JPWO2019188037A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents
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間隔を空けて配列された複数の基板を収容して処理する処理室と、
基板の配列方向に沿って延在するように配設され、複数の基板が配列される基板配列領域に対応するように開口する複数の原料ガス供給孔を有し、処理室に原料ガスを供給する原料ガスノズルと、
基板の配列方向に沿って延在するように配設され、複数の基板が配列される基板配列領域に対応するように開口する複数の反応ガス供給孔を有し、処理室に反応ガスを供給する反応ガスノズルと、
基板の配列方向に沿って延在するように配設され、1つ以上の不活性ガス供給孔を上部および下部の少なくともいずれかにのみ有し、不活性ガス供給孔は複数の基板のうち上部および下部の少なくともいずれかに配列される1枚以上の基板に対応する位置に開口し、処理室に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルと、
を有する技術が提供される。
以下、本開示の一実施形態について、主に、図1〜図4を用いて説明する。
処理炉202は加熱手段(加熱機構、加熱系)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。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図5を用いて説明する。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。
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。その後、図1に示すように、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内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220を介してマニホールド209の下端を閉塞した状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ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情報に基づき、APCバルブ243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内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内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への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構267によりボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
その後、以下のステップを順次実施する。
バルブ314を開き、ガス供給管310内に原料ガスであるTDMATガスを流す。ガス供給管310内を流れるTDMATガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してTDMATガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管510内を流れるN2ガスは、MFC512により流量調整され、TDMATガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、バルブ334を開き、ガス供給管330内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管530内を流れるN2ガスは、MFC532により流量調整され、処理室201の上部および下部へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル420内へのTDMATガスの侵入を防止するために、バルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガス(逆流防止N2ガス)を流す。N2ガスは、ガス供給管520、ノズル420を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
処理室201内の圧力:1〜1000Pa、好ましくは1〜100Pa
TDMATガス供給流量:0.001〜2.0slm、好ましくは0.01〜0.5slm
ノズル430から供給するN2ガスの供給流量:0.1〜5.0slm、好ましくは0.4〜1.5slm
TDMATガスとノズル430から供給するN2ガスの供給流量比:1.0:0.2〜1.0:3.0
逆流防止N2ガス供給流量:0.001〜2.0slm、好ましくは0.01〜0.5slm
各ガス供給時間:1〜60秒、好ましくは1〜30秒
処理温度:25〜150℃、好ましくは50〜100℃
が例示される。本明細書では、「1〜1000Pa」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。よって、例えば、「1〜1000Pa」とは、1Pa以上1000Pa以下を意味する。その他の数値範囲についても同様である。
Ti含有層が形成された後、バルブ314を閉じ、TDMATガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応又はTi含有層形成に寄与した後のTDMATガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ334は開いたままとして、MFC332を制御して、処理室201内へ供給するN2ガスの供給流量を原料ガス供給ステップにおける供給流量より多くなるよう調整する。バルブ514,524,534は開いたままとして、処理室201内へ供給するN2ガスの供給流量を原料ガス供給ステップにおける供給流量より多くなるよう調整する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応又はTi含有層形成に寄与した後のTDMATガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
ノズル334から供給するN2ガスの供給流量:0.5〜7.0slm、好ましくは3.0〜5.0slm
ノズル314,234から供給するN2ガスの供給流量:1.0〜9.0slm、好ましくは4.0〜6.0slmが例示される。
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ324を開き、ガス供給管320内にO含有ガスであるH2Oガスを流す。ガス供給管320内を流れるH2Oガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給される。処理室201内に供給されたH2Oガスは、排気管231から排気される。このときウエハ200に対して、H2Oガスが供給されることとなる。このとき、バルブ334を開き、ガス供給管330内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管530内を流れるN2ガスは、MFC532により流量調整され、処理室201の上部および下部へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル410内へのH2Oガスの侵入を防止するために、バルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガス(逆流防止N2ガス)を流す。N2ガスは、ガス供給管510、ノズル410を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
処理室201内の圧力:1〜1000Pa、好ましくは10〜300Pa
MFC322で制御するH2Oタンクへ供給するN2ガス供給流量:1.0〜8.0slm、好ましくは1.0〜2.0slm
ノズル430から供給するN2ガスの供給流量:0.1〜5.0slm、好ましくは0.4〜1.5slm
H2Oガスとノズル430から供給するN2ガスの供給流量比:1.0:0.2〜1.0:3.0
逆流防止N2ガス供給流量:0.2〜40.0slm、好ましくは4.0〜8.0slm
各ガス供給時間:1〜60秒、好ましくは1〜30秒
