WO2021187136A1 - 成膜装置及び基板処理方法 - Google Patents

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WO2021187136A1
WO2021187136A1 PCT/JP2021/008456 JP2021008456W WO2021187136A1 WO 2021187136 A1 WO2021187136 A1 WO 2021187136A1 JP 2021008456 W JP2021008456 W JP 2021008456W WO 2021187136 A1 WO2021187136 A1 WO 2021187136A1
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stage
adsorption inhibitor
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芦澤　宏明
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials

Definitions

  • the present disclosure relates to a film forming apparatus and a substrate processing method.
  • the present disclosure provides a technique capable of suppressing the deposition of a film on the outside of the treatment space.
  • the film forming apparatus is provided separately from the processing container for accommodating the substrate, the film forming material supply unit for supplying the gas containing the film forming material into the processing container, and the film forming raw material supply unit.
  • the processing container is provided with an adsorption inhibitor supply unit that supplies an adsorption inhibitor that inhibits the adsorption of the gas containing the film-forming raw material.
  • the figure which shows an example of the film forming apparatus of 1st Embodiment Diagram for explaining heat dissipation characteristics when a film is deposited on the underside of the stage The figure which shows an example of the gas supply sequence of the film formation process by the ALD method. The figure which shows another example of the gas supply sequence of the film formation process by the ALD method. The figure which shows an example of the gas supply sequence of the film formation process by a CVD method. The figure which shows another example of the gas supply sequence of the film formation process by a CVD method. Figure (1) for explaining the influence on the film characteristics when the film is deposited on the lower surface of the stage. Figure (2) for explaining the effect on the film characteristics when the film is deposited on the lower surface of the stage. The figure which shows an example of the film forming apparatus of 2nd Embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the film forming apparatus of the first embodiment.
  • the film forming apparatus 100 shown in FIG. 1 is referred to as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer W”) which is an example of a substrate by atomic layer deposition (ALD: Atomic Layer Deposition) or chemical vapor deposition (CVD: Chemical Vapor Deposition). ) Is a device for forming a film.
  • the film forming apparatus 100 includes a processing container 110, a stage 120, a shower head 130, an exhaust unit 140, a film forming raw material supply unit 150, an adsorption inhibitor supply unit 160, a control unit 170, and the like.
  • the processing container 110 is made of a metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
  • the processing container 110 accommodates the wafer W.
  • a carry-in outlet 111 for carrying in or out the wafer W is formed on the side wall of the processing container 110.
  • the carry-in outlet 111 is opened and closed by the gate valve 112.
  • An annular exhaust duct 113 having a rectangular cross section is provided on the main body of the processing container 110.
  • a slit 113a is formed in the exhaust duct 113 along the inner peripheral surface.
  • An exhaust port 113b is formed on the outer wall of the exhaust duct 113.
  • a top wall 114 is provided on the upper surface of the exhaust duct 113 so as to close the upper opening of the processing container 110.
  • the exhaust duct 113 and the top wall 114 are hermetically sealed with a seal ring 115.
  • the stage 120 is a member that horizontally supports the wafer W in the processing container 110.
  • the stage 120 is formed in a disk shape having a size corresponding to the wafer W, and is supported by the support member 123.
  • the stage 120 is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or a metal material such as aluminum or nickel alloy, and a heater 121 for heating the wafer W and an electrode 129 are embedded therein.
  • the heater 121 is supplied with power from a heater power source (not shown) to generate heat. Then, the output of the heater 121 is controlled by a temperature signal of a thermocouple (not shown) provided near the upper surface of the stage 120, whereby the wafer W is controlled to a predetermined temperature.
  • the first high frequency power supply 144 is connected to the electrode 129 via the matching unit 143.
  • the matcher 143 matches the load impedance with the internal impedance of the first high frequency power supply 144.
  • the first high frequency power supply 144 applies electric power of a predetermined frequency to the stage 120 via the electrode 129.
  • the first high frequency power supply 144 applies high frequency power of 13.56 MHz to the stage 120 via the electrode 129.
  • the high frequency power is not limited to 13.56 MHz, and for example, 450 KHz, 2 MHz, 27 MHz, 60 MHz, 100 MHz and the like can be appropriately used. In this way, the stage 120 also functions as a lower electrode.
  • the electrode 129 is connected to the suction power supply 149 via the ON / OFF switch 148 arranged outside the processing container 110, and also functions as an electrode for sucking the wafer W to the stage 120.
  • a second high frequency power supply 146 is connected to the shower head 130 via a matching unit 145.
  • the matcher 145 matches the load impedance with the internal impedance of the second high frequency power supply 146.
  • the second high frequency power supply 146 applies electric power having a predetermined frequency to the shower head 130.
  • the second high frequency power supply 146 applies high frequency power of 13.56 MHz to the shower head 130.
  • the high frequency power is not limited to 13.56 MHz, and for example, 450 KHz, 2 MHz, 27 MHz, 60 MHz, 100 MHz and the like can be appropriately used. In this way, the shower head 130 also functions as an upper electrode.
  • the stage 120 is provided with a cover member 122 formed of ceramics such as alumina so as to cover the outer peripheral region of the upper surface and the side surface.
  • An adjusting mechanism 147 for adjusting the gap G between the upper electrode and the lower electrode is provided on the bottom surface of the stage 120.
  • the adjusting mechanism 147 has a support member 123 and an elevating mechanism 124.
  • the support member 123 supports the stage 120 from the center of the bottom surface of the stage 120. Further, the support member 123 penetrates the hole formed in the bottom wall of the processing container 110 and extends below the processing container 110, and the lower end is connected to the elevating mechanism 124.
  • the stage 120 is moved up and down by the elevating mechanism 124 via the support member 123.
  • the adjusting mechanism 147 raises and lowers the elevating mechanism 124 between the processing position shown by the solid line in FIG. 1 and the delivery position where the wafer W can be conveyed, which is indicated by the alternate long and short dash line below the processing position, so that the wafer W can be carried in and out. To.
  • a flange portion 125 is attached below the processing container 110 of the support member 123, and the atmosphere inside the processing container 110 is partitioned from the outside air between the bottom surface of the processing container 110 and the collar portion 125, and the stage 120 A bellows 126 that expands and contracts as the vehicle moves up and down is provided.
  • three elevating pins 127 are provided so as to project upward from the elevating plate 127a.
  • the elevating pin 127 is elevated and lowered via the elevating plate 127a by the elevating mechanism 128 provided below the processing container 110.
  • the elevating pin 127 is inserted into a through hole 120a provided in the stage 120 at the delivery position so that it can be recessed with respect to the upper surface of the stage 120. By raising and lowering the elevating pin 127, the wafer W is transferred between the transfer mechanism (not shown) and the stage 120.
  • the shower head 130 supplies the processing gas into the processing container 110 in the form of a shower.
  • the shower head 130 is made of metal, is provided so as to face the stage 120, and has substantially the same diameter as the stage 120.
  • the shower head 130 has a main body 131 fixed to the top wall 114 of the processing container 110, and a shower plate 132 connected under the main body 131.
  • a gas diffusion space 133 is formed between the main body 131 and the shower plate 132, and the gas introduction hole 136 penetrates the top wall 114 of the processing container 110 and the center of the main body 131 in the gas diffusion space 133. Is provided.
  • An annular protrusion 134 projecting downward is formed on the peripheral edge of the shower plate 132.
  • a gas discharge hole 135 is formed on the flat surface inside the annular protrusion 134.
  • a processing space 138 is formed between the stage 120 and the shower plate 132, and an annular gap 139 is formed in close proximity to the upper surface of the cover member 122 and the annular protrusion 134.
  • the exhaust unit 140 exhausts the inside of the processing container 110.
  • the exhaust unit 140 has an exhaust pipe 141 connected to the exhaust port 113b, and an exhaust mechanism 142 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like connected to the exhaust pipe 141.
  • the gas in the processing container 110 reaches the exhaust duct 113 through the slit 113a, and is exhausted from the exhaust duct 113 through the exhaust pipe 141 by the exhaust mechanism 142.
