JP5859592B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Description
の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さい基板処理装置が提供される。
本実施形態に係る基板処理装置100の構成を図1に示す。基板処理装置100は、図1に示されているように、枚葉式の基板処理装置として構成されている。
図1に示すように、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201と、ウエハ200を処理空間201に搬送する際にウエハ200が通過する搬送空間203とが形成されている。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。
ガス供給系は、複数の処理ガスが通過する共通管240と、処理空間201の内部であって共通管240の下流に接続された分散板241と、共通管240の上流に接続されたバッファ部242と、バッファ部242に接続された第1の供給管243と、バッファ部242に接続された第2の供給管244とを少なくとも備える。ここで、複数の処理ガスとは、互いに反応性を有する第1の処理ガスと第2の処理ガスとを含む。本実施形態においては、第1の処理ガスをTiCl4(四塩化チタン)とし、第2の処理ガスをNH3(アンモニア)とする。TiCl4は第1の供給管243から供給され、NH3は第2の供給管244から供給される。
処理容器202(処理空間201)の雰囲気を排気する排気系は、処理容器202(処理空間201)に接続された排気管222を有する。排気管222には、その上流側から順に圧力制御器であるAPC(Auto Pressure Controller)223と開閉弁である224が設けられる。排気管222のさらに下流には、図示しない排気ポンプが接続される。
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。コントローラ260は、演算部261および記憶部262を少なくとも有する。コントローラ260は、上記した各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部262からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ260は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。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等の光磁気ディスク、USBメモリ(USB Flash Drive)やメモリカード等の半導体メモリ)263を用意し、外部記憶装置263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により、本実施形態に係るコントローラ260を構成することができる。また、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263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263を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部262や外部記憶装置263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、記憶部262単体のみを含む場合、外部記憶装置263単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
次に、基板処理装置100を使用して、ウエハ200上に薄膜を形成する工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作はコント
ローラ260により制御される。
先ず、基板支持部210をウエハ200の搬送位置まで下降させることにより、基板支持部210の貫通孔214にリフトピン207を貫通させる。その結果、リフトピン207が、基板載置面211よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ205を開いて搬送空間203を移載室(図示せず)と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機(図示せず)を用いてウエハ200を搬送空間203に搬入し、リフトピン207上にウエハ200を移載する。これにより、ウエハ200は、リフトピン207上に水平姿勢で支持される。
次に、薄膜形成工程S104を行う。図3は、図2の成膜工程S104の詳細を示すフロー図である。また、図4は、図2の成膜工程S104におけるガス供給タイミングを示すシーケンス図である。以下、図3および図4を参照し、成膜工程S104について詳説する。なお、成膜工程S104は、異なる処理ガス(TiCl4とNH3)を交互に供給する工程を繰り返すサイクリック処理である。
ウエハ200を加熱して所望とする温度に達すると、第1の供給管243のバルブ243dを開くと共に、マスフローコントローラ243cを調整し、所定流量のTiCl4ガスを第1の供給管243から供給する。第1の供給管243から供給されるTiCl4ガスの流量は、例えば100sccmから3000sccmであり、好ましくは500sccmから2000sccmである。なお、この流量は、マスフローコントローラ243cで直接調整される流量であってもよいし、マスフローコントローラ243cとバルブ243dの間にガス貯留用のタンクを設け、当該タンクから噴出される流量であってもよい。いずれにしても、大流量を短時間(例えば0.1sec未満)に供給する。本実施形態では、TiCl4ガスの流量は1000sccmとする。TiCl4ガスの供給により、ウエハ200上に、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さのTi含有層が形成される。
パージ工程S204においては、開弁した状態に維持されているバルブ243hとバルブ244hを介して第1の供給管243と第2の供給管244からN2ガスを供給し、処理容器202に残留するTiCl4ガスを処理容器202から排出する。このときのN2ガスの流量も、例えば1500sccmとする。
