WO2023248835A1 - 成膜装置 - Google Patents
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- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
Definitions
- the present disclosure relates to a film forming apparatus.
- Patent Document 1 discloses a mounting table that can be raised and lowered in a processing container, a member that faces the mounting table and forms a processing space between the mounting table, and a member that supplies raw material gas and reaction gas into the processing container.
- a substrate processing apparatus that includes a gas supply section that provides a gas supply section that controls the flow of air, and a pressure regulating valve that can adjust its opening. Adjustment of the gap between the member forming the processing space and the mounting table affects the process executed in the processing space.
- the present disclosure provides a film forming apparatus that can accurately measure the gap between a showerhead and a stage that form a processing space.
- a processing container a stage provided in the processing container so as to be movable up and down, a shower head facing the stage and having a plurality of gas holes, and raising and lowering the stage during film formation.
- a film forming apparatus is provided, the film forming apparatus having an elevating mechanism that causes the shower head to move and forms a processing space between the shower head and the stage, and a measuring section that measures a gap between the shower head and the stage.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an eddy current sensor and its surroundings according to an embodiment;
- FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of a film forming process according to an embodiment.
- 1 is a flowchart illustrating an example of a film forming process using an ALD method according to an embodiment.
- FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view of a film forming apparatus 100 according to this embodiment.
- the film forming apparatus 100 is an apparatus that sequentially supplies a source gas and a reaction gas to a substrate W such as a wafer to form a desired film on the surface of the substrate W.
- the film forming apparatus 100 supplies TiCl4 gas as a source gas and NH3 gas as a reaction gas to form a TiN film, which is a metal-containing film, on the surface of the substrate W, as an example of a desired film. .
- the film forming apparatus 100 includes a processing container 1, a stage (substrate mounting table) 2, a shower head 3, an exhaust section 4, a processing gas supply section 5, and a control device 6.
- the processing container 1 is made of metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
- a loading/unloading port 11 for loading or unloading the substrate W is formed in the side wall of the processing container 1 , and the loading/unloading port 11 can be opened and closed by a gate valve 12 .
- An annular exhaust duct 13 with a rectangular cross section is provided above the main body of the processing container 1.
- a slit 13a is formed in the exhaust duct 13 along the inner peripheral surface.
- an exhaust port 13b is formed in the outer wall of the exhaust duct 13.
- a ceiling wall 14 is provided on the upper surface of the exhaust duct 13 so as to close the upper opening of the processing container 1.
- a seal ring 15 is provided between the ceiling wall 14 and the exhaust duct 13, and the inside of the processing container 1 is airtightly sealed.
- the partitioning member 16 partitions the inside of the processing container 1 into upper and lower sections when the stage 2 (and the outer ring 22) rises to a processing position to be described later.
- the stage 2 horizontally supports the substrate W within the processing container 1.
- the stage 2 has a disk shape with a size corresponding to the substrate W, and is supported by a support member 23.
- the stage 2 is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or a metal material such as aluminum or a nickel-based alloy, and has a heater 21 embedded therein for heating the substrate W.
- the heater 21 is supplied with power from a heater power source (not shown) and generates heat.
- the output of the heater 21 is controlled by a temperature signal from a thermocouple (not shown) provided near the substrate mounting surface on the upper surface of the stage 2, thereby controlling the substrate W to a predetermined temperature.
- the heater 21 is an example of a heating section that the stage 2 has.
- the stage 2 is provided with an outer ring 22 made of ceramics such as alumina so as to cover the side surface of the stage 2 in the outer peripheral region of the substrate mounting surface.
- the support member 23 extends below the processing container 1 from the center of the bottom surface of the stage 2 through a hole formed in the bottom wall of the processing container 1, and its lower end is connected to the lifting mechanism 24.
- the stage 2 can be raised and lowered by the lifting mechanism 24 via the support member 23 between the processing position shown by the solid line in FIG. There is.
- a flange portion 25 is attached to the support member 23 below the processing container 1, and between the bottom surface of the processing container 1 and the flange portion 25, the atmosphere inside the processing container 1 is separated from the outside air, and the stage A bellows 26 is provided that expands and contracts as the device moves up and down.
- substrate support pins 27 are provided near the bottom of the processing container 1 so as to protrude upward from the elevating plate 27a.
- the substrate support pins 27 can be raised and lowered via a lifting plate 27a by a lifting mechanism 28 provided below the processing container 1, and are inserted into through holes 2a provided in the stage 2 in the transport position to raise and lower the stage. It is possible to protrude and sink into the upper surface of 2.
- the substrate W is transferred between the substrate transport mechanism (not shown) and the stage 2.
- the shower head 3 supplies processing gas into the processing container 1 in the form of a shower.
- the shower head 3 is made of metal, faces the stage 2, and has approximately the same diameter as the stage 2.
- the shower head 3 includes a main body 31 fixed to the ceiling wall 14 of the processing container 1 and a shower plate 32 connected below the main body 31.
- a gas diffusion space 33 is formed between the main body 31 and the shower plate 32, and a gas introduction hole is formed in the gas diffusion space 33 so as to penetrate through the center of the main body 31 and the top wall 14 of the processing container 1. 36 are provided.
- a plurality of gas holes 35 are formed in the central flat surface of the shower plate 32.
- a protrusion 34 that protrudes in an annular shape toward the stage 2 is formed on the outer periphery of the central region where the plurality of gas holes 35 are formed.
- the stage 2 is provided in the processing container 1 so as to be movable up and down, and the elevating mechanism 24 raises the stage 2 to the processing position during film formation.
- a processing space 37 is formed between the shower head 3 and the stage 2. That is, when the stage 2 is in the processing position during film formation, a processing space 37 is formed between the shower plate 32 and the stage 2, and the protrusion 34 and the upper surfaces of the stage 2 and outer ring 22 are close to each other and form a circle.
- An annular gap 38 is formed.
- a gap (distance, distance) G between the shower head 3 (the protruding portion 34 of the shower plate 32) and the stage 2 is measured by the measurement unit A when the stage 2 is in the processing position.
- the gap G measured by the measurement unit A is, for example, about 3 mm.
- the measurement section A includes an eddy current sensor 60 installed on the shower head 3 (projection 34 of the shower plate 32) and a mesh electrode 20 installed on the stage 2 (see FIGS. 1 and 2(a)). .
- the eddy current sensor 60 is covered by a cover member 61.
- the cover member 61 is an insulator and covers at least the side surface of the eddy current sensor 60. It also includes an exhaust pipe 45 that evacuates the space around the eddy current sensor 60 in the shower head 3 . Details of the measuring section A will be described later.
- the exhaust section 4 exhausts the inside of the processing container 1.
- the exhaust section 4 includes an exhaust pipe 41 connected to the exhaust port 13b of the exhaust duct 13, an APC (Auto Pressure Controller) valve 42, an on-off valve 43, and a vacuum pump 44.
- One end of the exhaust pipe 41 is connected to the exhaust port 13b of the exhaust duct 13, and the other end is connected to the suction port of the vacuum pump 44.
- An APC valve 42 and an on-off valve 43 are provided between the exhaust duct 13 and the vacuum pump 44 in this order from the upstream side.
- the APC valve 42 adjusts the pressure in the processing space 37 by adjusting the conductance of the exhaust path.
- the opening/closing valve 43 switches the exhaust pipe 41 between opening and closing.
- the partitioning member 16 and the stage 2 partition the inside of the processing container 1 into an upper space including the processing space 37 and a lower space on the back side of the stage 2.
- the gas in the processing space 37 reaches the annular space inside the exhaust duct 13 via the annular gap 38 and the slit 13a, passes through the exhaust pipe 41 from the exhaust port 13b of the exhaust duct 13, and passes through the exhaust section 4. It is evacuated by a vacuum pump 44.
- the lower space is provided with a purge atmosphere by a purge gas supply mechanism (not shown). Therefore, the gas in the processing space 37 does not flow into the lower space.
