JP7030204B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板処理方法およびプログラム - Google Patents
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Description
以下、本開示の第一実施形態を図面に即して説明する。
まず、本開示の第一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
下部容器202bの側部には、処理室201および移載室203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224が接続されており、排気管224には、処理室201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。
仕切り板204の側部には、処理室201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、処理室201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および第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。
ガスを分散させる機構としての第1ガス分散ユニット235aは、第1バッファ室232aと複数の第1分散孔234aから成なるリング状の形状を有し、仕切り板204と隣接配置されている。同様に、第2ガス分散ユニット235bは、第2バッファ室232bと複数の第2分散孔234bから成るリング状の形状を有し、蓋231と後述の第2プラズマユニット270bの間に配置されている。第1ガス導入口241aから導入される第1ガスは、第1ガス分散ユニット235aの第1バッファ室232aに供給され、複数の第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ガスは、第2ガス分散ユニット235bの第2バッファ室232bに供給され、複数の第2分散孔234bを介して処理室201に供給される。
上部容器202aの外周に巻き回すように配置された第1プラズマユニット270aは、導電性の金属パイプから成る1巻から10巻のスパイラル形状のコイル電極(コイル)253aと、導電性の金属板により構成される円筒体形状の電磁波シールド254aで構成されている。高周波電源252aからの高周波電力は、コイル電極253aの両端に並行接続された整合器251aと、コイル電極253aの中間付近と電磁波シールド254aが接続された接地部を介して供給される。処理室201に反応ガスを供給すると、コイル電極253aが作る交流磁場に誘導されて、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma、略称:ICP)が生成される。永久磁石255は、プラズマ生成の補助として、必要に応じてコイル電極253aの上下に導入することができる。この場合、永久磁石255が作る直流磁場Bは、コイル電極253aが誘導して作るプラズマ電流Jと作用して生じるJxBドリフトモードのプラズマや、コイル電極253aから発生する交流電場Eと作用して生じるExBドリフトモードのプラズマが生成される。これらにより、プラズマ密度が高まり、反応ガスの活性種の生成量を大幅に向上させることができる。なお、コイル電極253aの代わりに平板電極を用いた容量結合プラズマ(Capactively Coupled Plasma、略称:CCP)を採用することもできるが、永久磁石255の磁場と作用して生じるプラズマはExBドリフトモードのみとなる。第1プラズマユニット270aに、プラズマ生成の補助として、永久磁石255が設けられることにより、プラズマ電子が永久磁石255の磁場に補足(トラップ)されるため、処理室201の側面でのプラズマ電子の失活(消滅)率が下がる。その結果、プラズマの生成効率が上がる。
上部容器202a上部に配置されかつ処理室201の内側に一部突き出した第2プラズマユニット270bは、台座272に固定された絶縁部材271で保護された導電性の金属パイプから成るU字形状のコイル電極(単にコイルとも呼ぶ。)253bと、導電性の金属板により構成される円筒体または直方体の形状の電磁波シールド254bで構成されている。絶縁部材271は絶縁材料で構成され、処理室201の上部の内部に吐出するように設けられている。コイル電極253bは絶縁部材271に沿うように設けられている。なお、絶縁部材271は突き出し部に丸みのある直方体形状、円筒体形状やパイプ形状を用い、その内外の雰囲気は真空シールで隔絶されている。高周波電源252bからの高周波電力は、コイル電極253bの一端と接続された整合器251bと、コイル電極253bのもう一端と電磁波シールド254bが接続された接地部を介して供給される。処理室201に反応ガスを供給すると、コイル電極253bが作る交流磁場に誘導されて、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma、略称:ICP)が生成される。なお、第2プラズマユニット270bの代わりに、リモートプラズマユニットを採用しても良い。
第1ガス導入口241aには、第1ガス供給管150aが接続されている。第1ガス供給管150aには、第1処理ガス供給管113とパージガス供給管133aが接続されており、第1ガス導入口241aには、後述の第1処理ガスとパージガスが供給される。第2ガス導入口241bには、第2ガス供給管150bが接続されている。第2ガス供給管150bには、第2処理ガス供給管123とパージガス供給管133bが接続されており、第2ガス導入口241bには、後述の第2処理ガスとパージガスが供給される。
第1処理ガス供給系には、第1処理ガス供給管113、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処理ガス源を第1処理ガス供給系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、気化器が設けられていても良い。
第2処理ガス供給系には、第2処理ガス供給管123、MFC125、バルブ126が設けられている。なお、第2処理ガス源を第2処理ガス供給系に含めて構成しても良い。
パージガス供給系には、パージガス供給管133aとMFC135aとバルブ136aから成る系統と、パージガス供給管133bとMFC135bとバルブ136bから成る系統の2系統が設けられている。なお、パージガス源をパージガス供給系に含めて構成しても良い。
