JP5971870B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体 - Google Patents
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Description
(1)基板処理装置の構成
本発明の第1実施形態に係る基板処理装置について、図1から図3を用いて以下に説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
まず、本発明の一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の上部に設けられる後述のシャワーヘッド230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。
ガス導入口241と処理室201との間には、処理室201に連通するガス分散機構としてのシャワーヘッド230が設けられている。即ち、処理室201の上流方向にシャワーヘッド230が設けられている。ガス導入口241はシャワーヘッド230の蓋231に接続されている。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を介してシャワーヘッド230のバッファ室232内のバッファ空間に供給される。即ち、蓋231は、バッファ室232から見て、ガス供給方向の上流に設けられている。バッファ室232は、蓋231の下端部と後述する分散板234の上端で形成される。即ち、分散板234は、バッファ室から見て、ガス供給方向下流(ここでは処理室方向)に設けられている。
尚、排気管236、バルブ237、圧力調整記238をまとめて第1の排気系と呼ぶ。
シャワーヘッド230の蓋231に接続されたガス導入孔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、共通ガス供給管242を加熱する共通ガス供給管ヒータ242a(第四の加熱部とも呼ぶ)が設けられ、共通ガス供給管242の内側を通過するガスを加熱するよう構成されている。バッファ室232に供給する前に、共通ガス供給管ヒータ242aによって事前にガスを加熱することで、副生成物である反応阻害物が付着しない温度まで容易にガスの温度を上昇させることができる。共通ガス供給管242には、第1ガス供給管243a、第2ガス供給管244a、第3ガス供給管245aが接続されている。第2ガス供給管244aは、リモートプラズマユニット244eを介して接続される。
第1ガス供給管243aには、上流方向から順に、第1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。
ここで、第1元素は、例えばチタン(Ti)である。すなわち、第1元素含有ガスは、例えばチタン含有ガスである。チタン含有ガスとしては、例えばTiCl4ガスを用いることができる。なお、第1元素含有ガスは、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1元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第1ガス供給源232b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。ここでは気体として説明する。
第2ガス供給管244aの下流にはリモートプラズマユニット244eが設けられている。上流には、上流方向から順に、第2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3ガス供給管245aには、上流方向から順に、第3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。
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、真空ポンプ224により第2の排気系(排気ライン)220が構成される。
シャワーヘッドの蓋231には、整合器251、高周波電源252が接続されている。高周波電源252、整合器251でインピーダンスを調整することで、シャワーヘッド230、処理室201にプラズマが生成される。
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及び記憶部262を少なくとも有する。コントローラ260は、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部から基板処理装置のプログラムや制御レシピを呼び出し、その内容に応じて各構成を制御する。これらのプログラムは、ハードディスクやフラッシュメモリ等の記録媒体に記録される。
処理装置100では基板載置台212をウエハ200の搬送位置まで下降させることにより、基板載置台212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、基板載置台212表面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を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理室内にウエハ200(処理基板)を搬入し、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、基板載置台212の表面から突出したリフトピン207上に水平姿勢で支持される。
次に、成膜工程S104を行う。成膜工程S104の基本的な流れについて説明し、本実施形態の特徴部分については詳細を後述する。
次に、基板載置台212を下降させ、基板載置台212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。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202の外へ搬出する。その後、基板処理工程を終了する場合は、第3ガス供給系から処理容器202内に不活性ガスを供給することを停止する。
基板を搬出後、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。ここでは、クリーニングガス供給系のバルブ248dを開け、シャワーヘッド230を介して、クリーニングガスを処理室201へ供給する。
本実施形態の加熱部である蓋加熱部231c、分散板加熱部234b、基板載置台加熱部213が既にオンとなった状態で処理を開始する。具体的には、蓋加熱部231cによってバッファ室232内の雰囲気を、分散板加熱部234bによって分散板234(分散板234のウエハ対向面、貫通孔234a含む)とウエハ200を、基板載置台加熱部213によって基板載置部211のウエハ200が加熱される。
蓋加熱部231cの温度<基板載置台加熱部213の温度
言い換えれば、次のような関係とも言える。
バッファ室232内の空間の温度<処理室201内の空間の温度
