JP6333302B2 - 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

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP6333302B2
JP6333302B2 JP2016068138A JP2016068138A JP6333302B2 JP 6333302 B2 JP6333302 B2 JP 6333302B2 JP 2016068138 A JP2016068138 A JP 2016068138A JP 2016068138 A JP2016068138 A JP 2016068138A JP 6333302 B2 JP6333302 B2 JP 6333302B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
substrate
wafer
supplying
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016068138A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017183488A (ja
Inventor
剛 竹田
剛 竹田
菊池 俊之
俊之 菊池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Kokusai Electric Inc filed Critical Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority to JP2016068138A priority Critical patent/JP6333302B2/ja
Priority to US15/195,086 priority patent/US9559022B1/en
Priority to CN201610495773.0A priority patent/CN107293477B/zh
Priority to TW105120492A priority patent/TWI584354B/zh
Priority to KR1020160082571A priority patent/KR101908187B1/ko
Publication of JP2017183488A publication Critical patent/JP2017183488A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6333302B2 publication Critical patent/JP6333302B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C23C16/45542Plasma being used non-continuously during the ALD reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52Controlling or regulating the coating process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32146Amplitude modulation, includes pulsing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155Frequency modulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155Frequency modulation
    • H01J37/32165Plural frequencies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244Gas supply means
    • H01J37/32449Gas control, e.g. control of the gas flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917Plasma diagnostics
    • H01J37/32935Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02312Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/02315Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit:以下LSI)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、Flash Memoryなどに代表される半導体装置の高集積化に伴って、回路パターンの微細化が進められている。半導体装置の製造工程では、微細化を実現する処理として、プラズマを用いた処理が行われている。例えば、特許文献1に記載の技術が有る。
特開2015−092533
微細化に伴い、基板面内で均一に処理させることが求められているが、基板の帯電具合によって、活性化されたガスが、基板面内に均一に供給されない場合が有る。この様な場合、基板面内に均一な膜を形成することが困難となる。
本開示は、基板面内に均一な膜を形成することを目的とする。
一態様によれば、
基板を処理室に搬送する工程と、第1ガスを前記基板に供給する工程と第2ガスを第1高周波でプラズマ化して基板に供給する工程とを有する成膜工程と、 成膜工程の後に、基板の帯電具合を計測し、計測された帯電具合に基づいて第2高周波を設定する工程と第3ガスを第2高周波でプラズマ化して基板に供給し、基板の帯電具合を調整する工程とを有する調整工程と、を有する技術が提供される。
本開示に係る技術によれば、基板面内に均一な膜を形成することが可能となる。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係るガス供給系の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置のコントローラの概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理工程のシーケンス例である。 本開示の一実施形態に係る除電工程のフロー図である。 本開示の一実施形態に係る除電工程のシーケンス例である。 本開示の一実施形態に係る除電フィードバック制御のブロック線図である。
以下に本開示の実施の形態について説明する。
<一実施形態>
以下、本開示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、本開示の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る処理装置100について説明する。基板処理装置100は、例えば、絶縁膜形成ユニットであり、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、例えば水平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)などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器202内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ200を処理する処理空間(処理室)201、移載空間(移載室)203が形成されている。処理容器202は、上部容器202aと下部容器202bで構成される。上部容器202aと下部容器202bの間には仕切り板204が設けられる。上部処理容器202aに囲まれた空間であって、仕切り板204よりも上方の空間を処理室201と呼び、下部容器202bに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を移載室203と呼ぶ。
