JP2021147634A - 成膜装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理空間の外部への膜の堆積を抑制できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による成膜装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給する成膜原料供給部と、前記成膜原料供給部とは別に設けられ、前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する吸着阻害剤供給部と、を備える。【選択図】図1
Description
本開示は、成膜装置及び基板処理方法に関する。
窪みパターンの上部にハロゲン含有ガスを供給して吸着させることで吸着阻害基を形成し、次いで窪みパターンに反応ガスを供給して吸着阻害基に吸着を阻害されない領域に反応ガスを吸着させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
本開示は、処理空間の外部への膜の堆積を抑制できる技術を提供する。
本開示の一態様による成膜装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給する成膜原料供給部と、前記成膜原料供給部とは別に設けられ、前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する吸着阻害剤供給部と、を備える。
本開示によれば、処理空間の外部への膜の堆積を抑制できる。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔第1の実施形態〕
(成膜装置)
図1を参照し、第1の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図1は、第1の実施形態の成膜装置の一例を示す図である。
(成膜装置)
図1を参照し、第1の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図1は、第1の実施形態の成膜装置の一例を示す図である。
図1に示される成膜装置100は、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)や化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)により、基板の一例である半導体ウエハ(以下「ウエハW」という。)に膜を成膜する装置である。成膜装置100は、処理容器110、ステージ120、シャワーヘッド130、排気部140、成膜原料供給部150、吸着阻害剤供給部160、制御部170等を備える。
処理容器110は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器110は、ウエハWを収容する。
処理容器110の側壁には、ウエハWを搬入又は搬出するための搬入出口111が形成されている。搬入出口111は、ゲートバルブ112により開閉される。処理容器110の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト113が設けられている。排気ダクト113には、内周面に沿ってスリット113aが形成されている。排気ダクト113の外壁には、排気口113bが形成されている。排気ダクト113の上面には、処理容器110の上部開口を塞ぐように天壁114が設けられている。排気ダクト113と天壁114の間はシールリング115で気密に封止されている。
ステージ120は、処理容器110内でウエハWを水平に支持する部材である。ステージ120は、ウエハWに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材123に支持されている。ステージ120は、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハWを加熱するためのヒータ121と電極129とが埋め込まれている。ヒータ121は、ヒータ電源(図示せず)から給電されて発熱する。そして、ステージ120の上面の近傍に設けられた熱電対(図示せず)の温度信号によりヒータ121の出力を制御し、これにより、ウエハWが所定の温度に制御される。
電極129には、整合器143を介して第1高周波電源144が接続されている。整合器143は、第1高周波電源144の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第1高周波電源144は、所定周波数の電力を、電極129を介してステージ120に印加する。例えば、第1高周波電源144は、13.56MHzの高周波電力を、電極129を介してステージ120に印加する。高周波電力は13.56MHzに限られたものではなく、例えば、450KHz、2MHz、27MHz、60MHz、100MHzなど適宜使用が可能である。このようにして、ステージ120は、下部電極としても機能する。
また、電極129は、処理容器110の外側に配置したON/OFFスイッチ148を介して吸着電源149に接続され、ウエハWをステージ120に吸着させるための電極としても機能する。
また、シャワーヘッド130には、整合器145を介して第2高周波電源146が接続されている。整合器145は、第2高周波電源146の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第2高周波電源146は、所定周波数の電力をシャワーヘッド130に印加する。例えば、第2高周波電源146は、13.56MHzの高周波電力をシャワーヘッド130に印加する。高周波電力は13.56MHzに限られたものではなく、例えば、450KHz、2MHz、27MHz、60MHz、100MHzなど適宜使用が可能である。このようにして、シャワーヘッド130は、上部電極としても機能する。
