JP4838083B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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この付着物がパーティクル等の原因になることがあり、問題となる。
(1)基板を処理する反応容器と、
基板を支持する支持具と、
前記反応容器内に前記支持具を搬入した状態で前記反応容器を気密にシールするシールキャップと、
前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、
前記反応容器内にパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記反応容器内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ラインと、
前記反応容器内を排気する排気ラインと、
前記反応容器内から前記支持具を搬出した状態で前記反応容器を閉塞するシャッタと、 前記反応容器と前記シャッタとの間に設けられ前記反応容器と前記シャッタとの間を気密にシールする第一シール部材と、
前記反応容器と前記シャッタとの間であって前記第一シール部材よりも内側または外側に設けられ前記反応容器と前記シャッタとの間を気密にシールする第二シール部材と、
前記反応容器と前記シャッタと前記第一シール部材と前記第二シール部材とで囲まれる空間を真空引きする真空ポンプと、
前記反応容器を前記シャッタにより閉塞するとともに、前記反応容器と前記シャッタと前記第一シール部材と前記第二シール部材とによって囲まれる空間を真空引きした状態で、前記反応容器内にパージガスまたはクリーニングガスを供給して前記反応容器をパージまたはクリーニングするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
(2)基板を支持具に装填するステップと、
基板を装填した前記支持具を反応容器内に搬入してシールキャップにより前記反応容器を気密にシールするステップと、
前記反応容器内に処理ガスを供給して基板を処理するステップと、
前記シールキャップによる前記反応容器のシールを解除して処理後の基板を装填した前記支持具を前記反応容器内から搬出するステップと、
前記反応容器内から前記支持具を搬出した状態で、前記反応容器を第一シール部材と、その内側または外側に設けられた第二シール部材とを介してシャッタにより閉塞するステップと、
前記反応容器と前記シャッタと前記第一シール部材と前記第二シール部材とで囲まれる空間を真空引きした状態で、前記反応容器内にパージガスまたはクリーニングガスを供給して前記反応容器をパージまたはクリーニングするステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(3)前記(1)において、好ましくは前記反応容器を前記シャッタにより閉塞した状態で、前記シャッタと前記反応容器をクランプするクランプ機構を有する基板処理装置。
(4)前記(2)において、好ましくは前記反応容器を前記シャッタにより閉塞するステップでは、前記シャッタと前記反応容器をクランプ機構によりクランプする半導体装置の製造方法。
(5)前記(1)において、前記コントローラは、前記反応容器のパージまたはクリーニングを、前記反応容器内から前記支持具を搬出した後の基板冷却、基板搬送(処理済基板の前記支持具からの回収、次に処理する基板の前記支持具への搬送)と並行して行うように制御する基板処理装置。
(6)前記(2)において、前記反応容器をパージまたはクリーニングするステップは、前記反応容器内から前記支持具を搬出した後の基板冷却、基板搬送(処理済基板の前記支持具からの回収、次に処理する基板の前記支持具への搬送)と並行して行う半導体装置の製造方法。
図1は本発明の一実施の形態であるCVD装置において、反応容器内から支持具を搬出した状態で反応容器をシャッタで閉塞した状態を示す縦断面図であり、図2はその状態における炉口部の詳細構造を示す縦断面図であり、図3は反応容器内に基板を装填した支持具を搬入した状態で反応容器をシールキャップで閉塞した状態すなわち成膜ステップ時を示す縦断面図である。
処理炉21は加熱機構(加熱手段)としてのヒータ22を有する。ヒータ22は円筒形状であり、支持板としてのヒータベース12に支持されることにより垂直に据え付けられている。
アウタチューブ24は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ25の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ25と同心円状に設けられている。
インナチューブ25は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ25の筒中空部には処理室26が形成されており、基板としてのウエハ1を後述するボート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。
マニホールド27はインナチューブ25とアウタチューブ24とに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド27がヒータベース12に支持されることにより、プロセスチューブ23は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ23とマニホールド27により反応容器が形成される。
なお、マニホールド27とアウタチューブ24との間には、シール部材としてのOリング28(図3参照)が設けられている。