- the film forming apparatus 100 further includes an exhaust mechanism 7 that evacuates the space around the eddy current sensor 60 in the shower head 3.
- the exhaust mechanism 7 has an exhaust pipe 45 (see FIGS. 1 and 3).
- the exhaust section 4 includes an APC valve 46 connected to an exhaust pipe 45 and an on-off valve 47.
- the exhaust pipe 45 is connected to the suction port of the vacuum pump 44.
- An APC valve 46 and an on-off valve 47 are provided between the exhaust pipe 45 and the vacuum pump 44 in this order from the upstream side.
- the APC valve 46 adjusts the conductance of the exhaust path to adjust the pressure in the gap around the eddy current sensor 60.
- the opening/closing valve 47 switches the exhaust piping 45 between opening and closing. The gas in the gap around the eddy current sensor 60 is exhausted by the vacuum pump 44 via the exhaust pipe 45.
- the processing gas supply section 5 has a source gas supply line L1, a reaction gas supply line L2, a purge gas supply line L3, and a merging pipe L4.
- the confluence pipe L4 is connected to the gas introduction hole 36.
- the raw material gas supply line L1 extends from the raw material gas supply source 51 and is connected to the confluence pipe L4.
- the raw material gas supply line L1 is provided with a mass flow controller (not shown) and an on-off valve 54 in this order from the raw material gas supply source 51 side.
- the mass flow controller controls the flow rate of the raw material gas flowing through the raw material gas supply line L1.
- the on-off valve V1 switches between supplying and stopping the source gas during the ALD process.
- a buffer tank (not shown) may be provided between the mass flow controller and the on-off valve 54. The buffer tank temporarily stores the raw material gas and supplies the necessary raw material gas in a short time.
- the reaction gas supply line L2 extends from the reaction gas supply source 52 and is connected to the confluence pipe L4.
- the reaction gas supply line L2 is provided with a mass flow controller (not shown) and an on-off valve 55 in this order from the reaction gas supply source 52 side.
- the mass flow controller controls the flow rate of the reaction gas flowing through the reaction gas supply line L2.
- the on-off valve 55 switches between supplying and stopping the reaction gas during the ALD process.
- a buffer tank (not shown) may be provided between the mass flow controller and the on-off valve 55. The buffer tank temporarily stores the reaction gas and supplies the necessary reaction gas in a short time.
- the purge gas supply line L3 extends from the purge gas supply source 53 and is connected to the confluence pipe L4.
- the purge gas supply line L3 is provided with a mass flow controller (not shown) and an on-off valve 56 in this order from the purge gas supply line L3 side.
- the mass flow controller controls the flow rate of the purge gas flowing through the purge gas supply line L3.
- the on-off valve 56 switches between supplying and stopping purge gas during the ALD process.
- a buffer tank (not shown) may be provided between the mass flow controller and the on-off valve 56. The buffer tank temporarily stores purge gas and supplies necessary reaction gas in a short time.
- N 2 gas is supplied to the confluence pipe L4 side via the purge gas supply line L3.
- the purge gas supply line L3 constantly supplies N 2 gas during film formation by the ALD method, and also functions as a carrier gas for the source gas.
- An orifice (not shown) is provided between the on-off valve 56 and the confluence pipe L4 to prevent the purge gas from flowing back into the purge gas supply line L3.
- the control device 6 controls the operation of each part of the film forming apparatus 100.
- the control device 6 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).
- the CPU executes desired processing according to a recipe stored in a storage area such as a RAM.
- the recipe includes device control information for process conditions.
- the control information may be, for example, gas flow rate, pressure, temperature, process time.
- the recipe and the program used by the control device 6 may be stored in, for example, a hard disk or a semiconductor memory. Further, recipes and the like may be stored in a portable computer-readable storage medium such as a CD-ROM or DVD, and set at a predetermined position so as to be read out.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of the measuring section A according to the embodiment.
- the specific resistance and uniformity of the film thickness can be improved. coverage can be improved.
- the narrower the gap G is controlled the greater the influence that a slight control error in the gap G has on the process (substrate processing).
- the measurement section A accurately measures the gap G.
- the measurement section A includes an eddy current sensor 60 and a mesh electrode 20.
- the eddy current sensor 60 is installed on the annular protrusion 34 that protrudes from the shower plate 32 toward the stage 2, and detects the mesh electrode 20 inside the stage 2.
- the eddy current sensor 60 has a coil and generates a high-frequency magnetic field, and when an object to be measured (mesh electrode 20 in FIG. 2) is present in this magnetic field, electromagnetic induction causes the mesh electrode 20 to move perpendicular to the passage of magnetic flux.
- the distance D is measured by the phenomenon of directional eddy current flowing.
- the distance D is the distance between the detection surface 60a of the eddy current sensor 60 and the surface of the mesh electrode 20, and thereby the gap G between the shower head 3 and the stage 2 can be accurately measured.
- the eddy current sensor 60 is provided so as not to obstruct the flow F of gas discharged from the plurality of gas holes 35 (see FIG. 1). Therefore, the inner side surface of the protrusion 34 is a tapered surface 32a that widens outward, and the eddy current sensor 60 is disposed on the outer peripheral side of the tapered surface 32a. As a result, the detection surface 60a of the eddy current sensor 60 is oriented in substantially the same direction as the direction of the gas flow F discharged from the plurality of gas holes 35, and the detection surface 60a of the eddy current sensor 60 is directed away from the detection surface 60a of the eddy current sensor 60. A gas flow F can be created. As a result, it is possible to prevent the measurement function of the eddy current sensor 60 from being degraded due to film formation on the detection surface 60a.
- three eddy current sensors 60 may be attached at intervals of 120° in the circumferential direction of the annular protrusion 34.
- the number of eddy current sensors 60 may be singular or plural, but preferably three or more.
- the eddy current sensor 60 is provided on the shower head 3 and is not placed on the stage 2. Considering the heat resistance of the eddy current sensor 60, the upper limit of the temperature at which the eddy current sensor 60 can be used correctly is about 200°C, but during film formation, the stage 2 is heated by the heater 21 and the temperature reaches 400°C or higher. Therefore, the eddy current sensor 60 cannot be installed on the stage 2 side.
- the eddy current sensor 60 will also be deposited during film deposition on the substrate W on the stage 2, and the detection function of the eddy current sensor 60 will be degraded, resulting in correct measurement of the gap G. become unable to do so. Further, when the film on the eddy current sensor 60 is removed by cleaning, the eddy current sensor 60 is exposed to the cleaning gas, and the eddy current sensor 60 is damaged. Therefore, the eddy current sensor 60 cannot be installed on the stage 2 side.
- the eddy current sensor 60 is arranged in the shower head 3 and not on the stage 2 side. Therefore, the eddy current sensor 60 can be used in an environment of 200° C. or lower. Further, the eddy current sensor 60 is placed on the shower head 3 side away from the stage 2 so that a film is not formed, and on the outer peripheral side of the tapered surface 32a so that the direction of the gas flow F is away from the detection surface 60a of the eddy current sensor 60. will be placed in As a result, the gap G can be accurately measured without reducing the detection function of the eddy current sensor 60 and without being affected by thermal expansion and contraction of the member on which the eddy current sensor 60 is arranged or mechanical differences in the member. .
- the eddy current sensor 60 constantly monitors the state of the gap G. By detecting the inclination of the stage 2, it is possible to detect when an abnormality occurs such as deterioration or breakage of the belt used for power transmission of the lifting mechanism 24, loosening of the lock nut of the linear guide, or loosening of various other screws. This can be detected early. As a result, if the stage 2 is tilted more than the standard, it is determined that there is an abnormality and processing of the substrate W is stopped, thereby preventing the substrate W from continuing to be processed and eliminating the possibility of defective substrates W that must be discarded. occurrence can be reduced.
- the mesh electrode 20 is an example of a metal member provided on the stage 2 side facing the eddy current sensor 60.