TiCl4ガスの供給を停止した後、バルブ237を開とし、シャワーヘッド230内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室232内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ239は事前に作動させておく。シャワーヘッド排気工程204については、後に詳述する。
所定の時間経過後、引き続き第2の排気系の排気ポンプ224を作動させつつ、処理空間において第2の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド230を介した第1の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようAPCバルブ223の弁開度及びバルブ237の弁解度を調整する。このように調整することで、処理室201を経由した第2の排気系に向けたガス流れが形成される。したがって、バッファ室232に供給された不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
第1の処理室排気工程の後、バルブ244dを開け、ガス導入孔241、バッファ室232、複数の貫通孔234aを介して、処理室201内にアンモニアガスを供給する。バッファ室232、貫通孔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。
アンモニアガスの供給を停止した後、バルブ237を開とし、シャワーヘッド230内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室232内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ239は事前に作動させておく。シャワーヘッド排気工程210については、後に詳述する。
所定の時間経過後、第2の排気系の排気ポンプ224を作動させつつ、処理空間において第2の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド230を介した第1の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようAPCバルブ223の弁開度及びバルブ237の弁解度を調整する。このように調整することで、処理室201を経由した第2の排気系に向けたガス流れが形成される。したがって、バッファ室232に供給された不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。
この間、コントローラ260は、上記1サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。
第1の処理ガス供給工程S202にてバルブ243dを閉じた後(第2のシャワーヘッド排気工程S210では第2の処理ガス供給工程S208にてバルブ244dを閉じた後)、バルブ237を開とし、第3ガス供給系のバルブ245dを閉じた状態で、バッファ室232内の雰囲気を排気する。このとき、バルブ237を有する第1排気系のコンダクタンスが、複数の貫通孔234aから排気されるコンダクタンスよりも大きくなるようバルブ237の開度を調整する。
所定時間経過後、バルブ237の開度を維持しつつ、第3ガス供給系のバルブ245dを開とし、パージガスである不活性ガスをバッファ室232内に供給する。バッファ室付着物が付着した壁の周囲には滞留ガスが存在しないので、供給された不活性ガスはバッファ室付着物へのアタックが可能となる。アタックされたバッファ室付着物は、バッファ室232の壁から剥がれ落ちる。剥がされたバッファ室付着物は、一時的にバッファ室232内に浮遊する。
所定時間経過後、バルブ237の開度を維持しつつ、第3ガス供給系のバルブ245dを閉じる。このとき、第1排気工程S302、パージ工程S304と同様に、バルブ237を有する第1排気系のコンダクタンスが、処理室201に連通する第2排気系のコンダクタンスよりも大きくするようバルブ237の開度が維持されている。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の代表的な効果を奏する。
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。
基板が載置される載置面を有する載置部を有する処理室と、バッファ室を有すると共に、前記処理室の上流に設けられるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドのバッファ室を介して、少なくとも二種類のガスを交互に前記処理室に供給するガス供給系と、前記ガス供給系からガスを供給する間、バッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い温度で加熱する加熱部と、を有する基板処理装置。
前記加熱部は、前記載置部に内包された第1の加熱部と、前記バッファ室の上流に設けられた第2の加熱部とを少なくとも有する付記1記載の基板処理装置。
前記第2の加熱部は前記シャワーヘッドの蓋体に設けられる付記2記載の基板処理装置。
前記加熱部は、更にバッファ室の下流に設けられた第3の加熱部とを有する付記2又は3記載の基板処理装置。
前記第3の加熱部は、前記シャワーヘッドの分散板に設けられる付記4記載の基板処理装置。
前記ガスを処理室に供給する間、前記第1の加熱部温度よりも前記第2の加熱部温度を低くするよう制御する付記2又は3記載の基板処理装置。
前記シャワーヘッドには共通ガス供給管が接続され、前記少なくとも二種類のガスのうち、第1のガスを供給する第1ガス供給系及び第2ガス供給系は前記ガス供給管に接続される付記1から6いずれか一つに記載の基板処理装置。
前記第2の加熱部は、前記バッファ室雰囲気の温度を供給されるガスの副生成物が付着する温度以上、供給ガスの熱分解温度未満、もしくは前記少なくとも二種類のガスが反応し膜を形成する際の反応温度未満とする付記2から7のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置
前記第1の加熱部と前記第3の加熱部は、前記処理室の雰囲気の温度が熱分解温度以上となるよう制御する付記4又は5に記載の基板処理装置。
前記第3の加熱部は、前記載置部に載置される基板表面と並行な加熱面を有する付記4又は5に記載の基板処理装置。
前記共通ガス供給管の外周に第四の加熱部が設けられ、内周には凸構造が設けられる付記7記載の基板処理装置。
前記第3の加熱部は分散板に設けられた分散孔と重ならない位置に配される付記6記載の基板処理装置。
前記シャワーヘッドは、更に前記天井部から連続して構成されるガスガイドが設けられ、前記ガスガイドは凸状構造を有する付記1から12のいずれか一つに記載の基板処理装置。
基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
シャワーヘッドのバッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
シャワーヘッドのバッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を行うよう制御するプログラム。
基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
シャワーヘッドのバッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を行うよう制御するプログラムを格納する記録媒体。
200…ウエハ
210…基板載置部
220…第1の排気系
230…シャワーヘッド
243…第1ガス供給系
244…第2ガス供給系
245…第3ガス供給系
260…コントローラ
Claims (20)
- 基板が載置される載置面を有する載置部を有する処理室と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、
前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、
前記処理室の上流に設けられ、前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドと、
前記バッファ室を介して、少なくとも二種類のガスを交互に前記処理室に供給するガス供給系と、
前記ガス供給系からガスを供給する間、前記バッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い第2の温度で加熱する加熱部と、
を有する基板処理装置。 - 前記加熱部は、前記載置部に内包された第1の加熱部と、前記バッファ室の上流に設けられた第2の加熱部とを少なくとも有する請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第2の加熱部は前記シャワーヘッドの天井壁に設けられる請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記加熱部は、更にバッファ室の下流に設けられた第3の加熱部とを有する請求項2又は請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記第3の加熱部は、前記シャワーヘッドの分散板に設けられる請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記ガスを処理室に供給する間、前記第1の加熱部温度よりも前記第2の加熱部温度を低くするよう制御する請求項2又は請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記シャワーヘッドには共通ガス供給管が接続され、前記少なくとも二種類のガスのうち、第1のガスを供給する第1ガス供給系及び第2ガス供給系は前記ガス供給管に接続される請求項1から請求項6のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記第2の加熱部は、前記バッファ室雰囲気の温度を供給されるガスの副生成物が付着する温度以上であり、供給ガスの熱分解温度未満もしくは前記少なくとも二種類のガスが反応し膜を形成する際の反応温度未満とするよう制御される請求項2から請求項6のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記第1の加熱部と前記第3の加熱部は、前記処理室の雰囲気の温度が反応温度以上となるよう制御される請求項4又は請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記第3の加熱部は、前記載置部に載置される基板表面と並行な加熱面を有する請求項4又は請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記共通ガス供給管の外周に第4の加熱部が設けられ、内周には凸構造が設けられる請求項7に記載の基板処理装置。
- 前記第3の加熱部は、分散板に設けられた分散孔と重ならない位置に配される請求項4または請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔から供給されたガスの接触面積が増加するよう構成される請求項1から請求項12のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔を中心として放射状に設けられる請求項1から請求項13のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔を中心として円周状に設けられる請求項1から請求項13のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔を起点として渦巻き状に設けられる請求項1から請求項13のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、独立した点状態で構成される請求項1から請求項13のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、前記処理室の上流に設けられ前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドのうち、前記バッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い第2の温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する手順と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、前記処理室の上流に設けられ前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドのうち、前記バッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い温度で加熱すると共に、
少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する手順と、
を行うよう、コントローラにより基板処理装置を制御するためのプログラムを格納する記録媒体。 - 基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する手順と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、前記処理室の上流に設けられ前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドのうち、前記バッファ室を第1の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第1の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する手順と、
を行うよう、コントローラにより基板処理装置を制御するためのプログラム。
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