JP2016164964A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数枚の被処理基板に対して複数の処理部でそれぞれ処理するにあたり、排気機構を共通化しつつ、異なるガス条件の基板処理を施すことができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】複数枚の被処理基板Wa、Wbに対して基板処理を施す複数の処理部11a、11bと、複数の処理部11a、11bからガスを共通に排気する排気機構15と、複数の処理部11a、11bに対してガスを独立に供給するガス供給機構14と、制御部16と、を備え、制御部16は、複数枚の被処理基板Wa、Wbに対して基板処理を施す際、複数の処理部11a、11bからガスを一括して排気するように排気機構15を制御しつつ、複数の処理部11a、11bに対して独立して処理ガスを供給するとともに、複数の処理部11a、11bにおける圧力差が生じることを阻止するように、ガス供給機構14を制御する。【選択図】図1

Description

本発明は、被処理基板に処理を施す基板処理装置および基板処理方法に関する。
半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハ(以下単にウエハと記す)にエッチング処理や成膜処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造する。
従来、このような基板処理を行う装置としては、被処理基板を一枚ずつ基板処理する枚葉式の処理装置が多用されている。しかしながら、処理装置にはスループットを向上させることが求められており、枚葉式の処理装置のプラットフォームを維持したまま一度に2枚以上の被処理基板に対して基板処理を施す処理装置も用いられている(例えば特許文献1)。
特許文献1に記載された基板処理装置は、チャンバー内に、複数枚の被処理基板を載置する基板載置台を設け、複数の処理領域と、複数の処理領域を分離する分離領域とを基板載置台の円周方向に沿って交互に設置する。基板処理に際しては、基板載置台を回転させ、複数枚の被処理基板が“処理領域、分離領域、処理領域、分離領域…”というように順々にくぐりぬけさせることにより、複数枚の被処理基板に対して異なるガス条件の基板処理を施す。
特開2010−80924号公報
特許文献1においては、複数枚の被処理基板に対して異なるガス条件の基板処理を施すために、排気機構は、処理領域ごとに独立して別々に設けられている。このため、基板処理装置の製造コストが上昇してしまう。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、複数枚の被処理基板に対して複数の処理部でそれぞれ処理するにあたり、排気機構を共通化しつつ、異なるガス条件の基板処理を施すことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、真空雰囲気下で複数枚の被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、前記複数枚の被処理基板のそれぞれに対して基板処理を施す複数の処理部と、前記複数の処理部に対して処理ガスを独立に供給するガス供給機構と、前記複数の処理部内の処理ガスを一括して排気する共通の排気機構と、前記ガス供給機構および前記排気機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するように前記排気機構を制御しつつ、前記複数の処理部に対して独立して処理ガスを供給するとともに、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする基板処理装置を提供する。
上記第1の観点において、前記制御部は、前記複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、前記複数の処理部から処理ガスを共通に排気しつつ、前記複数の処理部の全てに対して処理ガスとして第1のガスを同一のガス条件で供給する第1のモードと、前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するように前記排気機構を制御しつつ、前記複数の一部に対しては前記第1のガスを供給し、前記複数の処理部の残りに対しては前記第1のガスとは異なる第2のガスを供給する第2のモードとを実行し、前記第2のモードの際に、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するように、前記ガス供給機構を制御することが好ましい。
また、前記制御部は、前記第2のモードの際、前記複数の処理部の一部における圧力と前記複数の処理部の残りにおける圧力差が生じることを阻止するように、前記複数の処理部のいずれかに対する前記第2のガスの供給量を制御することが好ましい。
また、前記第2のガスは、不活性ガスおよび/または処理される被処理基板に対して非反応である非反応性ガスを用いることができる。
前記制御部は、前記第2のモードの際、前記複数の処理部の一部においては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスによる基板処理が続行させ、前記複数の処理部の残りにおいては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスの供給を停止させ、前記第2のガスを補完ガスとして供給させて基板処理を停止させるようにすることができる。
この場合に、前記制御部は、前記基板処理に先立って、前記複数の処理部を調圧ガスにより調圧するとともに圧力を安定化させる圧力安定化を実行させ、この圧力安定化の際に、前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の前記第2のモードで前記複数の処理部の間で、処理ガスである前記第1のガスと補完ガスである前記第2のガスが逆拡散することを抑制可能な前記調圧ガスの前記排気機構へ向かう流れを形成できるような流量に制御することが好ましい。前記調圧ガスとして、前記基板処理の際に供給するガスの一部であって、基板処理が生じないものを用い、前記圧力安定化の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量よりも多くすればよく、前記圧力安定化の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量の3倍以上とすることが好ましい。
また、前記第2のガスとして、前記処理ガスの希釈ガスとして用いられるものを使用してもよい。
