JP2017118001A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
基板を処理する処理室と、移載室に設けられたシャフトと、シャフトに接続され、加熱部を有する基板載置台と、移載室の壁の処理室側に設けられた第1断熱部と、シャフトの基板載置台側に設けられた第2断熱部と、を有する技術が提供される。
以下に本発明の第1実施形態を図面に即して説明する。
高温プロセスではサセプタや反応室側からの熱が反応室の下側(搬送空間:移載室)に伝わり昇温するため、通常は冷却水を流して所要の温度以下になるようにしている。 しかし装置の構造上冷却し難い部分があり、移載室が加熱され、移載室が延び、基板載置台の位置(XYZ方向)がずれることにより、ガス供給部と基板との位置がずれるため、基板への処理均一性が低下する課題が有る。本発明は、前記した熱による移載室の延びを抑制させることが可能な技術を提供することを目的とする。
(1)基板処理システムの構成
本発明の一実施形態に係る基板処理システムの概要構成を、図1から図5を用いて説明する。図1は本実施形態に係る基板処理システムの構成例を示す横断面図である。図2は、本実施形態に係る基板処理システムの構成例を示す図1のα−α’における縦断面図である。図3は図1のアームの詳細を説明した説明図である。図4は図1のβ−β’の縦断面図であり、プロセスモジュールに供給するガス供給系を説明する説明図である。図5は、プロセスモジュールに設けられるチャンバを説明する説明図である。
基板処理システム1000の手前には、IOステージ(ロードポート)1100が設置されている。IOステージ1100上には複数のポッド1001が搭載されている。ポッド1001はシリコン(Si)基板などの基板200を搬送するキャリアとして用いられ、ポッド1001内には、未処理の基板(ウエハ)200や処理済の基板200がそれぞれ水平姿勢で複数格納されるように構成されている。
ロードロック室1300は大気搬送室1200に隣接する。ロードロック室1300を構成する筐体1310が有する面のうち、大気搬送室1200とは異なる面には、後述するように、真空搬送室1400が配置される。ロードロック室1300は、大気搬送室1200の圧力と真空搬送室1400の圧力に合わせて筐体1310内の圧力が変動するため、負圧に耐え得る構造に構成されている。
基板処理システム1000は、負圧下で基板200が搬送される搬送空間となる搬送室としての真空搬送室(トランスファモジュール)1400を備えている。真空搬送室1400を構成する筐体1410は平面視が五角形に形成され、五角形の各辺には、ロードロック室1300及びウエハ200を処理するプロセスモジュール110a〜110dが連結されている。真空搬送室1400の略中央部には、負圧下で基板200を移載(搬送)する第2搬送ロボットとしての真空搬送ロボット1700がフランジ1430を基部として設置されている。なお、ここでは、真空搬送室1400を五角形の例を示すが、四角形や六角形などの多角形であっても良い。
続いて各プロセスモジュール110の内、プロセスモジュール110aについて、図1、図2、図4を例にして説明する。図4はプロセスモジュール110aとプロセスモジュール110aに接続されるガス供給部と、プロセスモジュール110aに接続されるガス排気部との関連を説明する説明図である。
第1実施形態に係る基板処理装置について説明する。
シャフト217と基板載置台212の間には第2断熱部20が設けられている。この第2断熱部20は、前記したヒータ213からの熱がシャフト217や、搬送空間203に伝わるのを抑制する役割を果たしている。第2断熱部20は、好ましくは、ゲートバルブ1490よりも上側に設けられている。より好ましくは、第2断熱部20の径をシャフト217の径よりも短く構成する。これにより、ヒータ213からシャフト217への熱伝導を抑制することができ、基板載置台212の温度均一性を向上させることができる。また、基板載置部212の下側であり、第2断熱部20との間、換言すると、ヒータ213よりも下側であって、第2断熱部20よりも上側には、ヒータ213からの熱を反射する反射部30が設けられている。
また、反射効率を向上させることができ、ヒータ213の基板200への加熱効率を向上させることができる。
反射部30を第2断熱部20の下側に設けた場合は、ヒータ213からの熱は、第2断熱部20で吸収されてしまうため、ヒータ213への反射量が低下し、ヒータ213の加熱効率が低下します。また、第2断熱部20が加熱され、第2断熱部20によってシャフト217が加熱されてしまうことを抑制することが可能となる。
また、シャフト217から放熱されたとしても、シャフト217と対向する下部容器202bの内壁が受けた熱がゲートバルブ1490側へ熱伝導されることを抑制することができるという効果がある。
処理室201(上部容器202a)の内壁上面には、処理室201の雰囲気を排気する第1排気部としての排気口221が設けられている。排気口221には第1排気管としての排気管224が接続されており、排気管224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227、真空ポンプ223が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管224、圧力調整器227により、第1の排気部(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ223を第1の排気部に含めるように構成しても良い。
処理室201の上部に設けられるシャワーヘッド234の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口241が設けられている。ガス供給部である第1ガス導入口241に接続されるガス供給ユニットの構成については後述する。
