JP2019056132A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム Download PDF

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晃生 吉野
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Tadashi Ohashi
直史 大橋
唯史 高崎
Tadashi Takasaki
唯史 高崎
俊 松井
Shun Matsui
俊 松井
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Abstract

【課題】複数の基板を円周状に配置するタイプの装置においても、処理効率の高い技術を提供する。【解決手段】基板が載置される蓄熱部を有するトレーと、回転軸と前記回転軸に支持された回転板とを有し、前記トレーが前記回転板に載置可能なよう構成される基板搬送部と、前記回転軸を中心に円周状に配置された複数の基台と、前記基台のそれぞれに設けられたヒータとを有する技術を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。
基板処理装置は、生産効率を上げるために、複数の基板をまとめて処理するタイプの装置が存在する。例えば、一つの処理室中に複数の基板を円周状に配置するタイプが存在する（特許文献１）。
ここでは、基板加熱台とシャワーヘッドを組み合わせた処理室を円周状に配置すること、各処理室にて基板を加熱すると共にプラズマで処理すること、基板を隣接する処理室に移動するために回転トレーを公転させること等が記載されている。
特開２０１２−２２２０２４
近年の微細化に伴い、薄膜を基板面内に均一に形成することが求められている。それを実現するべく、基板処理装置では、基板面内を均一に加熱すると共に、プラズマで処理するよう構成している。
そこで本開示では、複数の基板を円周状に配置するタイプの装置においても、処理効率の高い技術を提供することを目的とする。
基板が載置される蓄熱部を有するトレーと、回転軸と前記回転軸に支持された回転板とを有し、前記トレーが前記回転板に載置可能なよう構成される基板搬送部と、前記回転軸を中心に円周状に配置された複数の基台と、前記基台のそれぞれに設けられたヒータとを有する技術を提供する。
本開示によれば、複数の基板を円周状に配置するタイプの装置においても、処理効率の高い技術を提供することができる。
実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 実施形態に係るウエハの処理フローを説明する説明図である。
以下に本発明の実施形態について説明する。
まず図1を用いて、本実施形態における基板処理装置２００を説明する。
（基板処理装置）
（処理容器）
図例のように、基板処理装置２００は、容器２０２を備えている。容器２０２は処理モジュールとも呼ぶ。容器２０２は、例えば横断面が角形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。容器２０２内には、シリコンウエハ等のウエハ１００を処理する処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、後述するシャワーヘッド２３０、基台２１０等で構成される。
容器２０２の側面には、ゲートバルブ２０８に隣接した基板搬入出口２０５が設けられており、ウエハ１００は基板搬入出口２０５を介して図示しない搬送室との間を移動する。
処理室２０１には、後述するトレー２５０を加熱する基台２１０が配される。基台２１０は後述する回転軸２２１を中心に、円周状に複数配される。基台２１０の配置について、図２を用いて説明する。図２は基板処理装置２００であって、特に回転板２２２付近を上方から見た図である。アーム２４０は、処理容器２０２の外部に配され、ウエハ１００を処理容器２０２の内外に移載する機能を有する。なお、Ｂ−Ｂ’における縦断面図が図１に相当する。
基台２１０は少なくとも４個設けられる。具体的には、図２に記載のように、基板搬入出口２０５と対向する位置から時計回りに基台２１０ａ、基台２１０ｂ、基台２１０ｃ、基台２１０ｄが配置される。容器２０２に搬入されたウエハ１００は、基台２１０ａ、基台２１０ｂ、基台２１０ｃ、基台２１０ｄの順に移動される。
基台２１０は、それぞれウエハ１００を載置するトレー載置面２１１（トレー載置面２１１ａからトレー載置面２１１ｄ）と、バイアス電極２１５（バイアス電極２１５ａからバイアス電極２１５ｄ）、基台２１０を支持するシャフト２１７（シャフト２１７ａからシャフト２１７ｂ）を主に有する。更には、加熱源としてのヒータ２１３（２１３ａから２１３ｄ）を有する。基台２１０には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部２０４を貫通している。シャフト２１７は処理容器２０２と絶縁されている。
底部２０４を貫通するように、リフトピン２０７が設けられている。リフトピン２０７は、基台２１０に設けられた貫通孔と、後述するトレー２５０に設けられた貫通孔を通過可能な位置に配される。リフトピン２０７の先端は、基板搬入/搬出時等にウエハ１００を支持する。
リフトピン２０７の下端には、リフトピン支持部２１２（２１２ａから２１２ｄ）が設けられる。それぞれのリフトピン支持部２１２には基板昇降部２１６（２１６ａから２１６ｄ）が設けられる。基板昇降部２１６はリフトピン２０７を昇降させる。リフトピン支持部２１２、基板昇降部２１６はそれぞれの基台２１０ａから２１０ｄに対応して設けられる。
