JP5775633B1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
基板を収容する処理室と、前記基板に第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給部と、前記基板に第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給部と、前記第1処理ガス供給部に設けられた気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定する気化器残量測定部と、前記気化器残量測定部が測定した前記残量によって前記第1処理ガスと前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更するよう構成された制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
以下、第1実施形態を図面に即して説明する。
まず、第1実施形態に係る基板処理装置について説明する。
処理室201(上部容器202a)の内壁側面には、処理室201の雰囲気を排気する第1排気部としての排気口221が設けられている。排気口221には排気管222が接続されており、排気管222には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器223、真空ポンプ224が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管222、圧力調整器223により、第1の排気部(排気ライン)220が構成される。なお、真空ポンプ224を第1の排気部に含めるように構成しても良い。
処理室201の上部に設けられるシャワーヘッド234の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口241が設けられている。ガス導入口241に接続されるガス供給系の構成については後述する。
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド234は、ガス導入口241と処理室201との間に設けられている。ガス導入口241はシャワーヘッド234の蓋231に接続され、ガス導入口241から導入されるガスは蓋231に設けられた孔231aを介してシャワーヘッド234のバッファ空間232に供給される。シャワーヘッド234は、例えば、石英、アルミナ、ステンレス、アルミなどの材料で構成される。
シャワーヘッド234の蓋231に接続されたガス導入孔241には、共通ガス供給管150(後述の150a,150b,150c,150d)が接続されている。共通ガス供給管150からは、後述の処理ガス、反応ガス、パージガスが供給される。
第1処理ガス供給部には、第1処理ガス原料バルブ160、気化器180、ガス供給管111、マスフロ―コントローラ(MFC)115、バルブ116、気化器残量測定部190が設けられている。なお、第1処理ガス源113を第1処理ガス供給部に含めて構成しても良い。気化器180は、液体状態の処理ガス原料中にキャリアガスを供給してバブリングさせることによって、処理ガスを気化させる様に構成される。
第2処理ガス供給部には、ガス供給管121、MFC125、バルブ126が設けられている。なお、第2処理ガス源123、を第2処理ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット(RPU)124を設けて、第2処理ガスを活性化させるように構成しても良い。
また、ベントバルブ170とベント管171を設けて、ガス供給管121内に溜まった不活性な反応ガスを排気可能に構成しても良い。
パージガス供給部には、ガス供給管131、MFC135、バルブ136が設けられている。なお、パージガス源133をパージガス供給部に含めても構成しても良い。
図1に示すように基板処理装置100は、基板処理装置100の各部の動作を制御するコントローラ260を有している。
次に、基板処理工程の例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、シリコン含有膜としてのシリコン酸化膜を形成する例で説明する。基板処理工程のシーケンス例を図4、図5に示す。
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ200を処理室201に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を開放し、ゲートバルブ205からリフトピン207上にウエハ200を載置させる。ウエハ200をリフトピン207上に載置させた後、昇降218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、排気管222を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器223としてのAPCバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、サセプタを予め加熱しておき、ウエハ200又はサセプタの温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等を真空排気やN2ガスの供給によるパージによって除去する。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
続いて、ウエハ200に所望の膜を成膜する工程を施す。成膜工程S301の詳細について、図4を用いて説明する。
第1処理ガス供給工程S203では、第1処理ガス供給系から処理室201内に第1処理ガス(原料ガス)(シリコン含有ガス)としてのジクロロシラン(Dichlorosilane(SiH2Cl2):DCS)ガスを供給する。具体的には、ガスバルブ114を開き、MFC145で所定流量に調整されたキャリアガスを気化器180に供給し、DCSをバブリングさせることによって、DCSをガス化する。ガス化したDCSガスをMFC115で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整されたDCSガスは、シャワーヘッド234のガス供給孔234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力(第1圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ200に対してDCSガスが供給されることとなるDCSガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば100Pa以上20000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ200にDCSを供給する。DCSが供給されることにより、ウエハ200上に、シリコン含有層が形成される。シリコン含有層とは、シリコン(Si)または、Siと塩素(Cl)を含む層である。