JP5950892B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
一般に、半導体装置の製造工程で用いられる枚葉式の基板処理装置は、ウエハ（基板）を処理する際のウエハ加熱方式として、抵抗加熱ヒータを用いている。しかし、抵抗加熱ヒータを用いた方式では、減圧下においては例えば抵抗加熱ヒータとウエハとの接触面から熱が伝熱される為、温度安定までに時間を要し、ひいては生産性を低下させる主要因となっている。解決策として、ウエハにランプを配置し、そのランプからの輻射熱を用いて加熱する方式が有効である。ウエハ全面を均等に加熱することができ、且つ短時間で昇降温できる事から、基板の処理温度まで上昇させるための時間である所謂プレヒート時間の大幅短縮が可能となる。
ランプ加熱方式としては、基板処理面（表面）から加熱する方法や、基板裏面から加熱する方法が考えられる。枚葉装置にランプ加熱方式を採用する場合、ガスを均一に供給するために基板表面と対向する処理室天井にガス供給機構を設けることが多く、このような機構的制限から、基板裏面にランプを配置し加熱することが考えられる。
基板に薄膜を形成する方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が存在する。ＡＬＤ法は、原料ガスと反応ガスを基板表面で反応させて薄膜を形成するものである。この方法では、原料ガスと反応ガスを基板表面以外で反応させないために、各ガスを供給する間に、残ガスを除去するためのパージ工程を有することが望ましい。ＡＬＤ法は、原子レベルで膜厚を制御可能であることから、例えばステップカバレッジの高い溝等に膜を形成する際に有効な手法である。従って、高い生産性を維持しつつ、ステップカバレッジの高い溝等に薄膜を形成する際は、ランプを用いてＡＬＤ法で処理することが有効である。
ところで、ランプ加熱方式をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積）成膜に採用する場合、以下の課題が想定される。
基板裏面に回り込んだガスがランプ表面に付着し、ランプ上（ランプを格納したランプ格納室と処理室との間に形成される窓）に膜を形成してしまうため、熱伝導特性が大幅に変化し、ウエハ温度のばらつきが大きくなる点である。このようなランプ表面への膜付着を防止するために、ウエハ裏面にガスが回りこまないようウエハ裏面の空間の圧力をウエハ表面の圧力よりも高くすることが考えられるが、差圧によってウエハが持ち上がり、その結果ウエハの位置ズレが発生してしまう。ウエハが位置ズレを起こさないよう、ウエハ表面及び裏面領域が同圧になる様に圧力制御することが考えられるが、ガスの供給を切り替えた際の急峻な圧力変動に追従することができず、結果的に基板位置ズレが起きてしまう。基板の位置ズレによってガスがウエハ裏面へ入り込み、ランプ表面への成膜が発生してしまうことが考えられる。
そこで、本発明の目的は、前述した課題を解決し、高い生産性を維持しつつ、ステップカバレッジの高い溝等に薄膜を形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
前記した課題を解決するために、本発明に係る基板処理装置は、
基板が処理される基板処理室と、
基板を処理する際に複数の処理ガスを交互に前記基板処理室に供給するガス供給部と、
前記基板の裏面の一部を保持する保持機構と、前記保持機構を支持する支持部とを有する基板保持部と、
前記基板を裏面から加熱する加熱部と、
前記基板保持部が待機する待機室と、
前記基板処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くするよう前記ガス供給部及び／またはガス排気部を制御する制御部と
を有する基板処理装置である。
更に別の形態によれば、
基板保持部が待機室で待機すると共に基板処理ポジションにて基板を保持し、基板表面を処理室雰囲気に晒す工程と、
前記基板を前記裏面から加熱しつつ、前記処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くなるように、複数の処理ガスを交互に処理室に供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法である。
本発明によれば、高い生産性を維持しつつ、ステップカバレッジの高い溝等に薄膜を形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理の成膜シーケンス例である。 本発明の実施形態に係る基板処理の成膜処理のフロー例である。 本発明の実施形態に係るプレヒート時の基板処理装置を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る基板処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、基板２００上に薄膜を形成する装置であり、図１に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。
図１に示すとおり、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２の側壁や底壁は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。
処理容器２０２は、上部処理容器２０２ａと下部処理容器２０２ｂ、天井部であるシャワーヘッド２３０で構成される。
上部処理容器２０２ａ及びシャワーヘッド２３０の下端に囲まれた空間であって、ウエハ（基板）２００よりも上方の空間を処理空間１０１と呼び、下部処理容器２０２ｂに囲まれた空間であって、ウエハ２００よりも下方の空間を搬送空間（待機室）１０２と呼ぶ。上部処理容器２０２ａ及びシャワーヘッド２３０の下端で構成され、処理空間１０１を囲む構成を処理室２０１と呼ぶ。
下部処理容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した図示しない基板搬入出口が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部処理容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。また、後述する基板保持台２１０及び基板２００の裏面方向に加熱部であるランプヒータ２１３を有している。
