JP6697067B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
以下に本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置100は、ウエハに各種の熱処理を施す枚葉型熱処理装置として構成されている。また、本発明に係る基板処理装置100において、製品としての処理基板(ウエハ)200などの処理対象基板を搬送するキャリアとして、FOUP(Front Opening Unified Pod。以下、ポッドと称する。)110が使用されている。なお、以下の説明において、前後左右は図1に示されているX1の方向を右方向、X2方向を左方向、Y1方向を前方向、Y2方向を後ろ方向として説明する。同様に、図2のZ1方向を上方向、Z2方向を下方向として説明する。
図3および図4(a)、図4(b)に示すように、処理室202は、円筒状の気密容器である反応容器203を備えている。反応容器203は、上部容器203−1と下部容器203−2によって構成され、例えばアルミニウムで形成されている。また、上部容器203−1と下部容器203−2とは、環状の封止部材307によって気密に封止されている。反応容器203内には、ウエハ200の処理空間として、後述するマイクロ波発振器によってウエハ200を加熱するマイクロ波加熱室(マイクロ波処理室)208−1、208−2と、抵抗加熱ヒータなどのマイクロ波以外の加熱装置(ヒータ)によってウエハ200を予備加熱する予備加熱室(予備加熱処理室)209−1、209−2の2種類の加熱室にて構成されており、特に指定しない限り、マイクロ波加熱室208、予備加熱室209と称して説明する。
ここで、トレー306はマイクロ波を透過する石英などの部材(マイクロ波透過部材、電磁波透過部材)で形成されることが好ましく、トレー306がマイクロ波に影響を与える事でウエハ200が均一に加熱されないことを避けるために、ウエハ支持部である支持ピン306−1、リング部306−2は必要最低限の強度を有する構成で、表面積が小さくなるように構成されることが好ましい。また、支持ピン306−1は熱容量が小さく、熱伝導率も小さな構造、材質が好ましい。トレー306をこのような構成とすることによって、トレー306が加熱され、トレー306からの伝熱でウエハ200を加熱してしまうことを抑制することが可能となり、ウエハ200は加熱せず、ウエハ表面に形成された膜だけを選択的に加熱する選択加熱が可能となる。
マイクロ波加熱室208の側壁には電磁波導入ポート410が設置されている。電磁波導入ポート410にはマイクロ波加熱室208内に電磁波を供給するための導波管304の一端が接続されている。導波管304の他端にはマイクロ波加熱室内に電磁波を供給して加熱する加熱源としてのマイクロ波発振器(電磁波源、マイクロ波電源)300、導波管304に供給したマイクロ波が下流側で反射してマイクロ波電源に戻らないように、反射波を導波路の途中で吸収するためのアイソレータ301、進行波と反射波のどちらか一方のみを電力に比例した電気信号を測定するための方向性結合器302、マイクロ波発振器側と負荷側のインピーダンスを整合するための整合器303がそれぞれ順番に接続されている。マイクロ波発振器300には、マグネトロンやクライストロンなどが用いられ、アイソレータ301、方向性結合器302、整合器303を介して、マイクロ波などの電磁波を導波管304に供給する。マイクロ波発振器300によって生じる電磁波の周波数は、好ましくは13.56MHz以上24.125GHz以下の周波数範囲となるように制御される。さらに好適には、2.45GHzまたは5.8GHzの周波数となるように制御されることが好ましい。
また、本実施形態において、マイクロ波発振器300は、マイクロ波加熱室208の側面に垂直方向多段に2つ配置されるように記載されているが、これに限らず、1つ以上設けられていればよい。
ここで、マイクロ波発振器300−1、300−2のそれぞれは、コントローラ160から送信される同一の制御信号によって制御される。しかし、これに限らず、マイクロ波発振器300−1、300−2それぞれにコントローラ160から個別の制御信号を送信することでマイクロ波発振器300−1、300−2が個別に制御されるように構成してもよい。さらに、マイクロ波発振器300−1、または、300−2のそれぞれにおいても、上下で同一の制御信号で制御されても良いし、個別の制御信号で制御されても良い。このようにコントローラ160から送信されてくる同一の制御信号によってマイクロ波発振器300を制御する場合には、単一の制御になってしまう反面、制御を簡素化にすることが可能になり、個別の制御信号によってマイクロ波発振器300を制御する場合には、複雑な制御になってしまう反面、加熱室毎の詳細な制御が可能となる。
マイクロ波加熱室208の下方であって、トレー306の下方には、マイクロ波加熱室208内の雰囲気を排気する排気部が設けられている。図5に示すように、排気部には排気口221が設けられている。排気口221には排気管231が接続されており、排気管231には、マイクロ波加熱室208内の圧力に応じて弁開度を制御するAPCバルブなどの圧力調整器244、真空ポンプ246が順に直列に接続されている。
