JP2015140472A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基板を処理する処理室と、
前記処理室の上方に設けられ、前記処理室にガスを均一に供給する分散板を有するバッファ室と、
前記バッファ室の天井構造として構成される天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に処理ガス供給部が接続される処理ガス供給孔と、
前記天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に不活性ガス供給部が接続される不活性ガス供給孔と、
前記処理ガス供給孔が内周側に位置され、前記不活性ガス供給孔が外周側に位置されるよう前記天井板の下流側の面に接続される周状の基端部と、
前記基端部を有し、前記分散板の上方に配されるガスガイドと、
前記処理室の雰囲気を排気し、前記処理室の下方に設けられる処理室排気部と、
少なくとも前記処理ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記処理室排気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。
バッファ室の天井構造である天井板に設けられた処理ガス供給孔から、ガスガイドの内側領域、前記ガスガイドと処理室の間に設けられ前記バッファ室の底部として構成される分散板を介して前記処理室に原料ガスを供給すると共に、前記天井板に設けられる不活性ガス供給孔から前記ガスガイドの外側領域を介して不活性ガスを供給する第一処理ガス供給工程と、
前記処理ガス供給孔から前記ガスガイドの内側領域及び前記分散板を介して前記処理室に反応ガスを供給する第二処理ガス供給工程と、
前記第一処理ガス供給工程及び前記第二処理ガス供給工程を繰り返す基板処理工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
(1)基板処理装置の構成
本発明の第一実施形態に係る基板処理装置について、図1を用いて以下に説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
処理室201の上方(ガス流れ方向の上流側)には後述するシャワーヘッド230が設けられ、シャワーヘッド230には天井板231(蓋231とも呼ぶ)がもうけられている。天井板231には、処理室201内に処理ガスを供給するための処理ガス導入孔231aが設けられている。処理ガス導入孔231aに接続される処理ガス供給系の構成については後述する。天井板231はシャワーヘッド230の天井壁や、バッファ室の天井壁としても用いられる。
更に、天井板231には、処理室201内に不活性ガスを供給するための不活性ガス導入孔231bが設けられている。
天井板231とガス分散板234を主構成として、ガス分散機構としてのシャワーヘッド230が構成される。ガス分散板234は、処理室201の天井部として構成され、更にはシャワーヘッドの底部として構成される。即ち、処理室201の上流方向にシャワーヘッド230が設けられている。処理ガスは処理ガス導入孔231aを介してシャワーヘッド230のバッファ室232内のバッファ空間に供給される。また不活性ガスは、不活性ガス導入孔231bを介してシャワーヘッド230のバッファ室232内のバッファ空間に供給される。
バッファ室232の上方には、シャワーヘッド用排気孔231cを介して、排気管236が接続されている。排気管236には、排気のオン/オフを切り替えるバルブ237、排気バッファ室232内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器238、真空ポンプ239が順に直列に接続されている。尚、排気管236、バルブ237、圧力調整器238をまとめて第一の排気系、もしくはバッファ室排気部と呼ぶ。
第一ガス供給管243aを含む第一処理ガス供給系243からは第一元素含有ガスが主に供給され、第二ガス供給管244aを含む第二処理ガス供給系244からは主に第二元素含有ガスが供給される。第一処理ガス供給系243と第二処理ガス供給系で処理ガス供給系が構成される。
第一ガス供給管243aには、上流方向から順に、第一ガス供給源243b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)243c、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。
ここで、第一元素は、例えばチタン(Ti)である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばチタン含有ガスである。チタン含有ガスとしては、例えばTiCl4ガスを用いることができる。なお、第一元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源232bとマスフローコントローラ243cとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。
第二ガス供給管244aには上流方向から順に、第二ガス供給源244b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)244c、及び開閉弁であるバルブ244d、リモートプラズマユニット244eが設けられている。
第三ガス供給管245aを含む第三ガス供給系245からは、ウエハを処理する際には主に不活性ガスが供給される。
尚、本明細書においては、不活性ガス供給系245を第三ガス供給系とも呼ぶ。