処理室２０１内には、ウエハ２００を保持する基板保持部２１０が位置するよう構成される。基板保持部２１０は、ウエハ２００の裏面を保持する保持機構２１０ａとリフトピン２０７に支持される保持部２１０ｂを有する。保持機構２１０ａのウエハ載置面の高さ位置は、保持部２１０ｂの表面の高さ位置に比べ低い位置に構成され、載置面にウエハ２００が載置される際、ウエハ２００の表面が保持部２１０ｂの表面と同じ高さとなるよう構成される。このようにすることで、後述する第五ガス供給部から供給されるガス流れが、ウエハ２００の側面に影響を与えないようにしている。
また、基板保持部２１０は、ウエハ２００の外周部を支持するよう構成される。下部容器２０２ｂには、リフトピン２０７が貫通する貫通孔が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。
基板保持部２１０はリフトピン２０７によって支持される。リフトピン２０７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてリフトピン２０７及び基板保持部２１０を昇降させることにより、基板保持部２１０上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、リフトピン２０７下端部の周囲は図示しないベローズにより覆われており、処理容器２０２内は気密に保持されている。
基板保持部２１０、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面が基板搬入出口の位置（ウエハ搬送位置）となるよう下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理室２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。
（ガス導入口）
処理室２０１の上部に設けられる後述するシャワーヘッド２３０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂ、ガス導入口２４１ｃが設けられている。ガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂ、ガス導入口２４１ｃに接続されるガス供給部の構成については後述する。
（シャワーヘッド）
ガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂ、ガス導入口２４１ｃと処理室２０１との間には、処理室２０１に連通するガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０が設けられている。ガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂ、ガス導入口２４１ｃは上部容器２０２ａに接続されている。ガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂ、ガス導入口２４１ｃから導入されるガスは上部容器２０２ａに設けられた孔を介してシャワーヘッド２３０のバッファ室２３２に供給される。バッファ室２３２は、上部容器２０２ａと分散板２３４に囲まれるように形成される。
シャワーヘッドの蓋部分は導電性のある金属で形成され、バッファ室２３２内、又は処理室２０１内でプラズマを生成する場合には、電極として用いられる場合もある。その場合、蓋部分と上部容器２０２ａとの間には絶縁ブロックが設けられ、蓋部分と上部容器２０２ａの間を絶縁している。
シャワーヘッド２３０は、バッファ室２３２と処理室２０１の処理空間１０１との間に、ガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂから導入されるガスを分散させるための分散板２３４を備えている。分散板２３４には、複数の貫通孔が設けられている。分散板２３４は、ウエハ２００の上方にウエハ２００と対向するように配置されている。
（供給系）
シャワーヘッド２３０の蓋に相当する上部容器２０２ａに接続されたガス導入口２４１ａ、ガス導入口２４１ｂ、ガス導入口２４１ｃには、それぞれガス供給管が接続されている。ガス導入孔２４１ａには、第一ガス供給管２４３ａが接続されており、ガス導入孔２４１ｂには、第二ガス供給管２４３ｂが接続されている。更に、ガス導入孔２４１ｃには第三ガス供給管２４３ｃが接続されている。
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給部からは第一ガスＡ（例えばＴｉＣｌ４）及びキャリアガス（例えばＮ２）が処理室２０１に供給され、第二ガス供給管２４３ｂを含む第二ガス供給部からは第二ガスＢ（例えばＮＨ３）及びキャリアガス（例えばＮ２）が処理室２０１に供給される。第三ガス供給部からはパージガスが処理室２０１に供給される。第四ガス供給部からはパージガスが待機室１０２に供給される。第五ガス供給部からはパージガスが処理室２０１に供給される。以下に各供給系の詳細を説明する。
（第一ガス供給部）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４４ａ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）及び開閉弁であるバルブが設けられている。
第一ガス供給管２４３ａから、第一元素を含有するガス（以下、「第一元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ、バルブ、ガス供給管２４１ａ、シャワーヘッド２３０（バッファ室２３２）を介して処理室２０１に供給される。
第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第一元素含有ガスは、例えばＴｉＣｌ４である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばチタン含有ガスである。なお、第一元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２３４ａとマスフローコントローラとの間に、図示しない気化器を設ければよい。
ここでは気体として説明する。