ここで、圧力調整器244は、処理室201内の圧力情報(後述する圧力センサ245からのフィードバック信号)を受信して排気量を調整することができるものであればAPCバルブに限らず、通常の開閉バルブと圧力調整弁を併用するように構成されていてもよい。
マイクロ波加熱室208の天井面には、不活性ガス、原料ガス、反応ガスなどの各種基板処理のための処理ガスをマイクロ波加熱室208内に供給するためのガス供給管232が設けられている。
ガス供給管232には、上流から順に、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)241、および、開閉弁であるバルブ243が設けられている。ガス供給管232の上流側には、例えば不活性ガスである窒素(N2)ガス源が接続され、MFC241、バルブ243を介して処理室201内へ供給される。基板処理の際に複数種類のガスを使用する場合には、ガス供給管232のバルブ243よりも下流側に上流方向から順に、流量制御器であるMFCおよび開閉弁であるバルブが設けられたガス供給管が接続されていてもよい。
不活性ガスとしては、N2ガスの他、例えば、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いることができる。
図6に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ160は、CPU(Central Processing Unit)160a、RAM(Random Access Memory)160b、記憶装置160c、I/Oポート160dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM160b、記憶装置160c、I/Oポート160dは、内部バス160eを介して、CPU160a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160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161が接続されている。
次に、上述の基板処理装置100の処理炉を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、例えば、ウエハ上に形成されたシリコン含有膜としてのアモルファスシリコン膜の改質(結晶化)方法の一例について図7および図8に示した処理フローに沿って説明する。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160により制御される。
図2に示されているように、ポッド110がロードポート105に載置されると、ポッドオープナ108によってキャップ110aが開放され、所定枚数のウエハ200が第2の搬送装置124によって予備室122または123に搬入される。予備室122または123に搬入されたウエハ200は、第1の搬送装置によって保持され、コントローラ160からの制御によって所定の処理室202内、より正確には、予備加熱室209−1に搬入され、予備加熱室209−1内に待機しているウエハ支持ピン404上に載置される(S701)。このとき、マイクロ波加熱室208内と予備加熱室209内では、ガス供給管232、MFC241、バルブ243によって形成されるガス供給系から不活性ガスとしてのN2ガスが供給され、マイクロ波加熱室208内と予備加熱室209内の雰囲気を置換し、マイクロ波加熱室208内と予備加熱室209内の酸素濃度を所定の値以下、例えば10ppm以下となるように制御される。また、マイクロ波加熱室208内と予備加熱室209内の圧力を、それぞれ、大気圧、微加圧(〜1.01[KgF/cm2])、減圧(≦1[Pa])などの所望の圧力になるようガス供給部と排気部を制御する。好ましくは、マイクロ波加熱室208と予備加熱室209を微加圧または大気圧とすることで、ウエハ200をマイクロ波加熱室208と予備加熱室209の間を移載するときにウエハ温度が降温してしまうことを回避することが可能となる。また圧力を適正にすることでマイクロ波によるプラズマ生成も回避することが可能となる。例えば0.01MPa以上または1Pa以下でアニール処理を行うことでプラズマに起因した異常放電を抑制できる。
(第1予備加熱工程(S702))
予備加熱室209−1内のウエハ支持ピン404にウエハ200が載置されると、トレー306が上昇し、ウエハ支持ピン306−2上にウエハ200が載置され、ヒータ403によって予備加熱が可能な位置にウエハ200が配置される。トレー306が上昇すると、ヒータ昇降ユニット406によって下側ヒータ403−2が所定の位置に上昇し、上側ヒータ403−1と下側ヒータ403−2によってウエハ200を挟み込んで配置される。ウエハ200と下側ヒータ403−2が所定の位置に配置されると、コントローラ160からの制御信号によって、ヒータ403が所定の温度(第1の予備加熱温度)に加熱され、ウエハ200が予備加熱される(S702)。第1の予備加熱+中はウエハ200の表面温度を温度センサ405−1によって測定することでヒータ403が制御される。
