JP7418603B2 - シール構造、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

本開示は、シール構造、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
フラッシュメモリ等の半導体装置の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。
例えば、特開２０１４－７５５７９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。処理室の上部には、ガス供給部が設けられ、反応ガスを処理室内へ供給できるように構成されている。
基板処理装置には、処理装置内のガスの混合やガスのリークなどを防ぐためのシール構造が設けられることがある。しかし、基板処理装置に設けられるヒータから放出される熱がシール構造の封止材に多く伝わることは、封止材の耐熱性の観点から望ましくない。
本開示の目的は、ヒータの熱による封止材の加熱を抑制することにある。
本開示の一態様によれば、ヒータによって加熱される第１部材と、前記第１部材と対向して配置された第２部材との間を封止するシール構造であって、前記第１部材と接触して配置された放熱用の金属プレートと、前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、を有し、前記金属プレート及び前記封止材により前記第１部材と前記第２部材との間を封止するシール構造が提供される。
本開示によれば、ヒータの熱による封止材の加熱を抑制することができる。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の概略断面図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置の制御部（制御手段）の構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。 本開示の一実施形態に係るシール構造を示す拡大断面図である。 本開示の一実施形態に係るシール構造の変形例を示す拡大断面図である。
以下、本開示を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、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。
（１）基板処理装置の構成
本開示の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。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例えば酸化処理を行うように構成されている。基板処理装置１００は、処理室２０１と、ヒータと、第１部材としてのプレート１００４と、マニホールド１００６と、シール構造１０００と、を備えている。
ヒータは、処理室２０１内を加熱するように構成されている。ヒータは、例えば、後述するランプヒータ１００２と、サセプタ２１７に設けられるヒータ２１７ｂである。ヒータ２１７ｂは、例えばヒータ２１７ｂ自身の電気抵抗により発熱する抵抗ヒータである。
プレート１００４は、後述する第１ガス供給部及び第２ガス供給部を構成する部位である。このプレート１００４は、例えばランプヒータ１００２と、基板としてのウエハ２００の処理室２０１との間に設けられ、ランプヒータ１００２からの輻射熱を処理室２０１内に透過する部材である。プレート１００４の少なくとも一部は、例えば非金属の透明材料である石英（透明石英）で構成されている。
マニホールド１００６は、プレート１００４と対向して配置されている。プレート１００４とマニホールド１００６は、互いに非接触に配置されている。これにより、プレート１００４が石英部材であり、マニホールド１００６が金属部材である場合に、両者の接触によってプレート１００４が破損することを防止することができる。
シール構造１０００は、プレート１００４とマニホールド１００６の間を封止する構造である。
（処理室）
基板処理装置１００は、基板としてのウエハ２００をプラズマを用いて処理する処理炉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、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）または石英（ＳｉＯ2）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）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。ゲートバルブ２４４は、開いているとき、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１内へウエハ２００を搬入したり、処理室２０１外へとウエハ２００を搬出したりすることができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となるように構成されている。
処理室２０１は、周囲に共振コイル２１２が設けられているプラズマ生成空間２０１ａと、プラズマ生成空間２０１ａに連通し、ウエハ２００が処理される基板処理空間２０１ｂ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、共振コイル２１２の下端より上方であって、且つ共振コイル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、共振コイル２１２の下端より下方の空間を言う。本実施形態では、プラズマ生成空間２０１ａと基板処理空間２０１ｂの水平方向の径は略同一となるように構成されている。
（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板載置部（基板載置台）を構成するサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は例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から形成されている。
サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃から７５０℃程度まで加熱することができるように構成されている。
