JP2023005462A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜の面内分布の制御性を高めることを提供する。【解決手段】処理容器と、前記処理容器内に鉛直方向に延在して配置され、複数のガス孔を有するガス供給管と、前記処理容器内に鉛直方向に複数の製品基板を含む基板を収容するように構成されたボートと、を有し、前記複数のガス孔から供給されるガスにより前記複数のガス孔のそれぞれに対応する前記基板のそれぞれに膜を形成する成膜装置であって、前記複数のガス孔のうち前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に対応して配置された複数のガス孔は、前記複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸と、前記ガス供給管の中心軸と、を結ぶ仮想線に対して前記ガス供給管の中心軸上の点から同一角度で同一の高さに開口する複数の第1ガス孔を含む、成膜装置が提供される。【選択図】図4
Description
本開示は、成膜装置に関する。
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、CVD、アニール等の熱処理を施すために各種の熱処理装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
本開示は、膜の面内分布の制御性を高めることができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内に鉛直方向に延在して配置され、複数のガス孔を有するガス供給管と、前記処理容器内に鉛直方向に複数の製品基板を含む基板を収容するように構成されたボートと、を有し、前記複数のガス孔から供給されるガスにより前記複数のガス孔のそれぞれに対応する前記基板のそれぞれに膜を形成する成膜装置であって、前記複数のガス孔のうち前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に対応して配置された複数のガス孔は、前記複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸と、前記ガス供給管の中心軸と、を結ぶ仮想線に対して前記ガス供給管の中心軸上の点から同一角度で同一の高さに開口する複数の第1ガス孔を含む、成膜装置が提供される。
一の側面によれば、膜の面内分布の制御性を高めることができる。
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。
[成膜装置]
実施形態の成膜装置について説明する。図1は、実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図である。図2は、処理容器を説明するための図である。
実施形態の成膜装置について説明する。図1は、実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図である。図2は、処理容器を説明するための図である。
図1に示されるように、成膜装置1は、縦長の処理容器10を有する。処理容器10は、下端が開放された有天井の円筒形状の内管12と、下端が開放されて内管12の外側を覆う有天井の円筒形状の外管14とを有する。内管12及び外管14は、石英等の耐熱性材料により形成されており、同軸状に配置されて二重管構造となっている。内管12内には、ウエハボート16が収容される。ウエハボート16は、上下方向に沿って所定間隔を有して基板Wを略水平に保持するスロットを有する基板保持具である。基板Wの一例としては、直径が300mmのウエハが挙げられる。
内管12の天井部は、例えば平坦になっている。内管12の一側には、内管12の長手方向(上下方向)に沿ってガス供給管を収容するノズル収容部18が形成されている。ノズル収容部18は、例えば図2に示されるように、内管12の側壁の一部を外側へ向けて突出させて形成された凸部20内の部分である。ノズル収容部18に対向させて内管12の反対側の側壁には、内管12の長手方向(上下方向)に沿って矩形状の開口22が形成されている。
開口22は、内管12内のガスを排気できるように形成されたガス排気口である。開口22の長さは、ウエハボート16の長さと同じであるか、又は、ウエハボート16の長さよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されている。
