JP5800964B1 - 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

基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】基板上に形成される膜の特性や基板面内への処理均一性を向上、製造スループットを向上、パーティクル発生を抑制させる。【解決手段】基板が収容される処理室と、前記基板を支持し、外周に突出部を有する基板支持部と、前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給部と、前記基板に前記処理ガスを供給する際に生じる前記突出部と前記仕切部との間隙に、パージガスを供給する仕切パージガス供給部と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体に関する。
大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit:以下LSI)の高集積化に伴って、回路パターンの微細化が進められている。
狭い面積に多くの半導体デバイスを集積させるためには、デバイスのサイズを小さくして形成しなければならず、このためには、形成しようとするパターンの幅と間隔を小さくしなければならない。
近年の微細化により、微細構造の埋め込み、特に縦方向に深い、あるいは横方向に狭い空隙構造(溝)への酸化物の埋め込みに対して、CVD法による埋め込み方法が技術限界に達しつつある。また、トランジスタの微細化により、薄く・均一なゲート絶縁膜やゲート電極の形成が求められている。さらに、半導体デバイスの生産性を高めるために基板一枚辺りの処理時間の短縮が求められている。
また、半導体デバイスの生産性を高めるために、基板の面内全体への処理均一性を向上させることが求められている。
近年のLSI、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やFlash Memoryに代表される半導体装置の最小加工寸法が、30nm幅より小さくなり、また、膜厚も薄くなり、品質を維持したまま、微細化や製造スループット向上や基板への処理均一性を向上させることが困難になってきている。
本発明は、基板上に形成される膜の特性や、基板面内への処理均一性を向上、製造スループットを向上、パーティクル発生を抑制させることが可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体を提供することを目的とする。
一態様によれば、
基板が収容される処理室と、 前記基板を支持し、外周に突出部を有する基板支持部と、前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給部と、前記基板に前記処理ガスを供給する際に生じる前記突出部と前記仕切部との間隙に、パージガスを供給する仕切パージガス供給部と、を有する基板処理装置が提供される。
他の態様によれば、
基板を処理室に収容する工程と、前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持する工程と、前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記搬送空間とを仕切る仕切板と、前記基板に処理ガスを供給する際に、前記突出部と前記仕切板との間に生じる間隙にパージガスを供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
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、前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持させる工程と、前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記搬送空間とを仕切る仕切板と、前記基板に処理ガスを供給する際に、前記突出部と前記仕切板との間に生じる間隙にパージガスを供給させる手順と、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。
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体によれば、基板上に形成される膜の特性や、基板面内への処理均一性を向上、製造スループットを向上、パーティクル発生を抑制させることが可能となる。
一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 一実施形態に係る、基板載置台と仕切板の位置関係を示す概略図である。 (A)一実施形態に係る仕切板の上面図である。 (B)一実施形態に係る仕切板の断面図である。 (C)一実施形態に係る仕切板の側面図である。 (D)一実施形態に係る仕切板の下面図である。 他の実施形態に係る仕切パージガス供給部の概略図である。 他の実施形態に係る仕切パージガス供給部の概略図である。 一実施形態に係る、基板処理装置のコントローラの概略構成図である。 一実施形態に係る、基板処理工程のシーケンス図である。 (A)他の実施形態に係る、基板処理時の基板載置台と仕切板の位置関係を示す図である。 (B)他の実施形態に係る、基板搬送時の基板載置台と仕切板の位置関係を示す図である。
以下に本発明の実施の形態について説明する。
<第一の実施形態>
以下、第一の実施形態を図面に即して説明する。
(1)基板処理装置の構成
まず、第一の実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る処理装置100について説明する。基板処理装置100は、絶縁膜又は金属膜などを形成するユニットであり、図1に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。
図1に示すとおり、基板処理装置100は処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器202内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ200を処理する処理空間(処理室)201、搬送空間203が形成されている。処理容器202は、上部容器202aと下部容器202bで構成される。上部容器202aと下部容器202bの間には仕切り板204が設けられる。上部容器202aに囲まれた空間であって、仕切り板204よりも上方の空間を処理空間201と又は反応ゾーン201呼び、下部容器202bに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を搬送空間と呼ぶ。