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。インピーダンス調整電極２１７ｃはサセプタ２１７内部に設けられており、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７５を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７５はコイルや可変コンデンサにより構成されており、コイルのインダクタンス及び抵抗並びに可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンスを変化させることができるように構成されている。これによって、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できる。なお、本実施形態においてインピーダンス調整電極２１７ｃを用いたバイアス電圧制御を行うか、もしくは行わないかは任意に選択することができる。
サセプタ２１７には、サセプタ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には貫通孔２１７ａが設けられるとともに、下側容器２１１の底面にはウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６は互いに対向する位置に、少なくとも各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、ウエハ突上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。
主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂ、電極２１７ｃにより、本実施形態に係る基板載置部が構成されている。
（第１ガス供給部）
以下において、第１ガス供給部から供給されるガスを第１ガスと称する。処理室２０１の中央上方には、プレート１００４が設けられている。図４に示されるように、プレート１００４の周縁には、マニホールド１００６が、プレート１００４と上下方向に対向して配置されている。
図４に示されるように、プレート１００４は、処理容器２０３の上方の開口部２０３ａの端縁２０３ｂに載置されている。具体的には、プレート１００４の周縁にはフランジ部１００４ｆが形成されており、該フランジ部１００４ｆが端縁２０３ｂに係止されることで、プレート１００４が端縁２０３ｂに載置されている。プレート１００４のうち、フランジ部１００４ｆを除く主な部分は、開口部２０３ａを塞ぐように配置されている。
マニホールド１００６は、処理容器２０３の上に取り付けられている。マニホールド１００６と処理容器２０３の間は、Ｏリング１０１４により封止されている。マニホールド１００６の上方には、例えば透明石英で構成された蓋部１０１２が設けられている。マニホールド１００６と蓋部１０１２の間は、Ｏリング１０１６により封止されている。蓋部１０１２の上には、ランプヒータ１００２が設けられている。ランプヒータ１００２からの輻射熱は、蓋部１０１２及びプレート１００４を通じて処理室２０１内に届くようになっている。
プレート１００４は、ランプヒータ１００２及びヒータ２１７ｂにより加熱される。また、接触する処理容器２０３からの熱伝導等によって間接的に加熱される場合もある。また、後述するプラズマ生成部により生成されるプラズマによって加熱され場合もある。
プレート１００４のフランジ部１００４ｆと、処理容器２０３と、マニホールド１００６と、後述する金属プレート１００８とにより、第１ガスが供給される第１バッファ空間１０１８が区画されている。第１バッファ空間１０１８は、プレート１００４の周囲に環状に形成されている。基板処理時には、第１バッファ空間１０１８は減圧された空間となる。第１バッファ空間１０１８には、マニホールド１００６に形成されたガス導入路１０２０を通じて第１ガスが供給されるようになっている。また、プレート１００４には第１ガス吹出し孔１０２２が形成されており、第１ガス吹出し孔１０２２を通じて第１バッファ空間１０１８から処理室２０１内に第１ガスを供給できるようになっている。
ガス導入路１０２０には、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、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。酸素含有ガス供給管２３２ａには、酸素含有ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、水素含有ガス供給源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。酸素含有ガス供給管２３２ａと水素含有ガス供給管２３２ｂと不活性ガス供給管２３２ｃとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガス導入路１０２０の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａを開閉させ、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、酸素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃを介して、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
主に、第１ガス吹出し孔１０２２、酸素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る第１ガス供給部（第１ガス供給系）が構成されている。第１ガス供給部は、処理室２０１内に、酸素を含有する酸化種源としてのガスを供給するよう構成されている。
（第２ガス供給部）
以下において、第２ガス供給部から供給されるガスを第２ガスと称する。図１に示されるように、蓋部１０１２と、プレート１００４と、マニホールド１００６と、後述する金属プレート１００８（図４）とにより、第２ガスが供給される第２バッファ空間１０２８が区画されている。基板処理時には、第２バッファ空間１０２８は減圧された空間となる。第２バッファ空間１０２８には、マニホールド１００６に形成されたガス導入路１０３０を通じて第２ガスが供給されるようになっている。プレート１００４の中央部には、第２ガス吹出し口１００４ａが形成されており、第２ガス吹出し口１００４ａを通じて第２バッファ空間１０２８から処理室２０１内に第２ガスを供給できるようになっている。
