JP7149431B2 - 基板処理装置、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
基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部と、
前記処理容器内で前記基板に接触可能なガス流を形成するガス流制御部と、
前記処理容器内で前記支持部を往復移動させる第1駆動部と、
前記処理容器内で前記ガス流制御部を、前記支持部とは逆向きに往復移動させる第2駆動部と、
を有する構成が提供される。
処理対象となる基板は、例えば、半導体装置(半導体デバイス)が作り込まれる半導体基板としてのシリコンウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)である。なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体(集合体)」を意味する場合(すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合)がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
ウエハに対して行う所定のプロセス処理(以下、単に「処理」ということもある。)としては、例えば、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理、プリクリーニング処理、チャンバクリーニング処理、成膜処理等がある。本実施形態では、特に成膜処理を行う場合を例に挙げる。
まず、本開示の第1実施形態について具体的に説明する。
図1は、第1実施形態で用いられる基板処理装置の概略構成例を示す概念図であり、(a)はA-A断面を示す平面図、(b)はB-B断面を示す側面図、(c)はC-C断面を示す正面図である。
基板処理装置100は、ウエハ200に対する処理を行うための処理容器101を有する。処理容器101は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス鋼(SUS)等の金属材料により密閉容器として構成されている。処理容器101の内部、すなわち、中空部には、ウエハ200に対する処理が行われる処理空間である処理室101aが形成される。処理容器101の側壁(側面)には、ウエハ搬入出口102と、ウエハ搬入出口102を開閉するゲートバルブ103と、が設けられおり、ウエハ搬入出口102を介して処理容器101の内外にウエハ200を搬送することが可能となっている。
処理容器101には、処理容器101内へのガス供給を行うガス供給系としてのガス供給部と、処理容器101内からのガス排気を行う排気系としての排気部と、が接続されている。ガス供給部は、第1ガス供給部と、これとは別個に設けられた第2ガス供給部と、を含む。また、排気部は、第1排気部と、これとは別個に設けられた第2排気部と、を含む。
処理容器101の内部には、ウエハ200が載置されて支持される支持部(支持台)としての基板載置台210が設けられている。基板載置台210は、図1(c)に示すように、正面視においては門型に形成され、図1(a)に示すように、平面視においては矩形状に形成されている。基板載置台210の上端部の上面(基板載置面)には、ウエハ200が載置されて支持される。
処理容器101の内部には、基板載置台210上のウエハ200に接触可能なガス流を形成するガス流制御部としての処理ガスカートリッジヘッドアッセンブリー(以下、単に「カートリッジヘッド」という。)300が設けられている。カートリッジヘッド300には、ウエハ200に接触可能なガス流を形成するために、上述した第1ガス供給部および第1排気部が接続されている。
図2は、第1実施形態におけるカートリッジヘッド300を示す概念図であり、(a)はカートリッジヘッド300の構成例の概要を模式的に示す側断面図、(b)はカートリッジヘッド300の要部の横断面を示す横断面図である。
図1に示すように、基板載置台210の下端部には、処理容器101内で基板載置台210を往復運動させる第1駆動部としてのスライド機構220が連結されている。スライド機構220は、処理容器101の底部に固定されている。スライド機構220は、基板載置台210、すなわち基板載置面上のウエハ200を、第1エリアと第2エリアとの間で水平方向に往復動作(往復移動)させるように構成されている。スライド機構220は、例えば、ガイドレール、送りねじ(ボールねじ)、電動モータMに代表される駆動源等の組み合わせによって実現することができる。
図1に示すように、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制御部としてのコントローラ110を有している。コントローラ110は、少なくとも演算部120および記憶部130といったハードウエア資源を備えたコンピュータ装置として構成されている。コントローラ110は、上述した各構成に接続され、上位コントローラや操作者等の指示に応じて記憶部130から所定ソフトウエアである制御プログラムやプロセスレシピ(以下、これらを単に「プログラム」と総称する。)を読み出し、その内容に応じて各構成の動作を制御するよう構成されている。つまり、コントローラ110は、所定ソフトウエアであるプログラムをハードウエア資源が実行することで、ハードウエア資源と所定ソフトウエアとが協同して、基板処理装置100の各部の動作を制御するように構成されている。なお、本明細書において、プログラムという言葉を用いた場合は、制御プログラム単体のみを含む場合、プロセスレシピ単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。
次に、半導体装置の製造工程の一工程として、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110により制御される。
