JP7297149B2 - 基板処理装置、基板載置台カバー、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、基板載置台カバー、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置、基板載置台カバー、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
フラッシュメモリ等の半導体装置の回路パターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。たとえば、特開２０１４－７５５７９号公報及び特開２０１２－２１６７７４号公報には、プラズマ励起した処理ガスを用いて基板上に形成されたパターン表面を改質処理することが開示されている。
基板処理を行うための処理室では、基板載置台の上に基板載置台カバーを配置し、その上面等に被処理基板を載置して基板処理を行うことがある。しかしながら、基板処理においては、装置を長期間使用していくと、処理基板上だけでなく、基板載置台カバーなどの処理室内の部品の表面にも拡散反応により酸化層が形成されていくことがある。このように部品の表面に酸化層が形成されるにしたがって、その表面の放射率が変化し、結果、基板に対する処理結果に影響を及ぼすことがあった。
本開示の目的は、基板処理装置の運用に伴う処理室内の部品の表面酸化によって、基板処理結果が変動することを抑制することにある。
本開示によれば、基板が収容される処理室と、前記処理室内に設けられ、ヒータにより加熱される基板載置台と、前記基板載置台の上面の上に配置され、上面に前記基板が載置されるように構成される基板載置台カバーと、を備え、前記基板載置台カバーは、炭化シリコンで構成され、少なくとも前記基板が載置される側の表面に所定の第１厚さのシリコン酸化層を有する技術が提供される。
本開示の技術によれば、基板処理装置の運用に伴う処理室内の部品の表面酸化によって、基板処理結果が変動することを抑制することができる。
本実施形態に係る基板処理装置の概略断面図。 本実施形態に係る基板処理装置の制御部（制御手段）の構成を示すブロック図。 本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図。 サセプタの上にサセプタカバーが載置され、サセプタカバーの上に基板が載置された状態を示す模式図。 サセプタカバーを示す斜視図。 サセプタカバーの一部を示す拡大断面図。 上面側と下面側にＳｉ酸化層が形成されたサセプタカバーを模式的に示す拡大断面図。 ＳｉＣに対する酸化処理時間と酸化膜厚との関係を示す線図。
（１）基板処理装置の構成
本開示の実施形態に係る基板処理装置について、図１、図２及び図４を用いて以下に説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
本実施形態に係る基板処理装置１００は、主に基板面上に形成された膜に対して酸化処理を行うように構成されている。この基板処理装置１００は、処理室２０１と、基板載置台の一例としてのサセプタ２１７と、基板載置台カバーの一例としてのサセプタカバー３００とを備えている。
（処理室）
基板処理装置１００は、基板２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理室２０１には基板２００が収容される。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、電磁波を透過する材料、たとえば石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されている。下側容器２１１は金属材料で形成されている。また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。
処理室２０１は、周囲に共振コイルにより構成された電磁界発生電極２１２が設けられているプラズマ生成空間と、プラズマ生成空間２０１ａに連通し、基板２００が処理される基板処理空間を有する。プラズマ生成空間２０１ａはプラズマが生成される空間であって、処理室の内、電磁界発生電極２１２の下端より上方であって、かつ電磁界発生電極２１２の上端より下方の空間を言う。一方、基板処理空間２０１ｂは、基板がプラズマを用いて処理される空間であって、電磁界発生電極２１２の下端より下方の空間を言う。
（サセプタ）
サセプタ２１７は、処理室２０１内に設けられ、基板２００を支持し、ヒータの一例としてのサセプタヒータ２１７ｂにより加熱される。また、サセプタ２１７は、ヒータの一例としての上部ヒータ２８０によっても加熱されるようになっている。上部ヒータ２８０は、処理室２０１の上方に設けられている。処理室２０１の底側中央には、基板２００を載置する基板載置部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は平面視で円形を呈し、材質を同じくする上面部２１７ｄ及び下面部２１７ｅ並びにこれらの間に介在するサセプタヒータ２１７ｂとで構成される。サセプタ２１７の上面部２１７ｄ及び下面部２１７ｅは、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料により構成されている。
基板２００を処理室２０１内で処理するサセプタ２１７の内部には、処理室２０１内に収容された基板２００を加熱するよう赤外線を放射するように構成された加熱機構１１０としてのサセプタヒータ２１７ｂが、上面部２１７ｄと下面部２１７ｅとの間で一体的に埋め込まれて設けられている。具体的には、上面部２１７ｄの下面に設けられた溝の中にサセプタヒータ２１７ｂが挿入され、その下側から下面部２１７ｅで覆われている。サセプタヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、基板２００表面をたとえば２５℃から８００℃程度まで加熱することができるように構成されている。なお、サセプタヒータ２１７ｂは、たとえば、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭素、モリブデンなどにより構成されている。