ガス導入路１０３０には、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ｄの下流端と、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｅの下流端と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｆと、が合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２ｄには、酸素含有ガス供給源２５０ｄ、ＭＦＣ２５２ｄ、バルブ２５３ｄが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ｅには、水素含有ガス供給源２５０ｅ、ＭＦＣ２５２ｅ、バルブ２５３ｅが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｆには、不活性ガス供給源２５０ｆ、ＭＦＣ２５２ｆ、バルブ２５３ｆが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ｄと水素含有ガス供給管２３２ｅと不活性ガス供給管２３２ｆとが合流した下流側には、バルブ２４３ｃが設けられ、ガス導入路１０３０の上流端に接続されている。バルブ２５３ｄ，２５３ｅ，２５３ｆ，２４３ｃを開閉させ、ＭＦＣ２５２ｄ，２５２ｅ，２５２ｆによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、酸素含有ガス供給管２３２ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給管２３２ｆを介して、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
主に、第２ガス吹出し口１００４ａ、酸素含有ガス供給管２３２ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２５２ｄ，２５２ｅ，２５２ｆ、バルブ２５３ｄ，２５３ｅ，２５３ｆ，２４３ｃにより、本実施形態に係る第２ガス供給部（第２ガス供給系）が構成されている。第２ガス供給部は、処理室２０１内に、水素を含有する水素濃度を調整するための水素濃度調整ガスを供給するよう構成されている。
第２ガス供給部は、処理室２０１の内壁に沿ったプラズマ生成空間２０１ａ（後述）内の第１の領域である外周領域に、第２ガスを供給するよう構成されている。また、第１ガス供給部は、外周領域に囲まれた領域であって、プラズマ生成空間２０１ａ内の第２の領域である中央領域に、第１ガスを供給するよう構成されている。
第１ガス供給部と第２ガス供給部によれば、第１ガスおよび第２ガスそれぞれについて、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合比（流量比）やその総流量を調整することが可能である。よって、処理室２０１内の外周領域と中央領域との各領域に供給される酸素含有ガスと水素含有ガスの混合比やその総流量を調整することが可能である。
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応ガスなど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、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ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、ＡＰＣバルブ２４２、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、高周波電極としての、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、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。
高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力（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。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高周波電力の周波数を制御する。
共振コイル２１２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、共振コイル２１２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。
具体的には、印加する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外形などを勘案し、共振コイル２１２は、例えば、８００ｋＨｚ～５０ＭＨｚ、０．１～５ＫＷの高周波電力が印加され、２００～５００ｍｍのコイル直径とされ、プラズマ生成空間２０１ａの外周側に２～６０回程度巻回される。なお、本明細書における「８００ｋＨｚ～５０ＭＨｚ」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。例えば、「８００ｋＨｚ～５０ＭＨｚ」とは「８００ｋＨｚ以上５０ＭＨｚ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
遮蔽板２２３は、共振コイル２１２の外側の電界を遮蔽するために設けられる。
主に、共振コイル２１２、ＲＦセンサ２７２、整合器２７４により、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。尚、プラズマ生成部として高周波電源２７３を含めても良い。
