JP7408772B2 - 基板処理装置、排気装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、排気装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法及びプログラム Download PDF

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裕久 山崎
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Description

本開示は、基板処理装置、排気装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
半導体製造装置の成膜プロセスにおいては、様々な液体原料が使用される。成膜プロセスにおいては、ＣＶＤ、ＡＬＤ等の手法によって気化された成膜原料が、反応室へ供給され、排気配管を通して真空ポンプにて除害装置へ排気される。その過程においては、成膜原料の材料特性によって、成膜原料の液化、熱分解、成膜反応による副生成物の発生等、様々な障害が発生する可能性がある。
特に、真空ポンプでは、副生成物の堆積によって内部のローター機構が停止する場合があるので、成膜原料を捕捉するトラップ機構を反応室と真空ポンプ間に設けることがある。しかし、トラップ機構は、成膜原料を捕捉しやすくするため、複雑な構造をとり、排気コンダクタンスが小さくなる傾向となる。
特開２０１２－１７４７２５号公報
上述したように、液体原料や副生成物等を捕集するために反応室と真空ポンプ間にトラップ機構を設置するため、排気コンダクタンスを大きくすると、捕集効率が低下する。また、逆に捕集効率を高くするため、排気コンダクタンスを小さくすると、ポンプ排気性能を低下させるといった相反の関係となる。そのため、液体原料に対しては十分な捕集効率が得られない、または排気コンダクタンスが小さくなるという課題がある。
本開示の目的は、捕集効率の低下を抑えると共にポンプ排気性能の低下を抑える技術を提供することにある。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室内から金属含有ガス成分を含む排気ガスを排気する排気部と、を有し、
前記排気部は、ガス排気管と、前記処理室内を排気するポンプと、該ポンプを補助する補助ポンプと、前記ポンプと前記補助ポンプとの間に設けられ、プラズマにより前記金属含有ガス成分を捕集するためのトラップ部と、
を備える技術が提供される。
本開示によれば、捕集効率の低下を抑えると共にポンプ排気性能の低下を抑えることができる。
本開示の実施形態に好適に用いられる基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 図１のＡ－Ａ線における垂直断面図である。 本開示の実施形態に好適に用いられるトラップを説明するための概略縦断面図である。 本開示の実施形態に好適に用いられるコントローラ構成を示す図である。 本開示の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用して金属酸化膜を製造するプロセスを説明するためのフローチャートである。 本開示の好ましい実施の形態の基板処理装置を使用して金属酸化膜を製造するプロセスを説明するためのタイミングチャートである。
（１）基板処理装置の構成
以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。
以下、本開示の好ましい実施の形態の基板処理装置について図面を参照しながら説明する。この基板処理装置は、一例として、半導体装置（半導体デバイス）としてのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の製造方法における基板処理工程としての成膜工程を実施する半導体製造装置として構成されている。
図１に示されているように、基板処理装置が備える処理炉２０２は、加熱手段（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の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が設けられる。
反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には基板支持具としてのボート２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。
回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップを貫通して、ボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることで基板としてのウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
シールキャップ２１９には断熱部材としての石英キャップ２１８を介してボート２１７が立設されている。石英キャップ２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを保持する保持体となっている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて管軸方向に多段に支持されるように構成されている。
処理室２０１であって反応管２０３の下部には、ノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂ、が反応管２０３を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ、ノズル２４９ｂにはガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂがそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル２４９ａ、２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられており、処理室２０１内へ複数の種類のガスを供給することができるように構成されている。また、後述のように、ガス供給管２３２ａ、ガス供給管２３２ｂには、それぞれ不活性ガス供給管２３２ｃ、２３２ｅ等が接続されている。
ガス供給管２３２ａには上流方向から順に、気化装置（気化手段）であり液体原料を気化して原料ガスとしての気化ガスを生成する気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ２７２ａ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。バルブ２４３ａを開けることにより、気化器２７１ａ内にて生成された気化ガスがノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
ガス供給管２３２ａにはＭＦＣ２４１ａとバルブ２４３ａの間に、後述のガス排気管２３１に接続されたベントライン２３２ｄが接続されている。このベントライン２３２ｄには開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられており、後述の原料ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２４３ｄを介して原料ガスをベントライン２３２ｄへ供給する。