処理容器10の下端は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド24によって支持されている。マニホールド24の上端にはフランジ部24aが形成されており、フランジ部24a上に外管14の下端を設置して支持するようになっている。フランジ部24aと外管14との下端との間にはOリング等のシール部材26を介在させて外管14内を気密状態にしている。
マニホールド24の上部の内壁には、円環状の支持部24bが設けられており、支持部24b上に内管12の下端を設置してこれを支持するようになっている。マニホールド24の下端の開口には、蓋体30がOリング等のシール部材32を介して気密に取り付けられており、処理容器10の下端の開口、即ち、マニホールド24の開口を気密に塞ぐようになっている。蓋体30は、例えばステンレス鋼により形成される。
蓋体30の中央部には、磁性流体シール34を介して回転軸36が貫通させて設けられている。回転軸36の下部は、ボートエレベータよりなる昇降部38のアーム38aに回転自在に支持されている。
回転軸36の上端には回転プレート40が設けられており、回転プレート40上に石英製の保温台42を介して基板Wを保持するウエハボート16が載置されるようになっている。従って、昇降部38を昇降させることによって蓋体30とウエハボート16とは一体として上下動し、ウエハボート16を処理容器10内に対して挿脱できるようになっている。
ガス供給部は、マニホールド24に設けられており、内管12内へガスを導入する。ガス供給部は、複数(図示の例では3本)の石英製のガス供給管50a、50b、50cを有している。各ガス供給管50a、50b、50cは、内管12内にその長手方向に沿って垂直方向に延在すると共に、その基端がL字状に屈曲されてマニホールド24を貫通するようにして支持されている。ガス供給管50a、50b、50cを総称してガス供給管50ともいう。
ガス供給管50a、50b、50cは、図2に示されるように、内管12のノズル収容部18内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガス供給管50a、50b、50cには、その長手方向に沿って所定間隔で配置され、複数のガス孔51a、51b、51cが形成されている。ガス孔51aは2つ、ガス孔51bは1つ、ガス孔51cは2つである。ガス孔51a、51b、51cを総称してガス孔51ともいう。各ガス孔51a、51b、51cについての詳細は後述する。
各ガス孔51a、51b、51cは、水平方向に向けて各ガスを吐出する。所定間隔は、例えばウエハボート16に支持される基板Wの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔51a、51b、51cが上下方向に隣り合う基板W間の中間に位置するように設定されており、各ガスを基板W間の空間に効率的に供給できるようになっている。ガス供給管50a、50b、50cには、それぞれ図示しない流量制御器、バルブ等を介してガス供給源52b、54b、56bが接続されている。ガス供給源52b、54b、56bは、それぞれ成膜ガス、エッチングガス及びパージガスの供給源である。ガス供給源52b,54b,56bからの各ガスは、流量制御器により流量が制御され、必要に応じて各ガス供給管50a、50b、50cを介して処理容器10内に供給される。
マニホールド24の上部の側壁であって、支持部24bの上方には、ガス出口60が形成されており、内管12と外管14との間の空間を介して開口22より排出される内管12内のガスを排気できるようになっている。ガス出口60は、内管12の周方向において開口22と異なる位置に設けられている。図示の例では、ガス出口60は、内管12の周方向において開口22の位置から反時計回りに120度ずれた位置に設けられている。ガス出口60には、排気部62が設けられる。排気部62はガス出口60に接続された排気通路64を有しており、排気通路64には圧力調整弁66及び真空ポンプ68が順次介設されて、処理容器10内を真空引きできるようになっている。また、排気通路64の圧力調整弁66の上流側には、処理容器10内の圧力を検出するための圧力センサ69が設けられている。
外管14の周囲には、外管14を覆うように円筒形状のヒータ70が設けられている。ヒータ70は、処理容器10内に収容される基板Wを加熱する。また、ヒータ70についても、上下方向に沿って単位領域と1対1に対応するように、ヒータ70a,70b,70c,70d,70eに分割されている。ヒータ70a~70eは、それぞれ電力制御器72a~72eにより独立に出力が制御される。