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管111のガスバルブ116を閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、排気管236の、バルブ237を開き、排気管236を介して、バッファ空間232内に存在するガスを排気ポンプ239から排気する。このとき、排気ポンプ239は事前に作動させておき、少なくとも基板処理工程の終了時まで作動させておく。なお、排気中に、APCバルブ238により、排気管236とシャワーヘッド234内の圧力(排気コンダクタンス)を制御する。排気コンダクタンスは、バッファ空間232における第1の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室201を介した排気ポンプ224のコンダクタンスよりも高くなるようにAPCバルブ238及び真空ポンプ239を制御しても良い。このように調整することで、バッファ空間232の中央からシャワーヘッド排気口231bに向けたガス流れが形成される。このようにすることで、バッファ空間232の壁に付着したガスや、バッファ空間232内に浮遊したガスが処理室201に進入することなく第1の排気系から排気できるようになる。なお、処理室201から、バッファ空間232内へのガスの逆流を抑制するようにバッファ空間232内の圧力と処理室201の圧力(排気コンダクタンス)を調整しても良い。
第1の処理室パージ工程の後、バルブ126を開け、ガス導入孔241、バッファ室232、複数の分散孔234aを介して、処理室201内に第2の処理ガス(反応ガス)としての、酸素含有ガス(O2)を供給する。バッファ室232、分散孔234aを介して処理室に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。なお、第2処理ガスを供給する際に、活性化部(励起部)としてのリモートプラズマユニット(RPU)124を介して、活性化させた酸素含有ガスを処理室201内に供給可能に構成しても良い。
O2ガスの供給を停止した後、バルブ237を開き、排気管236を介して、バッファ空間232内に存在するガスを排気ポンプ230から排気する。なお、排気中に、APCバルブ238により、排気管236とシャワーヘッド234内の圧力(排気コンダクタンス)を制御する。排気コンダクタンスは、バッファ空間232における第1の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室201を介した排気ポンプ224のコンダクタンスよりも高くなるようにAPCバルブ238及び真空ポンプ239を制御しても良い。このように調整することで、バッファ空間232の中央からシャワーヘッド排気口231bに向けたガス流れが形成される。このようにすることで、バッファ空間232の壁に付着したガスや、バッファ空間232内に浮遊したガスが処理室201に進入することなく第1の排気系から排気できるようになる。なお、処理室201から、バッファ空間232内へのガスの逆流を抑制するようにバッファ空間232内の圧力と処理室201の圧力(排気コンダクタンス)を調整しても良い。
パージ工程S207の終了後、コントローラ260は、上記の成膜工程S301(S203〜S206)が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ200上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。
成膜工程S301が終わった後、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を解放し、ウエハ200をリフトピン207上からゲートバルブ205外へ搬送する。その後、基板処理継続判定工程S302が行われる。
基板処理継続判定工程S302では、基板処理工程が所定回数行われたか否かを判定する。例えば、FOUP(Front Opening Unified Pod)内に格納された基板枚数分の処理が行われたか否かを判定する。処理回数が所定回数以上の場合(Y)、ゲートバルブ205を閉じて基板処理工程を終了する。処理回数が所定回数未満の場合(N)、第1気化器残量判定工程S303が行われる。
第1気化器残量判定工程S303では、気化器180内に貯留された第1処理ガス原料が、第1規定量以上か否かを測定・判定する。第1規定量以上の時は、Yと判定し、基板搬入工程S201を実行させ、上記の基板処理工程が行われる。
第1規定量未満の時はNと判定し、第2気化器残量判定工程S304が行われる。
気化器180内の貯留量の測定は、気化器残量測定部190によって行われる。気化器残量測定部190は、例えば、気化器180内の第1処理ガス原料の重量又は液面高さなどで測定される。この測定方法では、MFC115の累積流量や基板処理室100の処理回数などで測定した場合に生じる以下の課題を解決することができる。例えば、気化器190内の液面の高さが変化した場合、図2の破線矢印で記した液中のキャリアガスの通過距離と、気化器180内の液面上の空間の通過距離が変動し、キャリアガスが、第1処理ガス原料をトラップする量が変化し、第1処理ガスとキャリアガスの分圧が変化してしまう課題が有る。例えば、液中の通過距離が短くなることで、第1処理ガスの発生量が減り、液面上の空間が増大することにより、第1処理ガスが、気化器180内に滞留することが有る。
第2気化器残量判定工程S304では、気化器180内に貯留された処理ガス原料が、第2規定量以上か否かを判定する。第2規定量以上の時はYと判定し、サイクル数変更工程S305が行われる。第2規定量未満の時はNと判定し、気化器180への補充工程S306が行われる。
サイクル数変更工程S305では、判定工程S207で判定されるサイクル数nを設定する。上述や、図6に示すように、処理枚数が増えると、処理ガスの気化量が減る。これにより、成膜工程S301の1サイクル当りの膜厚(サイクルレート)が低下する。これにより、目標の膜厚が得られなくなってしまう。そこで、サイクル数nを増加させ、目標の膜厚が得られるようにする。サイクル数nを設定後、基板搬入工程S201を実施し上記の基板処理工程を行う。
気化器補充工程S306では、気化器180内の原料の量が所定の量となるように補充される。補充は、例えば、気化器180の残量が初期値となるように補充される。気化器補充工程S306後、サイクル数変更工程S305が行われ、サイクル数nが変更される。例えば、初期値にリセットさせる。サイクル数変更工程S305の後は、基板搬入工程S201を実施し、上記基板処理工程が行われる。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)気化器180の残量を測定することによって、気化器180内で生成される第1処理ガスとキャリアガスの分圧比率を測定することができる。
