JP7026086B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理装置の洗浄方法 - Google Patents
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Description
基板が配置される第一領域と基板が配置されない第二領域とを有する反応容器と、
前記第一領域を加熱するヒータと、
前記反応容器内をクリーニングするクリーニングガスを含む、複数のガスを供給するガス供給機構と、
前記ガス供給機構が異なる2種類のクリーニングガスを供給するか、若しくは、前記ガス供給機構が異なる2か所からクリーニングガスを供給するか、又は、前記ヒータが前記第一領域と前記第二領域とで温度を異ならせるか、の少なくとも1つによって、前記第一領域と前記第二領域とを異なる条件でクリーニングするように前記ガス供給機構又は前記ヒータと冷却機構を制御する制御部と、を有する技術が提供される。
複数枚のウエハWがボート14に装填(ウエハチャージ)されると、ボート14はボートエレベータ17によって処理室8内に搬入(ボートロード)され、反応管2の下部以降は蓋部9によって気密に閉塞(シール)された状態となる。又この時、第1パージガス供給部から、第1パージガス28としてN2ガスを間隙45を介してノズル23a~23cの基部に供給する。又、第2パージガス供給部から、第2パージガス49としてN2ガスを、第2パージガス流路27を介して隙間46に供給する。第1パージガス28、第2パージガス49の供給は、少なくとも成膜処理が完了する迄継続される。
処理室8内が所定の圧力(真空度)となる様に、真空ポンプ35によって真空排気(減圧排気)される。処理室8内の圧力は、圧力センサ33で測定され、測定された圧力情報に基づきAPCバルブ34がフィードバック制御される。又、処理室8内のウエハWが所定の温度となる様に、ヒータ3によって加熱される。この際、処理室8が所定の温度分布となる様に、温度検出器4が検出した温度情報に基づきヒータ3への通電具合がフィードバック制御される。又、回転機構16によるボート14及びウエハWの回転を開始する。
[原料ガス供給工程]
処理室8内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、処理室8内のウエハWに対してDCSガスを供給する。DCSガスは、MFC21aにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管19a及びノズル23aを介して処理室8内に供給される。この時、第1パージガス供給部、第2パージガス供給部から炉口部に対してN2ガスが供給されている。これにより、ノズル23a~23cの基部と周辺部を第1パージガス28で集中的にパージできると共に、それ以外の部分を第2パージガス49でパージし、炉口部の原料ガス濃度を希釈できる。
次に、DCSガスの供給を停止し、真空ポンプ35により処理室8内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部から、不活性ガスとしてN2ガスを処理室8内に供給してもよい(不活性ガスパージ)。この排気工程では、APCバルブ34が一時的に全開となり、排気口26には大流量で高温の排気が流れることで加熱されうる。
次に、処理室8内のウエハWに対してNH3ガスを供給する。NH3ガスは、MFC21bにて所望の流量となる様に制御され、ガス供給管19b及びノズル23bを介して処理室8内に供給される。この時、第1パージガス供給部、第2パージガス供給部から炉口部に対してN2ガスが供給されている。
次に、NH3ガスの供給を停止し、真空ポンプ35により処理室8内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からN2ガスを処理室8内に供給してもよい(不活性ガスパージ)。また、原料ガス排気工程と同様に、冷却水や設定温度が制御されうる。
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からN2ガスが供給され、処理室8内がN2ガスに置換されると共に、処理室8の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ17により蓋部9が降下され、ボート14が反応管2から搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済ウエハWは、ボート14より取出される(ウエハディスチャージ)。
