JP2020170749A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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和基 茂山
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道茂 斎藤
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Abstract

【課題】処理ガスの排気時間を短縮できる基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理装置は、処理室と、ガス供給部と、ガス導入管と、ガス供給源とを備える。処理室は、基板を収容する。ガス供給部は、ガス拡散室、および、ガス拡散室と処理室とを連通させる複数のガス穴を有する。ガス導入管は、ガス供給部のガス拡散室内にガスを導入するための少なくとも1つのガス導入管である。ガス供給源は、ガス導入管と接続され、ガス導入管にガスを供給する。また、ガス供給部は、ガス拡散室内の容積を変更する容積可変機構を有する。【選択図】図1

Description

本開示は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
半導体装置の製造工程において、複数の処理ガス(プロセスガス)を切り替えて、基板に対して積層と除去とを繰り返す工程がある。
特許第5709344号公報
本開示は、処理ガスの排気時間を短縮できる基板処理装置および基板処理方法を提供する。
本開示の一態様による基板処理装置は、処理室と、ガス供給部と、ガス導入管と、ガス供給源とを備える。処理室は、基板を収容する。ガス供給部は、ガス拡散室、および、ガス拡散室と処理室とを連通させる複数のガス穴を有する。ガス導入管は、ガス供給部のガス拡散室内にガスを導入するための少なくとも1つのガス導入管である。ガス供給源は、ガス導入管と接続され、ガス導入管にガスを供給する。また、ガス供給部は、ガス拡散室内の容積を変更する容積可変機構を有する。
本開示によれば、処理ガスの排気時間を短縮できる。
図1は、本開示の一実施形態における基板処理装置の一例を示す図である。 図2Aは、本実施形態における基板処理方法の一例を示す図である。 図2Bは、本実施形態における基板処理方法の一例を示す図である。 図2Cは、本実施形態における基板処理方法の一例を示す図である。 図2Dは、本実施形態における基板処理方法の一例を示す図である。 図3は、本実施形態における基板処理装置各部の動作状態の一例を示す図である。 図4Aは、変形例1における基板処理方法の一例を示す図である。 図4Bは、変形例1における基板処理方法の一例を示す図である。 図4Cは、変形例1における基板処理方法の一例を示す図である。 図4Dは、変形例1における基板処理方法の一例を示す図である。 図5は、変形例1における基板処理装置各部の動作状態の一例を示す図である。 図6Aは、変形例2における基板処理方法の一例を示す図である。 図6Bは、変形例2における基板処理方法の一例を示す図である。 図6Cは、変形例2における基板処理方法の一例を示す図である。 図6Dは、変形例2における基板処理方法の一例を示す図である。 図7は、変形例2における基板処理装置各部の動作状態の一例を示す図である。 図8は、変形例3における基板処理装置の一例を示す図である。
以下に、開示する基板処理装置および基板処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
従来、複数の処理ガス、例えば、2種類の処理ガスであるガスAとガスBとを切り替える場合、ガスAの供給を停止してから処理室の排気を開始し、ガスAの排気後にガスBの供給を開始している。このため、ガスAとガスBとの相互の切り替えに時間がかかる。これに対し、処理対象の基板の表面に隣接したガス分配部材を内側区画と外側区画とに分割し、それぞれに異なる種類の処理ガスを供給することで、処理ガスの切り替えを高速に行うことが提案されている。しかしながら、ガス分配部材を分割して処理ガスの切り替えを行う場合、処理室内の処理ガスの排気時間を短縮することは困難である。そこで、処理ガスの排気時間を短縮することが期待されている。
[基板処理装置10の全体構成]
図1は、本開示の一実施形態における基板処理装置の一例を示す図である。図1に示す基板処理装置10は、容量結合型プラズマ処理装置である。基板処理装置10は、チャンバ1と排気装置2とゲートバルブ3とを備えている。チャンバ1は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ1は、円筒形に形成され、表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されている。チャンバ1は、電気的に接地されている。チャンバ1の内部には、処理空間である処理室5が形成されている。チャンバ1は、処理室5を外部の雰囲気から隔離している。チャンバ1には、排気口6と開口部7とがさらに形成されている。排気口6は、チャンバ1の底面に形成されている。開口部7は、チャンバ1の側壁に形成されている。排気装置2は、排気口6を介してチャンバ1の処理室5に接続されている。排気装置2は、排気口6を介して処理室5から気体を排気する。ゲートバルブ3は、開口部7を開放したり、開口部7を閉鎖したりする。
基板処理装置10は、載置台8をさらに備えている。載置台8は、処理室5に配置され、支持部材4を介して、チャンバ1の底部に設置されている。載置台8は、支持台11と静電チャック12とを備えている。支持台11は、アルミニウムAl、チタンTi、炭化ケイ素SiCに例示される導体から形成されている。支持台11は、下面の周縁部に接する支持部材4を介して、チャンバ1に支持されている。支持部材4は、絶縁体から形成され、リング状に形成されている。支持部材4は、載置台8とともに、チャンバ1の底部に形成される開口を閉塞するように配置されている。支持台11の内部には、冷媒流路14が形成されている。静電チャック12は、支持台11の上側に配置され、支持台11に支持されている。静電チャック12は、静電チャック本体15とチャック電極16とを備えている。静電チャック本体15は、絶縁体で形成されている。静電チャック12は、静電チャック本体15の内部にチャック電極16が埋め込まれることにより形成されている。基板処理装置10は、直流電圧源17をさらに備えている。直流電圧源17は、チャック電極16に電気的に接続され、チャック電極16に直流電流を供給する。