ステージ120には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材122が設けられている。ステージ120の底面には、上部電極と下部電極の間のギャップGを調整する調整機構147が設けられている。調整機構147は、支持部材123と昇降機構124とを有する。支持部材123は、ステージ120の底面の中央からステージ120を支持する。また、支持部材123は、処理容器110の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器110の下方に延び、下端が昇降機構124に接続されている。ステージ120は、昇降機構124により、支持部材123を介して昇降する。調整機構147は、図1の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハWの搬送が可能な受け渡し位置の間で昇降機構124を昇降させ、ウエハWの搬入及び搬出を可能にする。
支持部材123の処理容器110の下方には、鍔部125が取り付けられており、処理容器110の底面と鍔部125の間には、処理容器110内の雰囲気を外気と区画し、ステージ120の昇降動作にともなって伸縮するベローズ126が設けられている。
処理容器110の底面の近傍には、昇降板127aから上方に突出するように3本(2本のみ図示)の昇降ピン127が設けられている。昇降ピン127は、処理容器110の下方に設けられた昇降機構128により昇降板127aを介して昇降する。
昇降ピン127は、受け渡し位置にあるステージ120に設けられた貫通孔120aに挿通されてステージ120の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン127を昇降させることにより、搬送機構(図示せず)とステージ120の間でウエハWの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド130は、処理容器110内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド130は、金属製であり、ステージ120に対向するように設けられており、ステージ120とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド130は、処理容器110の天壁114に固定された本体部131と、本体部131の下に接続されたシャワープレート132とを有している。本体部131とシャワープレート132の間には、ガス拡散空間133が形成されており、ガス拡散空間133には処理容器110の天壁114及び本体部131の中央を貫通するようにガス導入孔136が設けられている。シャワープレート132の周縁部には、下方に突出する環状突起部134が形成されている。環状突起部134の内側の平坦面には、ガス吐出孔135が形成されている。ステージ120が処理位置に存在した状態では、ステージ120とシャワープレート132の間に処理空間138が形成され、カバー部材122の上面と環状突起部134とが近接して環状隙間139が形成される。
排気部140は、処理容器110の内部を排気する。排気部140は、排気口113bに接続された排気配管141と、排気配管141に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構142とを有する。処理に際しては、処理容器110内のガスがスリット113aを介して排気ダクト113に至り、排気ダクト113から排気配管141を通って排気機構142により排気される。
成膜原料供給部150は、ガス供給ライン137を介してシャワーヘッド130のガス導入孔136に接続されている。成膜原料供給部150は、成膜原料を含む各種のガスのガス供給源に、それぞれガス供給ラインを介して接続されている。例えば、成膜装置100がTiN膜を成膜する装置である場合、成膜原料供給部150は、TiCl4ガス、NH3ガス、不活性ガス等の各種のガスを供給するガス供給源とそれぞれガス供給ラインを介して接続されている。
各ガス供給ラインは、適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。成膜原料供給部150は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。成膜原料供給部150は、成膜処理の際に、ガス供給ライン137及びシャワーヘッド130を介して処理容器110内に、成膜原料を含む各種のガスをそれぞれ供給する。
吸着阻害剤供給部160は、成膜原料供給部150とは別に設けられ、処理容器110内に成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する。吸着阻害剤供給部160は、吸着阻害剤供給源161と、ガスライン162a〜162hと、ガス導入孔163a〜163hと、開閉バルブ164a〜164hと、を含む。
吸着阻害剤供給源161は、吸着阻害剤を、それぞれガスライン162a〜162h及びガス導入孔163a〜163hを介して処理容器110内に供給する。