次いで、第2の供給管244のバルブ244dを開くと共に、マスフローコントローラ244cを調整し、所定流量のNH3ガスを第2の供給管244から供給する。第2の供給管244から供給されるNH3ガスの流量は、例えば2000sccmから7000sccmであり、好ましくは3000sccmから6000sccmである。なお、この流量は、マスフローコントローラ244cで直接調整される流量であってもよいし、マスフローコントローラ244cとバルブ244dの間にガス貯留用のタンクを設け、当該タンクから噴出される流量であってもよい。いずれにしても、大流量を短時間(例えば0.5sec未満)に供給する。本実施形態では、NH3ガスの流量は5000sccmとする。供給されたNH3ガスは、ウエハ200上に形成されたTi含有層の少なくとも一部と反応する。これによりTi含有層は窒化されて、窒化チタン層(TiN層)が形成される。
パージ工程S208においても、S204と同様に、開弁した状態に維持されているバルブ243hとバルブ244hを介して第1の供給管243と第2の供給管244からN2ガスを供給し、処理容器202に残留するNH3ガスを処理容器202から排出する。このときのN2ガスの流量も、例えば1500sccmとする。
次いで、コントローラ260は、上記1サイクルを所定回数(Xサイクル)実施したか否かを判定する。所定回数実施していないとき(S210でNoの場合)、第一の処理ガス供給工程S202、パージ工程S204、第二の処理ガス供給工程S206、パージ工程S208のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき(S210でYesの場合)、図3に示す処理を終了する。
基板搬出工程S106では、基板支持部210を下降させ、基板載置面211の表面から突出させたリフトピン207上にウエハ200を支持させる。これにより、ウエハ200は処理位置から搬送位置となる。その後、ゲートバルブ205を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ200を処理容器203の外へ搬出する。
ウエハ200を搬出後、薄膜形成工程が所定の回数に到達したか否かを判定する。所定の回数に到達したと判断されたら、クリーニング工程に移行する。所定の回数に到達していないと判断されたら、次に待機しているウエハ200の処理を開始するため、基板搬入・載置工程S102に移行する。
処理回数判定工程S108で薄膜形成工程が所定の回数に到達したと判断したら、クリーニング工程を行う。クリーニング工程では、クリーニングガスを用い、処理容器202内の壁に付着した副生成物を除去する。なお、図示は省略するが、クリーニング工程に用いるクリーニングガスは、第1の供給管243あるいは第2の供給管244にクリーニングガス供給源を接続し、それらから供給してもよいし、他の供給系を別途設けもよい。
い。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給する基板処理装置であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さい基板処理装置。
前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記バッファ部の前記第1の面に接続される付記1に記載の基板処理装置。
前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスが交互に供給される付記1または2に記載の基板処理装置。
前記第1の供給管から供給されるガスの総流量と前記第2の供給管から供給されるガスの総流量の大小関係が前記基板の処理中に切り替わる付記1から3のいずれかに記載の基板処理装置。
前記第1の供給管から供給されるガスの総流量と前記第2の供給管から供給されるガスの総流量は、いずれも1000sccm以上である付記1から4のいずれかに記載の基板処理装置。
前記第1の供給管と前記第2の供給管とをそれぞれ複数本有し、前記第1の供給管と前記第2の供給管とが前記第1の面または前記第2の面において前記共通管を中心とする同心円上に交互に接続される付記1から5のいずれかに記載の基板処理装置。
前記第1の供給管または前記第2の供給管の少なくともいずれかは、前記バッファ部において前記第1の面または前記第2の面の周縁部よりも内側に接続される付記1から6のいずれかに記載の基板処理装置。
前記バッファ部の第2の面であって前記供給管と同一軸線上に、第3の供給管を接続した付記1から7のいずれかに記載の基板処理装置。
前記バッファ部と前記第3の供給管の間にプラズマ生成部が設けられる付記8に記載の基板処理装置。
基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給する基板処理装置であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記第1の供給管の径および前記第2の供給管の径の2倍以下の値とされる基板処理装置。
基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給して前記基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さく構成された供給系を介し、前記処理容器に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを供給して前記基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法。
前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスが交互に供給される付記11に記載の半導体装置の製造方法。
前記第1の供給管から供給されるガスの総流量と前記第2の供給管から供給されるガスの総流量の大小関係が前記基板を処理する工程中に切り替わる付記11または12に記載の半導体装置の製造方法。
基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給して前記基板を処理するためのプログラムであって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さく構成された供給系を介し、前記処理容器に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを供給して前記基板を処理する手順をコンピュータに実行させるプログラム。
基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給して前記基板を処理するためのプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さく構成された供給系を介し、前記処理容器に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを供給して前記基板を処理する手順をコンピュータに実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
