JP2020084290A - 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
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Abstract
Description
図1に記載のように、基板処理装置200はチャンバ202を有する。チャンバ202は、密閉容器として構成されている。また、チャンバ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。チャンバ202内には、シリコンウエハ等の基板100を処理する処理空間205と、基板100を処理空間205に搬送する際に基板100が通過する搬送空間206とが形成されている。チャンバ202は、上部容器202aと下部容器202bで構成される。上部容器202aと下部容器202bの間には仕切り板208が設けられる。
乱流が発生しないので、基板面内を均一に処理できる。
図1、図2に示すように、天井壁230には、原料ガスが供給される第一ガス供給孔235と、反応ガスが供給される第二ガス供給孔236と、パージガスが供給される第三ガス供給孔237が設けられる。後述するように、反応ガスは原料ガスと反応するガスである。第一ガス供給孔235は原料ガス供給孔、第二ガス供給孔236は反応ガス供給孔、第三ガス供給孔237はパージガス供給孔とも呼ぶ。
続いて、図6を用いて第一ガス供給部240の詳細を説明する。
ガス供給管241には、上流方向から順に、第一ガス供給源242、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)243、及び開閉弁であるバルブ244が設けられている。
続いて図7を用いて、第二ガス供給部250を説明する。
ガス供給管251には、上流方向から順に、反応ガス供給源252、流量制御器(流量制御部)であるMFC253、プラズマ生成部であるリモートプラズマユニット(RPU)255、バルブ256が設けられる。
続いて図8を用いて、第三ガス供給部260を説明する。
ガス供給管261には、上流方向から順に、パージガス供給源262、MFC263、及び開閉弁であるバルブ264が設けられている。
図1を用いて説明する。処理室201の雰囲気を排気する排気部280は、排気流路239に連通する排気管281を有する。排気管281には、処理空間205内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるAPC(AutoPressure Controller)282、処理空間205の圧力を計測する圧力検出部283が設けられる。APC282は開度調整可能な弁体(図示せず)を有し、後述するコントローラ400からの指示に応じて排気管281のコンダクタンスを調整する。また、排気管281においてAPC282の上流側にはバルブ284が設けられる。さらに、APC282の下流には、バイパス管273が接続される。排気管281とバルブ284、APC282をまとめて排気部280と呼ぶ。更には、圧力検出部283を排気部280に含めてもよい。
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400を有している。コントローラ400は、図9に記載のように、演算部(CPU)401、一時記憶部402、記憶部403、送受信部404を少なくとも有する。コントローラ400は、送受信部404を介して基板処理装置200の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部402からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ400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)412を用意し、外部記憶装置412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400を構成できる。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412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420から送受信部411を介して情報を受信し、外部記憶装置412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413を用いて、コントローラ400に指示をしても良い。
図10から図12を用いて基板処理装置200を用いた基板処理工程について説明する。図10は基板処理のフローであり、図11、図12は基板100上に形成される膜の状態を説明する説明図である。図13は比較例である。
基板搬入工程を説明する。図10においては、本工程の説明を省略する。基板処理装置200では基板載置台212を基板100の搬送位置(搬送ポジション)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149を開いて搬送空間206を真空搬送室(図示せず)と連通させる。そして、この移載室から基板移載機(図示せず)を用いて基板100を搬送空間206に搬入し、リフトピン207上に基板100を移載する。これにより、基板100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。
続いて、第一の処理ガス供給工程S202を説明する。基板載置台212が図1のよう基板処理ポジションに移動したら、排気管281を介して処理室201から雰囲気を排気して、処理室201内の圧力を調整する。所定の圧力に調整しつつ、基板100の温度が所定の温度、例えば500℃から600℃になるよう加熱する。
第一ガス供給部240では、バルブ244を開にすると共に、MFC243で処理ガスの流量を調整する。このような動作により、ガス供給管241から処理室201に処理ガス、例えばTiCl4ガスを処理室201に供給する。基板100上では、図11に記載のように基板100上にチタン含有層が形成される。チタン含有層は、基板100の上流部100aから下流部100bにかけて形成される。
続いて、パージ工程S204を説明する。TiCl4ガスの供給を停止した後は、第三ガス供給部260からパージガスを供給し、処理室201内の雰囲気をパージする。ここでは、バルブ244およびバルブ256を閉にすると共に、バルブ264を開とする。
続いて、第二の処理ガス供給工程S206を説明する。まずプラズマ制御部254はRPU255に電力を供給し、RPU255内を通過するガスをプラズマ状態とするよう、設定する。電力の供給が安定するまで時間がかかる場合は、前の工程(例えばパージ工程S204)と並行して行ってもよい。
続いて、パージ工程S208を説明する。NH3ガスの供給を停止した後は、上述したパージ工程S204と同様のパージ工程S208を実行する。パージ工程S208における各部の動作は、上述したパージ工程S204と同様であるので、ここでの説明を省略する。
続いて、判定工程S210を説明する。第一の処理ガス供給工程S202、パージ工程S204、第二の処理ガス供給工程S206、パージ工程S208を1サイクルとして、コントローラ400は、このサイクルを所定回数(nサイクル)実施したか否かを判定する。サイクルを所定回数実施すると、基板100上には、所望膜厚のTiN層が、基板面内で均一に形成される。所定回数実施したとき(S210でYesの場合)、図5に示す処理を終了する。
続いて基板搬出工程を説明する。所望の膜厚のTiN層が形成されたら、基板載置台212を下降させ、基板100を搬送ポジションに移動する。その後、ゲートバルブ149を開き、アーム(不図示)を用いて基板100をチャンバ202の外へ搬出する。
熱分解容易なガスは、熱分解温度に達してから徐々に分解が始まる。これはガス全体に熱が浸透するのに時間がかかるためである。例えば、ヒータに近い位置を通過するガスは早期に分解が始まり、ヒータから遠い位置を通過するガスは分解の開始が遅い。このような状態であるので、ガス全体を分解させるのには所定時間要する。
200 基板処理装置
Claims (8)
- 基板を載置する載置面を有する基板載置部と、
前記基板を処理する処理室と、
前記処理室の上流に設けられ、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室の下流に設けられ、前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、
前記処理室の一部であり、前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部と
を有する基板処理装置。 - 前記ガス供給部の供給孔の高さ位置は、前記基板載置部よりも高くなるよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給部は、前記基板の側方から原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記基板の側方から前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給部とを有する請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給部は、ガスの主流の着地点が前記基板の面内に設定されるよう構成される請求項1から3のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記反応ガスはプラズマ状態で前記基板上に供給され、前記着地点から前記基板の下流端部までの距離は、前記プラズマが失活しない距離となるよう構成される請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記原料ガスは熱分解容易なガスであり、
前記載置部には前記基板を加熱するヒータが、前記基板載置面に沿って設けられる請求項3に記載の基板処理装置。 - 処理室に基板を搬入して基板載置部が有する基板載置面に載置する工程と、
前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流側にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部を一部とする前記処理室の上流に設けられたガス供給部が前記処理室にガスを供給しつつ、前記処理室の下流に設けられた排気部が前記処理室の雰囲気を排気して、前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 処理室に基板を搬入して基板載置部が有する基板載置面に載置する手順と、
前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流側にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部を一部とする前記処理室の上流に設けられたガス供給部が前記処理室にガスを供給しつつ、前記処理室の下流に設けられた排気部が前記処理室の雰囲気を排気して、前記基板を処理する手順と、
を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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