上記第1の観点において、前記複数の処理部のそれぞれは、一つの共通したチャンバー内に設けられ、前記排気機構は、前記一つの共通したチャンバー内に設けられた前記複数の処理部で共有される構成とすることができる。また、前記複数の処理部のそれぞれは、各々独立したチャンバー内に設けられ、前記排気機構は、前記独立したチャンバーで共有される構成とすることもできる。
本発明の第2の観点は、複数枚の被処理基板のそれぞれに対して基板処理を施す複数の処理部と、前記複数の処理部に対してガスを独立に供給するガス供給機構と、前記複数の処理部内のガスを一括して排気する共通の排気機構とを備えた基板処理装置を用いて、真空雰囲気下で複数枚の被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、前記複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、前記排気機構により、前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するようにし、前記ガス供給機構により、前記複数の処理部に対して独立して処理ガスを供給するとともに、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するようにすることを特徴とする基板処理方法を提供する。
本発明の第3の観点は、複数枚の被処理基板のそれぞれに対して基板処理を施す複数の処理部と、前記複数の処理部に対してガスを独立に供給するガス供給機構と、前記複数の処理部内のガスを一括して排気する共通の排気機構とを備えた基板処理装置を用いて、真空雰囲気下で複数枚の被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、前記複数の処理部から処理ガスを共通に排気しつつ、前記複数の処理部の全てに対して処理ガスとして第1のガスを同一のガス条件で供給する第1のモードと、前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するように前記排気機構を制御しつつ、前記複数の処理部の一部に対しては前記第1のガスを供給し、前記複数の処理部の残りに対しては前記第1のガスとは異なる第2のガスを供給する第2のモードとを実行し、前記第2のモードの際に、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するようにすることを特徴とする基板処理方法を提供する。
第3の観点において、前記第2のモードの際、前記複数の処理部の一部における圧力と前記複数の処理部の残りにおける圧力差が生じることを阻止するように、前記複数の処理部の残りにおける前記第2のガスの供給量を制御することが好ましい。
また、前記第2のガスは、不活性ガスおよび/または処理される被処理基板に対して非反応である非反応性ガスであることが好ましい。また、第2のモードの際、前記複数の処理部の一部においては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスによる基板処理が続行され、前記複数の処理部の残りにおいては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスの供給を停止し、前記第2のガスを補完ガスとして供給して基板処理を停止させるようにしてもよい。
この場合に、前記基板処理に先立って、前記複数の処理部を調圧ガスにより調圧するとともに圧力を安定化させる圧力安定化工程を実行し、この圧力安定化工程の際に、前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の前記第2のモードで前記複数の処理部の間で、処理ガスである前記第1のガスと補完ガスである前記第2のガスが逆拡散することを抑制可能な前記調圧ガスの前記排気機構へ向かう流れを形成できるような流量とすることが好ましい。前記調圧ガスとして、前記基板処理の際に供給するガスの一部であって、基板処理が生じないものを用い、前記圧力安定化工程の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量よりも多くすればよく、前記圧力安定化工程の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量の3倍以上とすることが好ましい。
また、前記第2のガスとして、前記第1のガスの希釈ガスとして用いられるものを使用してもよい。
また、本発明のさらに他の観点は、コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第2または第3の観点の基板処理方法が行われるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
本発明によれば、複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、複数の処理部からガスを一括して排気するように排気機構を制御しつつ、複数の処理部に対して独立して処理ガスを供給するとともに、複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するようにしたので、複数枚の被処理基板に対して複数の処理部でそれぞれ処理するにあたり、排気機構を共通化しつつ、異なるガス条件の基板処理を施すことができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面図である。 ガス供給機構14の一システム構成例を示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置による共通基板処理モードを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置による独立基板処理モードを概略的に示す図である。 参考例に係る基板処理モードを概略的に示す図である。 図1の基板処理装置におけるシーケンスの一例を示す図である。 図1の基板処理装置におけるシーケンスの他の例を示す図である。 図6のシーケンスの効果を説明するための図である。 一実施形態に係る基板処理装置のチャンバー構成の一例を概略的に示す図である。 一実施形態に係る基板処理装置のチャンバー構成の他例を概略的に示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
<基板処理装置>
図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面図である。なお、図1には、基板処理装置の一例として、化学的酸化物除去(Chemical Oxide Removal;COR)処理を行うCOR処理装置が示されている。なお、COR処理の典型的な例は、チャンバー内で、基板、例えば、シリコンウエハ表面に存在する酸化膜に対してHFガスを含むガス、およびNHガスを含むガスを供給して基板処理を行い、シリコンウエハ表面から酸化膜を除去する処理である。
