JP5570938B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
基板処理装置及び半導体装置の製造方法Info
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Description
枚葉装置の場合、例えば、基板を支持する基板支持部近辺にランプや抵抗加熱などの加熱機構を設けて、基板を加熱する方法が知られている。
ところが、装置を稼動し続けることで、抵抗加熱機構や、それまでに経由する部品が破壊もしくは劣化し、接触不良となってしまうことがあった。それにより、基板を所望の温度に加熱できない、もしくは加熱そのものができないなど、装置の信頼性を著しく低下させてしまうという問題がある。
まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を実施する基板処理装置の構成例について、図1を用いて説明する。図1は、かかる基板処理装置としてのMMT装置の断面構成図である。MMT装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源(Modified Magnetron Typed Plasma Source)を用い、例えばシリコンウエハ等のシリコン基板200をプラズマ処理する装置である。
essure controller)242、開閉弁であるバルブ243b、排気装置である真空ポンプ246が設けられている。主に、ガス排気管231、APC242、バルブ243bにより、排気部が構成されている。
ータ501の両端には、電力が入力される入力端子502及び電力を出力する出力端子503が設けられる。また、内側ヒータ504の両端には、電力が入力される入力端子505及び電力を出力する出力端子506が設けられる。入力端子から出力端子に向けてそれぞれ電力を供給することで、各ヒータは加熱される。
23、内側ヒータ電力供給線324から見て、外側ヒータ電力供給線321と外側ヒータ電力供給線322を介した位置に設けられている。言い換えるならば、パージガス供給管314と、内側ヒータ電力供給線323、内側ヒータ電力供給線324との間に、外側ヒータ電力供給線321と外側ヒータ電力供給線322とが設けられている。
。そのため、第二の熱電対305は、保持具306の温度を検出することで、ヒータ配線217cとヒータ電力供給線219との接続機構の温度を間接的に検出することができる。すなわち、保持具306は接続機構の温度をリニアに伝達することから、保持具306の温度(温度変化)を検出することで、接続機構の温度(温度変化)を容易に検出(推定)することができる。なお、第二の熱電対305は接続機構から離れた位置に設けられていることから、第二の熱電対305により検出される保持具306の温度は、接続機構の実際の温度よりも低温となる。
の固定孔403側からヒータ配線接続端子217dの止め孔401側へと貫通させ、ワッシャ405を介してナット404と締結させることで、ヒータ配線接続端子217dと接続端子402とが電気的に、且つ物理的に接続される。主に、接続端子402、ワッシャ407、ヒータ配線接続端子217d、締結ボルト406、ワッシャ405、ナット404により、ヒータ配線217cとヒータ電力供給線219との接続機構が構成される。
次に、本発明の基板処理装置における半導体装置の製造方法の一工程として、シリコン基板200上に形成されているゲート絶縁膜の窒化処理の方法を例に説明する。なお、以下の説明において、MMT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。ここでは、キャパシタのゲート絶縁膜を一例とし、説明する。
シリコン基板200の搬送位置までサセプタ217を下降させて、サセプタ217の貫通孔217aにウエハ突上げピン266を貫通させる。その結果、突き上げピン266が、サセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。搬入されるシリコン基板には、他のCVD装置やALD装置を用いて、CVD法やALD法によって、キャパシタのゲート絶縁膜が予め形成されている。ゲート絶縁膜は例えばシリコン酸化膜によって形成されている。
続いて、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ217bに電力を供給し、シリコン基板200の表面を加熱する。シリコン基板200の表面温度は、室温より高く、例えば750℃(デバイスの性能を劣化させる温度)より低い温度とすることが好ましい。より好ま
しくは、200℃以上であって700℃未満の温度が望ましい。
第一レベルとは、第二の熱電対305によって検出された保持具306の温度が「第一の温度」以上であった場合に実施される制御である。
第二レベルとは、保持具306の温度が「第一の温度」未満であって「第二の温度」以上であった場合に実施される制御である。
第二レベルとは、保持具306の温度が「第二の温度」未満であった場合に実施される制御である。保持具306の温度が「第二の温度」未満であった場合、外側ヒータ501、内側ヒータ504、ヒータ配線217cとヒータ電力供給線219との接続機構のいずれかも破損する可能性が低いので、コントローラ121は、以後の基板処理動作を継続する。
ここでは、反応ガスとして、アンモニア及び窒素の混合ガスを例として説明する。
ガス噴出孔234aから処理室201内へアンモニア及び窒素の混合ガスをシャワー状に導入する。このとき、アンモニアガスの供給量を300sccm、窒素ガスの供給量を300sccmとする。
アンモニアガスと窒素ガスとの混合ガスを導入後、筒状電極215に対して、整合器272を介して高周波電源273から高周波電力を印加するとともに、上部磁石216a及び下部磁石216bによる磁力を処理室201内に印加することにより、処理室201内にマグネトロン放電を発生させる。その結果、シリコン基板200の上方のプラズマ発生領域に高密度プラズマが発生する。なお、筒状電極215に印加する電力は例えば100〜1000W程度の範囲内とし、例えば800Wとする。このときのインピーダンス可変部274は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
