JP2020021958A - Substrate processing apparatus and substrate mounting table - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理装置および基板載置台に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate mounting table.
例えば、フィンＦＥＴのソースおよびドレイン部分等の複雑な構造部分に存在するシリコンの自然酸化膜も除去可能な処理として、ＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理が検討されている。ＣＯＲ処理は、例えば３０℃程度でシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを吸着させ、これらをシリコン酸化膜と反応させてフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）を生成させる工程と、例えば９０℃程度の温度に加熱によりこのＡＦＳを昇華させる工程とにより、シリコン酸化膜をエッチングする技術であり、例えば特許文献１、２等に記載されている。 For example, a COR (Chemical Oxide Removal) process is being studied as a process capable of removing a natural oxide film of silicon existing in a complicated structure portion such as a source and drain portion of a FinFET. In the COR processing, for example, hydrogen fluoride (HF) gas and ammonia (NH 3 ) gas are adsorbed on a silicon oxide film (SiO 2 film) at about 30 ° C., and these are reacted with the silicon oxide film to form ammonium fluorosilicate. This is a technique for etching a silicon oxide film by a process of generating ((NH 4 ) 2 SiF 6 ; AFS) and a process of sublimating the AFS by heating to a temperature of, for example, about 90 ° C. 2 etc.
従来、このような異なる温度の工程は、一つのチャンバー（処理容器）内で行おうとすると、温度を変化させるのに時間がかかるため、別々のチャンバーで行うことが一般的である。 Conventionally, when such steps at different temperatures are performed in one chamber (processing vessel), it takes time to change the temperature, and therefore, it is general to perform the steps in separate chambers.
しかし、半導体製造プロセスの複雑化にともない、一つのチャンバーで複数の工程を行うことが要求され、このような異なる温度の工程を、一つのチャンバーで行うことが可能な装置が求められている。 However, with the complication of the semiconductor manufacturing process, it is required to perform a plurality of steps in one chamber, and there is a demand for an apparatus capable of performing steps at different temperatures in one chamber.
基板温度を高速で昇降温できる装置として、特許文献３〜５に記載されたものがあるが、いずれも温度の異なる一連の工程を一つのチャンバーで連続して行うことは意図していない。 Patent Documents 3 to 5 disclose devices capable of raising and lowering the substrate temperature at high speed, but none of these devices intends to continuously perform a series of steps at different temperatures in one chamber.
本発明は、一つの処理容器内で、被処理基板に対して温度の異なる複数の工程を連続的に行うことが可能な基板処理装置および基板載置台を提供する。 The present invention provides a substrate processing apparatus and a substrate mounting table capable of continuously performing a plurality of processes at different temperatures on a substrate to be processed in one processing container.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、内部が真空に保持可能な処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器内で被処理基板を載置する載置面を有する基板載置台と、前記処理容器内を排気する排気手段とを有し、前記基板載置台は、金属製でかつ温調媒体流路が形成された本体と、前記本体の上に設けられ、前記載置面を有し、誘電体中に電極が設けられて構成された前記被処理基板を静電吸着するための静電チャックと、前記静電チャックの裏面に設けられたヒーターとを有する、基板処理装置を提供する。 In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention provides a processing container capable of holding a vacuum inside, a processing gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container, and a substrate to be processed in the processing container. A substrate mounting table having a mounting surface on which the substrate is mounted, and an exhaust unit for exhausting the inside of the processing container, wherein the substrate mounting table is made of metal and has a temperature control medium channel formed therein; and An electrostatic chuck, which is provided on the main body, has the mounting surface described above, and electrostatically chucks the substrate to be processed, which is configured by providing an electrode in a dielectric, and a back surface of the electrostatic chuck. Provided is a substrate processing apparatus having a heater provided.
本発明によれば、一つの処理容器内で、被処理基板に対して温度の異なる複数の工程を連続的に高スループットで行うことが可能な基板処理装置およびそれに用いる載置台が提供される。 According to the present invention, there is provided a substrate processing apparatus capable of continuously performing a plurality of processes having different temperatures on a substrate to be processed in one processing container at a high throughput, and a mounting table used therein.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
＜基板処理装置の構成＞
最初に、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す断面図、図２は図１の基板処理装置の基板載置機構を拡大して示す断面図である。
<Configuration of substrate processing apparatus>
First, a configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a substrate mounting mechanism of the substrate processing apparatus of FIG.
