JP2012049349A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の基板を積層して収容する石英製の反応管203と、前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記反応管内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、前記反応管内の雰囲気を排気する排気系と、前記処理ガス供給系と前記クリーニングガス供給系と前記排気系とを制御する制御系と、を有し、前記反応管内に前記基板の積層方向に沿って延びる石英製の板状部材266aを設け、前記クリーニングガス供給後の前記反応管内に付着した膜の除去状態を確認する。
【選択図】図3
Description
図1に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置101は筐体111を備えている。シリコン等からなるウエハ(基板)200を筐体111内外へ搬送するには、複数のウエハ200を収納するウエハキャリア(基板収納容器)としてのカセット110が使用される。筐体111内側の前方(図中の右側)には、カセットステージ(基板収納容器受渡し台)114が設けられている。カセット110は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ114上に載置され、また、カセットステージ114上から筐体111外へ搬出されるように構成されている。
第2のクリーニングガス供給管252bからは、クリーニングガスとして例えば三フッ化窒素(NF3)ガスが、マスフローコントローラ253b、バルブ254b、256b、クリーニングガス供給管252、第2のノズル249b及びバッファ室237を介して処理室201内に供給される。
<ステップ11>
ステップ11では、まずガスを流す(第1の工程)。第1のガス供給管232aのバルブ243a、247a又はバルブ251aを開閉することにより、ガス溜り248を介して第1のガス供給管232a内にDCSガスを流す。第1のガス供給管232a内を流れたDCSガスは、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたDCSガスは第1のノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。このとき、同時にバルブ243cを開き、不活性ガス供給管232c内に不活性ガスを流す。不活性ガスとしては、Heガス、Neガス、Arガス等の18族元素ガスが好適であるが、ヒータ207の温度、すなわちウエハ200の温度が低く設定されているため、N2ガスを用いても良い。不活性ガス供給管232c内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたN2ガスはDCSガスと一緒に処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。
ステップ12(第2の工程)では、シリコン含有層が形成された後、バルブ243aを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する。なお、この時バルブ243c、247a及び251aは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する効果を高める。不活性ガスとしては、N2ガスの他、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いてもよい。
ステップ13では、処理室201内の残留ガスを除去した後、第2のガス供給管232bのバルブ243b及び247bを開き、第2のガス供給管232b内にNH3ガスを流す(第3の工程)。第2のガス供給管232b内を流れたNH3ガスは、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは第2のノズル249bのガス供給孔250bからバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加することで、バッファ室237内に供給されたNH3ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔250cから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。この時同時にバルブ243dを開き、不活性ガス供給管232d内にN2ガスを流す。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。
ステップ14(第4の工程)では、第2のガス供給管232bのバルブ243bを閉じて、NH3ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のNH3ガスを処理室201内から排除する。なお、この時バルブ243d及び247bは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のNH3ガスを処理室201内から排除する効果を高める。
次に、ヒータ207上端からU、CU,C,CLゾーンの温度を例えば400℃に、Lゾーンを350℃に設定する。これにより、CLゾーンより上の反応管203等の部位を主にクリーニングする。
上述のように、温度設定を変化させることで、膜をエッチングすることが難しい反応管下部のクリーニングを第1段階で行い、その他の部位を第2段階でクリーニングすることによって、均一なエッチングを行うことができる。
[第1の実施例]
第1の実施例で用いられるクリーニング工程におけるシーケンスが図7に示されている。
バルブ243d、247bを開き、不活性ガス供給管232d内にN2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ241dを用いてN2ガスを8.0slm流す。N2ガスは、第2のガス供給管232b、第2のノズル249b及びバッファ室237を介して、反応管203内に供給される。