サセプタヒータ２１７ｂは主に赤外線領域の波長（約０．７～１０００μｍ）を有する光を放射する。一例として、ＳｉＣで構成されるサセプタヒータ２１７ｂの場合、電流が供給されることにより、たとえば、波長が１～２０μｍ程度、より望ましくは１～１５μｍ程度の赤外線を放射する。この場合の赤外線のピーク波長は、たとえば５μｍ近傍である。十分な量の赤外線を放射させるため、サセプタヒータ２１７ｂは５００℃以上、望ましくは１０００℃以上まで昇温させることが望ましい。なお、本明細書における「１～２０μｍ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。たとえば、「１～２０μｍ」とは「１μｍ以上２０μｍ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させる駆動機構を備えるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７には平面視円形の貫通孔である第１貫通孔２１７ａが設けられるとともに、下側容器２１１の底面には基板突上げピン２６６が設けられている。
（サセプタカバー）
サセプタ２１７の上面は、サセプタカバー３００で覆われている。サセプタカバー３００は平面視でサセプタ２１７より一回り小さい円形を呈し、サセプタ２１７の上面部２１７ｄ及び下面部２１７ｅとは異なる材質、たとえばＳｉＣにより形成される。ＳｉＣは熱伝導率が高く不純物が少ないため、基板２００に接触してサセプタヒータ２１７ｂからの熱を伝えるサセプタカバー３００の材料に適している。サセプタカバー３００には、サセプタ２１７の第１貫通孔２１７ａと連通する、平面視円形の第２貫通孔３００ａが設けられる。なお、サセプタカバー３００は、熱伝導の均一性などを考慮して、全体がＳｉＣにより構成されていることが望ましい。
第１貫通孔２１７ａと、第２貫通孔３００ａと、基板突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、基板突上げピン２６６が第１貫通孔２１７ａ及び第２貫通孔３００ａを突き抜けるように構成されている。
サセプタカバー３００は、サセプタ２１７とは別体とされ、サセプタ２１７に対して着脱可能に設けられる。
ここで、基板に対して例えば酸化処理が行われる場合、装置を長期間使用していくと処理基板の表面だけでなく、サセプタカバー３００を構成するＳｉＣの表面で、ＳｉＣを構成するＳｉ元素と、処理室２０１内の雰囲気等に含まれるＯ元素が結合し、拡散反応にてサセプタカバー３００の表面にシリコン酸化層（ＳｉＯ２層）が形成されていく。ＳｉＯ２層はＳｉＣに比べて放射率が大きく、ＳｉＣの表面に形成された酸化層の厚さが増大するにしたがって放射率が上がる。その結果、サセプタカバー３００の表面からの熱放射を受ける基板の温度が酸化層の厚さの増大とともに上昇して、基板２００に形成される膜の厚さ等の処理量が増大する傾向がある。すなわち、装置運用の時間経過に伴って、基板に対する処理結果に変動が生じることがある。このような処理結果の変動を低減するため、例えば、運用の初期においてはヒータの温度を高く設定し、運用期間の経過とともにヒータの設定温度を下げていくように調整して、処理結果が一定になるように（例えば処理によって得られる膜厚が一定になるように）するなどの対処が必要であった。また、サセプタカバー３００を運用初期の状態に戻すためにはサセプタカバー３００を新品に交換する必要があり、交換費用がかさんでしまう場合もある。
本実施形態では、サセプタカバー３００は、サセプタ２１７の上面に配置され、少なくとも基板２００が載置される側の表面（上面）に第１厚さＴ１のシリコン酸化層（Ｓｉ酸化層、ＳｉＯ２層）３００ｂを有する（図７）。なお、図７における層厚は、誇張して描かれている。第１厚さＴ１とは、例えば０．４５μｍ～１０μｍ、より好適には１μｍ～２μｍ、さらに好適には１．２μｍ～２μｍである。なお、サセプタカバー３００の上面を「表（おもて）面」、下面を「裏面」と言い換えることもできる。
Ｓｉ酸化層３００ｂの厚さが大きいほど、処理室２０１内において実行される酸化処理の時間に対する、Ｓｉ酸化層３００ｂの厚さの増大速度が低下する。そのため、第１厚さＴ１を大きくするほど、基板の酸化処理に伴うサセプタカバー３００の表面の酸化層厚さの変化による放射率の変動を抑制することができる。具体的には、第１厚さＴ１が少なくとも０．４５μｍ以上の厚さのＳｉ酸化層３００ｂを形成することにより、酸化層厚さの増大速度を低下させる有意な効果を得ることができる。第１厚さＴ１が０．４５μｍよりも小さい場合、基板処理時間に対するＳｉ酸化層３００ｂの厚さの増大速度を低下させる有意な効果が得られない可能性がある。また、好適には第１厚さＴ１が１μｍ以上の厚さのＳｉ酸化層３００ｂを形成することにより、基板処理時間に対する酸化層厚さの増大速度を実用的な程度まで確実に低下させることができる。第１厚さＴ１が１μｍよりも小さい場合、特に処理温度を６００℃以上とするような条件においては、基板処理時間に対するＳｉ酸化層３００ｂの厚さの増大速度を十分に低下させる効果が得られない可能性がある。
図８は、酸化処理時間と酸化膜圧との関係を示す線図である。上述のように、酸化層厚さの増大速度を実用的な程度まで確実に低下させるには、第１厚さＴ１が、この線図が飽和傾向を示す層厚以上であることが望ましい。なお、Ｓｉ酸化層３００ｂの厚さが２μｍを超える場合、酸化速度の抑制効果はほぼ飽和するため、Ｓｉ酸化層３００ｂを形成するコストや時間等を考慮すると、その厚さは２μｍ以下とすることが望ましい。また、Ｓｉ酸化層３００ｂの厚さが１０μｍを超える場合、実用的な時間でＳｉ酸化層３００ｂを形成することが困難となる。そのため、Ｓｉ酸化層３００ｂの厚さは１０μｍ以下とすることが望ましい。