基板処理装置10は、チラー21と冷媒入口配管22と冷媒出口配管23とをさらに備えている。チラー21は、冷媒入口配管22と冷媒出口配管23とを介して冷媒流路14に接続されている。チラー21は、冷却水やブラインに例示される冷却媒体を冷却し、その冷却された冷却媒体を、冷媒入口配管22と冷媒出口配管23とを介して冷媒流路14に循環させ、載置台8の静電チャック12を冷却する。
基板処理装置10は、伝熱ガス供給源25と伝熱ガス供給ライン26とをさらに備えている。伝熱ガス供給ライン26は、一端が静電チャック12の上面に形成されるように、形成されている。伝熱ガス供給源25は、ヘリウムガスHeやアルゴンガスArに例示される伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン26に供給し、載置台8に載置されるウェハWと静電チャック12との間に伝熱ガスを供給する。
基板処理装置10は、ガス供給部31と、天板支持部32とをさらに備えている。ガス供給部31は、シャワープレート33と、天板35と、シール材36と、ベローズ37とを備えている。天板支持部32は、例えばアルミニウムから形成されている。天板支持部32は、チャンバ1の側壁上部に配置可能なように円筒形に形成され、表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されている。天板支持部32は、ベローズ37を介して、天板35と接続されている。
シャワープレート33は、導体で形成され、円板状に形成されている。シャワープレート33は、載置台8に対向するように、かつ、シャワープレート33の下面に沿う平面が載置台8の上面に沿う平面に対して概ね平行であるように、配置されている。シャワープレート33は、さらに、チャンバ1の天井部に形成される開口を閉塞するように、配置されている。シャワープレート33は、シャワープレート33とチャンバ1とが導通されるように、天板支持部32を介してチャンバ1に支持されている。
天板35は、導体で形成され、円板状に形成されている。天板35は、シャワープレート33に対向するように、かつ、天板35の下面に沿う平面がシャワープレート33の上面に沿う平面に対して概ね平行であるように、配置されている。また、天板35は、図示しない駆動機構を有する。シール材36は、可撓性の素材で形成され、リング状に形成されている。シール材36は、天板35の周縁部と、天板支持部32との間の気密を保ちつつ、天板35を上下に動かした際に、天板35とともに移動する。天板35は、天板支持部32、シャワープレート33およびシール材36とともに、ガス拡散室38を形成している。
ベローズ37は、伸縮可能に形成される。ベローズ37は、天板支持部32の上部に設けられたフランジと、天板35の周縁部の上面とを接続している。天板35は、駆動機構によって上下に移動される。つまり、ガス供給部31は、天板35を上下動させることで、ガス拡散室38の容積を変更可能である。すなわち、ガス供給部31は、容積可変機構を有するガス供給部の一例である。なお、ガス拡散室38は、後述するように、複数の領域、例えば、中心部分と周縁部分とに分割され、それぞれ対応する天板により容積が変更されるようにしてもよい。また、ガス拡散室38は、天板35の上下動による容積の変更だけでなく、例えば、ガス拡散室38内に設けた風船やピストン等によって容積の変更が行われるようにしてもよい。
シャワープレート33には、処理室5と、ガス拡散室38とを連通させる複数のガス供給孔39が形成されている。ガス供給孔39は、ガス穴の一例である。ガス導入口40は、天板35の中央に形成され、ガス拡散室38に連通している。
基板処理装置10は、処理ガス供給源41,42をさらに備えている。処理ガス供給源41,42は、バルブV1,V2をそれぞれ有するガス管を介してガス導入管43に接続され、ガス導入管43がガス導入口40に接続されている。処理ガス供給源41,42は、所定の処理ガスをガス導入口40に供給する。処理ガスは、それぞれ複数のガスを含有してもよい。処理ガスは、例えば、フッ素含有ガス、酸素含有ガス等のガスである。また、処理ガスは、さらに、所定の化合物が添加されていてもよい。その化合物としては、水素、窒素、塩素を含有する化合物が挙げられる。ガス導入管43は、天板35の上下の動きに合わせて一部が伸縮可能または可動に構成される。ガス導入管43は、例えば、可撓性のチューブを用いることができる。なお、ガス導入口40およびガス導入管43は、複数設けてもよい。また、バルブV3,V4は、処理ガス供給源41,42と、バルブV1,V2との間に接続され、他端は排気装置2に接続されている。バルブV3,V4は、バルブV1,V2が閉まっている場合に開けられる。バルブV3,V4の排気装置2側に流れていた処理ガスは、バルブV3,V4が閉じられてバルブV1,V2が開けられた際に、ガス導入管43に供給される。
載置台8の支持台11は、下部電極として利用され、シャワープレート33は、上部電極として利用される。基板処理装置10は、電力供給装置51をさらに備えている。電力供給装置51は、第1高周波電源52と第1整合器53と第2高周波電源54と第2整合器55とを備えている。第1高周波電源52は、第1整合器53を介して載置台8に接続されている。第1高周波電源52は、第1周波数(例えば、40MHz)の第1高周波を所定の電力で載置台8の支持台11に供給する。第1整合器53は、第1高周波電源52の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第1整合器53は、処理室5にプラズマが生成されているときに第1高周波電源52の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