処理容器２０２の蓋部２０３であって、それぞれのトレー載置面２１１と対向する位置には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０（２３０ａから２３０ｄ）がそれぞれ設けられている。上方から見ると、図３に記載のように、複数のシャワーヘッド２３０が配される。シャワーヘッド２３０は、絶縁リング２３２（２３２ａから２３２ｄ）を介して蓋２０３に支持される。絶縁リング２３２によってシャワーヘッド２３０と処理容器２０２は絶縁される。
図３に記載のように、それぞれのシャワーヘッド２３０にはガス導入孔が設けられる。具体的には、シャワーヘッド２３０ａにはガス導入孔２３１ａが、シャワーヘッド２３０ｂにはガス導入孔２３３ｂが、シャワーヘッド２３０ｃにはガス導入孔２３１ｃが、シャワーヘッド２３０ｄにはガス導入孔２３３ｄが設けられる。ガス導入孔２３１ａ、２３１ｃは後述する共通ガス供給管３０１と連通される。ガス導入孔２３３ｂ、２３３ｃは後述する共通ガス供給管３４１と連通される。なお、図３におけるＡ−Ａ’線における縦断面図が図１に相当する。
各シャワーヘッド２３０と各トレー２５０の間の空間を処理空間２０９と呼ぶ。本実施形態においては、シャワーヘッド２３０ａとトレー２５０ａの間の空間を処理空間２０９ａと呼ぶ。シャワーヘッド２３０ｂとトレー２５０ｂの間の空間を処理空間２０９ｂと呼ぶ。シャワーヘッド２３０ｃとトレー２５０ｃの間の空間を処理空間２０９ｃと呼ぶ。シャワーヘッド２３０ｄとトレー２５０ｄの間の空間を処理空間２０９ｄと呼ぶ。
また、処理空間２０９を構成する構造を処理室２０１と呼ぶ。本実施形態においては、処理空間２０９ａを構成し、少なくともシャワーヘッド２３０ａと基台２１０ａを有する構造を処理室２０１ａと呼ぶ。処理空間２０９ｂを構成し、少なくともシャワーヘッド２３０ｂと基台２１０ｂを有する構造を処理室２０１ｂと呼ぶ。処理空間２０９ｃを構成し、少なくともシャワーヘッド２３０ｃと基台２１０ｃを有する構造を処理室２０１ｃと呼ぶ。処理空間２０９ｄを構成し、少なくともシャワーヘッド２３０ｄと基台２１０ｄを有する構造を処理室２０１ｄと呼ぶ。
なお、ここでは、処理室２０１ａは少なくともシャワーヘッド２３０ａと基台２１０ａを有すると記載したが、ウエハ１００を処理する処理空間２０９ａを構成する構造であればよい。装置構造によっては、シャワーヘッド２３０ａ等にこだわらないことは言うまでもない。他の処理室も同様である。
各基台２１０は、図２に記載のように、基板回転部２２０の回転軸２２１を中心に配置される。回転軸２２１上には、回転板２２２が設けられる。また、回転軸２２１は処理容器２０２の底部２０４を貫通するよう構成され、処理容器２０２の外側であって、回転トレーと異なる側には回転板昇降部２２３が設けられる。回転板昇降部２２３は、回転軸２２１を昇降させたり、回転させたりする。回転板昇降部２２３によって、各基台２１０とは独立した昇降が可能となる。回転方向は、例えば図２における矢印２２５の方向（時計回り方向）に回転される。回転軸２２１、回転板２２２、回転板昇降部２２３をまとめて基板回転部と呼ぶ。なお、基板回転部２２０は基板搬送部とも呼ぶ。回転板昇降部２２３は後述するようにトレー２５０も昇降させるので、トレー昇降部とも呼ぶ。
また、基板昇降部、回転板昇降部のいずれかの組み合わせ、もしくはすべての組み合わせをまとめて昇降部と呼んでもよい。
回転板２２２は例えば円板状に構成される。回転板２２２の外周端には、少なくともトレー載置面２１１と同程度の径を有する穴部２２４（２２４ａから２２４ｄ）が、基台２１０と同数設けられる。更に、回転板２２２は、穴部２２４の内側に向かって突き出た爪を複数有する。爪はトレー２５０の裏面を支持するよう構成される。本実施形態において、トレー２５０を穴部２２４に載置するとは、爪に載置されることを示す。
回転軸２２１が上昇することで、トレー載置面２１１よりも高い位置に回転板２２２が位置され、このときトレー載置面２１１上に載置されたトレー２５０が回転板２２２の爪によりピックアップされる。更に、回転軸２２１が回転することで、回転板２２２が回転され、ピックアップされたトレー２５０が次のトレー載置面２１１上に移動される。例えば、トレー載置面２１１ｂに載置されていたトレー２５０は、トレー載置面２１１ｃ上に移動される。その後、回転軸２２１を下降させ回転板２２２を下降させる。この時、穴部２２４がトレー載置面２１１よりも下方に位置するまで下降させ、トレー載置面２１１上にトレー２５０を載置する。
回転軸２２１のうち、回転板２２２と異なる側には、スイッチ２２５が電気的に接続されるよう構成される。スイッチ２２５は、一方が回転板２２２に電気的に接続され、他方がアース２２６に接続される。したがって、回転板２２２は、回転軸２２１、スイッチ２２５を介してアース２２６に接続される。
（排気系）
容器２０２の雰囲気を排気する排気系２６０を説明する。排気系２６０は、それぞれの処理空間２０９（２０９ａから２０９ｄ）に対応するように設けられている。例えば、処理空間２０９ａは排気系２６０ａ、処理空間２０９ｂは排気系２６０ｂ、処理空間２０９ｃは排気系２６０ｃ、処理空間２０９ｄは排気系２６０ｄが対応する。
排気系２６０は、排気孔２６１（２６１ａから２６１ｄ）と連通する排気管２６２（２６２ａから２６２ｄ）を有し、更には排気管２６２に設けられたＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６６（２６６ａから２６６ｄ）を有する。ＡＰＣ２６６は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、コントローラ２８０からの指示に応じて排気管２６２のコンダクタンスを調整する。また、排気管２６２においてＡＰＣ２６６の上流側にはバルブ２６７（２６７ａから２６７ｄ）が設けられる。
排気管２６２とバルブ２６７、ＡＰＣ２６６をまとめて排気系２６０と呼ぶ。
