JP2009117555A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 例えば500℃以下の低温度領域で、基板の一部領域上に選択的にエピタキシャル膜を成長させる。
【解決手段】 基板を処理する処理室と、基板を加熱する加熱手段と、処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、制御手段は、原料ガス供給手段による原料ガスの供給と、エッチングガス供給手段によるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、エッチングガスはフッ素を含むガスである。
【選択図】 図3
【解決手段】 基板を処理する処理室と、基板を加熱する加熱手段と、処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、制御手段は、原料ガス供給手段による原料ガスの供給と、エッチングガス供給手段によるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、エッチングガスはフッ素を含むガスである。
【選択図】 図3
Description
本発明は、処理室内に原料ガスやエッチングガスを供給して基板を処理する基板処理装置に関する。
半導体装置の微細化が進むにつれて、基板の一部領域上にシリコンのエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理工程が、半導体装置の製造工程の一工程として実施されている。具体的には、表面上にシリコン面と絶縁膜面とが露出している基板を加熱し、かかる基板上にシリコン(Si)原子を含む原料ガスと塩素(Cl)元素を含むエッチングガスとを交互あるいは同時に供給することにより、基板のシリコン面上にのみ選択的にシリコンのエピタキシャル膜を成長(Selective Epitaxal Growth)させていた(例えば、特許文献1)。
特開2007−56288号
半導体装置の微細化が進むにつれ、その製造工程を通して基板の温度をより低く保つ必要性が生じてきた。しかしながら、上述の基板処理工程では、エピタキシャル膜を成長させる際に、基板を500℃超の温度に加熱する必要があった。基板の温度を500℃以下に低下させると、塩素原子を含むエッチングガスのエッチング作用(能力)が低下してしまい、シリコン面上だけでなく絶縁膜面上にもシリコンのエピタキシャル膜が成長されてしまう場合があるからである。
本発明は、例えば500℃以下の低温度領域で、基板の一部領域上に選択的にエピタキシャル膜を成長させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様によれば、表面上に少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出する基板の前記シリコン面上にシリコンのエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、前記エッチングガスはフッ素を含むガスである基板処理装置が提供される。
本発明にかかる基板処理装置によれば、例えば500℃以下の低温度領域で、基板の一部領域上に選択的にエピタキシャル膜を成長させることが可能となる。
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の平面透視図であり、図2は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の側面透視図であり、図3は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉、及び処理炉周辺の概略構成図である。
(1)基板処理装置の構成
図1、図2に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置100は、筐体111を備えている。筐体111の正面壁111aの正面前方部(図1の下側)には、開口部としての正面メンテナンス口103が設けられている。また、正面メンテナンス口103には、正面メンテナンス口103を開閉する2枚の正面メンテナンス扉104a,104bが設けられている。
図1、図2に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置100は、筐体111を備えている。筐体111の正面壁111aの正面前方部(図1の下側)には、開口部としての正面メンテナンス口103が設けられている。また、正面メンテナンス口103には、正面メンテナンス口103を開閉する2枚の正面メンテナンス扉104a,104bが設けられている。
基板としてのウエハ200を筐体111内外へ搬送するには、基板収容容器(ウエハキャリアともいう)としてのポッド110が使用される。ポッド110内には、複数枚のウエハ200が格納されるように構成されている。筐体111の正面壁111aには、ポッド110を筐体111内外へ搬送するポッド搬入搬出口112が、筐体111の内外を連通するように設けられている。ポッド搬入搬出口112は、開閉機構としてのフロントシャッタ113によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口112の正面前方側には、基板収容器受渡し台としてのロードポート114が設けられている。ロードポート114上にはポッド110が載置され、ロードポート114上にてポッド110の位置合わせをすることが可能なように構成されている。ポッド110は、図示しない工程内搬送装置によってロードポート114上に載置され、また、ロードポート114上から搬出されるように構成されている。