図1に示すように、COR処理装置100は、密閉構造のチャンバー10を備えている。チャンバー10は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、チャンバー本体51と蓋部52とによって構成されている。チャンバー本体51は、側壁部51aと底部51bとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部52で閉止される。側壁部51aと蓋部52とは、シール部材51cにより封止されて、チャンバー10内の気密性が確保される。
チャンバー10の内部には、複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す2つの処理部11a、11bが設けられている。2つの処理部11a、11bのそれぞれには、基板載置台61a、61bが各々設けられている。基板載置台61a、61bには、被処理基板であるウエハWa、Wbが1枚ずつ水平状態にて載置される。基板載置台61a、61bの上方には、処理ガスをチャンバー10内に導入するためのガス導入部材12a、12bが設けられている。ガス導入部材12a、12bは蓋部52の内側に取り付けられている。ガス導入部材12aと基板載置台61a、およびガス導入部材12bと基板載置台61bは、それぞれ対向して設けられている。そして、ガス導入部材12aと基板載置台61aを囲むように円筒状をなす内壁71aが設けられており、ガス導入部材12bと基板載置台61bを囲むように円筒状をなす内壁71bが設けられている。内壁71a、71bは、蓋部52の上壁内側からチャンバー本体51の底部51bにかけて設けられており、これらの上部はそれぞれガス導入部材12aおよび12bの側壁を構成している。ガス導入部材12aと基板載置台61aの間、およびガス導入部材12aと基板載置台61aの間の空間は、内壁71a、71bにより略密閉されウエハWa、Wbに対して基板処理を施す処理空間Sが形成される。
チャンバー10の外部には、ガス導入部材12a、12bにガスを供給するガス供給機構14と、チャンバー10内を排気する排気機構15と、COR処理装置100を制御する制御部16とが設けられている。チャンバー本体51の側壁部51aには、外部との間でウエハWを搬送するための搬入出口(図示せず)が設けられており、この搬入出口は、ゲートバルブ(図示せず)により開閉可能となっている。また、内壁71a,72bにも搬入出口(図示せず)が設けられており、この搬入出口はシャッター(図示せず)により開閉可能となっている。
処理部11a、11bはそれぞれ、略円状をなす。基板載置台61a、61bはそれぞれ、ベースブロック62によって支持される。ベースブロック62は、チャンバー本体51の底部51bに固定されている。基板載置台61a、61bそれぞれの内部にはウエハWを温調する温度調節器63が設けられている。温度調節器63は、例えば温度調節用媒体(例えば水など)が循環する管路を備えており、管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、ウエハWの温度制御がなされる。また、基板載置台61a、61bにはそれぞれ、ウエハWを搬送する際に用いる複数の昇降ピン(図示せず)がウエハの載置面に対して突没可能に設けられている。
ガス供給機構14は、HFガス、NHガス等の処理ガス、ArガスやNガス等の不活性ガス(希釈ガス)をガス導入部材12a、12bを介して処理部11a、11bに対して供給するものであり、各ガスの供給源、供給配管、バルブ、およびマスフローコントローラも代表される流量制御器等を有している。
図2はガス供給機構14のシステム構成の一例を示すシステム構成図である。
図2に示すように、ガス供給機構14は、ガスの供給源として、Arガス供給源141、HFガス供給源142、Nガス供給源143、およびNHガス供給源144を備えている。
本例においては、HFガス供給源142からのHFガスは、Arガス供給源141からのArガスによって希釈された後、ガス導入部材12a、12bへ供給される。また、NHガス供給源144からのNHガスも同様に、Nガス供給源143からのNガスによって希釈された後、ガス導入部材12a、12bへ供給される。
HFガスが通流するHFガス供給配管145は、2つのHFガス供給配管145a、145bに分岐され、各々ガス導入部材12aに接続される供給配管146a、およびガス導入部材12bに接続される供給配管146bへと接続される。また、Arガスが通流するArガス供給配管147もまた、2つのArガス供給配管147a、147bに分岐され、各々HFガス供給配管145a、145bに接続される。これにより、HFガスはArガスによって希釈することが可能となる。
同じくNHガスが通流するNHガス供給配管148も、2つのNHガス供給配管148a、148bに分岐され、各々供給配管146a、146bへと接続される。Nガスが通流するNガス供給配管149もまた、2つのNガス供給配管149a、149bに分岐され、各々NHガス供給配管148a、148bに接続される。これにより、NHガスはNガスによって希釈することが可能となる。
なお、ArガスおよびNガスは、希釈ガスとして用いられる他、パージガスや後述する圧力調整のための補完ガスとしても用いられる。
HFガス供給配管145a、145b、Arガス供給配管147a、147b、NHガス供給配管148a、148b、ならびにNガス供給配管149a、149bのそれぞれには、マスフローコントローラ(以下MFC)150a〜150h、および供給配管を開閉する開閉バルブ151a〜151hが設けられている。これらMFC150a〜150h、ならびに開閉バルブ151a〜151hはそれぞれ、制御部16によって独立して制御することが可能とされている。
例えば、2つの処理部11a,11bにおいて通常のCOR処理を行う場合、ガス導入部材12a、12bのそれぞれには、HFガスおよびNHガスの両方が供給される。この場合には、制御部16によって、開閉バルブが以下の“ケースa”のように全てオープンになるように制御される。
[ケースa]
・ガス導入部材12aへの供給系
開閉バルブ151a(Ar) オープン
開閉バルブ151c(HF) オープン
開閉バルブ151e(N) オープン
開閉バルブ151g(NH) オープン
・ガス導入部材12bへの供給系
開閉バルブ151b(Ar) オープン
開閉バルブ151d(HF) オープン
開閉バルブ151f(N) オープン
開閉バルブ151h(NH) オープン
一方、ガス導入部材12a、12bを介して処理部11a,11bに供給するガス条件が異なるように制御することも可能である。例えば、以下の“ケースb”、
“ケースc”のように制御することも可能である。
[ケースb]
・ガス導入部材12aへの供給系