基板処理装置は、処理容器であるチャンバー１と、チャンバー１内に配置された、被処理基板Ｗを載置するための載置面を有する基板載置機構２と、基板載置機構２の載置面に対向するように設けられ、処理ガスをチャンバー１内に導入するためのシャワーヘッド３と、シャワーヘッド３に処理ガスを供給する処理ガス供給機構４と、チャンバー１内を排気する排気機構５と、基板処理装置１００の各構成部を制御する制御部６とを有する。
The substrate processing apparatus includes a chamber 1 serving as a processing container, a substrate mounting mechanism 2 having a mounting surface on which a substrate W to be processed is mounted, and a substrate mounting mechanism 2 disposed in the chamber 1. A shower head 3 for introducing a processing gas into the chamber 1, a processing gas supply mechanism 4 for supplying the processing gas to the shower head 3, and an exhaust mechanism for exhausting the chamber 1 5 and a
チャンバー１は、下部を構成する本体部１１と、本体部１１の上に設けられ、処理空間Ｓを形成する処理空間形成部１２とを有しており、例えば表面処理を施していないアルミニウム、または、内壁面がＯＧＦ（Ｏｕｔ Ｇａｓｓ Ｆｒｅｅ）陽極酸化処理が施されたアルミニウムで構成されている。
The chamber 1 has a main body 11 constituting a lower portion, and a processing
チャンバー１の本体部の側壁には基板搬入出口１４が設けられており、基板搬入出口１４はゲートバルブ１５で開閉可能となっており、ゲートバルブ１５を開けた状態で隣接する真空搬送室（図示せず）に設けられた搬送機構（図示せず）により被処理基板の搬入出が可能となっている。
A substrate loading / unloading
チャンバー１の処理空間形成部１２内の処理空間Ｓの外周はリング状の排気空間１２ａとなっており、排気空間１２ａに排気機構５が接続されている。
The outer periphery of the processing space S in the processing
基板載置機構２は、被処理基板Ｗを載置する載置面を有する基板載置台２１と、基板載置台２１の中央を支持し、垂直にチャンバー１よりも下方に延びる円筒状の筒状部材２８とを有している。基板載置台２１は、下部プレート２２ａおよび上部プレート２２ｂからなる本体２２と、本体２２の上に設けられた静電チャック２３と、静電チャック２３の裏面に形成されたヒーター２５と、静電チャック２３と本体２２（上部プレート２２ｂ）との間に設けられたクッション材２６とを有する。また、本体２２の下、および本体２２、静電チャック２３、クッション材２６の側面を覆うように絶縁部材２４が設けられている。
The substrate mounting mechanism 2 includes a substrate mounting table 21 having a mounting surface on which the substrate to be processed W is mounted, and a cylindrical tube supporting the center of the substrate mounting table 21 and extending vertically below the chamber 1. And a
本体２２はアルミニウムや銅等の金属からなり、上部プレート２２ｂには、ガルデン等の冷媒が通流する冷媒流路２７が形成されている。
The
静電チャック２３は、被処理基板Ｗを静電吸着するためのものであり、その表面が被処理基板載置面となる。静電チャック２３は、誘電体、例えばＡｌ２Ｏ３等のセラミックスからなり、内部に静電吸着のための電極２３ａが埋設されている。電極２３ａには、筒状部材２８内を延びる給電線６１を介して直流電源６２が接続されており、直流電源６２から電極２３ａに直流電圧が印加されることにより被処理基板Ｗが静電吸着される。静電チャック２３は、厚さが３〜３．５ｍｍ程度と通常の４．３ｍｍよりも薄く、熱容量が小さくなっている。
The
ヒーター２５は、静電チャック２３の裏面にプリント印刷により形成されている。ヒーター２５は、例えば、タングステンやモリブデン、またはこれら金属のいずれかとアルミナやチタンなどとの化合物からなり、ヒーター電源（図示せず）から給電されて発熱されるようになっている。
The
クッション材２６は、静電チャック２３と本体２２（上部プレート２２ｂ）との熱膨張差を吸収するとともに冷媒流路２７を流れる冷媒の冷熱を静電チャック２３に伝熱する機能を有しており、クッション性が高くかつ熱伝導性が良好な材料、例えば、シリコーン樹脂が用いられる。
The
基板載置機構２は、基板載置台２１の上部プレート２２ｂ内の冷媒流路２７に冷媒を循環させるチラーユニット７４を有しており、チラーユニット７４には、冷媒流路２７に冷媒を供給する冷媒供給配管７５と、冷媒流路２７からチラーユニット７４に冷媒を排出する冷媒排出配管７６とが接続されている。冷媒流路２７、冷媒供給配管７５および冷媒排出配管７６は、実際には筒状部材２８内に設けられているが、図１では、便宜上、筒状部材２８の外側に描いている。
The substrate mounting mechanism 2 has a
冷媒供給配管７５および冷媒排出配管７６には、それぞれ開閉バルブ７８ａおよび７８ｂが設けられており、冷媒供給配管７５および冷媒排出配管７６の開閉バルブ７８ａおよび７８ｂより上側の部分に、それぞれ冷媒抜取機構７９ａおよび７９ｂが設けられており、これらは、開閉バルブ７８ａおよび７８ｂを閉じた状態で、冷媒流路２７、冷媒供給配管７５および冷媒排出配管７６の開閉バルブ７８ａおよび７８ｂより上側部分の冷媒を抜き取るようになっている。冷媒抜取機構７９ａは、例えば図３に示すように、シリンダ８４と、シリンダ８４内に挿入されたピストン８５とを有する注射器状をなしており、適宜のアクチュエータ（図示せず）によりピストン８５を引くことにより、冷媒流路２７および冷媒供給配管７５内の冷媒が抜き取られる。冷媒抜取機構７９ｂも同様に構成され、ピストン８５を引くことにより、冷媒流路２７および冷媒排出配管７６内の冷媒が抜き取られる。