かかる構成により、共振コイル２１２に高周波電力が供給されることにより、共振コイル２１２に近傍であって、処理室２０１の内周に沿った領域にリング状のプラズマが生成される。すなわち、このリング状のプラズマは処理室２０１内の外周領域内に生成される。特に本実施形態では、共振コイル２１２の電気的中点が位置する高さ、すなわち共振コイル２１２の上端と下端の中間高さ位置にこのリング状のプラズマが生成される。
（シール構造）
図４において、シール構造１０００は、プレート１００４（第１部材）とマニホールド１００６（第２部材）の間を封止する構造であり、金属プレート１００８と、樹脂製の封止材としてのＯリング１０１０とを有している。この金属プレート１００８とＯリング１０１０により、プレート１００４とマニホールド１００６の間が封止されている。プレート１００４のフランジ部１００４ｆは、金属プレート１００８と接触する接触部でもある。マニホールド１００６は、例えば金属部材である。
なお、Ｏリング１０１０を形成する樹脂材料としては、シリコンゴムやフッ素ゴム等のゴム素材が例示されるが、ゴム素材に限らず、封止材として機能する弾性を有する他の樹脂材料を用いることもできる。また、本形態では封止材としてＯリングを用いているが、封止材として機能する形状であれば、リング形状に限らず、板状や棒状など、他の形状であってもよい。
金属プレート１００８は環状に形成され、Ｏリング１０１０から離れた位置でマニホールド１００６に接触して固定されている。具体的には、例えば金属製のボルト１０２４により、マニホールド１００６に固定されている。ボルト１０２４の中心部は、ねじ穴内の真空引きを可能とするため、軸方向に貫通している。図示の例では、金属プレート１００８とマニホールド１００６との間にシールスペーサ１０２６が配置されている。この場合でも、金属プレート１００８とマニホールド１００６とが、ボルト１０２４を介して接触している。金属プレート１００８、マニホールド１００６及びボルト１０２４は、何れも金属部材であるので、金属プレート１００８の熱がボルト１０２４を介してマニホールド１００６に伝わるようになっている。また、金属プレート１００８は、Ｏリング１０１０から離れた位置でマニホールド１００６に接触して固定されているため、金属プレート１００８からマニホールド１００６に伝わった熱により、Ｏリング１０１０が加熱されることを防ぐことができる。
プレート１００４が石英部材である場合の破損防止のため、金属プレート１００８は薄い方が望ましい。具体的には、金属プレート１００８の厚さは、例えば０．１～１．０ｍｍの範囲の所定の値である。金属プレート１００８の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、プレート１００４やボルト１０２４との接触により金属プレート１００８自体が破損する可能性が高まるとともに、マニホールド１００６及びボルト１０２４に熱を伝導させて、Ｏリング１０１０の温度上昇を抑制することが困難となる。０．１ｍｍ以上とすることにより、金属プレート１００８自体が破損することを防止できるとともに、Ｏリング１０１０の温度上昇を抑制することが可能となる。金属プレート１００８の厚さが１．０ｍｍを超える場合、金属プレート１００８の弾性が小さくなるため、接触する石英部材であるプレート１００４を破損させる可能性がある。１．０ｍｍ以下とすることにより、金属プレート１００８の弾性を維持し、プレート１００４の破損を抑制することができる。また、金属プレート１００８は、アルミニウム、ニッケル合金、ステンレスの少なくともいずれかにより形成されてもよい。
なお、シールスペーサ１０２６は、省略されていてもよい。この場合、金属プレート１００８がマニホールド１００６に直接面状に接触するので、金属プレート１００８の熱がマニホールド１００６に伝わり易い。
Ｏリング１０１０は、金属プレート１００８が設けられていない場合、主に（ａ）ランプヒータ１００２及びヒータ２１７ｂの少なくともいずれかから放射され、プレート１００４及び処理容器２０３の少なくともいずれかを透過した輻射熱、（ｂ）加熱されたプレート１００４及び処理容器２０３の少なくともいずれかから放射される輻射熱、（ｃ）加熱されたプレート１００４との接触面から伝わる伝導熱、などにより加熱される。
金属プレート１００８は、ヒータ２１７ｂとＯリング１０１０の間に配置され、Ｏリング１０１０を、下方からＯリング１０１０へ向けて直接又は間接的に放射されるヒータ２１７ｂの輻射熱から遮蔽するように配置されている。また、金属プレート１００８は、Ｏリング１０１０を、ランプヒータ１００２（図１）からＯリング１０１０へ向けて直接又は間接的に放射される輻射熱を遮蔽するように配置されている。すなわち、金属プレート１００８は、上述の熱源（ａ）及び（ｂ）からＯリングを遮蔽するように配置されている。
マニホールド１００６は、冷却機構により冷却されている。具体的には、マニホールド１００６には、冷却機構としての冷媒流路１０３２が設けられており、冷媒流路１０３２に冷媒を流すことにより、マニホールド１００６の熱を除去できるようになっている。したがって、金属プレート１００８の熱は、マニホールド１００６を介して効率的に除去される。すなわち、金属プレート１００８は、上述の熱源（ｃ）からＯリング１０１０を絶縁するように配置されている。
なお、図５に示されるように、プレート１００４は、例えば内周部１００４ｂと、外周部１００４ｃとが組み合わされて構成されていてもよい。内周部１００４ｂは、例えば透明石英で構成された透明部である。外周部１００４ｃは筒状又はリング状に形成され、処理容器２０３の開口部２０３ａの端縁２０３ｂに係止されるように載置されている。内周部１００４ｂは円板状に形成され、外周部１００４ｃの段差部１００４ｄに接触して配置されている。外周部１００４ｃは、金属プレート１００８と接触する接触部でもある。
また、外周部１００４ｃは、ランプヒータ１００２の輻射熱の透過を妨げる不透明材料、例えば不透明石英で構成された不透明部である。接触部である外周部１００４ｃを不透明材料で構成することにより、外周部１００４ｃを透過して金属プレート１００８やＯリング１０１０、マニホールド１００６に到達する輻射熱を低減することができる。また、不透明部を金属プレート１００８と接触させることにより、輻射熱により加熱された不透明部によってＯリング１０１０が加熱されることを防ぐことができる。
（制御部）
