JP7030157B2 - 基板処理装置、プラズマ生成装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents
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Description
基板を処理する処理室と、
電源を供給する高周波電源と、
プラズマを発生するバッファ構造を備え、前記バッファ構造に、前記高周波電源に接続される少なくとも2本の第1電極と、前記少なくとも2本の第1電極の間に配置され、接地される第2電極と、を有するプラズマ生成部と、
前記プラズマ発生部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合をとるための整合器と、
前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとを一致させるように前記整合器の調整を行う調整部と、を備える技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態の基板処理装置について図1から図10を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態の基板処理装置は、図1に示すように、処理炉202を有する。この処理炉202は基板を垂直方向多段に収容することが可能な、いわゆる縦型炉であり、加熱装置(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)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、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管203の下方には、反応管203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部は、反応管203の下端部に係合しており、反応管203を支持するように構成されている。マニホールド209と反応管203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、反応管203は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管203とマニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の内側である筒中空部には処理室201が形成されている。処理室201は、複数枚の基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管203のみを処理容器と称する場合もある。
バッファ室237b内には、図3に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する3本の棒状電極269,270,271が、反応管203の下部より上部にわたりウエハ200の配列方向に沿って配設されている。棒状電極269,270,271のそれぞれは、ノズル249bと平行に設けられている。棒状電極269,270,271のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管275により覆われることで保護されている。棒状電極269,270,271のうち両端に配置される棒状電極269,271は、整合器272を介して高周波電源273に接続されている。棒状電極270は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。すなわち、高周波電源273に接続される棒状電極と、接地される棒状電極と、が交互に配置され、高周波電源273に接続された棒状電極269,271の間に配置された棒状電極270は、接地された棒状電極として、棒状電極269,271に対して共通して用いられている。換言すると、接地された棒状電極270は、隣り合う高周波電源273に接続された棒状電極269,271に挟まれるように配置され、棒状電極269と棒状電極270、同じく、棒状電極271と棒状電極270がそれぞれ対となるように構成されてプラズマを生成する。つまり、接地された棒状電極270は、棒状電極270に隣り合う2本の高周波電源273に接続された棒状電極269,271に対して共通して用いられている。そして、高周波電源273から棒状電極269,271に高周波(RF)電力を印加することで、棒状電極269,270間のプラズマ生成領域224a、棒状電極270,271間のプラズマ生成領域224bにプラズマが生成される。
反応管203には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245および排気バルブ(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ244は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。排気管231は、反応管203に設ける場合に限らず、ノズル249a,249b,249cと同様にマニホールド209に設けてもよい。
図1、図2に示すように基板支持具としてのボート217は、1枚または複数枚、例えば25~200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、所定の間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる断熱板218が多段に支持されている。
次に制御装置について図4を用いて説明する。図4に示すように、制御部(制御装置)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が接続されている。
次に、本実施形態の基板処理装置を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ200上に薄膜を形成する工程について、図5及び図6を参照しながら説明する。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を支持したボート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内へ搬入(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の内部、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(減圧排気)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244がフィードバック制御される。また、処理室201内のウエハ200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への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、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、ステップS3,S4,S5,S6,S7,S8を順次実行することで成膜ステップを行う。
ステップS3では、処理室201内のウエハ200に対してDCSガスを供給する。
成膜処理が終了した後、処理室201内のウエハ200に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたNH3ガスを供給する(S5)。
Si含有層をSiN層へ変化させる改質処理が終了した後、処理室201内のウエハ200に対して改質ガスとしてのプラズマ励起させたH2ガスを供給する(S7)。