また、処理容器10内の空間には、温度を検出するための温度センサ80a~80eが設けられている。温度センサ80a~80eは、上下方向に沿った温度分布を検出するために温度を検出する。温度センサ80a~80eは、例えば石英製の保護管82内に収容されて内管12と外管14との間に設けられている。温度センサ80a~80e及び該温度センサ80a~80eを収容する保護管82は、図2に示されるように、内管12の周方向において開口22の位置から所定角度ずれた位置に設けられている。これにより、温度センサ80a~80eがガス供給管50a,50b,50cから死角となるため、ガス供給管50a,50b,50cから吐出されるガスにより温度センサ80a~80eの検出温度が低下することを抑制できる。なお、温度センサ80a~80eとしては、例えば熱電対、測温抵抗体を利用できる。
温度センサ80a~80eからの検出信号は、信号線84を通して後述する制御部100に入力される。検出信号が入力された制御部100では、電力制御器72a~72eの設定値を計算し、計算した設定値を電力制御器72a~72eの各々へ出力する。例えば、PID制御により電力制御器72a~72eの設定値を計算することによって、制御部100は、電力制御器72a~72eの各々への出力、すなわちヒータ70a~70eの各々の発熱量を制御する。
成膜装置1は、成膜装置1の全体の動作を制御するためのコンピュータ等の制御部100を有する。制御部100には、成膜装置1で実行される各種の処理を制御部100にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置1の各部に処理を実行させるための各種のプログラムが格納された記憶部102が接続されている。各種のプログラムは記憶媒体に記憶され、記憶部102に格納され得る。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよく、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、有線又は無線等の通信手段によって、他の装置やホストコンピュータから記憶部102へ適宜伝送されるようにしてもよい。なお、制御部100は、成膜装置1とは別に設けられた制御装置であってもよい。また、記憶部102は、成膜装置1とは別に設けられた記憶装置であってもよい。
[成膜方法]
次に、実施形態の成膜方法について、前述の成膜装置1を用いて原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法により、薄膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。実施形態の成膜方法で成膜可能な薄膜としては、例えばSiO2、ZrO2、HfO2、TiO2、Al2O3等の酸化膜、SiN、HfN、TiN、AlNの窒化膜、ZrAlO、HfAlO、HfSiON等の上記化合物を組み合わせた複合膜、SiNとSiO2の積層膜等が挙げられる。
次に、実施形態の成膜方法について、前述の成膜装置1を用いて原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法により、薄膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。実施形態の成膜方法で成膜可能な薄膜としては、例えばSiO2、ZrO2、HfO2、TiO2、Al2O3等の酸化膜、SiN、HfN、TiN、AlNの窒化膜、ZrAlO、HfAlO、HfSiON等の上記化合物を組み合わせた複合膜、SiNとSiO2の積層膜等が挙げられる。
以下では、原料ガスとしてシリコン含有ガス及び窒化ガスを用いて、基板Wの上にシリコン窒化膜(SiN)を形成する場合を説明する。
まず、成膜準備工程では、昇降部38により複数の基板Wを保持したウエハボート16を処理容器10内に搬入し、蓋体30により処理容器10の下端の開口を気密に塞ぎ密閉する。また、成膜準備工程では、処理容器10の下端の開口が開かれたことにより、処理容器10内の温度が低下する。そこで、制御部100は、低下した処理容器10内の温度が予めレシピ等で定められた設定温度(例えば、300~700℃)に維持されるように、温度センサ80a~80eの検出温度に基づいて、ヒータ70a~70eの出力を制御する。
続いて、処理容器10内に供給される全ガスの平均流量と同じ流量で不活性ガスを連続的に供給し、且つ処理容器10内を、処理容器10内の平均圧力と同じ圧力に維持する。成膜準備工程では、ヒータ80により処理容器10内の基板Wを加熱して温度を安定化させる。これらは、例えばウエハボート16を回転させながら行われる。また、成膜準備工程では、制御部100は、低下した処理容器10内の温度が予めレシピ等で定められた設定温度(例えば、300~700℃)に維持されるように、温度センサ80a~80eの検出温度に基づいて、ヒータ70a~70eの出力を制御する。該設定温度は、成膜準備工程から後述する成膜工程に移行する際の温度変動を小さくできるという観点から、成膜工程の設定温度と同じであることが好ましい。