筐体111内の前後方向の略中央部(図2に示す筐体111内の略中央部)における上部空間には、基板収容器載置棚としての回転式ポッド棚105が設けられている。回転式ポッド棚105は、垂直方向に設けられて水平面内で間欠回転する支柱116と、基板収容器載置台としての複数枚の棚板117と、を備えている。複数枚の棚板117は、支柱116における上下4段の各位置において、水平姿勢で放射状に固定されるようにそれぞれ構成されている。なお、各棚板117には、複数個のポッド110がそれぞれ載置されるように構成されている。
筐体111内におけるロードポート114と回転式ポッド棚105との間には、基板収容器搬送装置としてのポッド搬送装置118が設けられている。ポッド搬送装置118は、ポッド110を保持したまま昇降移動する基板収容器昇降機構としてのポッドエレベータ118aと、ポッド110を保持したまま水平移動する基板収容器搬送機構としてのポッド搬送機構118bと、を備えている。ポッド搬送装置118は、ポッドエレベータ118aとポッド搬送機構118bとの協調動作により、ロードポート114、回転式ポッド棚105、及び後述する載置台122との間で、ポッド110を搬送するように構成されている。
筐体111内の下部空間には、筐体111内の略中央部から後端部にわたって、サブ筐体119が設けられている。サブ筐体119の正面壁119a(筐体111内の中央部側)には、ウエハ200をサブ筐体119内外に搬送する基板搬入搬出口としての一対のウエハ搬入搬出口120が、上下段に設けられている。上下段のウエハ搬入搬出口120には、ポッドオープナ121がそれぞれ設けられている。ポッドオープナ121は、ポッド110を載置する載置台122と、ポッド110の蓋体であるキャップを着脱する蓋体着脱機構としてのキャップ着脱機構123と、をそれぞれ備えている。ポッドオープナ121は、載置台122上に載置されたポッド110のキャップをキャップ着脱機構123によって着脱することによって、ポッド110のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
サブ筐体119内には、移載室124が形成されている。移載室124は、ポッド搬送装置118や回転式ポッド棚105等が設けられた筐体111内の他の空間から気密に隔離されるように構成されている。移載室124内の前側領域(筐体111内の中央部側)
には、基板移載機構としてのウエハ移載機構125が設けられている。ウエハ移載機構125は、基板保持体としてのツイーザ125c上にウエハ200を載置して水平方向に移動させる基板移載装置としてのウエハ移載装置125aと、ウエハ移載装置125aを昇降移動させる基板移載装置昇降機構としてのウエハ移載装置エレベータ125bと、を備えている。これら、ウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの協調動作により、基板保持具としての後述するボート217にウエハ200を装填(チャージング)し、また、ボート217からウエハ200を取り出す(ディスチャージング)ことが可能なように構成されている。
には、基板移載機構としてのウエハ移載機構125が設けられている。ウエハ移載機構125は、基板保持体としてのツイーザ125c上にウエハ200を載置して水平方向に移動させる基板移載装置としてのウエハ移載装置125aと、ウエハ移載装置125aを昇降移動させる基板移載装置昇降機構としてのウエハ移載装置エレベータ125bと、を備えている。これら、ウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの協調動作により、基板保持具としての後述するボート217にウエハ200を装填(チャージング)し、また、ボート217からウエハ200を取り出す(ディスチャージング)ことが可能なように構成されている。
また、図1に示すように、移載室124内の側壁部には、クリーンユニット134が設けられている。クリーンユニット134は、供給フアンおよび防塵フィルタを備えており、清浄化したガスもしくは不活性ガスであるクリーンエア133を移載室124内に供給するように構成されている。また、図1に示すように、ウエハ移載装置125aとクリーンユニット134との間には、ウエハ200の周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置135が設けられている。クリーンユニット134から移載室124内に供給されたクリーンエア133は、ノッチ合わせ装置135、ウエハ移載装置125a、ロードロック室141にあるボート217の周囲を通過した後に、図示しないダクトにより吸引される。そして、ダクトにより吸引されたガスは、筐体111の外部へと排気されるか、もしくは、クリーンユニット134の吸い込み側である一次側にまで循環されて清浄化された後、再び移載室124内に供給されるように構成されている。
移載室124内の後側領域(筐体111内の後端部側)には、内部を大気圧未満の圧力(負圧)に維持可能な気密機能を有する耐圧筐体140が設置されている。耐圧筐体140の内部には、ボート217を収容可能なロードロック方式の待機室としてのロードロック室141が形成されている。耐圧筐体140の正面壁140aには、ウエハ搬入搬出開口(基板搬入搬出開口)142が設けられており、ウエハ搬入搬出開口142に設けられたゲートバルブ143を開けることにより、ロードロック室141と移載室124とが連通するように構成されている。図1に示すように、耐圧筐体140の他の側壁には、ロードロック室141内へ窒素ガスを供給するガス供給管144と、ロードロック室141内を負圧に排気するための排気管145とがそれぞれ設けられている。ロードロック室141の上方には、基板を処理する処理炉202が設けられている。処理炉202の下端部には、処理炉202内と移載室124内とが連通するように開口が設けられている。処理炉202に設けられた開口は、炉口開閉機構としての炉口ゲートバルブ147により開閉されるように構成されている。耐圧筐体140の正面壁140aの上端部には、炉口ゲートバルブカバー149が取り付けられている。