排気管30のマニホールド27との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ31および圧力調整装置(可変コンダクタンスバルブ)32を介して真空ポンプ等の真空排気装置33が接続されており、処理室26内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。
圧力調整装置32および圧力センサ31には圧力制御部34が、電気配線Bによって電気的に接続されている。
圧力制御部34は圧力センサ31により検出された圧力に基づいて圧力調整装置32により処理室26内の圧力が所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
シールキャップ35は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ35の上面には、マニホールド27の下端と当接するシール部材としてのOリング36(図3参照)が設けられている。
回転機構37およびボートエレベータ13には、駆動制御部39が電気配線Aによって電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
ウエハ1の周縁部が同一段の複数個のスロット44に同時に挿入されることにより、ボート40は複数枚のウエハ1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40の下方には、ボート40と同様な形状の断熱板ホルダ45がボート40を支持するように設けられ、この断熱板ホルダ45により、断熱部材としての断熱板45aが水平姿勢で多段に複数枚支持されている。断熱板45aは例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて、円板形状に形成されており、ヒータ22からの熱がマニホールド27側に伝わり難くなるよう構成されている。
ヒータ22と温度センサ46とには温度制御部47が、それぞれ電気配線Dによって電気的に接続されている。
温度制御部47は温度センサ46により検出された温度情報に基づきヒータ22への通電具合を調整することにより、処理室26内の温度を所望の温度分布とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
第一処理ガス供給源54は第一処理ガスとしてのクロル系シランガスを供給するように構成されている。
クロル系シランガスとしては、ジクロロシラン(SiH2 Cl2 、略称DCS)、トリクロロシラン(SiHCl3 、略称TCS)、ヘキサクロロジシラン(Si2 Cl6 、略称HCD)等がある。
MFC52にはガス流量制御部55が電気配線Cによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部55は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC52を制御するように構成されている。
第二処理ガス供給源59は第二処理ガスとしてアンモニア(NH3 )ガスを供給するように構成されている。
MFC57にはガス流量制御部55が電気配線Cによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部55は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC57を制御するように構成されている。
クリーニングガス供給源64はクリーニングガスを供給するように構成されている。
クリーニングガスとしては弗素(F2 )、弗化窒素(NF3 )、弗化塩素(ClF3 )弗化硫黄(SF6 )、塩素(Cl)等のハロゲン化ガスがある。
MFC62にはガス流量制御部55が電気配線Cによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部55は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC62を制御するように構成されている。
パージガス供給源69はパージガスとしての窒素(N2 )ガスを供給するように構成されている。
MFC67にはガス流量制御部55が電気配線Cによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部55は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC67を制御するように構成されている。
なお、図1および図3においては便宜上、第一処理ガス供給ライン51、第二処理ガス供給ライン56およびクリーニングガス供給ライン61が上下方向にずらされて図示されているが、実際上は周方向にずらして配管してもよい。
図2に示されているように、シャッタ装置70はロータリーアクチュエータ71を備えており、ロータリーアクチュエータ71は筐体11の天井壁に垂直方向下向きに設置されている。ロータリーアクチュエータ71の回転軸72にはアーム73が水平面内において回転するように固定されており、アーム73の自由端部にはベース74が一体的に回動するように水平に支持されている。
ベース74の周辺部にはクランプ機構を構成するシリンダ装置75が径方向外向きに設置されており、シリンダ装置75のピストンロッド76の先端には傾斜面部77が形成されている。傾斜面部77はマニホールド27に固定された固定側部材78の傾斜面部79に対向するようになっている。
ベース74の上にはシャッタ81が水平に配置されて、スプリング80によってフローティング支持(独立懸架)されている。
そして、シリンダ装置75のピストンロッド76が径方向外向きに伸長すると、傾斜面部77が固定側部材78の傾斜面部79を摺動することにより、ベース74が相対的に上昇する状態になるために、ベース74はスプリング80を介してシャッタ81をマニホールド27の下面に押接させてクランプする。