ガス導入孔163a,163bは、鍔部125に設けられており、吸着阻害剤供給源161からの吸着阻害剤を処理容器110の下方から処理容器110内に供給する。処理容器110の下方から処理容器110内に供給された吸着阻害剤は、処理容器110の底壁に形成された孔部を通って処理容器110内に供給され、処理容器110の底壁とステージ120の下面との間を通って処理容器110の側壁に向かって流れる。これにより、成膜原料を含むガスが拡散して処理空間138の外部、例えばステージ120の下方に回り込んだ場合でも、吸着阻害剤によって成膜原料がステージ120の下面及び処理容器110の底壁に吸着することが阻害される。その結果、ステージ120の下面、処理容器110の底壁等の処理空間138の外部への膜の堆積が抑制される。
ガス導入孔163c〜163fは、処理容器110の側壁に設けられており、吸着阻害剤供給源161からの吸着阻害剤を処理容器110の側方から処理容器110内に供給する。処理容器110の側方から処理容器110内に供給された吸着阻害剤は、処理容器110の側壁に沿って流れる。これにより、成膜原料を含むガスが拡散して処理空間138の外部、例えば処理容器110の側壁に到達した場合でも、吸着阻害剤によって成膜原料が処理容器110の側壁に吸着することが阻害される。その結果、処理容器110の側壁等の処理空間138の外部への膜の堆積が抑制される。
ガス導入孔163g,163hは、処理容器110の天壁114におけるシャワーヘッド130の本体部131が固定された位置よりも外周側に設けられており、吸着阻害剤供給源161からの吸着阻害剤を処理容器110の上方から処理容器110内に供給する。処理容器110の上方から処理容器110内に供給された吸着阻害剤は、シャワーヘッド130の外周壁と排気ダクト113の隙間を通って下方に流れる。これにより、成膜原料を含むガスが拡散して処理空間138の外部、例えばシャワーヘッド130の外周壁と排気ダクト113の隙間に到達した場合でも、吸着阻害剤により成膜原料がシャワーヘッド130の外周壁、排気ダクト113に吸着することが阻害される。その結果、シャワーヘッド130の外周壁、排気ダクト113等の処理空間138の外部への膜の堆積を抑制できる。
吸着阻害剤は、成膜原料の種類に応じて選択される。例えば、成膜原料がTiCl4である場合、吸着阻害剤としてはジクロロエタン、ジクロロエチレン等を利用できる。また、吸着阻害剤と共にAr、N2等の不活性ガスを供給してもよい。
制御部170は、プログラム、メモリ、CPUからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部170から成膜装置100の各部に制御信号を送り、成膜処理を実行するように命令が組み込まれている。その制御信号によりステージ120、排気部140、成膜原料供給部150、吸着阻害剤供給部160等の動作が制御され、ウエハWに膜を成膜する成膜処理が行われる。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)、メモリーカード等の記憶媒体に格納されて制御部170にインストールされる。
第1の実施形態の成膜装置100によれば、処理空間138の外部に成膜原料を含むガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、成膜原料が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分への膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハWに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間138の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器110内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
また、第1の実施形態の成膜装置100によれば、吸着阻害剤を処理容器110の下方から処理容器110内に供給するので、ステージ120の下面に膜が堆積することが抑制される。これにより、ステージ120の下面から下方への放熱が阻害されず、ステージ120の温度の面内均一性が向上する。その結果、ステージ120の載置面に載置されるウエハWの温度の面内均一性が向上し、ウエハWに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が向上する。
これに対し、ステージ120の下面の一部に膜が堆積すると、膜が堆積した領域と膜が堆積していない領域との間で、ステージ120の下面から下方への放熱特性に違いが生じる。図2は、ステージ120の下面に膜Fが堆積したときの放熱特性を説明するための図であり、ステージ120の下面の一部の領域に膜Fが堆積したときの状態を示す。なお、図2中、熱の移動方向を矢印Z1で示す。
図2に示されるように、ステージ120の下面における膜Fが堆積していない領域ではステージ120の下方へ放熱される。一方、ステージ120の下面における膜Fが堆積した領域ではステージ120の下面から下方への放熱が堆積膜により阻害され、ステージ120の上面に向けて熱が移動する。これにより、ステージ120の面内において、ステージ120の下面に膜Fが堆積した領域がステージ120の下面に膜Fが堆積していない領域よりも高温となる温度分布が生じ、ステージ120の載置面に載置されるウエハWの温度の面内均一性が低下する。その結果、ウエハWに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が低下する。