以上、第1実施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無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上、第2実施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無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
図9に示すように、処理ガス源113から各基板処理装置の間には、気化器180とマスフローコントローラ(MFC)115a,115b,115c,115dと、ガスバルブ116a,116b,116c,116dがそれぞれ設けられている。また、これらは、処理ガス共通管112や、処理ガス供給管111a,111b,111c,111dなどで接続されている。これら、気化器180、MFC115a,115b,115c,115d、ガスバルブ116a,116b,116c,116d、処理ガス供給管111a,111b,111c,111dで第1処理ガス供給システムが構成される。なお、処理ガス源113を第1処理ガス供給系に含めるように構成しても良い。また、キャリアガス供給管112、MFC145、第1処理ガス原料バルブ160などを第1処理ガス供給系に含めるように構成しても良い。また、基板処理システムに設けられる基板処理装置の数に応じて、各構成を増減させて構成しても良い。
図9に示すように、反応ガス源123から各基板処理装置の間には、MFC125a,125b,125c,125d、ガスバルブ126a,126b,126c,126dが設けられている。これらの各構成は、反応ガス共通管122と反応ガス供給管121a,121b,121c,121dなどで接続されている。これら、MFC125a,125b,125c,125d、ガスバルブ126(126a,126b,126c,126d)、反応ガス共通管122、反応ガス供給管121a,121b,121c,121dなどで、第2処理ガス供給システムが構成される。
なお、反応ガス供給源123を第2ガス供給系に含めるように構成しても良い。また、基板処理システムに設けられる基板処理装置の数に応じて、各構成を増減させて構成しても良い。また、活性化部としてのリモートプラズマユニット(RPU)124を設けて、第2処理ガスを活性化可能に構成しても良い。
図9に示すように、パージガス(不活性ガス)源133から各基板処理装置の間には、MFC135a,135b,135c,135d、ガスバルブ136(136a,136b,136c,136d)などが設けられている。これらの各構成は、パージガス(不活性ガス)共通管132、パージガス(不活性ガス)供給管131a,131b,131c,131dなどで接続されている。これら、MFC135a,135b,135c,135d、ガスバルブ136a,136b,136c,136d、不活性ガス共通管132、不活性ガス供給管131a,131b,131c,131dなどで、第3ガス供給系が構成されている。なお、パージガス(不活性ガス)源133を第3ガス供給システム(パージガス供給システム)に含めるように構成しても良い。また、基板処理システムに設けられる基板処理装置の数に応じて、各構成を増減させて構成しても良い。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板に第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給部と、
前記基板に第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給部と、
前記第1処理ガス供給部に設けられた気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定する気化器残量測定部と、
前記気化器残量測定部が測定した前記残量によって前記第1処理ガスと前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更するよう構成された制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
付記1に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記気化器残量測定部は、前記気化器の重量を測定することによって、前記処理ガス原料の残量を測定する。
付記1又は付記2に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記制御部は、前記気化器内の残量が第1規定量未満、第2規定量以上の時、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクル数を所定数以上になるようにサイクル数を変更するよう構成される。
付記1又は付記2に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記制御部は、前記気化器内の残量が、第2規定量未満のとき、前記気化器へ前記第1処理ガスの原料を補充し、前記サイクル数をリセットするように構成される。
付記1乃至付記4のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記基板を加熱する加熱部を有する基板載置台を有し、
前記制御部は、前記残量が第1規定量未満、第2規定量以上のとき前記加熱部に供給する電力を増やすように構成される。
他の態様によれば、
基板を処理室に収容する工程と、
前記基板に第1処理ガスを供給する工程と、
前記基板に第2処理ガスを供給する工程と、
気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定する工程と、
前記残量によって、前記第1処理ガスを供給する工程と前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記6に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記残量を測定する工程では前記気化器の重量を測定する。
付記6又は付記7に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記残量が、第1規定量未満、第2規定量以上の時、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクル数を所定数以上になるようにサイクル数を変更する工程を有する。
付記6又は付記7に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記残量が、第2規定値未満のとき、前記気化器へ前記第1処理ガスの原料を補充し、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクルをリセットする工程を有する。
付記6乃至付記8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記残量が第1規定量未満、第2規定量以上のとき前記基板を加熱する加熱部への供給電力を増やす工程を有する。
更に他の態様によれば、
基板を処理室に収容させる手順と、
前記基板に第1処理ガスを供給させる手順と、
前記基板に第2処理ガスを供給させる手順と、