続いて、成膜工程においてALD法により、処理容器10内に収容された基板Wの上にシリコン窒化膜を形成する。実施形態では、ガス供給管50aからのシリコン含有ガス、ガス供給管50cからの不活性ガス、ガス供給管50bからの窒化ガス及びガス供給管50cからの不活性ガスをこの順序で間欠的に供給する。これにより、最初のシリコン含有ガスを供給するステップで基板W上にシリコン含有ガスが吸着され(吸着ステップ)、次の不活性ガスを供給するステップで余分なシリコン含有ガスがパージされる。そして、次の窒化ガスを供給するステップで供給された窒化ガスをシリコン含有ガスと反応させ(窒化ステップ)、次の不活性ガスを供給するステップにより余分な窒化ガスがパージされ、ほぼ単分子層である薄い単位膜が形成される。この一連のサイクルを所定回数行って、所望の膜厚のシリコン窒化膜を形成する。成膜工程S30では、制御部100は、処理容器10内の温度が予めレシピ等で定められた設定温度(例えば、300~700℃)に維持されるように、温度センサ80a~80eの検出値に基づいて、ヒータ70a~70eの出力を制御する。
[膜厚の面内均一性]
次に、基板に成膜された膜の面内均一性について、図3を参照して説明する。図3は、膜厚の面内均一性の課題を説明するための図である。図3では、ウエハボート16が横になった状態で示されている。ウエハボート16のトップが左に描かれ、ウエハボート16のボトムが右側に描かれている。図3には、ウエハボート16内の複数のスロットのうち複数の製品基板(Production)が置かれた高さの範囲がAで示されている。両端(上端、下端)にはダミー基板(Dummy)が配置されている。
次に、基板に成膜された膜の面内均一性について、図3を参照して説明する。図3は、膜厚の面内均一性の課題を説明するための図である。図3では、ウエハボート16が横になった状態で示されている。ウエハボート16のトップが左に描かれ、ウエハボート16のボトムが右側に描かれている。図3には、ウエハボート16内の複数のスロットのうち複数の製品基板(Production)が置かれた高さの範囲がAで示されている。両端(上端、下端)にはダミー基板(Dummy)が配置されている。
処理容器10内の複数の製品基板が配置されるウエハボート16内のAの空間において、例えば、ガス供給管では、製品基板の中心軸とガス供給管の中心軸とを結ぶ仮想線と同一方向に開口するガス孔が縦方向に一つずつ並んで配置されている。ガス供給管50a~50cからガスを供給するとき、ボトムから順にトップに向かってガスが供給される。このため、ボトムに位置するガス孔から供給されるガスの流量が最も多くなり、トップに近くなるほどガス孔から供給されるガスの流量は少なくなる。図3のグラフは、横軸がウエハボート16の基板(製品基板及びダミー基板を含む)が載置されるスロットの番号であり、縦軸が各基板に形成された膜の面内均一性をパーセンテージで示したものを示す。膜の面内均一性の値が大きいほど、均一性が高いことを示す。これによれば、ウエハボート16内のAの空間では、ボトム側がトップ側よりも供給されるガスの流量が多いために膜厚が厚くなり、面内均一性が高くなった。これにより、ボトムからトップまでの領域で生成された膜の面内均一性にBに示す差が生じた。なお、図3のグラフでは、ガス供給管からSiガスを流した結果である。なお、膜の面内分布は、ボトムからトップまでのいずれのスロットにて基板に形成された膜においても中心が厚く、周辺が薄かった。
[ガス孔の位置と角度]
そこで、本実施形態に係るガス供給管50では、ガス孔51に所定の角度をつけて配置する。ガス孔の位置と角度について、図4を参照しながら説明する。図4は、実施形態に係る各種のガス孔の位置と角度の一例を示す図である。
そこで、本実施形態に係るガス供給管50では、ガス孔51に所定の角度をつけて配置する。ガス孔の位置と角度について、図4を参照しながら説明する。図4は、実施形態に係る各種のガス孔の位置と角度の一例を示す図である。
図4では、ガス供給管50に形成されるガス孔に使用可能な孔タイプを例示する。(a)~(d)の孔タイプのガス孔51の開口の角度は、複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸上の点Cと、ガス供給管50の中心軸上の点Eと、を結ぶ仮想線Dに対してガス供給管50の中心軸上の点E上の点から0°、30°、60°、90°である。