第一ガス供給管２４３ａのバルブよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ａ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）及び開閉弁であるバルブが設けられている。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
第一不活性ガス供給管２４６ａからは、マスフローコントローラ、バルブ、第一ガス供給管２４３ａを介して、不活性ガスが、シャワーヘッド２３０（バッファ室２３２）、処理室２０１内に供給される。不活性ガスは、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第一ガス供給管２４３ａ、第一ガス供給管２４３ａに設けられたマスフローコントローラ、バルブにより、第一元素含有ガス供給部（チタン含有ガス供給部ともいう）が構成される。
また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、第一不活性ガス供給管２４６ａに設けられたマスフローコントローラ及びバルブにより第一不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
更には、第一ガス供給源２４４ａ、第一不活性ガス供給部を、第一元素含有ガス供給部に含めて考えてもよい。
（第二ガス供給部）
第二ガス供給管２４３ｂの上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、及び開閉弁であるバルブが設けられている。
第二ガス供給管２４３ｂからは、第二元素を含有するガス（以下、「第二元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ、バルブ、ガス供給管２４３ｂ、シャワーヘッド２３０（バッファ室２３２）を介して、処理室２０１内に供給される。第二元素含有ガスは、リモートプラズマユニットによりプラズマ状態とされて、ウエハ２００上に照射されてもよい。
第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第二元素含有ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。本実施形態では、第二元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスであるとする。具体的には、窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
主に、第二ガス供給管２４３ｂ、第二ガス供給管２４３ｂに設けられたマスフローコントローラ、バルブにより、第二元素含有ガス供給部（窒素含有ガス供給部ともいう）が構成される。
また、第二ガス供給管２４３ｂのバルブよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４６ｂの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４６ｂには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、及び開閉弁であるバルブが設けられている。
第二不活性ガス供給管２４６ｂからは、マスフローコントローラ、バルブ、第二ガス供給管２４３ｂを介して、不活性ガスが、シャワーヘッド２３０（バッファ室２３２）、処理室２０１内に供給される。不活性ガスは、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第二不活性ガス供給管２４６ｂ、第二不活性ガス供給管２４６ｂに設けられたマスフローコントローラ及びバルブにより第二不活性ガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第二ガス供給管２４４ｂを第二不活性ガス供給部に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源２４４ｂ、第二不活性ガス供給部を、第二元素含有ガス供給部に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給部）
第三ガス供給管２４３ｃには、上流方向から順に、不活性（第三）ガス供給源２４８、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、開閉弁であるバルブが設けられている。
第三ガス供給管２４３ｃから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ、バルブをシャワーヘッド２３２、処理室１０１に供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に不活性ガス供給管２４３ｃ、マスフローコントローラ、バルブによってパージガス供給部である第三ガス供給部が構成される。尚、不活性ガス源を第三ガス供給部に含めても良い。
第三ガス供給部からシャワーヘッド２３２に供給された不活性ガスによってシャワーヘッド２３２内のガスを排気する。
（第四ガス供給部）
待機室１０２には、下部容器２０２ｂの側面に設けられた、不活性ガスを供給する、第四ガス供給部が設けられている。不活性ガス供給口２５０ａより不活性ガスが供給される。第四ガス供給管２５０ｂには、上流方向から順に、不活性（第四）ガス供給源２５０ｅ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５０ｄ、及び開閉弁であるバルブ２５０ｃが設けられている。
第四ガス供給管２５０ｂから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２５０ｄ、バルブ２５０ｃを介して待機室１０２に供給される。このパージガスによって、待機室の雰囲気を排気したり、後述するように処理室２０１との圧力を相対的に制御する。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に不活性ガス供給管２５０ｂ、マスフローコントローラ２５０ｄ、バルブ２５０ｃによって待機室不活性ガス供給部である第四ガス供給部が構成される。尚、不活性ガス源を第四ガス供給部に含めても良い。
（第五ガス供給部）