また、バルブ254a、256aを開き、第1のクリーニングガス供給管252a内にF2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ253aを用いてF2ガスを2.0slm流す。F2ガスは、第1のクリーニングガス供給管252a、クリーニングガス供給管252及び第1のノズル249aを介して、反応管203内に供給される。
そして、炉内をAPCバルブ244にて50Torrに制御することにより、上記により形成されたSiN膜をエッチングすることができる。
ここで、基板処理装置101において、1バッチに100枚のウエハを処理する構成にて、モニタリング用のウエハ199をウエハ200の上下、及び25枚おきに計5枚セットする。この5枚の中でボート217上の最上位の位置周辺をtop領域(T)、中位の位置周辺をcenter領域(C)、最下位の位置周辺をbottom領域(B)とする。さらに、各領域にあるモニタリング用ウエハ199と同じ高さの板状部材266a、266bの高さの位置をそれぞれ、最上位からmon T,mon CT,mon C,mon CB,mon Bとする。また、断熱部材としての石英キャップ218の最上位周辺を断熱板T、中位周辺を断熱板C、最下位周辺を断熱板Bとする。
第2の実施例で用いられるクリーニング工程におけるシーケンスが図10に示されている。
<ステップ1>
バルブ243d、247bを開き、不活性ガス供給管232d内にマスフローコントローラ241dを用いてN2ガスを0.3slm流し、第2のガス供給管232b、第2のノズル249b及びバッファ室237を介して、反応管203内に供給される。
また、バルブ243c、247a、251aを開き、不活性ガス供給管232c内にN2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ241cを用いてN2ガスを8.0slm流す。N2ガスは、第1のガス供給管232a、第1のノズル249aを介して、反応管203内に供給される。また、バルブ254a、256aを開き、第1のクリーニングガス供給管252a内にF2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ253aを用いてF2ガスを2.0slm流す。F2ガスは、第1のクリーニングガス供給管252a、クリーニングガス供給管252及び第1のノズル249aを介して、反応管203内に供給される。すなわち、N2及びF2ガスは、第1のガス供給管232a、第1のノズル249aを介して、処理室201内に供給される。
そして、炉内をAPCバルブ244にて50Torrに制御する。
<ステップ2>
バルブ243d、247bを閉じ、第2のノズル249b及びバッファ室237からのN2ガスの供給を停止させる。
ステップ1とステップ2を繰り返すことにより、F2ガスをバッファ室237の中にも入れることができて、逆流等により、ノズル内についた膜を除去することが可能になる。
図11に示されるように上述の第1の実施例と比較してもtop領域でのエッチングレートを速くすることができ、各位置でのエッチングレートの差も小さくすることができた。これは、第1のノズル249aに対して、F2ガスを2.0slm及びN2ガスを8.0slm流したため、ノズルの内圧が高くなり、top領域へのF2ガスの供給が多くなったためと考えられる。また、top領域でのエッチングレートを基に、ウエハ200と同じように膜を累積させた板状部材266a、266bに対して、累積膜全てをエッチングするようにクリーニングを実施すると、図12に示されているように、板状部材266a上の膜はすべてエッチングすることができたが、板状部材266bではtop領域に位置するmon T,mon CT及びmon Cにおいて膜が依然として残ってしまっていることが分かる。これは、図13に示されているように、ガスの流れ301ができるため、クリーニングガスが出てくるガス供給孔250aの近辺に、ガスが回りこみにくい領域302が存在すると考えられる。これにより、第1のノズル249aの近くに設置した板状部材266bでは、エッチングレートが実効的に遅くなってしまい、膜が残ってしまったと考えられる。
第3の実施例で用いられるクリーニング工程におけるシーケンスが図14に示されている。
<ステップ1>
バルブ243c、247a、251aを開き、不活性ガス供給管232c内にN2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ241cを用いてN2ガスを8.0slm流す。N2ガスは、第1のガス供給管232a、第1のノズル249aを介して、反応管203内に供給される。
また、バルブ254a、256aを開き、第1のクリーニングガス供給管252a内にF2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ253aを用いてF2ガスを2.0slm流す。F2ガスは、第1のクリーニングガス供給管252a、クリーニングガス供給管252及び第1のノズル249aを介して、反応管203内に供給される。すなわち、N2及びF2ガスは、第1のガス供給管232a、第1のノズル249aを介して、処理室201内に供給される。
そして、炉内をAPCバルブ244にて50Torrに制御する(例えば60秒)。
<ステップ2>
バルブ243d、247bを開き、不活性ガス供給管232d内にマスフローコントローラ241dを用いてN2ガスを0.3slm流し、第2のガス供給管232b、第2のノズル249b及びバッファ室237を介して、反応管203内にN2ガスを供給する(例えば30秒)。
<ステップ3>
バルブ243c、247a、251a、254a、256aを閉めて第1のノズル249aからのN2ガス及びF2ガスの供給を停止させ、さらに、APCバルブ244を閉として、反応管203内のガスの流れを止める(例えば90秒)。