基板処理工程においては、まず、ウエハ200を処理容器101内に搬入する。具体的には、基板処理装置100の処理容器101の側面に設けられた基板搬入出口102に設置したゲートバルブ103を開いて、図示しないウエハ移載機を用いて処理容器101内にウエハ200を搬入する。その後、処理容器101内に搬入されたウエハ200を、リフトピン等を備えるウエハ昇降機構150を用いて基板載置台210の基板載置面上に載置する。そして、ウエハ移載機を処理容器101の外へ退避させ、ゲートバルブ103を閉じて基板搬入出口102を閉塞し、処理容器101内を密閉する。
ウエハ200を処理容器101内に搬入し、基板載置台210の基板載置面上に載置した後、処理容器101内の圧力および温度を調整する。具体的には、処理容器101に直接接続されている排気ライン500dに設けられた排気バルブ104aを開き、その排気ライン500dに接続された真空ポンプ106aを用いて処理容器101内の真空引きを行う。それと並行して、処理容器101に直接接続されたガス供給ライン500cに設けられたバルブ107aを開き、MFC108aで所望の流量、例えば0.1~20slmの範囲内の所定の流量となるように制御されたN2ガスを処理容器101内へ供給する。そして、処理容器101内の圧力を、圧力制御器105aを用いて所望の処理圧力、例えば10~5000Paの範囲内の所定の圧力となるように制御する。このとき、処理容器101内の圧力は圧力センサ109aにより測定され、この測定された圧力情報に基づき圧力制御器105aがフィードバック制御される。また、ウエハ200が所望の処理温度、例えば300~600℃の範囲内の所定の温度となるように、ヒータ230を制御する。このとき、ウエハ200の近傍に設けられた温度センサ230aにより検出された温度情報に基づいてヒータ230への通電具合がフィードバック制御される。真空ポンプ106の稼働、ウエハ200の加熱は、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。
処理容器101内が所望の処理圧力となり、ウエハ200が所望の処理温度となった後、成膜工程(S103)を行う。成膜工程(S103)は、大別すると、相対位置移動処理動作と、ガス供給排気処理動作とを含む。
相対位置移動処理動作は、ウエハ200とカートリッジヘッド300との相対位置を移動させる処理動作である。詳しくは、スライド機構220が基板載置台210を往復移動させ、スライド機構320がカートリッジヘッド載置台310を往復移動させることで、基板載置台210上面に載置されたウエハ200と、カートリッジヘッド載置台310に支持されたカートリッジヘッド300と、の相対位置を移動させる。このとき、基板載置台210とカートリッジヘッド載置台310とを、それぞれが互いに逆方向に向かうように往復移動させる。
次に、成膜工程(S103)におけるガス供給排気処理動作について説明する。
カートリッジヘッド300とウエハ200とを互いに逆方向に往復移動(以下、クロススイングとも称する。)させる際、ウエハ200の表面のうち垂直方向においてカートリッジヘッド300と対向(対面)する部分、すなわち、ウエハ200の表面のうち平面視においてカートリッジヘッド300とオーバーラップする部分(以下、OL部)は、まず、NH3ガスに曝露されることとなるが、このとき、ウエハ200の表面におけるOL部はNH3ガスにより窒化され、その最表面がNH終端される。
処理温度:300~600℃、好ましくは450~550℃
処理圧力:10~5000Pa、好ましくは50~1000Pa
TiCl4ガス供給流量:0.01~5slm、好ましくは0.1~1slm
NH3ガス供給流量(各ライン):0.1~20slm、好ましくは0.1~1slm
N2ガス供給流量(各ライン):0.1~20slm、好ましくは1~10slm
1サイクル(片側通過)あたりの時間:2~10秒
ウエハ200上に所定組成、所定膜厚のTiN膜が形成された後、ガス供給ライン330c,340c,500cのそれぞれからパージガスとしてN2ガスを処理容器101内へ供給し、排気ライン330d,340d,500dより排気する。これにより、処理容器101内がパージされ、処理容器101内に残留するガスや反応副生成物等が処理容器101内から除去される(アフターパージ)。その後、処理容器101内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理容器101内の圧力が、所定の搬送圧力に変更されるか、または、常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、基板搬出工程(S104)を行う。基板搬出工程(S104)では、基板搬入工程(S101)と逆の手順で、ウエハ移載機を用いて処理済のウエハ200を処理容器101外へ搬出する。
次に、上述した成膜工程(S103)における相対位置移動の具体的な処理動作、すなわちウエハ200とカートリッジヘッド300との相対位置を移動させる際の具体的な処理動作について、さらに詳しく説明する。
図4は、第1実施形態における成膜工程で行う相対位置移動処理動作の概要を示すチャート図である。
図5は、相対位置移動処理動作の移動範囲を比較する説明図であり、(a)は第1実施形態における移動範囲を示す図、(b)は比較例1における移動範囲を示す図、(c)は比較例2における移動範囲を示す図である。
次に、ウエハ200とカートリッジヘッド300との相対位置を移動させる際のウエハ200およびカートリッジヘッド300の速度制御(以下、単に速度制御とも称する。)の態様について具体的に説明する。なお、以下に説明する速度制御の態様は、コントローラ110により制御される。
本実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果が得られる。
次に、本開示の第2実施形態について具体的に説明する。ここでは、主として、上述した第1実施形態との相違点について説明し、その他の点については説明を省略する。
次に、本開示の第3実施形態について具体的に説明する。ここでも、主として、上述した第1実施形態との相違点について説明し、その他の点については説明を省略する。