バルブ２４３ａを閉め、バルブ２４３ｄを開けることにより、気化器２７１ａにおける気化ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内への気化ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。気化ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、バルブ２４３ａとバルブ２４３ｄの切り替え動作によって、処理室２０１内への気化ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。
さらにガス供給管２３２ａには、バルブ２４３ａの下流側に不活性ガス供給管２３２ｃが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。ガス供給管２３２ａ、不活性ガス供給管２３２ｃ、ベントライン２３２ｄにはヒータ１５０を取り付けて、再液化を防止している。
ガス供給管２３２ａの先端部には、上述のノズル２４９ａが接続されている。ノズル２４９ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２４９ａはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。
ノズル２４９ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。図２に示すように、ガス供給孔２５０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
主に、ガス供給管２３２ａ、ベントライン２３２ｄ、バルブ２４３ａ、２４３ｄ、ＭＦＣ２４１ａ、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ２７２ａ、ノズル２４９ａにより第１の処理ガス供給系が構成される。少なくとも、ノズル２４９ａにより第１ガス供給部が構成される。また主に、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより第１の不活性ガス供給系が構成される。
ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、オゾン（Ｏ３）ガスを生成する装置であるオゾナイザ５００、バルブ２４３ｆ、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｂ及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。ガス供給管２３２ｂの上流側は、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを供給する図示しない酸素ガス供給源に接続されている。
オゾナイザ５００に供給されたＯ２ガスは、オゾナイザ５００にて酸素含有ガスとしてＯ３ガスとなり、処理室２０１内に供給されるように構成されている。ガス供給管２３２ｂにはオゾナイザ５００とバルブ２４３ｆの間に、後述のガス排気管２３１に接続されたベントライン２３２ｇが接続されている。このベントライン２３２ｇには開閉弁であるバルブ２４３ｇが設けられており、後述のＯ３ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ２４３ｇを介して原料ガスをベントライン２３２ｇへ供給する。バルブ２４３ｆを閉め、バルブ２４３ｇを開けることにより、オゾナイザ５００によるＯ３ガスの生成を継続したまま、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。
酸素含有ガスとしてのＯ３ガスを安定して精製するには所定の時間を要するが、バルブ２４３ｆ、バルブ２４３ｇの切り替え動作によって、処理室２０１へのＯ３ガスの供給や停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。さらにガス供給管２３２ｂには、バルブ２４３ｂの下流側に不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この不活性ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。
ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述のノズル２４９ｂが接続されている。ノズル２４９ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２４９ｂはＬ字型のロングのノズルとして構成されている。
ノズル２４９ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。図２に示すように、ガス供給孔２５０ｂは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
主に、ガス供給管２３２ｂ、ベントライン２３２ｇ、オゾナイザ５００、バルブ２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、ノズル２４９ｂにより第２の処理ガス供給系が構成される。少なくとも、ノズル２４９ｂにより第２ガス供給部が構成される。また主に、不活性ガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
ガス供給管２３２ａからは、例えば、金属含有ガスとしての原料ガス、が第１の原料ガスとして、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、ガスフィルタ２７２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
ガス供給管２３２ｂには、酸素（Ｏ）原子を含むガス（酸素含有ガス）が供給され、オゾナイザ５００にて、例えば、Ｏ３ガス（第１の酸素含有ガス）となり、酸化ガス（酸化剤）として、バルブ２４３ｆ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂを介して処理室２０１内へ供給される。また、オゾナイザ５００にてＯ３ガスを生成せずに酸化ガス（第１の酸素含有ガス）としてＯ２ガスを処理室２０１内へ供給することも可能である。
不活性ガス供給管２３２ｃ、２３２ｅからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ、２４１ｅ、バルブ２４３ｃ、２４３ｅ、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、ノズル２４９ａ、２４９ｂを介して処理室２０１に供給される。
反応管２０３には、処理室２０１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及び圧力調整器（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２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。
尚、ＡＰＣバルブ２４４は弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、真空排気装置２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