図1に示すように、筐体111内には、ボート217を昇降移動させるボートエレベータ(基板保持具昇降機構)115が設けられている。ボートエレベータ115の下端部には連結具としてのアーム128が設けられており、アーム128上には蓋体としてのシールキャップ129が水平姿勢で設けられている。シールキャップ129は、ボート217を下方から垂直に支持するとともに、ボートエレベータ115が上昇した時に処理炉202に設けられた開口を閉塞するように構成されている。ボート217の構成については後述する。
(2)基板処理装置の動作
次に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置100の動作について説明する。
次に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置100の動作について説明する。
図1および図2に示すように、ポッド110がロードポート114上に載置されると、フロントシャッタ113が移動してポッド搬入搬出口112が開放される。そして、ポッド搬送装置118により、ロードポート114上のポッド110が、ポッド搬入搬出口1
12を介して筐体111内へと搬入される。筐体111内へ搬入されたポッド110は、直接に、もしくは、回転式ポッド棚105の棚板117上に載置されて一時的に保管された後に、上下4段のうちいずれか一の載置台122上へと移載される。
12を介して筐体111内へと搬入される。筐体111内へ搬入されたポッド110は、直接に、もしくは、回転式ポッド棚105の棚板117上に載置されて一時的に保管された後に、上下4段のうちいずれか一の載置台122上へと移載される。
この際、ポッドオープナ121のウエハ搬入搬出口120は、キャップ着脱機構123によって閉じられている。また、ボートエレベータ115は降下した状態となっており、処理炉202の下端部の開口は炉口ゲートバルブ147により閉塞された状態となっている。また、移載室124内には、クリーンユニット134によりクリーンエア133が供給されている。例えば、クリーンエア133として窒素ガスを移載室124内に供給して充満させることにより、移載室124内の酸素濃度は、例えば20ppm以下と、筐体111内の他の領域よりも遥かに低くなっている。
載置台122上に載置されたポッド110は、そのキャップがウエハ搬入搬出口120の開口縁辺部に押し付けられる。そして、キャップ着脱機構123によってキャップが取り外され、ポッド110のウエハ出し入れ口が開放される。そして、あらかじめ内部が大気圧状態とされていたロードロック室141のウエハ搬入搬出開口142がゲートバルブ143の動作により開放される。そして、ポッド110内のウエハ200は、ウエハ移載装置125aのツイーザ125cによってピックアップされ、ウエハ出し入れ口を介して移載室124内に搬入され、ノッチ合わせ装置135によって周方向の向きが整合され、移載室124内の後方にあるロードロック室141内へ搬送され、ボート217に装填(チャージング)される。その後、同様の動作が繰り返され、ポッド110内に残っているウエハ200がボート217に装填される。
なお、上述の作業中には、他方の載置台122上には、回転式ポッド棚105から別のポッド110が移載される。そして、キャップ着脱機構123によってキャップが取り外され、ポッド110のウエハ出し入れ口が開放される。
予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填(チャージング)されると、ウエハ搬入搬出開口142がゲートバルブ143によって閉じられる。そして、ロードロック室141内は排気管145により排気され、処理炉202内の圧力と同じ圧力まで減圧される。ロードロック室141内が処理炉202内の圧力まで減圧されたら、炉口ゲートバルブ147が水平移動して処理炉202の下端部の開口が開放される。続いて、ボートエレベータ115が上昇して、複数のウエハ200を保持したボート217が処理炉202内へ搬入(ローディング)され、処理炉202の下端部の開口がシールキャップ219によって気密に閉塞される。
ボート217が処理炉202内へ搬入(ローディング)された後は、処理炉202内にてウエハ200に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。その後、ノッチ合わせ装置135によるウエハ200の周方向の向きの整合工程を除き、上述の手順とはほぼ逆の手順により、処理後のウエハ200を格納したポッド110が筐体111の外部へと搬出される。
(3)処理炉の構成
続いて、本実施形態にかかる基板処理装置100が備える処理炉202及びその周辺の構成について、図3を参照しながら説明する。
続いて、本実施形態にかかる基板処理装置100が備える処理炉202及びその周辺の構成について、図3を参照しながら説明する。
図3に示すように、本実施形態にかかる処理炉202は、反応管としてのアウターチューブ205を有している。アウターチューブ205は、石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウターチューブ205の内側の筒中空部には、基板としてのウエハ200を処
理する処理室201が形成されている。処理室201は、基板としてのウエハ200を、後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
理する処理室201が形成されている。処理室201は、基板としてのウエハ200を、後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