Ｓｉ酸化層３００ｂは、サセプタカバー３００の上面のうち、少なくとも基板２００に面する部分の全体（全面）に亘って形成されている。また、より望ましくは、Ｓｉ酸化層３００ｂは、サセプタカバー３００の上面の全体（すなわち、基板２００に面していない部分も含むサセプタカバー３００の上面の全体）に亘って形成されている。これは、サセプタカバー３００から基板２００への放射熱を基板面方向において均一に伝達するために好適である。また、Ｓｉ酸化層３００ｂは、当該表面の面方向において、均一な厚さとなるように形成されている。Ｓｉ酸化層３００ｂの厚さムラによってサセプタカバー３００の面内で放射率分布にバラつきが生じるため、第１厚さＴ１は、少なくとも基板２００に面する部分の全体に亘って、より望ましくは、サセプタカバー３００の上面の全体に亘って均一であることが望ましい。
また、サセプタカバー３００は、基板２００が載置される側の表面（上面）だけではなく、サセプタ２１７に対向する側の表面（下面）にもＳｉ酸化層３００ｃを有することにより、基板の酸化処理に伴ってサセプタカバー３００の下面において、上面と同様に酸化反応によるＳｉ酸化層の増大が生じる場合であっても、酸化層の厚さの増大速度を低下させることができる。したがって、本実施形態の様に、基板の酸化処理に伴ってサセプタカバー３００の下面においてＳｉ酸化層の増大が生じる場合であっても、基板の酸化処理に伴うサセプタカバー３００の表面のＳｉ酸化層厚さの変化による放射率の変動を抑制することができる。
具体的には、サセプタカバー３００は、サセプタ２１７に対向する側の表面（下面）に、第２厚さＴ２のＳｉ酸化層３００ｃを有している（図７）。これにより、サセプタカバー３００の下面側の放射率変化による影響を低減することができる。第２厚さＴ２とは、例えば０．４５μｍ～１０μｍ、より好適には１μｍ～２μｍ、さらに好適には例えば１．２μｍ～２μｍである。少なくとも０．４５μｍ以上の厚さのＳｉ酸化層３００ｃを形成することにより、酸化層厚さの増大速度を低下させる有意な効果を得ることができる。第２厚さＴ２が０．４５μｍよりも小さい場合、基板処理時間に対するＳｉ酸化層３００ｃの厚さの増大速度を低下させる有意な効果が得られない可能性がある。また、好適には１μｍ以上の厚さのＳｉ酸化層３００ｃを形成することにより、基板処理時間に対する酸化層厚さの増大速度を実用的な程度まで確実に低下させることができる。第２厚さＴ２が１μｍよりも小さい場合、特に処理温度を６００℃以上とするような条件においては、基板処理時間に対するＳｉ酸化層３００ｃの厚さの増大速度を十分に低下させる効果が得られない可能性がある。また、酸化層厚さの増大速度を実用的な程度まで確実に低下させるには、第２厚さＴ２は、図８の線図が飽和傾向を示す層厚以上であることが望ましい。なお、Ｓｉ酸化層３００ｃの厚さが２μｍを超える場合、酸化速度の抑制効果はほぼ飽和するため、Ｓｉ酸化層３００ｃを形成するコストや時間等を考慮すると、その厚さは２μｍ以下とすることが望ましい。また、Ｓｉ酸化層３００ｃの厚さが１０μｍを超える場合、実用的な時間でＳｉ酸化層３００ｃを形成することが困難となる。そのため、Ｓｉ酸化層３００ｃの厚さは１０μｍ以下とすることが望ましい。
基板処理に酸素（Ｏ）含有ガスが用いられる場合などでは、Ｏ含有ガスに晒されやすいサセプタカバー３００の上面側の方が基板処理時の酸化が進みやすいため、第１厚さＴ１の方が第２厚さＴ２より大きいことが望ましい。一方で、基板処理で使用するガス種の違いや運用の違い等の条件によっては、サセプタヒータ２１７ｂにサセプタカバー３００の下面側の方が、酸化が進みやすい場合もある。その場合、第２厚さＴ２の方が第１厚さＴ１より大きいことが望ましい。なお、サセプタカバー３００の両面に同時に酸化層形成処理を施す場合は、第１厚さＴ１と第２厚さＴ２は同等としてもよい。
また、サセプタ２１７の上面部２１７ｄは、サセプタヒータ２１７ｂから放射される放射光の赤外線成分を透過可能な材料により構成することができる。このような材料として、例えば透明石英を用いることができる。この場合、サセプタ２１７が、サセプタヒータ２１７ｂから放射される放射光の赤外線成分を透過しない不透明材料で構成されている場合に比べて、サセプタカバー３００が放射熱により加熱される比率が大きい。したがって、時間経過による放射率の変化を抑制可能な本開示に係るサセプタカバー３００は、サセプタ２１７（より具体的には上面部２１７ｄ）がヒータから放射される放射光の赤外線成分を透過可能な材料で構成される場合においてより好適に用いることができる。
Ｓｉ酸化層３００ｂ，３００ｃは、本装置又は本装置とは異なる加熱装置を用いて、例えば次の方法により形成することができる。
・処理室内にサセプタカバーを搬入後、処理室内に酸化ガスを供給する。その際、サセプタカバーの上面と下面のいずれにも均一な厚さでＳｉ酸化層が形成されるように、両面が均等に酸化ガスに曝されるようサセプタカバーを配置することが望ましい。
・酸化ガスの供給を継続しながら、ヒータによりサセプタカバーを加熱する。Ｓｉ酸化層を形成する期間を短縮するためには、例えば基板処理時よりも高い温度で加熱することが望ましい。
なお、酸化ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）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、オゾン（Ｏ３）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いることができる。酸化ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。また、酸化ガスとして大気を用いることができる。
この方法により、サセプタカバー表面に１μｍ以上の厚さのＳｉ酸化層を、サセプタカバーの基板載置面の方向に亘って均一に形成することができる。サセプタカバー上に基板を載置した状態で行われる酸化処理に伴ってサセプタカバー表面に形成されるＳｉ酸化層は、載置された基板の影響や処理内容によって、サセプタカバーの基板載置面の方向に亘って均一に形成されないことがある。そのため、サセプタカバー表面に形成するＳｉ酸化層は、この方法のように、サセプタカバー上に基板を載置しない状態でサセプタカバー表面を酸化処理することにより形成することが望ましい。
