JP2023140468A - 電極、基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(加熱装置)
図1に示すように、縦型基板処理装置の処理炉202は加熱装置(加熱機構、加熱部)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、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、後述する電極固定具301が配設され、更に電極固定具301の内側には、後述するプラズマ生成部の電極300が配設されている。更に、電極300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)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成され、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)等の金属により構成され、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。
処理室201内には、第1、第2供給部としてのノズル249a,249bが、マニホールド209の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル249a、249bを、それぞれ第1、第2ノズルとも称する。ノズル249a、249bは、例えば石英またはSic等の耐熱性材料により構成されている。ノズル249a,249bには、ガス供給管232a,232bが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には2本のノズル249a,249bと、2本のガス供給管232a,232bとが設けられており、処理室201内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管203のみを処理容器とした場合、ノズル249a,249bは反応管203の側壁を貫通するように設けられていてもよい。
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、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。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。
但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
次にプラズマ生成部について、図1から図5を用いて説明する。
2)第5電極は、第4電極より短い長さである。
3)第5電極は、第2電極より短い長さである。
4)第2電極は、第3電極より短い長さである。
5)第5電極は、第6電極より短い長さである。
7)第3電極と第6電極とは同じ長さである。
8)第1電極と第3電極とは同じ長さである。
9)第4電極と第6電極とは同じ長さである。
10)第3電極に隣り合うように配置される第2電極と第4電極の長さが異なる長さである。
12)第1電極と第2電極と第3電極は、等間隔で配置される。また、第4電極と第5電極と第6電極は、等間隔で配置される。
13)第1電極と第2電極の中心間距離、第2電極と第3電極の中心距離、第4電極と第5電極の中心間距離、第5電極と第6電極のそれぞれの中心間距離は、13.0mm以上53.5mm以下とされる。
14)第1電極、第2電極、第3電極、第4電極、第5電極、第6電極は、複数の基板200が積載されて保持される方向(処理室201に対して垂直方向)に配置される。
15)第2電極の先端は、第1電極の先端より低い位置に配置される。
17)第5電極の先端は、第2電極の先端より低い位置に配置される。
18)第2電極の先端は、第3電極の先端より低い位置に配置される。
19)第5電極の先端は、第6電極の先端より低い位置に配置される。
20)第1電極の先端と第4電極の先端は、同じ高さの位置に配置される。
22)第2の電極の先端と第5電極の先端が、積載されて保持されている複数の基板200のうち最上段で保持されている基板位置から、印加される高周波電源の出力波長に対して0.5%以上6%以下の低い位置に配置される。
23)第1電極と第2電極と第4電極及び第5電極に印加される高周波電源の周波数は、25MHz以上35MHz以下とする。
24)第1電極群と第2電極群とは、基板200を処理する処理室201の外部に設けられ、処理室201内にプラズマを発生させるように構成される。
25)基板200を加熱する加熱部207を備え、第1電極群と第2電極群とは、処理室201と加熱部207との間に設けられる。
次に電極300を固定する電極固定治具としての電極固定具301について、図3および図5を用いて説明する。図3(a),(b)、図5(a),(b)で示すように、複数本設けられた電極300は、その開口部305を湾曲形状の電極固定治具である電極固定具301の内壁面に設けられた突起部310に引掛け、スライドさせて固定し、この電極固定具301と一体となるようユニット化(フック式電極ユニット)して反応管203の外周に設置されている。なお、電極固定具301と電極300の材料として、それぞれ、石英とニッケル合金を採用している。
次に電極固定治具である電極固定具301や反応管203の外壁に対して、電極300を一定の距離で固定するためのスペーサ330を図5(a)、(b)示す。例えば、スペーサ330は、円柱形状の石英材料で電極固定具301と一体化され、電極300と当接することで、電極300は電極固定具301に固定されている。電極固定具301や反応管203に対して、電極300を一定の距離で固定できるであれば、スペーサ330はどのような形態であっても、電極300と電極固定具301のどちらかと一体化されてもよい。例えば、スペーサ330は半円柱形状の石英材料で電極固定具301と一体化して、電極300を固定してもよいし、また、スペーサ330はSUSなどの金属製板材として電極と一体化して、電極300を固定してもよい。いずれにしろ、突起部310とスペーサが設けられるため、電極300の位置決めが容易となり、また、電極300が劣化した場合に電極300のみを交換することができるため、コスト低減となる。ここで、スペーサ330は上述した電極ユニットに含めてもよい。
反応管203には、図1に示すように処理室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。
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。
次に制御装置について図6を用いて説明する。図6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。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するプロセス例について、図7を用いて説明する。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。
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面を意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
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(圧力調整)。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に対して原料ガスを供給する。
処理温度:室温(25℃)~550℃、好ましくは400~500℃
処理圧力:1~4000Pa、好ましくは100~1000Pa
原料ガス供給流量:0.1~3slm
原料ガス供給時間:1~100秒、好ましくは1~50秒
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10slm
が例示される。
成膜処理が終了した後、処理室201内のウエハ200に対してプラズマ励起させた反応ガスを供給する(S5)。
処理温度:室温(25°)~550℃、好ましくは400~500℃
処理圧力:1~300Pa、好ましくは10~100Pa
反応ガス供給流量:0.1~10slm
反応ガス供給時間:1~100秒、好ましくは1~50秒
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10slm
RF電力:50~1000W
RF周波数:27.12MHz
が例示される。
上述したステップ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、nは1以上の整数)、すなわち、1回以上行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚の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第1層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第2層を積層することで形成される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。なお、第1層として、例えばSi含有層を形成し、第2層として、例えばSiO層を形成する場合、膜として、シリコン酸化膜(SiO膜)が形成されることとなる。また、第1層として、例えばSi含有層を形成し、第2層として、例えばSiN層を形成する場合、膜として、シリコン窒化膜(SiN膜)が形成されることとなる。
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内に残留する反応ガス等が処理室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(大気圧復帰: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。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。