  • the film-forming raw material supply unit 150 is connected to the gas introduction hole 136 of the shower head 130 via the gas supply line 137.
  • the film-forming raw material supply unit 150 is connected to gas supply sources of various gases including the film-forming raw material via a gas supply line.
  • the film forming raw material supply unit 150 is a gas supply source for supplying various gases such as TiCl 4 gas, NH 3 gas, and an inert gas, respectively. It is connected via a gas supply line.
  • Each gas supply line is appropriately branched and equipped with an on-off valve and a flow rate controller.
  • the film-forming raw material supply unit 150 can control the flow rates of various gases by controlling the on-off valve and the flow rate controller provided in each gas supply line.
  • the film-forming raw material supply unit 150 supplies various gases including the film-forming raw material into the processing container 110 via the gas supply line 137 and the shower head 130 at the time of the film-forming process.
  • the adsorption inhibitor supply unit 160 is provided separately from the film-forming raw material supply unit 150, and supplies the adsorption inhibitor that inhibits the adsorption of the gas containing the film-forming raw material into the processing container 110.
  • the adsorption inhibitor supply unit 160 includes an adsorption inhibitor supply source 161, gas lines 162a to 162h, gas introduction holes 163a to 163h, and an on-off valve 164a to 164h.
  • the adsorption inhibitor supply source 161 supplies the adsorption inhibitor into the processing container 110 via the gas lines 162a to 162h and the gas introduction holes 163a to 163h, respectively.
  • the gas introduction holes 163a and 163b are provided in the flange portion 125, and the adsorption inhibitor from the adsorption inhibitor supply source 161 is supplied into the processing container 110 from below the processing container 110.
  • the adsorption inhibitor supplied into the processing container 110 from below the processing container 110 is supplied into the processing container 110 through the holes formed in the bottom wall of the processing container 110, and is supplied into the processing container 110 with the bottom wall of the processing container 110 and the stage. It flows between the lower surface of the 120 and the side wall of the processing container 110.
  • the film-forming raw material is deposited on the lower surface of the stage 120 and the bottom wall of the processing container 110 by the adsorption inhibitor. Is inhibited from adsorbing to. As a result, the deposition of the film on the outside of the processing space 138 such as the lower surface of the stage 120 and the bottom wall of the processing container 110 is suppressed.
  • the gas introduction holes 163c to 163f are provided on the side wall of the processing container 110, and the adsorption inhibitor from the adsorption inhibitor supply source 161 is supplied into the processing container 110 from the side of the processing container 110.
  • the adsorption inhibitor supplied into the processing container 110 from the side of the processing container 110 flows along the side wall of the processing container 110.
  • the adsorption inhibitor prevents the film-forming raw material from being adsorbed on the side wall of the processing container 110. Will be done.
  • the deposition of the film on the outside of the processing space 138 such as the side wall of the processing container 110 is suppressed.
  • the gas introduction holes 163g and 163h are provided on the outer peripheral side of the top wall 114 of the processing container 110 with respect to the position where the main body 131 of the shower head 130 is fixed, and the adsorption inhibitor from the adsorption inhibitor supply source 161 is provided. It is supplied into the processing container 110 from above the processing container 110. The adsorption inhibitor supplied from above the processing container 110 into the processing container 110 flows downward through the gap between the outer peripheral wall of the shower head 130 and the exhaust duct 113.
  • the film-forming raw material is formed on the shower head 130 by the adsorption inhibitor. Adsorption to the outer peripheral wall and the exhaust duct 113 is hindered. As a result, it is possible to suppress the deposition of the film on the outer periphery of the outer peripheral wall of the shower head 130, the treatment space 138 such as the exhaust duct 113, and the like.
  • the adsorption inhibitor is selected according to the type of film forming raw material.
  • the film-forming raw material is TiCl 4
  • dichloroethane, dichloroethylene and the like can be used as the adsorption inhibitor.
  • an inert gas such as Ar or N 2 may be supplied together with the adsorption inhibitor.
  • the control unit 170 includes a data processing unit including a program, a memory, and a CPU.
  • the program incorporates an instruction to send a control signal from the control unit 170 to each unit of the film forming apparatus 100 to execute the film forming process.
  • the operation of the stage 120, the exhaust unit 140, the film forming material supply unit 150, the adsorption inhibitor supply unit 160, and the like is controlled by the control signal, and the film forming process for forming a film on the wafer W is performed.
  • the program is stored in a computer storage medium such as a flexible disk, a compact disk, a hard disk, an MO (magneto-optical disk), a memory card, or the like, and is installed in the control unit 170.
  • the adsorption inhibitor prevents the film forming material from being adsorbed on the portion. Therefore, the deposition of the film on the portion is suppressed. As a result, even when the film forming process on the wafer W is repeatedly performed, the amount of the film deposited on the outside of the processing space 138 is reduced, so that the time required for cleaning to remove the deposited film in the processing container 110 can be shortened.
  • the film forming apparatus 100 of the first embodiment since the adsorption inhibitor is supplied into the processing container 110 from below the processing container 110, the film is suppressed from being deposited on the lower surface of the stage 120. As a result, heat dissipation from the lower surface of the stage 120 to the lower side is not hindered, and the in-plane uniformity of the temperature of the stage 120 is improved. As a result, the in-plane uniformity of the temperature of the wafer W mounted on the mounting surface of the stage 120 is improved, and the in-plane uniformity of the film characteristics such as the film thickness and the film quality of the film formed on the wafer W is improved. do.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the heat dissipation characteristics when the film F is deposited on the lower surface of the stage 120, and shows a state when the film F is deposited on a part of the lower surface of the stage 120.
  • the direction of heat transfer is indicated by an arrow Z1.
  • heat is dissipated below the stage 120 in the region where the film F is not deposited on the lower surface of the stage 120.
  • heat radiation from the lower surface of the stage 120 downward is blocked by the deposited film, and heat is transferred toward the upper surface of the stage 120.
  • a temperature distribution is generated in which the region where the film F is deposited on the lower surface of the stage 120 is higher than the region where the film F is not deposited on the lower surface of the stage 120, and the stage 120 is placed.
  • the in-plane uniformity of the temperature of the wafer W placed on the surface is reduced.
  • the in-plane uniformity of film characteristics such as film thickness and film quality of the film formed on the wafer W is reduced.
  • the film forming apparatus 100 of the first embodiment since the adsorption inhibitor is supplied to the gap between the outer peripheral wall of the shower head 130 and the exhaust duct 113, a film may be deposited on the outer peripheral wall of the shower head 130. It is suppressed. As a result, even when the film forming process on the wafer W is repeated, the film is hardly deposited on the outer peripheral wall of the shower head 130, so that it is possible to prevent the shower head 130 from being electrically connected to the ground via the deposited film. .. As a result, it is possible to prevent the plasma discharge from being stopped in the processing space 138 when the power of a predetermined frequency is applied from the second high frequency power supply 146 to the shower head 130.
  • the adsorption inhibitor supply unit 160 includes eight gas introduction holes 163a to 163h has been described, but the present disclosure is not limited to this, and at least one gas. It suffices if an introduction hole is provided. Further, each of the gas introduction holes 163a to 163h may be branched into a plurality of gas introduction holes 163a to 163h to supply the adsorption inhibitor into the processing container 110.
  • the gas introduction hole for supplying the adsorption inhibitor into the processing container 110 from below the processing container 110 is provided in the collar portion 125 .
  • the disclosure is not limited to this, and may be provided on the bottom wall of the processing container 110, for example.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a gas supply sequence of the film formation process by the ALD method.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the gas supply sequence of the film formation process by the ALD method.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a gas supply sequence of the film forming process by the CVD method.
  • FIG. 6 is a diagram showing another example of the gas supply sequence of the film forming process by the CVD method.
  • the stage 120 has moved to the delivery position.
  • control unit 170 executes a step of carrying the wafer W into the processing container 110.
  • the control unit 170 opens the gate valve 112.
  • the wafer W is placed on the elevating pin 127 by an external transport mechanism (not shown).