The
静電チャック２３と被処理基板Ｗとの間には、伝熱ガス供給機構８０から伝熱ガス供給配管８１を介してＨｅガス等の伝熱ガスが供給されるようになっており、伝熱ガスを介して基板載置台２１による被処理基板Ｗの温度制御が行われる。
Between the
被処理基板Ｗの温度制御は、後述する制御部６により行われる。すなわち、制御部６は被処理基板Ｗの温度制御部としての機能を有しており、被処理基板Ｗに対し、第１の温度（例えば３０℃）、および第１の温度よりも高い第２の温度（例えば９０℃）での連続処理を行うように温度制御を行うことが可能となっている。第１の温度での処理の際は、ヒーター２５をオフとし、チラーユニット７４から冷媒流路２７に冷媒を循環させることにより被処理基板Ｗを第１の温度で温調し、第２の温度での処理の際は、冷媒抜取機構７９ａおよび７９ｂにより冷媒流路２７の冷媒を抜き取り、ヒーター２５により急速に被処理基板Ｗを第２の温度まで加熱する。
The temperature control of the target substrate W is performed by the
このように急速な温度変化が生じると、金属製の本体２２と誘電体である静電チャック２３とは熱膨張係数が異なるため、大きな熱膨張差が生じるが、クッション材２６によりこのような熱膨張差が吸収される。被処理基板Ｗ（静電チャック２３の表面）の温度は、熱電対（図示せず）によりモニターされ、その情報に基づいて温度制御が行われる。第１の温度と第２の温度の温度差は、２０〜１００℃の範囲が好ましい。
When such a rapid temperature change occurs, the
筒状部材２８の外側には上端が基板載置台２１の底面に固定され、下端面が筒状部材２８の下端部に固定された筒状をなす外筒部材６６が設けられており、外筒部材６６の下端は支持プレート６７に支持されている。支持プレート６７は、昇降機構６８によりガイド部材（図示せず）に沿って昇降可能となっており、支持プレート６７および外筒部材６６を介して基板載置台２１が、チャンバー１の本体部１１内を、図１に示す処理位置と、その下方の搬送位置との間で昇降可能となっている。支持プレート６７とチャンバー１の底壁との間には、チャンバー１内の雰囲気を外気と区画し、基板載置台２１の昇降動作にともなって伸縮するベローズ６９が設けられている。
Outside the
チャンバー１の底面近傍には、昇降板７１が設けられており、昇降板７１には上方に突出するように３本（２本のみ図示）の基板昇降ピン７２が設けられている。基板昇降ピン７２は、チャンバー１の下方に設けられた昇降機構７３により昇降板７１を介して昇降可能になっており、基板載置台２１に設けられた貫通孔（図示せず）に挿通されて基板載置台２１の上面に対して突没可能となっている。これにより、搬入出口１４を介して隣接する真空搬送室の搬送機構と基板載置台２１との間で被処理基板Ｗの受け渡しが行われる。
An elevating
また、基板載置台２１の本体２２（上部プレート２２ｂ）には、筒状部材２８内を延びる給電線６３を介してプラズマ生成用の高周波電源６４が接続されている。給電線６３の高周波電源６４上流側にはインピーダンス整合を行うための整合器６５が接続されている。基板載置台２１は下部電極として機能し、シャワーヘッド３は上部電極として機能して、一対の平行平板電極を構成し、高周波電源６４から基板載置台２１に高周波電力が印加されることにより、処理空間Ｓに容量結合プラズマが生成される。また、高周波電源６４から基板載置台２１に高周波電力が印加されることにより、プラズマ中のイオンが被処理基板Ｗに引き込まれる。高周波電源６４から出力される高周波電力の周波数は、０．１〜５００ＭＨｚに設定されることが好ましく、例えば１３．５６ＭＨｚが用いられる。
A high-
チャンバー１の本体部１１と処理空間形成部１２との間には、石英等の絶縁体からなるリング状をなすシールド部材８２が、処理位置にある基板載置台２１との間にわずかな隙間を有するように設けられている。シールド部材８２は、高周波電源６４からの高周波電力により処理空間Ｓに生成されたプラズマが本体部１１内に漏洩しないようにプラズマをシールドする機能を有する。
A ring-shaped
シャワーヘッド３は、基板載置台２１とほぼ同じ直径を有しており、チャンバー１の上部開口を塞ぐように設けられた本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有しており、処理ガスをチャンバー１内にシャワー状に導入するようになっている。シャワープレート３２としては、例えば、アルミニウムからなる本体の表面にイットリアからなる溶射皮膜が形成されたものが用いられる。シャワープレート３２にはヒーター（図示せず）が埋設されており、シャワープレート３２を例えば１００〜２００℃の範囲に加熱できるようになっている。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、このガス拡散空間３３には、本体部３１の中央に設けられたガス導入孔３４が接続されている。シャワープレート３２にはガス吐出孔３５が形成されている。シャワーヘッド３とチャンバー１の処理空間形成部１２との間には絶縁部材３６および３７が介在されている。絶縁部材を設けずに、チャンバー１とシャワーヘッド３とを導通させてもよい。
The shower head 3 has substantially the same diameter as the substrate mounting table 21, and includes a main body 31 provided so as to close an upper opening of the chamber 1 and a
ガス供給機構４は、基板処理装置１００で連続的に行われる複数の処理に必要な複数のガスを個別的に供給する複数のガス供給源と、これら複数のガス供給源から各ガスを供給するための複数のガス供給配管とを有している（いずれも図示せず）。各ガス供給配管には、開閉バルブと、マスフローコントローラのような流量制御器とが設けられており（いずれも図示せず）、これらにより、上記ガスを適宜切り替えること、および各ガスの流量制御を行うことができるようになっている。これらのガス供給配管からのガスは、配管４１を経てシャワーヘッド３に供給される。
The gas supply mechanism 4 supplies a plurality of gas sources individually supplying a plurality of gases necessary for a plurality of processes continuously performed by the