ボート217に装填されているウエハ200の領域の範囲を、高周波電源320の出力波長に対して12%で構成し、第2種の電極300-2と第3種の電極300-3の先端を、最上段のウエハ位置から、高周波電源320の出力波長に対して0.5から6%の低い位置で構成し、第0種の電極300-0の先端を、最上段のウエハ位置と同じかそれよりも高い位置で構成することで、電極300近傍の反応管203内壁とウエハ200の間で生じる電界は縦方向(基板が積載される方向)に一様に強く分布するようになり、プラズマ302の密度が高くかつ縦方向に一様に分布し、基板処理の効率と質と基板間の一様性を同時に高めることが可能となる。
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
本開示の一態様によれば、
プラズマを発生させるための電極であって、
任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有する電極が、提供される。
付記1の電極において、好ましくは、
前記第2電極は、前記第1電極より短い長さである。
付記1又は付記2の電極において、好ましくは、
前記第5電極は、前記第4電極より短い長さである。
付記1~3のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第5電極は、前記第2電極より短い長さである。
付記1~4のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第2電極は、前記第3電極より短い長さである。
付記1~5のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第5電極は、前記第6電極より短い長さである。
付記1~6のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極と前記第4電極とは同じ長さである。
付記1~7のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第3電極と、前記第6電極とは同じ長さである。
付記1~8のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極と前記第3電極とは同じ長さである。
付記1~9のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第4電極と前記第6電極とは同じ長さである。
付記1~10のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第3電極の隣に配置される前記第2電極と前記第4電極の長さが異なる長さである。
付記1~11のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極と前記第2電極と前記第3電極は、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極の順で配置され、前記第4電極と前記第5電極と前記第6電極は、前記第4電極、前記第5電極、前記第6電極の順で配置される。
付記1~12のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極と前記第2電極と前記第3電極は、等間隔で配置され、前記第4電極と前記第5電極と前記第6電極は、等間隔で配置される。
付記1~13のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極と前記第2電極の中心間距離、前記第2電極と前記第3電極の中心距離、前記第4電極と前記第5電極の中心間距離、前記第5電極と前記第6電極の中心間距離は、13.0mm以上53.5mm以下とする。
付記1~14のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、前記第4電極、前記第5電極、前記第6電極は、複数の基板が積載されて保持される方向(処理室に対して垂直方向)に配置される。
付記1~15のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第2電極の先端は、前記第1電極の先端より低い位置に配置される。
付記1~16のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第5電極の先端は、前記第4電極の先端より低い位置に配置される。
付記1~17のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第5電極の先端は、前記第2電極の先端より低い位置に配置される。
付記1~18のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第2電極の先端は、前記第3電極の先端より低い位置に配置される。
付記1~19のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第5電極の先端は、前記第6電極の先端より低い位置に配置される。
付記1~20のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極の先端と前記第4電極の先端は、同じ高さの位置に配置される。
付記1~21のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第3電極の先端と前記第6電極の先端は、同じ高さの位置に配置される。
付記1~22のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第2電極の先端と前記第5電極の先端が、前記積載されて保持されている前記複数の基板のうち最上段で保持されている基板位置から、印加される高周波電源の出力波長に対して0.5%以上6%以下の低い位置に配置される。
付記1~23のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極と前記第2電極と前記第4電極及び前記第5電極に印加される高周波電源の周波数は、25MHz以上35MHz以下とする。
付記1~24のいずれかの電極において、好ましくは、
前記第1電極群と前記第2電極群とは、基板を処理する処理室の外部に設けられ、前記処理室内にプラズマを発生させるように構成される。
付記1~25のいずれかの電極において、好ましくは、
基板を加熱する加熱部を備え、
前記第1電極群と前記第2電極群とは、前記処理室と前記加熱部との間に設けられる。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有するプラズマ発生部と、
を備える基板処理装置が、提供される。
本開示の一態様によれば、
付記1~26のいずれかの電極を備えた基板処理装置が、提供される。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有するプラズマ発生部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に、前記プラズマ発生部によりプラズマを発生する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が、提供される。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有するプラズマ発生部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に、前記プラズマ発生部によりプラズマを発生する工程と、
を有する基板処理方法が、提供される。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有するプラズマ発生部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
前記処理室内に、前記プラズマ発生部によりプラズマを発生する手順と、
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が、提供される。
300-0・・・第0種の電極
300-1・・・第1種の電極
300-2・・・第2種の電極
300-3・・・第3種の電極
Claims (5)
- プラズマを発生させるための電極であって、
任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる少なくとも1つの第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、
任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有する電極。 - 前記第2電極は、前記第1電極よりも短い請求項1に記載の電極。
- 前記第5電極は、前記第4電極よりも短い請求項1又は請求項2に記載の電極。
- 基板を処理する処理室と、
プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と長さが異なる少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有するプラズマ発生部と、
を備える基板処理装置。 - 基板を処理する処理室と、プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される少なくとも1つの第1電極と、任意の電位が印加される前記第1電極と長さが異なる第2電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第3電極とで構成される第1電極群と、任意の電位が印加される少なくとも1つの第4電極と、任意の電位が印加される前記第4電極と少なくとも1つの第5電極と、基準電位が与えられる少なくとも1つの第6電極とで構成される第2電極群と、を有するプラズマ発生部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に、前記プラズマ発生部によりプラズマを発生する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
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