更には、排気管２６２、バルブ２６７、ＡＰＣ２６６をまとめて排気部と呼ぶ。排気管２６２の下流にはＤＰ（Ｄｒｙ Ｐｕｍｐ。ドライポンプ）２６９が設けられる。ＤＰ２６９は、排気管２６２を介して処理室２０１の雰囲気を排気する。本実施形態においてはＤＰ２６９を排気系２６０ごとに設けたが、それに限るものではなく、各排気系に共通させてもよい。
（トレー）
続いて、図４を用いてトレー２５０の詳細な構造を説明する。図４はトレー２５０を回転板２２２に載置した状態を示す。トレー２５０は、主に蓄熱部２５１と除電電極２５２を有する。蓄熱部２５１の内部には空間２５３が構成される。空間２５３の底部に、除電電極２５２が配される。すなわち、蓄熱部２５１は除電電極２５２を覆うように設けられる。蓄熱部２５１の表面には、ウエハ１００を載置するウエハ載置面２５７を有する。更に、トレー２５０を貫通する貫通孔２５６を有する。貫通孔２５６は、リフトピン２０７が貫通する孔である。
蓄熱部２５１は、基台２１０にトレー２５０が載置された際、ヒータ２１３から伝導される熱を蓄積する。蓄熱部２５１は耐プラズマ性の性質を有し、例えば不透明石英で構成される。後述するように、蓄熱部２５１はウエハ１００温度を維持する。
除電電極２５２は、処理空間２０９にプラズマを生成した際に帯電したトレー２５０を除電する役割を有する。除電電極２５２は、例えばＳｉＣ（炭化シリコン）で構成される。除電電極２５２は円盤状に構成される。除電電極２５２の径は、例えばウエハ１００の径より少し大きい程度とする。
除電電極２５２の熱膨張率が蓄熱部２５１の熱膨張率よりも高い場合、除電電極２５２の側面及び上面と蓄熱部２５１間には隙間が設けられる。蓄熱部２５１は除電電極２５２を覆うように構成されているので、除電電極２５２は処理空間２０９に発生したプラズマに晒されない。
蓄熱部２５１の底には孔２５４が設けられ、そこには端子２５５が貫通される。端子２５５は除電電極２５２と同様の材質であり、例えばＳｉＣで構成される。除電電極２５２と端子２５５は電気的に接続される。したがって、除電電極２５２は、端子２５５、回転板２２２、スイッチ２２５を介してアース２２６に接続される。本実施形態においては、除電電極２５２と端子２５５をまとめて除電部と呼ぶ。
端子２５５は、水平方向においてウエハ１００と重ならない位置、例えばウエハ１００の径よりも外側に設けられる。次にその理由を説明する。端子２５５は、ヒータ２１３や蓄熱部２５１によって加熱される。仮にウエハ１００の下方に端子２５５を配した場合、端子２５５で蓄積された熱によってウエハ１００が局所的に加熱されてしまう。ウエハ１００は局所的に加熱された端子２５５の熱影響を受けるので、ウエハ１００の温度を均一にすることが困難である。一方、端子２５５をウエハ１００と重ならない位置に配すると、端子２５５による熱影響を少なくすることができるので、局所的に加熱されることがない。したがってウエハ１００を均一に加熱することができる。
孔２５４のうち、回転板２２２側は、回転板２２２によって塞がれるよう、トレー２５０が配される。図４においては、回転板２２２の爪２２２ａよって塞がれる。このような構造とすることで、ウエハ処理時に生成されるプラズマが孔２５４と空間２５３に侵入することを防ぐ。
このように、除電電極２５２、端子２５５はプラズマに晒されることがないので、プラズマによって除電電極２５２、端子２５５がエッチングされることがない。したがって、エッチングによるパーティクルの発生等を防ぐことができる。
ここで、トレー２５０が存在しない場合を想定した比較例について説明する。前述のように、本装置形態においては、基台２１０毎にヒータ２１３が設けられている。言い換えれば、隣接する基台２１０の間にはヒータ２１３が存在しない。そのため、隣接する基台２１０にウエハ１００が移動する間、ウエハ１００の温度低下が懸念される。特に、筐体２０２内は真空引きされた状態であることから、温度の低下が著しい。ウエハ温度が低下すると、後述するように、生産性の低下やウエハの撓み等が発生する。そこで本実施形態においては、トレー２５０に蓄熱部２５１を設けることで、隣接する基台２１０に移動する間においても、ウエハ１００の温度を維持することができる。
（ガス供給部）
（第一ガス供給部３００）
続いて、図５を用いて第一ガス供給部３００を説明する。ここではガス導入孔２３１（２３１ａ、２３１ｃ）に接続される第一処理ガス供給部３００を説明する。
ガス導入孔２３１ａ、２３１ｃと共通ガス供給管３０１が連通するよう、シャワーヘッド３２０ａ、３２０ｃは、バルブ３０２（３０２ａ、３０２ｃ）、マスフローコントローラ３０３（３０３ａ、３０３ｃ）を介して、共通ガス供給管３０１に接続される。各処理室へのガス供給量は、バルブ３０２（３０２ａ、３０２ｃ）、マスフローコントローラ３０３（３０３ａ、３０３ｃ）を用いて調整される。共通ガス供給管３０１には、第一ガス供給管３１１、第二ガス供給管３２１が接続されている。
（第一ガス供給系）
第一ガス供給管３１１には、上流方向から順に、第一ガス源３１２、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）３１３、及び開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。
第一ガス源３１２は第一元素を含有する第一ガス（「第一元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、シリコン（Ｓｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、シリコン含有ガスである。具体的には、シリコン含有ガスとして、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２。ＤＣＳとも呼ぶ）やヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６。ＨＣＤＳとも呼ぶ。）ガスが用いられる。
