JP6818087B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、記録媒体およびプログラム - Google Patents
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Description
複数の大表面積基板を支持する基板支持具が収容される処理室と、
前記複数の大表面積基板に複数の処理ガスを供給するガス供給系と、
前記基板支持具に、前記複数の大表面積基板を搬送する基板搬送系と、
前記複数の大表面積基板を、前記基板支持具に分散装填するよう前記基板搬送系を制御し、前記基板支持具に支持された前記複数の大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積の積である総表面積の値、または、前記複数の大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積に応じて、前記複数の処理ガスの供給サイクル数を補正するよう前記ガス供給系を制御する制御部と、
を有する技術が提供される。
図1に示すように、処理炉202は加熱系(温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、ガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
続いて、ウエハ装填領域600へのウエハ200の分散装填について説明する。
25≦X≦200では、n=1〜6のとき、(1)式のように、スロット(1)〜スロット(11)の平均値で表される。
LADn=(LA1+LA2+LA3+LA4+LA5+LA6+LA7+LA8+
LA9+LA10+LA11)/11 ・・・(1)
LADn=(LAn−5+LAn−4+LAn−3+LAn−2+LAn−1+LAn+
LAn+1+LAn+2+LAn+3+LAn+4+LAn+5)/11 ・・・(2)
LADn=(LAX−10+LAX−9+LAX−8+LAX−7+LAX−6+LAX―5+
LAX−4+LAX−3+LAX−2+LAX−1+LAX)/11 ・・・(3)
11≦X≦24では、n=1〜3のとき、(4)式のように、スロット(1)〜スロット(5)の平均値で表される。
LADn=(LA1+LA2+LA3+LA4+LA5)/5 ・・・(4)
LADn=(LAn−2+LAn−1+LAn+LAn+1+LAn+2)/5 ・・・(5)
LADn=(LAX−4+LAX−3+LAX−2+LAX−1+LAX)/5 ・・・(6)
5≦X≦10では、n=1〜2のとき、(7)式のように、スロット(1)〜スロット(3)の平均値で表される。
LADn=(LA1+LA2+LA3)/3 ・・・(7)
LADn=(LAn−1+LAn+LAn+1)/3 ・・・(8)
LADn=(LAX−2+LAX−1+LAX)/3 ・・・(9)
ULAD=((LADmax−LADmin)/LADave)×100[%] ・・・(10)
ここで、LADmaxは、ウエハ装填領域600間における大表面積基板密度の最大値である。LADminは、ウエハ装填領域600間における大表面積基板密度の最小値である。LADaveは、ウエハ装填領域600間における大表面積基板密度の平均値である。
(a)25≦X≦200では、各スロットおよび各スロットの隣接する10スロットの計11スロットから計算される大表面積基板密度平均値の基板装填領域均一性の値(すなわち、ULADであって、基板装填領域における大表面積基板の密度平均値の均一性の値)、
(b)11≦X≦24では、各スロットおよび各スロットの隣接する4スロットの計5スロットから計算される大表面積基板密度平均値の基板装填領域均一性の値、
(c)5≦X≦10では、各スロットおよび各スロットの隣接する2スロットの計3スロットから計算される大表面積基板密度平均値の基板装填領域均一性の値、
が、Z=Yとした場合における大表面積基板密度平均値の基板装填領域均一性の値より小さくなるようXの値を調整する。
上述の基板処理装置10を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図23を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200が収容されたボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づき、APCバルブ243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構267によりボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップをこの順で所定回数行う。
バルブ314を開き、ガス供給管310へTiCl4ガスを流す。TiCl4ガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410に開口するガス供給孔410aからウエハ200に対して供給される。すなわちウエハ200はTiCl4ガスに暴露される。ガス供給孔410aから供給されたTiCl4ガスは、排気管231から排気される。このとき同時に、バルブ514を開き、ガス供給管510内にキャリアガスとしてN2ガスを流す。N2ガスは、MFC512により流量調整され、TiCl4ガスと一緒にノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
Ti含有層が形成された後、バルブ314を閉じ、TiCl4ガスの供給を停止する。このとき、APCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246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又はTi含有層形成に寄与した後のTiCl4ガスを処理室201内から排除する。バルブ514,524は開いた状態でN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応又はTi含有層形成に寄与した後のTiCl4ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ324を開き、ガス供給管320内に反応ガスであるNH3ガスを流す。NH3ガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内のウエハ200に対して供給され、排気管231から排気される。すなわちウエハ200はNH3ガスに暴露される。このとき、バルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガスを流す。N2ガスは、MFC522により流量調整され、NH3ガスと共に処理室201内に供給されて、排気管231から排気される。このとき、ノズル410内へのNH3ガスの侵入を防止(逆流を防止)するために、バルブ514を開き、ガス供給管510内へN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管510、ノズル410を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
TiN層が形成された後、バルブ324を閉じて、NH3ガスの供給を停止する。そして、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくはTiN層の形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。
