより、ウエハ面内膜厚分布均一性が保持柱周辺で悪くなる現象を防止することができるので、ウエハ面内膜厚分布均一性を向上させることができる。
2) コントローラが回転駆動装置を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御して、保持柱の角度位置に応じてボートを回転させる速度を変動させるように構成することにより、回転駆動装置等のハードウエアを改造せずに済む。
3) 処理ガスが処理室内に供給される際に、ウエハの中心とガス吹出口とを結ぶ線分を含む所定の曲率半径幅内に有る時と無い時とで、ボートを回転させる速度を変更することにより、保持柱周辺の阻害領域を適正に設定することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、回転機構をコントローラによってシーケンス制御することにより、ボートを回転させる速度を変更するように構成するに限らず、回転機構に変速機構を設ける等して機械的に変速するように構成してもよいし、回転機構の電気駆動回路に遅延回路を設ける等して電気(アナログ制御)的に変速するように構成してもよい。
前記実施の形態ではALD装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のCVD装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
1…ウエハ(基板)、2…カセット、
10…ALD装置(基板処理装置)、
11…筐体、12…カセット授受ユニット、13…カセットステージ、14…ウエハ姿勢整合装置、15…カセット棚、16…予備カセット棚、17…カセット移載装置、18…ロボットアーム、19…ウエハ移載装置、20…ウエハ保持部、21…ウエハ保持プレート、
22…ボートエレベータ、23…アーム、24…シールキャップ、24a…シールリング、
25…ボート、25a、25b…端板、25c…保持柱、25d…保持溝、26…断熱キャップ部、
27…回転軸、28…回転駆動装置(回転機構)、29…支持板、
31…プロセスチューブ、32…処理室、33…炉口、34…ヒータユニット、
35…排気管、36…真空ポンプ、37…可変流量制御弁、
38…ガス供給管、39…ガス供給源、40…可変流量制御弁、41…上流側開閉弁、42…ガス溜め、43…下流側開閉弁、
44…隔壁、45…ガス供給室、46…吹出口、
47…隔壁、48…プラズマ室、49…吹出口、
50…ガス供給管、51…ガス供給源、52…可変流量制御弁、53…開閉弁、54…ノズル、55…ガス供給口、
56…保護管、57…棒状電極、58…高周波電源、59…整合器、
60…コントローラ、
61…熱電対(カスケード温度計)、62…保護管、
71…アンモニアガス、72…活性種、73…ジクロロシランガス。
10…ALD装置(基板処理装置)、
11…筐体、12…カセット授受ユニット、13…カセットステージ、14…ウエハ姿勢整合装置、15…カセット棚、16…予備カセット棚、17…カセット移載装置、18…ロボットアーム、19…ウエハ移載装置、20…ウエハ保持部、21…ウエハ保持プレート、
22…ボートエレベータ、23…アーム、24…シールキャップ、24a…シールリング、
25…ボート、25a、25b…端板、25c…保持柱、25d…保持溝、26…断熱キャップ部、
27…回転軸、28…回転駆動装置(回転機構)、29…支持板、
31…プロセスチューブ、32…処理室、33…炉口、34…ヒータユニット、
35…排気管、36…真空ポンプ、37…可変流量制御弁、
38…ガス供給管、39…ガス供給源、40…可変流量制御弁、41…上流側開閉弁、42…ガス溜め、43…下流側開閉弁、
44…隔壁、45…ガス供給室、46…吹出口、
47…隔壁、48…プラズマ室、49…吹出口、
50…ガス供給管、51…ガス供給源、52…可変流量制御弁、53…開閉弁、54…ノズル、55…ガス供給口、
56…保護管、57…棒状電極、58…高周波電源、59…整合器、
60…コントローラ、
61…熱電対(カスケード温度計)、62…保護管、
71…アンモニアガス、72…活性種、73…ジクロロシランガス。
Claims (1)
- 複数の基板を一括して収容する処理室と、
複数の保持柱で前記複数の基板を積層保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段を回転させる回転機構と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記基板保持手段、前記回転機構、前記ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
前記制御部は前記回転機構を回転速度と角度位置とをパラメータとして制御し、
前記保持柱の角度位置に応じて前記基板保持手段を回転させる速度を変動させることを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008295953A JP2010123752A (ja) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | 基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008295953A JP2010123752A (ja) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | 基板処理装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2010123752A true JP2010123752A (ja) | 2010-06-03 |
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---|---|---|---|
JP2008295953A Pending JP2010123752A (ja) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | 基板処理装置 |
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Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-11-19 JP JP2008295953A patent/JP2010123752A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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