アウターチューブ205の外側には、アウターチューブ205と同心円状に、基板としてのウエハ200を加熱する加熱機構としてのヒータ206が設けられている。ヒータ206は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材とにより構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。なお、ヒータ206の近傍には、処理室201内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ(図示せず)が設けられている。ヒータ206及び温度センサには、温度制御部238が電気的に接続されている。温度制御部238は、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータ206への通電具合を調節し、処理室201内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるよう制御する。
アウターチューブ205の下方には、アウターチューブ205と同心円状に、マニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えば、ステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド209は、アウターチューブ205を支持するように設けられている。なお、マニホールド209とアウターチューブ205との間には、シール部材としてのOリングが設けられている。また、マニホールド209の下方には、待機室としてのロードロック室141が設けられている。ロードロック室141を構成する耐圧筐体140の天板140bとマニホールド209との間には、シール部材としてのOリングが設けられている。このマニホールド209が天板140bにより支持されることにより、アウターチューブ205は垂直に据え付けられた状態となっている。このアウターチューブ205とマニホールド209とにより反応容器が形成される。なお、天板140bには、処理炉202の開口部である炉口161が設けられている。
マニホールド209の側壁には、処理室201内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段としての原料ガス供給管232が接続されている。原料ガス供給管232の下流側は処理室201の内壁に沿ってノズル状に鉛直方向に立ち上がり、下流側端部は処理室201内の上部にガス供給口を構成している。すなわち、本実施形態では、インナーチューブを廃止し、ノズル状のガス供給管を用いて、処理室201内の上部から原料ガスの供給を行うように構成されている。原料ガス供給管232は、上流側で2つに分岐している。2つに分岐した原料ガス供給管232は、バルブ177、178、及びガス流量制御装置としてのMFC183、184を介して、第1のガス供給源180、第2のガス供給源181にそれぞれ接続されている。MFC183、184及びバルブ177、178には、ガス流量制御部235が電気的に接続されている。ガス流量制御部235は、原料ガス供給管232から処理室201内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。なお、本発明にかかるガス供給手段は、原料ガス供給管232が2つに分岐する形態に限定されず、供給するガスの種別に応じて分岐していなくても、3つ以上に分岐していてもよい。
また、原料ガス供給管232のバルブ177、178、179の下流側には、処理室201内にフッ素(F)を含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管232eが、合流するように接続されている。すなわち、本実施形態では、インナーチューブを廃止し、ノズル状のガス供給管を用いて、処理室201内の上部からエッチングガスの供給を行うように構成されている。エッチングガス供給管232eの上流側は、バルブ192、及びガス流量制御装置としてのMFC191を介して、エッチングガス供給源190に接続されている。MFC191及びバルブ192には、ガス流量制御部235が電気的に接続されている。ガス流量制御部235は、エッチングガ
ス供給管232eから処理室201内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。なお、エッチングガス供給源190には、例えばClF3ガス又はF2ガスが封入される。
ス供給管232eから処理室201内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。なお、エッチングガス供給源190には、例えばClF3ガス又はF2ガスが封入される。
なお、図示しないが、エッチングガス供給管232eとの合流部分よりも下流側における原料ガス供給管232には、処理室201内にN2、Ar、He等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給管が接続されている。ガス流量制御部235は、不活性ガス供給管から処理室201内に所望のタイミングで所望の流量のガスを供給するように制御する。
また、マニホールド209の側壁には、処理室201内の雰囲気を排気する排気手段としてのガス排気管231が接続されている。排気手段としてのガス排気管231の下流側には、APC(Auto Pressure Controller)バルブ242を介して、真空ポンプ等の真空排気装置246が接続されている。APCバルブ242は、その開度により処理室201内の圧力を調整する圧力調整器として構成されている。なお、APCバルブ242の上流側におけるガス排気管231内には、図示しないが、処理室201内の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサが設けられている。なお、圧力センサは、ガス排気管231内に限らず、処理室201内に設けられていてもよい。圧力センサ及びAPCバルブ242には、圧力制御部236が電気的に接続されている。圧力制御部236は、圧力センサにより検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の開度を調節し、処理室201内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように制御する。