開閉バルブ151a(Ar) オープン
開閉バルブ151c(HF) オープン
開閉バルブ151e(N) オープン
開閉バルブ151g(NH) オープン
・ガス導入部材12bへの供給系
開閉バルブ151b(Ar) オープン
開閉バルブ151d(HF) クローズ
開閉バルブ151f(N) オープン
開閉バルブ151h(NH) クローズ
[ケースc]
・ガス導入部材12aへの供給系
開閉バルブ151a(Ar) オープン
開閉バルブ151c(HF) クローズ
開閉バルブ151e(N) オープン
開閉バルブ151g(NH) クローズ
・ガス導入部材12bへの供給系
開閉バルブ151b(Ar) オープン
開閉バルブ151d(HF) オープン
開閉バルブ151f(N) オープン
開閉バルブ151h(NH) オープン
つまり、ケースbは、ケースaの状態から、開閉バルブ151dおよび開閉バルブ151hをクローズして、ガス導入部材12bへは、処理ガスであるHFガスおよびNHガスの供給が停止され、ArガスおよびNガスのみが供給されるようにし、ガス導入部材12aについては引き続処理ガスであるHFガスおよびNHガスが供給されるようにしており、ケースcはその逆に、ガス導入部材12aへのHFガスおよびNHガスの供給が停止され、ガス導入部材12bについては引き続処理ガスであるHFガスおよびNHガスが供給されるようにしている。
このため、ケースbでは、ガス導入部材12aからは処理部11aに対してHFガスおよびNHガスがそれぞれ不活性ガスであるArガスおよびNガスとともに供給される一方、ガス導入部材12bからは処理部11bに対して不活性ガスであるArガスおよびNガスのみが供給され、ケースcでは、その逆に、ガス導入部材12bからは処理部11bに対してHFガスおよびNHガスがそれぞれ不活性ガスであるArガスおよびNガスとともに供給される一方、ガス導入部材12aからは処理部11aに対して不活性ガスであるArガスおよびNガスのみが供給されというように、処理の際中に、処理部11aと処理部11bとに対して、同時に異なったガス条件とすることが可能となる。このようなバルブ制御による基板処理モードの詳細については後述する。
ガス導入部材12a、12bは、ガス供給機構14からのガスをチャンバー10内に導入し、処理部11a、11bに対して供給するためのものである。ガス導入部材12a、12bはそれぞれ、内部にガス拡散空間64を有し、全体形状が円筒状をなしている。ガス導入部材12a、12bの上面にはチャンバー10の上壁からつながるガス導入孔65が形成され、底面にガス拡散空間64につながる多数のガス吐出孔66を有している。そして、ガス供給機構14から供給されたHFガス、NHガス等のガスが、ガス導入孔65を経てガス拡散空間64に至り、ガス拡散空間64で拡散され、ガス吐出孔66から均一にシャワー状に吐出される。すなわち、ガス導入部材12a、12bは、ガスを分散して吐出するガス分散ヘッド(シャワーヘッド)として機能する。なお、ガス導入部材12a、12bは、HFガスとNHガスとを別個の流路でチャンバー10内に吐出するポストミックスタイプであってもよい。
排気機構15は、チャンバー10の底部51bに形成された排気口(図示せず)に繋がる排気配管101を有しており、さらに、排気配管101に設けられた、チャンバー10内の圧力を制御するための自動圧力制御弁(APC)102およびチャンバー10内を排気するための真空ポンプ103を有している。排気口は、内壁71a、71bの外側に設けられており、内壁71a、71bの基板載置台61a、61bよりも下の部分には、排気機構15により処理部11a、11bの両方から排気可能なように、多数のスリットが形成されている。これにより、排気機構15により処理部11a、11b内が一括して排気される。また、APC102、および真空ポンプ103は、処理部11a、11bで共有される。
また、チャンバー10内の圧力を計測するため、チャンバー10の底部51bから排気空間68へ挿入されるように、圧力計として高圧力用のキャパシタンスマノメータ105aおよび低圧力用のキャパシタンスマノメータ105bがそれぞれ設けられている。自動圧力制御弁(APC)102の開度は、キャパシタンスマノメータ105aまたは105bにより検出された圧力に基づいて制御される。
制御部16は、COR処理装置100の各構成部を制御するマイクロプロセッサ(コンピュータ)を備えたプロセスコントローラ161を有している。プロセスコントローラ161には、オペレータがCOR処理装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネルディスプレイ、COR処理装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース162が接続されている。また、プロセスコントローラ161には、COR処理装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ161の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じてCOR処理装置100の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部163が接続されている。レシピは記憶部163の中の適宜の記憶媒体(図示せず)に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部163から呼び出してプロセスコントローラ161に実行させることで、プロセスコントローラ161の制御下で、COR処理装置100での所望の処理が行われる。
また、本実施形態において、制御部16は、ガス供給機構14のMFC150a〜150h、ならびに開閉バルブ151a〜151hを上述のように独立に制御することに大きな特徴を有する。
<基板処理動作>
次に、このような基板処理装置における基板処理動作について説明する。
図3Aは一実施形態に係るCOR処理装置100による基板処理動作の一例を概略的に示す図、図3Bは一実施形態に係るCOR処理装置100による基板処理動作の他の例を概略的に示す図である。
表面にエッチング対象膜(例えばSiO膜)が形成された2枚のウエハWa、Wbをチャンバー10内の処理部11aおよび処理部11b内に搬入し、それぞれ基板載置台61aおよび基板載置台61b上に載置する。そして、隔壁部材71を上昇させて処理空間Sを形成し、排気機構15によりチャンバー10内を所定の圧力に調整し、圧力を安定させる圧力安定化工程の後、基板処理工程を実施する。処理部11a、11bは排気機構15を共有しているので、圧力安定化工程および基板処理工程の際の圧力調整は、共通の自動圧力制御弁(APC)102により行う。
基板処理工程は、図3Aに示す共通基板処理モード、または図3Bに示す独立基板処理モードにより行われる。