処理温度(ウエハ温度):300℃~700℃、
処理圧力(処理室内圧力):1Pa~4000Pa、
DCSガス:100sccm~10000sccm、
NH3ガス:100sccm~10000sccm、
N2ガス:100sccm~10000sccm、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることができる。なお成膜処理は、ウエハW上にSiN膜を形成するものに限定されず、例えば、ウエハW上にSiO2膜、SiON膜等を形成する場合にも好適に適用できる。
続いて、処理室8内のクリーニングを行う。SiN膜の形成工程に際して、反応管2及びインレットフランジ5の内壁やボート14の表面等にも堆積物や副生成物(堆積膜)が形成される。この堆積膜は、上述のバッチ処理を繰り返し行うことで累積し、徐々に厚くなる。この累積した堆積膜は、その後の処理において剥離してウエハWに付着する等により、異物の要因となる。このため、以降の処理に備え、堆積膜の厚さが所定の厚さに達した時点で処理室8内から堆積膜を除去する。ノズル内、炉内(反応管2)及び炉口(インレットフランジ5)では、堆積物等の性質(組成、膜厚等)が異なり、一般的には原料ガスのノズル23a内と、炉口側の低温部分に堆積物等が多く付着する傾向がある。また、処理室8内における低温領域(ヒータ3により取り囲まれていない領域であって、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域以外の領域)では、高温領域(ヒータ3により取り囲まれる領域であって、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域)に比べて、堆積物等が付着し易くなる。
ウエハWが装填されていない状態のボート14(空のボート14)を、上述のボートロードと同様の手順により処理室8内に搬入する。
処理室8内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ35によって真空排気される。この際、処理室8内の圧力が圧力センサ33で測定され、この測定された圧力情報に基づいてAPCバルブ34がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ35は、少なくとも処理室8内の残留クリーニングガスのパージ(S5)が完了するまでの間は常時作動した状態を維持する。この時、ガス供給管19fから、第1パージガス28としてN2ガスを供給する。又、ガス供給管19fから、第2パージガス49としてN2ガスを供給する。第1パージガス28、第2パージガス49の供給は、少なくともクリーニング処理が完了する迄継続される。第1パージガス28、第2パージガス49の流量は、特に第1クリーニングガスや第2クリーニングガスが供給されている間、成膜処理のときの流量に比べて増加されうる。第1パージガス28と第2パージガス49の流量の合計は、第1クリーニングガスや第2クリーニングガスの流量の合計よりも大きいことが望ましい。
次いで、第1ノズルであるノズル23aから第1クリーニングガスとしてF2ガスとNOガスを供給すると共に、第2ノズルであるノズル63cから第2クリーニングガスとしてHFガスを供給する。
ステップS3a1ではガス供給管60aのバルブ62aを開き、ガス供給管60a内にF2ガスを流す。F2ガスはガス供給管60aから流れ、MFC61aにより流量調整される。流量調整されたF2ガスは、ノズル23aの供給孔24aから処理室8内に供給され、反応管2及びボート14の表面等に接触し、排気管32から排気される。このとき、ガス供給管19cのバルブ22cを開き、MFC21cにより流量調整してノズル23aから不活性ガスとしてのN2ガスも供給する。このとき、ノズル23b,23c内へのF2ガスの侵入を防止するため、ガス供給管19d,19eのバルブ22d,22eを開き、ノズル23b,23cから不活性ガスとしてのN2ガスを供給する。
処理室8内がステップS3のクリーニングガス供給時よりも高真空である所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ35によって真空排気されると共に、処理室8内が所定の第三温度(T3)となるようにヒータ3の加熱が制御される。この際、処理室8内の圧力が圧力センサ33で測定され、この測定された圧力情報に基づいてAPCバルブ34がフィードバック制御される(圧力調整)。また炉口部は、シール部材6をその耐熱温度(例えば300℃)以下の温度に保つように冷却される。
