JP7478832B2 - 基板処理装置、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
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Description
(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、処理容器203と、処理容器203の外周を覆う外側容器の一例としての遮蔽板1223と、ガス流路1000と、排気路1002と、調整弁の一例としてのダンパ1004と、第1の排気装置の一例としてのファン1010と、圧力センサ1006と、制御部としてのコントローラ221と、プラズマ生成部1008と、を備えている。
基板処理装置100は、ウエハ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を構成し、基板の一例としてのウエハ200を処理する処理容器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。
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としてのサセプタ217が配置されている。
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。バッファ室237は、ガス導入口234より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
下側容器211の側壁には、処理室201内から反応ガス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、上流側から順に圧力調整器(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1008は、外側容器としての遮蔽板1223と処理容器203の外周との間において処理容器203の外周に沿うように設けられ、高周波電力が供給されるように構成された電極としての共振コイル212により構成され、処理容器203内に供給されたガスをプラズマ励起する。
処理容器203の側面を覆う遮蔽板1223には、ガス流路1000に冷却(温度調整)のためのガスを取り込むためのガス導入口1223aが設けられている。ガス導入口1223aは、処理容器203の下端に対向する位置(即ち、本実施形態では遮蔽板1223の下端)の近傍に、処理容器203の周方向に沿って均等な間隔をもって複数設けられることが好ましい。また、ガス導入口1223aの形状は、円形や矩形に限らず、処理容器203の周方向に沿って1又は複数のスリットにより構成されていてもよい。ガス流路1000に取り込まれるガスは、大気から取り込んだ空気であってもよく、他のガス(例えば不活性ガス)であってもよい。
排気路1002は、ガス流路1000と連通しており、例えば遮蔽板1223の天井部と、第2排気装置の一例としてのブロア1020に接続されている。処理容器203が例えば円筒形に形成されている場合、処理容器203の外周に形成されたガス流路1000を処理容器の円周方向において均等に排気するため、排気路1002は、遮蔽板1223の天井部の中央に接続することが好ましい。ブロア1020は、工場等の施設に設けられる共用の排気設備であり、様々な設備からの排気を担っている。ブロア1020からの排気は、例えば大気開放されるようになっている。
圧力センサ1006は、外側容器としての遮蔽板1223の内側に設けられ、該内側の圧力を測定するセンサである。すなわち、圧力センサ1006は、ガス流路1000内の圧力を測定するセンサである。図1に示されるように、排気路1002が遮蔽板1223の上面に接続されている場合、圧力センサ1006は、遮蔽板1223内であって排気路1002の鉛直下方に設けられてもよい。換言すれば、圧力センサ1006は、ガス流路1000と排気路1002との接続部分(排気路1002の鉛直下方空間であって処理容器203の上方空間)に設けられている。
調整弁の一例としてのダンパ1004は、例えばバタフライバルブであり、排気路1002のコンダクタンス(排気の流れ易さの度合い)を調整可能に構成されている。調整弁をコンダクタンス変更手段と言い換えることもできる。
第1の排気装置の一例としてのファン1010は、排気路1002上であって、ダンパ1004の下流に設けられた、例えば軸流ファンである。図1に示される例では、ファン1010は、排気路1002上におけるダンパ1004の下流側の近傍に設けられている。ファン1010の回転は、コントローラ221によりインバータ制御される。
制御部としてのコントローラ221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~252c及びバルブ253a~253c,243a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。
本実施形態によれば、処理容器203の温度変動や、排気路1002の先に接続されたブロア1020での圧力変動が生じる場合であっても、安定した風量で処理容器203の周囲の空間を排気(即ち、ガス導入口1223aから処理容器203の周囲の空間内に取り込まれたガスを排気)し、処理容器203の温度を安定的に維持することができる。具体的には、ファン1010により、ブロア1020での圧力変動をファン1010で補償することで、排気風量を安定的に維持することができる。
半導体装置の製造方法は、上記した基板処理装置100を用い、処理容器203を加熱する工程と、処理容器203内にウエハ200を搬入する工程と、処理容器203内にガスを供給する工程と、ウエハ200をプラズマ処理する工程と、を有する。
プログラムは、基板処理装置100を用いて半導体装置を製造するプログラムであって、処理容器203を加熱する手順(例えば図3の予備加熱工程S100)と、処理容器203内にウエハ200を搬入する手順(例えば図3の基板搬入工程S110)と、処理容器203内にガスを供給する手順(例えば図3の反応ガス供給工程S130)と、ウエハ200をプラズマ処理する手順(例えば図3のプラズマ処理工程S140)と、をコンピュータに実行させる。