シャワーヘッド234は、バッファ室(空間)232、分散板234b、分散孔234a、により構成されている。シャワーヘッド234は、ガス導入口241と処理室201との間に設けられている。ガス導入口241から導入されるガスはシャワーヘッド234のバッファ空間232(分散部)に供給される。シャワーヘッド234は、例えば、石英、アルミナ、ステンレス、アルミなどの材料で構成される。
分散板253に接続されたガス導入口241には、共通ガス供給管242が接続されている。図6に示す様に、共通ガス供給管242には、第一ガス供給管243a、第二ガス供給管244a、第三ガス供給管245a、クリーニングガス供給管248aが接続されている。
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、例えばシリコン(Si)である。すなわち、第一処理ガスは、例えばシリコン含有ガスである。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン(Dichlorosilane(SiH2Cl2):DCS)ガスを用いることができる。なお、第一処理ガスの原料は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一処理ガスの原料が常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源243b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。ここでは原料は気体として説明する。
第二ガス供給管244aの上流には、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が設けられている。
第三ガス供給管245aには、上流方向から順に、第三ガス供給源245b、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)245c、及び開閉弁であるバルブ245dが設けられている。
クリーニングガス供給管243aには、上流方向から順に、クリーニングガス源248b、マスフローコントローラ(MFC)248c、バルブ248d、リモートプラズマユニット(RPU)250が設けられている。
図7に示すようにチャンバ100は、チャンバ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。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置(半導体デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜であって、例えばシリコン含有膜としてのシリコン酸化(SiO)膜を成膜するシーケンス例について図8,9を参照して説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置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。
基板処理工程に際しては、先ず、ウエハ200を処理室201に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ1490を開放し、ゲートバルブ1490からリフトピン207上にウエハ200を載置させる。ウエハ200をリフトピン207上に載置させた後、昇降218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、処理室排気管224を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器222としてのAPCバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部210をヒータ213により予め加熱しておき、ウエハ200又は基板支持部210の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やN2ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
続いて、ウエハ200にSiO膜を成膜する例について説明する。成膜工程S301Aの詳細について、図8,9を用いて説明する。
第1ガス供給工程S203では、第1ガス供給部から処理室201内に第1ガス(原料ガス)としてのシリコン含有ガスを供給する。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン(DCS)がある。具体的には、ガスバルブを開き、シリコン含有ガスをガス源からチャンバ100に供給する。その際、処理室側バルブを開き、MFCで所定流量に調整する。流量調整されたシリコン含有ガスは、バッファ空間232を通り、シャワーヘッド234の分散孔234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ200に対してシリコン含有ガスが供給されることとなるシリコン含有ガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば100Pa以上20000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ200にシリコン含有ガスを供給する。シリコン含有ガスが供給されることにより、ウエハ200上に、シリコン含有層が形成される。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、シリコン含有ガスの供給を停止する。原料ガスを停止することで、処理室201中に存在する原料ガスや、バッファ空間232の中に存在する原料ガスを処理室排気管224から排気されることにより第1パージ工程S204が行われる。