下部容器202bの側面には、ゲートバルブ205に隣接した基板搬入出口206が設けられており、ウエハ200は基板搬入出口206を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器202bの底部には、リフトピン207が複数設けられている。更に、下部容器202bはアース電位になっている。
処理空間201内には、ウエハ200を支持する基板支持部210が設けられている。基板支持部210は、ウエハ200を載置する載置面211と、載置面211を表面に持つ基板載置台212、基板載置台212に内包された加熱部としてのヒータ213を主に有する。基板載置台212には、リフトピン207が貫通する貫通孔214が、リフトピン207と対応する位置にそれぞれ設けられている。
また、基板載置台212の側壁212aには、基板載置台212の径方向に向かって突出した突出部212bを有する。この突出部212bは、基板載置台212の底面側に設けられる。なお、突出部212bは、仕切板204と接触し、処理室201内の雰囲気が搬送空間203内へ移動することや、搬送空間203内の雰囲気が処理室201内へ移動することを抑制させる。
基板載置台212はシャフト217によって支持される。シャフト217は、処理容器202の底部を貫通しており、更には処理容器202の外部で昇降機構218に接続されている。昇降機構218を作動させてシャフト217及び基板載置台212を昇降させることにより、載置面211上に載置されるウエハ200を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト217下端部の周囲はベローズ219により覆われており、処理空間201内は気密に保持されている。
基板載置台212は、ウエハ200の搬送時には、載置面211が基板搬入出口206の位置(ウエハ搬送位置)となるよう基板支持台まで下降し、ウエハ200の処理時には図1で示されるように、ウエハ200が処理空間201内の処理位置(ウエハ処理位置)まで上昇する。
具体的には、基板載置台212をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン207の上端部が載置面211の上面から突出して、リフトピン207がウエハ200を下方から支持するようになっている。また、基板載置台212をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン207は載置面211の上面から埋没して、載置面211がウエハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン207は、ウエハ200と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
(排気部)
処理空間201(上部容器202a)の内壁には、処理空間201の雰囲気を排気する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、処理空間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、により排気部(排気ライン)220が構成される。なお、真空ポンプ224を排気部(排気ライン)220を構成の一部に加える様にしても良い。
(ガス導入口)
処理空間201の上部に設けられる後述のガス整流部234の上面(天井壁)には、処理空間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部の構成については後述する。
(ガス整流部)
ガス導入口241と処理空間201との間には、ガス整流部234が設けられている。ガス整流部234は、少なくとも処理ガスが通り抜ける開口234dを有する。ガス整流部234は、取付具235によって、蓋231に取り付けられる。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とガス整流部234を介してウエハ200に供給される。なお、ガス整流部234は、チャンバリッドアセンブリの側壁となるように構成しても良い。また、ガス導入口241は、ガス分散チャネルとしても機能し、供給されるガスが、基板の全周へ分散されるように構成しても良い。
ここで、発明者等は、処理室201内に処理ガスが供給された際に、図2に示すように基板載置台212の突出部212bと仕切板204との間に微小な間隙500gが生じ、処理ガスが搬送空間203側に周り込むことを見出した。この間隙500gは、処理ガスが供給されることによって、処理室201内の圧力が、搬送空間203内の圧力よりも一時的に高くなることによって、基板載置台212が、搬送空間203側に押し出されることによって生じる。この間隙500gを介して搬送空間(基板載置台212の下側の空間)203に周り込んだガスは、搬送空間203の内壁や、部材(リフトピン207、ベローズ219等)に付着して、搬送空間203の内壁や部材の表面に膜や副生成物が付着・堆積することを発見した。この搬送空間203に付着・堆積した膜や副生成物は、ウエハ200の搬送時、搬送空間203又は処理室201内の圧力が急激に変化した時、搬送空間203又は処理室201内の温度が急激に変化した時などに剥がれ、ウエハ200等に付着してしまう。発明者等は、仕切板204と基板載置台212の突出部212bの上面とを接触させ、接触した箇所(仕切板204と突出部212bの間)にパージガスを供給する仕切パージガス供給部300を設けることで、間隙500gが生じたとしても間隙500g内の圧力を高め、処理空間201から間隙500gの方向や搬送空間203から間隙500gへのガスの流れを遮断し、搬送空間203へのガスの周り込みを抑制できることを見出した。なお、間隙500gは、基板載置台212の突出部212bの上面の水平度や平面度と、仕切板204の下面の水平度や平面度によって生じる隙間を含んでもよい。
また、基板載置台212の周方向で一部接触していない箇所も含んでも良い。
また、この間隙500gは、処理ガスがパルス状に供給される時や、処理ガスがフラッシュ状に供給されるときに生じ易い。しかし、仕切パージガス供給部300を設けることにより、間隙500gへのガス流れを遮断し、搬送空間203での膜形成や副生成物の発生を抑制させることができる。
(仕切パージガス供給部)
仕切パージガス供給部を、図3(A)(B)(C)(D)に示す。図3(A)は、仕切板204の上面図であり、図3(B)は断面図である。図3(C)は側面図であり、図3(D)は底面図である。