図５、図６に示すように、サセプタカバー３００における基板２００が載置される側の面（上面）には、第１の高さＤ１の基板支持部３００ｄが形成されている。この基板支持部３００ｄにより、サセプタカバー３００と基板２００との間に第１の高さＤ１の隙間が形成されるようになっている。第１の高さＤ１は、０．１～５ｍｍであり、例えば１ｍｍとしてもよい。基板支持部３００ｄは、第２貫通孔３００ａの位置よりも外側に形成され、例えばサセプタカバー３００の外周に沿って延設されている。基板支持部３００ｄより径方向内側は、基板支持部３００ｄに対する凹部３００ｅとされている。
これにより、サセプタカバー３００の上面側に基板２００を載置した場合、基板２００と凹部３００ｅとの間に隙間が形成されるようになっている。このように、サセプタカバー３００の上面側に隙間空間が存在する場合、基板処理中にサセプタカバー３００の上面が隙間空間に存在する酸化ガスに曝されるため、該上面における酸化が進みやすくなる。そのため、該上面側にＳｉ酸化層３００ｂを予め形成しておくことは、当該隙間空間がない場合に比べて酸化を抑制する点でより有効である。また、当該隙間空間が存在することにより、サセプタカバー３００と基板２００とが直接接触することによる熱伝導よりも、サセプタカバー３００から基板２００に対する熱放射の割合が大きくなるため、該上面側にＳｉ酸化層３００ｂを予め形成しておくことは、熱放射の時間経過による変化を抑制する点でより有効である。
また、基板２００の裏面とサセプタカバー３００の上面との間に所定高さのギャップ（隙間）を予め形成しておくことで、基板２００の歪みやサセプタカバー３００の上面の歪みなどが生じた場合であっても、隙間空間を介して、サセプタヒータ２１７ｂからの熱を基板面方向において均一に基板２００に伝達することができる。
基板支持部３００ｄ上に基板２００を載置したとき、例えば基板支持部３００ｄの上面に付着していた異物等が基板２００の裏面に付着してしまう場合がある。また、例えば基板２００と基板支持部３００ｄとの間に気体が挟み込まれ、基板２００が横滑りしてしまう場合がある。基板裏面に所定高さの隙間（凹部３００ｅ）が形成されるように基板支持部３００ｄを設けることにより、基板２００の裏面への異物の付着及び基板２００の横滑りを抑制することが可能である。
また、サセプタカバー３００におけるサセプタ２１７に対向する側の面（下面）には、第２の高さＤ２の凹部３００ｆが形成されている。この凹部３００ｆにより、サセプタ２１７とサセプタカバー３００との間に第２の高さＤ２の隙間が形成されるようになっている。第２の高さＤ２は、０．１～５ｍｍであり、例えば１ｍｍとしてもよい。凹部３００ｆは、サセプタカバー３００の径方向において、例えば第２貫通孔３００ａの位置よりも内側に形成されている。
これにより、サセプタカバー３００をサセプタ２１７の上に載置した場合、サセプタカバー３００とサセプタ２１７との間に隙間が形成されるようになっている。このように、サセプタカバー３００の下面側に隙間空間が存在する場合、基板処理中にサセプタカバー３００の下面が隙間空間に存在する酸化ガスに曝されるため、該下面における酸化が進みやすくなる。そのため、該下面側にＳｉ酸化層３００ｃを予め形成しておくことは、隙間空間がない場合に比べて酸化を抑制する点でより有効である。また、当該隙間空間が存在することにより、サセプタカバー３００とサセプタ２１７とが直接接触することによる熱伝導よりも、サセプタ２１７からサセプタカバー３００に対する熱放射の割合が大きくなるため、該下面側にＳｉ酸化層３００ｃを予め形成しておくことは、熱放射の時間経過による変化を抑制する点でより有効である。
また、サセプタヒータ２１７ｂが内蔵されたサセプタ２１７とサセプタカバー３００の間に所定高さのギャップ（隙間）を予め形成しておくことで、サセプタカバー３００やサセプタ２１７の上面の歪みや表面凹凸が生じた場合であっても、隙間空間を介して、サセプタヒータ２１７ｂからの熱を基板面方向において均一にサセプタカバー３００に伝達することができる。
本実施形態によれば、装置の運用期間の経過に伴うサセプタカバー３００の放射率の変化を抑制して、基板温度の変化を抑制することができる。これによって、基板処理装置の長期運用に伴い生じる、基板２００上に形成される酸化層の層厚の変化（すなわち、基板処理結果の変化）を小さくすることができる。また、基板２００に形成される酸化層の層厚が一定になるように温度調整を行う回数が減る。更には、炭化シリコン製のサセプタカバー３００を新品に交換する頻度も少なくなる。
（処理ガス供給部）
処理容器２０３内に処理ガスを供給する処理ガス供給部１２０は、以下のように構成される。
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、ガス供給ヘッド２３６が設けられている。ガス供給ヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
ガス導入口２３４には、Ｏ含有ガスとしてのＯガスを供給するＯ含有ガス供給管２３２ａと、水素（Ｈ）含有ガスを供給するＨ含有ガス供給管２３２ｂと、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｃと、が合流するように接続されている。Ｏ含有ガス供給管２３２ａには、Ｏ含有ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。Ｈ含有ガス供給管２３２ｂには、Ｈ含有ガス供給源２５０ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｃには、不活性ガス供給源２５０ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃが設けられている。Ｏ含有ガス供給管２３２ａとＨ含有ガス供給管２３２ｂと不活性ガス供給管２３２ｃとが合流した供給管２３２の下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガス導入口２３４に接続されている。