上述の原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、ウエハ200上にTiN膜が形成される。このサイクルの回数は、最終的に形成するTiN膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択されるが、このサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。TiN膜の厚さ(膜厚)は、例えば、0.5nm〜3μm、好ましくは0.8nm〜2μm、より好ましくは1nm〜1μmとする。3μm以下とすることでウエハ200上に形成されたTiN膜(堆積膜)によるボート217とウエハ200との固着を防止することができ、0.5nm以上とすることで成膜初期に島状となって形成されるTiN同士の隙間がほぼなくなり、連続膜を形成することが可能となる。
成膜ステップが終了したら、バルブ514,524を開き、ガス供給管310,320のそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留するガスや副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気がN2ガスに置換され(N2ガス置換)、処理室201内の圧力は常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出されるウエハディスチャージ)。
上述の実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(h)大表面積基板をバッチ処理装置で処理する際、大表面積基板の1枚当りの表面積および装填枚数の少なくともいずれか一方による影響を低減し、良好な基板装填領域間の膜厚均一性を達成することができる。また、被処理基板への所望の膜厚を形成することが可能となる。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
Claims (11)
- 複数の大表面積基板を支持する基板支持具が収容される処理室と、
前記複数の大表面積基板に複数の処理ガスを供給するガス供給系と、
前記基板支持具に、前記複数の大表面積基板を搬送する基板搬送系と、
前記複数の大表面積基板を、前記基板支持具に分散装填するよう前記基板搬送系を制御し、前記基板支持具に支持された前記複数の大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積の積である総表面積の値、または、前記複数の大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積に応じて、前記複数の処理ガスの供給サイクル数を補正するよう前記ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記ガス供給系は、原料ガスを供給する原料ガス供給系と、反応ガスを供給する反応ガス供給系とを、有し、
前記制御部は、
前記原料ガスと前記反応ガスを前記複数の大表面積基板に交互に供給するサイクル数を補正する様に前記原料ガス供給系と前記反応ガス供給系とを制御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、
前記基板支持具の最大装填可能枚数未満の数の前記複数の大表面積基板が装填された時に、前記補正を行う様に構成される
請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記基板支持具の最大装填可能枚数未満の数の前記複数の大表面積基板が装填された時に、前記補正を行う様に構成される
請求項2に記載の基板処理装置。 - 大表面積基板を支持する基板支持具が収容される処理室と、
前記大表面積基板に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記基板支持具に前記大表面積基板を搬送する基板搬送系と、
前記大表面積基板を、前記基板支持具に分散装填するよう前記基板搬送系を制御し、前記基板支持具に支持された前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積の積である総表面積の値、または、前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積に応じて、前記処理ガスの供給サイクル数を補正するよう前記ガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - (a)基板支持具に大表面積基板を分散装填する工程と、
(b)前記基板支持具を処理室に搬入する工程と、
(c)前記大表面積基板に処理ガスをサイクル供給する工程と、
(d)前記(a)工程で前記基板支持具に装填された前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積の積である総表面積の値、または、前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積に応じて、前記(c)工程の前記サイクル数を補正する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記(c)工程では、原料ガスと反応ガスを交互に供給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(d)工程は、前記(a)工程で前記基板支持具の最大装填可能枚数未満の数の前記大表面積基板が装填された時に行う請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記(d)工程は、前記(a)工程で前記基板支持具の最大装填可能枚数未満の数の前記大表面積基板が装填された時に行う請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)基板支持具に大表面積基板を分散装填させる手順と、
(b)前記基板支持具を処理室に搬入させる手順と、
(c)前記大表面積基板に処理ガスをサイクル供給させる手順と、
(d)前記(a)で前記基板支持具に装填された前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積の積である総表面積の値、または、前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積に応じて、前記(c)の前記サイクル数を補正させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - (a)基板支持具に大表面積基板を分散装填させる手順と、
(b)前記基板支持具を処理室に搬入させる手順と、
(c)前記大表面積基板に処理ガスをサイクル供給させる手順と、
(d)前記(a)で前記基板支持具に装填された前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積の積である総表面積の値、または、前記大表面積基板の枚数と当該大表面積基板一枚当たりの表面積に応じて、前記(c)の前記サイクル数を補正させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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