図3(B)(C)に示す様に、仕切板204に、パージガス供給経路301aパージガス供給経路301aと、パージガス供給溝301bが形成される。パージガス供給溝301bの先端は、図3(D)に示すように、仕切板204と突出部212bが接触する箇所に配置される。パージガス供給経路301aには、パージガス供給管400aが接続され、パージガス供給管400aには、バルブ401a、マスフロ―コントローラ(MFC)402a、パージガス供給源403aが接続されている。パージガス供給源403aから供給されるパージガスは、MFC402aで流量調整された後、バルブ401a、パージガス供給管400a、パージガス供給経路301aを介してパージガス供給溝301bに供給される。
仕切パージガス供給部は、主に、パージガス供給経路301aと、パージガス供給溝301bで構成される。パージガス供給管400a、バルブ401a、MFC402aを仕切パージガス供給部に含めても良い。また更に、ガス供給源403aを仕切パージガス供給部の構成に含めても良い。
図2に示すように、仕切板204と、突出部212bとの接触箇所500Lには、間隙500gが生じる。接触箇所500Lの長さが500gの長さよりも十分に長く構成されているときに、仕切パージガス供給部にパージガスを供給すると、間隙500gに高圧力の空間を形成させることができる。この圧力は、処理空間201の圧力と搬送空間203の圧力よりも高くなり、処理空間201から間隙500gへのガス流れを遮断することができる。また、搬送空間203から間隙500gへのガス流れも遮断することができる。これにより、搬送空間203への処理ガスの侵入を抑制することができ、搬送空間203での副生成物やパーティクルの発生を抑制することができる。
なお、接触箇所500Lの長さは間隙500gの長さの10倍以上の長さであることが好ましい。更に好ましくは、100倍以上の長さにすることが好ましい。更に好ましくは1000倍以上の長さとする。隙間500gの排気コンダクタンスCは、簡易的に次式で表される。C=a×g^2/L
。ここで、Cはコンダクタンス。aは定数、gは突出部212bと仕切板204との間の距離。Lは、隙間500gの長さ(突出部212bと仕切板204が重なっている部分の基板に対して径方向の長さ)。この式のようにgがLよりも短いとき、隙間500gの排気コンダクタンスCを小さくすることができ、処理室201から搬送空間203へのガスの流れ易さを小さくすることができ、処理室201から搬送空間203へのガスの周り込みを抑制させることができる。また、隙間500gのコンダクタンスが小さくなることから、処理室201内を真空排気して、処理室201内の圧力が搬送空間203内の圧力よりも低くなったとしても、搬送空間203から処理室201へのガスの流れを抑制することができ、搬送空間203内に存在する副生成物やパーティクル、金属物質等を処理室201に流れることを抑制することができる。
なお、仕切パージガス供給部は、図4に示す構造としても良い。パージガス供給溝301bの領域を浅い溝301cで形成し、パージガス供給経路301aと溝301cとをパージガス供給経路301dで接続するように構成しても良い。溝301cを設けることによって、基板載置台212に設けられた突出部212bの上面の全周に均一にパージガスを供給することができ、処理室201から搬送空間203へのガスの周り込む箇所を少なくすることができる。
また、仕切パージガス供給部を仕切板204に形成した例を示したが、これに限らず、図5に示すように、基板載置台212の突出部212bに形成しても良い。
(処理ガス供給部)
ガス整流部234に接続されたガス導入口241には、共通ガス供給管242が接続されている。共通ガス供給管242には、第一ガス供給管243a、第二ガス供給管244a、第三ガス供給管245a、クリーニングガス供給管248aが接続されている。
第一ガス供給管243aを含む第一ガス供給部243からは第一元素含有ガス(第一処理ガス)が主に供給され、第二ガス供給管244aを含む第二ガス供給部244からは主に第二元素含有ガス(第二処理ガス)が供給される。第三ガス供給管245aを含む第三ガス供給部245からは、主にパージガスが供給され、クリーニングガス供給管248aを含むクリーニングガス供給部248からはクリーニングガスが供給される。処理ガスを供給する処理ガス供給部は、第1処理ガス供給部と第2処理ガス供給部のいずれか若しくは両方で構成され、処理ガスは、第1処理ガスと第2処理ガスのいずれか若しくは両方で構成される。
(第一ガス供給部)
第一ガス供給管243aには、上流方向から順に、第一ガス供給源243b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)243c、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。
第一ガス供給源243bから、第一元素を含有するガス(第一処理ガス)が供給され、マスフローコントローラ243c、バルブ243d、第一ガス供給管243a、共通ガス供給管242を介してガス整流部234に供給される。
第一処理ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第一元素は、例えばシリコン(Si)である。すなわち、第一処理ガスは、例えばシリコン含有ガスである。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン(Dichlorosilane(SiHCl):DCS)ガスを用いることができる。なお、第一処理ガスの原料は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一処理ガスの原料が常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源243bとマスフローコントローラ243cとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは原料は気体として説明する。
第一ガス供給管243aのバルブ243dよりも下流側には、第一不活性ガス供給管246aの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管246aには、上流方向から順に、不活性ガス供給源246b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)246c、及び開閉弁であるバルブ246dが設けられている。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素(N)ガスである。なお、不活性ガスとして、Nガスのほか、例えばヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第一ガス供給管243a、マスフローコントローラ243c、バルブ243dにより、第一元素含有ガス供給部243(シリコン含有ガス供給部ともいう)が構成される。