第2高周波電源54は、第2整合器55を介して載置台8に接続されている。第2高周波電源54は、第1周波数よりも低い第2周波数(例えば、0.4MHz)の第2高周波を所定の電力で載置台8に供給する。第2整合器55は、第2高周波電源54の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第2整合器55は、処理室5にプラズマが生成されているときに第2高周波電源54の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
基板処理装置10は、制御部60をさらに備え得る。制御部60は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。制御部60は、基板処理装置10の各部を制御する。制御部60では、入力装置を用いて、オペレータが基板処理装置10を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部60では、表示装置により、基板処理装置10の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部60の記憶部には、基板処理装置10で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム、および、レシピデータが格納されている。制御部60のプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従って基板処理装置10の各部を制御することにより、所望の処理が基板処理装置10で実行される。
例えば、制御部60は、2種類の処理ガスを交互に繰り返して処理を行うように基板処理装置10の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部60は、天板35を下げてバルブV1,V2を閉め、ガス拡散室38の容積を減少させた状態で排気する工程を実行する。制御部60は、天板35を上げてガス拡散室38の容積を増加させ、バルブV1を開けて処理ガス供給源41からガスAを導入し、ガスAのプラズマにて、ウェハWに膜を積層する工程を実行する。制御部60は、天板35を下げてバルブV1,V2を閉め、ガス拡散室38の容積を減少させた状態でガスAを排気する工程を実行する。制御部60は、天板35を上げてガス拡散室38の容積を増加させ、バルブV2を開けて処理ガス供給源42からガスBを導入し、ガスBのプラズマにて、ウェハW上の膜をエッチングする工程を実行する。制御部60は、天板35を下げてバルブV1,V2を閉め、ガス拡散室38の容積を減少させた状態でガスBを排気する工程を実行する。制御部60は、これらの工程を所望の回数繰り返す。
[基板処理方法]
次に、本実施形態に係る基板処理方法について説明する。図2A〜図2Dは、本実施形態における基板処理方法の一例を示す図である。図3は、本実施形態における基板処理装置各部の動作状態の一例を示す図である。なお、図3では、処理の工程を「Step」、天板35を「Lid」と表し、各工程におけるバルブV1〜V4の状態を表している。また、処理ガス供給源41,42は、それぞれガスAおよびガスBを供給するものとする。
本実施形態に係る基板処理方法では、まず、制御部60は、ゲートバルブ3を制御することにより、開口部7を開放する。被処理体となるウェハWは、開口部7が開放されているときに、開口部7を介してチャンバ1の処理室5に搬入され、載置台8に載置される。制御部60は、ウェハWが載置台8に載置された後に、ゲートバルブ3を制御することにより、開口部7を閉鎖する。また、制御部60は、直流電圧源17を制御することにより、チャック電極16に直流電圧を印加する。ウェハWは、直流電圧がチャック電極16に印加されるときに、クーロン力により静電チャック12に保持される。
図2Aに示すように、制御部60は、バルブV1,V2を閉め、天板35の駆動機構を制御して天板35を下げ、ガス拡散室38の容積を減少させる。制御部60は、開口部7が閉鎖され、ガス拡散室38の容積が小さくなっているときに、排気装置2を制御することにより、処理室5の雰囲気が所定の真空度になるように、排気口6を介して処理室5から気体を排気する(図3:Step1)。このとき、天板35は下端位置(Low)に位置し、バルブV1,V2が閉、バルブV3,V4が開となっている。制御部60は、排気が完了すると、天板35の駆動機構を制御して天板35を上げる。制御部60は、天板35を上端位置(High)まで移動させ、ガス拡散室38の容積を増加させる(図3:Step2)。
制御部60は、ウェハWが静電チャック12に保持されているときに、伝熱ガス供給源25を制御することにより、伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン26に供給し、伝熱ガスを静電チャック12とウェハWとの間に供給する。制御部60は、さらに、チラー21を制御することにより、所定の温度に冷却された冷媒を冷媒流路14に循環させ、静電チャック12を冷却する。このとき、ウェハWは、静電チャック12とウェハ27との間に供給される伝熱ガスを介して、静電チャック12からウェハWに伝熱されることにより、ウェハWの温度が所定の温度範囲に含まれるように、温度調整される。
次に、図2Bに示すように、制御部60は、ウェハWの温度が所定の温度に調整されているときに、処理ガス供給源41およびバルブV1,V3を制御することにより、バルブV1が開、バルブV3が閉となってガスAがガス導入口40に供給される。ガスAは、ガス導入口40からガス拡散室38に供給され、ガス拡散室38で拡散される。ガスAは、ガス拡散室38で拡散された後に、複数のガス供給孔39を介してチャンバ1の処理室5にシャワー状に供給され、処理室5に充填される(図3:Step3)。