所定時間、または、ウエハ200が所定の温度に到達すると、予備加熱工程が完了し、下側ヒータ403−2とトレー306が下降する。トレー306が所定の位置まで下降すると、回転・昇降駆動部402を介して回転軸401が回転し、トレー306が時計回りに90°回転する。トレー306が回転することによって、ウエハ200が予備加熱室209−1に設けられたスリット407を通ってマイクロ波加熱室208−1に搬入される。
また、改質処理温度を維持する時間長さは、改質対象膜種によって異なるが、マイクロ波を連続で照射したりパルス状に照射する場合がある。ウエハ200の温度をある一定範囲に維持する場合はマイクロ波電力を制御してマイクロ波を連続で照射し、所要の温度を維持しながらウエハ200に印加するマイクロ波の電界を連続照射する場合よりも大きくしたい場合はマイクロ波電力をパルス状に供給する。
所定時間、マイクロ波によってウエハ200の表面を加熱し改質処理を行うと、第1のマイクロ波加熱工程が完了し、トレー306が下降する。トレー306が所定の位置まで下降すると、回転・昇降駆動部402を介して回転軸401が回転し、トレー306が時計回りに90°回転する。トレー306が回転することによって、ウエハ200がマイクロ波加熱室208−1に設けられたスリット407を通って予備加熱室209−2に搬入される。
所定時間、または、ウエハ200が所定の温度に到達すると、第2予備加熱工程が完了し、第1予備加熱工程完了後と同様に下側ヒータ403−2とトレー306が下降する。その後、トレー306が時計回りに90°回転することによって、ウエハ200がスリット407を通ってマイクロ波加熱室208−2に搬入される。
以上のようにウエハ200を加熱処理することによってウエハ200表面上に形成されているアモルファスシリコン膜がポリシリコン膜へと改質(結晶化)されることとなる。すなわち、ウエハ200を均一に改質することが可能となる。
第2マイクロ波加熱工程S705が完了すると、コントローラ160は、上述した第1予備加熱工程S702、第1マイクロ波加熱工程S703、第2予備加熱工程S704、第2マイクロ波加熱工程S705を1サイクルとして、所定回数実施したか否かを判定する。
このように、上記第1予備加熱工程S702から判定S706までの工程を改質工程または基板処理工程と称することができる。なお、第1予備加熱工程S702から第2マイクロ波加熱工程S705までを改質工程または基板処理工程と称しても良い。
ウエハ200を第1の搬送室103に搬出(アンローディング)する。その後ウエハ200を第1の搬送室103に隣接する予備室122または123に移載される。
以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ200が改質処理されることとなる。
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。
本実施形態における基板処理装置は、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
このように構成することによって、マイクロ波によるウエハ200の局所加熱を抑制することが可能となり、回転しない場合に比べてウエハ200をより均一に処理することが可能となる。
次に本発明の第2の実施形態について図11および図12を用いて説明する。
次に本発明の第3の実施形態について図13を用いて説明する。
なお、これに限らず、アルミニウム(Al)、チタニウム(Ti)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、イットリウム(Y)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、鉛(Pb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の少なくともいずれかを含む金属元素を含む酸化膜、すなわち、金属系酸化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、上述の成膜シーケンスは、ウエハ200上に、TiOCN膜、TiOC膜、TiON膜、TiO膜、ZrOCN膜、ZrOC膜、ZrON膜、ZrO膜、HfOCN膜、HfOC膜、HfON膜、HfO膜、TaOCN膜、TaOC膜、TaON膜、TaO膜、NbOCN膜、NbOC膜、NbON膜、NbO膜、AlOCN膜、AlOC膜、AlON膜、AlO膜、MoOCN膜、MoOC膜、MoON膜、MoO膜、WOCN膜、WOC膜、WON膜、WO膜を形成する場合にも、好適に適用することが可能となる。
200・・・ウエハ(基板)、
202・・・処理室、
208・・・マイクロ波加熱室(第2の処理室)、
209・・・予備加熱室(第1の処理室)、
300・・・マイクロ波発振器、
301・・・アイソレータ、
302・・・方向性結合器、
303・・・整合器、
304・・・導波管、
306・・・トレー(サセプタ、基板支持部、基板載置部、基板保持部)、
403・・・予備加熱装置。
Claims (13)
- 基板を第1の処理温度まで加熱する第1の加熱装置と、
前記第1の加熱装置を備えた第1の処理室と、
前記基板をマイクロ波によって前記第1の処理温度よりも高い第2の処理温度まで加熱する第2の加熱装置と、
前記第2の加熱装置を備えた第2の処理室と、
前記基板を載置しつつ回転することによって、前記第1の処理室と前記第2の処理室に前記基板を搬入出する基板載置部と、
