JPWO2016135876A1 - 基板処理装置、ヒータおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具に保持された前記基板を処理する処理室と、
前記処理室外から前記処理室内を加熱する第1ヒータと、
前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱する第2ヒータと、を有し、
前記第2ヒータは、
支柱部と、
前記支柱部に接続され、前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、
前記環状部のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する一対の接続部と、
前記環状部の内部に設けられた発熱体と、を備える技術が提供される。
複数枚のウエハ2がボート20に装填(ウエハチャージ)されると、ボート20は、ボートエレベータ46によって処理室18内に搬入(ボートロード)される。このとき、シールキャップ38は、Oリング40を介して反応管16の下端を気密に閉塞(シール)した状態となる。
処理室18内、すなわち、ウエハ2が存在する空間が所定の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ36によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室18内の圧力は、圧力センサ32で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ34が、フィードバック制御される。真空ポンプ36は、少なくともウエハ2に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
処理室18内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の2つのステップ、すなわち、ステップ1〜2を順次実行する。
このステップでは、処理室18内のウエハ2に対し、HCDSガスを供給する。
ステップ1が終了した後、処理室18内のウエハ2、すなわち、ウエハ2上に形成された第1の層に対してNH3ガスを供給する。NH3ガスは熱で活性化されてウエハ2に対して供給されることとなる。
上述した2つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ2上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを1回行う際に形成される第2の層(SiN層)の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第2の層(SiN層)を積層することで形成されるSiN膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
処理温度(ウエハ温度):250〜700℃、
処理圧力(処理室内圧力):1〜4000Pa、
HCDSガス供給流量:1〜2000sccm、
NH3ガス供給流量:100〜10000sccm、
N2ガス供給流量:100〜10000sccm、
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
成膜処理が完了した後、バルブ28bを開き、ガス供給管24bからN2ガスを処理室18内へ供給し、排気管120から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室18内がパージされ、処理室18内に残留するガスや反応副生成物が処理室18内から除去される(パージ)。その後、処理室18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18内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
ボートエレベータ46によりシールキャップ38が下降され、反応管16の下端が開口される。そして、処理済のウエハ2が、ボート20に支持された状態で、反応管16の下端から反応管16の外部に搬出される(ボートアンロード)。処理済のウエハ2は、ボート20より取出される(ウエハディスチャージ)。
(a)サブヒータをボトムウエハの直下に設置することにより、ボトムウエハの低温部の昇温に係る時間を短縮することができ、リカバリ時間を短縮させることができる。
(b)サブヒータおよび断熱体保持部を回転させずに、ボートのみ回転させる構造とすることにより、サブヒータおよび断熱体保持部からのパーティクルの発生を抑制することができ、生産性を向上させることができる。また、ボートがサブヒータに対して独立して回転するため、サブヒータによるウエハの加熱むらが抑制され、ウエハを均一に加熱することができる。
(c)サブヒータの下に熱容量の小さい断熱体を設置することにより、サブヒータから断熱体領域への熱逃げを抑制することができ、サブヒータ及びボトムウエハの昇温に係る時間を短縮することができる。
(d)支柱部の上部に膨らみ部を形成することにより、2本の管径の合計が支柱部の管径よりも大きくなるような石英管を発熱部として用いることができる。支柱部の管径を小さくしても、発熱部の石英管の管径を小さくする必要がないため、発熱部の強度を損なう事がなく、支柱部をスリム化することができ、設置面積を削減することができる。また、支柱部をスリム化することにより、断熱体領域の断熱体の切欠き部を小さくすることができるため、炉口部への熱の影響を抑制することができる。
(e)サブヒータの温度を検出する温度検出部を、サブヒータを貫通してサブヒータと一体に設置する構成としたことにより、温度検出部を別体に設ける際に必要なコストを削減することができる。
(f)サブヒータの直径がウエハの直径よりも小さくなっているので、処理炉内のガスの流れを妨げることがなく、ガスがウエハの表面に均一に供給され、ウエハの成膜均一性を向上させることができる。