制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、プラズマ励起用の第1高周波を載置台8に供給する。処理室5には、載置台8に第1高周波が供給されることにより、プラズマが発生する。ウェハWは、処理室5に発生したプラズマにより、例えば膜が積層される。制御部60は、ガスAによる処理が終了すると、バルブV1,V3を制御することにより、バルブV1が閉、バルブV3が開となり、ガスAの供給が停止される(図3:Step4)。また、制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、処理室5に高周波電力が供給されることを停止する。
続いて、図2Cに示すように、制御部60は、天板35の駆動機構を制御して天板35を下げ、ガス拡散室38の容積を減少させる。制御部60は、ガス拡散室38の容積が小さくなっているときに、排気装置2を制御することにより、処理室5からガスAを排気する(図3:Step5)。このとき、天板35は下端位置(Low)に位置し、バルブV1,V2が閉、バルブV3,V4が開となっている。制御部60は、ガスAの排気が完了すると、天板35の駆動機構を制御して天板35を上げる。制御部60は、天板35を上端位置(High)まで移動させ、ガス拡散室38の容積を増加させる(図3:Step6)。
次に、図2Dに示すように、制御部60は、処理ガス供給源42およびバルブV2,V4を制御することにより、バルブV2が開、バルブV4が閉となってガスBがガス導入口40に供給される。ガスBは、ガス導入口40からガス拡散室38に供給され、ガス拡散室38で拡散される。ガスBは、ガス拡散室38で拡散された後に、複数のガス供給孔39を介してチャンバ1の処理室5にシャワー状に供給され、処理室5に充填される(図3:Step7)。
制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、プラズマ励起用の第1高周波とバイアス用の第2高周波とを載置台8に供給する。制御部60は、ガスAの場合と同様にプラズマを発生させる。プラズマは、載置台8に第2高周波が供給されることにより、ウェハWに向かって加速される。ウェハWは、処理室5に発生したプラズマにより、例えば膜がエッチングされる。制御部60は、ガスBによる処理が終了すると、バルブV2,V4を制御することにより、バルブV2が閉、バルブV4が開となり、ガスBの供給が停止される(図3:Step8)。また、制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、処理室5に高周波電力が供給されることを停止する。制御部60は、以降、排気、ガスAによる処理、排気、ガスBによる処理、排気といった具合に処理を繰り返す。
制御部60は、一連の繰り返し処理が終了すると、直流電圧源17を制御することにより、チャック電極16にウェハWの吸着時とは正負が逆の直流電圧を印加する。ウェハWは、逆の直流電圧がチャック電極16に印加されることにより、除電され、静電チャック12から剥がされる。制御部60は、さらに、ゲートバルブ3を制御することにより、開口部7を開放する。ウェハWは、静電チャック12に保持されていない場合で、開口部7が開放されているときに、開口部7を介してチャンバ1の処理室5から搬出される。
本実施形態では、処理ガスの排気時に天板35を下げてガス拡散室38の容積を減少させるので、処理ガスの排気時間を短縮できる。
[変形例1]
続いて、変形例1に係る基板処理方法について説明する。図4A〜図4Dは、変形例1における基板処理方法の一例を示す図である。図4A〜図4Dは、基板処理装置10の載置台8が上下に可動する基板処理装置10aを用いた場合の一例である。基板処理装置10aでは、基板処理装置10の支持部材4に代えて、載置台8とチャンバ1の底部とを接続し外部の雰囲気を隔離するベローズ71を備えている。また、載置台8は、自身を上下に駆動する駆動機構を有する。なお、基板処理装置10aでは、基板処理装置10と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成および動作の説明については省略する。
図5は、変形例1における基板処理装置各部の動作状態の一例を示す図である。なお、図5では、処理の工程を「Step」、載置台8を「Stage」、天板35を「Lid」と表し、各工程におけるバルブV1〜V4の状態を表している。また、処理ガス供給源41,42は、それぞれガスAおよびガスBを供給するものとする。
変形例1に係る基板処理方法では、図4Aに示すように、制御部60は、バルブV1,V2を閉め、天板35の駆動機構を制御して天板35を下げ、ガス拡散室38の容積を減少させる。また、制御部60は、載置台8の駆動機構を制御して載置台8を上げ、処理室5の容積を減少させる。制御部60は、開口部7が閉鎖され、処理室5およびガス拡散室38の容積が小さくなっているときに、排気装置2を制御することにより、処理室5の雰囲気が所定の真空度になるように、排気口6を介して処理室5から気体を排気する(図5:Step1)。このとき、載置台8は上端位置(High)に位置し、天板35は下端位置(Low)に位置し、バルブV1,V2が閉、バルブV3,V4が開となっている。制御部60は、排気が完了すると、載置台8の駆動機構を制御して載置台8を下げ、天板35の駆動機構を制御して天板35を上げる。制御部60は、載置台8を下端位置(Low)にまで移動させ、天板35を上端位置(High)まで移動させ、ガス拡散室38の容積を増加させる(図5:Step2)。
次に、図4Bに示すように、制御部60は、処理ガス供給源41およびバルブV1,V3を制御することにより、バルブV1が開、バルブV3が閉となってガスAがガス導入口40に供給される。ガスAは、ガス導入口40からガス拡散室38に供給され、ガス拡散室38で拡散される。ガスAは、ガス拡散室38で拡散された後に、複数のガス供給孔39を介してチャンバ1の処理室5にシャワー状に供給され、処理室5に充填される(図5:Step3)。
制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、プラズマ励起用の第1高周波を載置台8に供給する。制御部60は、プラズマを発生させる。ウェハWは、処理室5に発生したプラズマにより、例えば膜が積層される。制御部60は、ガスAによる処理が終了すると、バルブV1,V3を制御することにより、バルブV1が閉、バルブV3が開となり、ガスAの供給が停止される(図5:Step4)。また、制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、処理室5に高周波電力が供給されることを停止する。
