JP2020074409A - プラズマ生成装置、基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理装置が実行するプログラム、プラズマ生成方法、プラズマ生成装置が実行するプログラム、電極および反応管 - Google Patents
プラズマ生成装置、基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理装置が実行するプログラム、プラズマ生成方法、プラズマ生成装置が実行するプログラム、電極および反応管 Download PDFInfo
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Abstract
Description
ガスを供給する供給部と、
ガスをプラズマ化するバッファ室を形成するバッファ構造と、
バッファ構造内に設けられ、高周波電源に接続される第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極と、を備えるプラズマ生成装置とそれを用いた技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について図1から図6を参照しながら説明する。
(加熱装置)
図1に示すように、処理炉202は基板を垂直方向多段に収容することが可能な、いわゆる縦型炉であり、加熱装置(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)や窒化シリコン(SiN)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管203の下方には、反応管203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部は、反応管203の下端部に係合しており、反応管203を支持するように構成されている。マニホールド209と反応管203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、反応管203は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管203とマニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の内側である筒中空部には処理室201が形成されている。処理室201は、複数枚の基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管203のみを処理容器と称する場合もある。
バッファ室237内には、図2及び図3に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する3本の棒状電極269,270,271が、反応管203の下部より上部にわたりウエハ200の積層方向に沿って配設されている。棒状電極269,270,271のそれぞれは、ノズル249bと平行に設けられている。棒状電極269,270,271のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管275により覆われることで保護されている。棒状電極269,270,271のうち両端に配置される棒状電極269,271は、整合器272を介して高周波電源273に接続され、棒状電極270は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。すなわち、高周波電源273に接続される棒状電極と、接地される棒状電極と、が交互に配置され、高周波電源273に接続された棒状電極269,271の間に配置された棒状電極270は、接地された棒状電極として、棒状電極269,271に対して共通して用いられている。換言すると、接地された棒状電極270は、隣り合う高周波電源273に接続された棒状電極269,271に挟まれるように配置され、棒状電極269と棒状電極270、同じく、棒状電極271と棒状電極270がそれぞれ対となるように構成されてプラズマを生成する。つまり、接地された棒状電極270は、棒状電極270に隣り合う2本の高周波電源273に接続された棒状電極269,271に対して共通して用いられている。そして、高周波電源273から棒状
電極269,271に高周波(RF)電力を印加することで、棒状電極269,270間のプラズマ生成領域224a、棒状電極270,271間のプラズマ生成領域224bにプラズマが生成される。主に、棒状電極269,270,271、電極保護管275によりプラズマ源としてのプラズマ生成部(プラズマ生成装置)が構成される。整合器272、高周波電源273をプラズマ源に含めて考えてもよい。プラズマ源は、後述するように、ガスをプラズマ励起、すなわち、プラズマ状態に励起(活性化)させるプラズマ励起部
(活性化機構)として機能する。
反応管203には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245および排気バルブ(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ244は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。排気管231は、反応管203に設ける場合に限らず、ノズル249a,249bと同様にマニホールド209に設けてもよい。
図1に示すように基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば25〜200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、所定の間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる断熱板218が多段に支持されている。
次に制御装置について図4を用いて説明する。図4に示すように、制御部(制御装置)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
次に、基板処理装置100を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ200上に薄膜を形成する工程について、図5及び図6を参照しながら説明する。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121により制御される。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201の内部、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。真空ポンプ246は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
その後、ステップS3,S4,S5,S6を順次実行することで成膜ステップを行う。
ステップS3では、処理室201内のウエハ200に対してDCSガスを供給する。
ができる。
成膜処理が終了した後、処理室201内のウエハ200に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたNH3ガスを供給する(S5)。
上述したS3,S4,S5,S6をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを1サイクルとし、このサイクルを所定回数(n回)、すなわち、1回以上行う(S7)ことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成されるSiN層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、SiN層を積層することで形成されるSiN膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管232c,232dのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガス等が処理室201内から除去される(不活性ガスパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(S8)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される(S9)。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出されることとなる(ウエハディスチャージ)。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室201内へ空のボート217を搬入するようにしてもよい。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