後述する狭空間領域２７０には、第五ガス供給部が接続される。第五ガス供給管２７１ａには、上流方向から順に、不活性（第五）ガス供給源２７１ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７１ｃｄ、及び開閉弁であるバルブ２７１ｄ、バッファ空間２７１ｅが設けられている。バッファ空間２７１ｅは基板２００外周を囲むように円周状に形成されており、基板２００の外周に向けて第五ガスを供給する。
第五ガス供給管２７１ａから、マスフローコントローラ２７１ｃ、バルブ２７１ｄ、バッファ空間２７１ｅを介して処理室２０１内であって、基板２００の外周に第五ガスが供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に不活性ガス供給管２７１ａ、マスフローコントローラ２７１ｃ、バルブ２７１ｄ、バッファ空間２７１ｅによって第五ガス供給部が構成される。尚、不活性ガス源２７１ｂを第五ガス供給部に含めても良い。
（第一の排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁側面には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２２が接続されており、排気管２２２には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２２、圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４により第一の排気系（排気ライン）が構成される。
（第二の排気系）
待機室１０２には、下部容器２０２ｂの内壁側面に設けられた、前述した不活性ガス供給口２５０ａから不活性ガスが供給される。待機室１０２（下部容器２０２ｂ）の内壁側面には、待機室１０２内の雰囲気を排気する排気口２２５が設けられている。排気口２２５には排気管２２６が接続されており、排気管２２６には、待機室１０２内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２７、真空ポンプ２２８が順に直列に接続されている。主に、排気口２２５、排気管２２６、圧力調整器２２７、真空ポンプ２２８により第二の排気系（排気ライン）が構成される。
（差圧計）
処理容器２０２の側面には、処理室２０１の内部雰囲気と待機室１０２の内部雰囲気との差圧を測定する差圧計２２９が設けられている。この差圧計２２９の出力値を基に、ガス供給部及び／またはガス排気部が、処理室２０１と待機室１０２の圧力制御を行う。
（コントローラ）
基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２６０を有している。コントローラ２６０は、演算部２６１及び記憶部２６２を少なくとも有する。コントローラ２６０は、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部から基板処理装置のプログラムや制御レシピを呼び出し、その内容に応じて各構成を制御する制御部として機能する。
（狭空間領域）
上部容器２０２ａの内壁側面には、狭空間形成部材５が設けられている。この狭空間形成部材５から基板２００の外周の周辺領域に形成した狭空間領域２７０に、第五ガス供給部から不活性ガスであるパージガス２７１を供給し、更に、この狭空間領域２７０より基板２００の周辺から均等に基板２００上にパージガスが流れ出る構造とする。更に、狭空間領域２７０の圧力を基板２００の表面領域である基板処理室２０１の圧力より高圧に保持することにより、原料ガスの狭空間領域２７０への原料ガスの拡散を防止、更には基板２００の裏面領域である待機室１０２への原料ガスの拡散を防止する
（２）基板処理工程
次に、基板処理装置１００としての基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程について、図２、図３、図４を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる成膜シーケンス例であり、図３は、本発明の実施形態にかかる成膜工程のフローの例であり、図４は、基板をプレヒートする際の基板２００とランプヒータ２１３の位置関係を示す図である。図４においては、説明の便宜上図１中の関連箇所のみを抜粋しており、一部構成の記載を省略している。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ２６０により制御される。
なお、図においてランプヒータ２１３は、むき出しとなっているが、ランプヒータ２１３を取り囲むようにランプボックスを設けることにより、ランプヒータ２１３にパーティクル等のごみの付着を防止することも可能である。
ここでは、第一元素含有ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用い、第二元素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜としてＴｉＮ膜を形成する例について説明する。また、例えば、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
（基板搬入工程Ｓ１０１）
処理装置１００では基板保持部２１０をウエハ２００の搬送位置まで下降させる。この状態を図４に示す。続いて、ゲートバルブ２０５を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理室内にウエハ２００（処理基板）を搬入し、基板保持部２１０上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００は、基板保持部２１０上に水平姿勢で支持される。
処理容器２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて処理容器２０２内を密閉する。
（プレヒート工程Ｓ１０２）
基板処理装置１００内では基板保持部２１０をウエハ２００の搬送位置まで下降させた状態（この状態を図４に示す）で、ランプヒータ２１３に供給する電力を調整し、基板温度を昇温させ、基板２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する。なお、この時に、基板周辺領域に対向する部分のランプヒータ２１３を基板の中央部分に対向するランプに対して先行してランプ出力を上昇させ、後に基板中央部分に対向するランプヒータ２１３のランプ出力を上昇させても良い。このように制御することにより、基板の中央部と周縁部との温度差を小さくできるため、基板の反りを抑えることが可能となる。基板の反りが起きても膜質への影響は少ないが、基板が反ることで基板保持部と基板の間に隙間ができてしまうことが考えられる。その隙間が発生しないよう、反りを防止することが可能となる。