気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定させる手順と、
前記残量によって、前記第1処理ガスを供給する工程と前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
付記11に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記残量を測定させる手順では、前記気化器の重量を測定する。
付記11又は付記12に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記残量が、第1規定量未満、第2規定量以上の時、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクル数を所定数以上になるようにサイクル数を変更させる手順を有する。
付記11又は付記12に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記残量が、第2規定値未満の時、前記気化器への前記第1処理ガスの原料を補充し、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクルをリセットさせる手順を有する。
付記11乃至付記13のいずれかに記載のプログラムであって、好ましくは、
前記残量が第1規定量未満、第2規定量以上のとき前記基板を加熱する加熱部への供給電力を増やす手順を有する。
更に他の形態によれば、
基板を処理室に収容させる手順と、
前記基板に第1処理ガスを供給させる手順と、
前記基板に第2処理ガスを供給させる手順と、
気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定させる手順と、
前記残量によって、前記第1処理ガスを供給する工程と前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
180 気化器
190 気化器残量測定部
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台
213 ヒータ
221 排気口(第1排気部)
234 シャワーヘッド
234a 貫通孔
231b シャワーヘッド排気口(第2排気部)
Claims (13)
- 基板を収容する処理室と、
前記基板に第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給部と、
前記基板に第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給部と、
前記第1処理ガス供給部に設けられた気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定する気化器残量測定部と、
前記気化器残量測定部が測定した前記残量によって前記第1処理ガスと前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更するよう構成された制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記気化器残量測定部は、前記気化器の重量を測定することによって、前記処理ガス原料の残量を測定するように構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記気化器内の残量が第1規定量未満、第2規定量以上の時、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクル数を所定数以上になるようにサイクル数を変更するよう構成される請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記気化器内の残量が、第2規定量未満のとき、前記気化器へ前記第1処理ガスの原料を補充し、前記サイクル数をリセットするように構成される請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記基板を加熱する加熱部を有する基板載置台を有し、
前記制御部は、前記残量が第1規定量未満、第2規定量以上のとき前記加熱部に供給する電力を増やすように構成される請求項1乃至4のいずれかに記載の基板処理装置。 - 基板を処理室に収容する工程と、
前記基板に第1処理ガスを供給する工程と、
前記基板に第2処理ガスを供給する工程と、
気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定する工程と、
前記残量によって、前記第1処理ガスを供給する工程と前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記残量が、第1規定量未満、第2規定量以上の時、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクル数を所定数以上になるようにサイクル数を変更する工程を有する請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記残量が、第2規定値未満のとき、前記気化器へ前記第1処理ガスの原料を補充し、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクルをリセットする工程を有する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記残量が第1規定量未満、第2規定量以上のとき前記基板を加熱する加熱部への供給電力を増やす工程を有する請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を処理室に収容させる手順と、
前記基板に第1処理ガスを供給させる手順と、
前記基板に第2処理ガスを供給させる手順と、
気化器内の前記第1処理ガス原料の残量を測定させる手順と、
前記残量によって、前記第1処理ガスを供給する工程と前記第2処理ガスを供給するサイクル数を変更させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体。 - 前記残量が、第1規定量未満、第2規定量以上の時、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクル数を所定数以上になるようにサイクル数を変更させる手順をコンピュータに実行させるプログラムが記録された請求項10に記載の記録媒体。
- 前記残量が、第2規定値未満の時、前記気化器への前記第1処理ガスの原料を補充し、前記第1処理ガスの供給と前記第2処理ガスの供給サイクルをリセットさせる手順をコンピュータに実行させるプログラムが記録された請求項10に記載の記録媒体。
- 前記残量が第1規定量未満、第2規定量以上のとき前記基板を加熱する加熱部への供給電力を増やす手順をコンピュータに実行させるプログラムが記録された請求項10又は請求項11に記載の記録媒体。
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