制御部としてのコントローラ２２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２、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及びインピーダンス可変機構２７５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～２５２ｆ及びバルブ２５３ａ～２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｃを、それぞれ制御することが可能な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２２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、内部バス２２１ｅを介して、ＣＰＵ２２１ａ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２２１には、例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２２２が接続されている。
記憶装置２２１ｃ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２２１ｃ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２２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来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。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、プログラム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、ＲＡＭ２２１ｂは、ＣＰＵ２２１ａ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２２１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ～２５２ｆ、バルブ２５３ａ～２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣバルブ２４２、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、インピーダンス可変機構２７５、ヒータ電力調整機構２７６、等に接続されている。
ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃからの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２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２２１ｃ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、ＣＰＵ２２１ａ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２２１ｄ及び信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２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によるヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作や、インピーダンス可変機構２７５によるインピーダンス値調整動作を、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～２５２ｆによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ～２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｃの開閉動作、等を制御するように構成されている。
コントローラ２２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２３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２２１ｃや外部記憶装置２２３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。本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（半導体装置の製造方法）
半導体装置の製造方法は、基板処理装置１００の処理室２０１に基板を搬入する工程（例えば図３の基板搬入工程Ｓ１１０）と、ヒータとしてのランプヒータ１００２等によりウエハ２００を加熱する工程（例えば図３の昇温・真空排気工程Ｓ１２０）と、を有する。
基板処理装置１００は、ウエハ２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内を加熱するように構成されたランプとしてのランプヒータ１００２と、ランプヒータ１００２によって加熱される第１部材としてのプレート１００４と、プレート１００４と対向して配置されたマニホールド１００６と、プレート１０００とマニホールド１００６の間を封止するシール構造１０００と、を備えている。シール構造１０００は、プレート１０００と接触して配置された放熱用の金属プレート１００８と、金属プレート１００８とマニホールド１００６とに接触して配置された樹脂製の封止材としてのＯリング１０１０と、を有し、プレート１０００とマニホールド１００６との間が、金属プレート１００８及びＯリング１０１０により封止されている。
（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、上述の基板処理装置１００を用いて、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ２００の表面に形成された膜を酸化して酸化膜を形成する方法の例について説明する。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２２１により制御される。
（基板搬入工程Ｓ１１０）