真空排気装置２４６は、処理室２０１側から補助ポンプとしてのメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）９、成膜原料や副生成物を捕集するトラップ機構１０、ポンプとしてのドライポンプ（ＤＰ）１１の順に接続されて構成されている。ドライポンプ１１には除外装置１２が接続されている。ドライポンプ１１は大気を圧縮するので、圧縮熱が発生する。そのため、有機金属原料が反応して生成物が付着してしまう可能性がある。これに対して、メカニカルブースターポンプ９はドライポンプ１１に比べ、処理室２０１に近く真空に近いところで動作するので圧縮熱が発生しづらいため、有機金属原料は反応せずに通過する。よって、メカニカルブースターポンプ９とドライポンプ１１の間にトラップ機構１０を設けるのが好ましい。なお、トラップ機構１０とドライポンプ１１との間にメカニカルブースターポンプ９を設けてもよい。少なくとも、ガス排気管２３１、メカニカルブースターポンプ９、トラップ部１００、ドライポンプ１１により排気部（排気装置）が構成される。
図３に示すように、トラップ部１００は、排気ガスに含まれる金属含有ガスを捕集するトラップ機構１０と、プラズマを生成するプラズマ生成部１６と、プラズマ生成部１６に酸素含有ガスを供給するガス供給管（ガス供給部）１７と、前記プラズマ生成部１６に高周波電力を供給する高周波電源１８と、プラズマ生成部１６で活性化された活性種をトラップ機構１０に供給するガス供給管（ガス供給部）２１で構成される。トラップ機構１０は、酸素プラズマ方式を用い、成膜原料を流している間にラジカル酸化にて成膜原料や副生成物をトラップフィン１４に付着させて捕集する。ここで、トラップフィン１４の材質は、ステンレス、例えば、ＳＵＳ３１６であるのが好ましい。
処理室２０１内に、金属含有ガスが供給されると、プラズマ生成部１６に酸素含有ガス（第２の酸素含有ガス）として酸素（Ｏ２）ガス（Ｈ２Ｏ、Ｏ３でもよい）を第３ガス供給部としてのガス供給管１７から供給して、高周波電源１８から高周波電力（例えば、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を、０．５ＫＷ以上３．５ＫＷ以下の範囲内の電力）を印加すると、高周波電源１８に接続される電極１９と基準電位であるアースに接続され、接地される電極２０との間にプラズマが発生し、プラズマ状態に励起（活性化）された酸素ガス（プラズマ化して活性化され、活性種）が生成される。このプラズマを生成する手段は容量結合プラズマ（Capacitively Cpupled Plasma、略称：ＣＣＰ）である。
処理室２０１内から排気された未反応もしくは金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガス（金属含有ガス成分）を含む排気ガスが、トラップ機構１０のＩｎからトラップ機構１０内に供給される。プラズマ生成部１６で活性化された活性種をガス供給管２１を介してトラップ機構１０内に供給すると、活性種が金属含有ガス成分と反応し、トラップフィン１４に生成物が付着されることで、排気ガスから未反応もしくは金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガス成分が除去される。未反応もしくは金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガス成分が除去された排気ガスが、トラップ機構１０のＯｕｔからドライポンプ１１に排出される。これにより、ドライポンプ１１内での生成物の堆積を防止することができる。
プラズマを生成する手段としては、どのような方法を用いてもよく、例えば、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：略称：ＩＰＣ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron Resonance Plasma、略称：ＥＣＲプラズマ）、ヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Excited Plasma、略称：ＨＷＰ）、表面は波プラズマ（Surface Wave Plasma、略称：ＳＷＰ）等を用いてもよい。
成膜工程で使用される第１の酸素含有ガスと、トラップ部１００で使用される第２の酸素含有ガスは、同一のガスでも異なるガスでもよい。同一のガスの場合、成膜工程では多量のＯ３が必要となり、トラップ部１００で使用する量を確保することが難しい。そこで、異なるガスとして、プラズマにＯ２を用いることで、Ｏ３の消費を減らせることが可能となる。成膜工程で使用する量とトラップで使用する量を確保できれば、同一ガスとしてＯ３を用いる場合、オゾナイザを共通して用いることができるため、装置構成を簡略化することが可能となる。
排気ガスの温度は特に温度制御する必要はないが、排気配管を加熱して、排気ガスを加熱するようにしてもよい。そうすることで、有機金属原料と酸素プラズマとが更に反応しやすくなる。
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、図４に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ 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。また、コントローラ１２１には、後述するプログラムを記憶した外部記憶装置（記憶媒体）１２３が接続可能とされる。
記憶装置１２１ｃは、例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１２１ｃ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セスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。また、外部記憶装置１２３に制御プログラムやプロセスレシピ等を記憶させ、当該外部記憶装置１２３をコントローラ１２１に接続することにより、制御プログラムやプロセスレシピ等を記憶装置１２１ｃに格納させることもできる。
なお、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１２１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、このプロセス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。
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、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、オゾナイザ５００、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、メカニカルブースターポンプ９、ドライポンプ１１、高周波電源１８、ヒータ１５０、２０７、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。
ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピに従って、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、ヒータ１５０の温度調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００、オゾナイザ５００の制御、メカニカルブースターポンプ９、ドライポンプ１１、高周波電源１８の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５の昇降動作等の制御等が行われる。
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜を成膜するシーケンス例について、図５、図６を参照して説明する。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。
成膜方法として、例えば、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給する方法、また、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する方法がある。
まず、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（図５、ステップＳ１０１参照）、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に搬入（ボートロード）される（図５、ステップＳ１０２参照）。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
処理室２０１が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置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に基づきＡＰＣバルブ２４４が、フィードバック制御される（圧力調整）（図５、ステップＳ１０３参照）。
処理室２０１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（温度調整）（図５、ステップＳ１０３参照）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
次に、金属含有ガスと酸素含有ガスを処理室２０１に供給することにより絶縁膜である金属酸化膜を成膜する絶縁膜形成工程（図５、ステップＳ１０４参照）を行う。絶縁膜形成工程では次の４つのステップを順次実行する。
（絶縁膜形成工程）
＜ステップＳ１０５＞
ステップＳ１０５（図５、図６参照）では、まず金属含有ガスを流す。ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを開き、ベントライン２３２ｄのバルブ２４３ｄを閉じることで、気化器２７１ａ、ミストフィルタ３００およびガスフィルタ２７２ａを介してガス供給管２３２ａ内に金属含有ガスを流す。ガス供給管２３２ａ内を流れた金属含有ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整される。流量調整された金属含有ガスはノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａから処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。このとき、同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内に不活性ガスを流す。ガス供給管２３２ｃ内を流れた不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整される。流量調整された不活性ガスは金属含有ガスと一緒に処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。金属含有ガスを処理室２０１に供給することでウエハ２００と反応し、ウエハ２００上に金属含有含有層が形成される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１の圧力を、例えば５０～４００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御する金属含有ガスの供給流量は、例えば０．１～０．５ｇ/分の範囲内の流量とする。金属含有ガスをウエハ２００に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば３０～２４０秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１５０～２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
＜ステップＳ１０６＞
ステップＳ１０６（図５、図６参照）では、金属含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１への金属含有ガスの供給を停止し、金属含有ガスをベントライン２３２ｄへ流す。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空排気装置２４６により処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留する未反応もしくは金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガスを処理室２０１から排除する。尚、この時バルブ２４３ｃは開いたままとして、不活性ガスの処理室２０１への供給を維持する。これにより、処理室２０１に残留する未反応もしくは金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガスを処理室２０１から排除する効果を高める。また、処理室２０１内から排気された金属含有ガス（金属含有ガス成分）を含む排気ガスは、トラップ機構内１０に供給される。トラップ機構１０内に供給された金属含有ガス成分と活性種が反応し、トラップフィン１４に生成物が付着されることで、排気ガスから未反応もしくは金属含有含有層形成に寄与した後の金属含有ガス成分が除去される。
＜ステップＳ１０７＞
ステップＳ１０７（図５、図６参照）では、処理室２０１の残留ガスを除去した後、ガス供給管２３２ｂ内に酸素含有ガスを流す。ガス供給管２３２ｂ内を流れた、例えば、Ｏ２ガスは、オゾナイザ５００によりＯ３ガスとなる。ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｆ及びバルブ２４３ｂを開き、ベントライン２３２ｇのバルブ２４３ｇを閉めることで、ガス供給管２３２ｂ内を流れた酸素含有ガス（第２の酸素含有ガス）は、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時同時にバルブ２４３ｅを開き、不活性ガス供給管２３２ｅ内に不活性ガスを流す。不活性ガスガスは酸素含有ガスと一緒に処理室２０１に供給されつつガス排気管２３１から排気される。酸素含有ガスを処理室２０１に供給することにより、ウエハ２００上に形成された金属含有層と酸素含有ガスが反応して金属酸化層が形成される。