また、上述したように、ロードロック室141を構成する耐圧筐体140の外面には、ボートエレベータ115が設けられている。ボートエレベータ115は、下基板245、ガイドシャフト264、ボール螺子244、上基板247、昇降モータ248、昇降基板252、及びベローズ265を備えている。下基板245は、ロードロック室141を構成する側壁の外面に水平姿勢で固定されている。下基板245には、昇降台249と嵌合するガイドシャフト264、及び昇降台249と螺合するボール螺子244がそれぞれ鉛直姿勢で設けられている。ガイドシャフト264及びボール螺子244の上端には、上基板247が水平姿勢で固定されている。ボール螺子244は、上基板247に設けられた昇降モータ248により回転させられるように構成されている。また、ガイドシャフト264は、昇降台249の上下動を許容しつつ水平方向の回転を抑制するように構成されている。そして、ボール螺子244を回転させることにより、昇降台249が昇降するように構成されている。
昇降台249には、中空の昇降シャフト250が垂直姿勢で固定されている。昇降台249と昇降シャフト250との連結部は、気密に構成されている。昇降シャフト250は、昇降台249と共に昇降するように構成されている。昇降シャフト250の下方側端部は、ロードロック室141を構成する天板140bを貫通している。天板140bに設けられる貫通穴の内径は、昇降シャフト250と天板140bとが接触することのない様に、昇降シャフト250の外径よりも大きく構成されている。ロードロック室141と昇降台249との間には、昇降シャフト250の周囲を覆うように、伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ265が設けられている。昇降台249とベローズ265との連結部、及び天板140bとベローズ265との連結部はそれぞれ気密に構成されており、ロードロック室141内の気密が保持されるように構成されている。ベローズ265は、昇降台249の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有している。ベローズ265の内径は、昇降シャフト250とベローズ265とが接触することのない様に、昇降シャフト250の外径よりも充分に大きく構成されている。
ロードロック室141内に突出した昇降シャフト250の下端には、昇降基板252が水平姿勢で固定されている。昇降シャフト250と昇降基板252との連結部は、気密に構成されている。昇降基板252の上面には、Oリング等のシール部材を介してシールキャップ219が気密に取付けられている。シールキャップ219は、例えばステンレス等の金属より構成され、円盤状に形成されている。昇降モータ248を駆動してボール螺子244を回転させ、昇降台249、昇降シャフト250、昇降基板252、及びシールキャップ219を上昇させることにより、処理炉202内にボート217が搬入(ボートローディング)されると共に、処理炉202の開口部である炉口161がシールキャップ219により閉塞されるよう構成されている。また、昇降モータ248を駆動してボール螺子244を回転させ、昇降台249、昇降シャフト250、昇降基板252、及びシールキャップ219を下降させることにより、処理室201内からボート217が搬出(ボートアンローディング)されるよう構成されている。昇降モータ248には、駆動制御部237が電気的に接続されている。駆動制御部237は、ボートエレベータ115が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御する。
昇降基板252の下面には、Oリング等のシール部材を介して駆動部カバー253が気密に取付けられている。昇降基板252と駆動部カバー253とにより駆動部収納ケース256が構成されている。駆動部収納ケース256の内部は、ロードロック室141内の雰囲気と隔離されている。駆動部収納ケース256の内部には、回転機構254が設けられている。回転機構254には電力供給ケーブル258が接続されている。電力供給ケーブル258は、昇降シャフト250の上端から昇降シャフト250内を通って回転機構254まで導かれており、回転機構254に電力を供給するように構成されている。回転機構254が備える回転軸255の上端部は、シールキャップ219を貫通して、基板保持具としてのボート217を下方から支持するように構成されている。回転機構254を作動(回転)させることにより、ボート217に保持された基板を処理室201内で回転させることが可能なように構成されている。回転機構254には、駆動制御部237が電気的に接続されている。駆動制御部237は、回転機構254が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御する。
また、駆動部収納ケース256の内部であって回転機構254の周囲には、冷却機構257が設けられている。冷却機構257及びシールキャップ219には冷却流路259が形成されている。冷却流路259には冷却水を供給する冷却水配管260が接続されている。冷却水配管260は、昇降シャフト250の上端から昇降シャフト250内を通って冷却流路259まで導かれ、冷却流路259にそれぞれ冷却水を供給するように構成されている。