まず、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入して収容する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ貫通孔２１７ａから突出した状態となる。
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、ウエハ搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。搬入されたウエハ２００は、ウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。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、ウエハ２００はサセプタ２１７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内に搬入されたウエハ２００の昇温を行う。ヒータ２１７ｂは予め加熱されており、ヒータ２１７ｂが埋め込まれたサセプタ２１７上にウエハ２００を保持することで、例えば１５０～７５０℃の範囲内の所定値にウエハ２００を加熱する。また、ランプヒータ１００２によっても処理室２０１が加熱される。また、ウエハ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。
このとき、図４に示されるように、シール構造１０００における金属プレート１００８とＯリング１０１０により、プレート１００４とマニホールド１００６の間が封止されている。したがって、ランプヒータ１００２等のヒータによって加熱されるプレート１００４とＯリング１０１０との間に金属プレート１００８が配置されているので、ヒータ及びプレート１００４からＯリング１０１０への輻射熱を遮蔽し、Ｏリング１０１０の温度上昇やそれに伴う劣化を抑制することができる。
また、金属プレート１００８は環状に形成され、Ｏリング１０１０から離れた位置でマニホールド１００６に接触して固定されている。したがって、金属プレート１００８の熱をマニホールド１００６に伝導させて、金属プレート１００６の温度上昇を抑制することができる。
更に、マニホールド１００６は、冷却機構により冷却されている。したがって、マニホールド１００６と接触するＯリング１０１０と金属プレート１００８を冷却して、Ｏリング１０１０の温度上昇を抑制することができる。
また、シール構造１００は、第１バッファ空間１０１８と第２バッファ空間１０２８を減圧した場合において好適に用いることができる。金属プレート１００８を用いることで封止可能な圧力が低下する場合であっても、第１バッファ空間１０１８と第２バッファ空間１０２８を減圧（真空）空間とすることにより、第１バッファ空間１０１８と第２バッファ空間１０２８の間でのガスのリークを防ぎ、分離を維持することができる。
（反応ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、第１ガス供給部から処理室２０１の外周領域に、酸素を含有する酸化種源ガスである第１ガスとして、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａ及びバルブ２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御しながら、ガス吹出口２３９を介して処理室２０１内へ第１ガスの供給を開始する。
酸素含有ガスとしては、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。酸素含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。また、水素含有ガスとしては、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。水素含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。なお、酸素含有ガスとしてＨ２Ｏガスを用いる場合は、水素含有ガスとしてＨ２Ｏガス以外のガスを用いることが好ましく、水素含有ガスとしてＨ２Ｏガスを用いる場合は、酸素含有ガスとしてＨ２Ｏガス以外のガスを用いることが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができ、この他、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御を行うことにより、第１ガスの総流量および第１ガスの組成（特に水素の含有率）の少なくとも一方が調整される。本実施形態では、水素含有ガスと酸素含有ガスの混合比（流量比）を変えることで第１ガスの組成を容易に調整することが可能である。
このとき、第１ガスの総流量を、例えば１０００～１００００ｃｃｍとし、第１ガス中の酸素含有ガスの流量を、例えば２０～４０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、第１ガス中の水素含有ガスの流量を、例えば２０～１０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。第１ガスに含まれる水素含有ガスと酸素含有ガスの含有比率は、０：１００～９５：５の範囲の所定の値とする。
処理室２０１の外周領域であって、後述するプラズマ処理工程Ｓ１４０において形成されるリング状のプラズマが生成される領域に対して直接第１ガスを供給することが望ましい。
同時に、第２ガス供給部から処理室２０１の中央領域に、水素濃度調整ガスである第２ガスとしての酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ｄ及びバルブ２５３ｅを開け、ＭＦＣ２５２ｄ及びＭＦＣ２５２ｅにて流量制御しながら、ガス供給リング３００に設けられたガス吹出孔３０３を介して処理室２０１内へ第２ガスの供給を開始する。
ＭＦＣ２５２ｄ及びＭＦＣ２５２ｅにて流量制御を行うことにより、第２ガスの総流量および第２ガスの組成（特に水素の含有率）の少なくとも一方が調整される。第１ガスと同様に、水素含有ガスと酸素含有ガスの混合比を変えることで第２ガスの組成を容易に調整することが可能である。