主に、第一ガス供給管３１１、マスフローコントローラ３１３、バルブ３１４により、第一ガス供給系３１０（シリコン含有ガス供給系ともいう）が構成される。
（第二ガス供給系）
第二ガス供給管３２１には、上流方向から順に、第二ガス源３２２、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）３２３、及び開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。
第二ガス源３２２は第二元素を含有する第二ガス（以下、「第二元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第二元素含有ガスは、反応ガスとして考えてもよい。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素は、例えば、酸素（Ｏ）である。本実施形態では、第二元素含有ガスは、例えば酸素含有ガスである。具体的には、酸素含有ガスとして、オゾン（Ｏ３）ガスが用いられる。
主に、第二ガス供給管３２１、マスフローコントローラ３２３、バルブ３２４により、第二ガス供給系３２０（反応ガス供給系ともいう）が構成される。
なお、第一ガス供給系、第二ガス供給系のいずれか、もしくはその組み合わせを第一ガス供給部３００と呼ぶ。
（第二ガス供給部３４０）
続いて、図６を用いて第二ガス供給部３４０を説明する。ここでは各ガス導入孔２３３に接続される第二ガス供給部３４０を説明する。
ガス導入孔２３３ｂ、２３３ｄと共通ガス供給管３４１が連通するよう、シャワーヘッド３２０ｂ、３２０ｄは、バルブ３４２（３４２ｂ、３４２ｄ）、マスフローコントローラ３４３（３４３ａから３４３ｄ）を介して、共通ガス供給管３０１に接続される。各処理室へのガス供給量は、バルブ３４２（３４２ｂ、３４２ｄ）、マスフローコントローラ３４３（３４３ｂ、３４３ｄ）を用いて調整される。共通ガス供給管３４１には、第三ガス供給管３５１、第四ガス供給管３６１が接続されている。
（第三ガス供給系）
第三ガス供給管３５１には、上流方向から順に、第三ガス源３５２、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）３５３、及び開閉弁であるバルブ３５４が設けられている。
第三ガス源３５２は第一元素を含有する第一ガス（「第一元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第一ガス源３１２と同様、シリコン系ガスが用いられる。第三ガス源３５２は第一ガス源３１２と共有してもよい。
主に、第三ガス供給管３５１、マスフローコントローラ３５３、バルブ３５４により、第三ガス供給系３５０（シリコン含有ガス供給系ともいう）が構成される。
（第四ガス供給系）
第四ガス供給管３４１には、上流方向から順に、第四ガス源３６２、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）３６３、及び開閉弁であるバルブ３６４が設けられている。
第四ガス源３６２は第三元素を含有する第三ガス（以下、「第三元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第三元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第三元素含有ガスは、反応ガスとして考えてもよい。
ここで、第三元素含有ガスは、第二元素と異なる第三元素を含有する。第三元素は、例えば、窒素（Ｎ）である。本実施形態では、第二元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスである。具体的には、窒素含有ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
主に、第四ガス供給管３６１、マスフローコントローラ３６３、バルブ３６４により、第四ガス供給系３６０（反応ガス供給系ともいう）が構成される。
なお、第三ガス供給系、第四ガス供給系のいずれか、もしくはその組み合わせを第二ガス供給部３４０と呼ぶ。
（プラズマ生成部）
続いて図１、図３に戻って、プラズマ生成部４００を説明する。
プラズマ生成部４００は処理空間２０９中にプラズマを生成する。本実施形態においては、図３に記載のように、プラズマ生成部４００は、処理空間２０９ａ中にプラズマを生成する第一プラズマ生成部４００ａ、処理空間２０９ｂ中にプラズマを生成する第二プラズマ生成部４００ｂ、処理空間２０９ｃ中にプラズマを生成する第三プラズマ生成部４００ｃ、処理空間２０９ｄ中にプラズマを生成する第四プラズマ生成部４００ｄを有する。なお、本実施形態においては、後述する基板処理方法に対応して、第二プラズマ生成部４００ｂ、第四プラズマ生成部４００ｄを用いる。
続いて、各プラズマ生成部４００の具体的構成について説明する。なお、第一プラズマ生成部４００ａ、第二プラズマ生成部４００ｂ、第三プラズマ生成部４００ｃ、第四プラズマ生成部４００ｄは同様の構成であるので、ここではプラズマ生成部４００として、その具体的構成を説明する。
図１に記載のように、各プラズマ生成部４００の一構成である高周波電力供給線４０１（４０１ａから４０１ｄ）はシャワーヘッド２３０（２３０ａから２３０ｄ）に接続される。高周波電力供給線４０１には、上流から順に高周波電源４０２（４０２ａから４０２ｄ）、整合器４０３（４０３ａから４０３ｄ）が設けられる。高周波電源４０２はアース４０４に接続される。