また、主に、第一不活性ガス供給管246a、マスフローコントローラ246c及びバルブ246dにより第一不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源246b、第一ガス供給管243aを、第一不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
更には、第一ガス供給源243b、第一不活性ガス供給部を、第一元素含有ガス供給部に含めて考えてもよい。
(第二ガス供給部)
第二ガス供給管244aの上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源244b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)244c、及び開閉弁であるバルブ244dが設けられている。
第二ガス供給源244bから、第二元素を含有するガス(以下、「第2の処理ガス」)が供給され、マスフローコントローラ244c、バルブ244d、第二ガス供給管244a、共通ガス供給管242を介して、ガス整流部234に供給される。
第2の処理ガスは、処理ガスの一つである。なお、第2の処理ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
ここで、第2の処理ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)、水素(H)の内、一つ以上を含んでいる。本実施形態では、第2の処理ガスは、例えば窒素含有ガスであるとする。具体的には、窒素含有ガスとしては、アンモニア(NH)ガスが用いられる。
主に、第二ガス供給管244a、マスフローコントローラ244c、バルブ244dにより、第2の処理ガス供給部244が構成される。
また、第二ガス供給管244aのバルブ244dよりも下流側には、第二不活性ガス供給管247aの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管247aには、上流方向から順に、不活性ガス供給源247b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)247c、及び開閉弁であるバルブ247dが設けられている。
第二不活性ガス供給管247aからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ247c、バルブ247d、第二ガス供給管247aを介して、ガス整流部234に供給される。不活性ガスは、薄膜形成工程(後述するS203〜S207)ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第二不活性ガス供給管247a、マスフローコントローラ247c及びバルブ247dにより第二不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源247b、第二ガス供給管244aを第二不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源244b、第二不活性ガス供給部を、第二元素含有ガス供給部244に含めて考えてもよい。
(第三ガス供給部)
第三ガス供給管245aには、上流方向から順に、第三ガス供給源245b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)245c、及び開閉弁であるバルブ245dが設けられている。
第三ガス供給源245bから、パージガスとしての不活性ガスが供給され、マスフローコントローラ245c、バルブ245d、第三ガス供給管245a、共通ガス供給管242を介してガス整流部234に供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素(N)ガスである。なお、不活性ガスとして、Nガスのほか、例えばヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第三ガス供給管245a、マスフローコントローラ245c、バルブ245dにより、第三ガス供給部245(パージガス供給部ともいう)が構成される。
(クリーニングガス供給部)
クリーニングガス供給管243aには、上流方向から順に、クリーニングガス源248b、マスフローコントローラ(MFC)248c、バルブ248d、リモートプラズマユニット(RPU)250が設けられている。
クリーニングガス源248bから、クリーニングガスが供給され、MFC248c、バルブ248d、RPU250、クリーニングガス供給管248a、共通ガス供給管242を介してガス整流部234に供給される。
クリーニングガス供給管248aのバルブ248dよりも下流側には、第四の不活性ガス供給管249aの下流端が接続されている。第四の不活性ガス供給管249aには、上流方向から順に、第四の不活性ガス供給源249b、MFC249c、バルブ249dが設けられている。
また、主に、クリーニングガス供給管248a、MFC248c及びバルブ248dによりクリーニングガス供給部が構成される。なお、クリーニングガス源248b、第四不活性ガス供給管249a、RPU250を、クリーニングガス供給部に含めて考えてもよい。
なお、第四の不活性ガス供給源249bから供給される不活性ガスを、クリーニングガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用するように供給しても良い。
クリーニングガス供給源248bから供給されるクリーニングガスは、クリーニング工程ではガス整流部234や処理室201に付着した副生成物等を除去するクリーニングガスとして作用する。
ここで、クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素(NF)ガスである。なお、クリーニングガスとして、例えば、フッ化水素(HF)ガス、三フッ化塩素ガス(ClF)ガス、フッ素(F)ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。
(制御部)
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121を有している。
図6に示すように、制御部(制御手段)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や、外部記憶装置283が接続可能に構成されている。