基板保持具としてのボート217は、例えば石英(SiO2)や炭化珪素(SiC)等の耐熱性材料から構成され、複数枚のウエハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板216が、水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板216は、ヒータ206からの熱をマニホールド209側に伝えにくくするように機能する。
また、本実施形態にかかる基板処理装置100は、制御手段としてのコントローラ240を有している。コントローラ240は、CPU、メモリ、HDDなどの記憶装置、操作部、入出力部を備えた主制御部239を備えている。主制御部239は、上述のガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238、ボートエレベータ115の昇降モータ248、及び回転機構254に電気的に接続されており、基板処理装置100全体を制御するように構成されている。そして、コントローラ240は、加熱機構としてのヒータ206、原料ガス供給手段としての原料ガス供給管232、及びエ
ッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管232eをそれぞれ制御するとともに、原料ガス供給管232による原料ガスの供給と、エッチングガス供給管232eによるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御するように構成されている。かかる動作については後述する。
ッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管232eをそれぞれ制御するとともに、原料ガス供給管232による原料ガスの供給と、エッチングガス供給管232eによるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御するように構成されている。かかる動作については後述する。
(4)基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上にエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理工程について説明する。かかる基板処理工程は、上述した基板処理装置100により実施される。また、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ240により制御される。なお、第1のガス供給源180及び第2のガス供給源181には、処理ガスとして例えばSiH4ガス(又はSi2H6ガス)、H2ガスがそれぞれ封入されている。また、エッチングガス供給源190には、エッチングガスとして例えばClF3ガスが封入されている。
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上にエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理工程について説明する。かかる基板処理工程は、上述した基板処理装置100により実施される。また、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ240により制御される。なお、第1のガス供給源180及び第2のガス供給源181には、処理ガスとして例えばSiH4ガス(又はSi2H6ガス)、H2ガスがそれぞれ封入されている。また、エッチングガス供給源190には、エッチングガスとして例えばClF3ガスが封入されている。
まず、図3に示すように、ウエハ移載機構125により、降下状態のボート217に複数枚の処理対象のウエハ200を装填する。なお、ウエハ200の表面上には、少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出している。すなわち、シリコンウエハとして構成されたウエハ200の表面の少なくとも一部に、例えばSiO2あるいはSiN等からなる絶縁膜が形成されており、シリコン面及び絶縁膜面がそれぞれ露出しているように構成されている。所定枚数のウエハ200の装填が完了したら、昇降モータ248を駆動して、図2に示すように、所定枚数のウエハ200を保持したボート217を処理室201内に搬入(ボートローディング)すると共に、処理炉202の開口部である炉口161をシールキャップ219により閉塞する。
次に、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように、真空排気装置246により処理室201内を真空排気する。この際、処理室201内の圧力を圧力センサにより測定し、この測定した圧力に基づきAPCバルブ242をフィードバック制御する。続いて、回転機構254により、ボート217及びウエハ200を回転させる。
次に、処理室201内が所望の温度分布となるように、ヒータ206により処理室201内を加熱する。この際、ウエハ200の表面温度が500℃以下になるように加熱することが好ましい。具体的には、温度センサにより温度を検出し、検出した温度情報に基づきヒータ206への通電具合をフィードバック制御する。
次に、第1のガス供給源180、第2のガス供給源181から処理室201内に原料ガス(SiH4又はSi2H6、H2)をそれぞれ供給する(原料ガス供給工程)。具体的には、各原料ガスの供給量がそれぞれ所望の流量となるようにMFC183、184の開度を調節しながら、バルブ177、178を開き、原料ガス供給管232を介して処理室201内の上部に各処理ガスを供給する。処理室201内に供給された各処理ガスは、ウエハ200と接触した後、ガス排気管231から処理室201外へと排気される。各処理ガスがウエハ200と接触することにより、ウエハ200の表面上にEpi−Si膜が堆積(デポジション)される。なお、原料ガスが導入されると、露出したシリコン上ではただちに成長が開始されるのに対し、絶縁膜上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間の間、露出したシリコン上を中心にSi膜を成長させる。予め設定された時間が経過したら、バルブ177、178を閉じて、第1のガス供給源180、第2のガス供給源181からの各原料ガスの供給を停止する。