下部容器202bの側面には、ゲートバルブ1490に隣接した基板搬入出口1480が設けられており、ウエハ200は基板搬入出口1480を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器202bの底部には、リフトピン207が複数設けられている。更に、下部容器202bは接地されている。
処理室201内には、ウエハ200を支持する基板支持部210が設けられている。基板支持部210は、ウエハ200を載置する載置面211と、載置面211を表面に持つ載置台212、基板載置台212に内包された加熱部としてのヒータ213、バイアス電極256、ウエハ200のチャージアップ量(帯電量)を検出する(チャージアップセンサ)センサ253、を主に有する。基板載置台212には、リフトピン207が貫通する貫通孔214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。なお、チャージアップセンサ253を、基板載置台212の内部に設けた場合、チャージアップセンサ253が、処理ガスや活性化されたガスと接触することが無いのでパーティクルの発生を抑制させることができる。また、ウエハ200の裏面に接触する様に設けられることによって、ウエハ200の帯電量(帯電具合)を精密に計測することができる。好ましくは、図1に示す様に、バイアス電極256とウエハ200との間に設けられる。また、図1に示すチャージアップセンサ254の様に、ウエハ200の側方に設ける様に構成しても良い。側方に設けることで、載置台212中に存在するヒータ213等から受ける影響が低減されるので、ウエハ200の帯電具合を精密に計測しつつ、パーティクルの発生を抑制することができる。また、これらの配置を組み合わせても良い。なお、チャージアップセンサ253,254は、例えば、水晶振動子や、圧電素子のいずれか又は組み合わせた物の様な電気的に検出するセンサや、光学的に検出するセンサで合っても良い。
チャージアップセンサ253,254は、チャージアップモニタ255に接続されている。チャージアップモニタ255は、チャージアップセンサ253,254の周波数と電圧の少なくとも何れかを計測すると共に、計測値をアナログ/デジタル変換し、チャージアップの情報(チャージアップ量、帯電量、帯電状態、帯電具合とも言う)を生成する。生成された情報はコントローラ260や、高周波電源252、バイアス調整部257等に出力される。なお、バイアス調整部257は、例えば、可変抵抗器,可変コイル,可変コンデンサ等で構成される。バイアスの調整は、それぞれの素子を調整することによって、行われる。
また、バイアス電極256には、バイアス調整部257が接続され、バイアス電極256の電位を調整可能に構成されている。バイアス調整部257は、コントローラ260とチャージアップモニタ255のいずれか若しくは両方から出力される情報を基にバイアス電極256の電位を調整する様に構成される。なお、帯電計測部は、チャージアップモニタ255と、チャージアップセンサ253とチャージアップセンサ254の何れか若しくは両方と、で構成される。
基板載置台212はシャフト217によって支持される。シャフト217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を作動させてシャフト217及び支持台212を昇降させることにより、基板載置面211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、シャフト217下端部の周囲はベローズ219により覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
基板載置台212は、ウエハ200の搬送時には、図1の破線で示すウエハ移載位置まで下降し、ウエハ200の処理時には図1の示した処理位置(ウエハ処理位置)まで上昇する。
具体的には、基板載置台212をウエハ移載位置まで下降させた時には、リフトピン207の上端部が基板載置面211の上面から突出して、リフトピン207がウエハ200を下方から支持するようになっている。また、基板載置台212をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン207は基板載置面211の上面から埋没して、基板載置面211がウエハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン207は、ウエハ200と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
(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第1排気部としての排気口221が設けられている。排気口221には排気管224が接続されており、排気管224には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器227と真空ポンプ223が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管224、圧力調整器227により第一の排気系(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ223も第一の排気系の構成としても良い。また、移載室203の内壁側面には、移載室203の雰囲気を排気する排気管1481が設けられている。排気管1481には、圧力調整器228が設けられ、移載室203内の圧力を所定の圧力に排気可能に構成されている。また、処理室201内の雰囲気を移載室203を介して排気することもできる。
(ガス導入口)
上部容器202aの側壁には処理室201内に各種ガスを供給するための第1ガス導入口241aが設けられている。また、処理室201の上部に設けられるシャワーヘッド234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第2ガス導入口241bが設けられている。第1ガス供給部である第1ガス導入口241a及び第2ガス供給部である第2ガス導入口241bに接続される各ガス供給ユニットの構成については後述する。
(ガス分散ユニット)
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド234は、第1のバッファ室232a、第1の分散孔234a、第2のバッファ室232b及び第2の分散孔234bにより構成されている。シャワーヘッド234は、第2ガス導入口241bと処理室201との間に設けられている。第1ガス導入口241aから導入される第1ガスは、シャワーヘッド234の第1バッファ室232a(第1分散部)に供給され、第1分散孔234aを介して処理室201に供給される。第2ガス導入口241bから導入される第2のガスは、蓋231に設けられた第2ガス導入口241bを介してシャワーヘッド234の第2バッファ室232b(第2分散部)に供給され、第2ガス分散孔234bを介して処理室201に供給される。
なお、シャワーヘッド234の第1バッファ室232aを構成する電極部材234cは、導電性の金属で構成され、処理室201内に存在するガスを励起するための活性化部(励起部)として構成される。なお、第2バッファ室232bを構成する蓋231も導電性の金属で形成しても良い。蓋231を導電性部材で構成する際には、蓋231と電極部材234cとの間に絶縁ブロック233が設けられ、蓋231と電極部材234cの間を絶縁する構成となる。活性化部としての電極部材234cには、整合器251と高周波電源252が接続され、電磁波(高周波電力やマイクロ波)が供給可能に構成されている。これにより、処理室201内のガスを活性化させることができる。