続いて、図4Cに示すように、制御部60は、天板35の駆動機構を制御して天板35を下げ、ガス拡散室38の容積を減少させる。また、制御部60は、載置台8の駆動機構を制御して載置台8を上げ、処理室5の容積を減少させる。制御部60は、処理室5およびガス拡散室38の容積が小さくなっているときに、排気装置2を制御することにより、処理室5からガスAを排気する(図5:Step5)。このとき、載置台8は上端位置(High)に位置し、天板35は下端位置(Low)に位置し、バルブV1,V2が閉、バルブV3,V4が開となっている。制御部60は、排気が完了すると、載置台8の駆動機構を制御して載置台8を下げ、天板35の駆動機構を制御して天板35を上げる。制御部60は、載置台8を下端位置(Low)にまで移動させ、天板35を上端位置(High)まで移動させ、ガス拡散室38の容積を増加させる(図5:Step6)。
次に、図4Dに示すように、制御部60は、処理ガス供給源42およびバルブV2,V4を制御することにより、バルブV2が開、バルブV4が閉となってガスBがガス導入口40に供給される。ガスBは、ガス導入口40からガス拡散室38に供給され、ガス拡散室38で拡散される。ガスBは、ガス拡散室38で拡散された後に、複数のガス供給孔39を介してチャンバ1の処理室5にシャワー状に供給され、処理室5に充填される(図5:Step7)。
制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、プラズマ励起用の第1高周波とバイアス用の第2高周波とを載置台8に供給する。制御部60は、プラズマを発生させる。ウェハWは、処理室5に発生したプラズマにより、例えば膜がエッチングされる。制御部60は、ガスBによる処理が終了すると、バルブV2,V4を制御することにより、バルブV2が閉、バルブV4が開となり、ガスBの供給が停止される(図5:Step8)。また、制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、処理室5に高周波電力が供給されることを停止する。制御部60は、以降、排気、ガスAによる処理、排気、ガスBによる処理、排気といった具合に処理を繰り返す。
変形例1では、処理ガスの排気時に、載置台8を上げて処理室5の容積を減少させ、天板35を下げてガス拡散室38の容積を減少させるので、より処理ガスの排気時間を短縮できる。
[変形例2]
続いて、変形例2に係る基板処理方法について説明する。図6A〜図6Dは、変形例2における基板処理方法の一例を示す図である。図6A〜図6Dは、基板処理装置10の処理ガス供給源41,42とバルブV1,V2との間に、バルブV5,V6と、ガスバッファ44,45とを備え、バルブV3,V4を削除した基板処理装置10bの一例である。なお、基板処理装置10bでは、基板処理装置10と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成および動作の説明については省略する。
図7は、変形例2における基板処理装置各部の動作状態の一例を示す図である。なお、図7では、処理の工程を「Step」、天板35を「Lid」と表し、各工程におけるバルブV1,V2,V5,V6の状態を表している。また、処理ガス供給源41,42は、それぞれガスAおよびガスBを供給するものとする。
変形例2に係る基板処理方法では、図6Aに示すように、制御部60は、バルブV1,V2を閉め、天板35の駆動機構を制御して天板35を下げ、ガス拡散室38の容積を減少させる。制御部60は、開口部7が閉鎖され、ガス拡散室38の容積が小さくなっているときに、排気装置2を制御することにより、処理室5の雰囲気が所定の真空度になるように、排気口6を介して処理室5から気体を排気する(図7:Step1)。このとき、天板35は下端位置(Low)に位置し、バルブV1,V2が閉、バルブV5,V6が開となり、ガスバッファ44,45にはガスA,ガスBがそれぞれ貯留されている。制御部60は、排気が完了すると、天板35の駆動機構を制御して天板35を上げる。制御部60は、天板35を上端位置(High)まで移動させ、ガス拡散室38の容積を増加させる(図7:Step2)。
次に、図6Bに示すように、制御部60は、バルブV1を制御することにより、バルブV1が開となって、ガスバッファ44に貯留されたガスAがガス導入口40に供給される。ガスAは、ガス導入口40からガス拡散室38に供給され、ガス拡散室38で拡散される。ガスAは、ガス拡散室38で拡散された後に、複数のガス供給孔39を介してチャンバ1の処理室5にシャワー状に供給され、処理室5に充填される(図7:Step3)。
制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、プラズマ励起用の第1高周波を載置台8に供給する。制御部60は、プラズマを発生させる。ウェハWは、処理室5に発生したプラズマにより、例えば膜が積層される。制御部60は、ガスAによる処理が終了すると、バルブV1を制御することにより、バルブV1が閉となり、ガスAの供給が停止される(図7:Step4)。なお、ガスAは、バルブV1が閉となるので、ガスバッファ44への貯留が開始される。また、制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、処理室5に高周波電力が供給されることを停止する。
続いて、図6Cに示すように、制御部60は、天板35の駆動機構を制御して天板35を下げ、ガス拡散室38の容積を減少させる。制御部60は、ガス拡散室38の容積が小さくなっているときに、排気装置2を制御することにより、処理室5からガスAを排気する(図7:Step5)。このとき、天板35は下端位置(Low)に位置し、バルブV1,V2が閉、バルブV5,V6が開となっている。制御部60は、排気が完了すると、天板35の駆動機構を制御して天板35を上げる。制御部60は、天板35を上端位置(High)まで移動させ、ガス拡散室38の容積を増加させる(図7:Step6)。