前記第1の加熱装置と前記第2の加熱装置および前記基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、を有し、
前記基板は前記第1の処理室と前記第2の処理室に交互に搬入されて処理される基板処理装置。 - 前記第1の処理室と前記第2の処理室をそれぞれ複数有する請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記基板載置部は、前記第2の加熱装置から供給されるマイクロ波を透過するマイクロ波透過材によって構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記基板載置部は、前記基板を支持するための第1の基板支持部と、前記第1の基板支持部に接続されて前記基板の外径よりも大きい径を有する複数の環状部と、前記複数の環状部と接続され、前記環状部同士を結合する腕部によって構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記第2の処理温度を前記基板のキャリア密度の変化が少ない温度帯となるように前記第2の加熱装置を制御する請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記第1の処理温度を100℃以上450℃以下であって、前記第2の処理温度を300℃以上700℃以下となるように前記第1の加熱装置と前記第2の加熱装置とを制御する請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第2の処理室に前記基板を回転する基板回転ユニットを設けた請求項1に記載の基板処理装置。
- 基板を第1の処理温度まで加熱する第1の加熱装置と、前記第1の加熱装置を備えた第1の処理室と、前記基板をマイクロ波によって前記第1の処理温度よりも高い第2の処理温度まで加熱する第2の加熱装置と、前記第2の加熱装置を備えた第2の処理室と、前記基板を載置しつつ回転することによって、前記第1の処理室と前記第2の処理室に前記基板を搬入出する基板載置部と、前記第1の加熱装置と前記第2の加熱装置および前記基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、を有する基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記第1の処理室に搬入し、前記第1の処理温度に加熱する第1の加熱工程と、
前記基板を前記第1の処理室から前記第2の処理室に移載し、前記基板を前記第2の加熱装置から供給されたマイクロ波によって前記第2の処理温度に加熱する第2の加熱工程と、を有し、
前記第1の加熱工程と前記第2の加熱工程とを交互に所定回数行う半導体装置の製造方法。 - 前記第2の加熱工程では、前記第2の処理温度を前記基板のキャリア密度の変化が少ない温度帯となるように前記第2の加熱装置を制御する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の加熱工程では、前記基板を回転させながら前記マイクロ波を照射する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を第1の処理温度まで加熱する第1の加熱装置と、前記第1の加熱装置を備えた第1の処理室と、前記基板をマイクロ波によって前記第1の処理温度よりも高い第2の処理温度まで加熱する第2の加熱装置と、前記第2の加熱装置を備えた第2の処理室と、前記基板を載置しつつ回転することによって、前記第1の処理室と前記第2の処理室に前記基板を搬入出する基板載置部と、前記第1の加熱装置と前記第2の加熱装置および前記基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、を有する基板処理装置にコンピュータによって実行させるプログラムであって、
前記基板を前記第1の処理室に搬入し、前記第1の処理温度に加熱する第1の加熱手順と、
前記基板を前記第1の処理室から前記第2の処理室に移載し、前記基板を前記第2の加熱装置から供給されたマイクロ波によって前記第2の処理温度に加熱する第2の加熱手順と、を有し、
前記第1の加熱手順と前記第2の加熱手順とを交互に所定回数行い前記基板の処理を行う手順と、をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。 - 前記第2の加熱手順では、前記第2の処理温度を前記基板のキャリア密度の変化が少ない温度帯となるように前記第2の加熱装置を制御する請求項11に記載のプログラム。
- 前記第2の加熱手順では、前記基板を回転させながら前記マイクロ波を照射する請求項11に記載のプログラム。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2016/055222 WO2017145261A1 (ja) | 2016-02-23 | 2016-02-23 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
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