また、第1の実施形態の成膜装置100によれば、吸着阻害剤をシャワーヘッド130の外周壁と排気ダクト113の隙間に供給するので、シャワーヘッド130の外周壁に膜が堆積することが抑制される。これにより、ウエハWに対する成膜処理を繰り返し行った場合でもシャワーヘッド130の外周壁に膜がほとんど堆積しないため、堆積膜を介してシャワーヘッド130がグラウンドと電気的に接続されることを防止できる。その結果、第2高周波電源146からシャワーヘッド130に所定周波数の電力を印加したときに処理空間138においてプラズマ放電が立たなくなることを防止できる。
なお、第1の実施形態の成膜装置100では、吸着阻害剤供給部160が8つのガス導入孔163a〜163hを含む場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、少なくとも1つのガス導入孔が設けられていればよい。また、ガス導入孔163a〜163hの各々は、複数に分岐されて処理容器110内に吸着阻害剤を供給する形態であってもよい。
また、第1の実施形態の成膜装置100では、処理容器110の下方から処理容器110内に吸着阻害剤を供給するガス導入孔が鍔部125に設けられている場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、例えば処理容器110の底壁に設けられていてもよい。
(基板処理方法)
図3から図6を参照し、成膜装置100を用いた基板処理方法の一例について、ウエハWにTiN膜を形成する場合を説明する。図3は、ALD法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図である。図4は、ALD法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図である。図5は、CVD法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図である。図6は、CVD法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図である。なお、基板処理方法の開始時において、ステージ120は受け渡し位置に移動している。
図3から図6を参照し、成膜装置100を用いた基板処理方法の一例について、ウエハWにTiN膜を形成する場合を説明する。図3は、ALD法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図である。図4は、ALD法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図である。図5は、CVD法による成膜処理のガス供給シーケンスの一例を示す図である。図6は、CVD法による成膜処理のガス供給シーケンスの別の例を示す図である。なお、基板処理方法の開始時において、ステージ120は受け渡し位置に移動している。
まず、制御部170は、処理容器110内にウエハWを搬入する工程を実行する。制御部170は、ゲートバルブ112を開ける。ここで、外部の搬送機構(図示せず)により、昇降ピン127の上にウエハWが載置される。搬送機構が搬入出口111から出ると、制御部170は、ゲートバルブ112を閉じる。
制御部170は、昇降機構124を制御してステージ120を処理位置に移動させる。この際、ステージ120が上昇することにより、昇降ピン127の上に載置されたウエハWがステージ120の載置面に載置される。
続いて、制御部170は、ウエハWに膜を形成する工程を実行する。処理位置において、制御部170は、ヒータ121を動作させ、ON/OFFスイッチ148をONにしてウエハWをステージ120に吸着させる。また、制御部170は、成膜原料供給部150を制御して、例えば図3及び図4に示されるように、TiCl4ガス、NH3ガス、不活性ガス等の各種のガスをシャワーヘッド130から処理容器110内へ間欠的に供給させる。これにより、ウエハWにTiN膜を形成する工程が行われる。処理後のガスは、カバー部材122の上面側の流路を通過し、排気配管141を介して排気機構142により排気される。また、制御部170は、成膜原料供給部150を制御して、例えば図5及び図6に示されるように、TiCl4ガス、NH3ガス、不活性ガス等の各種のガスをシャワーヘッド130から処理容器110内へ連続的に供給させてもよい。
ウエハWに膜を形成する工程の際、制御部170は、吸着阻害剤供給部160を制御して、ガス導入孔163a〜163hから処理容器110内へ供給させる。これにより、処理空間138の外部への膜の堆積を抑制できる。吸着阻害剤の供給を開始させるタイミングは、例えば図3及び図5に示されるようにTiCl4ガスの供給を開始させる前であってもよく、例えば図4及び図6に示されるようにTiCl4ガスの供給と同時であってもよい。ただし、TiCl4ガスが処理空間138の外部に拡散する前に処理空間138の外部に吸着阻害剤を供給して該部分への膜の堆積を特に抑制するという観点から、TiCl4ガスの供給を開始させる前に吸着阻害剤の供給を開始させることが好ましい。
また、ウエハWに膜を形成する工程の際、制御部170は、第1高周波電源144及び整合器143を制御して、所定周波数の電力をステージ120に印加する。また、制御部170は、第2高周波電源146及び整合器145を制御して、所定周波数の電力をシャワーヘッド130に印加する。