続いて、エッチングガス供給源190から処理室201内にエッチングガスを供給する(エッチングガス供給工程)。具体的には、エッチングガスの供給量が所望の流量となるようにMFC191の開度を調節しながら、バルブ192を開き、エッチングガス供給管
232e及び原料ガス供給管232を介して処理室201内にエッチングガスを供給する。その結果、絶縁膜面上に堆積されてしまったEpi−Si膜や汚染物質が除去される。なお、絶縁膜面上に堆積されたEpi−Si膜や汚染物質はEpi−Si膜を成長させる核となりうるが、本工程を実施することにより絶縁膜上におけるEpi−Si膜の成長が抑制され、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。予め設定された時間が経過したら、バルブ192を閉じて、エッチングガス供給源190からのエッチングガスの供給を停止する。
232e及び原料ガス供給管232を介して処理室201内にエッチングガスを供給する。その結果、絶縁膜面上に堆積されてしまったEpi−Si膜や汚染物質が除去される。なお、絶縁膜面上に堆積されたEpi−Si膜や汚染物質はEpi−Si膜を成長させる核となりうるが、本工程を実施することにより絶縁膜上におけるEpi−Si膜の成長が抑制され、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。予め設定された時間が経過したら、バルブ192を閉じて、エッチングガス供給源190からのエッチングガスの供給を停止する。
上述した原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを1サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、所望の厚さのEpi−Si膜を成長させることが出来る。所望の膜厚のEpi−Si膜が成長したら繰り返しを停止して、図示しない不活性ガス供給管から処理室201内に不活性ガスを供給し、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換すると共に、処理室201内の圧力を常圧に復帰させて、基板処理工程を完了する。
その後、昇降モータ248を作動させてシールキャップ219を下降させ、処理炉202の開口部である炉口161を開口させると共に、処理済のウエハ200を保持したボート217を処理室201外へと搬出(ボートアンローディング)する。その後、ウエハ移載機構125により、処理済のウエハ200をボート217より取り出す(ウエハディスチャージ)。
なお、ウエハ200を処理する際の処理条件としては、例えば、Epi−Si膜の成膜において、処理温度400〜700℃、処理圧力1〜200Pa、サイクル数10回が例示される。
(5)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたはそれ以上の効果を奏する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたはそれ以上の効果を奏する。
本実施形態にかかる基板処理装置100によれば、エッチングガスとしてフッ素(F)元素を含むガスが用いられる。その結果、エッチングガスとして塩素(Cl)元素を含むガスを用いた場合と比較して、ウエハ200の温度を例えば500℃以下の低温に保ったとしても、エッチングガスのエッチング作用(能力)が低下しにくくなる。すなわち、絶縁膜面上に堆積されてしまったEpi−Si膜の除去や汚染物質の除去を促進し、露出したシリコン上への選択的な成長を促進させることができる。
また、本実施形態にかかる基板処理装置100によれば、ウエハ200の温度を例えば500℃以下の低温に保ったとしても、エッチングガスのエッチング作用(能力)が低下しにくくなる。そのため、エッチングを実施する際にウエハ200の温度を例えば500℃以下の低温に保つことが可能となり、微細な構造を有する半導体装置の製造がより容易になる。
また、本実施形態によれば、エッチングガス供給源190に封入するエッチングガスのガス種を、フッ素を含有するガスに変更することにより、既存の基板処理装置100を流用可能である。そのため、基板処理コストを低減させることが可能である。
また、本実施形態によれば、インナーチューブを廃止し、処理室201内の上部から原料ガス、エッチングガスをそれぞれ供給している。このため、原料ガス及びエッチングガスは、処理室201内の下方に残留している汚染物質を拡散させることなく、清浄な状態のままウエハ200に到達する。その結果、絶縁膜上におけるEpi−Si膜の成長を抑制して、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。また、Epi−Si
膜の膜質を向上させることが可能となる。
膜の膜質を向上させることが可能となる。
<本発明のさらに他の実施形態>
上述の実施形態では、エッチングガスとしてClF3ガスを用いたが、本発明は上述の形態に限らず、エッチングガスとして、例えばF2ガス等のフッ素(F)元素を含むガスを用いることが可能である。
上述の実施形態では、原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを1サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、所望の厚さのEpi−Si膜を成長させる基板処理工程について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを同時に行う基板処理工程にも、本発明は好適に適用可能である。