なお、第2バッファ室232bに、供給された第2ガスの流れを形成するガスガイド235が設けられていても良い。ガスガイド235は、ガス導入孔241bを中心としてウエハ200の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状である。ガスガイド235の下端の水平方向の径は第1の分散孔234a及び第2の分散孔234bが設けられる領域の端部よりも更に外周にまで延びて形成される。
第1バッファ室232aの内壁上面には、第1バッファ室232aの雰囲気を排気する第2排気部としてのシャワーヘッド排気口240aが設けられている。シャワーヘッド排気口240aには第2排気管236aが接続されており、第2排気管236aには、バルブ237aが設けられている。更に、第2排気管236aは、排気管236、バルブ237、圧力調整器238、真空ポンプ239が順に直列に接続される。主に、シャワーヘッド排気口240a、バルブ237a、第2排気管236aにより、第2の排気部(排気ライン)が構成される。
第2バッファ室232bの内壁上面には、第2バッファ室232bの雰囲気を排気する第3排気部としてのシャワーヘッド排気口240bが設けられている。シャワーヘッド排気口240bには第3排気管236bが接続されており、第3排気管236bには、バルブ237bが設けられている。更に、第3排気管236bは、排気管236、圧力調整器238、真空ポンプ239が順に直列に接続されている。主に、シャワーヘッド排気口240b、バルブ237b、第3排気管236bにより、第3の排気部(排気ライン)が構成される。ここでは、排気管236、バルブ237、圧力調整器238、真空ポンプ239は第2の排気部と共用している場合を示している。また、真空ポンプ239を設けずに、排気管236を排気管224の後段に接続される様に構成しても良い。
(供給系)
ガス導入孔241aには、第1ガス供給管150aが接続されている。第2ガス供給部であるガス導入孔241bには、第2ガス供給管150bが接続されている。第1ガス供給管150aからは、後述の第1ガス、パージガスが供給され、第2ガス供給管150bからは、後述の第2ガス、パージガス、調整ガスが供給される。
図2に、第1ガス供給部、第2ガス供給部、パージガス供給部、第3ガス供給部(調整ガス供給部)の概略構成図を示す。
図2に示す様に、第1ガス供給管150aには、第1ガス供給管集合部140aが接続されている。第2ガス供給管150bには、第2ガス供給管集合部140bが接続されている。第1ガス供給管集合部140aには、処理ガス供給管113aと、パージガス供給管133aが接続される。第2ガス供給管集合部140bには、第2処理ガス供給管123bと、パージガス供給管133b、調整ガス供給管143bが接続される。
(第1ガス供給部)
第1ガス供給部には、第1ガス供給管113a、マスフロ―コントローラ(MFC)115、バルブ116が設けられている。なお、第1ガス源113を処理ガス供給部に含めて構成しても良い。また、処理ガスの原料が液体、固体の場合には、気化器180が設けられていても良い。
(第2ガス供給部)
第2ガス供給部には、第2ガス供給管123b、MFC125、バルブ126が設けられている。なお、第2ガス源123、を第2ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット(RPU)124を設けて、第2ガスを活性化させるように構成しても良い。
(パージガス供給部)
パージガス供給部には、ガス供給管133a,133b、MFC135a、135b、バルブ136a、136bが設けられている。なお、パージガス源133をパージガス供給部に含めても構成しても良い。
(第3ガス供給部)
第3ガス供給部(調整ガス供給部)には、ガス供給管143b、MFC145、バルブ146が設けられている。なお、調整ガス源144を調整ガス供給部に含めても構成しても良い。なお、調整ガスとパージガスに同じガスを用いる場合は、パージガス供給部を調整ガス供給部としても良い。
(制御部)
図1に示すように基板処理装置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の概略を図3に示す。制御部(制御手段)であるコントローラ260は、CPU(Central Processing Unit)260a、RAM(Random Access Memory)260b、記憶装置260c、I/Oポート260dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM260b、記憶装置260c、I/Oポート260dは、内部バス260eを介して、CPU260aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ260には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置261や、外部記憶装置262、受信部285などが接続可能に構成されている。
記憶装置260cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置260c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ、ウエハ200への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ等が読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ260に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプログラムレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プログラムレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM260bは、CPU260aによって読み出されたプログラム、演算データ、処理データ等のデータが一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート260dは、ゲートバルブ1490、昇降機構218、ヒータ213、圧力調整器227,238、真空ポンプ223,239、整合器251、高周波電源252、MFC115,125,135a,135b,145、バルブ116,126,136a,136b,146,237(237a,237b),228、RPU124,気化器180、チャージアップモニタ255、バイアス制御部257等に接続されている。
演算部としてのCPU260aは、記憶装置260cからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置260からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置260cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。また、受信部285から入力された設定値と、記憶装置260cに記憶されたプロセスレシピや制御データとを比較・演算して、演算データを算出可能に構成されている。また、演算データから対応する処理データ(プロセスレシピ)の決定処理等を実行可能に構成されている。そして、CPU260aは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ1490の開閉動作、昇降機構218の昇降動作、ヒータ213への電力供給動作、圧力調整器227,238の圧力調整動作、真空ポンプ223,239のオンオフ制御、MFC115,125,135a,135b,145でのガス流量制御動作、リモートプラズマユニット124のガスの活性化動作、バルブ116,126,136a,136b,146,237(237a,237b),228でのガスのオンオフ制御、整合器251の電力の整合動作、高周波電源252の電力制御、チャージアップモニタ255から受信した情報(データ)に基づく演算等を制御するように構成されている。