処理室8内が所定の第三温度(例えば、750℃)になった後、バルブ22c,22d,22e,22f,22g,62dを開き、ガス供給管19c,19d,19e,19f,19g,60dのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室8内へ供給し、排気管32から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室8内が不活性ガスでパージされ、処理室8内に残留するガスが処理室8内から除去される(パージ)。その後、処理室8内が待機温度となるようにヒータ3の加熱が制御される。またAPCバルブ34が閉じられ処理室8内が不活性ガスで満たされ、処理室8内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。このとき全ての不活性ガスの供給を一時的に停止し、リークチェックを行う。
上述したボートアンロードと同様の手順により、ボート14を反応管2の外部に搬出する。そして、シャッタ(不図示)によりインレットフランジ5の下端開口をシールする。
クリーニングガス供給工程(S3)のクリーニングガス供給としてノズル23aから第1クリーニングガスとしてF2(フッ素)ガスとNO(一酸化窒素)ガスを供給した後、ノズル63cから第2クリーニングガスとしてHF(フッ化水素)ガスを供給し、これを複数回繰り返してクリーニングガスを供給するようにしてもよい。
F2ガスとNOガスを供給するステップS3aはステップS3a1~S3a3をそれぞれ一回行う。ステップS3a1~S3a3は実施形態と同様である。ただし、ガス供給管60dのバルブ62dを開き、MFC61dにより流量調整してノズル63cから不活性ガスとしてのN2ガスを供給する。
本開示者らが本開示に先立って検討した技術(比較例)について図10を用いて説明する。比較例の炉口部には温度制御機構を備えていない。よって、処理室8内温度を低く設定してHFガスによりクリーニングした後、処理室8内温度を高く設定してF2ガスとNOガスとによりクリーニングする。
実施形態のS1と同様である。ウエハWが装填されていない状態のボート14(空のボート14)を、上述のボートロードと同様の手順により処理室8内に搬入する。
処理室8内が所定の圧力(真空度)となるように実施形態と同様に真空ポンプ35によって真空排気される。
次いで、クリーニングガスを処理室8内に供給する。ノズル63cからクリーニングガスとしてHFガスを供給する。
処理室8内がステップS3のクリーニングガス供給時よりも高真空である所望の圧力(真空度)となるように実施形態のステップS4と同様に真空ポンプ35によって真空排気される。処理室8内が所定の第3温度(T3)となるように実施形態のステップS4と同様にヒータ3によって加熱される。第4温度(T4)は実施形態の第1温度(T1)よりも低いため、第3温度(T3)まで加熱するのに、実施形態よりも時間を要する。
処理室8内が所定の第3温度になった後、バルブ22c,22d,22e,22f,22g,62dを開き、ガス供給管19c,19d,19e,19f,19g,60dのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室8内へ供給し、排気管32から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室8内が不活性ガスでパージされ、処理室8内に残留するガスが処理室8内から除去される(パージ)。その後、処理室8内が所定の第1温度(T1)となるようにヒータ3の冷却機構(不図示)によって実施形態と同様に降温されて、リークチェックを行う(ステップS6)。
F2ガスとNOガスを供給するステップS3a(ステップS3a1~S3a3)は実施形態と同様である。ただし、ガス供給管60dのバルブ62dを開き、MFC61dにより流量調整してノズル63cから不活性ガスとしてのN2ガスを供給する。
(1)ガス供給機構が異なる2種類のクリーニングガスを供給するので、異なる特性のクリーニングガスを供給してクリーニングが可能である。
(2)ガス供給機構が異なる2か所からクリーニングガスを供給するので、2種類のクリーニングガスの並列供給が可能である。
(3)ヒータと冷却機構とが反応容器の内面の温度を中心側(ヒータ3に囲まれている領域)と開口側とで異ならせるので、異なる特性のクリーニングガスを並行して供給することが可能である。