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。
次に、上述の基板処理装置100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)膜を形成するフローとシーケンス例について図3と図4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。
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、ツイーザなどの搬送機構(不図示)を用いて、基板搬入出口1480を通ってウエハ200をリフトピン207上に載置させる。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。
続いて、処理室201が所定の圧力となるように、バルブ136a, 136bを開き、MFC135a,135bを調節して所定の流量にてN2ガスを供給し、排気口221を介して処理室201の雰囲気を排気する。この際、圧力センサ(不図示)が計測した圧力値に基づき、圧力調整器227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が所定の温度となるようにヒータ213への電力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の温度が安定してから一定時間置く。この間、処理室201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、N2ガスなどによるパージがそれらの除去に効果的である。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を所定の圧力に設定する前に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
続いて、ウエハ200上にSiN膜を形成する例について説明する。成膜工程S301の詳細について、図3、図4を用いて説明する。
第1処理ガス供給工程S203では、第1処理ガス供給系から処理室201に第1処理ガス(原料ガス)としてのジクロロシラン(SiH2Cl2,dichlorosilane:DCS)ガスを供給する。具体的には、バルブ116を開けて、処理ガス供給源から供給された第1処理ガスをMFC115で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整された第1処理ガスは、第1ガス分散ユニット235aの第1バッファ室232aを通り、複数の第1分散孔234aから、減圧状態の処理室201に供給される。また、排気系による処理室201の排気を継続し、処理室201の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように圧力調整器227を制御する。このとき、所定の圧力(第1圧力:例えば100Pa以上10kPa以下)で、処理室201に第1処理ガスを供給する。このようにして、第1処理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。ここでの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。
第1パージ工程S204では、ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1処理ガス供給管113のバルブ116を閉じ、第1処理ガスの供給を停止する。真空ポンプ223の動作を継続し、第1処理ガスを停止することで、処理室201に存在する第1処理ガスや反応副生成物質などの残留ガス、第1バッファ室232aに残留する処理ガスを真空ポンプ223から排気されることによりパージが行われる。
第2処理ガス供給工程S205では、第2処理ガス供給系のバルブ126を開け、第2ガス分散ユニット235bの第2バッファ室232bと複数の第2分散孔234bを介して、減圧下の処理室201に第2処理ガス(第1の処理ガスとは化学構造(分子構造)が異なる第2の処理ガスとしての反応ガス)としてアンモニア(NH3)ガスを供給する。このとき、排気系による処理室201の排気を継続して第2処理ガスが所定流量となるようにMFC125を(例えば、100sccm以上5000sccm以下に)調整し、処理室201が所定圧力になるように圧力調整器227を(第2圧力:例えば、1Pa以上200Pa以下に)制御する。
第2パージ工程S206では、ウエハ200上に窒素含有層が形成された後、第2処理ガス供給管123のバルブ126を閉じ、第2処理ガスの供給を停止する。真空ポンプ223の動作を継続し、第2処理ガスを停止することで、処理室201に存在する第2処理ガスや反応副生成物質などの残留ガス、第2バッファ室232bに残留する処理ガスを真空ポンプ223から排気されることによりパージが行われる。
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。上述した成膜工程S301(S203~S206)を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行うことにより、ウエハ200上に所定膜厚のSiN膜を形成することができる。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。
処理室201が所定の圧力となるように、バルブ136a,136bを開き、MFC135a,135bを調節して所定の流量にてN2ガスを供給し、所定の圧力センサ(不図示)が計測した圧力値に基づき、圧力調整器227を制御する。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が所定の温度となるようにヒータ213への電力を制御する。例えば、処理室201の圧力は、第1調圧・調温工程S202のゲートバルブ1490の開放時と同じ圧力に設定し、ヒータ213の温度は、アイドル時の温度になるように設定する。なお、同温度条件にて次のウエハ200を連続処理する場合は、ヒータ213の温度を維持してもよい。
続いて、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、ウエハ200をリフトピン207上に載置させた状態にする。ゲートバルブ1490を開放し、ツイーザなどの搬送機構(不図示)を用いて、基板搬入出口1480を通って移載室203外へ搬送し、ゲートバルブ1490を閉じる。