処理室201(上部容器202a)の内壁には、処理室201の雰囲気を排気する排気口221が設けられている。排気口221には排気管222が接続されており、排気管222には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto
Pressure Controller)等の圧力調整器223、真空ポンプ224が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管222、圧力調整器223、真空ポンプ224により第二の排気系(排気ライン)220が構成される。第二の排気系は、処理室排気部とも呼ぶ。
基板処理装置100は、基板処理装置100の各部の動作を制御するコントローラ260を有している。コントローラ260は、演算部261及び記憶部262を少なくとも有する。コントローラ260は、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部から基板処理装置のプログラムや制御レシピを呼び出し、その内容に応じて各構成を制御する。
次に、基板処理装置100としての基板処理装置100を使用して、ウエハ200上に薄膜を形成する工程について、図2、図3、図4を参照しながら説明する。図2、図3、図4は、本発明の実施形態にかかる成膜工程のフロー図である。なお、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作はコントローラ260により制御される。
図2、図3、図4を用い、基板処理工程の概略について説明する。図2は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
処理装置100では基板載置台212をウエハ200の搬送位置まで下降させることにより、基板載置台212の貫通孔214にリフトピン207を貫通させる。その結果、リフトピン207が、基板載置台212表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ205を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理室内にウエハ200(処理基板)を搬入し、リフトピン207上にウエハ200を移載する。これにより、ウエハ200は、基板載置台212の表面から突出したリフトピン207上に水平姿勢で支持される。
次に、薄膜形成工程S104を行う。薄膜形成工程S104の基本的な流れについて説明し、本実施形態の特徴部分については詳細を後述する。
次に、基板載置台212を下降させ、基板載置台212の表面から突出させたリフトピン207上にウエハ200を支持させる。その後、ゲートバルブ205を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ200を処理容器202の外へ搬出する。その後、基板処理工程を終了する場合は、第三ガス供給系から処理容器202内に不活性ガスを供給することを停止する。
基板を搬出後、薄膜形成工程が所定の回数に到達したか否かを判定する。所定の回数に到達したと判断されたら、クリーニング工程に移行する。所定の回数に到達していないと判断されたら、次に待機しているウエハ200の処理を開始するため、基板搬入・載置工程S102に移行する。
それぞれ所望とする温度に達したら、バルブ243dを開け、処理ガス導入孔231a、バッファ室232の内側領域232a、複数の貫通孔234aを介して、処理室201内に第一の処理ガスとしてのTiCl4を供給開始する。このとき、バルブ246aを開け、キャリアガスとしての不活性ガスも供給開始する。
バルブ243dを閉じてTiCl4ガスの供給を停止した後、バルブ237を開とし、シャワーヘッド230内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室232内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ239は事前に作動させておく。
所定の時間経過後、引き続き第二の排気系の排気ポンプ224を作動させつつ、処理空間において第二の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド230を介した第一の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようAPCバルブ223の弁開度及びバルブ237の弁解度を調整する。このように調整することで、処理室201を経由した第二の排気系に向けたガス流れが形成される。したがって、バッファ室232に供給された不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
第一処理ガス供給系では、バルブ243dを閉とした状態で、バルブ247dの開を維持し、引き続き不活性ガスを供給する。
バルブ244dを閉じてアンモニアガスの供給を停止した後、バルブ237を開とし、シャワーヘッド230内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室232内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ239は事前に作動させておく。
所定の時間経過後、第二の排気系の排気ポンプ224を作動させつつ、処理空間において第二の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド230を介した第一の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようAPCバルブ223の弁開度及びバルブ237の弁解度を調整する。このように調整することで、処理室201を経由した第二の排気系に向けたガス流れが形成される。したがって、バッファ室232に供給された不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