酸素含有ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１の圧力を、例えば５０～４００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば１０～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。酸素含有ガスにウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば６０～３００秒間の範囲内の時とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１０５と同様、ウエハ２００の温度が１５０～２５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
＜ステップＳ１０８＞
ステップＳ１０８（図５、図６参照）では、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、バルブ２４３ｇを開けて処理室２０１への酸素ガス（第２の酸素含有ガス）の供給を停止し、酸素含有ガスをベントライン２３２ｇへ流す。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空排気装置２４６により処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留する未反応もしくは酸化に寄与した後の酸素含有ガスを処理室２０１から排除する。尚、この時バルブ２４３ｅは開いたままとして、不活性ガスの処理室２０１への供給を維持する。これにより、処理室２０１に残留する未反応もしくは酸化に寄与した後の酸素ガスを処理室２０１から排除する効果を高める。
上述したステップＳ１０５～Ｓ１０８を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ１０９）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚の金属酸化膜を形成することができる。尚、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。これにより、ウエハ２００上に所望の金属酸化膜が形成される。
金属酸化膜を形成後、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、不活性ガス供給管２３２ｃの２４３ｃを開き、不活性ガス供給管２３２ｅの２４３ｅを開いて、処理室２０１に不活性ガスを流す。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が不活性ガスでパージされ、処理室２０１に残留するガスが処理室２０１から除去される（パージ、ステップＳ１１０）。その後、処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰、ステップＳ１１１）。
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に保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、ステップＳ１１２）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ、ステップＳ１１２）。
また、本開示は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本開示に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本開示に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
例えば、上述の実施形態では、金属含有ガスとしては、例えば、Ｚｒ（Ｏ－ｔＢｕ）４ガス、ＴＤＭＡＺ（テトラキスジメチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＭｅ２）４）ガス、ＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）Ｃ２Ｈ５］４）、ＴＤＥＡＺ（テトラキスジエチルアミノジルコニウム：Ｚｒ（ＮＥＴｔ２）４）ガス、Ｚｒ（ＭＭＰ）４ガス等を使用することができる。原料ガスとしては、例えば、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガス等の金属元素および炭素を含む有機金属原料ガスを用いることもできる。反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。
また、成膜工程で使用される酸素含有ガス（第１の酸素含有ガス）としては、Ｏ２ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガス等を用いることができる。
また、トラップ部１００で使用される酸素含有ガス（第２の酸素含有ガス）としては、Ｏ２ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガス等を用いることができる。
また、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスや、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。
また、上述の実施形態では、ウエハ２００上に膜を堆積させる例について説明した。しかしながら、本開示は、このような態様に限定されない。例えば、ウエハ２００上に形成された膜等に対して、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の処理を行う場合にも、好適に適用可能である。
また、本実施形態に係る基板処理装置のような半導体ウエハを処理する半導体製造装置などに限らず、ガラス基板を処理するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）製造装置にも適用することができる。
９…メカニカルブースターポンプ（補助ポンプ）
１０…トラップ機構
１１…ドライポンプ（ポンプ）
１００…トラップ部
２００…ウエハ（基板）
２０１…処理室
２３１…ガス排気管

Claims (19)

  1. 基板を処理する処理室と、
    前記処理室内に金属含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
    前記処理室内に第１の酸素含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
    ガス排気管と、プラズマにより排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するためのトラップ部と、が設けられ、前記処理室内から前記排気ガスを排気する排気部と、を備え、
    前記トラップ部は、前記排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するトラップ機構と、前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に第２の酸素含有ガスを供給する第３ガス供給部と、前記プラズマ生成部からのガスを前記トラップ機構に供給する第４ガス供給部と、を備える基板処理装置。
  2. 前記トラップ部は、前記処理室内を排気するポンプと、該ポンプを補助する補助ポンプとの間に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記プラズマ生成部は、前記第２の酸素含有ガスをプラズマにより活性化して前記第４ガス供給部を介して前記トラップ機構に供給する請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記プラズマ生成部に高周波電力を供給する高周波電源を備え、