  • the control unit 170 closes the gate valve 112.
  • the control unit 170 controls the elevating mechanism 124 to move the stage 120 to the processing position. At this time, as the stage 120 rises, the wafer W placed on the elevating pin 127 is placed on the mounting surface of the stage 120.
  • the control unit 170 executes a step of forming a film on the wafer W.
  • the control unit 170 operates the heater 121 and turns on the ON / OFF switch 148 to attract the wafer W to the stage 120.
  • the control unit 170 controls the film forming raw material supply unit 150, and as shown in FIGS. 3 and 4, for example , the shower head 130 uses various gases such as TiCl 4 gas, NH 3 gas, and an inert gas. Is intermittently supplied into the processing container 110. As a result, the step of forming the TiN film on the wafer W is performed.
  • the treated gas passes through the flow path on the upper surface side of the cover member 122 and is exhausted by the exhaust mechanism 142 via the exhaust pipe 141.
  • the control unit 170 controls the film-forming raw material supply unit 150, and as shown in FIGS. 5 and 6, for example , the shower head 130 uses various gases such as TiCl 4 gas, NH 3 gas, and an inert gas. May be continuously supplied into the processing container 110.
  • the control unit 170 controls the adsorption inhibitor supply unit 160 to supply the gas introduction holes 163a to 163h into the processing container 110.
  • the deposition of the film on the outside of the processing space 138 can be suppressed.
  • the timing for starting the supply of the adsorption inhibitors, for example, FIG. 3 and TiCl 4 as shown in TiCl 4 may even before starting the supply of gas, for example, FIGS. 4 and 6, as shown in FIG. 5 It may be at the same time as the gas supply.
  • the supply of the TiCl 4 gas is performed. It is preferable to start the supply of the adsorption inhibitor before starting.
  • control unit 170 controls the first high frequency power supply 144 and the matching unit 143 to apply electric power of a predetermined frequency to the stage 120. Further, the control unit 170 controls the second high frequency power supply 146 and the matching unit 145 to apply electric power having a predetermined frequency to the shower head 130.
  • the control unit 170 executes the step of carrying out the wafer W from the processing container 110.
  • the control unit 170 turns off the ON / OFF switch 148 to release the adsorption of the wafer W to the stage 120, and controls the elevating mechanism 124 to move the stage 120 to the delivery position.
  • the head of the elevating pin 127 protrudes from the mounting surface of the stage 120, and the wafer W is lifted from the mounting surface of the stage 120.
  • the control unit 170 opens the gate valve 112.
  • the wafer W placed on the elevating pin 127 is carried out by an external transport mechanism (not shown).
  • the control unit 170 closes the gate valve 112.
  • the film forming process for forming the TiN film on the wafer W can be performed. Further, when the above film forming process is repeated, a film may be deposited on the outside of the processing space 138, but in the substrate processing method of the first embodiment, an adsorption inhibitor is used in the step of forming the film on the wafer W. Is supplied into the processing container 110 from the gas introduction holes 163a to 163h. As a result, even when the TiCl 4 gas diffuses to the outside of the treatment space 138, the adsorption inhibitor inhibits the adsorption of TiCl 4 to the portion, so that the deposition of the TiN film on the portion is suppressed. .. As a result, even when the film forming process on the wafer W is repeatedly performed, the amount of the film deposited on the outside of the processing space 138 is reduced, so that the time required for cleaning to remove the deposited film in the processing container 110 can be shortened.
  • the process of forming a TiN film on the wafer W was repeated 1000 times by the substrate processing method using the film forming apparatus 100. During the step of forming the film on the wafer W, the adsorption inhibitor was not supplied into the processing container 110. In addition, the in-plane distribution of the film thickness of the TiN film formed on the wafer W by the 1000th film forming process was measured.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the influence on the film characteristics when the film is deposited on the lower surface of the stage 120, and is an in-plane distribution of the film thickness of the TiN film formed on the wafer W by the 1000th film forming process. The measurement result of is shown.
  • the region A1 indicates a region where the film is deposited on the lower surface of the stage 120.
  • the film thickness of the TiN film is larger than in the regions B1 to D1 in which the film is not deposited on the lower surface of the stage 120. You can see that there is.
  • the wafer W in which the dopant was injected was placed on the mounting surface of the stage 120 of the film forming apparatus 100, and the stage 120 was heated to heat-treat the wafer W. ..
  • the in-plane distribution of the sheet resistance of the heat-treated wafer W was measured.
  • the wafer W in which the dopant is injected exhibits a characteristic that the higher the heating temperature is, the more the dopant is diffused in the wafer W and the sheet resistance of the wafer W is lowered.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the influence on the film characteristics when the film is deposited on the lower surface of the stage 120.
  • the wafer W in which the dopant is injected is placed on the mounting surface of the stage 120 of the film forming apparatus 100, and the stage 120 is heated to heat the wafer W.
  • the measurement result of the in-plane distribution of the sheet resistance of the wafer W is shown.
  • the region C2 indicates a region where the film is deposited on the lower surface of the stage 120.
  • the sheet resistance is lower than in the regions A2 and B2 in which the film is not deposited on the lower surface of the stage 120. I understand. It is considered that this is because the temperature of the stage 120 is high in the region C2 where the film is deposited on the lower surface of the stage 120 because the heat radiation from the lower surface of the stage 120 to the lower side is blocked by the deposited film.
  • the temperature of the region is raised by the film deposited on a part of the lower surface of the stage 120, and the wafer W mounted on the mounting surface of the stage 120 is in-plane. It is considered that the film formation rate of the region in the above region becomes high.
  • the film forming apparatus 100 of the first embodiment since the adsorption inhibitor is supplied into the processing container 110 from below the processing container 110, the film is suppressed from being deposited on the lower surface of the stage 120. As a result, heat dissipation from the lower surface of the stage 120 to the lower side is not hindered, and the in-plane uniformity of the temperature of the stage 120 is improved. As a result, the in-plane uniformity of the temperature of the wafer W mounted on the mounting surface of the stage 120 is improved, and the in-plane uniformity of the film characteristics such as the film thickness and the film quality of the film formed on the wafer W is improved. do.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the film forming apparatus of the second embodiment.
  • the film forming apparatus 200 shown in FIG. 9 is an apparatus for forming a film on the wafer W by the ALD method or the CVD method without generating plasma.
  • the film forming apparatus 200 includes a processing container 210, a stage 220, a top plate member 230, an exhaust unit 240, a film forming raw material supply unit 250, an adsorption inhibitor supply unit 260, a control unit 270, and the like.
  • the processing container 210 is made of a metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
  • the processing container 210 accommodates the wafer W.
  • a carry-in outlet 211 for carrying in or out the wafer W is formed on the side wall of the processing container 210.
  • the carry-in outlet 211 is opened and closed by the gate valve 212.
  • An annular exhaust duct 213 having a rectangular cross section is provided on the main body of the processing container 210.
  • a slit 213a is formed in the exhaust duct 213 along the inner peripheral surface.
  • an exhaust port 213b is formed on the outer wall of the exhaust duct 213.
  • a top wall 214 is provided on the upper surface of the exhaust duct 213 so as to close the upper opening of the processing container 210.
  • the top wall 214 and the exhaust duct 213 are hermetically sealed with a seal ring 215.
  • the stage 220 horizontally supports the wafer W in the processing container 210.
  • the stage 220 has a disk shape having a size corresponding to the wafer W, and is supported by the support member 223.
  • the stage 220 is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or a metal material such as aluminum or nickel alloy, and a heater 221 for heating the wafer W is embedded therein.
  • the heater 221 is supplied with power from a heater power source (not shown) to generate heat.
  • the wafer W is controlled to a predetermined temperature by controlling the output of the heater 221 by a temperature signal of a thermocouple (not shown) provided near the wafer mounting surface on the upper surface of the stage 220. There is.
  • the stage 220 is provided with a cover member 222 made of a ceramic material such as alumina so as to cover the outer peripheral region of the wafer mounting surface and the side surface of the stage 220.