また、基板２００の円周方向にゾーン分割してランプの出力を制御するようにすることも考えられる。
（リフトアップ工程Ｓ１０３）
その後、基板保持部２１０を上昇させることにより、基板保持部２１０上に基板２００が載置される。
（成膜工程Ｓ１０４）
次に、薄膜形成工程Ｓ１０４を行う。薄膜形成工程Ｓ１０４の基本的な流れについて説明し、本実施形態の特徴部分については詳細を後述する。
薄膜形成工程Ｓ１０４では、シャワーヘッド２３０のバッファ室２３２を介して、処理室２０１内にＴｉＣｌ４ガスを供給する。ＴｉＣｌ４ガスを供給し、所定の時間経過後、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止し、パージガスにより、バッファ室２３２、処理室２０１からＴｉＣｌ４ガスを排出する。
ＴｉＣｌ４ガスを排出後、バッファ室２３２を介して、処理室２０１内にアンモニアガスを供給する。アンモニアガスは、ウエハ２００上に形成されたチタン含有膜と反応し、ＴｉＮ膜を形成する。所定の時間経過後、アンモニアガスの供給を停止し、パージガスによりシャワーヘッド２３０、処理室２０１からアンモニアガスを排出する。
成膜工程１０４では、以上の処理を繰り返すことで、所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成する。
（基板搬出工程Ｓ１０５）
次に、基板保持部２１０を下降させる。その後、ゲートバルブ２０５を開き、ウエハ移載機用いてウエハ２００を処理容器２０３の外へ搬出する。その後、基板処理工程を終了する場合は、第三ガス供給部から処理容器２０２内に不活性ガスを供給することを停止する。
次に、薄膜形成工程Ｓ１０４に関して、図２を用い更に詳細に説明する。
図２の「ＴｉＣｌ４」は第一ガス供給部からＴｉＣｌ４ガスを供給するタイミングを表す。「ＮＨ３」は第二ガス供給部からＮＨ３ガスを供給するタイミングを表す。「Ｃａｒｒｉｅｒ Ａ」は第一ガス供給部のキャリアガスを供給するタイミングを表す。「Ｃａｒｒｉｅｒ Ｂ」は第二ガス供給部のキャリアガスを供給するタイミングを表す。「処理室内 不活性ガス供給」は、第三ガス供給部から供給する不活性ガス（パージガス）を供給するタイミングを表す。「搬送室内 不活性ガス供給」は、第四ガス供給部から不活性ガス（パージガス）を供給するタイミングを表す。尚、上記工程の間、第一排気系から処理室２０１の雰囲気を排気し、更に第二排気系から待機室１０２の雰囲気を排気している。
（Ｓｔｅｐ１）
基板表面にＴｉＣｌ４ガスを供給し、基板上にＴｉ含有膜を形成する。この際、第一ガス供給管のバルブ、第二ガス供給部のバルブ、第三ガス供給部のバルブ、第四ガス供給部のバルブ２５０ｃを閉じた状態で第五ガス供給部のバルブを開とし、第五ガス供給部から処理室２０１内に不活性ガスを供給する。即ち、処理室２０１内に第一処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスが供給される前に、第五ガス供給部から処理室２０１内に所定流量のパージガスを流す。第一処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスよりも先にパージガスを供給することで、第一処理ガスを供給した際に生じる圧力変動による基板のズレを抑え込むと共に、第一処理ガス供給前に狭空間領域２７０に不活性ガスの壁を形成する。
仮に基板の載置位置がズレた場合、そのズレによって処理室２０１と搬送室１０１が連通する可能性があり、その連通箇所を介してガスがランプヒータ２１３に供給し、付着されてしまう。
本実施形態においては、前述のように基板の載置位置ズレを防ぐことで、基板裏面側の待機室１０２に、処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスが入り込むのを防止する。更には、狭空間領域２７０に不活性ガスの壁を形成することで、ガスが狭空間領域に回り込むことない。従って、狭空間内で副生成物が発生されることがない。
第五ガス供給部から不活性ガスの供給を開始した後、所定時間経過後、第一ガス供給管２４３ａのバルブ、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブを開として処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスとそのキャリアガスの供給を開始する。ＴｉＣｌ４ガスの供給を開始した後、バルブ２５０ｃを開として、待機室２０１に不活性ガスを供給する。更に、処理室内のガスが第二ガス供給管２４３ｂへ流れ込むことを防止するために、第二ガス供給管２４３ｂのバルブを閉じた状態で、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブを開とし、処理室２０１の圧力が搬送室の圧力よりも高くなるような流量で不活性ガスの供給を開始する。このようにして段階的にガス供給を開始することで、圧力変動を少なくするので、基板のズレを抑えることができる。
所定の時間経過後、バルブ２７１ｄ、第一ガス供給管２４３ａのバルブ、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブを開としつつ、バルブ２５０ｃを閉じる。更に、所定の時間経過後、第一ガス供給管２４３ａのバルブを閉としてＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このようにして段階的にガス供給を停止することで、圧力変動を少なくすると共に、処理室２０１の圧力が搬送室の圧力よりも高い状態を維持することできるので、基板表面にＴｉ含有膜を形成し次の処理であるＳｔｅｐ２に移行する際でも、より確実に基板のズレを抑えることが可能となる。
（Ｓｔｅｐ２）