なお、コントローラ260は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MOなどの光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)262を用意し、係る外部記憶装置262を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ260を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置262を介して供給する場合に限らない。例えば、受信部285やネットワーク263(インターネットや専用回線)等の通信手段を用い、外部記憶装置262を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置260cや外部記憶装置262は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置260c単体のみを含む場合、外部記憶装置262単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合が有る。
(2)基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置(半導体デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜であって、例えば窒化膜としてのシリコン窒化(SiN)膜を成膜するフローとシーケンス例について図4と図5を参照して説明する。なお、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260により制御される。
なお、本明細書において、「ウエハ」という言葉を用いた場合には、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等とその積層体(集合体)」を意味する場合(すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合)がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)」を意味する場合や、「ウエハに形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合が有る。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層(又は膜)を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)上に所定の層(又は膜)を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハ最表面の上に所定の層(又は膜)を形成する」ことを意味する場合が有る。
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
以下に、基板処理工程について説明する。
(基板搬入工程S201)
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ200を処理室201に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内や移載室203を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ1490を開放し、ゲートバルブ1490からリフトピン207上にウエハ200を載置させる。ウエハ200をリフトピン207上に載置させた後、ゲートバルブ1490を閉じ、昇降機構218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
(減圧・昇温工程S202)
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、排気管224を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサが計測した圧力値に基づき、圧力調整器227としてのAPCバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部210をヒータ213により予め加熱しておき、ウエハ200又は基板支持部210の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やNガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
このときのヒータ213の温度は、100〜600℃、好ましくは100〜500℃、より好ましくは250〜450℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。
また、ウエハ200の電位が所定の電位となるように、バイアス調整部257とバイアス電極256によって、調整される。
(成膜工程S301)
続いて、ウエハ200にSiN膜を成膜する例について説明する。成膜工程S301の詳細について、図4、図5を用いて説明する。
ウエハ200が基板支持部210に載置され、処理室201内の雰囲気が安定した後、図4、図5に示す、S203〜S207のステップが行われる。
(第1ガス供給工程S203)
第1ガス供給工程S203では、第1ガス供給系から処理室201内に第1ガス(処理ガス)としてのジクロロシラン(SiHCl,dichlorosilane:DCS)ガスを供給する。具体的には、処理ガス供給源113から供給されたDCSガスをMFC115で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整されたDCSガスは、第1バッファ室232aを通り、シャワーヘッド234のガス供給孔234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ200に対してDCSガスが供給されることとなるDCSガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば10Pa以上1000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ200にDCSガスを供給する。DCSガスが供給されることにより、ウエハ200上に、シリコン含有層が形成される。ここで、シリコン含有層とは、シリコン(Si)または、シリコンと塩素(Cl)を含む層である。
また、第1ガスを供給する際に、チャージアップセンサ253,254でウエハ200の帯電量を計測しても良い。
(パージ工程S204)
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管150aのガスバルブ116を閉じ、DCSガスの供給を停止する。第1ガスを停止することで、処理室201中に存在する第1ガスや、第1バッファ室232aの中に存在する処理ガスを第1の排気部から排気されることによりパージ工程S204が行われる。
また、パージ工程では、単にガスを排気(真空引き)してガスを排出すること以外に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。