なお、図示は省略するが、シリンダ装置75や傾斜面部77、79からの発塵によるボート40やウエハ1等の汚染を防止するために、シャッタ装置70にはシリンダ装置75や固定側部材78を被覆するカバーが設置されている。
図示は省略するが、シャッタ81の上面における第二Oリング83の内側には、弗化ニッケル(NiF)コーティング処理による耐腐食表面処理が施されている。
なお、環状溝84はシャッタ81の上面の第一Oリング82と第二Oリング83とで囲まれる部位に設けるようにしてもよい。
図1に示されているように、排気ライン85の他端には圧力検出器としての圧力センサ86および圧力調整装置(可変コンダクタンスバルブ)87を介して真空ポンプ等の真空排気装置88が接続されており、環状溝84内、すなわち反応容器(マニホールド27)と、シャッタ81と、第一Oリング82と、第二Oリング83とで囲まれる空間の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。
圧力調整装置87および圧力センサ86には圧力制御部89が、電気配線Eによって電気的に接続されている。
圧力制御部89は圧力センサ86により検出された圧力に基づいて圧力調整装置87により環状溝84内の圧力が所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
圧力制御部34、駆動制御部39、温度制御部47、ガス流量制御部55、圧力制御部89および主制御部90はコントローラ91として構成されている。
なお、以下の説明において、CVD装置を構成する各部の動作はコントローラ91により制御される。
この状態で、シールキャップ35はOリング36を介してマニホールド27の下端をシールした状態となる。
また、処理室26内が所望の温度となるようにヒータ22によって加熱される。
この際、処理室26内が所望の温度分布となるように温度センサ46が検出した温度情報に基づきヒータ22への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構37によってボート40が回転されることにより、ウエハ1が回転される。
供給されたガスは処理室26内を上昇し、インナチューブ25の上端開口から筒状空間29に流出して排気管30から排気される。
ガスは処理室26内を通過する際にウエハ1の表面と接触し、この際に熱CVD反応によってウエハ1の表面上にSi3 N4 膜等の薄膜が堆積(デポジション)される。
なお、薄膜の堆積ステップでの処理条件としては、例えば、処理温度は350〜900℃、処理圧力は10〜10000Paが例示される。
その後、処理済ウエハ1は冷却された後(ウエハ冷却ステップ)、ボート40より取り出される(ウエハディスチャージステップ)。
その際に、副生成物はガスの流れの無い部分や低温部分に生成される。その副生成物は再揮発したり蒸発することにより、パーティクルの原因となることが判明している。
すなわち、まず、ロータリーアクチュエータ71の回転軸72によってアーム73が水平面内において回動されることにより、アーム73にベース74を介して支持されたシャッタ81がマニホールド27の下端開口に当接される。
次いで、シリンダ装置75のピストンロッド76が径方向外向きに伸長されると、傾斜面部77が固定側部材78の傾斜面部79を摺動することにより、ベース74が相対的に上昇した状態になるために、ベース74はスプリング80を介してシャッタ81をマニホールド27の下面に押接させてクランプする。
この際に、圧力制御部89は圧力センサ86により検出された圧力に基づいて、圧力調整装置87により環状溝84内の圧力を所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御する。
この際に、ガス流量制御部55は供給する窒素ガス94の流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC67を制御する。
したがって、処理室26内に残留した副生成物が再揮発したり蒸発することにより、パーティクルの原因となる現象は未然に防止されることになる。
なお、真空引きしながら窒素ガスを供給するパージの代わりに、真空引きと不活性ガスの供給を複数回繰り返すサイクルパージを行うようにしてもよい。サイクルパージの場合、反応容器内の圧力を急激に変動させることができ、より高いパージ効果が得られる。
処理温度は350℃〜900℃、処理圧力は13.33Pa〜100000Pa、窒素ガスの流量は0.1slm〜20slm。
図4において、縦軸には反応容器内圧力すなわち排気管30の圧力センサ31が指示する圧力値(kPa)が取られており、横軸にはパージガス供給源69やパージガス供給ライン66から反応容器内に供給する窒素ガスの流量(slm)が取られている。また、図中、曲線H、I、J、Kの圧力値はシャッタシール時のシャッタのシール圧力値すなわち排気ライン85の圧力センサ86により検出された圧力値を示している。
図4によれば、シャッタのシール圧力値と反応容器内の圧力値とが同等になった時に、シール外れが生じることが判る。
一般に、反応容器内圧力は60kPa未満に抑えられるので、シャッタ81のシール圧力値を50kPa以上に設定することにより、シール外れを防止することができる。
なお、シャッタパージステップではサイクルパージを実施した。
図5、図6および図7において、左側の縦軸にはパーティクルの個数が取られており、右側の縦軸は累積膜厚(μm)が取られており、横軸にはバッチ処理(成膜工程)の回数(RUN)が取られている。
折れ線グラフは累積膜厚の変化を表しており、●はボートの上端部(トップ)のウエハに付着したパーティクルの個数、▲はボートの中央部(センタ)のウエハに付着したパーティクルの個数、*はボートの下端部(ボトム)のウエハに付着したパーティクルの個数をそれぞれ表している。