(4)第1温度範囲を第1クリーニングガスのエッチングレートの極小点よりも高くし、第2温度範囲を第2クリーニングガスのエッチングレートの極大点よりも低くすることで、それぞれのエッチングを高い局所性で行うことができる。同時に、第2温度範囲を第2クリーニングガス(フッ化水素)の凝縮点よりも高くすることで、反応容器の腐食を防止することができる。
(5)ノズル内や反応管内のエッチングのムラを小さくする目的で、F2ガスおよびNOガスの供給時間や供給量、処理室の第1温度の分布をパラメータとして利用できる。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示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。
本開示は以下の内容を含む。
前記反応容器の外部で、前記開口を塞がないように設けられ、前記反応容器に向けて熱を放射するヒータと、
前記開口を塞ぐ蓋と、
前記反応容器内にクリーニングガスを含む、複数のガスを供給するガス供給機構と、
前記反応容器の開口側を冷却する冷却機構と、を有し、
前記ガス供給機構が異なる2種類のクリーニングガスを供給するか、前記ガス供給機構が異なる2か所からクリーニングガスを供給するか、又は、前記ヒータと前記冷却機構とが前記反応容器の内面の温度を中心側と開口側とで異ならせるか、の少なくとも1つによって、前記反応容器の開口側と中心側の内面のクリーニングを同時に行う基板処理装置。
前記冷却機構は、前記クリーニングを同時に行うときに、前記反応容器の中心側の温度が200℃以上400℃以下の状態で、前記反応容器の前記開口側の全周を5℃以上75℃以下に冷却する基板処理装置。
前記第1ノズルは、前記反応管の内面に沿って管軸に平行に配置され、管軸と垂直方向に第1クリーニングガスとしてフッ素含有ガスと酸素と窒素を含むガスの混合ガスを吐出し、
前記第2ノズルは、前記インレットフランジの周方向に第2クリーニングガスとしてフッ化水素を吐出し、
前記冷却機構は、前記反応容器の前記開口の実質的に全周に接触するように設けられ、内部を冷却媒体が流通することによって前記反応容器の前記開口側が冷却され、
前記インレットフランジは、基板への処理を行うときに、その内面が200℃以上に維持される基板処理装置。
前記反応容器内の基板が配置される領域の付近で、第1クリーニングガスを供給する工程と、
前記反応容器内の前記開口側の付近で第1クリーニングガスと異なる第2クリーニングガスを供給する工程と、
供給された前記第1クリーニングガスと前記第2クリーニングガスが同時に前記反応容器内に存在する状態で、前記第1クリーニングガスによる前記反応容器の中心側のクリーニングと、前記第2クリーニングガスによる前記開口側のクリーニングを実質的に同時に行う工程と、を有する、基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法。
前記反応容器内の基板が配置される領域の付近で、第1クリーニングガスを供給する工程と、
前記反応容器内の前記開口の付近で第2クリーニングガスを供給する工程と、
供給された前記第1クリーニングガスと前記第2クリーニングガスが同時に前記反応容器内に存在する状態で、前記第1クリーニングガスによる前記反応容器の中心側のクリーニングと、前記第2クリーニングガスによる前記開口側のクリーニングを実質的に同時に行う工程と、を有し、
前記第1クリーニングガスと前記第2クリーニングガスを、1:4以上の流量比で同時供給するか、4以上:1の流量比で同時供給するか、前記第1クリーニングガスおよび前記第2クリーニングガスを交互に供給するか、のいずれかの方法で前記第1クリーニングガスおよび前記第2クリーニングガスを供給する基板処理装置の洗浄方法。
3 ヒータ
7 処理容器(反応容器)
9 蓋部(蓋)
W ウエハ(基板)
Claims (15)
- 基板が配置される第一領域と基板が配置されない第二領域とを有する反応容器と、
前記第一領域を加熱するヒータと、
前記反応容器内をクリーニングするクリーニングガスを含む、複数のガスを供給するガス供給機構と、