上述したS3,S4,S5,S6,S7,S8をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを1サイクルとし、このサイクルを所定回数(n回)、すなわち、1回以上行う(S9)ことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成されるSiN層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、SiN層を積層することで形成されるSiN膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管232d,232e,232fのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガス等が処理室201内から除去される(不活性ガスパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(S10)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、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(S11)。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より取り出されることとなる(ウエハディスチャージ)。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室201内へ空のボート217を搬入するようにしてもよい。
すなわち、例えば、第2のガス供給系を第1の反応体供給系とし、第3のガス供給系を第
2の反応体供給系として第2のガス供給系と同一の反応体を供給するように構成しても良
い。
次に、整合器272,372の調整を行ってプラズマ発生部の負荷インピーダンスと高周波電源273,373の出力インピーダンスとを一致させるインピーダンスマッチングを行う際の処理について説明する。
図8に示した高周波電源273,373とは異なるその他の構成を図11、図12を参照して説明する。
BCN膜)、硼炭窒化膜(BCN膜)等のSi系窒化膜を形成する場合にも、好適に適用可能である。これらの場合、反応ガスとしては、O含有ガスの他、C3H6等のC含有ガスや、NH3等のN含有ガスや、BCl3等のB含有ガスを用いることができる。
273,373,373a,473 高周波電源
511,521 発振器
513,523 方向性結合器
514,524 BPF(バンドパスフィルタ)
515,525 電力モニタ
Claims (13)
- 基板を処理する処理室と、
電源を供給する高周波電源と、
プラズマを発生する少なくとも1つのバッファ構造を備え、1つの前記バッファ構造内に、前記高周波電源に接続される少なくとも2本の第1電極と、前記少なくとも2本の第1電極の間に配置され、接地される第2電極と、を有するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合をとるための整合器と、
前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとを一致させるように前記整合器の調整を行う調整部と、
を備えた基板処理装置。 - 前記高周波電源に接続される少なくとも2本の第1電極と、前記少なくとも2本の第1電極の間に配置される第2電極との間に2つのプラズマ生成領域が形成され、前記高周波電源から前記少なくとも2本の第1の電極に電力が印加されると、前記2つのプラズマ生成領域でプラズマが生成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第2電極は、前記少なくとも2本の第1電極に対して、共通に用いられる請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 高周波を発振する高周波発振器と、
前記高周波発振器からの進行波成分と前記整合器からの反射波成分の一部をそれぞれ取り出す方向性結合器と、を備える請求項1記載の基板処理装置。 - 前記方向性結合器によって取り出された前記反射波成分に加わったノイズ信号を除去するフィルタを有する請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記フィルタは、帯域通過フィルタである請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記帯域通過フィルタの通過帯域は、前記高周波発振器の発振周波数を通過させる周波数範囲である請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記フィルタは、前記方向性結合器によって取り出された前記反射波成分と前記進行波成分とを通過させる請求項5記載の基板処理装置。
- 前記調整部は、前記方向性結合器によって取り出された前記反射波成分と前記進行波成分とを測定して、前記反射波成分と前記進行波成分の位相差が小さくなるように制御する電力モニタである請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記プラズマ生成部は、前記高周波電源から前記少なくとも2本の第1電極に高周波電力を印加すると、反応ガスをプラズマ励起して前記基板に供給する請求項1に記載の基板処理装置。
- 電源を供給する高周波電源と、
プラズマを発生する少なくとも1つのバッファ構造を備え、1つの前記バッファ構造内に、前記高周波電源に接続される少なくとも2本の第1電極と、前記少なくとも2本の第1電極の間に配置され、接地される第2電極と、を有するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合をとるための整合器と、
前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとを一致させるように前記整合器の調整を行う調整部と、を備えたプラズマ生成装置。 - 基板を処理する処理室と、電源を供給する高周波電源と、プラズマを発生する少なくとも1つのバッファ構造を備え、1つの前記バッファ構造内に、前記高周波電源に接続される少なくとも2本の第1電極と、前記少なくとも2本の第1電極の間に配置され、接地される第2電極と、を有するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合をとるための整合器と、前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとを一致させるように前記整合器の調整を行う調整部と、を備えた基板処理装置の前記処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内へ、前記プラズマ生成部によりプラズマ励起させた処理ガスを供給し、前記基板を処理する工程と、
前記処理室内から処理後の前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、電源を供給する高周波電源と、プラズマを発生する少なくとも1つのバッファ構造を備え、1つの前記バッファ構造内に、前記高周波電源に接続される少なくとも2本の第1電極と、前記少なくとも2本の第1電極の間に配置され、接地される第2電極と、を有するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合をとるための整合器と、前記プラズマ生成部の負荷インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとを一致させるように前記整合器の調整を行う調整部と、を備えた基板処理装置の前記処理室内に基板を搬入する手順と、
前記処理室内へ、前記プラズマ生成部によりプラズマ励起させた処理ガスを供給し、前記基板を処理する手順と、
前記処理室内から処理後の前記基板を搬出する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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