主に高周波電力供給線４０１（４０１ａから４０１ｄ）、高周波電源４０２（４０２ａから４０２ｄ）をまとめてプラズマ生成部４００（４００ａから４００ｄ）と呼ぶ。
（コントローラ）
基板処理装置２００は、基板処理装置２００の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、図７に記載のように、演算部（ＣＰＵ）２８０ａ、一時記憶部（ＲＡＭ）２８０ｂ、記憶部２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを少なくとも有する。コントローラ２８０は、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを介して基板処理装置２００の各構成に接続され、上位装置２７０や使用者の指示に応じて記憶部２８０ｃからプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じてプラズマ生成部４００等の各構成の動作を制御する。送受信制御は、例えば演算部２８０ａ内の送受信指示部２８０ｅが行う。なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）２８２を用意し、外部記憶装置２８２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすることにより、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。また、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置２７０から受信部２８３を介して情報を受信し、外部記憶装置２８２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置２８１を用いて、コントローラ２８０に指示をしても良い。
なお、記憶部２８０ｃや外部記憶装置２８２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（基板処理方法）
続いて、基板処理方法について図８、図９を用いて説明する。本実施形態における基板処理方法は、電極を三次元的に構成した三次元構造の半導体装置を形成する一工程に関する。ここでは、図８に記載のように、ウエハ１００上に絶縁膜１０２と犠牲膜１０４とを交互に積層する積層構造を形成する。
図９は、一枚のウエハ１００を主とした絶縁膜１０２と犠牲膜１０４を積層するフローである。以下に、図９のフローと基板処理装置２００の動作とを関連させながら基板処理方法を説明する。なお、基板処理装置２００の動作を主としたフローをＡＳ（Ａｐｐｒａｔｕｓ Ｓｔｅｐ）０２〜ＡＳ２８とし、基板の処理を主としたフローをＳＳ（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｓｔｅｐ）０２〜ＳＳ１０とする。
本実施形態においては、容器２０２内にて４枚のウエハ１００を処理する例について説明する。ここでは、最初に容器２０２に投入されるウエハ１００を第一のウエハ１００、二回目に投入されるウエハ１００を第二のウエハ１００、三回目に投入されるウエハ１００を第三のウエハ１００、四回目に投入されるウエハ１００を第四のウエハ１００と表現する。第一のウエハ１００はウエハ１００（１）、第二のウエハ１００はウエハ１００（２）、第三のウエハはウエハ１００（３）、第四のウエハ１００はウエハ１００（４）とも呼ぶ。
（基板搬入工程ＡＳ０２）
ウエハ１００を容器２０２内に搬入する基板搬入工程ＡＳ０２を説明する。
ここで投入されるウエハ１００は、ウエハ１００は、共通ソースライン（ＣＳＬ、Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｌｉｎｅ）１０１が形成されている。
基板処理装置２００では、ウエハ１００を搬入する前は、図２に記載のように、穴部２２４ａが基板搬入出口２０５に隣接した状態である。従って、穴部２２４ａ及びトレー２５０ａはトレー載置面２１１ａ上に配されている。
アーム２４０は基板搬入出口２０５から処理室２０１内に進入し、ウエハ１００をトレー２５０上に載置する。本実施形態では、ウエハ１００（１）を基板搬入出口２０５に隣接するトレー２５０ａのウエハ載置面２５７ａに載置する。
ウエハ１００（１）を載置後、回転板２２２を下降させる。この動作によってトレー２５０ａはトレー載置面２１１ａ上に載置される。トレー２５０ａをトレー載置面２１１ａ上に載置したら、ゲートバルブ２０８を閉じて容器２０２内を密閉する。このようにしてウエハ１００（１）を処理空間２０９ａに移動する。
トレー２５０を各トレー載置面２１１の上に載置する際は、各ヒータ２１３に電力を供給し、ウエハ１００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ１００の温度は、例えば室温以上８００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって７００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてコントローラ２８０が制御値を抽出し、ヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。
（ガス供給工程ＡＳ０４）
（処理空間２０９での処理）
ここでは、処理空間２０９にガスを供給するガス供給工程ＡＳ０４を説明する。尚、ウエハ１００（１）を主体とした場合、ガス供給工程ＡＳ０４はウエハ１００（１）の第一絶縁膜形成工程ＳＳ０２に相当する。