主に、ガス供給ヘッド２３６、Ｏ含有ガス供給管２３２ａ、Ｈ含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃ、バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２５３ｃ、２４３ａにより、本実施形態に係る処理ガス供給部１２０（ガス供給系）が構成されている。
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内の雰囲気を排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。
主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係る排気部が構成されている。尚、真空ポンプ２４６を排気部に含めても良い。
（プラズマ生成部）
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、螺旋状の共振コイルにより構成された電磁界発生電極２１２が設けられている。電磁界発生電極２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、及び高周波電源２７３のインピーダンスや出力周波数の整合を行う整合器２７４が接続される。電磁界発生電極２１２は、処理容器２０３の外周面と離間して該外周面に沿って配置され、高周波電力（ＲＦ電力）が供給されることにより、処理容器２０３内に電磁界を発生させるように構成されている。すなわち、本実施形態の電磁界発生電極２１２は、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）方式の電極である。
高周波電源２７３は、電磁界発生電極２１２にＲＦ電力を供給するものである。ＲＦセンサ２７２は高周波電源２７３の出力側に設けられ、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。ＲＦセンサ２７２によってモニタされた反射波電力は整合器２７４に入力され、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２から入力された反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２７３のインピーダンスや出力されるＲＦ電力の周波数を制御するものである。
電磁界発生電極２１２としての共振コイルは、所定の波長の定在波を形成するため、一定の波長で共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、この共振コイルの電気的長さは、高周波電源２７３から供給される高周波電力の所定周波数における１波長の整数倍に相当する長さに設定される。
電磁界発生電極２１２としての共振コイルの両端は電気的に接地され、そのうちの少なくとも一端は、可動タップ２１３を介して接地される。共振コイルの他端は、固定グランド２１４を介して設置される。さらに、共振コイルのインピーダンスを微調整するため、共振コイルの接地された両端の間には、可動タップ２１５によって給電部が構成される。
遮蔽板２２３は、電磁界発生電極２１２としての共振コイルの外側の電界を遮蔽するために設けられる。
（制御部）
制御部としてのコントローラ２９１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ電力調整機構２７６を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３及び整合器２７４を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ～２５２ｃ及びバルブ２５３ａ～２５３ｃ、２４３ａを、それぞれ制御するように構成されている。
図２に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２９１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２９１ｂ、記憶装置２９１ｃ、Ｉ／Ｏポート２９１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２９１ｂ、記憶装置２９１ｃ、Ｉ／Ｏポート２９１ｄは、内部バス２９１ｅを介して、ＣＰＵ２９１ａ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２９１には、たとえばタッチパネルやディスプレイ等として構成された入出力装置２９２が接続されている。
記憶装置２９１ｃは、たとえばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２９１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプログラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２９１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプログラムレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。
Ｉ／Ｏポート２９１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ～２５２ｃ、バルブ２５３ａ～２５３ｃ、２４３ａ、２４３ｂ、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣ２４２、真空ポンプ２４６、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、整合器２７４、サセプタ昇降機構２６８、ヒータ電力調整機構２７６、等に接続されている。
