JP7233462B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
基板を保持した基板保持具を出し入れ可能な開口と、開口の周囲に形成された第1シール面とを有する処理容器と、
前記第1シール面と対面する第2シール面を有し、前記処理容器内に基板保持具を収容していない状態で前記開口を閉塞可能な炉口シャッタと、を備え、
前記炉口シャッタは、前記処理容器内に面する内面側に配置され前記開口より大きな保護カバーと、外面側に配置され前記保護カバーを保持する蓋体とを有し、前記保護カバーの外周部と前記蓋体とにより前記第2シール面を形成し、
前記第1シール面と前記第2シール面の間の隙間に、パージガスが前記保護カバーよりも外周側から供給される基板処理装置が提供される。
図1に示すように、処理炉202は温度調整器(加熱部)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。
以下、図7を参照して、ウエハ200上に所定の膜を形成する例について説明する。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。
最初に、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により炉口シャッタ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。
その後、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(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。処理室201内の排気は、少なくともウエハ200に対する処理(昇温S903から降温S905)が終了するまでの間は継続して行われる。排気が行われている間、バルブ243e~243gを開き、MFC241e~241gにより制御された少流量の不活性ガスが、常に処理室201内の所定の場所に供給されうる。シールキャップ219は、パージガス供給管232iから供給されたパージガスを回転機構267に配給し、回転機構267のパージに利用することができ、そのときの供給量は100から1000sccm程度である。
また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度となるように、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で安定するように、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。処理温度は100から650℃であり、チャネル領域の不純物濃度および金属配線等に影響を与えない温度とすることが好ましい場合、例えば、100~350℃である。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。処理室201内のウエハ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。
処理室201内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の4つのサブステップ、すなわち、S941、S942、S943及びS944を順次実行する。なおこの間、回転機構267により、回転軸255を介してボート217が回転されることで、ウエハ200が回転される。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対し、原料ガスを供給し、ウエハ200の最表面上に、第1の層を形成する。具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へ原料ガスを流す。原料ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bのガス供給孔250bを介して処理室201内の処理領域へ供給され、排気口231aを介して排気管231から排気される。また同時にバルブ243fを開き、ガス供給管232f内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、MFC241fにより流量調整され、ノズル249bのガス供給孔250bを介して原料ガスと一緒に処理室201内の処理領域へ供給され、排気口231aを介して排気管231から排気される。また同時に不活性ガスは、ノズル249a,249cのガス供給孔250a,250cを介して処理室201内の処理領域へ供給され、排気口231aを介して排気管231から排気される。このとき、コントローラ121は、第1圧力を目標圧力とする定圧制御を行う。原料ガスとしては、Al、Zr、Hf、Ti等の金属元素を含むガスを用いることができる。
第1の層が形成された後、バルブ243bを閉じ、原料ガスの供給を停止するとともに、APCバルブ244を全開にする制御を行う。これにより、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは第1の層の形成に寄与した後の原料ガスを処理室201内から排出する。なお、バルブ243fを開いたままとして、処理室201内へ供給された不活性ガスに、残留ガスをパージさせてもよい。ノズル249bからのパージガスの流量は、排気経路中で低蒸気圧ガスの分圧を飽和蒸気圧よりも下げるように、或いは、反応管203内での流速が拡散速度に打ち勝つ速度になるように設定される。
ステップS942が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1の層に対して反応ガスを供給する。熱で活性化された反応ガスは、ステップS941でウエハ200上に形成された第1の層の少なくとも一部と反応し、第2の層へと変化(改質)させる。バルブ243a,243eの開閉制御を、ステップS941におけるバルブ243b,243fの開閉制御と同様の手順で行う。反応ガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aのガス供給孔250aを介して処理室201内の処理領域へ供給され、排気口231aを介して排気管231から排気される。また同時に不活性ガスは、ノズル249a~249cのガス供給孔250a~250cを介して処理室201内の処理領域へ供給され、排気口231aを介して排気管231から排気される。このとき、コントローラ121は、第2圧力を目標圧力とする定圧制御を行う。第1圧力や第2圧力は、一例として100~5000Paであり、好ましくは100~500Paである。反応ガスとしては、例えば、酸素(O2)ガス、オゾン(O3)ガス、プラズマ励起されたO2ガス(O2 *)、O2ガス+水素(H2)ガス、水蒸気(H2Oガス)、過酸化水素(H2O2)ガス、亜酸化窒素(N2O)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、二酸化窒素(NO2)ガス、一酸化炭素(CO)ガス、二酸化炭素(CO2)ガス等の酸素(O)含有ガスを用いることができる。