  • the support member 223 extends from the center of the bottom surface of the stage 220 to the lower side of the processing container 210 through a hole formed in the bottom wall of the processing container 210, and the lower end is connected to the elevating mechanism 224.
  • the elevating mechanism 224 has a transfer position at which the wafer W is delivered to and from the transfer mechanism (not shown) and a processing position above the transfer position where the film is formed on the wafer W (FIG. 9). Move up and down to and from the position shown in.
  • a collar portion 225 is attached below the processing container 210 of the support member 223, and the atmosphere inside the processing container 210 is partitioned from the outside air between the bottom surface of the processing container 210 and the collar portion 225, and the stage 220.
  • a bellows 226 that expands and contracts as it moves up and down is provided.
  • three support pins 227 are provided so as to project upward from the elevating plate 227a.
  • the support pin 227 can be raised and lowered via the raising and lowering plate 227a by the raising and lowering mechanism 228 provided below the processing container 210, and is inserted into the through hole 220a provided in the stage 220 at the transport position to be inserted into the stage 220. It is possible to sink into the upper surface of the.
  • the wafer W is transferred between the transfer mechanism and the stage 220.
  • the top plate member 230 is made of metal, for example, and is provided on the lower surface of the top wall 214 so as to face the stage 220.
  • the top plate member 230 supplies reaction gas, purge gas, and the like to the processing space 238.
  • a recess 232 is formed on the lower surface of the top plate member 230, and an inclined surface that expands toward the outer periphery is formed from the center side of the recess 232.
  • An annular and flat tip portion 233 is formed on the outside of the inclined surface.
  • the lower surface of the tip portion 233 of the top plate member 230 is arranged so as to face the upper surface of the cover member 222.
  • the space surrounded by the recess 232 of the top plate member 230 and the upper surface of the stage 220 becomes a processing space 238 in which the film is formed on the wafer W.
  • the height position of the processing position is set so that a gap 234 is formed between the lower surface of the tip portion 233 of the top plate member 230 and the upper surface of the cover member 222.
  • the slit 213a of the exhaust duct 213 is open toward the gap 234.
  • a gas supply path 235 for supplying the reaction gas into the processing space 238 is formed in the center of the recess 232 of the top plate member 230.
  • the gas supply path 235 penetrates the top plate member 230 in the vertical direction, and the lower end thereof opens downward toward the stage 220 side. Further, the gas supply path 235 is connected to the film forming raw material supply unit 250 via the gas introduction hole 236.
  • the exhaust unit 240 exhausts the inside of the processing container 210.
  • the exhaust unit 240 has an exhaust pipe 241 connected to the exhaust port 213b and an exhaust mechanism 242 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like connected to the exhaust pipe 241.
  • the gas in the processing container 210 reaches the exhaust duct 213 through the slit 213a, and is exhausted from the exhaust duct 213 through the exhaust pipe 241 by the exhaust mechanism 242.
  • the film forming raw material supply unit 250 is connected to the gas introduction hole 236 via the gas supply line 237.
  • the film-forming raw material supply unit 250 is connected to gas supply sources of various gases including the film-forming raw material via a gas supply line.
  • the film forming raw material supply unit 250 is a gas supply source for supplying various gases such as TiCl 4 gas, NH 3 gas, and an inert gas, respectively. It is connected via a gas supply line.
  • Each gas supply line is appropriately branched and equipped with an on-off valve and a flow rate controller.
  • the film-forming raw material supply unit 250 can control the flow rate of various gases by controlling the on-off valve and the flow rate controller provided in each gas supply line.
  • the film-forming raw material supply unit 250 supplies various gases including the film-forming raw material into the processing container 210 via the gas supply line 237, the gas introduction hole 236, and the gas supply path 235 during the film-forming process. ..
  • the adsorption inhibitor supply unit 260 is provided separately from the film-forming raw material supply unit 250, and supplies the adsorption inhibitor that inhibits the adsorption of the gas containing the film-forming raw material into the processing container 210.
  • the adsorption inhibitor supply unit 260 may have the same configuration as the adsorption inhibitor supply unit 160 of the first embodiment. That is, the adsorption inhibitor supply unit 260 includes an adsorption inhibitor supply source 261, gas lines 262a to 262h, gas introduction holes 263a to 263h, and on-off valves 264a to 264h.
  • the control unit 270 includes a data processing unit including a program, a memory, and a CPU.
  • the program incorporates an instruction to send a control signal from the control unit 270 to each unit of the film forming apparatus 200 to execute the film forming process.
  • the operation of the stage 220, the exhaust unit 240, the film forming material supply unit 250, the adsorption inhibitor supply unit 260, and the like is controlled by the control signal, and the film forming process for forming a film on the wafer W is performed.
  • the program is stored in a computer storage medium such as a flexible disk, a compact disk, a hard disk, an MO (magneto-optical disk), a memory card, or the like, and is installed in the control unit 270.
  • the adsorption inhibitor prevents the film forming material from being adsorbed on the portion. Therefore, the deposition of the film on the portion is suppressed. As a result, even when the film forming process on the wafer W is repeatedly performed, the amount of the film deposited on the outside of the processing space 238 is reduced, so that the time required for cleaning to remove the deposited film in the processing container 210 can be shortened.
  • the film forming apparatus 200 of the second embodiment since the adsorption inhibitor is supplied into the processing container 210 from below the processing container 210, the film is suppressed from being deposited on the lower surface of the stage 220. As a result, heat dissipation from the lower surface of the stage 220 to the lower side is not hindered, and the in-plane uniformity of the temperature of the stage 220 is improved. As a result, the in-plane uniformity of the temperature of the wafer W mounted on the mounting surface of the stage 220 is improved, and the in-plane uniformity of the film characteristics such as the film thickness and the film quality of the film formed on the wafer W is improved. do.
  • the temperature distribution is generated in the plane of the stage 220, so that the in-plane uniformity of the temperature of the wafer W mounted on the mounting surface of the stage 220 is lowered.
  • the in-plane uniformity of film characteristics such as film thickness and film quality of the film formed on the wafer W is reduced.
  • the adsorption inhibitor supply unit 260 includes eight gas introduction holes 263a to 263h has been described, but the present disclosure is not limited to this, and at least one gas is used. It suffices if an introduction hole is provided. Further, each of the gas introduction holes 263a to 263h may be branched into a plurality of gas introduction holes 263a to 263h to supply the adsorption inhibitor into the processing container 210.
  • the gas introduction hole for supplying the adsorption inhibitor into the processing container 210 from below the processing container 210 is provided in the flange portion 225 .
  • the disclosure is not limited to this, and may be provided on the bottom wall of the processing container 210, for example.
  • the substrate processing method using the film forming apparatus 200 is the same as the substrate processing method using the film forming apparatus 100 described above, except that high frequency power is not applied to the stage 220 in the step of forming the film on the wafer W. It may be there.
  • the film forming process for forming the TiN film on the wafer W can be performed in the same manner as the substrate processing method using the film forming apparatus 100. Further, when the film forming process is repeated, a film may be deposited on the outside of the processing space 238, but in the substrate processing method of the second embodiment, the adsorption inhibitor is gasified in the step of forming the film on the wafer W. It is supplied into the processing container 210 from the introduction holes 263a to 263h.
  • the adsorption inhibitor inhibits the adsorption of TiCl 4 to the portion, so that the deposition of the TiN film on the portion is suppressed. ..
  • the amount of the film deposited on the outside of the processing space 238 is reduced, so that the time required for cleaning to remove the deposited film in the processing container 210 can be shortened.