記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置121c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプログラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプログラムレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プログラムレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM121bは、CPU121aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート121dは、ゲートバルブ205、昇降機構218、圧力調整器223、真空ポンプ224、リモートプラズマユニット250、MFC243c,244c,245c,246c,247c,248c,249c,402a、バルブ243d,244d,245d,246d,247d,248d,249d,401a、ヒータ213等に接続されている。
CPU121aは、記憶装置121cからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU121aは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ205の開閉動作、昇降機構218の昇降動作、圧力調整器223の圧力調整動作、真空ポンプ224のオンオフ制御、リモートプラズマユニット250のガス励起動作、MFC243c、244c,245c,246c,247c,248c,249c,402aの流量調整動作、バルブ243d、244d,245d,246d,247d,248d,249d,401aのガスのオンオフ制御、ヒータ213の温度制御等を制御するように構成されている。
なお、コントローラ121は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MOなどの光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)283を用意し、係る外部記憶装置283を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ121を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置283を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置283を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置121cや外部記憶装置283は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置121c単体のみを含む場合、外部記憶装置283単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。
(2)基板処理工程
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、DCSガス及びNH(アンモニア)ガスを用いてシリコン窒化(SixNy)膜を形成する例で説明する。
図7は、本実施形態に係る基板処理装置により実施される基板処理の一例を示すシーケンス図である。図例は、基板としてのウエハ200上にシリコン窒化(SixNy)膜を形成する場合のシーケンス動作を示している。
(基板搬入工程S201)
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、第三ガス供給部245から不活性ガスを供給しながら、昇降機構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。この際、基板載置台212の突出部212bと仕切板204とは接触する(突き当たる)ように構成される。基板載置台212の突出部212bと仕切板204とが接触した後、仕切パージガス供給部から接触箇所500Lへパージガスが供給され、仕切板204と突出部212bの接触箇所500Lの間隙500gの圧力が高くなる。仕切パージガス供給部から接触箇所500Lへのパージガスの供給の開始は、少なくとも減圧後工程後から始められる。好ましくは、基板載置台212の突出部212bと仕切板204が接触した時から供給開始する。また、パージガスの供給の継続は、少なくとも第2処理ガス供給工程の終わりまで継続される。好ましくは、基板搬出工程の前まで継続される。
(減圧・昇温工程S202)
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N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。到達可能な真空度まで真空排気する場合には、排気が終わった後に、仕切パージガス供給部から接触箇所500Lへのパージガス供給を開始する。
(第1の処理ガス供給工程S203)
続いて、図7に示すように、第1の処理ガス供給部から処理室201内に第1の処理ガス(原料ガス)としてのDCSガスを供給する。また、排気部による処理室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。具体的には、第1ガス供給管243aのバルブ243d、第1不活性ガス供給管246aのバルブ246dを開き、第1ガス供給管243aにDCSガス、第1不活性ガス供給管246aにNガスを流す。DCSガスは、第1ガス供給管243aから流れ、MFC243cにより流量調整される。Nガスは、第1不活性ガス供給管246aから流れ、MFC246cにより流量調整される。流量調整されたDCSガスは、流量調整されたNガスと第1ガス供給管243a内で混合されて、ガス整流部234から、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管222から排気される。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(原料ガス(DCS)供給工程)。DCSガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば100Pa以上10000Pa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、シリコンと塩素(Cl)を含む層である。
(パージ工程S204)
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243aのバルブ243dを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、排気管222のAPCバルブ223は開いたままとし、真空ポンプ224により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する。また、バルブ246dは開いたままとして、不活性ガスとしてのNガスの処理室201内への供給を維持しても良い。バルブ246aから供給され続けるNガスは、パージガスとして作用し、これにより、第1ガス供給管243a、共通ガス供給管242、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを排除する効果を更に高めることができる。