チャンバー１の処理空間形成部１２における排気空間１２ａには排気口１３が設けられ、排気口１３には排気機構５の第１排気配管５１が接続されている。第１排気配管５１には第２排気配管５２の一端が接続され、第１排気配管５１の接続部の下流側には、第１圧力制御バルブ５３、ターボ分子ポンプ５４、開閉バルブ５５、およびドライポンプ５６がこの順で接続されている。一方、第２排気配管５２には第２圧力制御バルブ５７が設けられ、第２排気配管５２の他端は、第１排気配管５１の開閉バルブ５５とドライポンプ５６の間の部分に接続されている。そして、チャンバー１内が高圧に設定される処理の際には第１圧力制御バルブ５３および開閉バルブ５５を閉じてドライポンプ５６のみで排気され、チャンバー１内が低圧に設定される処理の際には、第２圧力制御バルブ５７を閉じ、第１圧力制御バルブ５３および開閉バルブ５５を開けてドライポンプ５６とターボ分子ポンプ５４とを併用して排気される。チャンバー１内の圧力制御は、チャンバー１に設けられた圧力センサー（図示せず）の検出値に基づいて圧力制御バルブ５３および５７の開度を制御することによりなされる。
An
制御部６は、典型的にはコンピュータからなり、基板処理装置１００の各構成部、例えばガス供給機構４のバルブやマスフローコントローラ、高周波電源６４、排気機構５、チラーユニット７４、冷媒抜取機構７９ａ，７９ｂ、伝熱ガス供給機構８０、ヒーター電源、搬送機構、ゲートバルブ１５、昇降機構６８，７３等を制御するＣＰＵを有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。制御部６は、上述したような温度制御部としての機能を有する他、主制御部により、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、基板処理装置１００に、所定の処理動作を実行させるように制御する機能を有する。
The
＜基板処理装置の動作＞
次に、以上のように構成された基板処理装置１００の動作について説明する。
<Operation of substrate processing equipment>
Next, the operation of the
基板処理装置１００においては、チャンバー１内において、１枚の被処理基板Ｗに対して、高周波電源６４からの高周波電力を基板載置台２１に供給するとともに所定の処理ガスを供給して処理空間Ｓにプラズマを生成することにより行われるプラズマ処理、所定のケミカルガスを供給して行われるケミカル処理、反応生成物の除去等の加熱処理を連続して行う。例えば、プラズマ処理を行った後、ケミカル処理を行い、次いで反応生成物除去のための加熱処理を行う。各処理は、排気機構５により、チャンバー１内を各処理に応じた圧力に設定して行われる。
In the
プラズマ処理およびケミカル処理の際には、チラーユニット７４から基板載置台２１の冷媒流路２７に冷媒を通流させることにより、被処理基板Ｗの温度が相対的に低温の第１の温度、例えば３０℃程度に温調される。具体的には、図４（ａ）に示すように、開閉バルブ７８ａおよび７８ｂは開かれており、チラーユニット７４の冷媒は、冷媒供給配管７５、冷媒流路２７、および冷媒排出配管７６を通って循環される。チラーユニット７４では冷媒の温調が行われ、一定温度の冷媒が循環され、被処理基板Ｗは、第１の温度（例えば３０℃）に温調される。
During the plasma processing and the chemical processing, the coolant flows from the
この状態から、基板載置台２１上の被処理基板Ｗに対して、例えば、反応生成物除去処理のような加熱処理を行う場合、ヒーター２５により加熱を開始するとともに、冷媒流路２７から冷媒を抜き取って相対的に高温の第２の温度（例えば９０℃）に温調される。具体的には、図４（ｂ）に示すように、開閉バルブ７８ａおよび７８ｂを閉じることにより冷媒の流れを停止し、冷媒抜取機構７９ａおよび７９ｂのピストン８５を引いて冷媒流路２７、冷媒供給配管７５および冷媒排出配管７６の冷媒をシリンダ８４内に抜き取る。このとき、第１の温度と第２の温度の温度差は、２０〜１００℃の範囲が好ましい。
From this state, for example, when performing a heating process such as a reaction product removal process on the substrate W to be processed on the substrate mounting table 21, the heating is started by the
このように、ヒーター２５による第２の温度への加熱の際に、冷媒流路２７から冷媒を抜き取ることにより、ヒーター２５の熱が冷媒に奪われることなく、ヒーター２５の熱を効率よく被処理基板Ｗの加熱に寄与させることができる。また、ヒーター２５が静電チャック２３の裏面に印刷（プリント）されているのでヒーター２５と被処理基板Ｗとの間には静電チャック２３しか存在せず、この点からもヒーターの熱を効率よく被処理基板Ｗに供給することができる。このため、被処理基板Ｗに対して極めて効率のよい加熱を行うことができ、相対的に高温の第２の温度（例えば９０℃）に極めて短時間に到達させることができる。したがって、被処理基板Ｗを基板載置台２１に載置したまま、冷媒を通流して行われる相対的に低温の第１の温度での処理と、ヒーターにより加熱して行われる相対的に高温の第２の温度での処理を、連続して行う場合に高スループットでの処理を実現することができる。
As described above, when the
また、静電チャック２３自体の厚さも従来の４．３ｍｍよりも薄い３〜３．５ｍｍとしたため、静電チャック２３の熱容量を最大３０％程度減少させることができ、被処理基板Ｗの加熱効率を一層高めることができる。
Further, since the thickness of the
さらに、基板載置台２１の静電チャック２３と本体２２との間にシリコーン樹脂のようなクッション性が高くかつ熱伝導率の高いクッション材２６を設けたので、ヒーター２５により急激に加熱された際の、セラミックス製の静電チャック２３と金属製の本体２２との熱膨張差による基板載置台２１の損傷を防止することができる。また、クッション材２６としてシリコーン樹脂等の熱伝導率の高い樹脂を用いることにより、冷媒による被処理基板Ｗの温調の際に、冷媒の冷熱を効率よく被処理基板Ｗに供給することができる。
Furthermore, since the
このような加熱処理が終了した後は、ヒーター２５による加熱をオフとし、図４（ｃ）のように、冷媒抜取機構７９ａおよび７９ｂのピストン８５を押してシリンダ８４内に抜き取られた冷媒を冷媒流路２７等に戻すことにより、次の処理に備える。この状態から開閉バルブ７８ａおよび７８ｂを開くことにより、再び冷媒が循環され速やかに第１の温度に戻すことができる。