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Abstract

本開示の一態様による成膜装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給する成膜原料供給部と、前記成膜原料供給部とは別に設けられ、前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する吸着阻害剤供給部と、を備える。

Description

成膜装置及び基板処理方法
　本開示は、成膜装置及び基板処理方法に関する。
　窪みパターンの上部にハロゲン含有ガスを供給して吸着させることで吸着阻害基を形成し、次いで窪みパターンに反応ガスを供給して吸着阻害基に吸着を阻害されない領域に反応ガスを吸着させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７－１１２２５８号公報
　本開示は、処理空間の外部への膜の堆積を抑制できる技術を提供する。
　本開示の一態様による成膜装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給する成膜原料供給部と、前記成膜原料供給部とは別に設けられ、前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する吸着阻害剤供給部と、を備える。
　本開示によれば、処理空間の外部への膜の堆積を抑制できる。
第１の実施形態の成膜装置の一例を示す図 ステージの下面に膜が堆積したときの放熱特性を説明するための図 ＡＬＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図 ＡＬＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図 ＣＶＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図 ＣＶＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図 ステージの下面に膜が堆積したときの膜特性への影響を説明するための図（１） ステージの下面に膜が堆積したときの膜特性への影響を説明するための図（２） 第２の実施形態の成膜装置の一例を示す図
　以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
　〔第１の実施形態〕
　（成膜装置）
　図１を参照し、第１の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図１は、第１の実施形態の成膜装置の一例を示す図である。
　図１に示される成膜装置１００は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）や化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により、基板の一例である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）に膜を成膜する装置である。成膜装置１００は、処理容器１１０、ステージ１２０、シャワーヘッド１３０、排気部１４０、成膜原料供給部１５０、吸着阻害剤供給部１６０、制御部１７０等を備える。
　処理容器１１０は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１１０は、ウエハＷを収容する。
　処理容器１１０の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１１が形成されている。搬入出口１１１は、ゲートバルブ１１２により開閉される。処理容器１１０の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１１３が設けられている。排気ダクト１１３には、内周面に沿ってスリット１１３ａが形成されている。排気ダクト１１３の外壁には、排気口１１３ｂが形成されている。排気ダクト１１３の上面には、処理容器１１０の上部開口を塞ぐように天壁１１４が設けられている。排気ダクト１１３と天壁１１４の間はシールリング１１５で気密に封止されている。
　ステージ１２０は、処理容器１１０内でウエハＷを水平に支持する部材である。ステージ１２０は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材１２３に支持されている。ステージ１２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ１２１と電極１２９とが埋め込まれている。ヒータ１２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ１２０の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ１２１の出力を制御し、これにより、ウエハＷが所定の温度に制御される。
　電極１２９には、整合器１４３を介して第１高周波電源１４４が接続されている。整合器１４３は、第１高周波電源１４４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１高周波電源１４４は、所定周波数の電力を、電極１２９を介してステージ１２０に印加する。例えば、第１高周波電源１４４は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、電極１２９を介してステージ１２０に印加する。高周波電力は１３．５６ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、ステージ１２０は、下部電極としても機能する。
　また、電極１２９は、処理容器１１０の外側に配置したＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８を介して吸着電源１４９に接続され、ウエハＷをステージ１２０に吸着させるための電極としても機能する。
　また、シャワーヘッド１３０には、整合器１４５を介して第２高周波電源１４６が接続されている。整合器１４５は、第２高周波電源１４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２高周波電源１４６は、所定周波数の電力をシャワーヘッド１３０に印加する。例えば、第２高周波電源１４６は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力をシャワーヘッド１３０に印加する。高周波電力は１３．５６ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、シャワーヘッド１３０は、上部電極としても機能する。
　ステージ１２０には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材１２２が設けられている。ステージ１２０の底面には、上部電極と下部電極の間のギャップＧを調整する調整機構１４７が設けられている。調整機構１４７は、支持部材１２３と昇降機構１２４とを有する。支持部材１２３は、ステージ１２０の底面の中央からステージ１２０を支持する。また、支持部材１２３は、処理容器１１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１１０の下方に延び、下端が昇降機構１２４に接続されている。ステージ１２０は、昇降機構１２４により、支持部材１２３を介して昇降する。調整機構１４７は、図１の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な受け渡し位置の間で昇降機構１２４を昇降させ、ウエハＷの搬入及び搬出を可能にする。
　支持部材１２３の処理容器１１０の下方には、鍔部１２５が取り付けられており、処理容器１１０の底面と鍔部１２５の間には、処理容器１１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ１２０の昇降動作にともなって伸縮するベローズ１２６が設けられている。
　処理容器１１０の底面の近傍には、昇降板１２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の昇降ピン１２７が設けられている。昇降ピン１２７は、処理容器１１０の下方に設けられた昇降機構１２８により昇降板１２７ａを介して昇降する。
　昇降ピン１２７は、受け渡し位置にあるステージ１２０に設けられた貫通孔１２０ａに挿通されてステージ１２０の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン１２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）とステージ１２０の間でウエハＷの受け渡しが行われる。
　シャワーヘッド１３０は、処理容器１１０内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド１３０は、金属製であり、ステージ１２０に対向するように設けられており、ステージ１２０とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド１３０は、処理容器１１０の天壁１１４に固定された本体部１３１と、本体部１３１の下に接続されたシャワープレート１３２とを有している。本体部１３１とシャワープレート１３２の間には、ガス拡散空間１３３が形成されており、ガス拡散空間１３３には処理容器１１０の天壁１１４及び本体部１３１の中央を貫通するようにガス導入孔１３６が設けられている。シャワープレート１３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部１３４が形成されている。環状突起部１３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔１３５が形成されている。ステージ１２０が処理位置に存在した状態では、ステージ１２０とシャワープレート１３２の間に処理空間１３８が形成され、カバー部材１２２の上面と環状突起部１３４とが近接して環状隙間１３９が形成される。
　排気部１４０は、処理容器１１０の内部を排気する。排気部１４０は、排気口１１３ｂに接続された排気配管１４１と、排気配管１４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構１４２とを有する。処理に際しては、処理容器１１０内のガスがスリット１１３ａを介して排気ダクト１１３に至り、排気ダクト１１３から排気配管１４１を通って排気機構１４２により排気される。
　成膜原料供給部１５０は、ガス供給ライン１３７を介してシャワーヘッド１３０のガス導入孔１３６に接続されている。成膜原料供給部１５０は、成膜原料を含む各種のガスのガス供給源に、それぞれガス供給ラインを介して接続されている。例えば、成膜装置１００がＴｉＮ膜を成膜する装置である場合、成膜原料供給部１５０は、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、不活性ガス等の各種のガスを供給するガス供給源とそれぞれガス供給ラインを介して接続されている。
　各ガス供給ラインは、適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。成膜原料供給部１５０は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。成膜原料供給部１５０は、成膜処理の際に、ガス供給ライン１３７及びシャワーヘッド１３０を介して処理容器１１０内に、成膜原料を含む各種のガスをそれぞれ供給する。