ＣＰＵ２９１ａは、記憶装置２９１ｃからの制御プログラムを読み出して実行するとともに、入出力装置２９２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２９１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２９１ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、Ｉ／Ｏポート２９１ｄ及び信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２の開度調整動作、バルブ２４３ｂの開閉動作、及び真空ポンプ２４６の起動・停止を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８の昇降動作を、信号線Ｃを通じてヒータ電力調整機構２７６によるサセプタヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作（温度調整動作）を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４の開閉動作を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、整合器２７４及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ～２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ～２５３ｃ、２４３ａの開閉動作を、信号線Ｇを通じてヒータ電力調整機構２７６による上部ヒータ２８０への供給電力量調整動作（温度調整動作）等を制御することが可能なように構成されている。
コントローラ２９１は、外部記憶装置２９３に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置２９１ｃや外部記憶装置２９３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。
（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、主に図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。本実施形態に係る基板処理工程は、たとえばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程（半導体装置の製造方法）の一工程として、上述の基板処理装置１００により実施される。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２９１により制御される。
なお、本実施形態に係る基板処理工程で処理される基板２００の表面にはシリコンの層があらかじめ形成されている。本実施形態においては、当該シリコン層に対して、プラズマを用いた処理として酸化処理を行う。
（基板搬入工程Ｓ１１０）
まず、サセプタ昇降機構２６８が基板２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の第１貫通孔２１７ａ及びサセプタカバー３００の第２貫通孔３００ａに基板突上げピン２６６を貫通させる。続いて、ゲートバルブ２４４を開き、処理室２０１に隣接する真空搬送室から、基板搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内に基板２００を搬入する。搬入された基板２００は、サセプタカバー３００の表面から突出した基板突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。そして、サセプタ昇降機構２６８がサセプタ２１７を上昇させることにより、基板２００はサセプタカバー３００の上面に支持される。
（昇温・真空排気工程Ｓ１２０）
続いて、処理室２０１内に搬入された基板２００の昇温を行う。ここで、サセプタヒータ２１７ｂはあらかじめ、たとえば５００～１０００℃の範囲内の所定値にまで昇温されており、サセプタ２１７上に保持された基板２００をサセプタヒータ２１７ｂから発生する熱により所定の温度まで加熱する。ここでは、基板２００の温度がたとえば７００℃となるように加熱される。また、基板２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を所定の値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ１６０が終了するまで作動させておく。
（反応ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、反応ガスとして、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａ及び２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ａ及び２５２ｂにて流量制御しながら、処理室２０１内へＯ含有ガス及びＨ含有ガスの供給を開始する。
また、処理室２０１内の圧力が所定の値となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内の排気を制御する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程Ｓ１４０の終了時までＯ含有ガス及びＨ含有ガスの供給を継続する。
Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）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、オゾン（Ｏ３）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いることができる。Ｏ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