なお、このとき、排気管236の、バルブ237aを開き、排気管236を介して、第1バッファ室232a内に存在するガスを排気ポンプ239から排気しても良い。
所定の時間経過後、バルブ136aを閉じて、不活性ガスの供給量を停止すると共に、バルブ237aを閉じて第1バッファ室232aと真空ポンプ239の間を遮断する。なお、バルブ136aを開けたまま不活性ガスの供給を継続しても良い。第1バッファ室232aへの不活性ガスの供給を継続することによって、他の工程で、他の工程のガスが第1バッファ室232aに入り込むことを抑制せることができる。
なお、パージ工程で、第1バッファ室232a内に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出動作を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を、交互に行う場合、後述の調整工程(除電工程)N201を行わせる様に構成しても良い。
このときのヒータ213の温度は、ウエハ200への第1ガス供給時と同様の温度となるように設定する。各不活性ガス供給系から供給するパージガスとしてのNガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜20000sccmの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Nガスの他、Ar,He,Ne,Xe等の希ガスを用いても良い。
また、第1ガスパージ工程の間で、チャージアップセンサ253,254でウエハ200の帯電量を検出しても良い。
(第2ガス供給工程S205)
第1ガスパージ工程の後、バルブ126を開け、ガス導入孔241b、第2バッファ室232b、複数の第2分散孔234bを介して、処理室201内に第2処理ガス(反応ガス)としての、アンモニアガス(NH)を供給する。第2バッファ室232b、第2分散孔234bを介して処理室201に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。
このとき、NHガスの流量が所定の流量となるようにマスフローコントローラ125を調整する。なお、NHガスの供給流量は、例えば、100sccm以上10000sccm以下である。また、圧力調整器238を適正に調整することにより、第2バッファ室232b内の圧力を所定の圧力範囲内とする。
ここで、高周波電源252から、整合器251を介して電極部材234cに高周波電力を供給する。ここでは、成膜工程S301では、第1高周波電力が供給される。電極部材234cに高周波電力が供給されることによって、ウエハ200上に第2ガスのプラズマを生成される。これにより、活性化されたNHをシリコン含有層に供給させることができ、シリコン含有層をより低温で改質処理することができる。なお、図5では、第2ガスの供給と同時に高周波電力の供給を開始しているが、第2ガスの供給開始前から高周波電力を供給されるように構成しても良い。また、第1ガスの供給工程S203から判定工程S207が終了するまで高周波電力の供給を継続しても良い。
なお、基板載置台212内に設けられたバイアス電極256の電位をバイアス調整部257によって調整させることによって、ウエハ200への荷電粒子の供給量を調整させることもできる。
NHガスが、ウエハ200上に形成されているシリコン含有層に供給されると、シリコン含有層が改質され、シリコン元素を含有する改質層が形成される。
改質層は、例えば、処理室201内の圧力、NHガスの流量、ウエハ200の温度、高周波電源252の電力等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、シリコン含有層に対する所定の窒素成分等の侵入深さで形成される。
所定の時間経過後、バルブ126を閉じ、NHガスの供給を停止する。
このときのヒータ213の温度は、ウエハ200への第1ガス供給時と同様の温度となるように設定される。
なお、第2の処理ガスを供給する際に、RPU124を用いて、活性化したNHガスを第2バッファ室232bに供給することによって、より多くの改質層を形成することができる。また、NHガスがRPU124内を流れているときは、RPU124をON状態(電源が入った状態)とし、NHガスを活性化(励起)させるように制御しても良い。
なお、図1に示す様に、シャワーヘッド234の蓋231に第2のインピーダンス調整部258を設けて、インピーダンスを調整することによって、第2バッファ室232b内にプラズマを生成可能に構成しても良い。
(パージ工程S206)
NHガスの供給を停止することで、処理室201中に存在するNHガスや、第2バッファ室232bの中に存在するNHガスを第1の排気部から排気されることによりパージ工程S206が行われる。
また、パージ工程では、単にガスを排気(真空引き)してガスを排出すること以外に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。
なお、バルブ237bを開き、排気管236を介して、第2バッファ室232b内に存在するガスを真空ポンプ239から排気しても良い。
なお、パージ工程で、第2バッファ室232b内に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出動作を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を、交互に行う場合、後述の調整工程(除電工程)N201を行わせる様に構成しても良い。
また、第2ガスパージ工程の間で、チャージアップセンサ253,254でウエハ200の帯電具合の検出(チャージアップ計測)が行われ、チャージアップモニタ255から計測データがコントローラ260に送信される。
(判定工程S207)
パージ工程S206の終了後、コントローラ260は、上記の成膜工程S301(S203〜S206)が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ200上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS203〜S206を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行う(ステップS207)ことにより、ウエハ200上に所定膜厚のSiN膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ200上に所定膜厚のSiN膜が形成される。
判定工程S207で、成膜工程S301が所定回数実施されていないとき(No判定のとき)は、成膜工程S301のサイクルを繰り返し、所定回数実施されたとき(Yes判定のとき)は、成膜工程S301を終了し、基板搬出工程S208を実行させる。
ここで、発明者等は、成膜工程S301を1回以上行う場合や、所定回数繰り返し行わせる場合に、以下の(A)、(B)、(C)などの課題が生じることを見出している。
(A)
2サイクル目以降での第2ガス供給工程S205の時のウエハ200の帯電具合によって、ウエハ200上に形成された膜と第2ガスや第2ガスの活性種との反応性が変化する。例えば、ウエハ200がプラスに帯電した場合、第2ガスとしてのNHのプラズマ中に存在する正イオンのウエハ200に到達する量が減ってしまう。また、ウエハ200が、マイナスに帯電した場合は、NHプラズマ中の正イオンがウエハ200に到達する量が増え、1サイクル目で形成したシリコン含有層の窒素濃度と、2サイクル目以降に形成したシリコン含有層の窒素濃度とが、異なってしまう。なお、このチャージアップ(帯電)はウエハ200の面内で不均一に発生することも有り、ウエハ200の面内の処理均一性や段差被覆率が低下してしまう課題が有る。
(B)