このとき、第２ガスの総流量を、第１ガスの総流量と同等又はそれ以下であって、例えば１００～５０００ｓｃｃｍとし、第２ガス中の酸素含有ガスの流量を、例えば０～５０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、第２ガス中の水素含有ガスの流量を、例えば０～５０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。本実施形態では、第２ガスに含まれる水素含有ガスの比率（すなわち第１ガスの水素含有率）を０～１００％の範囲内の所定値とする。第２ガスの総流量は、第１ガスと同等、又はそれ以下であることが好ましい。
（水素の濃度分布制御）
本工程においては、第１ガス、第２ガスのそれぞれについて、流量および水素含有率の少なくとも一方を制御することにより、処理室２０１内の水素濃度分布を制御することが可能である。水素濃度分布は、後述するプラズマ処理工程における酸化種の密度分布が所望のものとなるように制御される。第２ガスの水素含有率は、第１ガスの水素含有率と異なるように調整されることが望ましい。第１ガスとは水素含有率が異なる第２ガスを用いることにより、第１ガスと第２ガスの流量をそれぞれ制御して、処理室２０１内の水素濃度分布を調整することが容易になる。
処理室２０１内の圧力は、例えば５～２６０Ｐａの範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２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の終了時まで第１ガスおよび第２ガスの供給を継続する。
（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、共振コイル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、第１ガスが供給されているプラズマ生成空間２０１ａ内に高周波電磁界が形成され、係る電磁界により、プラズマ生成空間の共振コイル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リング状の誘導プラズマが励起される。プラズマ状の第１ガスは解離し、Ｏを含むＯラジカルやヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）等の酸素ラジカル、原子状酸素（Ｏ）、Ｏ3、酸素イオン等の酸化種が生成される。
本工程において、第１ガスは、プラズマが第２のプラズマ密度で生成される領域であるプラズマ生成領域に供給される。本実施形態では、共振コイル２１２に近い処理室２０１内の外周領域内であって、リング状のプラズマが励起される領域であるプラズマ生成領域に対して第１ガスが供給され、主に第１ガスがプラズマ励起されることによって、上述の酸化種が生成される。
一方、本工程において、第２ガスは、プラズマが第１のプラズマ密度よりも低い第２のプラズマ密度で生成される領域、又はプラズマが生成されない領域（第２のプラズマ密度が実質的に０である領域）であるプラズマ非生成領域に供給される。すなわち、第２ガスは、第１ガスとはプラズマの密度が異なる領域に供給される。本実施形態では特に、リング状のプラズマの内側に形成されるプラズマ非生成領域に第２ガスが供給される。
（酸化種の密度分布制御）
ここで、プラズマによって生成された酸化種は、雰囲気中の水素と反応するとその酸化種としての能力（酸化能力）を失うか、又は低下させる（すなわち失活する）。そのため、酸化種が存在する雰囲気中の水素濃度に応じて、その雰囲気中における酸化種の密度（濃度）の減衰速度（減衰量）が変化する。水素濃度が高いほど酸化種の減衰量は増大し、水素濃度が低いほど酸化種の減衰量は低下する。
本実施形態では、プラズマ生成領域で生成された酸化種がプラズマ非生成領域において拡散する際に、プラズマ非生成領域中の水素と反応して徐々に失活していく。したがって、プラズマ非生成領域で拡散する酸化種の密度は、当該領域内の水素濃度によってその減衰量が調整されうる。すなわち、プラズマ非生成領域における酸化種の密度分布は、当該領域内の水素濃度分布を制御することによって任意に調整されうる。
具体的には、上述の反応ガス供給工程において、プラズマ非生成領域に主に供給される第２ガスの流量又は水素の含有率の少なくともいずれかを調整することにより、当該領域内におけるウエハ２００の面内方向における水素濃度分布を制御する。そして、この水素濃度分布を制御することにより、ウエハ２００の上方空間で拡散する酸化種の密度分布を調整する。このようにしてウエハ２００の面内方向における密度分布が調整された酸化種がウエハ２００表面に供給される。
その後、所定の処理時間、例えば１０～９００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，２５３ｂ，２５３ｄ，２５３ｅを閉めて、第１ガス及び第２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）
第１ガス及び第２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内の酸素含有ガスや水素含有ガス、これらガスの反応により発生した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣバルブ２４２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）
その後、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、ウエハ搬送機構を用いてウエハ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。
［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。
２０２０年９月２３日に出願された日本国特許出願２０２０－１５９１０７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 (20)

  1. ヒータによって加熱される第１部材と、前記第１部材と対向して配置された第２部材との間を封止するシール構造であって、
    前記第１部材と接触して配置された金属プレートと、
    前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、