また、Ｈ含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ２）ガス、重水素（Ｄ２）ガス、Ｈ２Ｏガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス等を用いることができる。Ｈ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、電磁界発生電極２１２に対して高周波電源２７３から高周波電力の印加を開始する。これにより、Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスが供給されているプラズマ生成空間２０１ａ内に高周波電界が形成され、かかる電界により、プラズマ生成空間の電磁界発生電極２１２の電気的中点に相当する高さ位置に、最も高いプラズマ密度を有するドーナツ状の誘導プラズマが励起される。プラズマ状のＯ含有ガス及びＨ含有ガスを含む処理ガスはプラズマ励起されて解離し、酸素を含む酸素ラジカル（酸素活性種）や酸素イオン、水素を含む水素ラジカル（水素活性種）や水素イオン、等の反応種が生成される。
基板処理空間２０１ｂでサセプタ２１７上に保持されている基板２００には、誘導プラズマにより生成されたラジカルと加速されない状態のイオンが基板２００の表面に均一に供給される。供給されたラジカル及びイオンは表面のシリコン層と均一に反応し、シリコン層をステップカバレッジが良好なシリコン酸化層へと改質する。
その後、所定の処理時間、たとえば１０～１０００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ａ及び２５３ｂを閉めて、Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程Ｓ１４０が終了する。
（真空排気工程Ｓ１５０）
Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内のガスを処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室と同じ圧力に調整する。
（基板搬出工程Ｓ１６０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７を基板２００の搬送位置まで下降させ、基板突上げピン２６６上に基板２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、基板搬送機構を用いて基板２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
このように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上記基板処理装置１００を用いた半導体装置の製造方法であって、サセプタカバー３００上に基板２００を載置する工程と、サセプタヒータ２１７ｂにより基板２００を加熱する工程と、酸素を含有するガスを基板２００に供給して基板２００に酸化膜を形成する工程と、を有する。
（サセプタ及びサセプタカバーの補足）
サセプタヒータ２１７ｂ自体は、２枚の部材で構成されるサセプタ２１７の内部に配置されているので、サセプタ２１７を介した熱伝導及び熱放射により基板２００が加熱される。なお、サセプタヒータ２１７ｂは１枚の部材で構成されるサセプタ２１７の下面に接して設けられることとしてもよい。この場合も、サセプタ２１７を介した熱伝導及び熱放射により基板２００が加熱される。いずれの場合も、サセプタヒータ２１７ｂは、当該サセプタヒータ２１７ｂから放射される直接放射光が、サセプタ２１７を介してサセプタカバー３００又は基板２００の少なくとも何れかに照射されるような位置に設けられている。
［他の実施形態］
以上、本開示の実施形態の一例について説明したが、本開示の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
上記の実施形態では、基板上に形成された膜に対して、酸素を含む反応ガスのプラズマを用いて酸化処理を行う例について説明した。しかし本開示に係る技術はこれに限られず、ＳｉＣにより形成されたサセプタカバー上に載置された基板に対する基板処理の過程において、サセプタカバーの表面が酸化される処理において好適に適用可能である。例えば、サセプタカバー上に載置された基板面上に酸化剤を用いて膜を堆積させる処理を行う場合や、当該基板面上に形成された膜を、酸化剤を含むガスによりエッチングする処理を行う場合などに、本開示に係るサセプタカバーを用いることができる。
２０２０年３月２５日に出願された日本国特許出願２０２０－５５１６５号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (15)

  1. 基板が収容される処理室と、
    前記処理室内に設けられ、ヒータにより加熱される基板載置台と、
    前記基板載置台の上面の上に配置され、上面に前記基板が載置されるように構成される基板載置台カバーと、を備え、
    前記基板載置台カバーは、炭化シリコンで構成され、少なくとも前記基板が載置される側の表面に所定の第１厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台カバーは、前記基板載置台の上面に対向する側の表面に、第２厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台カバーの前記基板が載置される側の面には、前記基板が載置される側の面の少なくとも一部と前記基板の裏面との間に第１の高さの隙間が形成されるように、その上面で前記基板を支持するよう構成された基板支持部が設けられ、
    前記基板載置台カバーの前記基板載置台に対向する側の面には、前記基板載置台に対向する側の面の少なくとも一部と前記基板載置台の上面との間に第２の高さの隙間が形成されるように凹部が設けられている、基板処理装置。