ウエハWに膜を形成する工程が終了すると、制御部170は、処理容器110内からウエハWを搬出する工程を実行する。制御部170は、ON/OFFスイッチ148をOFFにしてウエハWのステージ120への吸着を解除させ、昇降機構124を制御してステージ120を受け渡し位置に移動させる。この際、昇降ピン127の頭部がステージ120の載置面から突出し、ステージ120の載置面からウエハWを持ち上げる。続いて、制御部170は、ゲートバルブ112を開ける。ここで、外部の搬送機構(図示せず)により、昇降ピン127の上に載置されたウエハWが搬出される。搬送機構が搬入出口111から出ると、制御部170は、ゲートバルブ112を閉じる。
以上に説明したように、成膜装置100を用いた基板処理方法によれば、ウエハWにTiN膜を形成する成膜処理を行うことができる。また、上記の成膜処理を繰り返し行う場合、処理空間138の外部に膜が堆積し得るが、第1の実施形態の基板処理方法では、ウエハWに膜を形成する工程の際、吸着阻害剤をガス導入孔163a〜163hから処理容器110内へ供給する。これにより、処理空間138の外部にTiCl4ガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、TiCl4が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分へのTiN膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハWに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間138の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器110内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
(評価)
図7を参照し、ステージ120の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響について説明する。
図7を参照し、ステージ120の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響について説明する。
まず、成膜装置100を用いた基板処理方法により、ウエハWに対してTiN膜を成膜する処理を1000回繰り返し行った。なお、ウエハWに膜を形成する工程の際、処理容器110内に吸着阻害剤を供給しなかった。また、1000回目の成膜処理によりウエハWに形成したTiN膜の膜厚の面内分布を測定した。
図7は、ステージ120の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響を説明するための図であり、1000回目の成膜処理によりウエハWに形成したTiN膜の膜厚の面内分布の測定結果を示す。なお、図7において、領域A1はステージ120の下面に膜が堆積した領域を示す。
図7に示されるように、ステージ120の下面に膜が堆積した領域A1では、ステージ120の下面に膜が堆積していない領域B1〜D1と比較して、TiN膜の膜厚が大きくなっていることが分かる。
続いて、1000回目の成膜処理の後、成膜装置100のステージ120の載置面にドーパントを注入したウエハWを載置し、ステージ120を加熱することにより、ウエハWに熱処理を行った。また、熱処理を行ったウエハWのシート抵抗の面内分布を測定した。なお、ドーパントを注入したウエハWは、加熱された際に加熱温度が高いほどウエハW中にドーパントが拡散し、ウエハWのシート抵抗が低くなる特性を示す。
図8は、ステージ120の下面に膜が堆積したときの膜特性への影響を説明するための図である。図8は、1000回目の成膜処理の後、成膜装置100のステージ120の載置面にドーパントを注入したウエハWを載置し、ステージ120を加熱することにより、ウエハWに熱処理を行ったウエハWのシート抵抗の面内分布の測定結果を示す。なお、図8において、領域C2はステージ120の下面に膜が堆積した領域を示す。
図8に示されるように、ステージ120の下面に膜が堆積した領域C2では、ステージ120の下面に膜が堆積していない領域A2,B2と比較して、シート抵抗が低くなっていることが分かる。これは、ステージ120の下面に膜が堆積した領域C2では、ステージ120の下面から下方への放熱が堆積膜により阻害されることにより、ステージ120の温度が高くなっているためと考えられる。一方、ステージ120の下面に膜が堆積していない領域A2,B2では、ステージ120の下面に膜が堆積した領域C2と比較してステージ120の下方へ放熱されやすく、ステージ120の温度が相対的に低くなっていると考えられる。
以上の図7及び図8の結果から、ステージ120の下面の一部の領域に堆積した膜により、該領域の温度が上昇し、ステージ120の載置面に載置されたウエハWの面内における該領域の成膜速度が大きくなると考えられる。
なお、第1の実施形態の成膜装置100によれば、吸着阻害剤を処理容器110の下方から処理容器110内に供給するので、ステージ120の下面に膜が堆積することが抑制される。これにより、ステージ120の下面から下方への放熱が阻害されず、ステージ120の温度の面内均一性が向上する。その結果、ステージ120の載置面に載置されるウエハWの温度の面内均一性が向上し、ウエハWに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が向上する。
〔第2の実施形態〕
(成膜装置)
図9を参照し、第2の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図9は、第2の実施形態の成膜装置の一例を示す図である。
(成膜装置)
図9を参照し、第2の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図9は、第2の実施形態の成膜装置の一例を示す図である。