- the metal electrode placed opposite the eddy current sensor 60 is not limited to the mesh electrode 20.
- a plate-shaped electrode may be embedded in the stage 2 instead of the mesh electrode 20.
- the metal member may be a metal film formed on the surface of the stage 2.
- the outer ring 22 is arranged at a position facing the eddy current sensor 60, and the metal member may be a mesh electrode or a plate-shaped electrode buried in the outer ring 22, or a metal film formed on the surface of the outer ring 22. good.
- the metal member is a metal film, the metal film needs to be resistant to cleaning gas. Since the outer ring 22 is easier to replace than the stage 2, it is preferable to provide the metal member on the outer ring 22 rather than on the stage 2 when it is desired to replace the metal member.
- the metal member is provided on the stage 2 or the outer ring 22 at least at a position facing the eddy current sensor 60.
- the metal member is made of, for example, molybdenum or other metal.
- the mesh electrode 20 or plate electrode embedded in the stage 2 or the outer ring 22 may be placed on the entire surface of the stage 2, etc., or it may be placed in a position facing the eddy current sensor 60 of the stage 2, etc., and may be placed on the entire surface. It does not have to be placed.
- the mesh electrode 20 or the plate-shaped electrode may also be used as an RF electrode for applying RF (high frequency) power. In this case, it is preferable to arrange the mesh electrode 20 or the plate electrode on the entire surface of the stage 2.
- the gap G can be measured by the eddy current sensor 60 using the mesh electrode 20 or the plate electrode when RF power is not being supplied to the mesh electrode 20 or the plate electrode.
- the mesh electrode 20 or the like may also be used as a heater wire. Also in this case, it is preferable to arrange the mesh electrode 20 etc. on the entire surface of the stage 2.
- the gap G can be measured by the eddy current sensor 60 using the mesh electrode 20 and the like when a voltage for heating the heater is not supplied to the mesh electrode 20 and the like.
- the eddy current sensor 60 is covered by a cover member 61.
- the cover member 61 is made of ceramics such as Al 2 O 3 , AlN, and quartz (SiO 2 ). By covering the side surface of the eddy current sensor 60 with a ceramic cover member 61, gas can be prevented from entering through the gap between the eddy current sensor 60 and the shower plate 32, and the gas flow F can be prevented around the eddy current sensor 60. It is possible to avoid confusion.
- a space around the eddy current sensor 60 disposed in the section 34 is undesirable because it disturbs the gas flow F and exposes the eddy current sensor 60 to the source gas, reaction gas, and cleaning gas. .
- the eddy current sensor 60 can be prevented from detecting the metal of the shower plate 32 on the side surface of the eddy current sensor 60.
- the gap G can be accurately measured by preventing false detection and detecting the metal of the mesh electrode 20 from the detection surface 60a of the eddy current sensor 60.
- metal on the shower plate 32 on the side surface of the eddy current sensor 60 can also be detected by not providing the cover member 61 around the eddy current sensor 60 and providing a space between the eddy current sensor 60 and the shower plate 32. It can be prevented. However, in this case, gas enters the space around the eddy current sensor 60 and forms a film on the eddy current sensor 60, and the eddy current sensor 60 is damaged when the film formed on the eddy current sensor 60 is removed by the cleaning gas. receive.
- the cover member 61 by covering the eddy current sensor 60 with the cover member 61, it is possible to prevent false detection and to prevent film formation on the eddy current sensor 60.
- the cover member 61 by providing the cover member 61 to cover the eddy current sensor 60, the influence of radiant heat from the stage 2 to the eddy current sensor 60 can be suppressed, and the temperature rise of the eddy current sensor 60 can be reduced.
- the lower surface of the cover member 61 and the protruding surface 34a of the protruding portion 34 of the shower plate 32 are arranged in the same plane. Furthermore, the detection surface 60a of the eddy current sensor 60 may be in the same plane as the protruding surface 34a of the protruding portion 34, or may be retracted to the inner side (towards the back) of the protruding surface 34a.
- an eaves 32b for preventing gas from adhering to the eddy current sensor 60 may be provided between the tapered surface 32a and the detection surface 60a of the eddy current sensor 60.
- the eaves 32b may be provided on the entire circumference in the circumferential direction on the inner diameter side of the eddy current sensor 60 of the protrusion 34 and on the outer circumference side of the tapered surface 32a.
- FIG. 3 An example of the configuration of the eddy current sensor 60 and its surroundings according to the embodiment will be further described using FIG. 3.
- the cover member 61 As shown in FIG. 3, in the eddy current sensor 60 disposed on the protrusion 34, not only the side surface but also the detection surface 60a may be covered with the cover member 61. Thereby, it is possible to prevent the side surface and detection surface 60a of the eddy current sensor 60 from being formed into a film.
- the thickness T1 of the side portion of the cover member 61 is normally preferably 0.75 to 1.0 times the diameter of the eddy current sensor, but depending on the specifications of the eddy current sensor, the thickness may be adjusted as appropriate. Can be adopted.
- the thickness T2 of the tip portion of the cover member 61 that covers the detection surface 60a may be thinner than the thickness T1 of the side portion, and may be 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
- the eddy current sensor 60 By placing the eddy current sensor 60 on the shower plate 32, the eddy current sensor 60 becomes a temperature singularity, changing the temperature distribution in the processing space 37 (see FIG. 1) and affecting the substrate W processing (film formation). may be given. For this reason, it is desirable to make the eddy current sensor 60 as small as possible. Further, the smaller the eddy current sensor 60 is, the weaker the high frequency magnetic field generated from the eddy current sensor 60 becomes, and the thinner the thickness T1 of the side portion of the cover member 61 can be, which is preferable.
- the tip of the cover member 61 becomes thin and easily breaks.
- the cable 67 connected to the eddy current sensor 60 needs to be routed to the atmosphere side. That is, the cable 67 of the eddy current sensor 60 is in the atmospheric space.
- the processing space 37 is a vacuum space. Therefore, if the tip of the cover member 61 screwed to the shower plate 32 with the screw 62 becomes a plate that partitions the atmosphere and the vacuum, there is a possibility that the tip of the cover member 61 will crack due to the pressure difference between the atmosphere and the vacuum. There is.
- a seal ring 63 such as an O-ring is provided between the cable 67 and the eddy current sensor 60, and the seal ring 63 is positioned at a position that separates the atmosphere from the vacuum. , the eddy current sensor 60 and the cover member 61 side are sealed from the atmospheric space through which the cable 67 extends, and the cover member 61 side is made into a vacuum section. Further, by providing a seal ring 64 between the cover member 61 and the shower plate 32 and a seal ring 65 between the shower plate 32 and the main body 31, the raw material is supplied to the processing space 37 and the gas diffusion space 33.
- the eddy current sensor 60 and the cover member 61 are fluidly isolated from the atmosphere and the processing space 37, there is an atmosphere around the eddy current sensor 60 and the cover member 61 due to the fact that they are assembled in an atmospheric condition. Atmospheric air may be mixed in due to residual or permeation of the air through the seal ring. If the processing space 37 is made into a vacuum, the cover member will be damaged due to the differential pressure between the eddy current sensor 60 and the air around the cover member 61. There is a risk that the thin tip portion of 61 may be damaged.
- the processing space 37, the eddy current sensor 60, and the cover member 61 are The pressure difference between the cover member 61 and the surrounding space is eliminated, and it is possible to prevent an excessive load from being applied to the distal end portion of the cover member 61.
- the exhaust volume is determined according to the cross-sectional area of the exhaust pipe 45, and the exhaust volume from the exhaust pipe 45 and the exhaust volume from the exhaust pipe 41 (see FIG. 1) are controlled, and the pressure inside the processing space 37 and the eddy current sensor are controlled.
- the pressure around the cover member 60 and the cover member 61 may be adjusted to be approximately the same pressure.