　吸着阻害剤供給部１６０は、成膜原料供給部１５０とは別に設けられ、処理容器１１０内に成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する。吸着阻害剤供給部１６０は、吸着阻害剤供給源１６１と、ガスライン１６２ａ～１６２ｈと、ガス導入孔１６３ａ～１６３ｈと、開閉バルブ１６４ａ～１６４ｈと、を含む。
　吸着阻害剤供給源１６１は、吸着阻害剤を、それぞれガスライン１６２ａ～１６２ｈ及びガス導入孔１６３ａ～１６３ｈを介して処理容器１１０内に供給する。
　ガス導入孔１６３ａ，１６３ｂは、鍔部１２５に設けられており、吸着阻害剤供給源１６１からの吸着阻害剤を処理容器１１０の下方から処理容器１１０内に供給する。処理容器１１０の下方から処理容器１１０内に供給された吸着阻害剤は、処理容器１１０の底壁に形成された孔部を通って処理容器１１０内に供給され、処理容器１１０の底壁とステージ１２０の下面との間を通って処理容器１１０の側壁に向かって流れる。これにより、成膜原料を含むガスが拡散して処理空間１３８の外部、例えばステージ１２０の下方に回り込んだ場合でも、吸着阻害剤によって成膜原料がステージ１２０の下面及び処理容器１１０の底壁に吸着することが阻害される。その結果、ステージ１２０の下面、処理容器１１０の底壁等の処理空間１３８の外部への膜の堆積が抑制される。
　ガス導入孔１６３ｃ～１６３ｆは、処理容器１１０の側壁に設けられており、吸着阻害剤供給源１６１からの吸着阻害剤を処理容器１１０の側方から処理容器１１０内に供給する。処理容器１１０の側方から処理容器１１０内に供給された吸着阻害剤は、処理容器１１０の側壁に沿って流れる。これにより、成膜原料を含むガスが拡散して処理空間１３８の外部、例えば処理容器１１０の側壁に到達した場合でも、吸着阻害剤によって成膜原料が処理容器１１０の側壁に吸着することが阻害される。その結果、処理容器１１０の側壁等の処理空間１３８の外部への膜の堆積が抑制される。
　ガス導入孔１６３ｇ，１６３ｈは、処理容器１１０の天壁１１４におけるシャワーヘッド１３０の本体部１３１が固定された位置よりも外周側に設けられており、吸着阻害剤供給源１６１からの吸着阻害剤を処理容器１１０の上方から処理容器１１０内に供給する。処理容器１１０の上方から処理容器１１０内に供給された吸着阻害剤は、シャワーヘッド１３０の外周壁と排気ダクト１１３の隙間を通って下方に流れる。これにより、成膜原料を含むガスが拡散して処理空間１３８の外部、例えばシャワーヘッド１３０の外周壁と排気ダクト１１３の隙間に到達した場合でも、吸着阻害剤により成膜原料がシャワーヘッド１３０の外周壁、排気ダクト１１３に吸着することが阻害される。その結果、シャワーヘッド１３０の外周壁、排気ダクト１１３等の処理空間１３８の外部への膜の堆積を抑制できる。
　吸着阻害剤は、成膜原料の種類に応じて選択される。例えば、成膜原料がＴｉＣｌ４である場合、吸着阻害剤としてはジクロロエタン、ジクロロエチレン等を利用できる。また、吸着阻害剤と共にＡｒ、Ｎ２等の不活性ガスを供給してもよい。
　制御部１７０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部１７０から成膜装置１００の各部に制御信号を送り、成膜処理を実行するように命令が組み込まれている。その制御信号によりステージ１２０、排気部１４０、成膜原料供給部１５０、吸着阻害剤供給部１６０等の動作が制御され、ウエハＷに膜を成膜する成膜処理が行われる。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカード等の記憶媒体に格納されて制御部１７０にインストールされる。
　第１の実施形態の成膜装置１００によれば、処理空間１３８の外部に成膜原料を含むガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、成膜原料が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分への膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間１３８の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器１１０内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
　また、第１の実施形態の成膜装置１００によれば、吸着阻害剤を処理容器１１０の下方から処理容器１１０内に供給するので、ステージ１２０の下面に膜が堆積することが抑制される。これにより、ステージ１２０の下面から下方への放熱が阻害されず、ステージ１２０の温度の面内均一性が向上する。その結果、ステージ１２０の載置面に載置されるウエハＷの温度の面内均一性が向上し、ウエハＷに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が向上する。
　これに対し、ステージ１２０の下面の一部に膜が堆積すると、膜が堆積した領域と膜が堆積していない領域との間で、ステージ１２０の下面から下方への放熱特性に違いが生じる。図２は、ステージ１２０の下面に膜Ｆが堆積したときの放熱特性を説明するための図であり、ステージ１２０の下面の一部の領域に膜Ｆが堆積したときの状態を示す。なお、図２中、熱の移動方向を矢印Ｚ１で示す。
　図２に示されるように、ステージ１２０の下面における膜Ｆが堆積していない領域ではステージ１２０の下方へ放熱される。一方、ステージ１２０の下面における膜Ｆが堆積した領域ではステージ１２０の下面から下方への放熱が堆積膜により阻害され、ステージ１２０の上面に向けて熱が移動する。これにより、ステージ１２０の面内において、ステージ１２０の下面に膜Ｆが堆積した領域がステージ１２０の下面に膜Ｆが堆積していない領域よりも高温となる温度分布が生じ、ステージ１２０の載置面に載置されるウエハＷの温度の面内均一性が低下する。その結果、ウエハＷに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が低下する。
　また、第１の実施形態の成膜装置１００によれば、吸着阻害剤をシャワーヘッド１３０の外周壁と排気ダクト１１３の隙間に供給するので、シャワーヘッド１３０の外周壁に膜が堆積することが抑制される。これにより、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行った場合でもシャワーヘッド１３０の外周壁に膜がほとんど堆積しないため、堆積膜を介してシャワーヘッド１３０がグラウンドと電気的に接続されることを防止できる。その結果、第２高周波電源１４６からシャワーヘッド１３０に所定周波数の電力を印加したときに処理空間１３８においてプラズマ放電が立たなくなることを防止できる。
　なお、第１の実施形態の成膜装置１００では、吸着阻害剤供給部１６０が８つのガス導入孔１６３ａ～１６３ｈを含む場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、少なくとも１つのガス導入孔が設けられていればよい。また、ガス導入孔１６３ａ～１６３ｈの各々は、複数に分岐されて処理容器１１０内に吸着阻害剤を供給する形態であってもよい。
　また、第１の実施形態の成膜装置１００では、処理容器１１０の下方から処理容器１１０内に吸着阻害剤を供給するガス導入孔が鍔部１２５に設けられている場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、例えば処理容器１１０の底壁に設けられていてもよい。
　（基板処理方法）
　図３から図６を参照し、成膜装置１００を用いた基板処理方法の一例について、ウエハＷにＴｉＮ膜を形成する場合を説明する。図３は、ＡＬＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図である。図４は、ＡＬＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図である。図５は、ＣＶＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図である。図６は、ＣＶＤ法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図である。なお、基板処理方法の開始時において、ステージ１２０は受け渡し位置に移動している。
　まず、制御部１７０は、処理容器１１０内にウエハＷを搬入する工程を実行する。制御部１７０は、ゲートバルブ１１２を開ける。ここで、外部の搬送機構（図示せず）により、昇降ピン１２７の上にウエハＷが載置される。搬送機構が搬入出口１１１から出ると、制御部１７０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
　制御部１７０は、昇降機構１２４を制御してステージ１２０を処理位置に移動させる。この際、ステージ１２０が上昇することにより、昇降ピン１２７の上に載置されたウエハＷがステージ１２０の載置面に載置される。
　続いて、制御部１７０は、ウエハＷに膜を形成する工程を実行する。処理位置において、制御部１７０は、ヒータ１２１を動作させ、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８をＯＮにしてウエハＷをステージ１２０に吸着させる。また、制御部１７０は、成膜原料供給部１５０を制御して、例えば図３及び図４に示されるように、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、不活性ガス等の各種のガスをシャワーヘッド１３０から処理容器１１０内へ間欠的に供給させる。これにより、ウエハＷにＴｉＮ膜を形成する工程が行われる。処理後のガスは、カバー部材１２２の上面側の流路を通過し、排気配管１４１を介して排気機構１４２により排気される。また、制御部１７０は、成膜原料供給部１５０を制御して、例えば図５及び図６に示されるように、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、不活性ガス等の各種のガスをシャワーヘッド１３０から処理容器１１０内へ連続的に供給させてもよい。
　ウエハＷに膜を形成する工程の際、制御部１７０は、吸着阻害剤供給部１６０を制御して、ガス導入孔１６３ａ～１６３ｈから処理容器１１０内へ供給させる。これにより、処理空間１３８の外部への膜の堆積を抑制できる。吸着阻害剤の供給を開始させるタイミングは、例えば図３及び図５に示されるようにＴｉＣｌ４ガスの供給を開始させる前であってもよく、例えば図４及び図６に示されるようにＴｉＣｌ４ガスの供給と同時であってもよい。ただし、ＴｉＣｌ４ガスが処理空間１３８の外部に拡散する前に処理空間１３８の外部に吸着阻害剤を供給して該部分への膜の堆積を特に抑制するという観点から、ＴｉＣｌ４ガスの供給を開始させる前に吸着阻害剤の供給を開始させることが好ましい。
　また、ウエハＷに膜を形成する工程の際、制御部１７０は、第１高周波電源１４４及び整合器１４３を制御して、所定周波数の電力をステージ１２０に印加する。また、制御部１７０は、第２高周波電源１４６及び整合器１４５を制御して、所定周波数の電力をシャワーヘッド１３０に印加する。
　ウエハＷに膜を形成する工程が終了すると、制御部１７０は、処理容器１１０内からウエハＷを搬出する工程を実行する。制御部１７０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８をＯＦＦにしてウエハＷのステージ１２０への吸着を解除させ、昇降機構１２４を制御してステージ１２０を受け渡し位置に移動させる。この際、昇降ピン１２７の頭部がステージ１２０の載置面から突出し、ステージ１２０の載置面からウエハＷを持ち上げる。続いて、制御部１７０は、ゲートバルブ１１２を開ける。ここで、外部の搬送機構（図示せず）により、昇降ピン１２７の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送機構が搬入出口１１１から出ると、制御部１７０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
