JP2013197421A - 基板処理装置 - Google Patents
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
【解決手段】処理室201と、処理室内の基板200を第1の温度に加熱する加熱源207と、反応予備室301と、反応予備室内を第1の温度以上の第2の温度に加熱する加熱源302と、反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系232aと、反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系232bと、反応予備室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系232c、232dと、反応予備室と処理室とを接続する接続部330と、処理室内を真空排気する排気系231と、圧力調整部242と、反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスと不活性ガスを供給して、酸素含有ガスと水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を大気圧未満の圧力下にある処理室内に供給して基板に対して処理を行うように制御する制御部280とを備える。
【選択図】図9
Description
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源と、
複数種類のガスを反応させる反応予備室と、
前記反応予備室内を前記第1の温度以上の第2の温度に加熱する第2の加熱源と、
前記反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記反応予備室と前記処理室とを接続する接続部と、
前記処理室内および前記反応予備室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にあり前記第2の温度に加熱された前記反応予備室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスと前記不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱され前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行うように、前記第1の加熱源、前記第2の加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、不活性ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
201内に、直接O2ガスとH2ガスとを供給する場合における反応種のウエハ200への供給量よりも、多くすることができる。すなわち、ウエハ200の温度を比較的低温である第1の温度に維持した状態で、同温度に維持したウエハ200を収容した処理室201内に直接O2ガスとH2ガスとを供給する場合よりも、処理室201内における反応種の濃度を高めることができ、多量の反応種をウエハ200に与えることが可能となる。
上述の実施形態では、ウエハに対して酸化処理を行う例について説明したが、本発明は、ウエハ上に形成された各種絶縁膜の膜質の改質を目的としたアニール処理を行う場合にも適用することができる。なお、この改質処理により、各種絶縁膜の膜中不純物を除去することが可能となり、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。なお、各種絶縁膜に対する改質処理は、主に、加熱された減圧雰囲気下の反応予備室内でのO2ガスとH2ガスとの反応により得られる原子状酸素(O)等の反応種の作用により行われる。
また、上述の実施形態では、反応予備室容器300にO2ガスを供給する第1ガス供給管232aと、H2ガスを供給する第2ガス供給管232bとを、それぞれ接続して、反応予備室301内にO2ガスとH2ガスとを別々に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、図10に示すように、O2ガスを供給する第1ガス供給管232aと、H2ガスを供給する第2ガス供給管232bとを合流させ、この合流配管を反応予備室容器300に接続して、O2ガスとH2ガスとを事前に合流配管内で混合させてから、この混合ガスを反応予備室301内に供給するようにしてもよい(第1変形例)。この第1変形例の場合、反応予備容器300には、1つのインレットと1つのアウトレットが設けられることとなる。反応予備容器300のインレットには上述の合流配管が接続され、反応予備室301内にO2ガスとH2ガスとの混合ガスを供給することが可能なように構成されることとなる。第1変形例の場合、反応予備室容器300のインレットを1つ設ければよく(インレットの数を減らすことができ)、反応予備容器300の構成を簡素化することができる。また、反応予備室301の1次側(上流側)の圧力を検出する圧力センサを1つ設ければよく(圧力センサの数を減らすことができ)、圧力制御を簡素化することも可能となる。この第1変形例においても上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。なお、図10において、図9で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の実施形態や第1変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aおよび第2ノズル233bの両方を介して、処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aおよび第2ノズル233bのうち少なくとも何れか一方を介して、処理室201内に供給するようにしてもよい。例えは、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aのみを介して処理室201内に供給する場合、反応ガス供給管232eのバルブ243eを閉じ、反応ガス供給管232fのバルブ243fを開くようにする。この場合、図11に示すように、第2ノズル233b、反応ガス供給管232eおよびバルブ243eを省略してもよい(第2変形例)。第2変形例の場合、ガス導入部の構成を簡素化することができる。なお、第2変形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第2変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図11において、図9、10で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の第2変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、第1ノズル233aのみを介して処理室201内に供給する例について説明したが、反応予備室301内で生成された反応種を、第2ノズル233bのみを介して処理室201内に供給するようにしてもよい。この場合、上述の実施形態において、反応ガス供給管232fのバルブ243fを閉じ、反応ガス供給管232eのバルブ243eを開くようにする。この場合、図12に示すように、第1ノズル233a、反応ガス供給管232fおよびバルブ243fを省略してもよい(第3変形例)。第3変形例の場合も、ガス導入部の構成を簡素化することができる。なお、第3変形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第3変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図12において、図9、10で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の実施形態や第1変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、処理室201内におけるウエハ配列領域の一端側(上端側)、すなわち、処理室201の上部(天井部)から供給する際、反応種を、第2ノズル233bのガス供給孔248bを介して処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、図13に示すように、処理室201の上部(天井部)から供給する反応種を、ガス供給孔248bおよびシャワー板248cを介して処理室201内に供給するようにしてもよい(第4変形例)。