(g)サブヒータによる加熱位置を、ウエハの半径の中間又は中間近傍とすることで、処理室のボトム領域に於ける外周側と中心側の温度差が小さくなり、ボトム領域が効率的に加熱され、ウエハの温度の面内均一性を更に向上させることができる。
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
本発明の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具に保持された前記基板を処理する処理炉と、
前記処理室外から前記処理室内を加熱する第1ヒータと、
前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱する第2ヒータと、を備え、
前記第2ヒータは、
前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、
前記発熱部を水平に支持する支柱部と、
前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を有し、
前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されている基板処理装置が提供される。
付記1に記載の装置であって、好ましくは、
前記支柱部は、平面視において、前記環状の中央に設けられている。
付記2に記載の装置であって、好ましくは、
前記発熱部は、
前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、
前記環状部の円弧のそれぞれの端部と前記膨らみ部とを接続する一対の接続部と、を有し、
前記環状部と前記膨らみ部の一部に発熱体が封入されている。
付記3に記載の装置であって、好ましくは、
前記一対の接続部は、所定の隙間をあけて中心線に対して線対称に形成されている。
付記3または4に記載の装置であって、好ましくは、
前記接続部は、
前記膨らみ部の上端から立ち上がり、水平方向へ向きを変え、前記環状部の中心線と平行に前記環状部の外周に向かって延びる直線部と、
前記環状部の円弧状のそれぞれの端部と前記直線部とを接続する湾曲部と、を有し、
前記直線部と前記湾曲部との境界に前記発熱体の発熱起点が形成される。
付記1乃至5のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記支柱部を貫通するように、断面略L字形状の温度検出部が設置される。
付記6に記載の装置であって、好ましくは、
前記温度検出部のL字形状の水平部分は前記発熱部と平行に形成されている。
付記7に記載の装置であって、好ましくは、
前記温度検出部のL字形状の水平部分は、前記環状部の中心線に沿って前記接続部と反対方向に延び、前記環状部の外壁に接着されている。
付記3乃至8のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記発熱部はコイル形状である。
付記1乃至9のいずれかに記載の装置であって、好ましくは、
前記基板保持具の前記第2ヒータより下段に載置される第1断熱板をさらに有し、
前記第1断熱板は前記第2ヒータに対して熱容量が小さく、放射率が高い材料で形成されている。
付記10に記載の装置であって、好ましくは、
前記基板保持具の下方に設置される断熱部をさらに有し、
前記断熱部は複数枚の第2断熱板を保持し、前記第2断熱板は前記第1断熱板とは異なる材料で形成されている。
付記11に記載の装置であって、好ましくは、
前記第1断熱板は石英で形成されている。
本発明の他の態様によれば、
基板を保持する基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱するヒータであって、
前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、
前記発熱部を水平に支持する支柱部と、
前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を備え、
前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されているヒータが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を保持した基板保持具を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室外に設置された第1ヒータで前記処理室内を加熱しつつ、前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、前記発熱部を水平に支持する支柱部と、前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を有し、前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されている第2ヒータで前記基板の裏面側から前記基板を加熱する工程と、
処理ガスを前記処理室へ供給し、前記基板を処理する工程と、
前記基板保持具を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を保持した基板保持具を処理室内に搬入する手順と、
前記処理室外に設置された第1ヒータで前記処理室内を加熱しつつ、前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の直径よりも小さい直径に形成された発熱部と、前記発熱部を水平に支持する支柱部と、前記支柱部の上端に形成され、前記支柱部の管径よりも大きな管径を有する膨らみ部と、を有し、前記発熱部は前記膨らみ部の上面を始点と終点とする環状に形成されている第2ヒータで前記基板の裏面側から前記基板を加熱する手順と、
処理ガスを前記処理室へ供給し、前記基板を処理する手順と、
前記基板保持具を処理室内から搬出する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、および、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
14 ヒータ
20 ボート
42 回転機構