- the conductance of the exhaust pipe 45 may be adjusted so that the pressure in the processing space 37 and the pressure around the eddy current sensor 60 and the cover member 61 are approximately the same pressure.
- the opening degree of the APC valve 46 may be adjusted so that the pressure in the processing space 37 and the pressure around the eddy current sensor 60 and the cover member 61 are approximately the same pressure. This can prevent the cover member 61 from cracking due to atmospheric pressure.
- the vacuum pump 44 may be used to exhaust air from the exhaust pipe 45, or a vacuum pump other than the vacuum pump 44 may be used.
- the film forming apparatus 100 described above is, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) apparatus, and can perform film forming processing (substrate processing) using the ALD method.
- An example of a film forming process using the ALD method executed by the film forming apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
- FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a film forming process according to the embodiment.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a film forming process using the ALD method according to the embodiment.
- step S1 the substrate W is carried into the processing container 1 of the film forming apparatus 100.
- the gate valve 12 is opened while the stage 2, which has been heated to a predetermined temperature (for example, 300° C. to 700° C.) by the heater 21, is lowered to the transfer position (indicated by a two-dot chain line in FIG. 1). .
- the substrate W is carried into the processing container 1 via the carry-in/out port 11 by a transfer arm (not shown), and is supported by the substrate support pins 27 .
- the transfer arm retreats from the carry-in/out port 11, the gate valve 12 is closed. Further, the substrate support pins 27 are lowered to place the substrate W on the stage 2.
- step S2 the control device 6 controls the lifting mechanism 24 to raise the stage 2 to the processing position (the position of the stage 2 indicated by the solid line in FIG. 1).
- the inside of the processing container 1 is divided into an upper space on the front surface (substrate mounting surface) side of the stage 2 including the processing space 37, and a lower space on the back surface side of the stage 2.
- step S3 the temperature of the substrate W on the stage 2 is raised, and the opening degrees of the APC valves 42 and 46 are adjusted. That is, the temperature of the substrate W on the stage 2 is raised to a predetermined temperature (for example, 300° C. to 700° C.) by the heater 21. Further, the control device 6 controls the exhaust section 4 to adjust the inside of the processing container 1 to a predetermined degree of vacuum. Further, the control device 6 controls the exhaust section 4 to adjust the pressure around the eddy current sensor 60 and the cover member 61 to be approximately the same pressure as the pressure inside the processing space 37 .
- a predetermined temperature for example, 300° C. to 700° C.
- the control device 6 opens the on-off valve 56 of the processing gas supply section 5 and closes the on-off valves 54 and 55. Thereby, purge gas is supplied into the processing space 37 from the purge gas supply source 53 via the purge gas supply line L3 and the confluence pipe L4, and the pressure is increased. Further, the control device 6 adjusts the opening degree of the APC valve 42 so that the pressure in the processing space 37 reaches a desired pressure based on a pressure sensor (not shown) that detects the pressure in the processing space 37. Further, the opening degree of the APC valve 46 is adjusted so that the pressure around the eddy current sensor 60 is approximately the same as the pressure inside the processing space 37 .
- step S4 substrate W processing is performed. Specifically, first, in step S11 in FIG. 5, the control device 6 opens the on-off valve 54 and supplies the raw material gas from the raw material gas supply source 51 into the processing space 37 via the raw material gas supply line L1 and the confluence pipe L4. The source gas is supplied and exposed to the substrate W to form an atomic layer of the source gas on the substrate W.
- step S12 the control device 6 closes the on-off valve 54. Thereby, the raw material gas in the processing space 37 is discharged by the purge gas supplied into the processing space 37 from the purge gas supply source 53 .
- step S13 the control device 6 opens the on-off valve 55, supplies the reaction gas from the reaction gas supply source 52 into the processing space 37 via the reaction gas supply line L2 and the merging pipe L4, and supplies the reaction gas onto the substrate W.
- a desired film is formed by reacting with the atomic layer of the source gas.
- step S14 the control device 6 closes the on-off valve 55.
- the reaction gas in the processing space 37 is discharged by the purge gas supplied into the processing space 37 from the purge gas supply source 53 .
- step S15 it is determined whether the processes of steps S11 to S14 have been performed a predetermined number of times, and the processes of steps S11 to S14 are repeated until it is determined that the processes have been performed a predetermined number of times, and when it is determined that the processes have been performed the predetermined number of times, the substrate processing of FIG. and returns to step S4 in FIG.
- the source gas is TiCl 4 gas
- the reaction gas is NH 3 gas
- the purge gas is N 2 gas
- a TiN film is formed on the substrate W.
- reaction products NH 4 Cl gas, HCl gas
- step S4 of FIG. 4 the process proceeds to step S5 of FIG. 4, where the control device 6 controls the lifting mechanism 24 to lower the stage 2 to the transport position.
- step S6 the substrate W is carried out from inside the processing container 1 of the film forming apparatus 100.
- the substrate support pins 27 are raised to lift the substrate W placed on the stage 2 and supported by the substrate support pins 27 .
- the gate valve 12 is opened.
- the substrate W is transported out of the processing container 1 via the transport port 11 by a transport arm (not shown).
- the gate valve 12 is closed.
- the film forming apparatus 100 of this embodiment performs a film forming process.
- the film forming apparatus 100 can accurately measure the gap G between the shower head 3 and the stage 2 that form the processing space 37.
- the substrate processing may be performed as is, and if it is outside the allowable range, the substrate processing may be interrupted and the substrate W may be carried out.
- the tilt of the stage 2 is calculated from the measured value of the gap G, and if the calculated tilt of the stage 2 is outside the allowable range, the tilt of the stage 2 is corrected so that the tilt of the stage 2 is eliminated, and then substrate processing is performed.
- the substrate processing may be interrupted and the substrate W may be carried out.
- the film forming apparatus according to the embodiment disclosed herein is to be considered as an example in all respects and not as a limitation.
- the embodiments can be modified and improved in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
- the matters described in the plurality of embodiments described above may be configured in other ways without being inconsistent, and may be combined without being inconsistent.