次に、図6Dに示すように、制御部60は、バルブV2を制御することにより、バルブV2が開となって、ガスバッファ45に貯留されたガスBがガス導入口40に供給される。ガスBは、ガス導入口40からガス拡散室38に供給され、ガス拡散室38で拡散される。ガスBは、ガス拡散室38で拡散された後に、複数のガス供給孔39を介してチャンバ1の処理室5にシャワー状に供給され、処理室5に充填される(図7:Step7)。
制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、プラズマ励起用の第1高周波とバイアス用の第2高周波とを載置台8に供給する。制御部60は、プラズマを発生させる。ウェハWは、処理室5に発生したプラズマにより、例えば膜がエッチングされる。制御部60は、ガスBによる処理が終了すると、バルブV2を制御することにより、バルブV2が閉となり、ガスBの供給が停止される(図7:Step8)。また、制御部60は、電力供給装置51を制御することにより、処理室5に高周波電力が供給されることを停止する。制御部60は、以降、排気、ガスAによる処理、排気、ガスBによる処理、排気といった具合に処理を繰り返す。
変形例2では、処理ガスの供給時にガスバッファ44,45に貯留されたガスA,ガスBを供給するので、処理ガスの排気時間を短縮できるだけでなく、処理ガスの供給時間も短縮できる。すなわち、変形例2では、プロセスの処理時間を短縮できる。
[変形例3]
ガス拡散室38は、複数の領域、例えば、中心部分と周縁部分とに分割され、それぞれ対応する天板により容積が変更されるような構成とすることができる。図8は、変形例3における基板処理装置の一例を示す図である。図8は、基板処理装置10のガス拡散室38を中心部分の第1のガス拡散室38aと、周縁部分の第2のガス拡散室38bとに分割し、それぞれ天板35a,35bを設けた基板処理装置10cの一例である。なお、基板処理装置10cでは、基板処理装置10と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成および動作の説明については省略する。
天板支持部32a,32bは、例えばアルミニウムから形成されている。天板支持部32bは、チャンバ1の側壁上部に配置可能なように円筒形に形成され、表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されている。天板支持部32aは、天板支持部32bより中心側に位置し、シャワープレート33aの中心部分に配置可能なように円筒形に形成され、表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されている。天板支持部32a,32bは、それぞれベローズ37a,37bを介して、天板35a,35bと接続されている。
シャワープレート33aは、導体で形成され、円板状に形成されている。シャワープレート33aは、載置台8に対向するように、かつ、シャワープレート33aの下面に沿う平面が載置台8の上面に沿う平面に対して概ね平行であるように、配置されている。シャワープレート33aは、さらに、チャンバ1の天井部に形成される開口を閉塞するように、配置されている。シャワープレート33aは、シャワープレート33aとチャンバ1とが導通されるように、天板支持部32bを介してチャンバ1に支持されている。
天板35a,35bは、導体で形成され、天板35aが円板状に、天板35bが天板35aと同心円であるドーナツ状に形成されている。天板35a,35bは、シャワープレート33aに対向するように、かつ、天板35a,35bの下面に沿う平面がシャワープレート33aの上面に沿う平面に対して概ね平行であるように、配置されている。また、天板35a,35bは、それぞれ図示しない駆動機構を有する。シール材36a,36bは、それぞれ天板35a,35bの周縁部と、天板支持部32a,32bとの間の気密を保ちつつ、天板35a,35bを上下に動かした際に、天板35a,35bとともに移動する。天板35a,35bは、天板支持部32a,32b、シャワープレート33a、および、シール材36a,36bとともに、第1のガス拡散室38aと、第2のガス拡散室38bとを形成している。
ベローズ37a,37bは、伸縮可能に形成される。ベローズ37a,37bは、それぞれ天板支持部32a,32bの上部に設けられたフランジと、天板35a,35bの上面とを接続している。天板35a,35bは、それぞれ駆動機構によって上下に移動される。すなわち、基板処理装置10cでは、天板35a,35bをそれぞれ上下動させることで、第1のガス拡散室38aおよび第2のガス拡散室38bの容積をそれぞれ変更可能である。
シャワープレート33aには、処理室5と、第1のガス拡散室38aまたは第2のガス拡散室38bとを連通させる複数のガス供給孔39が形成されている。ガス導入口46は、天板35aの中央に形成され、第1のガス拡散室38aに連通している。ガス導入口47は、天板35bの周縁部に形成され、第2のガス拡散室38bに連通している。
基板処理装置10cでは、処理ガス供給源41,42は、バルブV7,V8をそれぞれ有するガス管とガス導入管とを介して、それぞれガス導入口46,47に接続されている。つまり、ガス導入管は、第1のガス拡散室38aにガスを導入する第1のガス導入管と、第2のガス拡散室38bにガスを導入する第2のガス導入管とを有する。処理ガス供給源41と第1のガス導入管は、バルブV7を有する第1のガス管を介して接続される。第1のガス導入管は、ガス導入口46に接続されている。処理ガス供給源42と第2のガス導入管は、バルブV8を有する第2のガス管を介して接続される。第2のガス導入管は、ガス導入口47に接続されている。
処理ガス供給源41,42は、所定の処理ガスをガス導入口46,47に供給する。基板処理装置10cでは、例えば、種類が同一の処理ガスであるが、濃度の異なる処理ガスを、それぞれ処理ガス供給源41,42から供給し、第1のガス拡散室38aおよび第2のガス拡散室38bにそれぞれ供給することができる。なお、基板処理装置10cでは、種類の異なる処理ガスを、第1のガス拡散室38aおよび第2のガス拡散室38bにそれぞれ供給するようにしてもよい。つまり、基板処理装置10cは、複数の処理ガスを同時に処理室5に供給できる。