50 サブヒータ
110 断熱体保持部
138 温度検出部
Claims (18)
- 基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具に保持された前記基板を処理する処理室と、
前記処理室外から前記処理室内を加熱する第1ヒータと、
前記基板保持具内に位置するように設置され、前記基板の裏面側から前記基板を加熱する第2ヒータと、を有し、
前記第2ヒータは、
支柱部と、
前記支柱部に接続され、前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、
前記環状部のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する一対の接続部と、
前記環状部の内部に設けられた発熱体と、を備える基板処理装置。 - 前記支柱部の上端には前記支柱部の断面積よりも大きな断面積を有する膨らみ部が形成されている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記膨らみ部は前記環状部の断面積の少なくとも2倍以上の断面積を有する請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記接続部は、
前記膨らみ部の上端から立ち上がり、水平方向へ向きを変え、前記環状部の中心線と平行に前記環状部の外周に向かって延びる直線部と、
前記環状部のそれぞれの端部と前記直線部とを接続する湾曲部と、を有する請求項2に記載の基板処理装置。 - 前記発熱体の長さは、前記環状部の直径で形成された円の円周長より長く形成されている請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記支柱部を貫通するように温度検出部が設置され、
前記温度検出部は、前記環状部の中央で前記接続部とは反対方向の水平方向に延び、前記環状部の外壁に接続されている請求項4に記載の基板処理装置。 - 前記温度検出部は、前記第2ヒータの温度を検出する第1温度センサと、
前記環状部の中央部分の温度を検出する第2温度センサと、を有する請求項6に記載の基板処理装置。 - 前記支柱部と前記直線部には前記発熱体に給電するための一対のリード線が封入され、前記リード線は前記支柱部内においてそれぞれ絶縁管で被覆されている請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記発熱体はコイル形状に形成されている請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記基板保持具の前記第2ヒータより下段に載置される第1断熱板をさらに有し、
前記第1断熱板は前記第2ヒータからの輻射熱を吸収するよう構成されている請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持具の下方に設置される断熱部と、
前記断熱部を載置する蓋部と、
前記蓋部の下方に設置され、基体を介して前記基板保持具を回転させる回転機構と、をさらに有し、
前記回転機構は固定された内軸と、前記内軸に同心円に配置されて回転する外軸とを備え、
前記内軸には前記第2ヒータが支持され、前記外軸には前記基体が支持される請求項10に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持具の下方に設置される断熱部をさらに有し、
前記断熱部は複数の第2断熱板を有し、前記第2断熱板の直径は前記第1断熱板の直径よりも小さく形成されている請求項10に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持具の下方に設置される断熱部をさらに有し、
前記断熱部は複数の第2断熱板を有し、前記第2断熱板は前記第1断熱板よりも熱容量が小さく形成されている請求項10に記載の基板処理装置。 - 前記内軸および前記基体は前記第2ヒータを貫通させるように、その中央に貫通孔が形成された円柱形状である請求項12に記載の基板処理装置。
- 前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
該処理ガス供給部と、前記第1ヒータ及び前記第2ヒータとを制御する制御部とを有し、
前記処理室へ前記処理ガス供給し、前記基板を処理する際に、前記第2ヒータによる前記基板の加熱を行わないように制御する請求項1に記載の基板処理装置。 - 基板を保持する基板保持具に載置された前記基板を、前記基板保持具内にて前記基板の裏面側から加熱するヒータであって、
前記ヒータは、
支柱部と、
前記支柱部に接続され、前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、
前記環状部の円弧のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する一対の接続部と、を有し、
少なくとも前記環状部に発熱体が封入されているヒータ。 - 基板を保持した基板保持具を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室外に設置された第1ヒータで前記処理室内を加熱しつつ、前記基板保持具内に位置するように設置され、支柱部と、前記支柱部に接続され、前記基板の直径よりも小さい直径の円弧状に形成された環状部と、前記環部の円弧のそれぞれの端部を前記支柱部に接続する一対の接続部と、を有し、少なくとも前記環状部に発熱体が封入されている第2ヒータで前記基板の裏面側から前記基板を加熱する工程と、
処理ガスを前記処理室へ供給し、前記基板を処理する工程と、
前記基板保持具を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 前記基板を処理する工程では前記第2ヒータによる前記基板の加熱を行わない請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
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