200・・・ウエハ(基板)
202・・・反応容器
240・・・共通管
242・・・バッファ部
242a・・・バッファ部の底面(第1の面)
242b・・・バッファ部の底面(第1の面)
243・・・第1の供給管
244・・・第2の供給管
245・・・第3の供給管
246・・・RPU
Claims (12)
- 基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給する基板処理装置であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さくなるよう構成され、
前記基板を処理する際は、前記処理容器に、前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスが交互に供給される基板処理装置。 - 前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記バッファ部の前記第1の面に接続される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第一の処理ガスを供給する際は、前記第1の供給管から供給されるガスの総流量が前記第2の供給管から供給される処理ガスの総流量よりも多くなるよう供給され、
前記第二の処理ガスを供給する際は、前記第2の供給管から供給される処理ガスの総流量が前記第1の供給管から供給されるガスの総流量よりも多くなるよう供給される請求項1または請求項2に記載の基板処理装置。 - 前記第1の供給管と前記第2の供給管とをそれぞれ複数本有し、前記第1の供給管と前記第2の供給管とが前記第1の面または前記第2の面において前記共通管を中心とする同心円上に交互に接続される請求項1から請求項3のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記第1の供給管または前記第2の供給管の少なくともいずれかは、前記バッファ部において前記第1の面または前記第2の面の周縁部よりも内側に接続される請求項1から請求項4のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記バッファ部の第2の面であって前記供給管と同一軸線上に、第3の供給管を接続した請求項1から請求項5のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記バッファ部と前記第3の供給管の間にプラズマ生成部が設けられる請求項6に記載基板処理装置。
- 基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給する基板処理装置であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記第1の供給管の径および前記第2の供給管の径の2倍以下の値とされ、
前記基板を処理する際は、前記処理容器に、前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスが交互を供給する基板処理装置。 - 基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給して前記基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径より幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さく構成された供給系を介し、
前記処理容器に、前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを交互に供給して前記基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第一の処理ガスを供給する際は、前記第1の供給管から供給されるガスの総流量が前記第2の供給管から供給される処理ガスの総流量よりも多くなるよう供給され、
前記第二の処理ガスを供給する際は、前記第2の供給管から供給される処理ガスの総流量が前記第1の供給管から供給されるガスの総流量よりも多くなるよう供給される請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給して前記基板を処理するためのプログラムであって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さく構成された供給系を介し、前記処理容器に、前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを交互に供給して前記基板を処理する手順をコンピュータに実行させるプログラム。
- 基板の処理容器に第1の処理ガスと第2の処理ガスを供給して前記基板を処理するためのプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記処理容器に接続された、前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスとが通過する共通管と、前記共通管の上流に接続された、前記共通管の径よりも幅広であるバッファ部と、前記バッファ部の前記共通管が接続された第1の面またはそれに対向する第2の面に接続された、前記第1の処理ガスが通過する第1の供給管と、前記バッファ部の前記第1の面または前記第2の面に接続された、前記第2の処理ガスが通過する第2の供給管と、を有し、前記第1の供給管および前記第2の供給管は、前記第1の面または前記第2の面において前記共通管よりも外周側の位置に接続され、前記バッファ部は、前記第1の面と前記第2の面との間の距離が、前記共通管の中心線と前記第1の供給管および前記第2の供給管の中心線との距離よりも小さく構成された供給系を介し、前記処理容器に、前記第1の供給管および前記第2の供給管のそれぞれから不活性ガスが常時供給されると共に、前記第1の供給管および第2の供給管から前記不活性ガスと共に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを交互に前記処理容器に前記第1の処理ガスと前記第2の処理ガスを供給して前記基板を処理する手順をコンピュータに実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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