なお、上述の基板処理方法では、処理ガスの排気時に天板35を下げることで処理ガスの排気時間を短縮したが、これに限定されない。例えば、天板35は下げずに、載置台8を上げることで処理室5の容積を減少させて処理ガスの排気時間を短縮するようにしてもよい。
以上、本実施形態によれば、基板処理装置10は、処理室5と、ガス供給部31と、ガス導入管43と、ガス供給源とを備える。処理室5は、基板を収容する。ガス供給部31は、ガス拡散室38、および、ガス拡散室38と処理室5とを連通させる複数のガス穴(ガス供給孔39)を有する。ガス導入管43は、ガス供給部31のガス拡散室38内にガスを導入するための少なくとも1つのガス導入管である。ガス供給源は、ガス導入管43と接続され、ガス導入管43にガスを供給する。また、ガス供給部31は、ガス拡散室38内の容積を変更する容積可変機構を有する。その結果、処理ガスの排気時間を短縮できる。
また、本実施形態によれば、ガス拡散室38は天板35を有し、容積可変機構は、天板35を上下動させることにより容積を変更する。その結果、ガス拡散室38内の処理ガスの排気時間を短縮できる。
また、本実施形態によれば、処理室5は天板支持部32を有し、天板35と天板支持部32とを接続する伸縮部(ベローズ37)を有する。その結果、天板35を上下に動かすことができる。
また、本実施形態によれば、ガス導入管43は、一部が伸縮可能または可動に構成される。その結果、天板35を上下に動かしても、処理ガスを供給できる。
また、本実施形態によれば、処理ガス供給源は、第1のガスを供給する第1のガス供給源と、第2のガスを供給する第2のガス供給源とを有する。その結果、複数の処理ガスそれぞれの排気時間を短縮できる。
また、本実施形態によれば、第1のガス供給源とガス導入管43は、第1のバルブを有する第1のガス管を介して接続され、第2のガス供給源とガス導入管43は、第2のバルブを有する第2のガス管を介して接続される。その結果、複数の処理ガスを供給できる。
また、変形例2によれば、第1のバルブと第1のガス供給源との間に第1のガスバッファが設けられ、第2のバルブと第2のガス供給源との間に第2のガスバッファが設けられる。その結果、処理ガスの供給時間を短縮できる。
また、変形例3によれば、ガス拡散室は、複数の領域に分割された天板35a,35bを有し、複数の天板にそれぞれ対応する第1のガス拡散室38aと第2のガス拡散室38bとに分割される。ガス導入管は、第1のガス拡散室38aにガスを導入する第1のガス導入管と、第2のガス拡散室38bにガスを導入する第2のガス導入管とを有する。第1のガス供給源と第1のガス導入管は、第1のバルブを有する第1のガス管を介して接続される。第2のガス供給源と第2のガス導入管は、第2のバルブを有する第2のガス管を介して接続される。容積可変機構は、複数の天板35a,35bをそれぞれ上下動させることにより、第1のガス拡散室38aおよび第2のガス拡散室38bの容積をそれぞれ変更する。その結果、複数の処理ガスを同時に処理室5に供給できる。
また、変形例1によれば、処理室5内に設けられた基板を載置する載置台8と、載置台8を上下動させる駆動機構を有する。その結果、処理室5の容積を減少させ、より処理ガスの排気時間を短縮できる。
また、本実施形態によれば、基板処理方法は、第1のガスをガス拡散室38に供給する第1ガス供給工程と、ガス拡散室38の体積を減少させる圧縮工程と、ガス拡散室38の体積を増加させる膨張工程とを有する。その結果、処理ガスの排気時間を短縮できる。
また、本実施形態によれば、膨張工程の後に、第2のガスをガス拡散室38に供給する第2ガス供給工程を有する。その結果、複数の処理ガスを切り替えて処理を行うことができる。
また、変形例1によれば、第1ガス供給工程の前に、基板を載置する載置台8を下降させる下降工程を有する。その結果、処理室5の容積を確保できる。
また、変形例1によれば、第1ガス供給工程と第2ガス供給工程との間に、載置台8を上昇させる上昇工程を有する。その結果、第2ガス供給工程の前に、処理室5の容積を確保できる。
また、本実施形態によれば、第1ガス供給工程と圧縮工程との間に、第1のガスのガス拡散室38への供給を停止する第1ガス停止工程を有する。その結果、ガス拡散室38内の第1のガスを処理室5に供給できる。
また、本実施形態によれば、第2ガス供給工程の後に、第2のガスのガス拡散室38への供給を停止する第2ガス停止工程と、ガス拡散室38の体積を減少させる第2の圧縮工程とを有する。その結果、ガス拡散室38内の第2のガスを処理室5に供給できるとともに、第2のガスの排気時間を短縮できる。
また、本実施形態によれば、第2の圧縮工程の後に、ガス拡散室38の体積を増加させる第2の膨張工程を有する。その結果、次の第1ガス供給工程において、第1のガスをガス拡散室38に供給できる。
また、本実施形態によれば、第1ガス供給工程から第2の膨張工程までの工程を複数回繰り返す。その結果、繰り返し処理における処理ガスの排気時間を短縮できる。
また、変形例2によれば、第1ガス供給工程は、第1のガスをガス拡散室38の手前に接続された第1のガスバッファ44に貯め、第1のガスをガス拡散室38に供給する際に、第1のガスバッファ44に貯められた第1のガスをガス拡散室38に供給する。その結果、処理ガスの排気時間を短縮できるだけでなく、処理ガスの供給時間も短縮できる。
また、変形例2によれば、第2ガス供給工程は、第2のガスをガス拡散室38の手前に接続された第2のガスバッファ45に貯め、第2のガスをガス拡散室38に供給する際に、第2のガスバッファ45に貯められた第2のガスをガス拡散室38に供給する。その結果、処理ガスの排気時間を短縮できるだけでなく、処理ガスの供給時間も短縮できる。
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
また、上記した実施形態では、基板処理装置10の一例として、容量結合型プラズマ処理装置を挙げたが、これに限定されない。プラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