図5によれば、バッチ処理回数の初期において、累積膜厚が急激に増加し、また、パーティクルの個数は全体的に多くなっていることが判る。
図5と図6と図7との比較によれば、シャッタパージステップを2回に1回実施すれば、従来よりもパーティクルを低減することができ、シャッタパージステップを毎回実施すれば、2回に1回実施する場合よりもパーティクルを低減することができ、従来と比較すると大幅にパーティクルを低減することができるのが判る。
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、成膜ステップの終了後に、シャッタ装置70によってマニホールド27の下端開口を気密に封止した状態で、処理室26内すなわち反応容器内にクリーニングガスを供給することにより、反応容器内に堆積した副生成物を除去するものとした点である。
この際に、ガス流量制御部55は供給するクリーニングガス95の流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC62を制御する。
したがって、処理室26内に堆積した副生成物が再揮発したり蒸発することにより、パーティクルの原因となる現象は未然に防止されることになる。
処理温度は200℃〜800℃、処理圧力は13.33Pa〜90000Pa、弗素ガスの流量は1slm〜10slm。
図9および図10において、左側の縦軸にはパーティクルの個数が取られており、右側の縦軸は累積膜厚(Å)が取られており、横軸にはバッチ処理(成膜工程)の回数(RUN)が取られている。
図9および図10において、折れ線グラフは累積膜厚の変化を表している。
図9において、○はボートの上端部(トップ)のウエハに付着したパーティクルの個数、×はボートの中央部(センタ)の上端部のウエハに付着したパーティクルの個数、△はボートの中央部(センタ)の中央のウエハに付着したパーティクルの個数、◇はボートの中央部(センタ)の下端部のウエハに付着したパーティクルの個数、□はボートの下端部(ボトム)のウエハに付着したパーティクルの個数をそれぞれ表している。
なお、図9の場合のパーティクルの平均個数は、19.5個であった。
図10において、○はボートの上端部(トップ)のウエハに付着したパーティクルの個数、△はボートの中央部(センタ)のウエハに付着したパーティクルの個数、□はボートの下端部(ボトム)のウエハに付着したパーティクルの個数をそれぞれ表している。
なお、図10の場合のパーティクルの平均個数は、7.1個であった。
図9と図10との比較によれば、シャッタクリーニングステップを膜厚1nm毎に実施してもパーティクルの発生を低減できるが、シャッタクリーニングステップを毎回実施することにより、累積膜厚の増加およびパーティクルの発生をより低減することができるのが判る。
また、シャッタパージステップおよびシャッタクリーニングステップは、定期的に実施するに限らず、不定期的に実施してもよい。
Claims (2)
- 基板を処理する反応容器と、
基板を支持する支持具と、
前記反応容器内に前記支持具を搬入した状態で前記反応容器を気密にシールするシールキャップと、
前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、
前記反応容器内にパージガスを供給するパージガス供給ラインと、
前記反応容器内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ラインと、
前記反応容器内を排気する排気ラインと、
前記反応容器内から前記支持具を搬出した状態で前記反応容器を閉塞するシャッタと、 前記反応容器と前記シャッタとの間に設けられ前記反応容器と前記シャッタとの間を気密にシールする第一シール部材と、
前記反応容器と前記シャッタとの間であって前記第一シール部材よりも内側または外側に設けられ前記反応容器と前記シャッタとの間を気密にシールする第二シール部材と、
前記反応容器と前記シャッタと前記第一シール部材と前記第二シール部材とで囲まれる空間を真空引きする真空ポンプと、
前記反応容器を前記シャッタにより閉塞するとともに、前記反応容器と前記シャッタと前記第一シール部材と前記第二シール部材とによって囲まれる空間を前記反応容器内の圧力よりも大きい圧力となるように真空引きした状態で、前記反応容器内にパージガスまたはクリーニングガスを供給して前記反応容器をパージまたはクリーニングするように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 基板を支持具に装填するステップと、
基板を装填した前記支持具を反応容器内に搬入してシールキャップにより前記反応容器を気密にシールするステップと、
前記反応容器内に処理ガスを供給して基板を処理するステップと、
前記シールキャップによる前記反応容器のシールを解除して処理後の基板を装填した前記支持具を前記反応容器内から搬出するステップと、
前記反応容器内から前記支持具を搬出した状態で、前記反応容器を第一シール部材と、その内側または外側に設けられた第二シール部材とを介してシャッタにより閉塞するステップと、
前記反応容器と前記シャッタと前記第一シール部材と前記第二シール部材とで囲まれる空間を前記反応容器内の圧力よりも大きい圧力となるように真空引きした状態で、前記反応容器内にパージガスまたはクリーニングガスを供給して前記反応容器をパージまたはクリーニングするステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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