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Abstract
処理容器と、前記処理容器内に昇降可能に設けられるステージと、前記ステージに対向し、複数のガス孔を有するシャワーヘッドと、成膜時に前記ステージを上昇させ、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に処理空間を形成させる昇降機構と、前記シャワーヘッド及び前記ステージ間とのギャップを測定する測定部と、を有する、成膜装置が提供される。
Description
本開示は、成膜装置に関する。
例えば、特許文献1は、処理容器内の昇降可能な載置台と、前記載置台に対向し、載置台との間に処理空間を形成する部材と、処理容器内へ原料ガス及び反応ガスを供給するガス供給部と、開度調整可能な圧力調整弁と、を有する基板処理装置を提案している。処理空間を形成する部材と載置台とのギャップの調整は、処理空間にて実行するプロセスへ影響を与える。
本開示は、処理空間を形成するシャワーヘッド及びステージ間のギャップを正確に測定することができる成膜装置を提供する。
本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内に昇降可能に設けられるステージと、前記ステージに対向し、複数のガス孔を有するシャワーヘッドと、成膜時に前記ステージを上昇させ、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に処理空間を形成させる昇降機構と、前記シャワーヘッド及び前記ステージ間とのギャップを測定する測定部と、を有する、成膜装置が提供される。
一の側面によれば、処理空間を形成するシャワーヘッド及びステージ間のギャップを正確に測定することができる。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよく、また面取りがされていてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。
[成膜装置の構成例]
本実施形態に係る成膜装置100について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る成膜装置100の断面模式図の一例である。
本実施形態に係る成膜装置100について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る成膜装置100の断面模式図の一例である。
成膜装置100は、ウェハ等の基板Wに対して、原料ガス及び反応ガスを順に供給して、基板Wの表面に所望膜を成膜する装置である。例えば、成膜装置100は、所望膜の一例として、原料ガスとしてのTiCl4ガス及び反応ガスとしてのNH3ガスを供給して、基板Wの表面に金属含有膜であるTiN膜を成膜する。
図1に示されるように、成膜装置100は、処理容器1、ステージ(基板載置台)2、シャワーヘッド3、排気部4、処理ガス供給部5、制御装置6を有する。処理容器1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1の側壁には基板Wを搬入又は搬出するための搬入出口11が形成され、搬入出口11はゲートバルブ12により開閉可能となっている。
処理容器1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13が設けられている。排気ダクト13には、内周面に沿ってスリット13aが形成されている。また、排気ダクト13の外壁には排気口13bが形成されている。排気ダクト13の上面には処理容器1の上部開口を塞ぐように天壁14が設けられている。天壁14と排気ダクト13の間はシールリング15が設けられ、処理容器1内が気密にシールされている。区画部材16は、ステージ2(およびアウターリング22)が後述する処理位置へと上昇した際、処理容器1の内部を上下に区画する。
ステージ2は、処理容器1内で基板Wを水平に支持する。ステージ2は、基板Wに対応した大きさの円板状をなし、支持部材23に支持されている。ステージ2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基合金等の金属材料で構成されており、内部に基板Wを加熱するためのヒータ21が埋め込まれている。ヒータ21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2の上面の基板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21の出力を制御することにより、基板Wを所定の温度に制御するようになっている。ヒータ21は、ステージ2が有する加熱部の一例である。ステージ2には、基板載置面の外周領域にステージ2の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるアウターリング22が設けられている。
支持部材23は、ステージ2の底面中央から処理容器1の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器1の下方に延び、その下端が昇降機構24に接続されている。昇降機構24によりステージ2が支持部材23を介して、図1に実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示す基板Wの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材23の処理容器1の下方には、鍔部25が取り付けられており、処理容器1の底面と鍔部25の間には、処理容器1内の雰囲気を外気と区画し、ステージ2の昇降動作にともなって伸縮するベローズ26が設けられている。
処理容器1の底面近傍には、昇降板27aから上方に突出するように3本(2本のみ図示)の基板支持ピン27が設けられている。基板支持ピン27は、処理容器1の下方に設けられた昇降機構28により昇降板27a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2に設けられた貫通孔2aに挿通されてステージ2の上面に対して突没可能となっている。このように基板支持ピン27を昇降させることにより、基板搬送機構(図示せず)とステージ2との間で基板Wの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド3は、処理容器1内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド3は、金属製であり、ステージ2に対向し、ステージ2とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド3は、処理容器1の天壁14に固定された本体部31と、本体部31の下に接続されたシャワープレート32とを有する。本体部31とシャワープレート32との間にはガス拡散空間33が形成されており、ガス拡散空間33には、本体部31及び処理容器1の天壁14の中央を貫通するようにガス導入孔36が設けられている。シャワープレート32の中央側の平坦面には複数のガス孔35が形成されている。複数のガス孔35が形成された中央領域の外周にはステージ2側に円環状に突出する突出部34が形成されている。
ステージ2は、処理容器1内に昇降可能に設けられ、昇降機構24は、成膜時には処理位置までステージ2を上昇させる。これにより、シャワーヘッド3とステージ2との間に処理空間37が形成される。すなわち、成膜時にステージ2が処理位置に存在した状態では、シャワープレート32とステージ2との間に処理空間37が形成され、突出部34とステージ2及びアウターリング22の上面が近接して円環状の隙間38が形成される。ステージ2が処理位置に存在した状態におけるシャワーヘッド3(シャワープレート32の突出部34)とステージ2とのギャップ(間隔、距離)Gは、測定部Aにより測定される。成膜時にステージ2が処理位置に存在した状態では、測定部Aにより測定されるギャップGは、例えば3mm程度である。
測定部Aは、シャワーヘッド3(シャワープレート32の突出部34)に設置された渦電流センサ60と、ステージ2に設けられたメッシュ電極20とを有する(図1,図2(a)参照)。渦電流センサ60はカバー部材61により覆われている。カバー部材61は絶縁体であり、少なくとも渦電流センサ60の側面を覆う。また、シャワーヘッド3内の渦電流センサ60の周辺の空隙を真空排気する排気配管45を有する。測定部Aの詳細については、後述する。
排気部4は、処理容器1の内部を排気する。排気部4は、排気ダクト13の排気口13bに接続された排気配管41と、APC(Auto Pressure Controller)バルブ42と、開閉バルブ43と、真空ポンプ44と、を有する。排気配管41の一端は排気ダクト13の排気口13bに接続され、他端は真空ポンプ44の吸入ポートに接続される。排気ダクト13と真空ポンプ44との間には、上流側から順に、APCバルブ42、開閉バルブ43が設けられる。APCバルブ42は、排気経路のコンダクタンスを調整して処理空間37の圧力を調整する。開閉バルブ43は、排気配管41の開閉を切り替える。処理に際して、区画部材16及びステージ2(アウターリング22)は、処理容器1の内部を、処理空間37を含む上部空間と、ステージ2の裏面側の下部空間と、に区画する。これにより、処理空間37内のガスは、円環状の隙間38、スリット13aを介して排気ダクト13の内部の環状空間に至り、排気ダクト13の排気口13bから排気配管41を通って排気部4の真空ポンプ44により排気される。なお、下部空間は、図示しないパージガス供給機構によりパージ雰囲気となっている。このため、処理空間37のガスは、下部空間には流入しない。