Ｓｔｅｐ１の後、バルブ２７１ｄを絞り、狭空間領域２７０から処理室に供給される不活性ガスの流量を絞る。このとき、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブ、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブの開度をＳｔｅｐ１に引き続き維持している。このように制御することで、狭空間領域２７０に残ガスが入り込まないようにすると共に、処理室２０１内の雰囲気を排気する。
尚、更に排気効率を高める場合や、シャワーヘッド内のガス溜まりから残ガスを除去する場合は、第三ガス供給部のバルブを開として、パージガスとしての不活性ガスを供給しても良い。
（Ｓｔｅｐ３）
基板表面にＮＨ３を供給し、基板上にＴｉＮ膜を形成する。この際、第一ガス供給管のバルブ、第二ガス供給管のバルブ、第三ガス供給部のバルブ、第四ガス供給部のバルブ２５０ｃを閉とし、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブ、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブの開とした状態で、第五ガス供給部のバルブを開とし、第五ガス供給部から処理室２０１内に不活性ガスを供給する。即ち、処理室２０１内に第二処理ガスであるＮＨ３ガスが処理室に供給される前に、第五ガス供給部から処理室２０１内に所定流量のパージガスを流す。第二処理ガスであるＮＨ３ガスよりも先にパージガスを供給することで、第二処理ガスを供給した際に生じる圧力変動による基板のズレを抑え込むと共に、第二処理ガス供給前に狭空間領域２７０に不活性ガスの壁を形成する。
仮に基板の載置位置がズレた場合、そのズレによって処理室２０１と搬送室１０１が連通する可能性があり、その連通箇所を介してガスがランプヒータ２１３に供給し、付着されてしまう。
本実施形態においては、前述のように基板の載置位置ズレを防ぐことで、基板裏面側の待機室１０２に、処理ガスであるＮＨ３ガスが入り込むのを防止する。更には、狭空間領域２７０に不活性ガスの壁を形成することで、ガスが狭空間領域に回り込むことない。従って、狭空間内で副生成物が発生されることがない。
また、原料ガスの回り込み防止の不活性ガス（パージガス）流量を、原料ガス（処理ガス）とキャリアガスの総流量に比例させ、且つ、同一タイミングで増減する機能を有することも考えられる。
第五ガス供給部から不活性ガスの供給を開始した後、所定時間経過後、第二ガス供給管２４３ｂのバルブを開として処理ガスであるＮＨ３ガスの供給を開始する。ＮＨ３ガスの供給を開始した後、バルブ２５０ｃを開として、待機室２０１に不活性ガスを供給する。更に、処理室内のガスが第二ガス供給管２４３ｂへ流れ込むことを防止するために、第二ガス供給管２４３ｂのバルブを閉じた状態で、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブを開とし、処理室２０１の圧力が搬送室の圧力よりも高くなるような流量で不活性ガスの供給を開始する。
所定の時間経過後、バルブ２７１ｄ、第二ガス供給管２４３ｂのバルブ、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブを開としつつ、バルブ２５０ｃを閉じる。更に、所定の時間経過後、第二ガス供給管２４３ａのバルブを閉としてＮＨ３ガスの供給を停止する。このようにして段階的にガス供給を停止することで、圧力変動を少なくすると共に、処理室２０１の圧力が搬送室の圧力よりも高い状態を維持することができる。従って、基板表面に所望の膜を形成して次の処理であるＳｔｅｐ４に移行する際でも、より確実に基板のズレを抑えることが可能となる。
（Ｓｔｅｐ４）
Ｓｔｅｐ３の後、バルブ２７１ｄを絞り、狭空間領域２７０から処理室に供給される不活性ガスの流量を絞る。このとき、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブ、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブの開度をＳｔｅｐ１に引き続き維持している。このように制御することで、狭空間領域２７０に残ガスが入り込まないようにすると共に、処理室２０１内の雰囲気を排気する。
尚、更に排気効率を高める場合や、シャワーヘッド内のガス溜まりから残ガスを除去する場合は、第三ガス供給部のバルブを開として、パージガスとしての不活性ガスを供給しても良い。
（Ｓｔｅｐ５）
基板表面にＴｉＣｌ４を供給し、基板上に所望の膜を形成する。この際、第一ガス供給管のバルブ、第二ガス供給管のバルブ、第三ガス供給部のバルブ、第四ガス供給部のバルブ２５０ｃを閉とし、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブ、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブの開とした状態で、第五ガス供給部のバルブを開とし、第五ガス供給部から処理室２０１内に不活性ガスを供給する。即ち、処理室２０１内に第一処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスが処理室に供給される前に、第五ガス供給部から処理室２０１内に所定流量のパージガスを流す。第一処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスよりも先にパージガスを供給することで、第一処理ガスを供給した際に生じる圧力変動による基板のズレを抑え込むと共に、第一処理ガス供給前に狭空間領域２７０に不活性ガスの壁を形成する。
仮に基板の載置位置がズレた場合、そのズレによって処理室２０１と搬送室１０１が連通する可能性があり、その連通箇所を介してガスがランプヒータ２１３に供給し、付着されてしまう。
本実施形態においては、前述のように基板の載置位置ズレを防ぐことで、基板裏面側の待機室１０２に、処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスが入り込むのを防止する。更には、狭空間領域２７０に不活性ガスの壁を形成するので、ガスが狭空間領域に回り込むことがない。従って、狭空間内で副生成物が発生されることがない。
