JP2020198447A - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
処理容器内の基板に対して処理ガスを供給し、排気管およびポンプを含む排気部より排気して、前記基板を処理する工程と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、第1クリーニングガスを、直接供給することで、前記排気部内をクリーニングする工程と、
前記処理容器内へ、第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記排気部内をクリーニングする工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも高くする技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図4を参照しながら説明する。
図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、ガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上に、Si、OおよびNを含む膜、すなわち、シリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成するシーケンス例について図4を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ121により制御される。この点は、後述する第1、第2クリーニング処理においても同様である。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端を密閉した状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度となるように、ヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。真空ポンプ246の稼働、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、次のステップ1〜3を順次実施する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してHCDSガスを供給する。
HCDSガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度:250〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してNH3ガスを供給する。
NH3ガス供給流量:100〜10000sccm
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様とする。
[ステップ3]
ステップ2が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第2層に対してO2ガスを供給する。
O2ガス供給流量:100〜10000sccm
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様とする。
ステップ1〜3を非同時に、すなわち、同期させることなく実施するサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiON膜を形成することが可能となる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成される第3層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第3層を積層することで形成される膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
成膜処理が終了した後、ガス供給管232c,232dのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物等が処理室201内から除去される(アフターパージ)。処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換された後(不活性ガス置換)、APCバルブ244を全閉(フルクローズ)とする。その後、処理室201内へのN2ガスの供給が継続されることで、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sにより密閉される(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
上述の基板処理(バッチ処理)、すなわち、成膜処理を実施すると、少なくとも排気部の内部に、シリコン酸化物(SiOx)等を含む副生成物が付着する。すなわち、排気管231eの内壁や真空ポンプ246内部の部材の表面等に、SiOx等を含む副生成物が付着する。成膜処理の実施期間中、排気管231eや真空ポンプ241の温度は、処理容器やAPCバルブ244よりも上流側の排気管231の温度に比べて低くなる。そのため、排気部の内部には、処理容器の内部やAPCバルブ244よりも上流側の排気管231の内部に比べ、副生成物が多量に付着する傾向がある。
HFガス供給流量:4000〜6000sccm
ガス供給時間:3〜10分
排気部内の温度:50〜100℃
排気部内の圧力:1330Pa(10Torr)〜101300Pa(大気圧)
が例示される。
上述の基板処理(バッチ処理)、すなわち、成膜処理を繰り返し実施すると、処理容器の内部、例えば、反応管203の内壁、ノズル249a,249bの表面、ボート217の表面等に、SiON膜等の薄膜を含む堆積物が累積する。すなわち、この薄膜を含む堆積物が、加熱された処理室201内の部材の表面に付着して累積する。これらの堆積物の量、すなわち、累積膜厚が、堆積物に剥離や落下が生じる前の所定の量(厚さ)に達したところで、処理容器内をクリーニングする。本明細書では、処理容器に対して行うこの処理を、「第2クリーニング処理」と称する。第2クリーニング処理は、例えば300〜500バッチ毎に行い、その頻度は、上述の第1クリーニング処理を行う頻度(数バッチ毎、好ましくは1バッチ毎)よりも低くする。なお、第2クリーニング処理を行う頻度は、上述した排気部のメンテナンス作業を行う頻度(2000〜2500バッチ毎)よりも高くなる。以下、本実施形態における第2クリーニング処理の一例を説明する。
上述のバッチ処理、すなわち、ウエハチャージからウエハディスチャージまでの基板処理が例えば300〜500回行われた後、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、ウエハ200を装填していない空のボート217が、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端を密閉した状態となる。
処理室201内が所定の圧力となるように、真空ポンプ246によって真空排気される。真空ポンプ246は、少なくとも第2クリーニング処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内が所定の温度となるように、ヒータ207によって加熱される。また、回転機構267によるボート217の回転を開始する。ヒータ207による処理室201内の加熱、ボート217の回転は、少なくとも後述するクリーニングステップが完了するまでの間は継続して行われる。但し、ボート217は回転させなくてもよい。