(共通基板処理モード)
図3Aに示す状態は、共通基板処理モードでの処理を示すものである。共通基板処理モードは、ウエハWa、Wbに対して同じガス条件で処理をしているモードである。この共通基板処理モードにより、処理部11a、11bの両方においてCOR処理が行われる。このモードにおいては、開閉バルブ151a〜151hの状態は、上述したケースaとされる。これにより、図3Aに示すように、ウエハWa、Wbには、ガス導入部材12a、12bからHFガスおよびNHガスが、それぞれ不活性ガスであるArガスおよびNガスで希釈された状態で供給され、ウエハWa、Wbに対して同じ基板処理がなされる。
(独立基板処理モード)
図3Bに示す状態は、独立基板処理モードでの処理を示すものである。独立基板処理モードは、ウエハWa、Wbに対して異なったガス条件で処理をしているモードである。このモードにおいては、開閉バルブ151a〜151hの状態は、例えば、上述したケースbとされる。これにより、図3Bに示すように、処理部11aのウエハWaには、ガス導入部材12aからHFガスおよびNHガスがそれぞれArガスおよびNガスに希釈された状態で供給され、処理部11bのウエハWbには、ガス導入部材12bからArガスおよびNガスのみが供給され、ウエハWa、Wbに対して異なった基板処理がなされる。すなわち、処理部11aにおいては、ウエハWaに対するHFガスおよびNHガスによる処理が続行される一方、処理部11bにおいては、ウエハWbに対するHFガスおよびNHガスの供給が停止される。なお、この場合に、ガス導入部材12bから供給される不活性ガスとしてはArガスおよびNガスの一方であってもよい。
なお、独立基板処理モードは、図3Bとは逆に、処理部11bにおいては、ウエハWbに対するHFガスおよびNHガスによる処理が続行される一方、処理部11aにおいては、ウエハWaに対するHFガスおよびNHガスの供給が停止される場合にも適用され、開閉バルブ151a〜151hの状態は、例えば、上述したケースcとされる。
独立基板処理モードは、上記共通基板処理モードで処理部11a、11bで同じガス条件でCOR処理を行った後、例えば、処理部11bにおけるCOR処理を先に終了させたい場合に有効に用いることができる。
独立基板処理モードを適用して、処理部11bのHFガスおよびNHガスを停止して処理を停止する際に、例えば、図4に示す参考例のように、ガス導入部材12bから処理部11bへのガスの供給を止めてしまうことも考えられる。しかし、排気機構15は処理部11a、11bで共通であり、単一のAPCで圧力制御しているため、ガス導入部材12aからのガスの供給を続けながら、ガス導入部材12bからのガスの供給を止めてしまうと、処理部11aと処理部11bとの間には圧力差が生じ、処理部11a、11bの処理空間Sが略密閉空間であっても、ガス導入部材12aからのガスが内壁71a、71bの下部のスリットを介して逆流し、処理部11bへと流れ込んでしまう。このため、処理部11bにおいては、ウエハWbに対するHFガスおよびNHガスによる処理を完全に停止させることが困難となってしまう。このため、独立基板処理モードでは、図3Bに示すように、ガス導入部材12bからArガスおよびNガスの供給を継続しているが、これらの流量が共通基板処理モードの際と同じ流量であれば、トータル流量が減少したことになるので、やはり圧力差が生じ、それによる逆流が生じ、処理を完全に停止させることが困難となる。
そこで、本実施形態においては、独立基板処理モードで処理部11aと処理部11bに対して異なるガス条件で処理を行う際に、処理部11aと処理部11bとの間に圧力差が生じることを阻止するように、ガス供給機構14を制御する。
例えば、制御部16は、開閉バルブ151dおよび151hを閉じてHFガスおよびNHガスのガス導入部材12bへの供給を停止しつつ、開閉バルブ151bおよび151fは開いたままとして、MFC150bおよび150fにより、ArガスおよびNガスの流量を増加させ、処理部11aと処理部11bとの間の圧力差が生じることを阻止するように、好ましくは処理部11aの圧力と処理部11bの圧力とが等しくなるようにガス供給機構を制御することが可能となる。すなわち、ArガスおよびNガスを圧力調整用の補完ガスとして用いる。
このように、処理部11a、11bのうち、基板処理を停止させたい処理部については、単に処理ガスを止めるのではなく、例えば、不活性ガスを圧力調整のための補完ガスとして供給し、圧力調整を行う。これにより、1つの排気機構15によって処理部11a、11bからガスを共通に排気したとしても、処理部11a、11b相互間でのガスの流入を抑制することができる。
(処理シーケンスの一例)
本実施形態における処理シーケンスの一例を図5を参照して説明する。
最初に開閉バルブ151a,151b,151e,151f,151g,151hを開いて、処理部11a,11bの両方に、Arガス、Nガス、NHガスを所定流量で、かつ処理部11a,11bで同じ流量になるように供給して所定の圧力に調整し、圧力を安定化させる(圧力安定化工程S1)。
圧力が安定した時点で、基板処理を開始する(基板処理工程S2)。基板処理工程S2では、最初、Arガス、Nガス、NHガスを流したまま、開閉バルブ151c,151dを開いてHFガスを供給し、処理部11a,11bの両方において、HFガスとNHガスによるCOR処理が行われる(共通基板処理モードS2−1)。そして、処理部11bでのCOR処理が先に終了した場合、処理部11aによるCOR処理を継続したまま、開閉バルブ151d,151hを閉じて処理部11bへのHFガスおよびNHの供給を停止するとともに、MFC150b,150fにより、処理部11bへのArガス流量およびNガス流量を増加させる(独立基板処理モードS2−2)。流量増加分のArガスおよびNガスは、処理部11aと処理部11bとで圧力差が生じることを阻止する補完ガスとして機能する。この際のArガスおよびNガスの増加分(補完ガス流量)は、HFガスおよびNHの供給を停止したことによる流量減少分に相当する量であることが好ましい。
処理部11aでの処理も終了した後、全ての開閉バルブを閉じてガスの供給を停止し、排気機構15により処理空間Sを排気する(排気工程S3)。
(処理シーケンスの他の例)
上記の処理シーケンス例においては、独立基板処理モードS2−2において、一方の処理部における処理ガス(HFガス、NHガス)を停止した際に、他方の処理部においてArガスおよびNガスを増量させて補完ガスとして機能させることにより、処理部11aと処理部11bとの間の圧力差が生じることを阻止するようにして、処理部11a、11b相互間でのガスの流入を抑制するが、処理部11a,11bはインナーウォール13のスリットを介して繋がっているため、一方の処理部から他の処理部への処理ガス(HFガス、NHガス)の回り込み、および他方の処理部から一方の処理部への補完ガス(Arガス、Nガス)の回り込みを完全に防止することは困難であり、わずかなガスの回り込み(ガスの逆拡散)が生じる。処理ガスの流量がある程度以上の場合には、このようなわずかなガスの回り込みはエッチング量に大きな影響を与えず、処理部11a,11bで所望のエッチング量での処理を実現することができるが、低流量領域の処理においては、このようなガスの回り込みの影響が無視し得なくなり、設定したエッチング量に対する偏差が大きくなってしまい、処理部11a,11bにおいて所望の独立処理が行えなくなる。