が例示される。処理温度等の他の処理条件は、原料ガス供給ステップにおける処理条件と同様とする。
TiO層を形成した後、バルブ324を閉じて、H2Oガスの供給を停止する。そして、原料ガス供給ステップの後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する。バルブ334は開いたままとして、MFC332を制御して、処理室201内へ供給するN2ガスの供給流量を反応ガス供給ステップにおける供給流量より多くなるよう調整する点も同様である。その他のプロセス条件等も原料ガス供給ステップの後の残留ガス除去ステップと同様とする。
上記した原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、O含有ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に時分割して行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、ウエハ200上に、所定の厚さのTiO膜を形成する。nの値は、最終的に形成されるTiO膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択される。すなわち、上述の各処理を行う回数は、目標とする膜厚に応じて決定される。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、TiO膜の厚さは、例えば10〜150nmであって、好ましくは50〜120nmであり、より好ましくは70〜90nmとする。TiO膜の厚さ(膜厚)が150nmより厚いとラフネスが大きくなってしまう可能性があり、10nmより薄いと下地膜との応力差で膜剥がれが発生してしまう可能性がある。
バルブ334,514,524,534を開き、ガス供給管330,510,520,530のそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスや副生成物が処理室201内から除去される(パージ)。その後、処理室201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201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
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。そして、処理済ウエハ200がボート217に支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)される。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
Claims (10)
- 間隔を空けて配列された複数の基板を収容して処理する処理室と、
前記基板の配列方向に沿って延在するように配設され、前記複数の基板が配列される基板配列領域に対応するように開口する複数の原料ガス供給孔を有し、前記処理室に原料ガスを供給する原料ガスノズルと、
前記基板の配列方向に沿って延在するように配設され、前記複数の基板が配列される基板配列領域に対応するように開口する複数の反応ガス供給孔を有し、前記処理室に反応ガスを供給する反応ガスノズルと、
前記基板の配列方向に沿って延在するように配設され、1つ以上の不活性ガス供給孔を上部および下部の少なくともいずれかにのみ有し、前記不活性ガス供給孔は前記複数の基板のうち上部および下部の少なくともいずれかに配列される1枚以上の基板に対応する位置に開口し、前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガスノズルと、
を有する基板処理装置。 - 前記不活性ガス供給孔は、前記不活性ガスノズルの上部および下部のみに開口する請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記複数の基板を、間隔を空けて配列するよう支持する基板支持部材を有し、
前記基板支持部材は天板を備え、
前記不活性ガスノズルの上部に開口する不活性ガス供給孔は、前記天板に対応する位置には開口せず、前記天板に対応する位置より低い位置および前記天板に対応する位置より高い位置にそれぞれ1つ以上開口する請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記天板に対応する位置より高い位置に開口する不活性ガス供給孔は、前記天板に対応する位置より低い位置に開口する不活性ガス供給孔より、開口面積が広い請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記不活性ガスノズルの下部に開口する不活性ガス供給孔は、前記基板配列領域より下の断熱板領域に対応するように開口する請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記不活性ガスノズルの下部には、前記断熱板領域に配列される断熱板の数と同数の前記不活性ガス供給孔が開口する請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記原料ガスを前記原料ガスノズルに供給する原料ガス供給系と、
前記反応ガスを前記反応ガスノズルに供給する反応ガス供給系と、
前記不活性ガスを前記不活性ガスノズルに供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室に前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室に前記不活性ガスを供給して前記原料ガスを除去する処理と、前記処理室に前記反応ガスを供給する処理と、前記処理室に前記不活性ガスを供給して前記反応ガスを除去する処理と、を順に複数回行い、前記複数の基板上に膜を形成することが可能なように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記不活性ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、を有する請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、前記原料ガスを供給する処理では前記原料ガスに加えて前記不活性ガスを供給し、前記反応ガスを供給する処理では前記反応ガスに加えて前記不活性ガスを供給し、前記原料ガスを除去する処理および前記反応ガスを除去する処理では、前記原料ガスを供給する処理および前記反応ガスを供給する処理より、前記不活性ガスの供給流量を多くすることが可能なように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記不活性ガス供給系を制御するよう構成される請求項7に記載の基板処理装置。
- 間隔を空けて配列された複数の基板を処理室に収容する工程と、
前記処理室に、原料ガス、反応ガス、不活性ガスを供給して、前記複数の基板を処理する工程であって、前記複数の基板が配列された基板配列領域に対応するように、原料ガスノズルおよび反応ガスノズルにそれぞれ開口する複数の原料ガス供給孔および複数の反応ガス供給孔から、前記原料ガスおよび前記反応ガスをそれぞれ供給し、
1つ以上の不活性ガス供給孔を上部および下部の少なくともいずれかにのみ有し、前記不活性ガス供給孔は前記複数の基板のうち上部および下部の少なくともいずれかに配列される1枚以上の基板に対応する不活性ガスノズルの前記不活性ガス供給孔から、前記不活性ガスを供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 間隔を空けて配列された複数の基板を基板処理装置の処理室に収容する手順と、
前記処理室に、原料ガス、反応ガス、不活性ガスを供給して、前記複数の基板を処理する手順であって、前記複数の基板が配列された基板配列領域に対応するように、原料ガスノズルおよび反応ガスノズルにそれぞれ開口する複数の原料ガス供給孔および複数の反応ガス供給孔から、前記原料ガスおよび前記反応ガスをそれぞれ供給し、
1つ以上の不活性ガス供給孔を上部および下部の少なくともいずれかにのみ有し、前記不活性ガス供給孔は前記複数の基板のうち上部および下部の少なくともいずれかに配列される1枚以上の基板に対応する不活性ガスノズルの前記不活性ガス供給孔から、前記不活性ガスを供給する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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