After the completion of such a heating process, the heating by the
以上のように、本実施形態の基板処理装置１００によれば、基板載置台２１に載置した被処理基板Ｗの温度を、相対的に低温の第１の温度から相対的に高温の第２の温度に極めて迅速に変更することができるので、従来はスループット低下の原因となるとして行われていなかった、被処理基板を基板載置台に載置した状態のまま、被処理基板の温度を上昇させることを、高スループットで実現することが可能となる。
As described above, according to the
なお、冷媒の抜き取りおよびヒーター２５による加熱によって、被処理基板Ｗの温度が設定時間内に第２の温度に到達させることが困難な場合は、昇降機構６８により基板載置台２１を上昇させる、または、基板昇降ピン７２により被処理基板Ｗをピンアップすることにより、被処理基板Ｗをシャワープレート３２に近接させて、シャワープレート３２の熱により補助的に被処理基板Ｗの温度上昇させるようにしてもよい。
If it is difficult for the temperature of the processing target substrate W to reach the second temperature within the set time due to the removal of the coolant and the heating by the
＜基板処理装置による処理方法の例＞
次に、以上のような基板処理装置によって行われる具体的な処理方法の例について説明する。図５はこの処理方法の例を示すフローチャート、図６はその工程断面図である。
<Example of processing method using substrate processing apparatus>
Next, an example of a specific processing method performed by the above substrate processing apparatus will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an example of this processing method, and FIG. 6 is a sectional view of the process.
本例においては、上記基板処理装置を、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理基板において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する酸化膜除去装置として用い、酸化膜除去処理を行う場合について説明する。 In this example, the above-described substrate processing apparatus is formed on a surface of a silicon portion before forming a contact by forming a contact metal on a silicon portion at the bottom of the trench on a target substrate having a trench formed as a predetermined pattern. A case in which an oxide film removing process is performed using the device as an oxide film removing device that removes a natural oxide film that has been removed will be described.
最初に、図６（ａ）に示す、シリコン基体１０１に絶縁膜１０２が形成され、絶縁膜１０２に所定パターンとしてトレンチ１０３が形成された被処理基板（シリコンウエハ）Ｗを基板処理装置１００のチャンバー１内に搬入し、基板載置台２１上に載置する（ステップ１）。トレンチ１０３の底部のシリコン部分には自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）１０４が形成されている。絶縁膜１０２は、主にＳｉＯ２膜で構成されている。一部がＳｉＮ膜であってもよい。
First, as shown in FIG. 6A, a substrate (silicon wafer) W in which an insulating
このような被処理基板（シリコンウエハ）Ｗとしては、例えばフィンＦＥＴを形成するためのものを挙げることができる。図７および図８はフィンＦＥＴを形成するための被処理基板の一例を示す断面図である。なお、図７はトレンチ１０３に直交する方向に沿った断面図であり、図８はトレンチ１０３の方向に沿った断面図である。本例では、トレンチ１０３の底部に、シリコン部分として、Ｓｉフィン１０７の先端部分に形成されたＳｉまたはＳｉＧｅからなる多角形のエピタキシャル成長部１０８を有しており、このエピタキシャル成長部１０８がソースおよびドレインを構成する。そして、このエピタキシャル成長部１０８の表面に自然酸化膜１０４が形成されている。本例では、絶縁膜１０２は、主要部であるＳｉＯ２膜１０９と、底部を構成するＳｉＮ膜１１０からなる。なお、図８ではエピタキシャル成長部１０８を五角形で示しているが、四角形であってもよい。
As such a substrate to be processed (silicon wafer) W, for example, a substrate for forming a FinFET can be mentioned. 7 and 8 are cross-sectional views showing an example of a substrate to be processed for forming a FinFET. 7 is a cross-sectional view along a direction orthogonal to the
フィンＦＥＴのトレンチは、例えば、ＴｏｐＣＤが８〜１０ｎｍ、深さが１００〜１２０ｎｍであり、アスペクト比は１２〜１５である。 The trench of the FinFET has, for example, a TopCD of 8 to 10 nm, a depth of 100 to 120 nm, and an aspect ratio of 12 to 15.