図7は、第3実施形態で用いられる基板処理装置におけるガスカートリッジヘッドアッセンブリーを示す概念図であり、(a)は構成例の概要を模式的に示す側断面図、(b)は要部の横断面を示す横断面図である。
以上、本開示の第1実施形態~第3実施形態を具体的に説明したが、本開示が上述の各実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
また、これら2元系膜を形成する場合の他、3元系膜、4元系膜を形成する場合にも、本開示を適用することができる。
Claims (20)
- 基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部と、
前記処理容器内で前記基板に接触可能なガス流を形成するガス流制御部と、
前記処理容器内で前記支持部を往復移動させる第1駆動部と、
前記処理容器内で前記ガス流制御部を、前記支持部とは逆向きに往復移動させる第2駆動部と、
を有し、
前記第1駆動部は、前記支持部を、前記処理容器内の一端側と他端側との間で往復移動させるよう構成され、
前記第2駆動部は、前記ガス流制御部を、前記処理容器内の前記他端側と前記一端側との間で往復移動させるよう構成され、
前記処理容器は、前記処理容器内における前記一端と前記他端との間の距離が、前記基板の直径の2倍と、前記ガス流制御部の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、前記ガス流制御部の移動方向における幅の2倍と、前記基板の直径と、の合計未満となるよう構成される
基板処理装置。 - 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記一端側に前記支持部が位置する際には、前記他端側に前記ガス流制御部を位置させ、前記一端側に前記ガス流制御部が位置する際には、前記他端側に前記支持部を位置させるよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第1期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第2期間とで、異なる態様の速度制御を行うよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記基板を支持した前記支持部に対する速度制御の態様を変化させるタイミングと、前記ガス流制御部に対する速度制御の態様を変化させるタイミングとを、同期させるよう構成される請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第1期間において、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を非等速移動させるよう構成される請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、
前記第1期間のうち前記支持部に支持された前記基板と、前記ガス流制御部とが、お互いに近づく期間においては、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を加速移動させ、
前記第1期間のうち前記支持部に支持された前記基板と、前記ガス流制御部とが、お互いに離れる期間においては、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を減速移動させるよう構成される請求項5に記載の基板処理装置。 - 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持するよう構成される請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させるよう構成される請求項7に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、等しくするよう構成される請求項8に記載の基板処理装置。
- 基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部と、
前記処理容器内で前記基板に接触可能なガス流を形成するガス流制御部と、
前記処理容器内で前記支持部を往復移動させる第1駆動部と、
前記処理容器内で前記ガス流制御部を、前記支持部とは逆向きに往復移動させる第2駆動部と、
を有し、
前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第1期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第2期間とで、異なる態様の速度制御を行うよう構成され、
前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持するよう構成され、
前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させるよう構成され、
前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、異ならせるよう構成される基板処理装置。 - 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を、その期間の途中で変化させるよう構成される請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、前記第2期間のうち平面視において前記支持部に支持された前記基板の周辺部と前記ガス流制御部とが重なる期間と、前記第2期間のうち平面視において前記支持部に支持された前記基板の中央部と前記ガス流制御部とが重なる期間とで、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を変化させるよう構成される請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記第1駆動部および前記第2駆動部は、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なった状態を維持しつつ、前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部を往復移動させるよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記ガス流制御部は、原料ガス流制御部と、反応ガス流制御部と、を有し、