図9に示される成膜装置200は、プラズマを生成することなく、ALD法やCVD法により、ウエハWに膜を成膜する装置である。成膜装置200は、処理容器210、ステージ220、天板部材230、排気部240、成膜原料供給部250、吸着阻害剤供給部260、制御部270等を備える。
処理容器210は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器210は、ウエハWを収容する。
処理容器210の側壁にはウエハWを搬入又は搬出するための搬入出口211が形成されている。搬入出口211は、ゲートバルブ212により開閉される。処理容器210の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト213が設けられている。排気ダクト213には、内周面に沿ってスリット213aが形成されている。また、排気ダクト213の外壁には排気口213bが形成されている。排気ダクト213の上面には、処理容器210の上部開口を塞ぐように天壁214が設けられている。天壁214と排気ダクト213との間はシールリング215で気密にシールされている。
ステージ220は、処理容器210内でウエハWを水平に支持する。ステージ220は、ウエハWに対応した大きさの円板状をなし、支持部材223に支持されている。ステージ220は、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハWを加熱するためのヒータ221が埋め込まれている。ヒータ221は、ヒータ電源(図示せず)から給電されて発熱する。そして、ステージ220の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対(図示せず)の温度信号によりヒータ221の出力を制御することにより、ウエハWを所定の温度に制御するようになっている。
ステージ220には、ウエハ載置面の外周領域、及びステージ220の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックス材料からなるカバー部材222が設けられている。
支持部材223は、ステージ220の底面中央から処理容器210の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器210の下方に延び、下端が昇降機構224に接続されている。昇降機構224は、ステージ220を搬送機構(図示せず)との間でウエハWを受け渡す受け渡し位置と、受け渡し位置の上方であって、ウエハWへの成膜が行われる処理位置(図9に示す位置)との間で昇降させる。支持部材223の処理容器210の下方には、鍔部225が取り付けられており、処理容器210の底面と鍔部225の間には、処理容器210内の雰囲気を外気と区画し、ステージ220の昇降動作に伴って伸縮するベローズ226が設けられている。
処理容器210の底面近傍には、昇降板227aから上方に突出する例えば3本(2本のみ図示)の支持ピン227が設けられている。支持ピン227は、処理容器210の下方に設けられた昇降機構228により昇降板227aを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるステージ220に設けられた貫通孔220aに挿通されてステージ220の上面に対して突没可能となっている。支持ピン227を昇降させることにより、搬送機構とステージ220との間でウエハWの受け渡しが行われる。
天板部材230は、例えば金属製であり、ステージ220と対向するように天壁214の下面に設けられている。天板部材230は、処理空間238に反応ガスやパージガス等を供給する。天板部材230の下面には凹部232が形成されており、凹部232の中央側から外周側へ向けて末広がりの傾斜面が形成されている。傾斜面の外側には、環状で平坦な先端部233が形成されている。
ステージ220を処理位置まで上昇させた状態では、天板部材230の先端部233の下面は、カバー部材222の上面と互いに対向するように配置される。これにより、天板部材230の凹部232とステージ220の上面とによって囲まれた空間は、ウエハWに対する成膜が行われる処理空間238となる。また、天板部材230の先端部233の下面と、カバー部材222の上面との間には隙間234が形成されるように処理位置の高さ位置が設定されている。排気ダクト213のスリット213aは、隙間234に向けて開口している。
天板部材230の凹部232の中央には、処理空間238内へ反応ガスを供給するためのガス供給路235が形成されている。ガス供給路235は天板部材230を上下方向に貫通し、下端がステージ220側へ向けて下方に開口している。また、ガス供給路235は、ガス導入孔236を介して成膜原料供給部250に接続されている。
排気部240は、処理容器210の内部を排気する。排気部240は、排気口213bに接続された排気配管241と、排気配管241に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構242とを有する。処理に際しては、処理容器210内のガスがスリット213aを介して排気ダクト213に至り、排気ダクト213から排気配管241を通って排気機構242により排気される。
成膜原料供給部250は、ガス供給ライン237を介してガス導入孔236に接続されている。成膜原料供給部250は、成膜原料を含む各種のガスのガス供給源に、それぞれガス供給ラインを介して接続されている。例えば、成膜装置200がTiN膜を成膜する装置である場合、成膜原料供給部250は、TiCl4ガス、NH3ガス、不活性ガス等の各種のガスを供給するガス供給源とそれぞれガス供給ラインを介して接続されている。