また、ウエハ200が過度に帯電した場合や、ウエハ200の特定の部位が過度に帯電した場合には、ウエハ200上に形成された素子の絶縁部が破壊されてしまう課題が有る。
(C)
また、ウエハ200が帯電した場合や、ウエハ200の特定の部位が帯電した場合には、処理室201内や移載室203内に存在する、パーティクルや、副生成物等が吸着し、処理均一性が低下する課題が有る。ここで副生成物とは、例えば、塩素(HCl)や塩化アンモニウム(NHCl)である。
発明者等は、以下の調整工程(除電工程)N201を行わせることで、これらの課題を解決できることを見出した。以下除電工程N201について説明する。
(第1帯電量判定工程C201)
判定工程S207で、No判定の時は、第1帯電量判定工程C201が行われる。第1帯電量判定工程C201では、コントローラ260でチャージアップセンサ253,254のいずれか又は両方で計測された情報からウエハ200の帯電具合が、第1設定値以上か否かを判定する処理が行われる。具体的には、記録媒体に記録された設定データ801と計測された帯電具合とをCPU260aの演算部によって比較が行われ、帯電量が、第1設定値以上か否かが判定される。ウエハ200の帯電量が第1設定値以上ではない場合(No判定の場合)は、何も行わずに、成膜工程S301を行わせる。ウエハ200の帯電量が第1設定値以上の場合(Yes判定の場合)は、除電工程N201を行う。
(除電工程N201)
除電工程N201では、図6、図7に示すような工程N202、N203、N204、N205が行われる。
(除電ガス供給工程N202)
除電ガス供給工程N202では、ウエハ200上に、調整ガス(除電ガス)としてのアルゴン(Ar)ガス,ヘリウム(He)ガスが供給される。このとき、バイアス調整部257によって、基板載置台212内に設けられたバイアス電極256の電位を制御する電位調整が行われる。バイアス電極256の電位は、成膜工程S301と同じ電位に設定しても良いが、ウエハ200の帯電具合に応じて、変化させても良い。例えば、ウエハ200がマイナスに帯電しているときは、バイアス電極256の電位を下げて、プラズマ中の正イオン成分の引き込み量が多くなるように構成する。また、ウエハ200がプラスに帯電しているときは、バイアス電極256の電位を上げて、プラズマ中の負イオン成分や電子成分の引き込み量が多くなるように構成する。
なお、ここでは、除電ガス供給工程N202を、除電プラズマ生成工程N203の開始前に始める例を示したが、これに限らず、高周波電力の供給開始と同時や、高周波電力の供給開始後から供給開始終了までの間に行わせる様に構成しても良い。
(除電プラズマ生成工程N203)
除電プラズマ生成工程N203では、高周波電源252から、整合器251を介して、電極部材234cに、第2高周波電力が供給される。第2高周波電力は、図7の破線で示すように成膜工程S301と比較して小さい電力に設定される。この様な電力設定とすることで、ウエハ200上に形成された膜の特性に与える影響を低減できる。この様な電力で生成されたプラズマを形成することによって、ウエハ200にプラズマ中のイオン成分と電子成分の両方を供給することができ、ウエハ200の帯電具合を調整できる。例えば、プラズマ中のイオン成分と電子成分のどちらかを供給し続けると、ウエハ200が帯電していた極性から逆の極性に帯電させてしまう可能性が有るが、プラズマ中のイオン成分と電子成分の両方を供給することによって、逆極性への帯電を抑制することができる。
なお、ここで、ウエハ200の帯電具合に応じて、高周波電力の周波数を変化させる様に構成しても良い。例えば、ウエハ200がプラスに帯電しているときは、電極部材234cに供給する第2高周波電力の周波数を、第1高周波電力の周波数よりも低く設定することで、プラズマ中の電子成分の引き込み量が多くすることができる。また、第2高周波電力の周波数を、第1高周波電力の周波数よりも高くすることによって、ウエハ200に供給されるイオン成分の量よりも電子成分の量を多くすることができる。
なお、ここでは除電プラズマ生成工程N203を、除電工程N201で行う例について説明したが、上述の成膜工程S301内で、行わせる様に構成しても良い。例えば、成膜工程S301の第1ガス供給工程S203、パージガス工程S204,S206で予期せぬ帯電が発生したとしても、ウエハ200の帯電具合を調整することにより、ウエハ200を所定の帯電量として、第2ガスの活性種を所定量供給させることができる。
(パージガス供給工程N204)
除電プラズマの供給後、ウエハ200上に、パージガスを供給して、除電ガスをウエハ200上から除去する。ここでのパージガスは、上述のパージ工程S204,S206と同じガスが用いられる。
(チャージアップ計測工程N205)
パージガス供給後、チャージアップセンサ253,254とチャージアップモニタ255によって、ウエハ200の帯電量が計測される。計測された情報は上述と同様に、コントローラ260に送信される。なお、チャージアップの計測は、パージガス供給工程N204から開始させても良い。また、除電工程N201を複数サイクル行わせる場合は、除電ガス供給工程202で行わせる様に構成しても良い。
(第2帯電量判定工程C202)
チャージアップ計測工程N205の後に、第2の帯電量判定工程C202が行われる。第2帯電量判定工程C202は、第1帯電量判定工程C201と同様の判定処理が行われる。即ち、ウエハ200の帯電量が第1設定値以上で無い場合(No判定の場合)は、何も行わずに、成膜工程S301を行わせる。ウエハ200の帯電量が第1設定値以上の場合(Yes判定の場合)は、除電工程N201を行う。この様に、ウエハ200の帯電量が第1設定値よりも低くなるまで除電工程N201が繰り返し行われる。
この様に、ウエハ200の帯電量が第1設定値よりも低くなるように除電工程N201を行わせることによって、第2ガス供給工程S205で、ウエハ200に供給される活性種の量をサイクル毎に均一化させることができる。これにより、ウエハ200への処理均一性を向上させることができる。また、サイクル毎の活性種量を均一化できることから、ウエハ200上に形成される膜の処理品質を向上させることができる。
(基板搬出工程S208)
成膜工程S301が所定回数行われた後、基板載置台212を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を解放し、ウエハ200をリフトピン207上からゲートバルブ205外へ搬送する。
(第3帯電量判定工程C203)
なお、基板搬出工程S208の前に、第3帯電量判定工程C203を行わせても良い。例えば、ウエハ200の帯電量によっては、ウエハ200が、基板載置台212に張り付くことが有る。ウエハ200が基板載置台212に張り付いたまま、基板載置台212を下降させた場合、リフトピン207によって、ウエハ200に強いストレスを加えてしまう恐れがある。この様な場合には、第3帯電量判定工程C203と、除電工程N201、第4帯電量判定工程C204を行わせることが有効である。
例えば、第3帯電量判定工程C203と第4帯電量判定工程C204では、上述の第1帯電量判定工程C201と第2帯電量判定工程C202での判定基準となる第1設定値よりも大きい第2設定値に基づいて判定処理が行われる。即ち、第1設定値は、少なくともウエハ200への活性種の到達を妨げる様な帯電量であって、第2設定値は、ウエハ200が基板載置台212に静電吸着する様な帯電量または、である。