    前記プラズマ生成部は、前記高周波電源に接続される電極と、基準電位であるアースに接続され、接地される電極と、を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記トラップ機構内で、前記金属含有ガス成分と前記プラズマ生成部で活性化された前記第２の酸素含有ガスとを反応させる請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記トラップ機構は、前記金属含有ガス成分を付着させるトラップフィンを有する請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 前記金属含有ガス成分と前記プラズマ生成部で活性化された第２の酸素含有ガスとを反応させて生成された生成物を前記トラップフィンに付着させる請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記トラップフィンは、ステンレスである請求項６又は請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記ポンプはドライポンプであり、前記補助ポンプはメカニカルブースターポンプである請求項２に記載の基板処理装置。
  10. 前記第１の酸素含有ガスと前記第２の酸素含有ガスが同一のガスである請求項２に記載の基板処理装置。
  11. 前記第１の酸素含有ガス及び前記第２の酸素含有ガスがともにオゾンである請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記第１の酸素含有ガスと前記第２の酸素含有ガスとが異なるガスである請求項１に記載の基板処理装置。
  13. 前記第１の酸素含有ガスが酸素であり、前記第２の酸素含有ガスがオゾンである請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記オゾンを発生させるオゾナイザを備える請求項１１又は請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. （ａ）前記第１ガス供給部から前記処理室内に金属含有ガスを供給する処理と、（ｂ）前記第２ガス供給部から前記処理室内に前記第１の酸素含有ガスを供給する処理と、を交互に行い、（ｃ）（ａ）の後に、前記金属含有ガス成分を含む排気ガスを排気する処理と、（ｄ）前記排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集する処理と、を行う請求項１に記載の基板処理装置。
  16. ガス排気管と、
    プラズマを用いて活性化された酸素含有ガスにより排気ガスに含まれる金属含有ガス成分を捕集するためのトラップ部と、が設けられ、処理室内から前記金属含有ガス成分を含む排気ガスを排気する排気部と、を備え、
    前記トラップ部は、前記排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するトラップ機構と、前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に第２の酸素含有ガスを供給する第３ガス供給部と、前記プラズマ生成部からのガスを前記トラップ機構に供給する第４ガス供給部と、を備える排気装置。
  17. 基板を処理する処理室と、前記処理室内に金属含有ガスを供給する第１ガス供給部と、前記処理室内に第１の酸素含有ガスを供給する第２ガス供給部と、ガス排気管と、プラズマにより排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するためのトラップ部と、が設けられ、前記処理室内から前記排気ガスを排気する排気部と、を備え、前記トラップ部は、前記排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するトラップ機構と、前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に第２の酸素含有ガスを供給する第３ガス供給部と、前記プラズマ生成部からのガスを前記トラップ機構に供給する第４ガス供給部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を収容する工程と、
    前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室から前記金属含有ガス成分を排気する工程と、
    前記トラップ部により前記金属含有ガス成分を捕集する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  18. 基板を処理する処理室と、前記処理室内に金属含有ガスを供給する第１ガス供給部と、前記処理室内に第１の酸素含有ガスを供給する第２ガス供給部と、ガス排気管と、プラズマにより排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するためのトラップ部と、が設けられ、前記処理室内から前記排気ガスを排気する排気部と、を備え、前記トラップ部は、前記排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するトラップ機構と、前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に第２の酸素含有ガスを供給する第３ガス供給部と、前記プラズマ生成部からのガスを前記トラップ機構に供給する第４ガス供給部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を収容する工程と、
    前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室から前記金属含有ガス成分を排気する工程と、
    前記トラップ部により前記金属含有ガス成分を捕集する工程と、
    を有する基板処理方法。
  19. 基板を処理する処理室と、前記処理室内に金属含有ガスを供給する第１ガス供給部と、前記処理室内に第１の酸素含有ガスを供給する第２ガス供給部と、ガス排気管と、プラズマにより排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するためのトラップ部と、が設けられ、前記処理室内から前記排気ガスを排気する排気部と、を備え、前記トラップ部は、前記排気ガスに含まれる前記金属含有ガス成分を捕集するトラップ機構と、前記プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に第２の酸素含有ガスを供給する第３ガス供給部と、前記プラズマ生成部からのガスを前記トラップ機構に供給する第４ガス供給部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を収容する手順と、
    前記処理室内に前記金属含有ガスを供給する手順と、
    前記処理室から前記金属含有ガス成分を排気する手順と、
    前記トラップ部により前記金属含有ガス成分を捕集する手順と、
    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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