第五ガス供給部から不活性ガスの供給を開始した後、所定時間経過後、第一ガス供給管２４３ａのバルブを開として処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスの供給を開始する。ＴｉＣｌ４ガスの供給を開始した後、バルブ２５０ｃを開として、待機室２０１に不活性ガスを供給する。更に、処理室内のガスが第二ガス供給管２４３ｂへ流れ込むことを防止するために、第二ガス供給管２４３ｂのバルブを閉じた状態で、第二不活性ガス供給管２４６ｂのバルブを開とし、処理室２０１の圧力が搬送室の圧力よりも高くなるような流量で不活性ガスの供給を開始する。
所定の時間経過後、バルブ２７１ｄ、第一ガス供給管２４３ａのバルブ、第一不活性ガス供給管２４６ａのバルブを開としつつ、バルブ２５０ｃを閉じる。更に、所定の時間経過後、第一ガス供給管２４３ａのバルブを閉としてＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このようにして段階的にガス供給を停止することで、圧力変動を少なくすると共に、処理室２０１の圧力が搬送室の圧力よりも高い状態を維持することができる。従って、基板表面に所望の膜を形成して次の処理であるＳｔｅｐ２に移行する際でも、より確実に基板のズレを抑えることが可能となる。
Ｓｔｅｐ５の後、Ｓｔｅｐ２からＳｔｅｐ５を繰り返し、所望の膜厚の窒化チタン膜を形成する。
なお、Ｓｔｅｐ１、Ｓｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５において、常に処理室２０１の圧力を待機室１０２の圧力よりも高くするよう制御するために、差圧計２２９によって処理室２０１と待機室１０２の圧力差を検出し、その出力結果に基づいて、ガス供給部及び／またはガス排気部をコントローラ（制御部）により制御する。このように、常に処理室２０１内の圧力が待機室１０２内の圧力とすることが可能となるため、基板２００の位置ズレが防止され、処理ガスが待機室側に入り込むことを抑制することができる。即ち、ランプヒータ２１３の表面への成膜を防ぐことができる。
特に表面積が７０７ｃｍ２である基板表面に、１気圧の圧力差により発生する総荷重は、約６９０ｋｇである。微細加工を施した基板では、５ｋｇｆの荷重でも破壊する可能性がある。このため、安全性を見込み、基板表側（処理室２０１）と裏面（待機室１０２）側との圧力差を５Ｔｏｒｒ以下に抑制する事が必要となる。このため、荷重量を考慮し、差圧を０．５〜５Ｔｏｒｒの範囲で制御すると好ましい。
本発明によって、以下に示す一つ又は複数の効果を奏する。
ランプ表面に成膜されないため、ランプの放射特性の変化が抑制されるため基板へ成膜される膜の均一性が向上する。
また、基板の位置ズレの発生確率が低減される。
また、基板の反り低減を図ることが可能となる。
また、基板のズレ、反りが低減されることから、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
基板処理装置１０で行われる成膜処理には、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、Ｅｐｉ、その他酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理や、アニール処理、酸化処理、拡散処理等の処理において、処理過程で圧力が変動するプロセスで実施可能である。
また、複数の基板処理装置１００に通信回線を介して接続され、複数の基板処理装置１００の状態を管理する群管理装置（管理サーバ）及びこのような基板処理装置及び群管理装置を含む基板処理システムにも適用することができる。尚、群管理装置は、基板処理装置と同じフロア（クリーンルーム）に配置する必要はなく、例えば、ＬＡＮ接続され、事務所に配置してもよい。また群管理装置において、格納部（データベース）や制御部と操作部や表示部を一体にする必要はなく、それぞれを別体にしてもよく、クリーンルーム上に配置されたデータベース内のデータを遠隔で事務所に配置された端末装置による操作画面上の操作（例えばインストール作業等）を行えるように構成しても良い。
なお、前述のプログラムとは、例えば、コンピュータ読み取り可能なハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスクなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体からシステムの制御部にインストールされたものであっても良い。
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に付記した事項も含まれる。
[付記１]
基板が処理される基板処理室と、
基板を処理する際に複数の処理ガスを交互に前記基板処理室に供給するガス供給部と、
前記基板の裏面の一部を保持する保持機構と、前記保持機構を支持する支持部とを有する基板保持部と、
前記基板を裏面から加熱する加熱部と、
前記基板保持部が待機する待機室と、
前記基板処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くするよう前記ガス供給部及び又はガス排気部を制御する制御部と
を有する基板処理装置。
[付記２]
更に、
前記基板保持部が基板処理ポジションに位置した状態でパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記待機室に不活性ガスを供給する待機室不活性ガス供給部と
を有する付記１記載の基板処理装置。
[付記３]
更に
前記制御部は、前記パージガス供給部からパージガスの供給を開始した後、前記ガス供給部から第１の処理ガス又は前記第２の処理ガスの供給を開始するよう制御する付記２に記載の基板処理装置。
[付記４]
更に、
前記制御部は、前記ガス供給部から第１の処理ガスまたは第２の処理ガスを供給すると共に前記パージガス供給部からパージガスを供給し、所定の時間経過後、前記第１の処理ガスまたは前記第２の処理ガスの供給を停止した後、前記パージガス供給部の供給量を低減するよう制御する付記２または３記載の基板処理装置。
[付記５]
更に、
前記制御部は、前記ガス供給部から第１の処理ガスまたは第２の処理ガスを供給すると共に、前記パージガス供給部からパージガスを供給して第１の膜を形成し、
第１の膜を形成後、前記第１の処理ガスまたは第２の処理ガスの供給を停止すると共に、前記パージガスを継続して供給し前記第１の処理ガスまたは第２の処理ガスを前記処理室からパージし、