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、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、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221により制御される。
まず、上記のウエハ200を処理室201内に搬入する前に、処理容器203や処理室201内の構成物を予備加熱する前処理を行う。具体的には、ヒータ217bを所定の温度まで加熱しすることでサセプタ217や処理容器203を所定の温度まで加熱する。この際、所定の差圧に基づいてダンパ1040を所定の開度まで開くとともに、所定の差圧となるようにファン1010の動作制御を開始する。(即ち、ガス流路1000の排気を開始する。)なお、ブロア1020は、共用の排気設備であるため、本工程以前から排気動作を継続している。
まず、上記のウエハ200を処理室201内に搬入する。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を下降させて、サセプタ217の貫通孔217aにウエハ突上げピン266を貫通させる。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突出した状態となる。
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、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。
次に、反応ガスとして、酸素含有ガスと水素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内へ酸素含有ガス及び水素含有ガスの供給を開始する。このとき、酸素含有ガスの流量を、例えば20~2000sccmの範囲内の所定値とする。また、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。また、処理室201内の圧力が、例えば1~250Paの範囲内の所定圧力となるように、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の終了時まで酸素含有ガス及び水素含有ガスの供給を継続する。
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RFセンサ272を介して、高周波電力の印加を開始する。
酸素含有ガス及び水素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、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(ウエハ200の搬出先。図示せず)と同じ圧力に調整する。
処理室201内が所定の圧力となったら、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。
上述の実施形態では、プラズマを用いて基板表面に対して酸化処理や窒化処理を行う例について説明したが、これらの処理に限らず、プラズマを用いて基板に対して処理を施すあらゆる技術に適用することができる。例えば、プラズマを用いて行う基板表面に形成された膜に対する改質処理やドーピング処理、酸化膜の還元処理、当該膜に対するエッチング処理、レジストのアッシング処理、等に適用することができる。
200 ウエハ(基板)
203 処理容器
221 コントローラ(制御部)
1000 ガス流路
1002 排気路
1004 ダンパ(調整弁)
1006 圧力センサ
1010 ファン(第1の排気装置)
1223 遮蔽板(外側容器)
Claims (18)
- 基板を処理する処理容器と、
前記処理容器の外周を覆う外側容器と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間において前記処理容器の外周に巻回するように設けられ、高周波電力が供給されるように構成されたコイルにより構成され、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起するプラズマ生成部と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間に形成されるガス流路と、
前記ガス流路と連通する排気路と、
前記排気路のコンダクタンスを調整可能に構成された調整弁と、
前記排気路上であって、前記調整弁の下流に設けられた第1の排気装置と、
前記外側容器内の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサで測定された圧力に基づいて、前記第1の排気装置を制御して前記第1の排気装置の排気風量を調整することが可能なように構成された制御部と、
を備えた基板処理装置。 - 前記制御部は、前記圧力センサで測定された圧力と大気圧との差圧が所定の差圧値となるように前記第1の排気装置を制御することが可能なように構成されている、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記調整弁には、前記所定の差圧値に応じてあらかじめ定められた開度が設定される、 請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記調整弁は、前記所定の差圧値と、前記排気路の下流側に接続される第2の排気装置の排気風量と、に応じてあらかじめ定められた開度が設定される、請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記あらかじめ定められた開度には、前記第1の排気装置を動作させない状態において前記圧力センサで測定された圧力と大気圧との差圧が、前記所定の差圧値となる値よりも小さい値が設定される、請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記所定の差圧値に応じて、前記調整弁の開度があらかじめ定められた開度となるように制御することが可能なよう構成されている、請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記所定の差圧値と、前記排気路の下流側に接続される第2の排気装置の排気風量とに応じて、前記調整弁の開度があらかじめ定められた開度となるように制御することが可能なように構成されている、請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記あらかじめ定められた開度は、前記第1の排気装置を動作させない状態において前記圧力センサで測定された圧力と大気圧との差圧が、前記所定の差圧値となる値よりも小さくなるように設定される、請求項7に記載の基板処理装置。