処理空間２０９ａに移動したウエハ１００（１）が所定の温度に維持されたら、処理空間２０９ａにシリコン含有ガス、酸素含有ガスを供給し、他の処理空間２０９ｂ、２０９ｃ、２０９ｄに処理ガスを供給しないよう第一ガス供給部３００、第二ガス供給部３４０を制御する。このとき、トレー２５０ａの蓄熱部２５１はヒータ２１３から伝導される熱を蓄熱する。
処理空間２０９ａではシリコン含有ガスと酸素含有ガスが反応し、ウエハ１００（１）上に絶縁膜１０２（１）としてのシリコン酸化膜が形成される。
（ＡＳ０６）
ガス供給工程ＡＳ０４でプラズマを用いた場合、この工程の後にトレー２５０を除電する除電工程ＡＳ０６を行う。除電方法の詳細は後述する。プラズマを生成しなかった場合は省略してもよい。
（基板移動工程ＡＳ０８）
ここではウエハ１００（１）を移動すると共にウエハ１００（２）を搬入する基板移動工程ＡＳ０８について説明する。
回転板２２２を上昇させてトレー載置面２１１からトレー２５０を離間させる。離間させた後、穴部２２４ａがトレー載置面２１１ｂ上に移動するよう、回転板２２２を時計回り方向に９０度回転させる。回転が完了すると、トレー載置面２１１ｂ上に穴部２２４ａが配され、トレー載置面２１１ａ上に穴部２２４ｄ、トレー２５０ｄが配される。回転が完了したら、ゲートバルブ２０８を開放し、ウエハ１００（２）をトレー２５０ｄに載置する。その後、穴部２２４ａのトレー２５０ａをトレー載置面２１１ｂに載置し、穴部２２４ｄのトレー２５０ｄをトレー載置面２１１ａに載置する。
隣接する基台２１０の間にヒータが設けられていないが、トレー２５０は蓄熱部２５１を有しているので、隣接する基台２１０に移動する間であってもウエハ１００の温度が維持される。
本工程では、端子２５５が回転板２２２に電気的に接触するよう、更には孔２５４が回転板２２２に塞がれるようトレー２５０を配する。
（ガス供給工程ＡＳ１０）
ここでは、処理空間２０９ａにガスを供給するガス供給工程ＡＳ１０を説明する。尚、ウエハ１００を主体とした場合、ガス供給工程ＡＳ１０はウエハ１００（１）の第一犠牲膜形成工程ＳＳ０４に相当する。また、ウエハ１００（２）では、第一絶縁膜形成工程ＳＳ０２に相当する。
本工程では、スイッチ２２５をオフとして、回転板２２２をアース２２６から切り離す。
（処理空間２０９ａでの処理）
処理空間２０９ａでは、ウエハ１００（２）に対して、ガス供給工程ＡＳ０４における処理空間２０９ａと同様の処理を行う。このようにすることで、ウエハ２００（２）上に絶縁膜１０２（１）が形成される。
（処理空間２０９ｂでの処理）
処理空間２０９ｂでは、ウエハ１００（１）に対してシリコン含有ガスと窒素含有ガスを供給する。このとき、窒素含有ガスを分解するために、プラズマ生成部４００ｂは窒素含有ガスをプラズマ状態とする。
ウエハ１００（１）上ではシリコン含有ガスとプラズマ状態の窒素含有ガスが反応し、絶縁膜１０２（１）上に犠牲膜１０４（１）としてのシリコン窒化膜が形成される。
（除電工程ＡＳ１２）
ここでは除電工程ＡＳ１２について説明する。処理空間２０９ｂでプラズマを生成したため、トレー２５０ａは帯電している。そのため、トレー２５０ａは基台２１０ｂに静電吸着されている。仮に帯電した状態でトレー２５０ａを引きはがそうとすると、ウエハ１００（１）がトレー２５０ａ上で跳ねてしまうことが考えられる。この場合、ウエハ１００（１）が割れたり、あるいはウエハ１００（１）が処理室２０１に付着した付着物と接触したりして、パーティクルが発生する恐れがある。
そこで本工程では、プラズマ生成を停止した後であって、トレー２５０を基台２１０から離間させる前に、スイッチ２２５をオンにする。スイッチ２２５をオンにすることで、トレー２５０に帯電された電荷は、回転板２２２経由でアース２２６に移動される。このようにして、トレー２５０は除電され、吸着状態を解除する。
（基板移動工程ＡＳ１４）
ここではウエハ１００（１）、ウエハ１００（２）を移動すると共に、ウエハ１００（３）を搬入する基板移動工程ＡＳ１４について説明する。除電処理が完了したら、回転トレー２２２を上昇させ、トレー載置面２１１ａ、トレー載置面２１１ｂからトレー２５０を離間させる。その後回転板２２２を９０°回転させて、トレー２５０ａをトレー載置面２１１ｃ上に載置し、トレー２５０ｄをトレー載置面２１１ｂ上に載置する。更には、ウエハ１００（３）を搬入してトレー２５０ｃに載置し、他のウエハ１００と同様、トレー載置面２１１ａ上にトレー２５０ｃを載置する。
ウエハ１００が移動する間、蓄熱部２５１によってウエハ温度が維持される。
（ガス供給工程ＡＳ１６）
ここでは、ウエハ１００が存在する処理空間２０９ａ、処理空間２０９ｂ、処理空間２０９ｃにガスを供給するガス供給工程ＡＳ１６を説明する。ウエハ１００を主体とした場合、ガス供給工程ＡＳ１４はウエハ１００（１）の第二絶縁膜形成工程ＳＳ０６に相当し、ウエハ１００（２）の第一犠牲膜形成工程ＳＳ０４に相当し、ウエハ１００（３）の第一絶縁膜形成工程ＳＳ０２に相当する。
（処理空間２０９ａでの処理）
処理空間２０９ａでは、ウエハ１００（３）に対して、シリコン含有ガスと酸素含有ガスを供給し、ウエハ２００（２）上に絶縁膜１０２（１）を形成する。
（処理空間２０９ｂでの処理）
処理空間２０９ｂでは、ウエハ１００（２）に対してシリコン含有ガスと窒素含有ガスを供給する。このとき、窒素含有ガスを分解するために、プラズマ生成部４００ｂは窒素含有ガスをプラズマ状態とする。
ウエハ１００（２）上ではシリコン含有ガスとプラズマ状態の窒素含有ガスが反応し、絶縁膜１０２（１）上に犠牲膜１０４（１）としてのシリコン窒化膜が形成される。
（処理空間２０９ｃでの処理）
処理空間２０９ａでは、ウエハ１００（１）に対して、シリコン含有ガスと酸素含有ガスを供給し、犠牲膜１０４（１）上に絶縁膜１０２（２）としてのシリコン酸化膜を形成する。
（除電工程ＡＳ１８）
