JP2020129696A - 基板処理装置、プラズマのちらつき判定方法、プラズマ異常判定方法、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、
プラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたプラズマ生成部と、
前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する制御部と、
を有する技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態の基板処理装置について、図1から図9を参照しながら説明する。
(加熱装置)
本発明の一実施形態の基板処理装置は、図1に示すように、処理炉202を有する。この処理炉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)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の配列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とインピーダンス測定器274を介して高周波電源273に接続されている。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。
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、1枚または複数枚、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断熱領域を形成している。
次に制御装置について図3を用いて説明する。図3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、本実施形態の基板処理装置を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板処理方法であるウエハ200上に薄膜を形成する成膜工程(成膜処理)について、図4及び図5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。また、処理室201内のウエハ200が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
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。
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)。
上述した成膜処理やエッチング処理などでは、反応ガスをプラズマ化させた活性種(イオンやラジカル)を用いて、特に基板表面での化学反応を促成させて、緻密な膜の形成や除去を行っているが、繰り返し処理を行なうことにより、プラズマ電極(本実施形態では棒状電極)の劣化や周辺の環境の影響を受けて、プラズマ特性が変化し、成膜特性やエッチング特性が安定しない場合がある。
次に、実施例について詳述する。
本実施例では、上述した基板処理装置を用いて基板処理工程の反応ガス供給ステップS5において、処理室201の温度を室温、処理室201内の圧力を66Pa、高周波電源273の周波数fを13.56MHzにして、長さ0.6m、直径12mm程度の直流抵抗1Ω未満の棒状電極269,270,271を用いてNH3ガスのCCP(Capacitively Coupled Plasma)モードのプラズマを生成してバッファ室237内へ供給し、ガス供給口302,304をプラズマモニタ10を用いて撮像した。
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、プラズマの異常を高精度に判定することが可能となる。
(b)また、本実施形態によれば、プラズマの異常放電とちらつきとを区別して判定することができ、それぞれに対応した措置をとることができる。
(c)また、本実施形態によれば、電極や、その周辺の環境が変更されても、画像データに基づいて高周波電源の電力値や周波数値を調整することで、プラズマ特性を維持し、成膜特性やエッチング特性を安定化させることが可能となる。
(d)また、本実施形態によれば、プラズマ特性を維持することにより、成膜特性やエッチング特性を安定化させ、ウエハ処理に対する生産性や安定性を向上させることが可能となる。
12 内視鏡カメラ(撮像装置)
16 受像装置
18 レンズ
200 ウエハ
201 処理室
Claims (17)
- 基板を処理する処理室と、
プラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたプラズマ生成部と、
前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記制御部は、前記画像に基づいて、プラズマの発光強度を検出する検出部と、前記検出部により検出された発光強度に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する判定部を備える請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記判定部は、前記検出部により検出された発光強度が閾値より小さく、前記発光強度の最大値と最小値との間に予め設定された範囲以上の差がある場合に、プラズマのちらつきが発生していると判定する請求項2に記載の基板処理装置。
- 複数枚の前記基板を垂直方向に多段に支持する基板支持具を有する請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給口は、前記垂直方向に複数設けられる請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記撮像装置は前記処理室内に配置され、前記撮像装置の周囲はノイズ除去部材で覆われている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記プラズマ生成部は、プラズマを生成するバッファ室を形成し、前記バッファ室内に供給されプラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたバッファ構造を備える請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記バッファ構造内に、プラズマを生成する複数の電極が配置される請求項7に記載の基板処理装置。
- 前記複数の電極は、垂直方向に設けられる棒状電極である請求項8に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する処理室と、
プラズマを生成するバッファ室を形成し、前記バッファ室内に供給されプラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたバッファ構造と、
前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記制御部は、前記画像に基づいて、プラズマの発光強度を検出する検出部と、前記検出部により検出された発光強度に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無を判定する判定部を備える請求項10に記載の基板処理装置。
- 処理室内にプラズマ化されたガスを供給するガス供給口を撮像し、
撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定するプラズマのちらつき判定方法。 - 基板を処理する処理室内に、プラズマを生成するバッファ室を形成するバッファ構造の壁面に形成されたガス供給口を介して、プラズマ化されたガスを供給し、
前記ガス供給口を撮像し、
撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する
プラズマ異常判定方法。 - 基板を処理する処理室内にガス供給口からプラズマ化されたガスを供給する工程と、
前記プラズマ化されたガスを前記基板に供給して前記基板を処理する工程と、
前記ガス供給口を撮像する工程と、
撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室内に、プラズマを生成するバッファ室を形成するバッファ構造の壁面に形成されたガス供給口を介して、プラズマ化されたガスを供給する工程と、
前記プラズマ化されたガスを前記基板に供給して前記基板を処理する工程と、
前記ガス供給口を撮像する工程と、
撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 基板処理装置の処理室内にプラズマ化されたガスを供給するガス供給口を撮像する手順と、
撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する手順と、
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。 - 基板を処理する基板処理装置の処理室内に、プラズマを生成するバッファ室を形成するバッファ構造の壁面に形成されたガス供給口を介して、プラズマ化されたガスを供給する手順と、
前記プラズマ化されたガスを前記基板に供給して前記基板を処理する工程と、
前記ガス供給口を撮像する手順と、
撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する手順と、
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。
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