一方、このような不都合を防止するために処理ガス(HFガス、NHガス)および補完ガス(Arガス、Nガス)を大流量化すると、エッチングレートが増加してしまい、処理時間やガス流量比等でエッチング量を調整する必要があり、プロセスマージンが狭くなってしまう。
そこで、本例では、圧力安定化工程S1の際に、次の基板処理工程S2の独立基板処理モードS2−2で処理部11aと11bとの間で処理ガスおよび補完ガスが逆拡散することを抑制可能な、ガス導入部材12a,12bから排気機構15へ向かう調圧ガスの流れを形成できるような流量で調圧ガスを流す。これにより、低流量領域において基板処理工程S2の独立基板処理モードS2−2におけるガスの回り込み(逆拡散)を効果的に抑制する。
具体的には図6に示すように、圧力安定化工程S1の際に調圧ガスとして供給するArガス、Nガス、NHガスの流量を基板処理工程S2よりも多くする。この場合の調圧ガスのトータル流量は、基板処理工程S2の際の3倍以上であることが好ましい。調圧ガスとしては、基板処理工程S2の際に供給するガスの一部であって、基板処理が生じないものを用いることができる。その後の基板処理工程S2においては、共通基板処理モードS2−1および独立基板処理モードS2−2を図5の処理シーケンスと同様に行う。その後、図5の処理シーケンスと同様、ガスを停止し、排気機構15により処理空間Sを排気する排気工程S3を行う。
これにより、低流量領域において、独立基板処理モードS2−2の際に、補完ガスにより圧力調整するのみの場合よりも、より効果的に処理ガスおよび補完ガスの逆流を抑制することができる。具体的には、低流量領域においても、処理を止めたい処理部11bに処理部11aから処理ガス(HFガス、NHガス)が逆流すること、および処理を継続したい処理部11aに処理部11bから補完ガス(Arガス、Nガス)が逆流することを極めて効果的に抑制することができ、処理部11a、11bのいずれにおいても設定したエッチング量に近いエッチング量となるように基板処理を行うことができる。
実際に圧力安定化工程において調圧ガスの流量を増加した場合の効果について図7を参照して説明する。ここでは、図1の装置を用いて圧力安定化工程を行った後、基板処理工程において、一方の処理部において処理を継続し、他方の処理部において処理ガス(HFガス、NHガス)を途中で止めて補完ガス(Arガス、Nガス)を導入した。図7は処理を継続した方の処理部における、基板処理工程の際のトータルガス流量と、エッチング量偏差(実際のエッチング量と設定したエッチング量の差)を示す図である。図中黒丸は圧力安定化工程における調圧ガス(Arガス、Nガス、NHガス)の流量を基板処理工程と同じにした場合のエッチング量偏差であり、トータル流量が低い領域ではエッチング量偏差が大きくなる傾向があり、トータル流量が300sccmではエッチング量偏差が−0.33nm程度と大きい値を示した。これに対して黒四角は、調圧ガスの流量を3倍にした場合であり、この場合には、基板処理工程の際のトータル流量が300sccmであってもエッチング量偏差が−0.03nm程度と極めて設定値に近くなった。このことから調圧ガスの流量を増加させる効果が確認された。
なお、以上のようにHFガスおよびNHガスを用いてウエハのSiO膜に対してCOR処理を行うと、反応生成物としてフルオロケイ酸アンモニウム((NHSiF;AFS)が生成するため、COR処理装置100で処理後のウエハを、熱処理装置にて熱処理し、AFSを分解除去する。
以上のように、本実施形態によれば、2枚のウエハに対してそれぞれ処理部11aおよび処理部11bで処理するにあたり、排気機構15を共通化しつつ、これら処理部で異なるガス条件での処理を施すことが可能である。
なお、上記一実施形態では、HFガスおよびNHガスを用いてCOR処理を行う場合について説明したが、図1の基板処理装置によりHFガスのみまたはNHガスのみでの処理を行うこともできる。例えば、HFガスをArガスで希釈して供給し、処理を行う場合、開閉バルブ151e、151f、151g、151hはクローズしたまま、開閉バルブ151a、151b、151c、151dをオープンしてHFガスおよびArガスを供給し、共通基板処理モードで処理した後、独立基板モードの際には、例えば以下のケースdに示すように開閉バルブを制御すればよい。
[ケースd]
・ガス導入部材12aへの供給系
開閉バルブ151a(Ar) オープン
開閉バルブ151c(HF) オープン
開閉バルブ151e(N) クローズ
開閉バルブ151g(NH) クローズ
・ガス導入部材12bへの供給系
開閉バルブ151b(Ar) オープン
開閉バルブ151d(HF) クローズ
開閉バルブ151f(N) クローズ
開閉バルブ151h(NH) クローズ
<チャンバー構成>
図8Aは一実施形態に係るCOR処理装置100のチャンバー構成の一例を概略的に示す図、図8Bは一実施形態に係るCOR処理装置100のチャンバー構成の他の例を概略的に示す図である。
図1に示したCOR処理装置100は、図8Aに示すように、処理部11a、11bのそれぞれは、一つの共通したチャンバー10内に設けられ、排気機構15は、一つの共通したチャンバー10内に設けられた処理部11a、11bで共有される構成である。また、図8Aの構成は図1のCOR処理装置100に限らず、チャンバー内に独立して処理を行える2つの処理部を有する装置であればよい。
さらに、図8Aのように一つの共通したチャンバー10内に処理部11a、11bをそれぞれ設ける構成に限られず、例えば、図8Bに示すCOR処理装置100aに示すように、処理部11a、11bのそれぞれは、各々独立したチャンバー10a、10b内に設け、排気機構15は、各々独立したチャンバー10a、10bで共有される構成としてもよい。
処理部11a、11bのそれぞれは、各々独立したチャンバー10a、10b内に設けた場合であっても、処理部11a、11bは、排気配管101を介して繋がっている。このため、処理部11a、11bのどちらへのガスの供給を止めた場合、排気配管101を介して処理部11aと処理部11bとの間に圧力差が生じてしまう。このため、処理部11a、11bのそれぞれを、一つの共通したチャンバー10内に設けた場合と同様に、処理部11a、11b相互間でのガスの流入が発生する。