図4(a)のガス孔タイプ1は、中心軸上の点Cとガス供給管50の中心軸上の点Eとを結ぶ仮想線Dと同一方向に開口するガス孔51である。ガス孔タイプ1のガス孔51では、ガス供給管50から製品基板Wの中心に向かってガスをまっすぐに供給することができる。
図4(b)のガス孔タイプ2は、中心軸上の点Cとガス供給管50の中心軸上の点Eとを結ぶ仮想線Dに対してガス供給管50の中心軸上の点Eから同一角度30°で同一の高さに開口する2つのガス孔51である。
図4(c)のガス孔タイプ3は、中心軸上の点Cとガス供給管50の中心軸上の点Eとを結ぶ仮想線Dに対してガス供給管50の中心軸上の点Eから同一角度60°で同一の高さに開口する2つのガス孔51である。
図4(d)のガス孔タイプ4は、中心軸上の点Cとガス供給管50の中心軸上の点Eとを結ぶ仮想線Dに対してガス供給管50の中心軸上の点Eから同一角度90°で同一の高さに開口する2つのガス孔51である。ガス孔タイプ2~4のガス孔51では、製品基板Wの中心に対して前記各角度で両側にガスが供給される。
ガス孔タイプ2~4のガス孔51は、複数の製品基板Wの中心軸上の点Cとガス供給管50の中心軸上の点Eとを結ぶ仮想線Dからガス供給管50の中心軸上の点Eを中心に同一角度で同一の高さに開口する複数の第1ガス孔の一例である。ガス孔タイプ1のガス孔は、複数の製品基板Wの中心軸上の点Cとガス供給管50の中心軸上の点Eとを結ぶ仮想線Dと同一方向に開口する第2ガス孔の一例である。
本実施形態に係るガス供給管50では、トップからボトムに向かって高さ方向に複数配置されるガス孔51の開口角度(以下、単に「ガス孔51の角度」ともいう。)を変える。これにより、ボトムからトップまでの領域で生成された膜の面内均一性を揃えることができる。
図5は、実施形態に係る複数のゾーンとガス孔51の角度の一例を示す図である。図5ではガス孔51の角度を矢印で示している。図5の例では、複数の製品基板Wが存在する高さの範囲Aにおいて、上から順に「TOP」、「TC-1」、「TC-2」、「CTR」、「CB-1」、「CB-2」、「BTM」の高さで複数のゾーンに分割する。
「TOP」~「TC-1」領域に縦方向に配置された各高さの2つのガス孔51は、複数の製品基板Wの中心軸上の任意の点Cとガス供給管50の中心軸上の任意の点Eとを結ぶ線(図4の仮想線D)に対して点Eから±22.5°の角度で同一高さに開口する。
「TC-1」~「TC-2」領域に縦方向に配置された各高さの2つのガス孔51は、仮想線Dに対して点Eから±25°の角度で同一の高さに開口する。
「TC-2」~「CTR」領域に縦方向に配置された各高さの2つのガス孔51は、想線Dに対して点Eから±25°の角度で同一の高さに開口する。
「CTR」~「CB-1」領域に縦方向に配置された各高さの2つのガス孔51は、仮想線Dに対して点Eから±27.5°の同一角度で同一の高さに開口する。
「CB-1」~「CB-2」領域に縦方向に配置された各高さの2つのガス孔51は、仮想線Dに対して点Eから±30°の同一角度で同一の高さに開口する。
「CB-2」~「BTM」の領域に縦方向に配置された各高さの2つのガス孔51は、仮想線Dに対して点Eから±52.5°の同一角度で同一の高さに開口する。
「BTM」より下の領域に縦方向に配置された2つのガス孔51は、仮想線Dに対して点Eから±55°の同一角度で同一の高さに開口する。「TOP」より上の領域に縦方向に配置された2つのガス孔51は、仮想線Dに対して点Eから±22.5°の角度で同一の高さに開口する。
係るガス供給管50によれば、「TOP」から「BTM」へ向かってガス供給管50の中心軸上の点Eを中心に同一角度で開口するガス孔51の角度を徐々に広くする。これにより、複数の製品基板Wが存在する高さの範囲Aにおいて製品基板Wに形成される膜厚の面内均一性を揃えることができる。
ただし、図5に示すガス孔51の角度は一例であり、これに限らない。また、ガス供給管50の各高さに位置するガス孔51の角度を変えることで、膜の面内分布を調整してもよい。例えば、ガス供給管50の各高さに配置されたガス孔51の角度を変えることにより、膜の面内分布の調整が可能になる。例えば、ガス孔51の角度を変えることにより、膜の面内分布を凸型(中心の膜厚が周辺の膜厚より厚い)、凹型(中心の膜厚が周辺の膜厚より薄い)、又はフラット型に調整することができる。
図6は、実施形態に係るガス供給管50のガス孔51の角度と膜の面内分布の測定結果の一例を示すグラフである。係るグラフは、シリコンガスを供給し、各角度のガス孔51を用いて基板の膜の面内分布を測定した結果の一例である。