- 前記処理容器の温度を測定する温度センサを備え、
前記所定の差圧は、前記温度センサにより測定された温度に基づいて設定される、請求項2に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、前記圧力センサで測定された圧力と大気圧との前記差圧が、前記温度センサにより測定された温度に基づいて設定された前記所定の差圧となるように、前記第1の排気装置を制御することが可能なように構成されている、請求項9に記載の基板処理装置。
- 前記圧力センサは、前記外側容器内であって前記ガス流路と前記排気路の間に設けられる、請求項1~10の何れか1項に記載の基板処理装置。
- 前記排気路は前記外側容器の上面に接続され、
前記圧力センサは、前記外側容器内であって前記排気路の鉛直下方に設けられる、請求項11に記載の基板処理装置。 - 処理容器と、
前記処理容器の外周を覆う外側容器と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間において前記処理容器の外周に巻回するように設けられ、高周波電力が供給されるように構成されたコイルにより構成され、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起するプラズマ生成部と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間に形成されるガス流路と、
前記ガス流路と連通する排気路と、
前記排気路のコンダクタンスを調整可能に構成された調整弁と、
前記排気路上であって、前記調整弁の下流に設けられた第1の排気装置と、
前記外側容器内の圧力を測定する圧力センサと、を備えた基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理容器内を加熱する工程と、
前記処理容器内に基板を搬入する工程と、
加熱された前記処理容器内において前記基板を処理する工程と、
を有し、
前記処理容器内を加熱する工程では、前記圧力センサで測定された圧力に基づいて前記第1の排気装置の排気風量を調整する半導体装置の製造方法。 - 前記基板を処理する工程は、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起する工程を含む、請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理容器と、
前記処理容器の外周を覆う外側容器と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間において前記処理容器の外周に巻回するように設けられ、高周波電力が供給されるように構成されたコイルにより構成され、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起するプラズマ生成部と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間に形成されるガス流路と、
前記ガス流路と連通する排気路と、
前記排気路のコンダクタンスを調整可能に構成された調整弁と、
前記排気路上であって、前記調整弁の下流に設けられた第1の排気装置と、
前記外側容器内の圧力を測定する圧力センサと、を備えた基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記処理容器内を加熱する工程と、
前記処理容器内に基板を搬入する工程と、
加熱された前記処理容器内において前記基板を処理する工程と、
を有し、
前記処理容器内を加熱する工程では、前記圧力センサで測定された圧力に基づいて前記第1の排気装置の排気風量を調整する基板処理方法。 - 前記基板を処理する工程は、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起する工程を含む、請求項15に記載の基板処理方法。
- 処理容器と、
前記処理容器の外周を覆う外側容器と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間において前記処理容器の外周に巻回するように設けられ、高周波電力が供給されるように構成されたコイルにより構成され、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起するプラズマ生成部と、
前記外側容器と前記処理容器の外周との間に形成されるガス流路と、
前記ガス流路と連通する排気路と、
前記排気路のコンダクタンスを調整可能に構成された調整弁と、
前記排気路上であって、前記調整弁の下流に設けられた第1の排気装置と、
前記外側容器内の圧力を測定する圧力センサと、を備えた基板処理装置をコンピュータに制御させるプログラムであって、
前記処理容器内を加熱する手順と、
前記処理容器内に基板を搬入する手順と、
加熱された前記処理容器内において前記基板を処理する手順と、
前記処理容器内を加熱する手順において、前記圧力センサで測定された圧力に基づいて前記第1の排気装置の排気風量を調整する手順と、
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。 - 前記基板を処理する手順は、前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ励起する手順を含む、請求項17に記載のプログラム。
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