第2の層が形成された後、バルブ243aを閉じ、反応ガスの供給を停止するとともに、目標圧力を0とする定圧制御(つまり全開制御)を行う。これにより、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは第2の層の形成に寄与した後の反応ガスを処理室201内から排出する。このとき、ステップS942と同様に、所定量の不活性ガスをパージガスとして処理室201内へ供給することができる。原料ガス排気若しくは反応ガス排気における到達圧力は、100Pa以下であり、好ましくは10~50Paである。処理室201内の圧力は供給時と排気時とで10倍以上異なりうる。
上述したS941からS944のステップを時間的にオーバーラップさせることなく順次行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚の膜を形成することができる。S941やS943で形成される第1及び第2の層の厚さは、必ずしも自己限定的ではなく、その場合、安定した膜質を得るために、ガスに曝露される間のガス濃度や時間は、高い再現性でもって精密に制御される必要がある。なお、反復されるサイクル内で、S941とS942、またはS943とS944を、更に複数回反復して実施してもよい。
このステップでは、必要に応じ、成膜処理の間続けられていたステップS903の温度調整が停止しもしくはより低い温度に設定し直され、処理室201内の温度が徐々に下げられる。
成膜処理が完了した後、ノズル249a~249cのそれぞれから不活性ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aより排気する。ノズル249a~249cより供給される不活性ガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物等が処理室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(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。そして、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、炉口シャッタ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を介して炉口シャッタ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)。
その後、処理室201内が所望の圧力(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。処理室201内の排気は、少なくともクリーニング処理が終了するまでの間は継続して行われる。この間、バルブ243e~243gを開き、少流量の不活性ガスが供給されうる。
また、処理室201内が所望の処理温度となるように、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。処理室201内の加熱は、少なくともクリーニング処理が終了するまでの間は継続して行われる。
処理室201内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室201内に対し、クリーニングガスを供給する。具体的には、バルブ243cとバルブ243dの少なくとも1つを開く。クリーニングガスは、MFC241c、241dにより流量調整され、ガス供給管232c、232dを流れてノズル249c、249dのガス供給孔250c、250aを介して処理室201内へ供給され、排気口231aを介して排気管231から排気される。このとき、コントローラ121は、第3圧力を目標圧力とする定圧制御を行う。APCバルブ244は処理室201内が第3圧力に上昇するまで、ほぼ全閉となり得る。また処理室201内へ供給される不活性ガスは、必要最小限まで減らされうる。
クリーニングS910において、コントローラ121は以下のような制御により、炉口シャッタ219sの内面側の温度を目標温度付近に保つことができる。即ち、温度センサ301で測定された冷却水温度が第1の所定温度を超えたら、流路219xへの供給を強制的にオンし、所定時間t1後若しくは所定量wの冷却水が流れた後にオフする。冷却水が流れた量は、流量計303の値を積算して得られ、所定量wは流路219xの容積に対応して定められる。オフした後、所定時間t2の間、温度センサ301の温度に関わらずオフを維持する。その後、冷却水温度が再び所定温度を超えるまで待機する。更には、蓋体219tの内面側の温度を測定する第2の温度センサを追加し、第2の温度センサが第2の所定温度を超えたら、流路219xへの供給を強制的にオンする処理を、並行して行ってもよい。
クリーニングが完了した後、ノズル249a~249cのそれぞれから不活性ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aより排気する。ノズル249a~249cより供給される不活性ガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物等が処理室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(大気圧復帰)。
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
本開示の一態様によれば、
基板を保持した基板保持具を出し入れ可能な開口と、開口の周囲に形成された第1シール面を有する処理容器と、
前記第1シール面と対面する第2シール面を有し、前記処理容器内に前記基板保持具を収容していない状態で前記開口を閉塞する炉口シャッタと、を備え、