グラフの横軸がガス孔の角度(°)であり、縦軸が面内均一性をパーセンテージで示したものである。これによれば、ガス孔51の角度を0°~90°まで変化させたときに、膜の面内分布が、基板の中心がエッジよりも厚い凸型から、中心がエッジよりも薄い凹型まで徐々に変化した。また、ガス孔51の角度を0°~90°まで変化させたときに、「TOP」から「BTM」までの面内均一性の値の変化の傾向は概ね同じであった。膜の面内均一性の値が大きいほど、均一性が高いことを示す。
図7は、実施形態に係るガス孔51の角度と膜の面内分布の測定結果の一例を示す表である。図7(a)の「±1.5%凸型」は、図6の線Pと「TOP」から「BTM」までの各線の交点の角度を「TOP」から「BTM」までのそれぞれのガス孔51の角度として示したものである。これによれば、面内均一性が±1.5%の凸型の面内分布に膜厚を調整したい場合、図7(a)の「TOP」から「BTM」までの各スロットで同一の高さに、表に示す角度を有する2組のガス孔51を配置したガス供給管50を作製し、成膜装置1に配置する。これにより、「TOP」から「BTM」までの各スロットにおいて面内均一性が±1.5%の凸型の面内分布の膜を成膜できる。
同様に、図7(b)の「±1.0%凸型」は、図6の線Qと「TOP」から「BTM」までの各線の交点の角度を「TOP」から「BTM」までのそれぞれのガス孔51の角度として示したものである。これによれば、面内均一性が±1.0%の凸型の面内分布に膜厚を調整したい場合、図7(b)の「TOP」から「BTM」までの各スロットで同一の高さに、表に示す角度を有する2組のガス孔51を配置したガス供給管50を作製し、成膜装置1に配置する。これにより、「TOP」から「BTM」までの各スロットにおいて面内均一性が±1.0%の凸型の面内分布の膜を成膜できる。
同様に、図7(c)の「±1.0%凹型」は、図6の線Rと「TOP」から「BTM」までの各線の交点の角度を「TOP」から「BTM」までのそれぞれのガス孔51の角度として示したものである。これによれば、面内均一性が±1.0%の凹型の面内分布に膜厚を調整したい場合、図7(c)の「TOP」から「BTM」までの各スロットで同一の高さに、表に示す角度を有する2組のガス孔51を配置したガス供給管50を作製し、成膜装置1に配置する。これにより、「TOP」から「BTM」までの各スロットにおいて面内均一性が±1.0%の凹型の面内分布の膜を成膜できる。
図8は、実施形態に係るガス孔51の角度とサイクルレートの測定結果の一例を示すグラフである。横軸は、(a)が図4(a)のガス孔タイプ1の場合、(b)が図4(b)のガス孔タイプ2の場合、(c)が図4(c)のガス孔タイプ3の場合、(d)が図4(d)のガス孔タイプ4の場合、図8の縦軸のサイクルレートは成膜速度を示す。
図4(a)のガス孔タイプ1の場合、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合もサイクルレートは他のガス孔タイプよりも高い。また、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板の中心領域がエッジ領域よりも厚い凸型である。
図4(b)のガス孔タイプ2の場合、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合もサイクルレートはガス孔タイプ1よりもやや低くなる。また、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板の中心領域がエッジ領域よりもやや厚い凸型である。
図4(c)のガス孔タイプ3の場合、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合もサイクルレートがガス孔タイプ1よりもやや低くなる。また、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板の中心領域とエッジ領域の間の中間領域がやや厚いフラット型である。
図4(d)のガス孔タイプ4の場合、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合もサイクルレートがガス孔タイプ1よりもやや低くなる。また、「TOP」、「CTR」、「BTM」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板のエッジ領域が中心領域よりも厚い凹型である。
このように図6のフラグ又は図7の表を参照して、所望の膜の面内分布にできるガス供給管50を作製する。このガス供給管50を用いて複数の製品基板Wが存在する高さの範囲Aにおいて製品基板Wに形成される膜厚の面内均一性を揃えたり、面内分布を調整したりすることができる。例えば、ガス孔51の角度を変えることにより、膜の面内分布を凸型(中心領域の膜厚が外周領域の膜厚より厚い)、凹型(中心領域の膜厚が外周領域の膜厚より薄い)又はフラット型に調整することができる。