なお、酸化膜除去処理に先立って、被処理体（シリコンウエハ）に対し、清浄化処理を行ってもよい。 Note that a cleaning process may be performed on the object to be processed (silicon wafer) before the oxide film removing process.
次に、冷媒流路２７に冷媒を通流させて被処理基板Ｗを第１の温度（例えば３０℃）に設定した状態で、カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜１０４を除去する（第１の酸化膜除去ステップ）（ステップ２；図６（ｂ））。
Next, in a state where the coolant is passed through the
この工程は、イオンの直進性を利用した異方性エッチングであり、処理ガス供給機構４からシャワーヘッド３を経てカーボンを含むガスをチャンバー１内の処理空間Ｓに供給しつつ、高周波電源６４から基板載置台２１に高周波電力を印加して、処理空間Ｓ内にプラズマを生成することにより行われる。カーボンを含むガスとして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系（ＣｘＦｙ系）ガスを好適に用いることができる。また、ＣＨ２Ｆ２等のフッ素化炭化水素系（ＣｘＨｙＦｚ系）ガスも用いることができる。また、これらに加えてＡｒガスのような希ガス、Ｎ２ガスのような不活性ガス、さらには微量のＯ２ガスを含んでいてもよい。 This step is anisotropic etching utilizing the rectilinearity of ions, and while supplying a gas containing carbon from the processing gas supply mechanism 4 through the shower head 3 to the processing space S in the chamber 1, This is performed by applying high frequency power to the substrate mounting table 21 to generate plasma in the processing space S. As the gas containing carbon, a fluorocarbon (CxFy) gas such as CF 4 or C 4 F 8 can be suitably used. In addition, a fluorinated hydrocarbon (CxHyFz) gas such as CH 2 F 2 can be used. In addition, a rare gas such as an Ar gas, an inert gas such as a N 2 gas, or a trace amount of an O 2 gas may be contained in addition to the above.
これらのガスを用いることにより、異方性エッチングの際に、トレンチ１０３の側壁にはカーボン系の保護膜１０５が成膜されるため、側壁のエッチング進行を抑制しつつ自然酸化膜をエッチングすることができる。この工程により、ＣＤロスを抑制しつつトレンチ底部の自然酸化膜１０４の大部分を除去することができる。
By using these gases, the carbon-based
この処理は、イオンの直線性を確保するために、チャンバー１内の圧力を極力低圧にして行うことが好ましく、排気機構５で、ターボ分子ポンプ５４およびドライポンプ５６を用いて０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下程度の低圧とする。また、プラズマ処理であるから、低温でよい。厳密な温度制御は不要であるが、上述したように、冷媒流路２７に冷媒を通流させることにより、後述するステップ４のケミカルエッチングに要求される第１の温度に設定する。
This process is preferably performed with the pressure in the chamber 1 as low as possible in order to secure the linearity of the ions. The exhaust mechanism 5 uses the turbo
次に、冷媒流路２７に冷媒を通流させたままの状態で被処理基板Ｗを第１の温度（例えば３０℃）に維持し、例えばＮＦ３＋ＮＨ３プラズマ等のプラズマによりカーボン系保護膜の除去処理を行う（ステップ３；図６（ｃ））。
Next, the substrate W to be processed is maintained at a first temperature (for example, 30 ° C.) while the refrigerant is allowed to flow through the
この工程では、処理ガス供給機構４からシャワーヘッド３を経て例えばＨ２ガスをチャンバー１内の処理空間Ｓに供給しつつ、高周波電源６４から基板載置台２１に高周波電力を印加して、処理空間Ｓ内にプラズマを生成することにより行われる。
In this step, while supplying, for example, H 2 gas to the processing space S in the chamber 1 from the processing gas supply mechanism 4 via the shower head 3, high-frequency power is applied from the high-
この工程もプラズマによる除去処理であるため、処理圧力がある程度低いほうが好ましいが、側壁の残渣を除去する必要があるため、ステップ２よりもイオンの直進性が弱いことが好ましい。このため、ステップ３の処理圧力はステップ２よりも高く、０．５Ｔｏｒｒ（６６．７Ｐａ）以下程度が好ましい。また、ステップ２と同様、プラズマ処理であるため、低温でよい。厳密な温度制御は不要であるが、上述したように、冷媒流路２７に冷媒を通流させることにより、後述するステップ４のケミカルエッチングに要求される第１の温度（例えば３０℃）に設定する。なお、ステップ３のカーボン系保護膜の除去処理は、Ｈ２プラズマにより行うこともできる。
Since this process is also a removal process using plasma, it is preferable that the process pressure is lower to some extent. However, since it is necessary to remove the residue on the side wall, it is preferable that the straightness of ions is weaker than that in step 2. For this reason, the processing pressure in step 3 is higher than that in step 2, and is preferably about 0.5 Torr (66.7 Pa) or less. Also, as in step 2, since the plasma processing is performed, the temperature may be low. Although strict temperature control is not necessary, as described above, the first temperature (for example, 30 ° C.) required for the chemical etching in step 4 described later is set by flowing the refrigerant through the