上述の実施形態かかるエッチングガス供給管232eは、原料ガス供給管232に合流するように一本化していたが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、原料ガス供給管232とエッチングガス供給管232eとをそれぞれ独立にマニホールド209の側壁に接続させてもよい。また、上述の実施形態かかる原料ガス供給管232は原料ガスの種別ごとに上流側で分岐していたが、分岐や合流をすることなく、原料ガスの種別ごとにそれぞれ独立にマニホールド209の側壁に接続させてもよい。
上述の実施形態では、基板処理装置100が縦型CVD装置として構成されており、かかる基板処理装置100を用いてウエハ200上にEpi−Si膜を形成する基板処理工程を例にとって説明したが、本発明はこれらの構成に限定されない。すなわち、本発明は、横型CVD、枚葉型CVD装置など、減圧下でウエハ等の基板を処理する処理室を備える基板処理装置100に好適に適用可能であり、例えばEpi−SiGe膜等のEpi−Si膜以外の膜を形成する基板処理工程にも好適に適用可能である。
上述の実施形態では、ウエハ200の表面上に、少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出しており、シリコン面上に選択的にエピタキシャル膜を堆積する場合について説明したが、本発明は上述の形態に限定されない。すなわち、選択的にエピタキシャル膜を堆積する場合に限らず、他の方法で堆積した膜等をエッチングする場合にも好適に適用可能である。
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の第1の態様によれば、表面上に少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出する基板の前記シリコン面上にシリコンのエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互に行うように制御し、前記エッチングガスはフッ素を含むガスである基板処理装置が提供される。
本発明の第2の態様によれば、前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互に行う際に、前記加熱手段により前記基板の温度を500℃以下に加熱する第1の態様に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の第3の態様によれば、前記エッチングガス供給手段が供給するエッチングガスは、ClF3ガス又はF2ガスである第1又は第2の態様に記載の基板処理装置が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
206 ヒータ(加熱手段)
232 原料ガス供給管(原料ガス供給手段)
232e エッチングガス供給管(エッチングガス供給手段)
240 コントローラ(制御手段)
201 処理室
206 ヒータ(加熱手段)
232 原料ガス供給管(原料ガス供給手段)
232e エッチングガス供給管(エッチングガス供給手段)
240 コントローラ(制御手段)
Claims (1)
- 表面上に少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出する基板の前記シリコン面上にシリコンのエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、
前記基板を処理する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記処理室内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、
前記各手段をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記原料ガス供給手段による前記原料ガスの供給と、前記エッチングガス供給手段による前記エッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御し、
前記エッチングガスはフッ素を含むガスである
ことを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007287845A JP2009117555A (ja) | 2007-11-05 | 2007-11-05 | 基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007287845A JP2009117555A (ja) | 2007-11-05 | 2007-11-05 | 基板処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009117555A true JP2009117555A (ja) | 2009-05-28 |
Family
ID=40784366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007287845A Pending JP2009117555A (ja) | 2007-11-05 | 2007-11-05 | 基板処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009117555A (ja) |
-
2007
- 2007-11-05 JP JP2007287845A patent/JP2009117555A/ja active Pending
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