処理部11a、11bのそれぞれは、各々独立したチャンバー10a、10b内に設けた場合であっても、制御部16が、処理部11aと処理部11bとの間の圧力差が拡大しないように、好ましくは処理部11aの圧力と処理部11bの圧力とが等しくなるように、ガス供給機構14に含まれた開閉バルブやMFCを制御し、例えば、不活性ガスを圧力調整のための“補完ガス”として流す。これにより、チャンバー10a、10bで1つの排気機構15によって処理部11a、11bからガスを共通に排気したとしても、図1に示したCOR処理装置100と同様に、処理部11a、11b相互間でのガスの流入を抑制することができる。
<補完ガスについて>
上記一実施形態においては、圧力調整のための“補完ガス”として、HFガスやNHガス等の処理ガスを希釈する希釈ガス、つまり、ArガスやNガス等に代表される不活性ガスを用いた。しかし、圧力調整のための“補完ガス”としては、不活性ガスに限られるものではなく、処理されたウエハWa、Wbのエッチング対象膜に対して非反応である非反応性ガスを用いることも可能である。また、反応性ガスであっても、処理に影響を与えずに圧力を調整できるものであれば用いることが可能である。
また、上記一実施形態においては、圧力調整のための“補完ガス”として、基板処理の際に処理ガスと同時に使用される希釈ガスを用いたが、処理ガスと同時に使用される希釈ガスとは別に、専用の“補完ガス”を用いるようにしてもよい。この場合には、ガス供給機構14には、新たに“補完ガス供給源”、“補完ガスを供給する供給配管”、“MFC”、および“開閉バルブ”を別途設けるようにすればよい。
<他の適用>
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。また、本発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。
例えば、上記一実施形態では、複数の処理部に対して異なるガス処理条件で処理を行う例として、一方で処理ガスでの処理を継続し、他方で処理を停止する場合について主に説明したが、複数の処理部で処理ガスの流量を異ならせる場合や、異なる処理ガスを用いる場合にも適用可能である。
また、上記一実施形態においては、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、本発明の原理からして被処理基板は半導体ウエハに限るものではないことは明らかであり、他の種々の基板の処理に適用できることは言うまでもない。
さらに、上記一実施形態においては、複数の処理部として、処理部11a、11bの2つを持つ基板処理装置を例示したが、処理部の数は2つに限られることはない。この発明は、2以上の処理部を持つ基板処理装置であれば、その利点を損なうことなく適用することができる。
さらにまた、上記一実施形態においては、本発明をCOR処理装置に適用した場合を例示したが、基板処理装置としてはCOR処理装置に限られるものでもない。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
10、10a、10b;チャンバー
11a、11b;処理部
12a、12b;ガス導入部材
14;ガス供給機構
15;排気機構
16;制御部
71a,71b;内壁
101;排気配管
141;Arガス供給源
142;HFガス供給源
143;Nガス供給源
144;NHガス供給源
145、145a、145b;HFガス供給配管
146a、146b;供給配管
147、147a、147b;Arガス供給配管
148、148a、148b;NHガス供給配管
149、149a、149b;Nガス供給配管
150a〜150h;マスフローコントローラ
151a〜151h;開閉バルブ

Claims (21)

  1. 真空雰囲気下で複数枚の被処理基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、
    前記複数枚の被処理基板のそれぞれに対して基板処理を施す複数の処理部と、
    前記複数の処理部に対して処理ガスを独立に供給するガス供給機構と、
    前記複数の処理部内の処理ガスを一括して排気する共通の排気機構と、
    前記ガス供給機構および前記排気機構を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、
    前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するように前記排気機構を制御しつつ、
    前記複数の処理部に対して独立して処理ガスを供給するとともに、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記制御部は、
    前記複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、
    前記複数の処理部から処理ガスを共通に排気しつつ、前記複数の処理部の全てに対して処理ガスとして第1のガスを同一のガス条件で供給する第1のモードと、
    前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するように前記排気機構を制御しつつ、前記複数の一部に対しては前記第1のガスを供給し、前記複数の処理部の残りに対しては前記第1のガスとは異なる第2のガスを供給する第2のモードとを実行し、
    前記第2のモードの際に、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記第2のモードの際、
    前記複数の処理部の一部における圧力と前記複数の処理部の残りにおける圧力差が生じることを阻止するように、前記複数の処理部のいずれかに対する前記第2のガスの供給量を制御することを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
  4. 前記第2のガスは、不活性ガスおよび/または処理される被処理基板に対して非反応である非反応性ガスであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の基板処理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記第2のモードの際、
    前記複数の処理部の一部においては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスによる基板処理を続行させ、
    前記複数の処理部の残りにおいては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスの供給を停止させ、前記第2のガスを補完ガスとして供給させて基板処理を停止させることを特徴とする請求項4に記載の基板処理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記基板処理に先立って、前記複数の処理部を調圧ガスにより調圧するとともに圧力を安定化させる圧力安定化を実行させ、