前記処理室から第１の処理ガスまたは第２の処理ガスをパージ後、前記パージガスの供給量を増加し、その後前記第１の膜を形成したガスと異なるガスの供給を開始するよう制御する付記２から４のうち、いずれか１項に記載の基板処理装置。
[付記６]
更に、
前記制御部は、前記処理室から第１の処理ガスまたは第２の処理ガスをパージ後、その後前記第１の膜を形成したガスと異なるガスの供給を開始した後、前記待機室不活性ガス供給部から前記待機室に不活性ガスを供給する付記５に記載の基板処理装置。
[付記７]
基板保持部が待機室で待機すると共に基板処理ポジションにて基板を保持し、基板表面を処理室雰囲気に晒す工程と、
前記基板を前記裏面から加熱しつつ、前記処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くなるように、複数の処理ガスを交互に処理室に供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
[付記８]
また
多数の孔を有するシャワーヘッドを介して基板上に均等に原料を供給する枚葉ＡＬＤ装置である
[付記９]
また、
基板裏面よりランプによって基板を加熱する枚葉ＡＬＤ装置である。
[付記１０]
また、
基板の円周方向にゾーン分割してランプの出力を制御する機能を有する枚葉ＡＬＤ装置である。
[付記１１]
また、
基板周縁部にパージガスを供給し、原料ガスが基板周縁部及び裏面に回り込まない機構を有する枚葉ＡＬＤ装置である。
[付記１２]
また、
原料ガス回り込み防止のパージガス流量を、原料ガスとキャリアガスの総流量に比例させ、且つ、同一タイミングで増減する機能を有する付記１１に記載の枚葉ＡＬＤ装置
[付記１３]
また、
基板が上部位置にある場合、基板表面領域の圧力が、基板裏面領域の圧力より常時０．５Ｔｏｒｒから３Ｔｏｒｒ高くなる様に圧力制御する枚葉ＡＬＤ装置である。
[付記１４]
また、
基板がランプに近接する下部位置でプレヒートを実施した後に、基板を上部位置に移動し成膜を開始する枚葉ＡＬＤ装置である。
[付記１５]
また、
プレヒート時、基板周辺領域のランプ出力を中央部に対し先行して上昇させ、後に中央部のランプ出力を上昇させる枚葉ＡＬＤ装置である。
５ 狭空間形成部材
１００ 基板処理装置
１０１ 処理空間
１０２ 待機室
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２６０ コントローラ
２７０ 狭空間領域

Claims (6)

  1. 基板の裏面の一部を保持する保持機構と前記保持機構を支持する支持部とを有すると共に、基板を処理する際は基板処理ポジションに上昇可能な基板保持部と、
    前記基板処理ポジションよりも上方の空間であって、上部容器とシャワーヘッドに囲まれた処理空間を構成する基板処理室と、
    前記基板処理ポジションよりも下方の空間であって、下部容器で囲まれた搬送空間を構成する待機室と、
    前記上部容器側壁であって、前記基板処理ポジションの周辺に狭空間を形成する狭空間形成部材と、
    前記保持機構が基板処理ポジションに位置された状態で、前記基板に複数の処理ガスを交互に前記基板処理室に供給するガス供給部と、
    前記保持機構が基板処理ポジションに位置された状態で、前記狭空間にパージガスを供給するパージガス供給部と、
    前記基板処理室の雰囲気を排気する排気部と、
    前記基板を裏面から加熱するランプと、
    前記基板処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くするよう前記ガス供給部、前記パージガス供給部、前記ガス排気部を制御する制御部と
    を有する基板処理装置。
  2. 更に、前記待機室に不活性ガスを供給する待機室不活性ガス供給部を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記パージガス供給部からパージガスの供給を開始した後、前記ガス供給部から第１の処理ガス又は第２の処理ガスの供給を開始するよう制御する請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記制御部は、前記ガス供給部から第１の処理ガスまたは第２の処理ガスを供給すると共に前記パージガス供給部からパージガスを供給し、所定の時間経過後、前記第１の処理ガスまたは前記第２の処理ガスの供給を停止した後、前記パージガスの供給量を低減するよう制御する請求項２に記載の基板処理装置。
  5. 基板の裏面の一部を保持する保持機構と前記保持機構を支持する支持部とを有する基板保持部が、下部容器で囲まれた搬送空間を構成する待機室内に留まった状態で基板を搬入し、前記保持機構上に基板を移載する工程と、
    前記保持機構を基板処理ポジションに上昇させ、上部容器とシャワーヘッドで囲まれると共に前記基板処理ポジションよりも上方の空間である処理空間を構成する基板処理室に基板を移動させる工程と、
    前記基板の裏面をランプで加熱する工程と、
    前記基板処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くなるよう、複数の処理ガスを交互に前記基板処理室に供給し、前記上部容器側壁であって前記基板処理ポジションの周辺に狭空間を形成する狭空間形成部材から前記保持機構の周辺にパージガスを供給しつつ、排気部から前記処理室の雰囲気を排気する工程と
    を有する半導体装置の製造方法。
  6. 基板の裏面の一部を保持する保持機構と前記保持機構を支持する支持部とを有する基板保持部が、下部容器で囲まれた搬送空間を構成する待機室内に内に留まった状態で基板を搬入し、前記保持機構上に基板を移載する手順と、
    前記保持機構を基板処理ポジションに上昇させ、上部容器とシャワーヘッドで囲まれると共に前記基板処理ポジションよりも上方の空間である処理空間を構成する基板処理室に基板を移動させる手順と、
    前記基板の裏面をランプで加熱する手順と、
    前記基板処理室の圧力を前記待機室の圧力よりも高くなるよう、複数の処理ガスを交互に前記基板処理室に供給し、前記上部容器側壁であって前記基板処理ポジションの周辺に狭空間を形成する狭空間形成部材から前記保持機構の周辺にパージガスを供給しつつ、排気部から前記処理室の雰囲気を排気する手順と
    を有するプログラム。
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