第4変形例のシャワー板248cには複数の通気孔が設けられており、反応種やO2ガスやH2ガスを均一に分散させてから処理室201内に供給することが可能なように構成されている。第4変形例の場合、反応種やO2ガスやH2ガスをより均一に処理室201内に供給することが可能となる。なお、第4形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第4変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図13において、図9、10で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の実施形態や第1変形例では、反応予備室301内で生成された反応種を、処理室201内におけるウエハ配列領域に対応するウエハ配列領域側方における領域から供給する際、反応種を第1ノズル233aのガス供給孔248aを介して処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本発明は、図14に示すように、ウエハ配列領域側方における領域から供給する反応種を、バッファ管233a’で構成されるバッファ室を介して供給するようにしてもよい(第5変形例)。第5変形例のバッファ管233a’は、プロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。バッファ管233a’のウエハ200と隣接する壁の中央部にはガスを供給するガス供給孔248a’が設けられている。ガス供給孔248a’はプロセスチューブ203の中心を向くように開口している。このガス供給孔248a’は、プロセスチューブ203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。第5変形例の場合、バッファ管233a’内の容積を、第1ノズル233a内の容積よりも大きくしたので、バッファ管233a’内の圧力上昇を抑制することができ、バッファ管233a’内での反応種の失活をより抑制することが可能となる。なお、第5変形例は第1変形例をさらに変形させたものである。この第5変形例においても上述の実施形態および第1変形例と同様な作用効果が得られる。なお、図14において、図9、10で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の実施形態では、バッチ式ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置について説明したが、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式の処理炉を有する基板処理装置やコールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば図15に示すように、第1の加熱源が抵抗加熱ヒータではなく、ランプヒータであり、ランプによるウエハへの光照射、すなわち、ウエハの光吸収によるエネルギーにてウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる(第6変形例)。第6変形例の処理炉402は、第1の加熱源としてのランプ404と、処理室401を形成する処理容器403と、ランプ404の光を透過させる石英窓406と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405とを有する。
また、上述の第6変形例では、ランプヒータによりウエハを直接加熱するランプ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明は、サセプタを介して間接的にウエハを加熱するサセプタ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば、図16に示すように、第1の加熱源が抵抗加熱ヒータであり、抵抗加熱ヒータによりサセプタを加熱し、加熱されたサセプタからの伝熱によりウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる(第7変形例)。第7変形例の処理炉402は、処理室401を形成する処理容器403と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405と、支持台405に設けられた第1の加熱源としての抵抗加熱ヒータ408と、処理室401内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド409とを有する。なお、シャワーヘッド409を設けずに、処理容器403の天井部に直接反応ガス供給管232を接続して、処理容器403の天井部の一箇所から処理室401内にガスを供給するようにしてもよい。第7変形例では、抵抗加熱ヒータ408によりサセプタ407を加熱し、加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱する。なお、抵抗加熱ヒータ408の代わりにランプヒータを用い、ランプヒータによりサセプタ407を加熱し、加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱するようにしてもよい。
また例えば、図17に示すように、シャワーヘッドに反応予備室を設けた基板処理装置、すなわち、シャワーヘッド部に反応予備室の機能を持たせた基板処理装置を用いて成膜する場合にも、本発明は好適に適用できる。本変形例に係る処理炉402は、処理室401を形成する処理容器403と、処理室401内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド409と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405と、支持台405に設けられた第1の加熱源としての抵抗加熱ヒータ408とを有する。シャワーヘッド409は、内部に反応予備室301が形成された反応予備容器300と、反応予備容器300の円筒側面及び上面を囲うように設けられた第2のヒータ302a、302b、302cと、反応予備容器300及び第2のヒータ302a、302b、302cの周囲に設けられた断熱部材303とを有する。シャワーヘッド409のインレットには、酸素含有ガス供給管232aと水素含有ガス供給管232bとが合流した合流配管部が接続されており、アウトレットには、処理室401内にガスをシャワー状に供給するガス分散板304が設けられている。反応予備室301内の圧力のモニタは圧力センサ245aにより行う。なお、図17において、図9、10で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の実施形態や第1〜第7変形例では、反応予備室301と処理室201(401)とを配管部により接続したタイプの基板処理装置を用いる例について説明したが、本発明は、反応予備室301と処理室201(401)とを直結したタイプの基板処理装置にも好適に適用できる。例えば、図18に示すように、配管部をなくし、反応予備室301と処理室201(401)とを直接に接続するようにしてもよい。この場合、反応予備室301と処理室201(401)との直結部により、反応予備室301と処理室201(401)との接続部が構成されることとなる。反応予備室301内の圧力のモニタは圧力センサ245aにより行う。図18(a)は第3変形例において反応予備室301と処理室201とを直結したタイプの基板処理装置の例であり、図18(b)は、第6変形例において反応予備室301と処理室401とを直結したタイプの基板処理装置の例であり、図18(c)は、第7変形例において反応予備室301と処理室401とを直結したタイプの基板処理装置の例である。なお、図18(c)では、シャワーヘッド409を設けずに、処理容器403の天井部に直接に反応予備容器300(反応予備室301)を接続して、処理容器403の天井部の一箇所から処理室401内にガスを供給する例を示している。
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、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源と、
複数種類のガスを反応させる反応予備室と、
前記反応予備室内を前記第1の温度以上の第2の温度に加熱する第2の加熱源と、