ステップ1〜3を繰り返すことにより、累積膜をエッチングすることができる。
図15に示されるように上述の第1及び2の実施例と比較しても全体的にエッチングレートを速くすることができた。このときのtop領域でのエッチングレートを基に、ウエハ200と同じように膜を累積させた板状部材266a、266bに対して、累積膜全てをエッチングするようにクリーニングを実施すると、図16に示されているように、板状部材266bにおいてtop領域でもmon CTは膜をすべてエッチングすることができている。しかし、top領域の最上部であるmon Tにおいては膜が依然として残っていることが分かる。これは、図17に示されているように、center領域やbottom領域では回り込むガスが、ノズルまで回りこむ303のみであるのに対して、top領域の最上部では回り込むガスが、ノズルまで回りこむ303aと、反応管203最上部のドーム部分に回りこむ303bに分かれるために、エッチングレートが実効的に遅くなってしまい膜が残ってしまったと考えられる。
第4の実施例で用いられるクリーニング工程におけるシーケンスが図18に示されている。
<ステップ1>
バルブ243d、247bを開き、不活性ガス供給管232d内にN2ガスを流す。ここでは例えばマスフローコントローラ241dを用いてN2ガスを0.3slm流す。N2ガスは、第2のガス供給管232b、第2のノズル249b及びバッファ室237を介して、反応管203内に供給される。
また、バルブ243c、247a、251aを開き、不活性ガス供給管232c内にN2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ241cを用いてN2ガスを8.0slm流す。また、バルブ254a、256aを開き、第1のクリーニングガス供給管252a内にF2ガスを流す。ここでは例えば、マスフローコントローラ253aを用いてF2ガスを2.0slm流す。すなわち、N2及びF2ガスは、第1のガス供給管232a、第1のノズル249aを介して、処理室201内に供給される。
そして、炉内をAPCバルブ244にて50Torrに制御する。
<ステップ2>
次に、バルブ243d、247bを閉め、第2のノズル249b及びバッファ室237からのN2ガスの供給を停止させる。
<ステップ3>
次に、バルブ243d、247bを開き、不活性ガス供給管232d内にN2ガスを流す。ここでは例えばマスフローコントローラ241dを用いてN2ガスを0.5slm流す。N2ガスは、第2のガス供給管232b、第2のノズル249b及びバッファ室237を介して、反応管203内に供給される。
また、マスフローコントローラ241cを用いて第1のノズル249aからのN2ガスの流量を0.5slmにする。
また、バルブ254a、256aを閉めてF2ガスの供給を停止させ、さらに、APCバルブ244を徐々に開けて、圧力を下げる。
<ステップ4>
APCバルブ244を完全に開けて反応管203内のガスを排気する。
ステップ1〜4を繰り返すことにより、累積膜をエッチングすることができる。
このときのtop領域でのエッチングレートを基に、ウエハ200と同じように膜を累積させた板状部材266a、266bに対して、累積膜全てをエッチングするようにクリーニングを実施すると、図20に示されているように、板状部材266bにおいてbottom領域のmon B及び反応管203下部の領域である断熱板Tに膜が残っていることが分かる。しかしながら、これらの領域は上述の反応管下部のクリーニング温度設定にて膜除去を行うことができる。一方、top領域等の反応管203上方の累積膜は、ほぼ均等に除去できていることが分かる。すべての膜が除去できなかったのはウエハ200上に比べて板状部材266a、266b上の膜のエッチングレートが遅いためであると考えられる。
また、上述の実施例を用いることにより、反応管内壁等の基板表面以外の部位に形成された累積膜を均一にエッチングすることができる。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、ガスクリーニングにおいて、クリーニングガスを供給する間、圧力制御を行うステップと、クリーニングガスの供給を止めて、クリーニングガスの排気を行うステップと、を繰り返し行う基板処理装置が提供される。
(付記2)
本発明の他の態様によれば、ガスクリーニングにおいて、クリーニングガスを供給する間、圧力制御を行うステップと、クリーニングガスの供給を止めて、さらに完全に排気を止めるステップと、を繰り返し行う基板処理装置が提供される。
(付記3)
本発明の他の態様によれば、ガスクリーニングにおいて、クリーニングガスを供給する間、圧力制御を行うステップと、クリーニングガスの供給を止めて、さらに完全に排気を止めるステップと、クリーニングガスの排気を行うステップと、を繰り返し行う基板処理装置が提供される。
121 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
217 ボート
218 石英キャップ(断熱板)
231 排気管
237 バッファ室
248 ガス溜り
249 ノズル
250 ガス供給孔
266 板状部材
Claims (1)
- 複数の基板を積層して収容する石英製の反応管と、
前記反応管内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記反応管内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記反応管内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガス供給系と前記クリーニングガス供給系と前記排気系とを制御する制御系と、を有し、
前記反応管内に前記基板の積層方向に沿って延びる石英製の板状部材を設け、前記クリーニングガス供給後の前記反応管内に付着した膜の除去状態を確認する基板処理装置。
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