ステップ２の第１の酸化膜除去ステップにより自然酸化膜１０４の大部分は除去されるが、図８に示すフィンＦＥＴのトレンチ底部の複雑な形状を有するエピタキシャル成長部１０８表面の自然酸化膜は、異方性エッチングだけでは除去できない。
Although most of the
このため、ステップ３のカーボン系保護膜の除去処理の後、冷媒流路２７に冷媒を通流させたままの状態で被処理基板Ｗを第１の温度（例えば３０℃）に維持し、トレンチ１０３の底部に存在する自然酸化膜１０４の残部をケミカルエッチングにより除去する（第２の酸化膜除去ステップ）（ステップ４；図６（ｄ））。
For this reason, after the removal process of the carbon-based protective film in step 3, the substrate W to be processed is maintained at the first temperature (for example, 30 ° C.) while the coolant is allowed to flow through the
ケミカルエッチングはプラズマレスで反応性ガスによるドライエッチングであり、等方的なエッチングであるため、複雑な形状を有するエピタキシャル成長部１０８表面の自然酸化膜１０４を除去可能である。本例では、ケミカルエッチングとして、ＮＨ３ガスとＨＦガスを用いたＣＯＲ処理を用いる。
The chemical etching is dry etching using a reactive gas without plasma and isotropic etching, so that the
ＣＯＲ処理に際しては、高周波電力を印加しない状態で、処理ガス供給機構４からシャワーヘッド３を経てＮＨ３ガスおよびＨＦガスをチャンバー１内の処理空間Ｓに供給する。ＮＨ３ガスとＨＦガスの他に、希釈ガスとしてＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを加えてもよい。 In the COR processing, NH 3 gas and HF gas are supplied from the processing gas supply mechanism 4 to the processing space S in the chamber 1 via the shower head 3 without applying high-frequency power. In addition to the NH 3 gas and the HF gas, an inert gas such as an Ar gas or an N 2 gas may be added as a diluting gas.
ＣＯＲ処理のようなケミカルエッチングは、等方性エッチングであるため、トレンチ側壁もエッチングされてＣＤロスが生じる懸念があるが、ステップ４ではトレンチ底部にわずかに残った自然酸化膜を除去するだけであるから短時間の処理でよく、実際にはほとんどＣＤロスは生じない。 Since chemical etching such as COR processing is isotropic etching, there is a concern that the trench side wall is also etched and CD loss occurs. However, in step 4, only a natural oxide film slightly remaining at the bottom of the trench is removed. Because of this, processing can be performed in a short time, and practically, CD loss hardly occurs.
ステップ４を行う際には、処理圧力は０．０１〜５Ｔｏｒｒ（１．３３〜６６７Ｐａ）程度が好ましい。この場合、圧力が２Ｔｏｒｒ以上の高圧の場合は、排気機構５において、ドライポンプ５６のみで排気を行う。なお、第１の温度として３０℃を例示しているが、このようにＣＯＲ処理を低温で行うことにより、エッチング面の平滑性を高めることができる。
When performing Step 4, the processing pressure is preferably about 0.01 to 5 Torr (1.33 to 667 Pa). In this case, when the pressure is a high pressure of 2 Torr or more, in the exhaust mechanism 5, exhaust is performed only by the
ＣＯＲ処理の際には、絶縁膜１０２の上面、ならびにトレンチ１０３の底部および側壁に、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスとの反応により主にフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）からなる反応生成物１０６が形成される。
At the time of the COR processing, ammonium fluorosilicate ((NH 4 ) 2 SiF 6 ; AFS) is mainly applied to the upper surface of the insulating
このため、次に、ヒーター２５による第２の温度（例えば９０℃）への加熱によって、トレンチ１０３の底部および絶縁膜１０２側壁に残存する反応生成物１０６を昇華させて除去する（ステップ５；図６（ｅ））。
Therefore, next, the
この処理においては、ガス供給機構４からＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスをチャンバー１内に導入して、チャンバー内の圧力を１〜５Ｔｏｒｒ（１３３〜６６７Ｐａ）に設定し、ヒーター２５により加熱を開始するとともに、冷媒流路２７を流れていた冷媒を開閉バルブ７８ａおよび７８ｂを閉じることにより停止し、冷媒抜取機構７９ａおよび７９ｂのピストン８５を引いて冷媒流路２７、冷媒供給配管７５および冷媒排出配管７６の冷媒をシリンダ８４内に抜き取る。
In this process, an inert gas such as N 2 gas or Ar gas is introduced into the chamber 1 from the gas supply mechanism 4, the pressure in the chamber is set to 1 to 5 Torr (133 to 667 Pa), and the
これにより、ヒーター２５の熱が冷媒に奪われることなく、ヒーター２５の熱を効率よく被処理基板Ｗの加熱に寄与させることができる。また、ヒーター２５が静電チャック２３の裏面に印刷されているのでヒーター２５と被処理基板Ｗとの間には静電チャック２３しか存在せず、この点からもヒーターの熱を効率よく被処理基板Ｗに供給することができる。このため、被処理基板Ｗに対して極めて効率のよい加熱を行うことができ、第２の温度（例えば９０℃）に極めて短時間に到達させることができる。したがって、以上の一連の処理を高スループットで実現することができる。なお、目標時間で第２の温度に到達させることが困難な場合は、上述したように、基板載置台２１の上昇、または、被処理基板Ｗのピンアップにより、被処理基板Ｗをシャワープレート３２に近接させて、シャワープレート３２の熱により補助的に被処理基板Ｗの温度上昇させることも可能である。
Thereby, the heat of the
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。
<Other applications>
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified within the scope of the concept of the present invention.