　以上に説明したように、成膜装置１００を用いた基板処理方法によれば、ウエハＷにＴｉＮ膜を形成する成膜処理を行うことができる。また、上記の成膜処理を繰り返し行う場合、処理空間１３８の外部に膜が堆積し得るが、第１の実施形態の基板処理方法では、ウエハＷに膜を形成する工程の際、吸着阻害剤をガス導入孔１６３ａ～１６３ｈから処理容器１１０内へ供給する。これにより、処理空間１３８の外部にＴｉＣｌ４ガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、ＴｉＣｌ４が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分へのＴｉＮ膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間１３８の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器１１０内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
　（評価）
　図７を参照し、ステージ１２０の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響について説明する。
　まず、成膜装置１００を用いた基板処理方法により、ウエハＷに対してＴｉＮ膜を成膜する処理を１０００回繰り返し行った。なお、ウエハＷに膜を形成する工程の際、処理容器１１０内に吸着阻害剤を供給しなかった。また、１０００回目の成膜処理によりウエハＷに形成したＴｉＮ膜の膜厚の面内分布を測定した。
　図７は、ステージ１２０の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響を説明するための図であり、１０００回目の成膜処理によりウエハＷに形成したＴｉＮ膜の膜厚の面内分布の測定結果を示す。なお、図７において、領域Ａ１はステージ１２０の下面に膜が堆積した領域を示す。
　図７に示されるように、ステージ１２０の下面に膜が堆積した領域Ａ１では、ステージ１２０の下面に膜が堆積していない領域Ｂ１～Ｄ１と比較して、ＴｉＮ膜の膜厚が大きくなっていることが分かる。
　続いて、１０００回目の成膜処理の後、成膜装置１００のステージ１２０の載置面にドーパントを注入したウエハＷを載置し、ステージ１２０を加熱することにより、ウエハＷに熱処理を行った。また、熱処理を行ったウエハＷのシート抵抗の面内分布を測定した。なお、ドーパントを注入したウエハＷは、加熱された際に加熱温度が高いほどウエハＷ中にドーパントが拡散し、ウエハＷのシート抵抗が低くなる特性を示す。
　図８は、ステージ１２０の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響を説明するための図である。図８は、１０００回目の成膜処理の後、成膜装置１００のステージ１２０の載置面にドーパントを注入したウエハＷを載置し、ステージ１２０を加熱することにより、ウエハＷに熱処理を行ったウエハＷのシート抵抗の面内分布の測定結果を示す。なお、図８において、領域Ｃ２はステージ１２０の下面に膜が堆積した領域を示す。
　図８に示されるように、ステージ１２０の下面に膜が堆積した領域Ｃ２では、ステージ１２０の下面に膜が堆積していない領域Ａ２，Ｂ２と比較して、シート抵抗が低くなっていることが分かる。これは、ステージ１２０の下面に膜が堆積した領域Ｃ２では、ステージ１２０の下面から下方への放熱が堆積膜により阻害されることにより、ステージ１２０の温度が高くなっているためと考えられる。一方、ステージ１２０の下面に膜が堆積していない領域Ａ２，Ｂ２では、ステージ１２０の下面に膜が堆積した領域Ｃ２と比較してステージ１２０の下方へ放熱されやすく、ステージ１２０の温度が相対的に低くなっていると考えられる。
　以上の図７及び図８の結果から、ステージ１２０の下面の一部の領域に堆積した膜により、該領域の温度が上昇し、ステージ１２０の載置面に載置されたウエハＷの面内における該領域の成膜速度が大きくなると考えられる。
　なお、第１の実施形態の成膜装置１００によれば、吸着阻害剤を処理容器１１０の下方から処理容器１１０内に供給するので、ステージ１２０の下面に膜が堆積することが抑制される。これにより、ステージ１２０の下面から下方への放熱が阻害されず、ステージ１２０の温度の面内均一性が向上する。その結果、ステージ１２０の載置面に載置されるウエハＷの温度の面内均一性が向上し、ウエハＷに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が向上する。
　〔第２の実施形態〕
　（成膜装置）
　図９を参照し、第２の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図９は、第２の実施形態の成膜装置の一例を示す図である。
　図９に示される成膜装置２００は、プラズマを生成することなく、ＡＬＤ法やＣＶＤ法により、ウエハＷに膜を成膜する装置である。成膜装置２００は、処理容器２１０、ステージ２２０、天板部材２３０、排気部２４０、成膜原料供給部２５０、吸着阻害剤供給部２６０、制御部２７０等を備える。
　処理容器２１０は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器２１０は、ウエハＷを収容する。
　処理容器２１０の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口２１１が形成されている。搬入出口２１１は、ゲートバルブ２１２により開閉される。処理容器２１０の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト２１３が設けられている。排気ダクト２１３には、内周面に沿ってスリット２１３ａが形成されている。また、排気ダクト２１３の外壁には排気口２１３ｂが形成されている。排気ダクト２１３の上面には、処理容器２１０の上部開口を塞ぐように天壁２１４が設けられている。天壁２１４と排気ダクト２１３との間はシールリング２１５で気密にシールされている。
　ステージ２２０は、処理容器２１０内でウエハＷを水平に支持する。ステージ２２０は、ウエハＷに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２２３に支持されている。ステージ２２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２２１が埋め込まれている。ヒータ２２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ２２０の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２２１の出力を制御することにより、ウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。
　ステージ２２０には、ウエハ載置面の外周領域、及びステージ２２０の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックス材料からなるカバー部材２２２が設けられている。
　支持部材２２３は、ステージ２２０の底面中央から処理容器２１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器２１０の下方に延び、下端が昇降機構２２４に接続されている。昇降機構２２４は、ステージ２２０を搬送機構（図示せず）との間でウエハＷを受け渡す受け渡し位置と、受け渡し位置の上方であって、ウエハＷへの成膜が行われる処理位置（図９に示す位置）との間で昇降させる。支持部材２２３の処理容器２１０の下方には、鍔部２２５が取り付けられており、処理容器２１０の底面と鍔部２２５の間には、処理容器２１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ２２０の昇降動作に伴って伸縮するベローズ２２６が設けられている。
　処理容器２１０の底面近傍には、昇降板２２７ａから上方に突出する例えば３本（２本のみ図示）の支持ピン２２７が設けられている。支持ピン２２７は、処理容器２１０の下方に設けられた昇降機構２２８により昇降板２２７ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるステージ２２０に設けられた貫通孔２２０ａに挿通されてステージ２２０の上面に対して突没可能となっている。支持ピン２２７を昇降させることにより、搬送機構とステージ２２０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
　天板部材２３０は、例えば金属製であり、ステージ２２０と対向するように天壁２１４の下面に設けられている。天板部材２３０は、処理空間２３８に反応ガスやパージガス等を供給する。天板部材２３０の下面には凹部２３２が形成されており、凹部２３２の中央側から外周側へ向けて末広がりの傾斜面が形成されている。傾斜面の外側には、環状で平坦な先端部２３３が形成されている。
　ステージ２２０を処理位置まで上昇させた状態では、天板部材２３０の先端部２３３の下面は、カバー部材２２２の上面と互いに対向するように配置される。これにより、天板部材２３０の凹部２３２とステージ２２０の上面とによって囲まれた空間は、ウエハＷに対する成膜が行われる処理空間２３８となる。また、天板部材２３０の先端部２３３の下面と、カバー部材２２２の上面との間には隙間２３４が形成されるように処理位置の高さ位置が設定されている。排気ダクト２１３のスリット２１３ａは、隙間２３４に向けて開口している。
　天板部材２３０の凹部２３２の中央には、処理空間２３８内へ反応ガスを供給するためのガス供給路２３５が形成されている。ガス供給路２３５は天板部材２３０を上下方向に貫通し、下端がステージ２２０側へ向けて下方に開口している。また、ガス供給路２３５は、ガス導入孔２３６を介して成膜原料供給部２５０に接続されている。
　排気部２４０は、処理容器２１０の内部を排気する。排気部２４０は、排気口２１３ｂに接続された排気配管２４１と、排気配管２４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構２４２とを有する。処理に際しては、処理容器２１０内のガスがスリット２１３ａを介して排気ダクト２１３に至り、排気ダクト２１３から排気配管２４１を通って排気機構２４２により排気される。
　成膜原料供給部２５０は、ガス供給ライン２３７を介してガス導入孔２３６に接続されている。成膜原料供給部２５０は、成膜原料を含む各種のガスのガス供給源に、それぞれガス供給ラインを介して接続されている。例えば、成膜装置２００がＴｉＮ膜を成膜する装置である場合、成膜原料供給部２５０は、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、不活性ガス等の各種のガスを供給するガス供給源とそれぞれガス供給ラインを介して接続されている。
　各ガス供給ラインは、適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。成膜原料供給部２５０は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。成膜原料供給部２５０は、成膜処理の際に、ガス供給ライン２３７、ガス導入孔２３６及びガス供給路２３５を介して処理容器２１０内に、成膜原料を含む各種のガスをそれぞれ供給する。
