WO2021044504A1 - 基板処理装置、プラズマ生成装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも2本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える技術が提供される。
(1)基板処理装置の構成
(加熱装置)
図1に示すように、処理炉202は加熱装置(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は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管203の下方には、反応管203と同心円状に、マニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)等の金属により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部は、反応管203の下端部に係合しており、反応管203を支持するように構成されている。マニホールド209と反応管203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、反応管203は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管203とマニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室201が形成されている。処理室201は、複数枚の基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管203のみを処理容器と称する場合もある。
処理室201内には、ノズル249a,249bが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。ノズル249a,249bには、ガス供給管232a,232bが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には2本のノズル249a,249bと、2本のガス供給管232a,232bとが設けられており、処理室201内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管203のみを処理容器とした場合、ノズル249a,249bは反応管203の側壁を貫通するように設けられていてもよい。
図1に示すように基板支持具(基板支持部)としてのボート217は、複数枚、例えば25~200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垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される断熱板218が多段に支持されている。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料により構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
次にプラズマ生成部について、図1から図4を用いて説明する。
反応管203には、図1に示すように処理室201内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内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および排気バルブ(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ244は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。排気管231は、反応管203に設ける場合に限らず、ノズル249a,249bと同様にマニホールド209に設けてもよい。
マニホールド209の下方には、マニホールド209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、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。
次に制御装置について図6を用いて説明する。図6に示すように、制御部(制御装置)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access 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121e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。
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プロセス例について、図7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)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。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内へ搬入(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220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201の内部、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(減圧排気)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244がフィードバック制御される。真空ポンプ246は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
その後、ステップS3,S4,S5,S6を順次実行することで成膜ステップを行う。
ステップS3では、処理室201内のウエハ200に対してBTBASガスを供給する。
成膜処理が終了した後、処理室201内のウエハ200に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたO2ガスを供給する(S5)。
上述したステップS3,S4,S5,S6をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを1サイクルとし、このサイクルを所定回数(n回)、すなわち、1回以上行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiO膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成されるSiO層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、SiO層を積層することで形成されるSiO膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管232c,232dのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。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O2ガス等が処理室201内から除去される(不活性ガスパージ)。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:S8)。
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。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出されることとなる(ウエハディスチャージ)。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室201内へ空のボート217を搬入するようにしてもよい。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
(a)棒状電極269と棒状電極271との長さが異なることにより、バッファ室内237で生成されて処理室201内へ供給される活性種の供給量を複数の基板間で均等にすることが可能となる。
(b)棒状電極269、271の長さを調整することで、バッファ室内237で生成されて処理室201内へ供給される活性種の供給量を複数の基板間で均等になるように調整することが可能となる。
(c)棒状電極269、271の長さを調整することで、バッファ室内237で生成されて処理室201内へ供給される活性種の供給量を上下対称に調整することが可能となる。
次に、本実施形態の変形例を図8に基づいて説明する。本変形例において、上述した実施形態と異なる部分のみ以下に説明し、同じ部分は説明を省略する。
次に、本実施形態の変形例2を図9に基づいて説明する。本変形例2では、反応管203の内壁に、プラズマ生成部を備えたバッファ構造を3つ設け、原料ガスを供給するノズルを2つ設ける。
次に、本実施形態の変形例3を図10に基づいて説明する。本変形例3では、反応管203の内壁に、プラズマ生成部を備えたバッファ構造を4つ設ける。
Claims (12)
- 基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、
前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、
前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも2本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える基板処理装置。 - 前記少なくとも2本の印加電極の長さが、前記基板の積載方向に対して長さが異なるよう構成される請求項1記載の基板処理装置。
- 前記電極保護管は、前記バッファ室内の上部でU字形状をしており、前記U字形状をしている電極保護管内で前記印加電極の長さを調整できる構造をしている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記印加電極は、前記電極保護管の前記U字形状の曲がり部で折り返し、前記印加電極の先端が前記電極保護管の上部に位置するように配置される請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記電極保護管は、前記少なくとも2本の印加電極が接触しないように構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記電極保護管は、前記少なくとも2本の印加電極が接触しないように括れ形状を有する請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記印加電極を保護する電極保護管と前記基準電極を保護する電極保護管とが、前記バッファ室内の上部で接続されるよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記印加電極の間に前記基準電極が配置されている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記バッファ室は、前記反応管の内壁に沿って設けられる請求項1に記載の基板処理装置。
- プラズマを形成するバッファ室内に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも2本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、が配置されるプラズマ生成装置。
- 基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも2本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える基板処理装置内に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室から搬送する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも2本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える基板処理装置内に前記基板を搬入する手順と、
前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する手順と、
前記基板を前記処理室から搬送する手順と、
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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