なお、このとき、処理室201内や、ガス整流部234内に残留するガスを完全に排除(処理室201内を完全にパージ)しなくてもよい。処理室201内に残留するガスが微量であれば、その後に行われる工程において悪影響が生じることはない。このとき処理室201内に供給するNガスの流量も大流量とする必要は無く、例えば、処理室201の容積と同程度の量を供給することで、次の工程において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室201内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Nガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
このときのヒータ213の温度は、ウエハ200への原料ガス供給時と同様に300〜650℃、好ましくは300〜600℃、より好ましくは300〜550℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。各不活性ガス供給部から供給するパージガスとしてのNガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜20000sccmの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Nガスの他、Ar,He,Ne,Xe等の希ガスを用いても良い。
(第2の処理ガス供給工程S205)
処理室201内のDCS残留ガスを除去した後、パージガスの供給を停止し、反応ガスとしてのNHガスを供給する。具体的には、第2ガス供給管244aのバルブ244dを開き、第2ガス供給管244a内にNHガスを流す。第2ガス供給管244a内を流れるNHガスは、MFC244cにより流量調整される。流量調整されたNHガスは共通ガス供給管242・ガス整流部234を介して、ウエハ200に供給される。ウエハ200上に供給されたNHガスは、ウエハ200上に形成されたシリコン含有層と反応し、シリコンを窒化させると共に、水素、塩素、塩化水素などの不純物が排出される。
(パージ工程S206)
第2の処理ガス供給工程の後、反応ガスの供給を止めて、パージ工程S204と同様な処理を行う。パージ工程を行うことによって、第2ガス供給管244a,共通ガス供給管242,処理室201内などに残留する未反応もしくはシリコンの窒化に寄与した後のNHガスを排除させることができる。残留ガスを除去することによって、残留ガスによる予期せぬ膜形成を抑制することができる。
(繰返し工程S207)
以上の第1の処理ガス供給工程S203、パージ工程S204、第2の処理ガス供給工程S205、パージ工程S206それぞれを1工程ずつ行うことにより、ウエハ200上に所定の厚さのシリコン窒化(SixNy)層が堆積される。これらの工程を繰返すことにより、ウエハ200上のシリコン窒化膜の膜厚を制御することができる。所定膜厚となるまで、所定回数繰返すように制御される。
(基板搬出工程S208)
繰返し工程S207で所定回数実施された後、基板搬出工程S208が行われ、ウエハ200が処理室201から搬出される。具体的には、搬出可能温度まで降温させ、処理室201内を不活性ガスでパージし、搬送可能な圧力に調圧される。調圧後、基板支持部210が昇降機構218により降下され、リフトピン207が、貫通孔214から突き出し、ウエハ200がリフトピン207上に載置される。ウエハ200が、リフトピン207上に載置された後、ゲートバルブ205が開き、ウエハ200が処理室201から搬出される。
なお、上述の接触箇所500Lへのパージガスの供給中は、搬送空間203内の圧力を処理室201内の圧力よりも高くなるようにすることで、処理室201内から搬送空間203へのガスの周り込みを抑制させることができる。
(3)本実施形態に係る効果
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)突出部212bと仕切板204を接触させることにより搬送空間へのガスの周り込みを抑制することができる。
(b)突出部212bと仕切板204との隙間500gにパージガスを供給することによって処理室に処理ガスがパルス状に供給された場合であっても、搬送空間へのガスの周り込みを抑制することができる。
(c)処理室に処理ガスがフラッシュ状に供給された場合であっても、搬送空間へのガスの周り込みを抑制することができる。
<他の実施形態>
以上、第一の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なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、図8(A)(B)に示す形態が有る。図8(A)(B)、に示すように、仕切板204に、フレキ筒204aと接触部204bを設けても良い。フレキ筒204aは、例えば、ベローズで構成される。接触部204bは、例えば、基板載置台212と同じ材質で構成される。図8(A)は、基板載置台212が基板処理時の位置の時を示す図であり、図8(B)は、ウエハ200の搬入・搬出時の位置を示す。図の様に、ウエハ200の搬入・搬出時は、基板載置台212の突出部212bと接触部204bは接触しておらず、フレキ筒204aが伸びた形状になっている。基板処理時は、基板載置台212と接触部204bが接触して、フレキ筒204aが縮むように構成される。この様に構成することで、基板載置台212が傾いたとしても、突出部212bの周方向で均一に接触部204bと接触させることが可能となる。従って、基板載置台212の突出部212bと接触部204bの平行度を保ち、接触箇所500Lと間隙500gの長さを周方向で維持することができる。
以上、本発明の他の形態を説明したが、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。
上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程や、セラミック基板へのプラズマ処理などが有る。
また、上述では、第1のガス(原料ガス)と第2のガス(反応ガス)を交互に供給して成膜する方法について記したが、他の方法にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスの供給タイミングが重なるように供給しても良い。