ここで、ウエハ200のチャージアップ量のフィードバック制御について図8を用いて説明する。図8は、ウエハ200の帯電量の制御系の構成を示すブロック線図の概略である。図8の構成要素である、設定データ801、CPU260aの演算部、コントローラ260、高周波電源252、電極部材234c、チャージアップ量802、チャージアップモニタ255は、制御ループを構成している。設定データ801は、記録媒体に記録され、減圧・昇温工程S202などで所定の帯電量として読み出される。コントローラ260は、読み出された設定データ801に基づいて、バイアス調整部257のバイアス値を設定させ、バイアス電極256の電位を調整することで、ウエハ200が所定の帯電具合となるように調整される。ここで、図8に示す様にチャージアップモニタ255から出力される情報に基づいて、ウエハ200の帯電具合を調整しても良い。成膜工程S301の1サイクル目の後に行われる除電工程N201では、主にチャージアップモニタ255から出力される情報と設定データ801と、をCPU260aの演算部で比較し、高周波電源252の出力電力を設定させる。なお、高周波電源252とバイアス調整部257のいずれかまたは両方を操作させる様に構成しても良い。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
上述では、原料ガスと反応ガスを交互に供給して成膜する方法について記したが、他の方法にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスの供給タイミングが重なる様な方法である。
また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、プラズマを用いた拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、エッチング処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本発明を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。
また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程、太陽電池の製造工程、発光デバイスの製造工程、ガラス基板の処理工程、セラミック基板の処理工程、導電性基板の処理工程、などの基板処理が有る。
また、上述では、原料ガスとしてシリコン含有ガス、反応ガスとして窒素含有ガスを用いて、シリコン窒化膜を形成する例を示したが、他のガスを用いた成膜にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、AlO膜、ZrO膜、HfO膜、HfAlO膜、ZrAlO膜、SiC膜、SiCN膜、SiBN膜、TiN膜、TiC膜、TiAlC膜などが有る。
また、上述では、一つの処理室で一枚の基板を処理する装置構成を示したが、これに限らず、複数枚の基板を水平方向又は垂直方向に並べた装置であっても良い。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台
213 ヒータ
221 排気口(第1排気部)
234 シャワーヘッド
234c 電極部材
253 チャージアップセンサ
254 チャージアップセンサ
255 チャージアップモニタ
256 電極
257 バイアス調整部

Claims (7)

  1. 基板を処理室に搬送する工程と、
    第1ガスを前記基板に供給する工程と
    第2ガスを第1高周波でプラズマ化して前記基板に供給する工程と
    を有する成膜工程と、
    前記成膜工程の後に、
    前記基板の帯電具合を計測し、
    当該計測された帯電具合に基づいて第2高周波を設定する工程と
    第3ガスを当該第2高周波でプラズマ化して前記基板に供給し、前記基板の帯電具合を調整する工程と
    を有する調整工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記調整工程は、前記基板の帯電具合が所定の設定値内になるまで、繰り返す工程を有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記成膜工程と前記調整工程とを交互に行う工程を有する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記調整工程では、前記計測された帯電具合に基づいて前記第2高周波の電力と周波数のいずれか若しくは両方を調整することで、前記プラズマによって生成された荷電粒子の前記基板への供給量を調整する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第2高周波は、前記第1高周波の電力よりも小さい電力に設定される請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 基板を処理室に搬送させる手順と、
    第1ガスを前記基板に供給させる手順と
    第2ガスを第1高周波でプラズマ化して前記基板に供給させる手順と
    を有する成膜手順と、
    前記成膜手順の後に、
    前記基板の帯電具合を計測し、
    当該計測された帯電具合に基づいて第2高周波を設定させる手順と
    第3ガスを当該第2高周波でプラズマ化して前記基板に供給し、前記基板の帯電具合を調整させる手順と
    を有する調整手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
  7. 基板を処理する処理室と、
    前記基板に第1ガスを供給する第1ガス供給部と、
    前記基板に第2ガスを供給する第2ガス供給部と、
    前記基板に第3ガスを供給する第3ガス供給部と、
    前記第2ガスと前記第3ガスのプラズマ化する励起部と、
    前記基板の帯電具合を計測する帯電計測部と、
    を有し、
    前記第1ガスの供給と、第1高周波が供給された前記励起部で前記第2ガスをプラズマ化して前記基板に供給する成膜手順の後に、前記基板の帯電具合を計測し、前記計測された帯電具合に基づいて設定された第2高周波が供給された前記励起部で前記第3ガスをプラズマ化して前記基板に供給し、前記基板の帯電具合を調整する手順とを行わせる様に、前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部と前記励起部と前記帯電計測部と前記第3ガス供給部とを制御する制御部と、
    を有する基板処理装置。
JP2016068138A 2016-03-30 2016-03-30 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Active JP6333302B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016068138A JP6333302B2 (ja) 2016-03-30 2016-03-30 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
US15/195,086 US9559022B1 (en) 2016-03-30 2016-06-28 Method of manufacturing semiconductor device
CN201610495773.0A CN107293477B (zh) 2016-03-30 2016-06-29 半导体器件的制造方法、衬底处理装置
TW105120492A TWI584354B (zh) 2016-03-30 2016-06-29 A manufacturing method of a semiconductor device, a substrate processing device, and a program
KR1020160082571A KR101908187B1 (ko) 2016-03-30 2016-06-30 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016068138A JP6333302B2 (ja) 2016-03-30 2016-03-30 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017183488A JP2017183488A (ja) 2017-10-05