続いて、上述の成膜処理を繰り返し行った後の処理容器内へ、第2クリーニングガスとしてのF2ガスを供給する。このステップでは、バルブ243bを閉じた状態で、バルブ243a,243c,243dの開閉制御を、成膜処理のステップ1におけるバルブ243a,243c,243dの開閉制御と同様の手順で行う。F2ガスは、MFC241aにより流量調整され、ガス供給管232a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。
F2ガス供給流量:4000〜6000sccm
ガス供給時間:30〜40時間
処理温度:350〜450℃
処理圧力:1330Pa(10Torr)〜101300Pa(大気圧)
が例示される。
クリーニングステップが終了した後、バルブ243aを閉じ、処理室201内へのF2ガスの供給を停止する。そして、成膜処理のアフターパージと同様の処理手順により、処理室201内をパージする(アフターパージ)。このとき、バルブ243c,243dの開閉動作を繰り返すことで、処理室201内のパージを間欠的に行うようにしてもよい(サイクルパージ)。その後、処理室201内の雰囲気がN2ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口されるとともに、空のボート217が、マニホールド209の下端から反応管203の外部へ搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sにより密閉される。これら一連の工程が終了すると、上述の成膜処理が再開される。
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
処理容器内の基板に対して処理ガスを供給し、排気管およびポンプを含む排気部より排気して、前記基板を処理する工程と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、第1クリーニングガスを、(前記処理容器内を経由することなく、)直接供給することで、前記排気部内をクリーニングする工程と、
前記処理容器内へ、第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記排気部内をクリーニングする工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも高くする半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記ポンプを交換する工程をさらに有し、
前記ポンプを交換する工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも低くする。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記排気管を交換する工程をさらに有し、
前記排気管を交換する工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも低くする。
付記1〜3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記ポンプを交換する工程と、前記排気管を交換する工程と、をさらに有し、
前記排気管を交換する工程を行う頻度を、前記ポンプを交換する工程を行う頻度以下とする。
付記1〜4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板を処理する工程を1回行う度に行い、
前記処理容器内をクリーニングする工程(、前記ポンプを交換する工程、前記排気管を交換する工程)を、前記基板を処理する工程を複数回行う度に行う。
付記1〜5のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板の処理が終了した後、その次の基板の処理を開始する前までの間の期間に行う。
付記1〜6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気部内をクリーニングする工程を、前記処理容器内に基板を収容した状態で行う。このとき、前記処理容器の前記基板を出し入れする開口部を蓋体(第1蓋体)で密閉した状態とするのが好ましい。
付記1〜7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板の処理が終了した後、前記処理がなされた前記基板を前記処理容器内から搬出する前に行う。このとき、前記処理容器の前記基板を出し入れする開口部を蓋体(第1蓋体)で密閉した状態とするのが好ましい。
付記1〜8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内をクリーニングする工程を、前記基板の処理が終了した後、前記処理がなされた前記基板を前記処理容器内から搬出した後に行う。このとき、前記処理容器の前記基板を出し入れする開口部を蓋体(第2蓋体)で密閉した状態とするのが好ましい。
付記1〜9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気部内をクリーニングする工程を、前記処理容器の前記基板を出し入れする開口部を開放することなく密閉した状態で行う。
付記1〜10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気部内をクリーニングする工程を、前記排気管の前記供給ポートが設けられた部分よりも上流側に設けられた排気バルブを全閉とした状態で行う。
付記1〜11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1クリーニングガスは、フッ化水素ガスを含み、前記第2クリーニングガスは、フッ素ガス、フッ化塩素ガス、フッ化窒素ガス、または、フッ化水素ガスを含む。
付記1〜12のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板を処理する工程では、少なくともシリコンおよび酸素を含む膜を前記基板上に形成する。
本発明の他の態様によれば、
基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内の基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内へ供給された処理ガスを排気する排気管およびポンプを含む排気部と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、第1クリーニングガスを、直接供給する第1クリーニングガス供給系と、
前記処理容器内へ、第2クリーニングガスを供給する第2クリーニングガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して前記処理ガスを供給し、前記排気部より排気して、前記基板を処理する手順と、前記排気管に設けられた前記供給ポートより、前記排気管内へ、前記第1クリーニングガスを、直接供給することで、前記排気部内をクリーニングする手順と、前記処理容器内へ、前記第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内をクリーニングする手順と、を行わせ、前記排気部内をクリーニングする手順を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする手順を行う頻度よりも高くするように、前記処理ガス供給系、前記排気部、前記第1クリーニングガス供給系、および前記第2クリーニングガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理容器内の基板に対して処理ガスを供給し、排気管およびポンプを含む排気部より排気して、前記基板を処理する手順と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、第1クリーニングガスを、直接供給することで、前記排気部内をクリーニングする手順と、