上述のようにプラズマ状態とすることにより、処理室201内に供給されたアンモニアガスや窒素ガスが活性化され、励起される。そして生成された窒素ラジカル(N*)及び水素ラジカル(H*)がシリコン基板200上に形成されたゲート絶縁膜と反応する。
この反応では、水素による還元効果とシリコン酸化膜表面に対する窒素原子の衝突と補充が行なわれる。その結果、酸素成分が反応して水蒸気(H2O)が形成され、更に窒素がゲート絶縁膜に導入されることにより、リーク電流の少ない良質なゲート絶縁膜が形成される。
シリコン酸化膜の窒化が終了したら、筒状電極215に対する電力供給と、処理室201内へのガス供給を停止する。そして、ガス排気管231を用いて、処理室201内の残留ガスを排気する。そして、サセプタ217をシリコン基板200の搬送位置まで下降させ、サセプタ217の表面から突出させたウエハ突上げピン266上にシリコン基板200を支持させる。そして、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送部を用いてシリコン基板200を処理室201の外へ搬出し、本実施形態にかかる半導体装置の製造を終了する。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
子217dや接続端子402の熱応力による破損を回避することができる。
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
安定時温度から30℃以上であったときに、上述の第一レベルの制御(外側ヒータ501、内側ヒータ504への電力供給を低下或いは停止させ、進行中の生産ロットを即時停止する等の動作)を実施する。
Plasma)、ECR(Electron Cyclotron Resonance)装置を用いても実施可能である。
以下に、本発明の好ましい態様について説明する。
基板を処理する処理室と、
基板を加熱するヒータと、
前記ヒータを内包し、前記処理室内に設けられた基板支持台と、
前記基板支持台を支持するシャフトと、
前記シャフト内に挿通された配線と、
前記配線を保持する保持部と、
前記保持部に接続された温度検出部と、を有する
基板処理装置が提供される。
前記配線は、
一端に前記ヒータが接続され、他端にヒータ電力供給線が接続機構を介して接続されるヒータ配線と、
前記接続機構と、
前記ヒータ電力供給線と、を有し、
前記保持部は前記接続機構を保持する。
前記ヒータは、最も外側に配設された第一のヒータと、他のヒータとを有し、
前記シャフトの内壁と前記保持部との間にはガス供給機構が設けられ、
前記第一のヒータに接続された前記接続機構と前記ガス供給機構との距離は、前記他のヒータに接続された前記接続機構と前記ガス供給機構との距離より短くなるよう構成されている。
前記配線は、前記第一のヒータに電力を供給する第一の配線と、前記他のヒータに電力を供給する他の配線と、を有し、
前記保持部は前記第一の配線と他の配線との間に設けられた仕切りを備える。
前記温度検出部によって検出された温度データに応じて前記ヒータへの電力供給を制御する制御部を有する。
前記ヒータ配線と前記ヒータ電力供給線とは互いに異なる材料から構成され、
前記ヒータ配線と前記ヒータ電力供給線との間には熱膨張率吸収部材が設けられる。
基板を処理する処理室と、
基板を加熱するヒータと、
前記ヒータを内包し、前記処理室内に設けられた基板支持台と、
前記基板支持台を支持するシャフトと、
前記シャフト内に挿通された配線と、
前記配線を保持する保持部と、
前記保持部に接続された温度検出部と、を有する基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理室内の基板支持台に基板を支持する基板支持工程と、
前記支持された基板を前記基板支持台に内包されたヒータで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の間、前記保持部の温度を前記温度検出部が検出する半導体装置の製造方法が提供される。
前記温度検出部によって検出された温度データに応じて、前記制御部が前記ヒータへの電力供給を制御する。
200 シリコン基板(基板)
201 処理室
217b ヒータ
217c ヒータ配線
219 ヒータ電力供給線
268 シャフト
305 第二の熱電対(温度検出部)
500 基板支持台
Claims (4)
- 基板を処理する処理室と、
基板を加熱するヒータと、
前記ヒータを内包し、前記処理室内に設けられた基板支持台と、
前記基板支持台を支持するシャフトと、
前記シャフト内に挿通された配線と、
前記配線を保持する保持部と、
前記保持部に接続された温度検出部と、を有する
ことを特徴とする基板処理装置。 - 前記配線は、
一端に前記ヒータが接続され、他端にヒータ電力供給線が接続機構を介して接続されるヒータ配線と、
前記接続機構と、
前記ヒータ電力供給線と、を有し、
前記保持部は前記接続機構を保持する
ことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。 - 前記ヒータは、最も外側に配設された第一のヒータと、他のヒータとを有し、
前記シャフトの内壁と前記保持部との間にはガス供給機構が設けられ、
前記第一のヒータに接続された前記接続機構と前記ガス供給機構との距離は、前記他のヒータに接続された前記接続機構と前記ガス供給機構との距離より短くなるよう構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の基板処理装置。 - 基板を処理する処理室と、
基板を加熱するヒータと、
前記ヒータを内包し、前記処理室内に設けられた基板支持台と、
前記基板支持台を支持するシャフトと、
前記シャフト内に挿通された配線と、
前記配線を保持する保持部と、
前記保持部に接続された温度検出部と、を有する基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理室内の基板支持台に基板を支持する基板支持工程と、
前記支持された基板を前記基板支持台に内包されたヒータで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の間、前記保持部の温度を前記温度検出部が検出する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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