JP6333302B2 true JP6333302B2 (ja) 2018-05-30

Family

ID=57867615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016068138A Active JP6333302B2 (ja) 2016-03-30 2016-03-30 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9559022B1 (ja)
JP (1) JP6333302B2 (ja)
KR (1) KR101908187B1 (ja)
CN (1) CN107293477B (ja)
TW (1) TWI584354B (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7161603B2 (ja) * 2019-03-15 2022-10-26 株式会社Kokusai Electric 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2658665B2 (ja) * 1991-09-25 1997-09-30 日新電機株式会社 プラズマcvd装置
JPH06188305A (ja) * 1992-12-17 1994-07-08 Tokyo Electron Ltd 被吸着体の離脱装置および被吸着体の離脱方法およびプラズマ処理装置
JP3459790B2 (ja) * 1999-05-18 2003-10-27 山形日本電気株式会社 除電機能付静電チャック及び静電チャックの除電方法
JP2001257203A (ja) * 2000-03-13 2001-09-21 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理方法
JP4112821B2 (ja) 2001-06-01 2008-07-02 松下電器産業株式会社 プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
JP2004253749A (ja) * 2002-12-27 2004-09-09 Tokyo Electron Ltd 薄膜処理方法及び薄膜処理システム
JP4598416B2 (ja) * 2003-03-18 2010-12-15 パナソニック株式会社 プラズマ処理方法
US7205250B2 (en) * 2003-03-18 2007-04-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Plasma processing method and apparatus
WO2007102426A1 (ja) * 2006-03-06 2007-09-13 Hitachi Kokusai Electric Inc. 基板処理装置および基板処理方法
JP2008078461A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体製造装置に搭載可能な除電装置
JP5151260B2 (ja) * 2007-06-11 2013-02-27 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
CN101369615B (zh) * 2007-08-17 2010-11-10 广东昭信光电科技有限公司 低热阻大功率发光二极管的封装方法
JP6011420B2 (ja) * 2013-03-29 2016-10-19 東京エレクトロン株式会社 縦型熱処理装置の運転方法、縦型熱処理装置及び記憶媒体
WO2014174650A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 株式会社 日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
JP6332746B2 (ja) * 2013-09-20 2018-05-30 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
JP5807084B2 (ja) 2013-09-30 2015-11-10 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6180909B2 (ja) 2013-12-06 2017-08-16 東京エレクトロン株式会社 距離を求める方法、静電チャックを除電する方法、及び、処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017183488A (ja) 2017-10-05
KR101908187B1 (ko) 2018-10-15
US9559022B1 (en) 2017-01-31
TW201735119A (zh) 2017-10-01
TWI584354B (zh) 2017-05-21
KR20170112875A (ko) 2017-10-12
CN107293477A (zh) 2017-10-24
CN107293477B (zh) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6456893B2 (ja) 半導体装置の製造方法、記録媒体および基板処理装置
JP6240695B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
JP6333232B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP5807084B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6240712B1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
US20160056035A1 (en) Method of Manufacturing Semiconductor Device
JP5775633B1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体
JP6446418B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP5963893B2 (ja) 基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6479713B2 (ja) 半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置
JP5968996B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6333302B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6529996B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180418

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180424

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6333302

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250