また、原料ガスと反応ガスを供給してCVD成膜となるようにしても良い。
また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスのいずれか若しくは両方を用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する基板処理にも本発明を適用することができる。また、原料ガスと反応ガスの何れか若しくは両方を用いた熱処理や、プラズマアニール処理などの基板処理にも適用することができる。
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<付記1>
一態様によれば、
基板が収容される処理室と、
前記基板を支持し、外周に突出部を有する基板支持部と、
前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板に前記処理ガスを供給する際に生じる前記突出部と前記仕切部との間隙に、パージガスを供給する仕切パージガス供給部と、
を有する基板処理装置が提供される。
<付記2>
付記1に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記突出部と前記仕切板の距離が、前記突出部と前記仕切板とが接触する径方向の長さよりも短く構成されている。
<付記3>
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、
前記突出部と前記仕切板とが接触した後に、前記仕切パージガス供給部が前記接触箇所にパージガスを供給する様に前記基板支持部と前記仕切パージガス供給部を制御するように構成された制御部を有する。
<付記4>
付記1乃至付記3のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記基板に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を有し、
前記基板支持部を処理位置に搬送する際に、前記処理室に不活性ガスを供給する工程と、
前記突出部と前記仕切板が接触した後にパージガスを供給する工程と、
前記パージガスの供給後に前記処理ガスを供給する工程と、を行うように、
前記基板支持部と前記仕切パージガス供給部と前記処理ガス供給部と前記不活性ガス供給部を制御するように構成された制御部を有する。
<付記5>
前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部を有し、
前記接触箇所へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給されている間、継続されるように前記処理ガス供給部と前記仕切パージガス供給部を制御するように構成された制御部を有する。
<付記6>
他の形態によれば、
基板を処理室に収容する工程と、
前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持する工程と、
前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記搬送空間とを仕切る仕切板と、前記基板に処理ガスを供給する際に、前記突出部と前記仕切板との間に生じる間隙にパージガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
<付記7>
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、
前記基板支持部を搬送空間から処理位置に搬送する工程と、
前記基板を前記処理位置に搬送する工程で前記処理室に不活性ガスを供給する工程と、
前記突出部と前記仕切板とが接触する接触箇所にパージガスを供給する工程の後に前記基板に処理ガスを供給する工程と、
を有する。
<付記8>
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、
前記突出部と前記仕切板とが接触する接触箇所へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給される間継続する工程を有する。
<付記9>
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、
前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持させる工程と、
前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記搬送空間とを仕切る仕切板と、前記基板に処理ガスを供給する際に、前記突出部と前記仕切板との間に生じる間隙にパージガスを供給させる手順と、
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10>
付記9に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記基板支持部を搬送空間から処理位置に搬送する工程と、
前記基板を前記処理位置に搬送する工程で前記処理室に不活性ガスを供給させる手順と、
前記突出部と前記仕切板とが接触する接触箇所にパージガスを供給する工程の後に前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
を有する。
<付記11>
付記9又は付記10に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記突出部と前記仕切板とが接触する接触箇所へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給される間継続させる手順を有する。
<付記12>
更に他の態様によれば、
前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記搬送空間とを仕切る仕切板と、前記基板に処理ガスを供給する際に、前記突出部と前記仕切板との間に生じる間隙にパージガスを供給させる手順と、
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。
<付記13>
付記12に記載の記録媒体であって、好ましくは、
前記基板支持部を搬送空間から処理位置に搬送する工程と、
前記基板を前記処理位置に搬送する工程で前記処理室に不活性ガスを供給させる手順と、
前記突出部と前記仕切板とが接触する接触箇所にパージガスを供給する工程の後に前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
を有する。
<付記14>
付記13に記載の記録媒体であって、好ましくは、