各ガス供給ラインは、適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。成膜原料供給部250は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。成膜原料供給部250は、成膜処理の際に、ガス供給ライン237、ガス導入孔236及びガス供給路235を介して処理容器210内に、成膜原料を含む各種のガスをそれぞれ供給する。
吸着阻害剤供給部260は、成膜原料供給部250とは別に設けられ、処理容器210内に成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する。吸着阻害剤供給部260は、第1の実施形態の吸着阻害剤供給部160と同様の構成であってよい。すなわち、吸着阻害剤供給部260は、吸着阻害剤供給源261と、ガスライン262a〜262hと、ガス導入孔263a〜263hと、開閉バルブ264a〜264hと、を含む。
制御部270は、プログラム、メモリ、CPUからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部270から成膜装置200の各部に制御信号を送り、成膜処理を実行するように命令が組み込まれている。その制御信号によりステージ220、排気部240、成膜原料供給部250、吸着阻害剤供給部260等の動作が制御され、ウエハWに膜を成膜する成膜処理が行われる。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)、メモリーカード等の記憶媒体に格納されて制御部270にインストールされる。
第2の実施形態の成膜装置200によれば、処理空間238の外部に成膜原料を含むガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、成膜原料が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分への膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハWに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間238の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器210内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
また、第2の実施形態の成膜装置200によれば、吸着阻害剤を処理容器210の下方から処理容器210内に供給するので、ステージ220の下面に膜が堆積することが抑制される。これにより、ステージ220の下面から下方への放熱が阻害されず、ステージ220の温度の面内均一性が向上する。その結果、ステージ220の載置面に載置されるウエハWの温度の面内均一性が向上し、ウエハWに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が向上する。
これに対し、図2に示されるように、ステージ220の下面の一部に膜が堆積すると、膜が堆積した領域と膜が堆積していない領域との間で、ステージ220の下面から下方への放熱特性に違いが生じる。より具体的には、ステージ220の下面における膜が堆積していない領域ではステージ220の下方へ放熱されやすいが、ステージ220の下面における膜が堆積した領域ではステージ220の下面から下方への放熱が堆積膜により阻害される。これにより、ステージ220の面内において温度分布が生じるため、ステージ220の載置面に載置されるウエハWの温度の面内均一性が低下する。その結果、ウエハWに形成される膜の膜厚、膜質等の膜特性の面内均一性が低下する。
なお、第2の実施形態の成膜装置200では、吸着阻害剤供給部260が8つのガス導入孔263a〜263hを含む場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、少なくとも1つのガス導入孔が設けられていればよい。また、ガス導入孔263a〜263hの各々は、複数に分岐されて処理容器210内に吸着阻害剤を供給する形態であってもよい。
また、第2の実施形態の成膜装置200では、処理容器210の下方から処理容器210内に吸着阻害剤を供給するガス導入孔が鍔部225に設けられている場合を説明したが、本開示はこれに限定されず、例えば処理容器210の底壁に設けられていてもよい。
(基板処理方法)
成膜装置200を用いた基板処理方法の一例について、ウエハWにTiN膜を形成する場合を説明する。成膜装置200を用いた基板処理方法は、ウエハWに膜を形成する工程において、ステージ220に高周波電力を印加しない点を除いて、前述の成膜装置100を用いた基板処理方法と同様であってよい。
成膜装置200を用いた基板処理方法の一例について、ウエハWにTiN膜を形成する場合を説明する。成膜装置200を用いた基板処理方法は、ウエハWに膜を形成する工程において、ステージ220に高周波電力を印加しない点を除いて、前述の成膜装置100を用いた基板処理方法と同様であってよい。