ここでは除電工程ＡＳ１２と同様、トレー２５０を除電する除電工程ＡＳ１８を行う。プラズマ生成を停止した後であって、トレー２５０を離間させる前に、スイッチ２２５をオンにして、トレー２５０を除電する。
（基板移動工程ＡＳ２０）
ここではウエハ１００（１）、ウエハ１００（２）、ウエハ１００（３）を移動すると共に、ウエハ１００（４）を搬入する基板移動工程ＡＳ２０について説明する。
除電処理が完了したら、回転板２２２を上昇させてトレー載置面２１１ａ、トレー載置面２１１ｂ、トレー載置面２１１ｃからトレー２５０を離間させる。その後回転板２２２を９０°回転させて、トレー２５０ａをトレー載置面２１１ｄ上に載置し、トレー２５０ｄをトレー載置面２１１ｃに載置し、トレー２５０ｃをトレー載置面２１１ｂに載置する。更には、ウエハ１００（４）を搬入してトレー２５０ｂに載置し、他のウエハ１００と同様、トレー載置面２１１ａ上にトレー２５０ｂを載置する。
ウエハ１００が移動する間、蓄熱部２５１によってウエハ温度が維持される。
（ガス供給工程ＡＳ２２）
ここでは、ウエハ１００が存在する処理空間２０９ａ、処理空間２０９ｂ、処理空間２０９ｃ、処理空間２０９ｄにガスを供給するガス供給工程ＡＳ２２を説明する。ウエハ１００を主体とした場合、ガス供給工程ＡＳ２２はウエハ１００（１）の第二犠牲膜形成工程ＳＳ０８に相当し、ウエハ１００（２）の第一絶縁膜形成工程ＳＳ０６に相当し、ウエハ１００（３）の第一犠牲膜形成工程ＳＳ０４に相当し、ウエハ１００（４）の第一絶縁膜形成工程ＳＳ０２に相当する。
（処理空間２０９ａでの処理）
処理空間２０９ａでは、ウエハ１００（４）に対して、シリコン含有ガスと酸素含有ガスを供給し、ウエハ２００（４）上に絶縁膜１０２（１）を形成する。
（処理空間２０９ｂでの処理）
処理空間２０９ｂでは、ウエハ１００（３）に対してシリコン含有ガスと窒素含有ガスを供給する。このとき、窒素含有ガスを分解するために、プラズマ生成部４００ｂは窒素含有ガスをプラズマ状態とする。
ウエハ１００（３）上ではシリコン含有ガスとプラズマ状態の窒素含有ガスが反応し、絶縁膜１０２（１）上に犠牲膜１０４（１）としてのシリコン窒化膜が形成される。
（処理空間２０９ｃでの処理）
処理空間２０９ｃでは、ウエハ１００（２）に対して、シリコン含有ガスと酸素含有ガスを供給し、犠牲膜１０４（１）上に絶縁膜１０２（２）としてのシリコン酸化膜を形成する。
（処理空間２０９ｄでの処理）
処理空間２０９ｄでは、ウエハ１００（１）に対してシリコン含有ガスと窒素含有ガスを供給する。このとき、窒素含有ガスを分解するために、プラズマ生成部４００ｄは窒素含有ガスをプラズマ状態とする。
ウエハ１００（１）上ではシリコン含有ガスとプラズマ状態の窒素含有ガスが反応し、絶縁膜１０２（２）上に犠牲膜１０４（２）としてのシリコン窒化膜が形成される。
（除電工程ＡＳ２４）
ここでは除電工程ＡＳ１２と同様、トレー２５０を除電する除電工程ＡＳ２４をおこなう。プラズマ生成を停止した後であって、トレー２５０を離間させる前に、スイッチ２２５をオンにして、トレー２５０を除電する。
（基板移動工程ＡＳ２６）
ここではウエハ１００（１）、ウエハ１００（２）、ウエハ１００（３）、ウエハ１００（４）を移動する基板移動工程ＡＳ２６について説明する。除電処理が完了したら、回転板２２２を上昇させて各トレー載置面２１１からトレー２５０を離間させる。その後、回転板２２２を９０°回転させ、各トレー２５０を移動先のトレー載置面２１１上で待機される。
（判定工程ＡＳ２８）
ここでは、判定工程ＡＳ２８を説明する。判定工程ＡＳ２６は、ウエハ１００（１）の判定工程ＳＳ１０に相当する。この工程では、第一絶縁膜形成工程Ｓ０２から第二犠牲膜形成工程ＳＳ０８までの組み合わせを所定回数行ったかどうかを判断する。すなわち、絶縁膜１０２と犠牲膜１０４が所定層形成されたか否かを判断する。例えば絶縁膜１０２と犠牲膜１０４との合計総数の所望数が８０層であった場合、前述の組み合わせが２０回繰り返されたか否かを判断する。図８においては、ｍ＝４０の場合である。
所定回数行ったと判断されたら、基板処理装置２００における処理を終了する。すなわち、基板処理装置２００から搬出される。その際、未処理ウエハ１００と置き換えても良い。搬出方法については後述する。
所定回数行っていないと判断されたら、トレー２５０を下降させ、ガス供給工程ＡＳ０４から基板移動工程ＡＳ２６の組み合わせを行うよう制御する。
なお、判定工程ＡＳ２８は、各ウエハ１００（ウエハ１００（１）、ウエハ１００（２）、…、ウエハ１００（ｎ））が第一絶縁膜形成工程Ｓ０２から第二犠牲膜形成工程ＳＳ０８の組み合わせを実施した後、都度行っても良い。
ここで、蓄熱部２５１を設ける理由を説明する。
前述のように、基台２１０間にはヒータ２１３が存在しない。したがって、仮に蓄熱部２５１が存在しない場合、ウエハ１００が放熱してしまったり、あるいは回転板２２２の爪からの熱逃げが発生したりして、ウエハ１００の温度が低下してしまう。ウエハ１００の温度が低下すると、次の基台２１０上にて、低下した温度を補うよう加熱する必要がある。そのため、その温度を補うための加熱時間分、処理効率が落ちるという問題がある。
特に、本実施形態のように処理回数が多い場合、都度温度を補うための加熱時間を必要とするため、著しく処理時間が増加する。
また、本実施形態における積層膜の場合、温度が低下すると次の問題を生じる。一般的に知られているように、膜の積層数が増加するほど膜応力が高くなる。積層膜を有するウエハに対して、処理温度よりも低い場合や、あるいは一度低くなったウエハを再度急激に加熱するなどして大きな温度変化を与えた場合、ウエハが撓んでしまう。ウエハが撓んだ状態で搬送すると、ウエハの落下や、あるいは処理室の構造にぶつかるなどしてパーティクルを発生させる恐れがある。また、ウエハの撓みそのものは、ウエハ上のパターンの倒壊等につながる恐れがある。