この間、コントローラ260は、上記1サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。
第二の実施形態においては、第一の実施形態と同様の符号は第一の実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。更には、本実施形態の基板処理方法は第一の実施形態と同様であることから説明を省略する。以下、相違点を中心に本実施形態を説明する。
第一の実施形態との相違点は、不活性ガス供給孔231dが、水平方向において、先端部235cよりも外側に設けられ、更にはバッファ室232の側壁を構成する側壁構造と天井231の接触部分より内側に設けられている点で相違する。
基板を処理する処理室と、
前記処理室の上方に設けられ、前記処理室にガスを均一に供給する分散板を有するバッファ室と、
前記バッファ室の天井構造として構成される天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に処理ガス供給部が接続される処理ガス供給孔と、
前記天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に不活性ガス供給部が接続される不活性ガス供給孔と、
前記処理ガス供給孔が内周側に位置され、前記不活性ガス供給孔が外周側に位置されるよう前記天井板の下流側の面に接続される周状の基端部と、
前記基端部を有し、前記分散板の上方に配されるガスガイドと、
前記処理室の雰囲気を排気し、前記処理室の下方に設けられる処理室排気部と、
少なくとも前記処理ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記処理室排気部を制御する制御部とを有する基板処理装置。
基板を処理する処理室と、
前記処理室の上方に設けられ、前記処理室にガスを均一に供給する分散板を有するバッファ室と、
前記バッファ室の天井構造として構成される天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に処理ガス供給部が接続される処理ガス供給孔と、
前記天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に不活性ガス供給部が接続される不活性ガス供給孔と、
前記処理ガス供給孔が内周側に位置され、前記不活性ガス供給孔が外周側に位置されるよう前記天井板の下流側の面に接続される周状の基端部と、
前記基端部から前記処理室方向に径が広がるよう構成される円錐状の板部と、
前記板部の内前記基端部と異なる端部である先端部と
前記分散板の上流に設けられ、前記基端部と前記板部と前記先端部を有するガスガイドと、
前記処理室の雰囲気を排気し、前記処理室の下方に設けられる処理室排気部と、
少なくとも前記処理ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記処理室排気部を制御する制御部とを有する基板処理装置。
前記不活性ガス供給孔は、水平方向において、前記先端部と前記基端部との間に設けられる付記2に記載の基板処理装置。
前記制御部は、前記処理ガス供給孔から供給されるガスの流量を前記不活性ガス供給孔から供給されるガスの流量よりも多くする処理ガス供給工程を実行するよう前記処理ガス供給部及び前記不活性ガス供給部を制御する付記2または3に記載の基板処理装置。
更に、前記基板処理装置は、前記バッファ室に接続されると共に前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気部とを有し、
前記制御部は、前記処理ガスの供給を停止した後、前記不活性ガス供給孔から供給される不活性ガスの供給量を前記処理ガス供給工程よりも多くしつつ、前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気工程を行うよう前記バッファ室排気部及び前記不活性ガス供給部を制御する付記4に記載の基板処理装置。
前記処理ガスは原料ガスまたは前記原料ガスと反応する反応ガスであり、前記制御部は前記処理ガス供給孔から供給される前記原料ガスを含むガスの流量を前記不活性ガス供給孔から供給されるガスの流量よりも多くする第一処理ガス供給工程を実行するよう前記処理ガス供給部及び前記不活性ガス供給部を制御する付記2または3に記載の基板処理装置。
更に、前記基板処理装置は、前記バッファ室に接続されると共に前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気部とを有し、
前記制御部は、前記原料ガスの供給を停止した後、前記不活性ガス供給孔から供給される不活性ガスの供給量を前記第一処理ガス供給工程よりも多くしつつ、前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気工程を行うよう前記バッファ室排気部及び前記不活性ガス供給部を制御する付記6に記載の基板処理装置。
前記処理ガスは原料ガスまたは前記原料ガスと反応する反応ガスであって、前記制御部は前記処理ガス供給孔から供給される前記反応ガスを含むガスの流量を前記不活性ガス供給孔から供給されるガスの流量よりも多くする第二処理ガス供給工程を実行するよう前記処理ガス供給系及び前記不活性ガス供給系を制御する付記2または3に記載の基板処理装置。
更に、前記基板処理装置は、前記バッファ室に接続されると共に前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気部とを有し、