また、上記した実施形態では、基板処理装置10の一例として、プラズマ処理装置を挙げたが、これに限定されない。例えば、プラズマを用いずに、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法のような複数の処理ガスを交互に繰り返して処理を行う基板処理装置にも適用することができる。
1 チャンバ
2 排気装置
4 支持部材
5 処理室
6 排気口
8 載置台
10,10a,10b,10c 基板処理装置
11 支持台
12 静電チャック
21 チラー
25 伝熱ガス供給源
31 ガス供給部
32,32a,32b 天板支持部
33,33a シャワープレート
35,35a,35b 天板
36,36a,36b シール材
37,37a,37b ベローズ
38 ガス拡散室
38a 第1のガス拡散室
38b 第2のガス拡散室
39 ガス供給孔
40,46,47 ガス導入口
41,42 処理ガス供給源
43 ガス導入管
44,45 ガスバッファ
51 電力供給装置
60 制御部
71 ベローズ
V1〜V8 バルブ
W ウェハ

Claims (19)

  1. 基板を収容する処理室と、
    ガス拡散室、および、前記ガス拡散室と前記処理室とを連通させる複数のガス穴を有するガス供給部と、
    前記ガス供給部の前記ガス拡散室内にガスを導入するための少なくとも1つのガス導入管と、
    前記ガス導入管と接続され、前記ガス導入管に前記ガスを供給するガス供給源と、を備え、
    前記ガス供給部は、
    前記ガス拡散室内の容積を変更する容積可変機構を有する基板処理装置。
  2. 前記ガス拡散室は天板を有し、
    前記容積可変機構は、前記天板を上下動させることにより容積を変更する、
    請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記処理室は天板支持部を有し、
    前記天板と前記天板支持部とを接続する伸縮部を有する、
    請求項2に記載の基板処理装置。
  4. 前記ガス導入管は、一部が伸縮可能または可動に構成される、
    請求項1〜3のいずれか1つに記載の基板処理装置。
  5. 前記ガス供給源は、第1のガスを供給する第1のガス供給源と、第2のガスを供給する第2のガス供給源とを有する、
    請求項1〜4のいずれか1つに記載の基板処理装置。
  6. 前記第1のガス供給源と前記ガス導入管は、第1のバルブを有する第1のガス管を介して接続され、
    前記第2のガス供給源と前記ガス導入管は、第2のバルブを有する第2のガス管を介して接続される、
    請求項5に記載の基板処理装置。
  7. 前記第1のバルブと前記第1のガス供給源との間に第1のガスバッファが設けられ、
    前記第2のバルブと前記第2のガス供給源との間に第2のガスバッファが設けられる、
    請求項6に記載の基板処理装置。
  8. 前記ガス拡散室は、複数の領域に分割された天板を有し、複数の前記天板にそれぞれ対応する第1のガス拡散室と第2のガス拡散室とに分割され、
    前記ガス導入管は、前記第1のガス拡散室にガスを導入する第1のガス導入管と、前記第2のガス拡散室にガスを導入する第2のガス導入管とを有し、
    前記第1のガス供給源と前記第1のガス導入管は、第1のバルブを有する第1のガス管を介して接続され、
    前記第2のガス供給源と前記第2のガス導入管は、第2のバルブを有する第2のガス管を介して接続され、
    前記容積可変機構は、複数の前記天板をそれぞれ上下動させることにより、前記第1のガス拡散室および前記第2のガス拡散室の容積をそれぞれ変更する、
    請求項5に記載の基板処理装置。
  9. 前記処理室内に設けられた基板を載置する載置台と、
    前記載置台を上下動させる駆動機構を有する、
    請求項1〜8のいずれか1つに記載の基板処理装置。
  10. 第1のガスをガス拡散室に供給する第1ガス供給工程と、
    前記ガス拡散室の体積を減少させる圧縮工程と、
    前記ガス拡散室の体積を増加させる膨張工程と、
    を有する基板処理方法。
  11. 前記膨張工程の後に、第2のガスを前記ガス拡散室に供給する第2ガス供給工程を有する、
    請求項10に記載の基板処理方法。
  12. 前記第1ガス供給工程の前に、基板を載置する載置台を下降させる下降工程を有する、
    請求項11に記載の基板処理方法。
  13. 前記第1ガス供給工程と前記第2ガス供給工程との間に、前記載置台を上昇させる上昇工程を有する、
    請求項12に記載の基板処理方法。
  14. 前記第1ガス供給工程と前記圧縮工程との間に、前記第1のガスの前記ガス拡散室への供給を停止する第1ガス停止工程を有する、
    請求項11〜13のいずれか1つに記載の基板処理方法。
  15. 前記第2ガス供給工程の後に、前記第2のガスの前記ガス拡散室への供給を停止する第2ガス停止工程と、
    前記ガス拡散室の体積を減少させる第2の圧縮工程と、を有する、
    請求項11〜14のいずれか1つに記載の基板処理方法。
  16. 前記第2の圧縮工程の後に、前記ガス拡散室の体積を増加させる第2の膨張工程を有する、
    請求項15に記載の基板処理方法。
  17. 前記第1ガス供給工程から前記第2の膨張工程までの工程を複数回繰り返す、
    請求項16に記載の基板処理方法。
  18. 前記第1ガス供給工程は、前記第1のガスを前記ガス拡散室の手前に接続された第1のガスバッファに貯め、前記第1のガスを前記ガス拡散室に供給する際に、前記第1のガスバッファに貯められた前記第1のガスを前記ガス拡散室に供給する、
    請求項11〜17のいずれか1つに記載の基板処理方法。
  19. 前記第2ガス供給工程は、前記第2のガスを前記ガス拡散室の手前に接続された第2のガスバッファに貯め、前記第2のガスを前記ガス拡散室に供給する際に、前記第2のガスバッファに貯められた前記第2のガスを前記ガス拡散室に供給する、
    請求項11〜18のいずれか1つに記載の基板処理方法。
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