    を有し、
    前記金属プレートは、前記封止材から離れた位置で前記第２部材に接触して固定され、
    前記金属プレート及び前記封止材により前記第１部材と前記第２部材との間を封止するシール構造。
  2. 第２部材は冷却機構により冷却されている請求項１に記載のシール構造。
  3. 金属プレートは、前記ヒータから前記封止材への輻射熱を遮蔽するように配置されている請求項１に記載のシール構造。
  4. 前記ヒータはランプヒータを含む、請求項１～３の何れか１項に記載のシール構造。
  5. 前記ヒータは抵抗ヒータを含む、請求項４に記載のシール構造。
  6. 前記第１部材は、前記ヒータと基板の処理室との間に設けられ、前記ヒータからの輻射熱を処理室内に透過するプレートにより構成されている、請求項１～５の何れか１項に記載のシール構造。
  7. 前記第１部材は、前記プレートと、前記金属プレートと接触する接触部とにより構成されている、請求項６に記載のシール構造。
  8. ヒータによって加熱される第１部材と、前記第１部材と対向して配置された第２部材との間を封止するシール構造であって、
    前記第１部材と接触して配置された金属プレートと、
    前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、
    を有し、
    前記金属プレート及び前記封止材により前記第１部材と前記第２部材との間を封止し、
    前記第１部材の上方に形成され第１ガスが供給される第１バッファ空間と、第１部材と第２部材の間に形成され第２ガスが供給される第２バッファ空間との間を封止するように構成されている、シール構造。
  9. 前記シール構造は、減圧された前記第１バッファ空間と減圧された前記第２バッファ空間との間を封止するように構成されている、請求項８に記載のシール構造。
  10. 前記第１部材と前記第２部材は、互いに非接触に配置されている、請求項１～９の何れか１項に記載のシール構造。
  11. 前記第２部材は金属で構成されている、請求項１～１０の何れか１項に記載のシール構造。
  12. 前記第１部材は非金属で構成されている、請求項１～１１の何れか１項に記載のシール構造。
  13. 前記第１部材の少なくとも一部は、透明材料で構成されている、請求項１２に記載のシール構造。
  14. 前記第１部材は、前記ヒータの輻射熱を透過する透明材料で形成された透明部と、前記ヒータの輻射熱の透過を妨げる不透明材料で形成された不透明部と、によって構成される、請求項１３に記載のシール構造。
  15. 前記金属プレートは前記不透明部と接触するように配置されている、請求項１４に記載のシール構造。
  16. 前記金属プレートの厚さは、０．１～１．０ｍｍの範囲の所定の値である、請求項１～１５の何れか１項に記載のシール構造。
  17. 基板を処理する処理室と、
    前記処理室内を加熱するように構成されたヒータと、
    前記ヒータによって加熱される第１部材と、
    前記第１部材と対向して配置された第２部材と、
    前記第１部材と第２部材の間を封止するシール構造と、を備え、
    前記シール構造は、
    前記第１部材と接触して配置された金属プレートと、
    前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、
    を有し、
    前記金属プレートは、前記封止材から離れた位置で前記第２部材に接触して固定され、
    前記第１部材と前記第２部材との間が、前記金属プレート及び前記封止材により封止されている、基板処理装置。
  18. 基板を処理する処理室と、
    ヒータによって加熱される第１部材と、前記第１部材と対向して配置された第２部材と、前記第１部材と接触して配置された金属プレートと、前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、を備え、前記金属プレート及び前記封止材により前記第１部材と前記第２部材との間を封止するシール構造と、
    を有し、
    前記シール構造は、前記第１部材の上方に形成され第１ガスが供給される第１バッファ空間と、第１部材と第２部材の間に形成され第２ガスが供給される第２バッファ空間との間を封止するように構成されている、基板処理装置。
  19. 基板処理装置の処理室に基板を搬入する工程と、
    ヒータにより前記基板を加熱する工程と、
    を有し、
    前記基板処理装置は、
    前記ヒータによって加熱される第１部材と、
    前記第１部材と対向して配置された第２部材と、
    前記第１部材と第２部材の間を封止するシール構造と、を備え、
    前記シール構造は、
    前記第１部材と接触して配置された金属プレートと、
    前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、
    を有し、
    前記金属プレートは、前記封止材から離れた位置で前記第２部材に接触して固定され、
    前記第１部材と前記第２部材との間が、前記金属プレート及び前記封止材により封止されている、半導体装置の製造方法。
  20. 基板処理装置の処理室に基板を搬入する工程と、
    ヒータにより前記基板を加熱する工程と、
    を有し、
    前記基板処理装置は、
    前記ヒータによって加熱される第１部材と、
    前記第１部材と対向して配置された第２部材と、
    前記第１部材と第２部材の間を封止するシール構造と、を備え、
    前記シール構造は、
    前記第１部材と接触して配置された金属プレートと、
    前記金属プレートと前記第２部材とに接触して配置された樹脂製の封止材と、
    を有し、
    前記第１部材と前記第２部材との間が、前記金属プレート及び前記封止材により封止され、
    更に前記処理室内に第１ガスと第２ガスを供給する工程を有し、
    前記シール構造は、前記第１部材の上方に形成され第１ガスが供給される第１バッファ空間と、前記第１部材と前記第２部材の間に形成され第２ガスが供給される第２バッファ空間との間を封止するように構成されている、半導体装置の製造方法。
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