例えば、上記実施形態では、被処理基板に対して、相対的に低温の第１の温度でプラズマ処理およびケミカル処理を行い、相対的に高温の第２の温度で加熱処理を行う場合の具体例として、フィンＦＥＴのトレンチ底部のコンタクト部分における自然酸化膜除去処理を行う場合に本発明の基板処理装置を適用した例を示したが、これに限らず、冷媒を通流させることにより被処理基板の温度を相対的に低い第１の温度での処理を行い、その後ヒーターにより被処理基板の温度を相対的に高い第２の温度での処理を行う場合であれば適用可能である。また、第１の温度および第２の温度は上記実施形態で例示した温度に限るものではない。 For example, in the above embodiment, a specific example in which plasma processing and chemical processing are performed on a substrate to be processed at a relatively low first temperature and heat processing is performed at a relatively high second temperature As an example, the example in which the substrate processing apparatus of the present invention is applied to the case where the natural oxide film removal processing is performed on the contact portion at the bottom of the trench of the FinFET is shown. However, the present invention is not limited to this. This is applicable if the process is performed at a first temperature where the temperature is relatively low, and then the process is performed at a second temperature where the temperature of the substrate to be processed is relatively high using a heater. Further, the first temperature and the second temperature are not limited to the temperatures exemplified in the above embodiment.
また、上記実施形態では、第１の温度を、冷媒を通流させることにより実現する例を示したが、第１の温度は常温より高い場合であってもよく、その場合は、常温よりも高い温度の温調媒体を通流させればよい。 Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which the first temperature is realized by allowing the refrigerant to flow, but the first temperature may be higher than the normal temperature, in which case, the first temperature may be higher than the normal temperature. What is necessary is just to let a high temperature temperature control medium flow.
１；チャンバー
２；基板載置機構
３；シャワーヘッド
４；ガス供給機構
５；排気機構
６；制御部
２１；基板載置台
２２；本体
２３；静電チャック
２５；ヒーター
２６；クッション材
２７；冷媒流路
７４；チラーユニット
７９ａ，７９ｂ；冷媒抜取機構
１００；基板処理装置
Ｓ；処理空間
Ｗ；被処理基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Chamber 2; Substrate mounting mechanism 3; Shower head 4: Gas supply mechanism 5;
Claims (8)
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する載置面を有する基板載置台と、
前記処理容器内を排気する排気手段と
を有し、
前記基板載置台は、
金属製でかつ温調媒体流路が形成された本体と、
前記本体の上に設けられ、前記載置面を有し、誘電体中に電極が設けられて構成された前記被処理基板を静電吸着するための静電チャックと、
前記静電チャックの裏面に設けられたヒーターとを有する、基板処理装置。 A processing container whose inside can be held in a vacuum,
A processing gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container,
A substrate mounting table having a mounting surface for mounting a substrate to be processed in the processing container,
Exhaust means for exhausting the inside of the processing container,
The substrate mounting table,
A main body made of metal and formed with a temperature control medium flow path,
An electrostatic chuck provided on the main body, having the mounting surface described above, and electrostatically attracting the substrate to be processed, the electrode being provided in a dielectric material.
A substrate processing apparatus comprising: a heater provided on a back surface of the electrostatic chuck.
金属製でかつ温調媒体流路が形成された本体と、
前記本体の上に設けられ、前記載置面を有し、誘電体中に電極が設けられて構成された前記被処理基板を静電吸着するための静電チャックと、
前記静電チャックの裏面に設けられたヒーターとを有する、基板載置台。
A substrate mounting table for mounting a substrate to be processed in a processing container for processing the substrate to be processed,
A body made of metal and having a temperature control medium flow path formed therein,
An electrostatic chuck provided on the main body, having the mounting surface described above, and electrostatically attracting the substrate to be processed, the electrode being provided in a dielectric material.
And a heater provided on the back surface of the electrostatic chuck.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000049143A (en) * | 1998-07-28 | 2000-02-18 | Foi:Kk | Plasma treatment apparatus |
| JP2006310832A (en) * | 2005-03-31 | 2006-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Electrostatic chuck |
| JP2016115933A (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-23 | Toto株式会社 | Electrostatic chuck and wafer processing apparatus |
| JP2017059771A (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 住友大阪セメント株式会社 | Electrostatic chuck device and manufacturing method therefor |
-
2019
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000049143A (en) * | 1998-07-28 | 2000-02-18 | Foi:Kk | Plasma treatment apparatus |
| JP2006310832A (en) * | 2005-03-31 | 2006-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Electrostatic chuck |
| JP2016115933A (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-23 | Toto株式会社 | Electrostatic chuck and wafer processing apparatus |
| JP2017059771A (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 住友大阪セメント株式会社 | Electrostatic chuck device and manufacturing method therefor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021180308A (en) * | 2020-05-15 | 2021-11-18 | サムス カンパニー リミテッド | Electrostatic chuck, substrate processing device, and substrate processing method |
| JP7209767B2 (en) | 2020-05-15 | 2023-01-20 | サムス カンパニー リミテッド | Electrostatic chuck and substrate processing equipment |
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