成膜装置100は、更にシャワーヘッド3内の渦電流センサ60の周辺の空間を真空排気する排気機構7を有する。排気機構7は排気配管45を有する(図1,図3参照)。排気部4は、排気配管45に接続されるAPCバルブ46と、開閉バルブ47とを有する。排気配管45は真空ポンプ44の吸入ポートに接続される。排気配管45と真空ポンプ44との間には、上流側から順に、APCバルブ46、開閉バルブ47が設けられる。APCバルブ46は、排気経路のコンダクタンスを調整して渦電流センサ60の周辺の空隙の圧力を調整する。開閉バルブ47は、排気配管45の開閉を切り替える。渦電流センサ60の周辺の空隙内のガスは、排気配管45を介して真空ポンプ44により排気される。
処理ガス供給部5は、原料ガス供給ラインL1、反応ガス供給ラインL2、パージガス供給ラインL3及び合流配管L4を有する。合流配管L4は、ガス導入孔36に接続されている。原料ガス供給ラインL1は、原料ガス供給源51から延び、合流配管L4に接続されている。原料ガス供給ラインL1には、原料ガス供給源51側から順に、マスフローコントローラ(図示せず)及び開閉弁54が設けられている。マスフローコントローラは、原料ガス供給ラインL1を流れる原料ガスの流量を制御する。開閉弁V1は、ALDプロセスの際に原料ガスの供給・停止を切り替える。マスフローコントローラと開閉弁54の間にバッファタンク(図示せず)を有してもよい。バッファタンクは、原料ガスを一時的に貯留し、短時間で必要な原料ガスを供給する。
反応ガス供給ラインL2は、反応ガス供給源52から延び、合流配管L4に接続されている。反応ガス供給ラインL2には、反応ガス供給源52側から順に、マスフローコントローラ(図示せず)及び開閉弁55が設けられている。マスフローコントローラは、反応ガス供給ラインL2を流れる反応ガスの流量を制御する。開閉弁55は、ALDプロセスの際に反応ガスの供給・停止を切り替える。マスフローコントローラと開閉弁55の間にバッファタンク(図示せず)を有してもよい。バッファタンクは、反応ガスを一時的に貯留し、短時間で必要な反応ガスを供給する。
パージガス供給ラインL3は、パージガス供給源53から延び、合流配管L4に接続されている。パージガス供給ラインL3には、パージガス供給ラインL3側から順に、マスフローコントローラ(図示せず)及び開閉弁56が設けられている。マスフローコントローラは、パージガス供給ラインL3を流れるパージガスの流量を制御する。開閉弁56は、ALDプロセスの際にパージガスの供給・停止を切り替える。マスフローコントローラと開閉弁56の間にバッファタンク(図示せず)を有してもよい。バッファタンクは、パージガスを一時的に貯留し、短時間で必要な反応ガスを供給する。
これにより、パージガス供給ラインL3を介して合流配管L4側にN2ガスが供給される。パージガス供給ラインL3は、ALD法による成膜中にN2ガスを常時供給し、原料ガスのキャリアガスとしても機能する。開閉弁56と合流配管L4との間にオリフィス(図示せず)を設け、パージガスがパージガス供給ラインL3に逆流することを抑制する。
制御装置6は、成膜装置100の各部の動作を制御する。制御装置6は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を有する。CPUは、RAM等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。なお、レシピ及び制御装置6が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ等は、CD-ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
[測定部]
次に、測定部Aについて、図2を参照しながら説明する。図2は、実施形態に係る測定部Aの一例を示す図である。図1に示すように、ステージ2を昇降させ、成膜時にシャワーヘッド3とステージ2との間のギャップGを狭くすることで比抵抗や膜厚の均一性の改善が図られ、成膜時のカバレッジを良好にすることができる。しかし、ギャップGを狭く制御する程、ギャップGのわずかな制御誤差がプロセス(基板処理)へ与える影響は大きくなる。
次に、測定部Aについて、図2を参照しながら説明する。図2は、実施形態に係る測定部Aの一例を示す図である。図1に示すように、ステージ2を昇降させ、成膜時にシャワーヘッド3とステージ2との間のギャップGを狭くすることで比抵抗や膜厚の均一性の改善が図られ、成膜時のカバレッジを良好にすることができる。しかし、ギャップGを狭く制御する程、ギャップGのわずかな制御誤差がプロセス(基板処理)へ与える影響は大きくなる。
そこで、本開示の成膜装置100では、測定部AによりギャップGを正確に測定する。図2(a)に示すように、測定部Aは、渦電流センサ60及びメッシュ電極20を有する。渦電流センサ60は、シャワープレート32からステージ2に向けて突出する円環状の突出部34に設置され、ステージ2内のメッシュ電極20を検知する。渦電流センサ60は、コイルを有し、高周波磁界を発生させ、この磁界内に測定対象物(図2ではメッシュ電極20)があると、電磁誘導作用によって、メッシュ電極20に磁束の通過と垂直方向の渦電流が流れる現象により、距離Dを測定する。距離Dは、渦電流センサ60の検出面60aとメッシュ電極20表面との距離であり、これにより、シャワーヘッド3とステージ2との間のギャップGを正確に測定することができる。
渦電流センサ60は、複数のガス孔35(図1参照)から吐出されるガスの流れFを妨げないように設けられている。このため、突出部34の内径側の側面は、外側に向かって広がるテーパー面32aであり、渦電流センサ60は、テーパー面32aよりも外周側に配置される。これにより、複数のガス孔35から吐出されるガスの流れFの方向と略同方向を指向するように渦電流センサ60の検出面60aが向けられ、渦電流センサ60の検出面60aと離れる方向にガス流れFを作ることができる。この結果、検出面60aが成膜されて渦電流センサ60の測定機能が低下することを防ぐことができる。
また、渦電流センサ60は、例えば、円環状の突出部34の円周方向に3つ、120°の間隔を設けて取り付けられてもよい。渦電流センサ60の個数は、単数でも複数でもよいが、3つ以上が好ましい。突出部34に3つ以上の渦電流センサ60を設けることで3か所以上のギャップGの測定値の差分を求めることにより、ステージ2の傾きをより精度よく測定することができる。
渦電流センサ60は、シャワーヘッド3に設けられ、ステージ2に配置しない。渦電流センサ60の耐熱性を考慮すると、渦電流センサ60を正しく使用できる温度の上限値は200℃程度であるが、成膜時、ステージ2はヒータ21により加熱され、400℃以上になる。よって、渦電流センサ60は、ステージ2側に設置することはできない。
また、ステージ2に渦電流センサ60を配置すると、ステージ2上の基板Wの成膜時に渦電流センサ60も成膜されてしまい、渦電流センサ60の検知機能が低下し、正しいギャップGの測定ができなくなる。また、渦電流センサ60上の膜をクリーニングにより除去する場合に渦電流センサ60がクリーニングガスに暴露され、渦電流センサ60がダメージを受ける。よって、渦電流センサ60は、ステージ2側に設置することはできない。
本開示の成膜装置100は、シャワーヘッド3に渦電流センサ60を配置し、ステージ2側に設置しない。このため、渦電流センサ60を200℃以下の環境で使用できる。また、渦電流センサ60が成膜されないようにステージ2から離れたシャワーヘッド3側であって、ガスの流れFの方向が渦電流センサ60の検出面60aから離れるようにテーパー面32aの外周側に配置される。これにより、渦電流センサ60の検知機能を低下させず、かつ、渦電流センサ60が配置された部材の熱伸縮や、部材の機差の影響を受けずにギャップGを正しく測定することができる。
渦電流センサ60は、ギャップGの状態を常時監視する。これによって、ステージ2の傾きを検出することで、昇降機構24の動力伝導に使用されるベルトの劣化や破断、リニアガイドのロックナットの緩み、その他各種ネジの緩み等の異常が発生した際にこれを早期に発見することができる。これにより、ステージ2が基準以上に傾いた場合には異常と判定し、基板Wの処理を停止することで、基板Wが処理され続けることを防止し、廃棄しなければならない不良な基板Wの発生を減らすことができる。
なお、シャワーヘッド3への渦電流センサ60の取り付け、ステージ2内のメッシュ電極20の位置には個体差が存在するが、ギャップGの調整時に渦電流センサ60のゼロ点調整を実施することによって、個体差を相殺することができる。