前記処理容器内へ、第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内をクリーニングする手順と、
前記排気部内をクリーニングする手順を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする手順を行う頻度よりも高くする手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
Claims (15)
- 処理容器内の基板に対して処理ガスを供給し、排気管およびポンプを含む排気部より排気して、前記基板上に膜を形成する工程と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、フッ化水素ガスを含む第1クリーニングガスを、直接供給することで、前記排気部内に付着した副生成物が固着する前に前記副生成物を除去するように、前記排気部内をクリーニングする工程と、
前記処理容器内へ、フッ素ガス、フッ化塩素ガス、またはフッ化窒素ガスを含む第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内に付着した前記膜を含む堆積物を除去するように、前記処理容器内をクリーニングする工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記排気部内をクリーニングする工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも高くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ポンプを交換する工程をさらに有し、
前記ポンプを交換する工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも低くする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記排気管を交換する工程をさらに有し、
前記排気管を交換する工程を行う頻度を、前記処理容器内をクリーニングする工程を行う頻度よりも低くする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ポンプを交換する工程と、前記排気管を交換する工程と、をさらに有し、
前記排気管を交換する工程を行う頻度を、前記ポンプを交換する工程を行う頻度以下とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板上に膜を形成する工程を1回行う度に行い、
前記処理容器内をクリーニングする工程を、前記基板上に膜を形成する工程を複数回行う度に行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板上に膜を形成する工程が終了した後、その次の基板上に膜を形成する工程を開始する前までの間の期間に行う請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記処理容器内に基板を収容した状態で行う請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板上に膜を形成する工程が終了した後、前記膜が形成された前記基板を前記処理容器内から搬出する前に行う請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記処理容器の前記基板を出し入れする前記開口部を第1蓋体で密閉した状態で行う請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記基板上に膜を形成する工程が終了した後、前記膜が形成された前記基板を前記処理容器内から搬出した後に行う請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記排気部内をクリーニングする工程を、前記処理容器の前記基板を出し入れする前記開口部を第2蓋体で密閉した状態で行う請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理ガスは、シリコン含有ガス、窒素含有ガス、および酸素含有ガスを含み、前記膜は、シリコン、酸素および窒素を含み、前記副生成物は、シリコン酸化物を含む請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内の基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内へ供給された処理ガスを排気する排気管およびポンプを含む排気部と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、フッ化水素ガスを含む第1クリーニングガスを、直接供給する第1クリーニングガス供給系と、
前記処理容器内へ、フッ素ガス、フッ化塩素ガス、またはフッ化窒素ガスを含む第2クリーニングガスを供給する第2クリーニングガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して前記処理ガスを供給し、前記排気部より排気して、前記基板上に膜を形成する処理と、前記排気管に設けられた前記供給ポートより、前記排気管内へ、前記第1クリーニングガスを、直接供給することで、前記排気部内に付着した副生成物が固着する前に前記副生成物を除去するように、前記排気部内をクリーニングする処理と、前記処理容器内へ、前記第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内に付着した前記膜を含む堆積物を除去するように、前記処理容器内をクリーニングする処理と、を行わせるように、前記処理ガス供給系、前記排気部、前記第1クリーニングガス供給系、および前記第2クリーニングガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板処理装置の処理容器内の基板に対して処理ガスを供給し、排気管およびポンプを含む排気部より排気して、前記基板上に膜を形成する手順と、
前記排気管に設けられた供給ポートより、前記排気管内へ、フッ化水素ガスを含む第1クリーニングガスを、直接供給することで、前記排気部内に付着した副生成物が固着する前に前記副生成物を除去するように、前記排気部内をクリーニングする手順と、
前記処理容器内へ、フッ素ガス、フッ化塩素ガス、またはフッ化窒素ガスを含む第2クリーニングガスを供給することで、前記処理容器内に付着した前記膜を含む堆積物を除去するように、前記処理容器内をクリーニングする手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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CN115011950A (zh) * | 2021-03-03 | 2022-09-06 | 株式会社国际电气 | 基板处理装置、半导体器件的制造方法及记录介质 |
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