前記制御部は、前記反応ガスの供給を停止した後、前記不活性ガス供給孔から供給される不活性ガスの供給量を前記反応ガス供給工程よりも多くしつつ、前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気工程を行うよう前記バッファ室排気部及び前記不活性ガス供給部を制御する付記8に記載の基板処理装置。
前記不活性ガス供給孔は、水平方向において、前記先端部よりも外側に設けられ、更には前記側壁を構成する側壁構造と前記天井を構成する天井構造の接触部分より内側に設けられている付記2に記載の基板処理装置。
バッファ室の天井構造である天井板に設けられた処理ガス供給孔から、ガスガイドの内側領域、前記ガスガイドと処理室の間に設けられ前記バッファ室の底部として構成される分散板を介して前記処理室に原料ガスを供給すると共に、前記天井板に設けられる不活性ガス供給孔から前記ガスガイドの外側領域を介して不活性ガスを供給する第一処理ガス供給工程と、
前記処理ガス供給孔から前記ガスガイドの内側領域及び前記分散板を介して前記処理室に反応ガスを供給する第二処理ガス供給工程と、
前記第一処理ガス供給工程及び前記第二処理ガス供給工程を繰り返す基板処理工程と
を有する半導体装置の製造方法。
200…ウエハ
210…基板載置部
220…第一の排気系
230…シャワーヘッド
243…第一処理ガス供給系
244…第二処理ガス供給系
245…第三ガス供給系
260…コントローラ
Claims (6)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室の上方に設けられ、前記処理室にガスを均一に供給する分散板を有するバッファ室と、
前記バッファ室の天井構造として構成される天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に処理ガス供給部が接続される処理ガス供給孔と、
前記天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に不活性ガス供給部が接続される不活性ガス供給孔と、
前記処理ガス供給孔が内周側に位置され、前記不活性ガス供給孔が外周側に位置されるよう前記天井板の下流側の面に接続される周状の基端部と、
前記基端部を有し、前記分散板の上方に配されるガスガイドと、
前記処理室の雰囲気を排気し、前記処理室の下方に設けられる処理室排気部と、
少なくとも前記処理ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記処理室排気部を制御する制御部とを有する基板処理装置。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室の上方に設けられ、前記処理室にガスを均一に供給する分散板を有するバッファ室と、
前記バッファ室の天井構造として構成される天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に処理ガス供給部が接続される処理ガス供給孔と、
前記天井板に設けられ、ガス供給方向に対して上流側に不活性ガス供給部が接続される不活性ガス供給孔と、
前記処理ガス供給孔が内周側に位置され、前記不活性ガス供給孔が外周側に位置されるよう前記天井板の下流側の面に接続される周状の基端部と、
前記基端部から前記処理室方向に径が広がるよう構成される円錐状の板部と、
前記板部の内前記基端部と異なる端部である先端部と
前記分散板の上流に設けられ、前記基端部と前記板部と前記先端部を有し、前記分散板の上方に設けられるガスガイドと、
前記処理室の雰囲気を排気し、前記処理室の下方に設けられる処理室排気部と、
少なくとも前記処理ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記処理室排気部を制御する制御部とを有する基板処理装置。 - 前記不活性ガス供給孔は、水平方向において、前記先端部と前記基端部との間に設けられる請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記処理ガス供給孔から供給されるガスの流量を前記不活性ガス供給孔から供給されるガスの流量よりも多くする処理ガス供給工程を実行するよう前記処理ガス供給部及び前記不活性ガス供給部を制御する請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 更に、前記基板処理装置は、前記バッファ室に接続されると共に前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気部とを有し、
前記制御部は、前記処理ガスの供給を停止した後、前記不活性ガス供給孔から供給される不活性ガスの供給量を前記処理ガス供給工程よりも多くしつつ、前記バッファ室の雰囲気を排気するバッファ室排気工程を行うよう前記バッファ室排気部及び前記不活性ガス供給部を制御する請求項3に記載の基板処理装置。 - バッファ室の天井構造である天井板に設けられた処理ガス供給孔から、ガスガイドの内側領域、前記ガスガイドと処理室の間に設けられ前記バッファ室の底部として構成される分散板を介して前記処理室に原料ガスを供給すると共に、前記天井板に設けられる不活性ガス供給孔から前記ガスガイドの外側領域を介して不活性ガスを供給する第一処理ガス供給工程と、
前記処理ガス供給孔から前記ガスガイドの内側領域及び前記分散板を介して前記処理室に反応ガスを供給する第二処理ガス供給工程と、
前記第一処理ガス供給工程及び前記第二処理ガス供給工程を繰り返す基板処理工程と
を有する半導体装置の製造方法。
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