本実施形態ではシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を積層しているが、シリコン酸化膜は圧縮応力が高く、シリコン窒化膜は引っ張り応力が高い。そのため、温度の変化が大きいほど撓みが顕著となる。
パターンの倒壊に関しては、近年の微細化に伴うパターンの物理的耐性の低下の観点から、より問題視される。
以上のそれぞれの問題点、あるいはそれら組み合わせによって生産効率が低下することは明白である。そこで本実施形態においては、各基板移動工程においてもウエハの温度の変化を抑制する。具体的には、蓄熱部２５１を有するトレー２５０で基台２１０間を搬送することで、ウエハ温度の低下を抑制する。
（搬出工程ＡＳ３０）
続いて、ウエハ１００を搬出する搬出工程ＡＳ３０について説明する。
トレー２５０がトレー載置面２１１ａ上に移動したら、ウエハ１００とトレー２５０を所定距離離間させるよう制御する。例えば、基板昇降部２１６ａがウエハ１００（１）を所定高さに維持すると共に、回転板２２２がトレー２５０ａを下降させる。トレー２５０とウエハ１００とを離間させることで、ウエハ１００（１）の温度を低下させることができる。温度を低下させることで、ウエハ１００（１）をアーム２４０に移載した際、アーム２４０への熱負荷を低減させることができる。したがって、アーム２４０の熱垂れ等を防ぐことができる。
続いて、ゲートバルブ２０８を開放し、ウエハ１００（１）を未処理状態のウエハ１００（５）と置き換える。以下、所定枚数の基板処理が完了するまでガス供給工程ＡＳ０４から判定工程ＡＳ２８の処理を繰り返す。
（その他の実施形態）
以下に、その他の実施形態を説明する。
本実施形態においては、基板昇降部、回転板昇降部を別の構成として説明したが、それぞれ独立して昇降できればよく、いずれかの組み合わせを一つの構成としてもよい。
また、本実施形態においては、第一絶縁膜形成工程ＳＳ０２、第二絶縁膜形成工程ＳＳ０６ではプラズマを使用しなかったが、それに限るものではなく、使用してもよい。
また、本実施形態においては絶縁膜と犠牲膜との積層膜を例にして説明したが、それに限るものではなく、他の膜種の積層膜であっても良い。更には、厚膜として同膜種の積層膜を形成するものであってもよい。
１００ ウエハ（基板）
１０２ 絶縁膜
１０４ 犠牲膜
２００ 基板処理装置
２２２ 回転板
２５０ トレー
２５１ 蓄熱部
２５２ 除電電極

Claims (10)

  1. 基板が載置される蓄熱部を有するトレーと、
    回転軸と前記回転軸に支持された回転板とを有し、前記トレーが前記回転板に載置可能なよう構成される基板搬送部と、
    前記回転軸を中心に円周状に配置された複数の基台と、
    前記基台のそれぞれに設けられたヒータと、
    を有する基板処理装置。
  2. 更に前記基台の上方でプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    前記トレーの一部である除電部と、
    一方が前記回転板に電気的に接続され、他方がアースに接続されるスイッチとを有する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記トレーが前記回転板に載置される際、前記回転板と前記除電部は電気的に接続される請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記除電部は、除電電極と端子とを有し、前記端子は前記基板の径よりも水平方向外側に配されるよう構成される請求項２または３に記載の基板処理装置。
  5. 前記除電電極は、前記蓄熱部に内包されている請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記トレーが前記回転板に載置される際、前記端子が貫通する孔は、前記回転板によって塞がれるよう構成される請求項４または５に記載の基板処理装置。
  7. 前記スイッチは、前記プラズマ生成部がプラズマを生成する間はオフとし、前記プラズマ生成部がプラズマ生成を停止してから前記トレーを前記回転板から離間するまでの間、オンとするよう構成される請求項２から６のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 更に、前記基板を昇降する基板昇降部と、前記トレーを昇降するトレー昇降部とを有し、
    前記処理モジュールから前記基板を搬出する際、前記基板昇降部と前記トレー昇降部とは、前記基板と前記トレーとを離間するよう制御される請求項１から７のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  9. 蓄熱部に基板が載置された状態のトレーを、回転軸と前記回転軸に支持された回転板を有する基板搬送部に載置する工程と、
    前記回転軸を中心に複数円周状に配されると共にそれぞれがヒータを有する基台に前記トレーを載置して基板を処理する工程と、
    前記基板搬送部が前記トレーを移動して、前記基台とは異なる基台に前記トレーを載置する工程と
    を有する半導体装置の製造方法。
  10. 蓄熱部に基板が載置された状態のトレーを、回転軸と前記回転軸に支持された回転板を有する基板搬送部に載置し
    前記回転軸を中心に複数円周状に配されると共にそれぞれがヒータを有する基台に、前記トレーを載置して基板を処理し、
    前記基板搬送部が前記トレーを移動して、前記基台とは異なる基台に前記トレーを載置するよう
    コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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