前記突出部と前記仕切板とが接触する接触箇所へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給される間継続させる手順を有する。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
204 仕切板
212 基板載置台
213 ヒータ
221 排気口(第1排気部)
234 ガス整流部
231 蓋
250 リモートプラズマユニット(励起部)
301a パージガス供給孔
301b パージ領域

Claims (15)

  1. 基板が収容される処理室と、
    前記基板を支持し、外周に突出部を有する基板支持部と、
    前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部と、
    前記処理室に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記基板に前記処理ガスを供給する際に前記接触した箇所に生じる前記突出部と前記仕切部との間隙に、パージガスを供給する仕切パージガス供給部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記間隙における前記突出部と前記仕切の距離が、前記突出部と前記仕切とが接触する径方向の長さよりも短く構成された請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記突出部と前記仕切とが接触した後に、前記仕切パージガス供給部が前記接触した箇所にパージガスを供給する様に前記基板支持部と前記仕切パージガス供給部を制御するように構成された制御部を有する請求項1に記載の基板処理装置。
  4. 前記基板に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を有し、
    前記基板支持部を処理位置に搬送する際に、前記処理室に不活性ガスを供給する工程と、
    前記突出部と前記仕切が接触した後に前記接触した箇所にパージガスを供給する工程と、
    前記パージガスの供給後に前記処理ガスを供給する工程と、を行うように、
    前記基板支持部と前記仕切パージガス供給部と前記処理ガス供給部と前記不活性ガス供給部を制御するように構成された制御部を有する請求項1に記載の基板処理装置。

  5. 前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部を有し、
    前記間隙へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給されている間、継続されるように前記処理ガス供給部と前記仕切パージガス供給部を制御するように構成された制御部を有する請求項1に記載の基板処理装置。
  6. 前記仕切パージガス供給部は、環状のパージガス供給溝を介して前記間隙に前記パージガスを供給するように構成される請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記仕切パージガス供給部は、パージガス供給経路と該パージガス供給路に接続された環状の溝とを有する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記仕切部は、前記突出部と接触する箇所を構成する接触部と、前記接触部に対して伸縮する伸縮部とを有する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  9. 基板を処理室に収容する工程と、
    前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持する工程と、
    前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部を有する基板処理装置において、前記基板に処理ガスを供給する際に前記接触した箇所に生じる前記突出部と前記仕切との間隙にパージガスを供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  10. 前記基板支持部を搬送空間から処理位置に搬送する工程と、
    前記基板を前記処理位置に搬送する工程で前記処理室に不活性ガスを供給する工程と、
    前記接触した箇所にパージガスを供給する工程の後に前記基板に処理ガスを供給する工程と、を有する請求項に記載の半導体装置の製造方法。

  11. 前記間隙へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給される間継続する工程を有する請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 基板を処理室に収容させる手順と、
    前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持させる手順と、
    前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部を有する基板処理装置において、前記基板に処理ガスを供給する際に前記接触した箇所に生じる前記突出部と前記仕切の間隙にパージガスを供給させる手順と、
    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。
  13. 前記基板支持部を搬送空間から処理位置に搬送する手順と、
    前記基板を前記処理位置に搬送する工程で前記処理室に不活性ガスを供給させる手順と、
    前記接触した箇所にパージガスを供給させる手順の後に前記基板に処理ガスを供給させる手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された請求項12に記載の記録媒体。
  14. 前記間隙へのパージガスの供給は、前記処理ガスが供給される間継続させる手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された請求項12に記載の記録媒体。
  15. 基板を処理室に収容させる手順と、
    前記基板を外周に突出部を有する基板支持部で支持させる手順と、
    前記処理室に設けられ、前記突出部と接触し、前記処理室と前記基板を搬送する搬送空間とを仕切る仕切部を有する基板処理装置において、前記基板に処理ガスを供給する際に前記接触した箇所に生じる前記突出部と前記仕切部との間隙にパージガスを供給させる手順と、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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