例えば、基板Wに電子デバイスが形成され、基板Wの表面積が大きくなるとガスがエッジから中央に供給され難くなる。この場合、凸型の膜の面内分布が望ましい。この場合、凸型の膜の面内分布に調整可能な角度に開口するガス孔51を有するガス供給管50を使用する。その理由は、基板Wの表面積が大きいために基板Wの中心におけるガスの濃度が落ちても、そもそも中心の膜厚が高かったため、係るガス供給管50を使用することで膜の面内均一性を維持できる。例えば、基板Wをエッチングする場合、基板Wのエッジ側が中心側よりも削れやすい傾向があるため、凹部の膜の面内分布が望ましい。この場合、凹型の膜の面内分布に調整可能な角度に開口するガス孔51を有するガス供給管50を使用する。
[バリエーション]
図9は、実施形態に係る複数のガス供給管50の配置例を示す図である。図9では、実施形態に係る膜の面内分布を凸型(例えば、面内均一性±1.0%凸型、±1.5%凸型)に調整するガス供給管58、59、及び膜の面内分布を凹型(例えば、面内均一性±1.0%凹型)に調整するガス供給管57が処理容器10内に配置される。ガス供給管57~59のそれぞれは、ガス供給ラインを介してガス源53に接続されている。ガス供給管57~59のそれぞれは、ガス供給ラインに設けられた各バルブV1、V2、V3のオン及びオフによりガス供給管57~59のいずれかからガスを処理容器10内に供給する。これにより、プロセスの種類や条件に応じて、基板Wへ成膜する膜の厚さの面内分布を、所定値の面内均一性を有する凸型又は凹型に調整することができる。これにより、プロセスによってその都度ガス孔51の角度を変更せずにバルブの切り替えにより膜の面内分布を制御できる。
図9は、実施形態に係る複数のガス供給管50の配置例を示す図である。図9では、実施形態に係る膜の面内分布を凸型(例えば、面内均一性±1.0%凸型、±1.5%凸型)に調整するガス供給管58、59、及び膜の面内分布を凹型(例えば、面内均一性±1.0%凹型)に調整するガス供給管57が処理容器10内に配置される。ガス供給管57~59のそれぞれは、ガス供給ラインを介してガス源53に接続されている。ガス供給管57~59のそれぞれは、ガス供給ラインに設けられた各バルブV1、V2、V3のオン及びオフによりガス供給管57~59のいずれかからガスを処理容器10内に供給する。これにより、プロセスの種類や条件に応じて、基板Wへ成膜する膜の厚さの面内分布を、所定値の面内均一性を有する凸型又は凹型に調整することができる。これにより、プロセスによってその都度ガス孔51の角度を変更せずにバルブの切り替えにより膜の面内分布を制御できる。
[ガス種、プロセスに応じたガス供給管]
複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される角度であって、かつガス種毎に設定される角度を有する複数のガス孔51が形成されたガス供給管50が、複数のガス種に対応して処理容器10内に複数配置されてもよい。この場合、複数のガス種に応じて使用するガス供給管50を切り替える切替部を有する。バルブV1、V2、V3は、複数のガス供給管50から製品基板Wに使用するガスに応じて使用するガス供給管50を切り替える切替部の一例である。
複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される角度であって、かつガス種毎に設定される角度を有する複数のガス孔51が形成されたガス供給管50が、複数のガス種に対応して処理容器10内に複数配置されてもよい。この場合、複数のガス種に応じて使用するガス供給管50を切り替える切替部を有する。バルブV1、V2、V3は、複数のガス供給管50から製品基板Wに使用するガスに応じて使用するガス供給管50を切り替える切替部の一例である。
図10に示すように、製品基板W(production)に応じて配置されたガス供給管50のガス孔51の角度を各スロットで変えることで、異なる製品を同時に処理できる場合がある。例えば、図10に示すように、ウエハボート16内の複数の製品基板Wが存在する高さの範囲Aの上半分がガス孔タイプaのガス孔51、下半分がガス孔タイプbのガス孔51であるガス供給管50を処理容器10内に配置してもよい。これにより、上半分のガス孔タイプaのガス孔51では一プロセスに応じた処理を実行し、下半分のガス孔タイプbのガス孔51では他プロセスに応じた処理を実行できる。これにより、メンテナンスを行うことなく様々な製品基板Wの処理を一度に行うことができる。