(a)本実施形態によれば、電極を複数本とすることにより、電極面積を増やして、ウエハ表面に供給する活性種の生成量を増加させることが可能となり、ウエハ表面に供給される活性種の量を増加させることが可能となる。
(b)本実施形態によれば、電極を複数本とすることにより、低出力にできるため、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
(c)本実施形態によれば、電極を奇数本とし、高周波電源側の電極に対して、接地側の電極を共通にすることにより、偶数本の電極を用いた場合と比較して、設置スペースを小さくすることが可能となる。
(d)本実施形態によれば、バッファ室内に電極を3本設けることにより、プラズマ生成領域を2か所にし、生成領域に対応する位置(電極間)にガス供給口を設けることでウエハ表面に供給する活性種の供給量を増加させることが可能となる。これにより、短時間で成膜することが可能となり、スループットを向上させることが可能となる。
(e)バッファ室内にプラズマ生成部を設けることにより、バッファ室外にもある程度の活性種を供給することが可能となり、ウエハの面内均一性を向上させることが可能となる。
次に、本実施形態の変形例を図7に基づいて説明する。本変形例において、上述した実施形態と異なる部分のみ以下に説明し、同じ部分は説明を省略する。
次に、本実施形態の変形例2を図8に基づいて説明する。本変形例2では、反応管203の内壁に、プラズマ生成部を備えたバッファ構造を3つ設け、原料ガスを供給するノズルを2つ設ける。
次に、本実施形態の変形例3を図9に基づいて説明する。本変形例3では、反応管203の内壁に、プラズマ生成部を備えたバッファ構造を4つ設ける。
次に、本発明の他の実施形態について図10及び図11を参照しながら説明する。本実施形態においても、上述した実施形態と異なる部分のみ以下に説明し、同じ部分は説明を省略する。
なる。
200 ウエハ
201 処理室
202 処理炉
231 排気管
237 バッファ室
249 ノズル
269〜271,369〜371,469〜471,569〜571 棒状電極
272,372 整合器
273,373 高周波電源
275 電極保護管
300,400,500,600 バッファ構造
302,304,402,404,502,504,602,604 ガス供給口
Claims (20)
- ガスを供給するガス供給部と、
前記ガスをプラズマ化するバッファ室を形成するバッファ構造と、
該バッファ構造内に設けられ、高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極と、
を備えるプラズマ生成装置。 - 前記複数の第1の電極および前記第2の電極は、電極保護管により覆われている請求項1に記載のプラズマ生成装置。
- 基板を処理する処理室内に設けられように構成されるプラズマ生成装置であって、前記バッファ構造は、前記処理室の内壁の下部から上部にわたる部分に、前記基板の積載方向に沿って設けられるように構成される請求項1または2に記載のプラズマ生成装置。
- 前記複数の第1の電極および前記第2の電極は、前記処理室の下部より上部にわたり前記積載方向に配設されるように構成される請求項3に記載のプラズマ生成装置。
- 前記ガス供給部は、前記バッファ室内に前記ガスを供給するガス供給孔を備え、
前記バッファ構造は円弧状に形成された壁面と径方向に形成された壁面とを有し、前記ガス供給孔は、前記バッファ構造の前記径方向に形成された壁面に向くように開口する請求項3に記載のプラズマ生成装置。 - 基板を処理する処理室と、
ガスを供給するガス供給部と、
高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けれ、接地される第2の電極と、を有し、前記ガスをプラズマ化するプラズマ生成部と、
を備える基板処理装置。 - 前記複数の第1の電極および前記第2の電極は、電極保護管により覆われている請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記プラズマ生成部は、前記複数の第1の電極と前記第2の電極を収容するバッファ室を形成するバッファ構造を有し、
前記バッファ構造は、前記処理室の内壁の下部から上部にわたる部分に、前記基板の積載方向に沿って設けられる請求項6または7に記載の基板処理装置。 - 前記複数の第1の電極および前記第2の電極は、前記処理室の下部から上部にわたり前記積載方向に沿って配設される請求項8に記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給部は、前記バッファ室内に前記ガスを供給するガス供給孔を備え、
前記バッファ構造は、円弧状に形成された壁面と径方向に形成された壁面とを有し、前記ガス供給孔は、前記バッファ構造の前記径方向に形成された壁面に向くように開口する請求項8に記載の基板処理装置。 - 処理室に基板を収容する工程と、
高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極と、を有するプラズマ生成部によりにガスをプラズマ化する工程と、
前記基板に対して、プラズマ化させた前記ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記プラズマ化する工程では、電極保護管により保護されている前記複数の第1の電極および前記第2の電極が、前記ガスをプラズマ化する請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ生成部は、前記複数の第1の電極と前記第2の電極を収容するバッファ室を形成するバッファ構造を有し、前記プラズマ化する工程では、前記処理室の内壁の下部から上部にわたる部分に、前記基板の積載方向に沿って設けられる前記バッファ構造内で前記ガスをプラズマ化する請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ化する工程では、前記処理室の下部から上部にわたり前記積載方向に配設される前記複数の第1の電極および前記第2の電極が、前記ガスをプラズマ化する請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記バッファ構造は円弧状に形成された壁面と径方向に形成された壁面とを有し、前記ガス供給孔は、前記バッファ構造の前記径方向に形成された壁面に向くように開口され、前記プラズマ化する工程では、前記ガスが前記バッファ構造の前記ガス供給孔から供給される請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板処理装置の処理室に基板を搬入する手順と、
高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極と、を有するプラズマ生成部によりガスをプラズマ化する手順と、
前記基板に対して、プラズマ化させた前記ガスを供給する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。 - ガスを供給する工程と、
高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極とを有するバッファ室を形成するバッファ構造で前記ガスをプラズマ化する工程と、
を有するプラズマ生成方法。 - プラズマ生成装置にガスを供給する手順と、
高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極とを有するバッファ室を形成するバッファ構造で前記ガスをプラズマ化する手順と、
を有するコンピュータにより前記プラズマ生成装置に実行させるプログラム。 - 供給されたガスをプラズマ化するバッファ室を形成するバッファ構造内に設けられる3本以上の電極であって、
高周波電源に接続される複数の電極と、該複数の第1の電極に設けられ、接地される第2の電極とを、備える電極。 - ガスをプラズマ化するバッファ室を形成するバッファ構造を有する反応管であって、
該バッファ構造内に、高周波電源に接続される複数の第1の電極と、該複数の第1の電極の間に設けられ、接地される第2の電極と、を収容するように構成される反応管。
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