第1ガスパージ工程の後、ガス導入口241、複数の分散孔234aを介して、処理室201内に第2のガス(反応ガス)としての、窒素含有ガスを供給する。窒素含有ガスは例えば、アンモニアガス(NH3)を用いる例を示す。分散孔234aを介して処理室201に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。なお、第2のガスを供給する際に、活性化部(励起部)としてのリモートプラズマユニット(RPU)を介して、活性化させた第2のガスを処理室201内に供給可能に構成しても良い。
NH3ガスの供給を停止することで、処理室201中に存在するNH3ガスや、バッファ空間232の中に存在するNH3ガスを第1の排気部から排気されることにより第2パージ工程S206が行われる。第2パージ工程S206は上述の第1パージ工程S204と同様の工程が行われる。
第1パージ工程S206の終了後、コントローラ260は、上記の成膜工程S301Aの内、S203〜S206が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する(nは自然数)。即ち、ウエハ200上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS203〜S206を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行う(ステップS207)ことにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜、すなわち、SiO膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ200上に所定膜厚のSiO膜が形成される。
搬送圧力調整工程S208では、処理室201内や搬送空間203が所定の圧力(真空度)となるように、処理室排気管224を介して処理室201内や搬送空間203内を排気する。この時の処理室201内や搬送空間203内の圧力は、真空搬送室1400内の圧力以上に調整される。なお、この搬送圧力調整工程S208の間や前や後で、ウエハ200の温度が所定の温度まで冷却するようにリフトピン207で保持するように構成しても良い。
搬送圧力調整工程S208で処理室201内が所定圧力になった後、ゲートバルブ1490を開き、搬送空間203から真空搬送室1400にウエハ200を搬出する。
図10、11に他の実施形態を示す。基板処理装置100において、ウエハ200に熱処理を行った際に、処理容器202内は、高熱に曝される。これにより、処理容器202(上部容器202a、下部容器202b)は、図10の矢印X,Y方向、Z方向に延びてしまう。これにより、様々な課題が生じることを、発明者等は見出した。なお、ここで、X方向,Y方向は、ウエハ200の面に対して平行な方向であり、図1に記した方向と同一である。Z方向はウエハ200の面に対して垂直な方向である。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室と隣接する移載室と、
前記移載室に設けられたシャフトと、
前記シャフトに接続され、加熱部を有する基板載置台と、
前記移載室の壁の前記処理室側に設けられた第1断熱部と、
前記シャフトの前記基板載置台側に設けられた第2断熱部と、
を有する基板処理装置、または、半導体装置の製造装置が提供される。
付記1に記載の装置であって、好ましくは、
前記第1断熱部は、前記第2断熱部よりも下側に設けられる。
付記1または付記2に記載の装置であって、好ましくは、
前記第1断熱部は前記移動室の壁に設けられたゲートバルブの高さよりも上側に設けられ、
前記第2断熱部は、処理時に前記ゲートバルブの高さよりも上側になる位置に設けられる。
付記1乃至付記3のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記第2断熱部と前記加熱部との間に反射部を有する。
付記1乃至付記4のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記第1断熱部の基板と平行方向断面積が、前記移動室の壁の基板と平行方向の断面積よりも小さいように形成されている。
付記1乃至付記5のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記第1断熱部は、中空構造又は前記移動室の外側であって前記基板の径方向に複数の凹部を有する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
付記1乃至付記6のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記第2断熱部材の径は、前記シャフトの径よりも短く構成されている。
他の態様によれば、
処理室側に第1断熱部が設けられた壁を有する移載室に基板を搬送する工程と、
前記移載室内に設けられたシャフトの前記処理室側に第2断熱部を介して接続された基板載置台に前記基板を載置させる工程と、
前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動させる工程と、
前記基板載置台に設けられた加熱部で前記基板を加熱する工程と、
前記基板に処理ガスを供給する工程と、
前記基板上の雰囲気を排気する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記8に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動する工程では、