  2. 前記ヒータは、前記基板載置台の内部に設けられている、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記シリコン酸化層は、前記基板が載置される側の表面のうち、少なくとも前記基板に面する部分の全面に形成されている請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記シリコン酸化層は、前記基板が載置される側の表面の全面に形成されている請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記シリコン酸化層は、前記基板が載置される側の表面において、均一な厚さとなるように形成されている請求項３又は請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記第１厚さは１μｍ以上である請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 前記第１厚さは、前記第２厚さよりも大きい請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記第２厚さは、前記第１厚さよりも大きい請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 前記基板載置台は、前記ヒータから放射される放射光の赤外線成分を透過可能な材料により構成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  10. 前記基板載置台は、透明石英により構成されている請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記基板載置台カバーは、前記基板載置台に対して着脱可能に設けられる、請求項１に記載の基板処理装置。
  12. 前記処理室内に酸素含有ガスを供給するよう構成されるガス供給部と、
    前記基板載置台カバー上に前記基板が載置された状態で、前記処理室内に前記酸素含有ガスを供給するように前記ガス供給部を制御可能に構成された制御部と、
    を備えた請求項１に記載の基板処理装置。
  13. 処理室内で基板を支持しヒータにより加熱される基板載置台の上面の上に配置されて、上面に基板が載置されるように構成され、
    炭化シリコンで構成され、少なくとも前記基板が載置される側の表面に所定の第１厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台の上面に対向する側の表面に、第２厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板が載置される側の面には、前記基板が載置される側の面の少なくとも一部と前記基板の裏面との間に第１の高さの隙間が形成されるように、その上面で前記基板を支持するよう構成された基板支持部が設けられ、
    前記基板載置台に対向する側の面には、前記基板載置台に対向する側の面の少なくとも一部と前記基板載置台の上面との間に第２の高さの隙間が形成されるように凹部が設けられている、基板載置台カバー。
  14. 処理室内でヒータにより加熱される基板載置台の上面の上に配置されて、上面に基板が載置されるように構成された基板載置台カバー上に前記基板を載置する工程と、
    前記ヒータにより前記基板載置台カバー上に載置された前記基板を加熱する工程と、
    酸素を含有するガスを前記基板に供給して前記基板上に酸化膜を形成する工程と、
    を有し、
    前記基板載置台カバーは、炭化シリコンで構成され、少なくとも前記基板が載置される側の表面に所定の第１厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台の上面に対向する側の表面に、第２厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台カバーの前記基板が載置される側の面には、前記基板が載置される側の面の少なくとも一部と前記基板の裏面との間に第１の高さの隙間が形成されるように、その上面で前記基板を支持するよう構成された基板支持部が設けられ、
    前記基板載置台カバーの前記基板載置台に対向する側の面には、前記基板載置台に対向する側の面の少なくとも一部と前記基板載置台の上面との間に第２の高さの隙間が形成されるように凹部が設けられている、半導体装置の製造方法。
  15. 処理室内でヒータにより加熱される基板載置台の上面の上に配置されて、上面に基板が載置されるように構成された基板載置台カバー上に前記基板を載置する手順と、
    前記ヒータにより前記基板載置台カバー上に載置された前記基板を加熱する手順と、
    酸素を含有するガスを前記基板に供給して前記基板上に酸化膜を形成する手順と、
    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であって、
    前記基板載置台カバーは、炭化シリコンで構成され、少なくとも前記基板が載置される側の表面に所定の第１厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台カバーは、前記基板載置台の上面に対向する側の表面に、第２厚さのシリコン酸化層を有し、
    前記基板載置台カバーの前記基板が載置される側の面には、前記基板が載置される側の面の少なくとも一部と前記基板の裏面との間に第１の高さの隙間が形成されるように、その上面で前記基板を支持するよう構成された基板支持部が設けられ、
    前記基板載置台カバーの前記基板載置台に対向する側の面には、前記基板載置台に対向する側の面の少なくとも一部と前記基板載置台の上面との間に第２の高さの隙間が形成されるように凹部が設けられている、プログラム。
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