前記ガス供給機構が異なる2種類のクリーニングガスを供給するか、又は、前記ヒータが前記第一領域と前記第二領域とで温度を異ならせるか、の少なくとも1つによって、前記第一領域と前記第二領域とを異なる条件で並行してクリーニングするように前記ガス供給機構又は前記ヒータと冷却機構を制御可能に構成された制御部と、を有する基板処理装置。 - 前記制御部は、前記ガス供給機構が異なる2種類のクリーニングガスを供給しつつ、前記ガス供給機構が前記2種類のクリーニングガスを異なる2か所からそれぞれ供給するか、又は、前記ヒータが前記第一領域と前記第二領域とで温度を異ならせることよって、前記第一領域と前記第二領域とを異なる条件で並行してクリーニングするように前記ガス供給機構又は前記ヒータと冷却機構を制御する請求項1記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、並行してクリーニングするように制御している間、前記第一領域の温度及び前記第二領域の温度を一定に維持する請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給機構は、前記第一領域から第1クリーニングガスを供給する第1ノズルと、前記第二領域から第2クリーニングガスを供給する第2ノズルと、を有する請求項1又は2記載の基板処理装置。
- 前記第1ノズルは、前記第1クリーニングガスとしてフッ素含有ガスと、酸素及び窒素を含むガスとの混合ガスを供給し、
前記第2ノズルは、前記第2クリーニングガスとしてフッ化水素ガスを供給する請求項4記載の基板処理装置。 - 前記反応容器の開口側を冷却する冷却機構を更に備える請求項1乃至5のいずれか1項に記載の基板処理装置。
- 前記第一領域の温度を200℃以上400℃以下とし、前記第二領域の温度を5℃以上75℃以下とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の基板処理装置。
- 前記反応容器は、耐熱耐蝕材料製の反応管と、前記反応管の開口を前記反応容器の開口に接続するとともに前記クリーニングガスを前記反応容器内に導入するポートを有するインレットフランジと、を備える請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記第1ノズルは、前記反応管の内面に沿って管軸に平行に配置され、管軸と垂直方向に第1クリーニングガスとしてフッ素含有ガスと酸素と窒素を含むガスの混合ガスを吐出し、
前記第2ノズルは、前記インレットフランジの周方向に第2クリーニングガスとしてフッ化水素を吐出する請求項8に記載の基板処理装置。 - 前記冷却機構は、前記反応容器の前記開口の実質的に全周に接触するように設けられ、内部を冷却媒体が流通することによって前記反応容器の前記開口側が冷却され、
前記インレットフランジは、基板への処理を行うときに、その内面が200℃以上に維持される請求項8記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、前記第一領域に供給する第1クリーニングガスと前記第二領域する第2クリーニングガスを、1:4以上の流量比で同時供給するか、4以上:1の流量比で同時供給するか、前記第1クリーニングガスおよび前記第2クリーニングガスを交互に供給するか、のいずれかの方法で前記第1クリーニングガスおよび前記第2クリーニングガスを供給する請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記第1クリーニングガスは、酸化窒素を含む請求項4に記載の基板処理装置。
- 基板が配置される第一領域と基板が配置されない第二領域とを有する反応容器内の前記第一領域で基板を処理する工程と、
前記第一領域に基板が配置されない状態で、前記反応容器内に異なる2種類のクリーニングガスを供給するか、又は、ヒータにより前記第一領域を加熱して前記第一領域と前記第二領域とで温度を異ならせるか、の少なくとも1つによって、前記第一領域と前記第二領域とを異なる条件で並行してクリーニングする工程と、を有する、基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法。 - 基板が配置される第一領域と基板が配置されない第二領域とを有する反応容器内の前記第一領域に基板が配置してない状態で、前記反応容器内に異なる2種類のクリーニングガスを供給するか、又は、ヒータにより前記第一領域を加熱し、冷却機構により前記第二領域を冷却し、前記第一領域と前記第二領域とで温度を異ならせるか、の少なくとも1つによって、前記第一領域と前記第二領域とを異なる条件で並行してクリーニングする工程と、を有する基板処理装置の洗浄方法。
- 前記クリーニングする工程の後に、前記クリーニングする工程における前記反応容器内の温度と待機状態における反応容器内の温度のいずれよりも高い所定温度で、前記反応容器内をパージする工程を更に有する請求項14に記載の基板処理装置の洗浄方法。
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