前記第1断熱部が、前記第2断熱部の高さよりも下側になるように前記基板載置台を移動させる。
付記8または付記9に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板を加熱する工程では、
前記基板載置台に設けられた加熱部と、当該加熱部と前記第2断熱部との間に設けられた反射部からの反射熱で加熱させる。
更に他の態様によれば、
処理室側に第1断熱部が設けられた壁を有する移載室に基板を搬送させる手順と、
前記移載室内に設けられたシャフトの前記処理室側に第2断熱部を介して接続された基板載置台に前記基板を載置させる手順と、
前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動させる手順と、
前記基板載置台に設けられた加熱部で前記基板を加熱させる手順と、
前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
前記基板上の雰囲気を排気させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムが記録された記録媒体が提供される。
20 第2断熱部
30 反射部
100 チャンバ
110 プロセスモジュール
200 ウエハ(基板)
201 処理室 (処理空間)
202 処理容器
212 基板載置台
232 バッファ空間
234 シャワーヘッド
1000 基板処理システム
Claims (12)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室と隣接する移載室と、
前記移載室に設けられたシャフトと、
前記シャフトに接続され、加熱部を有する基板載置台と、
前記移載室の壁の前記処理室側に設けられた第1断熱部と、
前記シャフトの前記基板載置台側に設けられた第2断熱部と、
を有する基板処理装置。 - 前記第1断熱部は、前記第2断熱部よりも下側に設けられる請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1断熱部は前記移載室の壁に設けられたゲートバルブの高さよりも上側に設けられ、
前記第2断熱部は、処理時に前記ゲートバルブの高さよりも上側になる位置に設けられる請求項1又は2に記載の基板処理装置。 - 前記第2断熱部と前記加熱部との間に反射部を有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記第1断熱部の基板と平行方向断面積が、前記移載室の壁の基板と平行方向の断面積よりも小さいように形成されている請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記第1断熱部は、中空構造又は前記移載室の外側であって前記基板載置台の周方向に複数の凹部を有する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 処理室側に第1断熱部が設けられた壁を有する移載室に基板を搬送する工程と、
前記移載室内に設けられたシャフトの前記処理室側に第2断熱部を介して接続された基板載置台に前記基板を載置させる工程と、
前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動させる工程と、
前記基板載置台に設けられた加熱部で前記基板を加熱する工程と、
前記基板に処理ガスを供給する工程と、
前記基板上の雰囲気を排気する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
- 前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動する工程では、
前記第1断熱部が、前記第2断熱部の高さよりも下側になるように前記基板載置台を移動させる請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板を加熱する工程では、
前記基板載置台に設けられた加熱部と、当該加熱部と前記第2断熱部との間に設けられた反射部からの反射熱で加熱させる請求項7または請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 処理室側に第1断熱部が設けられた壁を有する移載室に基板を搬送させる手順と、
前記移載室内に設けられたシャフトの前記処理室側に第2断熱部を介して接続された基板載置台に前記基板を載置させる手順と、
前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動させる手順と、
前記基板載置台に設けられた加熱部で前記基板を加熱させる手順と、
前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
前記基板上の雰囲気を排気させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 - 前記基板が載置された前記基板載置台を前記移載室から前記処理室に移動させる手順では、
前記第1断熱部が、前記第2断熱部の高さよりも下側になるように前記基板載置台を移動させる手順と、をコンピュータに実行させる請求項10に記載のプログラム。 - 前記基板を加熱させる手順では、
前記基板載置台に設けられた加熱部と、当該加熱部と前記第2断熱部との間に設けられた反射部からの反射熱で加熱させる手順と、をコンピュータに実行させる請求項10または請求項11に記載のプログラム。
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