    この圧力安定化の際に、前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の前記第2のモードで前記複数の処理部の間で、処理ガスである前記第1のガスと補完ガスである前記第2のガスが逆拡散することを抑制可能な前記調圧ガスの前記排気機構へ向かう流れを形成できるような流量に制御することを特徴とする請求項5に記載の基板処理装置。
  7. 前記調圧ガスとして、前記基板処理の際に供給するガスの一部であって、基板処理が生じないものを用い、前記圧力安定化の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量よりも多くすることを特徴とする請求項6に記載の基板処理装置。
  8. 前記圧力安定化の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量の3倍以上とすることを特徴とする請求項7に記載の基板処理装置。
  9. 前記第2のガスとして、前記第1のガスの希釈ガスとして用いられるものを使用することを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  10. 前記複数の処理部のそれぞれは、一つの共通したチャンバー内に設けられ、
    前記排気機構は、前記一つの共通したチャンバー内に設けられた前記複数の処理部で共有されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  11. 前記複数の処理部のそれぞれは、各々独立したチャンバー内に設けられ、
    前記排気機構は、前記独立したチャンバーで共有されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  12. 複数枚の被処理基板のそれぞれに対して基板処理を施す複数の処理部と、前記複数の処理部に対してガスを独立に供給するガス供給機構と、前記複数の処理部内のガスを一括して排気する共通の排気機構とを備えた基板処理装置を用いて、真空雰囲気下で複数枚の被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
    前記複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、
    前記排気機構により、前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するようにし、
    前記ガス供給機構により、前記複数の処理部に対して独立して処理ガスを供給するとともに、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するようにすることを特徴とする基板処理方法。
  13. 複数枚の被処理基板のそれぞれに対して基板処理を施す複数の処理部と、前記複数の処理部に対してガスを独立に供給するガス供給機構と、前記複数の処理部内のガスを一括して排気する共通の排気機構とを備えた基板処理装置を用いて、真空雰囲気下で複数枚の被処理基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
    複数枚の被処理基板に対して基板処理を施す際、
    前記複数の処理部から処理ガスを共通に排気しつつ、前記複数の処理部の全てに対して処理ガスとして第1のガスを同一のガス条件で供給する第1のモードと、
    前記複数の処理部から処理ガスを一括して排気するように前記排気機構を制御しつつ、前記複数の処理部の一部に対しては前記第1のガスを供給し、前記複数の処理部の残りに対しては前記第1のガスとは異なる第2のガスを供給する第2のモードとを実行し、
    前記第2のモードの際に、前記複数の処理部における圧力差が生じることを阻止するようにすることを特徴とする基板処理方法。
  14. 前記第2のモードの際、
    前記複数の処理部の一部における圧力と前記複数の処理部の残りにおける圧力差が生じることを阻止するように、前記複数の処理部の残りにおける前記第2のガスの供給量を制御することを特徴とする請求項13に記載の基板処理方法。
  15. 前記第2のガスは、不活性ガスおよび/または処理される被処理基板に対して非反応である非反応性ガスであることを特徴とする請求項13または請求項14に記載の基板処理方法。
  16. 前記第2のモードの際、
    前記複数の処理部の一部においては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスによる基板処理を続行し、
    前記複数の処理部の残りにおいては、前記被処理基板に対する処理ガスである第1のガスの供給を停止し、前記第2のガスを補完ガスとして供給して基板処理を停止させることを特徴とする請求項15に記載の基板処理方法。
  17. 前記基板処理に先立って、前記複数の処理部を調圧ガスにより調圧するとともに圧力を安定化させる圧力安定化工程を実行し、
    この圧力安定化工程の際に、前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の前記第2のモードで前記複数の処理部の間で、処理ガスである前記第1のガスと補完ガスである前記第2のガスが逆拡散することを抑制可能な前記調圧ガスの前記排気機構へ向かう流れを形成できるような流量とすることを特徴とする請求項16に記載の基板処理方法。
  18. 前記調圧ガスとして、前記基板処理の際に供給するガスの一部であって、基板処理が生じないものを用い、前記圧力安定化工程の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量よりも多くすることを特徴とする請求項17に記載の基板処理方法。
  19. 前記圧力安定化工程の際の前記調圧ガスの流量を、前記基板処理の時の流量の3倍以上とすることを特徴とする請求項18に記載の基板処理方法。
  20. 前記第2のガスとして、前記第1のガスの希釈ガスとして用いられるものを使用することを特徴とする請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  21. コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項12から請求項20のいずれかの基板処理方法が行われるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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