なお、同一の高さに配置されたガス孔の数は2つに限らず、3つ以上にしてもよい。ガス供給管50は、石英だけでなく、SiO2、SiC、金属部材及びステンレス(SUS)などの他部材でも同様に複数のガス孔51を形成できる。
なお、上記の実施形態では、成膜方法の一例としてALD法を説明したが、これに限定されず、例えば化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法においても同様に適用できる。また、成膜工程に限らず、クリーニングガスを供給し、CVD法により処理容器10内をクリーニングする処理にも適用できる。例えば、角度の異なるガス孔からクリーニングガスを供給することで、ガス供給管50a、50b、50cの裏側のクリーニングや、BTM部の重点的なガス供給等に適用できる。更に、エッチングガスを供給し、CVD法により処理容器10内をエッチングする処理にも適用できる。原料ガス及び反応ガスによる成膜のみならず、原料ガスのみでポリシリコン膜を成膜するなど形成する膜の種類は限らない。
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置によれば、膜の面内分布の制御性を高めることができる。
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。
1 成膜装置
10 処理容器
16 ウエハボート
50a、50b、50c ガス供給管
51a、51b、51c ガス孔
62 排気部
100 制御部
W ウエハ
10 処理容器
16 ウエハボート
50a、50b、50c ガス供給管
51a、51b、51c ガス孔
62 排気部
100 制御部
W ウエハ
Claims (9)
- 処理容器と、
前記処理容器内に鉛直方向に延在して配置され、複数のガス孔を有するガス供給管と、
前記処理容器内に鉛直方向に複数の製品基板を含む基板を収容するように構成されたボートと、を有し、
前記複数のガス孔から供給されるガスにより前記複数のガス孔のそれぞれに対応する前記基板のそれぞれに膜を形成する成膜装置であって、
前記複数のガス孔のうち前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に対応して配置された複数のガス孔は、前記複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸と、前記ガス供給管の中心軸と、を結ぶ仮想線に対して前記ガス供給管の中心軸上の点から同一角度で同一の高さに開口する複数の第1ガス孔を含む、成膜装置。 - 前記複数の第1ガス孔の角度は、前記処理容器の高さに応じて設定される、
請求項1に記載の成膜装置。 - 前記複数の第1ガス孔の角度は、前記複数の第1ガス孔に対応する前記複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される、
請求項1又は2に記載の成膜装置。 - 前記複数の第1ガス孔の角度は、前記複数の製品基板が存在する高さの範囲を複数のゾーンに分けたとき、前記複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じた角度をゾーン毎に設定する、
請求項1又は2に記載の成膜装置。 - 前記複数の第1ガス孔の角度は、膜の形成に使用するガス種毎に設定される、
請求項1~4のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記複数の第1ガス孔は、同一の高さに2つの前記開口を一組として設けられる、
請求項1~5のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記複数の第1ガス孔は、異なる高さに複数組設けられる、
請求項6に記載の成膜装置。 - 前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に配置された前記複数のガス孔は、
前記複数の製品基板の中心軸と前記ガス供給管の中心軸とを結ぶ仮想線と同一方向に開口する第2ガス孔を含む、
請求項1~7のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される角度であって、かつガス種毎に設定される角度を有する前記複数の第1ガス孔が形成された前記ガス供給管が、複数のガス種に対応して前記処理容器内に複数配置され、
複数の前記ガス供給管から供給するガス種に応じて使用する前記ガス供給管を切り替える切替部を有する、
請求項1~8のいずれか一項に記載の成膜装置。
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