メッシュ電極20は、渦電流センサ60に対向してステージ2側に設けられる金属部材の一例である。渦電流センサ60に対向配置される金属の電極は、メッシュ電極20に限らない。メッシュ電極20の代わりに板状電極がステージ2内に埋設されてもよい。金属部材は、ステージ2の表面に成膜された金属膜であってもよい。渦電流センサ60の対向位置にアウターリング22を配置し、金属部材は、アウターリング22内に埋設されるメッシュ電極、板状電極又はアウターリング22の表面に成膜された金属膜であってもよい。ただし、金属部材が金属膜の場合には、金属膜は、クリーニングガスに対する耐性のある膜である必要がある。アウターリング22の方がステージ2よりも交換が容易な分、金属部材を交換したい場合にはステージ2よりもアウターリング22に金属部材を設けることが好ましい。
以上に説明したように、金属部材は、ステージ2又はアウターリング22の、少なくとも渦電流センサ60に対向する位置に設けられる。金属部材は、例えばモリブデンやその他の金属で形成されている。
ステージ2又はアウターリング22に埋設されたメッシュ電極20又は板状電極は、ステージ2等の全面に配置されてもよいし、ステージ2等の渦電流センサ60と対向する位置に配置され、全面に配置されなくてもよい。メッシュ電極20又は板状電極は、RF(高周波)電力を印加するRF電極として兼用して使用してもよい。この場合、ステージ2の全面にメッシュ電極20又は板状電極を配置することが好ましい。メッシュ電極20又は板状電極にRF電力を供給していないときにメッシュ電極20又は板状電極を用いて渦電流センサ60によりギャップGを測定することができる。
メッシュ電極20等をヒータ線として兼用して使用してもよい。この場合にも、ステージ2の全面にメッシュ電極20等を配置することが好ましい。メッシュ電極20等にヒータ加熱のための電圧を供給していないときにメッシュ電極20等を用いて渦電流センサ60によりギャップGを測定することができる。
渦電流センサ60は、カバー部材61により覆われている。カバー部材61は、Al2O3、AlN、石英(SiO2)等のセラミックスで形成されている。渦電流センサ60の側面をセラミックスのカバー部材61で覆うことにより渦電流センサ60とシャワープレート32との隙間からガスが入り込むことを防止することができ、渦電流センサ60の周囲でガス流れFが乱れてしまうことを回避することできる。
渦電流センサ60の側部の周囲に金属製の部材が存在すると誤検知の原因となることから、従来であれば渦電流センサ60の周囲に空間を設け誤検知を防止していたが、突出部34に配置された渦電流センサ60の周囲に空間を設けるとガス流れFを乱してしまうこと、及び渦電流センサ60が原料ガス、反応ガス、クリーニングガスに曝されてしまうことから好ましくない。
そこで、渦電流センサ60の側面をセラミックスのカバー部材61で覆うことにより、渦電流センサ60が、渦電流センサ60の側面のシャワープレート32の金属を検出することを回避することができる。これにより、誤検知を防止し、渦電流センサ60の検出面60aからメッシュ電極20の金属を検出することで、ギャップGを正しく測定することができる。
前述のとおり、渦電流センサ60の周囲にカバー部材61を設けず、渦電流センサ60とシャワープレート32との間に空間を設けることでも渦電流センサ60の側面のシャワープレート32の金属の検出を防ぐことはできる。しかし、この場合、渦電流センサ60の周囲の空間にガスが入り込み、渦電流センサ60が成膜されてしまい、クリーニングガスにより渦電流センサ60の成膜を除去する際に渦電流センサ60がダメージを受ける。
よって、渦電流センサ60をカバー部材61で覆うことにより、誤検知を防止するとともに渦電流センサ60への成膜を防止することができる。加えて、渦電流センサ60を覆うようにカバー部材61を設けることで、ステージ2から渦電流センサ60への輻射熱の影響を抑制し、渦電流センサ60の温度上昇を低減することができる。
カバー部材61の下面とシャワープレート32の突出部34の突出面34aとは同一面内に配置されている。また、渦電流センサ60の検出面60aは、突出部34の突出面34aと同一面内にあってもよく、突出面34aよりも内側(奥側)に引っ込めてもよい。
図2(b)に示すように、テーパー面32aと渦電流センサ60の検出面60aとの間に、渦電流センサ60に対するガス付着防止用のひさし32bを有してもよい。ひさし32bは、突出部34の渦電流センサ60よりも内径側でテーパー面32aよりも外周側にて円周方向に全周に設けられてもよい。
[渦電流センサ及びその周辺の構成例]
次に、図3を用いて、実施形態に係る渦電流センサ60及びその周辺の構成例について更に説明する。図3に示すように、突出部34に配置された渦電流センサ60は、側面だけでなく検出面60aもカバー部材61で覆われてもよい。これにより、渦電流センサ60の側面及び検出面60aが成膜されることを防止することができる。
次に、図3を用いて、実施形態に係る渦電流センサ60及びその周辺の構成例について更に説明する。図3に示すように、突出部34に配置された渦電流センサ60は、側面だけでなく検出面60aもカバー部材61で覆われてもよい。これにより、渦電流センサ60の側面及び検出面60aが成膜されることを防止することができる。
カバー部材61の側部の厚さT1は、通常渦電流センサの径の0.75~1.0倍以上の厚さとすることが好ましいが、渦電流センサの仕様によっては、適宜の厚さを採用し得る。検出面60aを覆うカバー部材61の先端部の厚さT2は、側部の厚さT1よりも薄く、0.5mm以上2.0mm以下であってもよい。
渦電流センサ60をシャワープレート32に配置することで、渦電流センサ60が温度の特異点となって処理空間37(図1参照)内の温度分布が変わり、基板W処理(成膜)に影響を与える場合がある。このため、渦電流センサ60は可能な限り小型化したい。また、渦電流センサ60が小型化される程、渦電流センサ60から発生する高周波磁界が弱くなり、カバー部材61の側部の厚さT1もより薄くすることができるため好ましい。
ところが、渦電流センサ60を小型化し、カバー部材61の先端部の厚さT2を0.5mm以上2.0mm以下の薄さにすると、カバー部材61の先端部は薄いために割れやすくなる。特に、渦電流センサ60に接続されるケーブル67は大気側まで配線する必要がある。つまり、渦電流センサ60のケーブル67は大気空間にある。これに対して、処理空間37は真空空間である。そこで、ネジ62によりシャワープレート32にねじ止めされたカバー部材61の先端部が大気と真空とを仕切る板となると、大気と真空との圧力差によりカバー部材61の先端部が割れてしまう可能性がある。
そこで、カバー部材61の先端部が割れないように、ケーブル67と渦電流センサ60との間にOリング等のシールリング63を設けて大気と真空とを仕切る位置をシールリング63とすることで、ケーブル67が伸びる大気空間から渦電流センサ60とカバー部材61側を封止し、カバー部材61側を真空区間にする。また、カバー部材61とシャワープレート32との間にシールリング64を、シャワープレート32と本体部31との間にシールリング65をそれぞれ設けることで処理空間37やガス拡散空間33に供給される原料ガス、反応ガス、クリーニングガスの回り込みや、スリット13a付近を流れるこれらのガスの回り込みを抑制することができる。更に、本体部31と排気配管45との間にシールリング66を設けることで渦電流センサ60及びカバー部材61の周囲に大気が混入することを抑制する。
渦電流センサ60及びカバー部材61は大気や処理空間37と流体的に隔絶された状態となるが、渦電流センサ60及びカバー部材61の周囲には大気状態で組み立てを行うことに起因した大気の残留や、シールリングでの大気の透過により大気が混入してしまうことがあり、そのまま処理空間37を真空にすると渦電流センサ60及びカバー部材61の周囲に存在する大気との差圧によりカバー部材61の厚さの薄い先端部が破損する虞がある。そこで、真空ポンプ44によって排気配管45から排気し、シャワーヘッド3内の渦電流センサ60及びカバー部材61の周囲の空隙を真空にすることで、処理空間37と渦電流センサ60及びカバー部材61の周囲の空隙との差圧が解消され、カバー部材61の先端部に過剰な負荷がかかることを抑制することができる。
例えば排気配管45の断面積に応じて排気量を定めて、排気配管45からの排気量と排気配管41(図1参照)からの排気量を制御し、処理空間37内の圧力と渦電流センサ60及びカバー部材61の周辺の圧力とが概ね同一圧力になるように調整してもよい。例えば、処理空間37内の圧力と渦電流センサ60及びカバー部材61の周辺の圧力とが概ね同一圧力になるように排気配管45のコンダクタンスを調整してもよい。また、処理空間37内の圧力と渦電流センサ60及びカバー部材61の周辺の圧力とが概ね同一圧力になるようにAPCバルブ46の開度を調整してもよい。これにより、大気圧によりカバー部材61が割れることを回避することができる。なお、排気配管45からの排気は、真空ポンプ44を用いてもよいし、真空ポンプ44とは別の真空ポンプを用いてもよい。
[ALD装置]
以上に説明した成膜装置100は、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)装置であり、ALD法を用いた成膜処理(基板処理)を行うことができる。図4及び図5を参照しながら、成膜装置100が実行するALD法を用いた成膜処理の一例について説明する。図4は、実施形態に係る成膜処理の一例を示すフローチャートである。図5は、実施形態に係るALD法を用いた成膜処理の一例を示すフローチャートである。