前記反応ガス流制御部は、前記原料ガス流制御部を、前記ガス流制御部の移動方向の両側から挟み込むように配置される請求項1又は10に記載の基板処理装置。 - 前記原料ガス流制御部は、原料ガス供給部と、その外周に設けられた原料ガス排気部と、その外周に設けられた不活性ガス供給部と、その内周および外周に設けられた不活性ガス排気部とを有し、
前記反応ガス流制御部は、反応ガス供給部と、その外周に設けられた反応ガス排気部と、その外周に設けられた不活性ガス供給部と、その内周および外周に設けられた不活性ガス排気部とを有する請求項14に記載の基板処理装置。 - 前記ガス流制御部は、第1ガス供給部および第1排気部を有し、
前記第1ガス供給部および前記第1排気部とは別個に設けられ、前記処理容器内に対するガス供給および排気を行う第2ガス供給部および第2排気部を更に有する請求項1又は10に記載の基板処理装置。 - 処理容器内で支持部により基板を支持する工程と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する工程と、
前記処理容器内における一端と他端との間の距離が、前記基板の直径の2倍と、前記ガス流制御部の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、前記ガス流制御部の移動方向における幅の2倍と、前記基板の直径と、の合計未満となるよう構成される前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を、前記処理容器内の前記一端側と前記他端側との間で、第1駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を、前記処理容器内の前記他端側と前記一端側との間で、第2駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 処理容器内で支持部により基板を支持する工程と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する工程と、
前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を第1駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を第2駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する工程と、
を有し、
前記基板を処理する工程では、前記第1駆動部および前記第2駆動部により、
前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第1期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第2期間とで、異なる態様の速度制御を行い、
前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持し、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させ、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、異ならせる
半導体装置の製造方法。 - 処理容器内で支持部により基板を支持する手順と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する手順と、
前記処理容器内における一端と他端との間の距離が、前記基板の直径の2倍と、前記ガス流制御部の移動方向における幅と、の合計未満となるよう構成されるか、もしくは、前記ガス流制御部の移動方向における幅の2倍と、前記基板の直径と、の合計未満となるよう構成される前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を、前記処理容器内の前記一端側と前記他端側との間で、第1駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を、前記処理容器内の前記他端側と前記一端側との間で、第2駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。 - 処理容器内で支持部により基板を支持する手順と、
前記処理容器内でガス流制御部により前記基板に接触可能なガス流を形成する手順と、
前記処理容器内で、前記基板を支持した前記支持部を第1駆動部により往復移動させつつ、前記ガス流を形成した状態の前記ガス流制御部を第2駆動部により前記支持部とは逆向きに往復移動させることで前記基板を処理する手順と、
前記基板を処理する手順において、前記第1駆動部および前記第2駆動部により、
前記基板を支持した前記支持部および前記ガス流制御部に対し、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部とが重ならない第1期間と、平面視において前記支持部に支持された前記基板と前記ガス流制御部との少なくとも一部が重なる第2期間とで、異なる態様の速度制御を行う手順と、
前記第2期間において、前記基板を支持した前記支持部と前記ガス流制御部との相対速度を一定に維持し、前記基板を支持した前記支持部と、前記ガス流制御部とを、それぞれ等速移動させ、前記基板を支持した前記支持部の移動速度と、前記ガス流制御部の移動速度とを、異ならせる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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