前記反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記反応予備室と前記処理室とを接続する接続部と、
前記処理室内および前記反応予備室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にあり前記第2の温度に加熱された前記反応予備室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスと前記不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱され前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行うように、前記第1の加熱源、前記第2の加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、不活性ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、さらに、前記処理室内の圧力を検出する第1の圧力検出器と、前記反応予備室内の圧力を検出する第2の圧力検出器と、を有する。
付記2の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、
前記基板に対して処理を行う際に、
前記反応予備室内の圧力が所定の圧力に維持されている場合に、前記反応予備室内への前記水素含有ガスの供給を可能とし、
前記反応予備室内の圧力が前記所定の圧力を超えている場合には、前記反応予備室内への前記水素含有ガスの供給を不可能とするよう
前記水素含有ガス供給系を制御するように構成される。
付記3の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が3999Pa以下の圧力である。
付記2の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、
前記基板に対して処理を行う際に、
前記反応予備室内の圧力が所定の圧力に維持されている場合に、前記反応予備室内への前記水素含有ガスおよび前記酸素含有ガスの供給を可能とし、
前記反応予備室内の圧力が前記所定の圧力を超えている場合には、前記反応予備室内への前記水素含有ガスおよび前記酸素含有ガスの供給を不可能とするよう
前記水素含有ガス供給系および前記酸素含有ガス供給系を制御するように構成される。
付記5の基板処理装置であって、好ましくは、前記所定の圧力が3999Pa以下の圧力である。
付記2の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記接続部内の圧力が大気圧未満の圧力となるよう前記圧力調整部を制御するように構成される。
付記2の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記反応予備室内の圧力が1Pa以上3999Pa以下の圧力となるよう前記圧力調整部を制御するように構成される。
付記2の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記反応予備室内の圧力が1Pa以上2666Pa以下の圧力となるよう前記圧力調整部を制御するように構成される。
付記2の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記基板に対して処理を行う際に、前記反応予備室内の圧力が1Pa以上1333a以下の圧力となるよう前記圧力調整部を制御するように構成される。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記第1の温度を室温以上900℃以下とし、前記第2の温度を400℃以上1200℃以下とするよう前記第1の加熱源および前記第2の加熱源を制御するように構成される。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、さらに、前記第1の温度を200以上600℃以下とし、前記第2の温度を600℃以上1000℃以下とするよう前記第1の加熱源および前記第2の加熱源を制御するように構成される。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記第1の加熱源が、抵抗加熱ヒータである。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記第1の加熱源が、ランプヒータである。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、オゾンガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
(付記20)
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスと不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスと不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する手順と、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスと不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する手順と、
大気圧未満の圧力下にあり第1の温度以上の第2の温度に加熱された反応予備室内に酸素含有ガスと水素含有ガスと不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱された前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
201 処理室
202 処理炉
203 プロセスチューブ(反応管)
207 第1のヒータ
231 排気管
232 反応ガス供給管
232a 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
232c 第1不活性ガス供給管
232d 第2不活性ガス供給管
232e 反応ガス供給管
232f 反応ガス供給管
233a 第1ノズル
233b 第2ノズル
241a マスフローコントローラ
241b マスフローコントローラ
241c マスフローコントローラ
241d マスフローコントローラ
242 APCバルブ
245 圧力センサ
245a 圧力センサ
245b 圧力センサ
245c 圧力センサ
246 真空ポンプ
263 温度センサ
263a 温度センサ
280 コントローラ
300 反応予備容器
301 反応予備室
302 第2のヒータ
330 配管部
Claims (1)
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を第1の温度に加熱する第1の加熱源と、
複数種類のガスを反応させる反応予備室と、
前記反応予備室内を前記第1の温度以上の第2の温度に加熱する第2の加熱源と、
前記反応予備室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応予備室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記反応予備室と前記処理室とを接続する接続部と、
前記処理室内および前記反応予備室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にあり前記第2の温度に加熱された前記反応予備室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスと前記不活性ガスとを供給して、前記反応予備室内で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとが前記不活性ガスにより希釈された状態で、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて反応種を生成し、この反応種を、大気圧未満の圧力下にあり前記第1の温度に加熱され前記基板を収容した前記処理室内に供給して、前記基板に対して処理を行うように、前記第1の加熱源、前記第2の加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、不活性ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
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