以上に説明した成膜装置100は、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)装置であり、ALD法を用いた成膜処理(基板処理)を行うことができる。図4及び図5を参照しながら、成膜装置100が実行するALD法を用いた成膜処理の一例について説明する。図4は、実施形態に係る成膜処理の一例を示すフローチャートである。図5は、実施形態に係るALD法を用いた成膜処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS1において、成膜装置100の処理容器1内に基板Wを搬入する。具体的には、ヒータ21により所定温度(例えば、300℃~700℃)に加熱されたステージ2を搬送位置(図1において二点鎖線で示す。)に下降させた状態でゲートバルブ12を開く。続いて、搬送アーム(図示せず)により基板Wを、搬入出口11を介して処理容器1内に搬入し、基板支持ピン27で支持する。搬送アームが搬入出口11から退避すると、ゲートバルブ12を閉じる。また、基板支持ピン27を下降させて、基板Wをステージ2に載置する。
次に、ステップS2において、制御装置6は、昇降機構24を制御して、ステージ2を処理位置(図1において実線で示すステージ2の位置)まで上昇させる。これにより、処理容器1の内部は、処理空間37を含むステージ2の表面(基板載置面)側の上部空間と、ステージ2の裏面側の下部空間と、に区画される。
次に、ステップS3において、ステージ2上の基板Wを昇温するとともに、APCバルブ42、46の開度を調整する。即ち、ステージ2上の基板Wは、ヒータ21によって所定の温度(例えば、300℃~700℃)に昇温される。また、制御装置6は、排気部4を制御して処理容器1内を所定の真空度に調節する。また、制御装置6は、排気部4を制御して渦電流センサ60及びカバー部材61の周辺の圧力が処理空間37内の圧力と概ね同一圧力になるように調節する。
その後、制御装置6は、処理ガス供給部5の開閉弁56を開き、開閉弁54、55を閉じる。これにより、パージガス供給源53からパージガス供給ラインL3及び合流配管L4を経てパージガスを処理空間37内に供給して圧力を上昇させる。また、制御装置6は、処理空間37内の圧力を検出する圧力センサ(図示せず)に基づいて、処理空間37内の圧力が所望の圧力となるAPCバルブ42の開度を調整する。また、渦電流センサ60の周辺の圧力が処理空間37内の圧力と概ね同一圧力になるようにAPCバルブ46の開度を調整する。
次に、ステップS4において、基板W処理を実行する。具体的には、まず、図5のステップS11において、制御装置6は、開閉弁54を開き、原料ガス供給源51から原料ガス供給ラインL1及び合流配管L4を経て原料ガスを処理空間37内に供給し、基板Wに原料ガスを晒し、基板W上に原料ガスの原子層を形成する。
次に、ステップS12において、制御装置6は、開閉弁54を閉じる。これにより、パージガス供給源53から処理空間37内に供給されるパージガスにより処理空間37内の原料ガスを排出する。
次に、ステップS13において、制御装置6は、開閉弁55を開き、反応ガス供給源52から反応ガス供給ラインL2及び合流配管L4を経て反応ガスを処理空間37内に供給し、基板W上の原料ガスの原子層と反応させ、所望膜を形成する。
次に、ステップS14において、制御装置6は、開閉弁55を閉じる。これにより、パージガス供給源53から処理空間37内に供給されるパージガスにより処理空間37内の反応ガスを排出する。
ステップS15において、ステップS11~S14の処理を所定回数行ったかを判定し、所定回数行ったと判定されるまでステップS11~S14の処理を繰り返し、所定回数行ったと判定されたとき、図5の基板処理を終了し、図4のステップS4に戻る。
例えば、原料ガスがTiCl4ガス、反応ガスがNH3ガス、パージガスがN2ガスの場合、基板W上にTiN膜が形成される。また、パージ工程では、反応生成物(NH4Clガス、HClガス)、余剰のTiCl4ガス、NH3ガス等が排出される。
図4のステップS4において図5に示す基板処理が終了すると、図4のステップS5に進み、制御装置6は、昇降機構24を制御して、ステージ2を搬送位置まで下降させる。
次に、ステップS6において、成膜装置100の処理容器1内から基板Wを搬出する。具体的には、基板支持ピン27を上昇させて、ステージ2に載置された基板Wを持ち上げ、基板支持ピン27で支持する。また、ゲートバルブ12を開く。続いて、搬送アーム(図示せず)により基板Wを、搬入出口11を介して処理容器1内から搬出する。搬送アームが搬入出口11から退避すると、ゲートバルブ12を閉じる。以上により、成膜装置100において基板Wに所望膜(例えばTiN膜)を成膜する処理が終了する。
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置100は成膜処理を行う。その際、成膜装置100は、処理空間37を形成するシャワーヘッド3及びステージ2間のギャップGを正確に測定することができる。これにより、ギャップGの測定値が設定値(目標値)から許容範囲内であればそのまま基板処理を行い、許容範囲外であれば基板処理を中断して基板Wを搬出してもよい。また、ギャップGの測定値からステージ2の傾きを算出し、算出したステージ2の傾きが許容範囲外であれば、ステージ2の傾きがなくなるようにステージ2の傾きを補正した後に基板処理を行ってもよいし、基板処理を中断して基板Wを搬出してもよい。
今回開示された実施形態に係る成膜装置は、すべての点において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。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば上述の実施形態ではALD法による成膜処理の例を示したが、CVD法やSFD(Sequential Flow Deposition)法等の様々な成膜処理においても本発明は適用できる。
本願は、日本特許庁に2022年6月23日に出願された基礎出願2022-101410号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。
1 処理容器
2 ステージ
3 シャワーヘッド
4 排気部
5 処理ガス供給部
6 制御装置
7 排気機構
22 アウターリング
24 昇降機構
32 シャワープレート
32a テーパー面
34 突出部
34a 突出面
37 処理空間
41、45 排気配管
42 APCバルブ
43 開閉バルブ
44 真空ポンプ
60 渦電流センサ
100 成膜装置
2 ステージ
3 シャワーヘッド
4 排気部
5 処理ガス供給部
6 制御装置
7 排気機構
22 アウターリング
24 昇降機構
32 シャワープレート
32a テーパー面
34 突出部
34a 突出面
37 処理空間
41、45 排気配管
42 APCバルブ
43 開閉バルブ
44 真空ポンプ
60 渦電流センサ
100 成膜装置
Claims (11)
- 処理容器と、
前記処理容器内に昇降可能に設けられるステージと、
前記ステージに対向し、複数のガス孔を有するシャワーヘッドと、
成膜時に前記ステージを上昇させ、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に処理空間を形成させる昇降機構と、
前記シャワーヘッド及び前記ステージ間とのギャップを測定する測定部と、
を有する、成膜装置。 - 前記測定部は、前記シャワーヘッドに設置された渦電流センサと、前記ステージ又は前記ステージの外周に配置された外周部材に設けられた金属部材と、を有する、
請求項1に記載の成膜装置。 - 前記渦電流センサは、前記シャワーヘッドの前記複数のガス孔が形成された領域の外周面に円環状に突出する突出部に設置される、
請求項2に記載の成膜装置。 - 前記突出部の内径側の側面は、外側に向かって広がるテーパー面であり、
前記渦電流センサは、前記テーパー面により前記複数のガス孔から吐出されるガスの流れの方向が前記渦電流センサの検出面から離れるように配置されている、
請求項3に記載の成膜装置。 - 前記テーパー面と前記渦電流センサとの間に、前記渦電流センサに対するガス付着防止用のひさしを有する、
請求項4に記載の成膜装置。 - 前記金属部材は、前記ステージ又は前記外周部材の前記渦電流センサに対向する位置に設けられた金属の電極である、
請求項2に記載の成膜装置。 - 前記金属の電極は、前記ステージの内部又は前記外周部材の内部に埋設されたメッシュ電極又は板状電極である、
請求項6に記載の成膜装置。 - 前記金属の電極は、前記ステージ又は前記外周部材の表面に形成された金属膜である、
請求項6に記載の成膜装置。 - 前記渦電流センサの少なくとも側面を覆う絶縁体のカバー部材を有する、
請求項2に記載の成膜装置。 - 前記シャワーヘッド内の前記渦電流センサの周辺の空間を真空排気する排気機構を有する、
請求項2に記載の成膜装置。 - 前記成膜装置は、ALD装置である、
請求項1~10のいずれか一項に記載の成膜装置。
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