成膜装置200を用いた基板処理方法によれば、成膜装置100を用いた基板処理方法と同様に、ウエハWにTiN膜を形成する成膜処理を行うことができる。また、成膜処理を繰り返し行う場合、処理空間238の外部に膜が堆積し得るが、第2の実施形態の基板処理方法では、ウエハWに膜を形成する工程の際、吸着阻害剤をガス導入孔263a〜263hから処理容器210内へ供給する。これにより、処理空間238の外部にTiCl4ガスが拡散した場合でも、吸着阻害剤により、TiCl4が該部分に吸着することが阻害されるため、該部分へのTiN膜の堆積が抑制される。その結果、ウエハWに対する成膜処理を繰り返し行った場合でも処理空間238の外部に堆積する膜の量が少なくなるので、処理容器210内の堆積膜を除去するクリーニングに要する時間を短縮できる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
100,200 成膜装置
110,210 処理容器
130 シャワーヘッド
146 第2高周波電源
150,250 成膜原料供給部
160,260 吸着阻害剤供給部
W ウエハ
110,210 処理容器
130 シャワーヘッド
146 第2高周波電源
150,250 成膜原料供給部
160,260 吸着阻害剤供給部
W ウエハ
Claims (18)
- 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給する成膜原料供給部と、
前記成膜原料供給部とは別に設けられ、前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスの吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する吸着阻害剤供給部と、
を備える、成膜装置。 - 前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器の下方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
請求項1に記載の成膜装置。 - 前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器の側方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
請求項1又は2に記載の成膜装置。 - 前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器の上方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記吸着阻害剤供給部は、前記処理容器内に前記吸着阻害剤と共に不活性ガスを供給する、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記成膜原料供給部は、前記基板に対向して配置されたシャワーヘッドを含む、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記シャワーヘッドに高周波電力を印加する高周波電源を備える、
請求項6に記載の成膜装置。 - 処理容器内に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に成膜原料を含むガスを供給し、前記基板に膜を形成する工程と、
を有し、
前記基板に膜を形成する工程において、少なくとも前記処理容器内に前記成膜原料を含むガスを供給する際に前記処理容器内に前記成膜原料の吸着を阻害する吸着阻害剤を供給する、
基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記成膜原料を含むガスの供給を開始する前に前記吸着阻害剤の供給を開始する、
請求項8に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記成膜原料を含むガスの供給と前記吸着阻害剤の供給を同時に開始する、
請求項8に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、原子層堆積により前記基板に膜を形成する、
請求項8乃至10のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、化学気相堆積により前記基板に膜を形成する、
請求項8乃至10のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器の下方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
請求項8乃至12のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器の側方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
請求項8乃至13のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器の上方から前記処理容器内に前記吸着阻害剤を供給する、
請求項8乃至14のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記処理容器内に前記吸着阻害剤と共に不活性ガスを供給する、
請求項8乃至15のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記基板に対向して配置されたシャワーヘッドから前記成膜原料を含むガスを供給する、
請求項8乃至16のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に膜を形成する工程では、前記成膜原料を含むガスのプラズマを生成する、
請求項8乃至17のいずれか一項に記載の基板処理方法。
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