前記炉口シャッタは、前記処理容器内に面する側に配置され前記開口より大きな保護カバーと、外面側に配置され前記保護カバーを保持する蓋体とを有し、前記保護カバーの外周部と前記蓋体とにより前記第2シール面を形成し、
前記第1シール面と前記第2シール面の間の隙間に、パージガスが前記保護カバーよりも外周側から供給される基板処理装置が提供される。
付記1の基板処理装置において、好ましくは、
前記処理容器又は前記炉口シャッタは、前記隙間に、前記保護カバーよりも外周側からパージガスを供給する溝を有し、前記隙間を通過したパージガスは保護カバーの内周側に供給される。
付記1または2の基板処理装置において、好ましくは、
前記蓋体が所定の温度範囲(例えば、160℃~200℃)に保持される。
付記3の基板処理装置において、好ましくは、
前記蓋体に、前記蓋体が所定の温度範囲(例えば、160℃~200℃)に保持する冷却媒体(例えば、水)の流路が構成される。
付記4の基板処理装置において、好ましくは、
前記流路中の冷却媒体(例えば、水)の温度を検知する温度センサを更に有し、
前記冷却媒体の温度が所定温度以上(好ましくは85℃以上)であれば、前記冷却媒体(例えば、水)を供給し、所定温度未満であれば前記冷却媒体の供給を減少若しくは停止するように構成される。
付記4または5の基板処理装置において、好ましくは、
前記基板を加熱する加熱部(例えば、炉ヒータ)を更に有し、前記加熱部又はその周囲を冷却後の冷却媒体が、前記流路に供給される。
付記4の基板処理装置において、好ましくは、
前記流路は、前記蓋体の中心側に構成される。
付記2の基板処理装置において、好ましくは、
前記パージガスは、前記処理容器内にクリーニングガスが供給されている間、前記溝から供給される。
付記8の基板処理装置において、好ましくは、
前記ガスクリーニング時の温度が基板を処理する温度よりも高く構成される。
付記2の基板処理装置において、好ましくは、
前記溝から供給される前記パージガスの流量は、前記処理容器内にクリーニングガスが供給されているときに、前記処理容器内にクリーニングガスが供給されていないときよりも減少される。
付記1の基板処理装置において、好ましくは、
前記処理容器内で基板保持具を回転可能に支持した状態で前記開口を閉塞するシールキャップと、
前記シールキャップに設けられ前記基板保持具を回転させる回転機構と、を更に有し、前記回転機構は、環状溝を介して供給された前記パージガスを回転軸の周囲に供給する。
本開示の他の態様によれば、
基板を保持した基板保持具を出し入れ可能な開口と、開口の周囲に形成された第1シール面を有し、処理容器の炉口部を構成するマニホールドと、
前記第1シール面と対面する第2シール面を有し、前記処理容器内に基板保持具を収容していない状態で前記開口を閉塞する炉口シャッタと、を備え、
前記炉口シャッタは、前記処理容器内に面する側に配置され前記開口より大きな保護カバーと、外面側に配置され前記保護カバーを保持する蓋体とを有し、前記保護カバーの外周部と前記蓋体とにより前記第2シール面を形成し、
第1シール面と第2シール面の間の隙間に、パージガスが前記保護カバーよりも外周側から供給される炉口アセンブリが提供される。
本開示の他の態様によれば、
開口を介して、前記開口の周囲に形成された第1シール面を有する処理容器に基板保持具を、搬入する工程と、
前記基板保持具に保持された基板を処理容器内で処理する工程と、
前記基板保持具を前記処理容器から搬出する工程と、
前記処理容器内に前記基板保持具が収容されていない状態で、前記開口より大きく構成され、前記処理容器内に面する内面側に配置された保護カバーと、前記第1シール面と対面する第2シール面と、前記保護カバーを保持し、外面側に配置された蓋体とを有する炉口シャッタを閉塞する工程と、
前記第1シール面と前記第2シール面との間の隙間に対して、前記保護カバーの外周側からパージガスを供給しながら、前記処理容器内をクリーニングする工程と、半導体装置の製造方法が提供される。
217・・・ボート(基板保持具)
219s・・・炉口シャッタ
219t・・・蓋体
219w・・・保護カバー
Claims (5)
- 基板を保持した基板保持具を出し入れ可能な開口と、開口の周囲に形成された第1シール面とを有する処理容器と、
前記第1シール面と対面する第2シール面を有し、前記処理容器内に基板保持具を収容していない状態で前記開口を閉塞可能な炉口シャッタと、を備え、
前記炉口シャッタは、前記処理容器内に面する内面側に配置され前記開口より大きな保護カバーと、外面側に配置され前記保護カバーを保持する蓋体とを有し、前記保護カバーの外周部と前記蓋体とにより前記第2シール面を形成し、
前記第1シール面と前記第2シール面の間の隙間に、パージガスが前記保護カバーよりも外周側から供給される基板処理装置。 - 前記処理容器又は前記炉口シャッタは、前記隙間に、前記保護カバーよりも外周側からパージガスを供給する溝を有し、前記隙間を通過したパージガスは保護カバーの内周側に供給される請求項1の基板処理装置。
- 前記蓋体が所定の温度範囲に保持される請求項1または請求項2の基板処理装置。
- 前記蓋体は、前記蓋体を所定の温度範囲に保持する冷却媒体の流路と、前記流路中の冷却媒体の温度を検知する温度センサと、を有し、
前記冷却媒体の温度が所定温度以上であれば、前記冷却媒体を供給し、所定温度未満であれば前記冷却媒体の供給を減少若しくは停止するように構成される請求項1の基板処理装置。 - 開口を介して、前記開口の周囲に形成された第1シール面を有する処理容器に基板保持具を、搬入する工程と、
前記基板保持具に保持された基板を処理容器内で処理する工程と、
前記基板保持具を前記処理容器から搬出する工程と、
前記処理容器内に前記基板保持具が収容されていない状態で、前記開口より大きく構成され、前記処理容器内に面する内面側に配置された保護カバーと、前記第1シール面と対面する第2シール面と、前記保護カバーを保持し、外面側に配置された蓋体とを有する炉口シャッタを閉塞する工程と、
前記第1シール面と前記第2シール面との間の隙間に対して、前記保護カバーの外周側からパージガスを供給しながら、前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有する半導体装置の製造方法。
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