　吸着阻害剤供給部２６０は、成膜原料供給部２５０とは別に設けられ、処理容器２１０内に成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する。吸着阻害剤供給部２６０は、第１の実施形態の吸着阻害剤供給部１６０と同様の構成であってよい。すなわち、吸着阻害剤供給部２６０は、吸着阻害剤供給源２６１と、ガスライン２６２ａ～２６２ｈと、ガス導入孔２６３ａ～２６３ｈと、開閉バルブ２６４ａ～２６４ｈと、を含む。
　制御部２７０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部２７０から成膜装置２００の各部に制御信号を送り、成膜処理を実行するように命令が組み込まれている。その制御信号によりステージ２２０、排気部２４０、成膜原料供給部２５０、吸着阻害剤供給部２６０等の動作が制御され、ウエハＷに膜を成膜する成膜処理が行われる。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカード等の記憶媒体に格納されて制御部２７０にインストールされる。
　第２の実施形態の成膜装置２００によれば、処理空間２３８の外部に成膜原料を含むガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、成膜原料が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分への膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間２３８の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器２１０内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
　また、第２の実施形態の成膜装置２００によれば、吸着阻害剤を処理容器２１０の下方から処理容器２１０内に供給するので、ステージ２２０の下面に膜が堆積することが抑制される。これにより、ステージ２２０の下面から下方への放熱が阻害されず、ステージ２２０の温度の面内均一性が向上する。その結果、ステージ２２０の載置面に載置されるウエハＷの温度の面内均一性が向上し、ウエハＷに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が向上する。
　これに対し、図２に示されるように、ステージ２２０の下面の一部に膜が堆積すると、膜が堆積した領域と膜が堆積していない領域との間で、ステージ２２０の下面から下方への放熱特性に違いが生じる。より具体的には、ステージ２２０の下面における膜が堆積していない領域ではステージ２２０の下方へ放熱されやすいが、ステージ２２０の下面における膜が堆積した領域ではステージ２２０の下面から下方への放熱が堆積膜により阻害される。これにより、ステージ２２０の面内において温度分布が生じるため、ステージ２２０の載置面に載置されるウエハＷの温度の面内均一性が低下する。その結果、ウエハＷに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が低下する。
　なお、第２の実施形態の成膜装置２００では、吸着阻害剤供給部２６０が８つのガス導入孔２６３ａ～２６３ｈを含む場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、少なくとも１つのガス導入孔が設けられていればよい。また、ガス導入孔２６３ａ～２６３ｈの各々は、複数に分岐されて処理容器２１０内に吸着阻害剤を供給する形態であってもよい。
　また、第２の実施形態の成膜装置２００では、処理容器２１０の下方から処理容器２１０内に吸着阻害剤を供給するガス導入孔が鍔部２２５に設けられている場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、例えば処理容器２１０の底壁に設けられていてもよい。
　（基板処理方法）
　成膜装置２００を用いた基板処理方法の一例について、ウエハＷにＴｉＮ膜を形成する場合を説明する。成膜装置２００を用いた基板処理方法は、ウエハＷに膜を形成する工程において、ステージ２２０に高周波電力を印加しない点を除いて、前述の成膜装置１００を用いた基板処理方法と同様であってよい。
　成膜装置２００を用いた基板処理方法によれば、成膜装置１００を用いた基板処理方法と同様に、ウエハＷにＴｉＮ膜を形成する成膜処理を行うことができる。また、成膜処理を繰り返し行う場合、処理空間２３８の外部に膜が堆積し得るが、第２の実施形態の基板処理方法では、ウエハＷに膜を形成する工程の際、吸着阻害剤をガス導入孔２６３ａ～２６３ｈから処理容器２１０内へ供給する。これにより、処理空間２３８の外部にＴｉＣｌ４ガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、ＴｉＣｌ４が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分へのＴｉＮ膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間２３８の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器２１０内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　本国際出願は、２０２０年３月１７日に出願した日本国特許出願第２０２０－０４６４４３号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
１００，２００　成膜装置
１１０，２１０　処理容器
１３０　　　　　シャワーヘッド
１４６　　　　　第２高周波電源
１５０，２５０　成膜原料供給部
１６０，２６０　吸着阻害剤供給部
Ｗ　　　　　　　ウエハ

Claims (18)

  1. 　基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給する成膜原料供給部と、
    　前記成膜原料供給部とは別に設けられ、前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する吸着阻害剤供給部と、
    　を備える、成膜装置。
  2. 　前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器の下方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
    　請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器の側方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
    　請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 　前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器の上方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
    　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  5. 　前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器内に前記吸着阻害剤と共に不活性ガスを供給する、
    　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 　前記成膜原料供給部は、前記基板に対向して配置されたシャワーヘッドを含む、
    　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 　前記シャワーヘッドに高周波電力を印加する高周波電源を備える、
    　請求項６に記載の成膜装置。
  8. 　処理容器内に基板を搬入する工程と、
    　前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給し、前記基板に膜を形成する工程と、
    　を有し、
    　前記基板に膜を形成する工程において、少なくとも前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスを供給する際に前記処理容器内に前記成膜原料の吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する、
    　基板処理方法。
  9. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記成膜原料を含むガスの供給を開始する前に前記吸着阻害剤の供給を開始する、
    　請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記成膜原料を含むガスの供給と前記吸着阻害剤の供給を同時に開始する、
    　請求項８に記載の基板処理方法。
  11. 　前記基板に膜を形成する工程では、原子層堆積により前記基板に膜を形成する、
    　請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  12. 　前記基板に膜を形成する工程では、化学気相堆積により前記基板に膜を形成する、
    　請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  13. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器の下方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
    　請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  14. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器の側方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
    　請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  15. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器の上方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
    　請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  16. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器内に前記吸着阻害剤と共に不活性ガスを供給する、
    　請求項８乃至１５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  17. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記基板に対向して配置されたシャワーヘッドから前記成膜原料を含むガスを供給する、
    　請求項８乃至１６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  18. 　前記基板に膜を形成する工程では、前記成膜原料を含むガスのプラズマを生成する、
    　請求項８乃至１７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
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