以下、本開示の第二実施形態を図面に即して説明する。
Claims (15)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、
前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、
前記第2プラズマユニットは、前記処理室の上部の内部に突出するように設けられる絶縁部材と、前記絶縁部材に沿うように設けられるコイルと、を有する基板処理装置。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、
前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、
前記第2プラズマユニットは、導電性の金属板により構成される円筒体または直方体の形状の電磁波シールドによりシールドされる基板処理装置。 - 前記第2プラズマユニットに設けられる前記コイルは、前記絶縁部材で保護された導電性のU字形状である請求項1に記載の基板処理装置。
- 高周波電源から前記第2プラズマユニットに供給される高周波電力は、前記コイルの一端と接続された整合器と、前記コイルの他端と導電性の金属板により構成される円筒体または直方体の形状の電磁波シールドが接続された接地部を介して前記コイルに供給される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1プラズマユニットは、導電性のスパイラル形状のコイルと、導電性の円筒体形状の電磁波シールドで構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記導電性のスパイラス形状のコイルは、一端から他端までの間の所定位置の前記コイルの巻径が他の位置の前記コイルの巻径と異なるように形成されるコイルである請求項5に記載の基板処理装置。
- 高周波電源から前記第1プラズマユニットに供給される高周波電力は、前記コイルの両端に接続される整合器と、前記コイルの中間付近と前記電磁波シールドが接続される接地部を介して前記コイルに供給される請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記第1プラズマユニットに永久磁石が設けられている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記永久磁石は、前記第1プラズマユニットに設けられるコイルの上下に設けられる請求項8に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する処理室と、前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、前記第2プラズマユニットは、前記処理室の上部の内部に突出するように設けられる絶縁部材と、前記絶縁部材に沿うように設けられるコイルと、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板上に前記第1プラズマユニットおよび前記第2プラズマユニットにより前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、前記第2プラズマユニットは、導電性の金属板により構成される円筒体または直方体の形状の電磁波シールドによりシールドされる基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板上に前記第1プラズマユニットおよび前記第2プラズマユニットにより前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、前記第2プラズマユニットは、前記処理室の上部の内部に突出するように設けられる絶縁部材と、前記絶縁部材に沿うように設けられるコイルと、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板上に前記第1プラズマユニットおよび前記第2プラズマユニットにより前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、
を有する基板処理方法。 - 基板を処理する処理室と、前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、前記第2プラズマユニットは、導電性の金属板により構成される円筒体または直方体の形状の電磁波シールドによりシールドされる基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板上に前記第1プラズマユニットおよび前記第2プラズマユニットにより前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、
を有する基板処理方法。 - 基板を処理する処理室と、前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、前記第2プラズマユニットは、前記処理室の上部の内部に突出するように設けられる絶縁部材と、前記絶縁部材に沿うように設けられるコイルと、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する手順と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板上に前記第1プラズマユニットおよび前記第2プラズマユニットにより前記処理ガスのプラズマを生成する手順と、
前記処理室から前記基板を搬出する手順と、
をコンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させるプログラム。 - 基板を処理する処理室と、前記処理室内に対して処理ガスを供給するガス供給系と、前記処理室の外周に巻き回すように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第1プラズマユニットと、前記処理室の上部であって内部に突出するように設けられ、前記処理室内で前記処理ガスのプラズマを生成する第2プラズマユニットと、を備え、前記第2プラズマユニットは、導電性の金属板により構成される円筒体または直方体の形状の電磁波シールドによりシールドされる基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬入する手順と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板上に前記第1プラズマユニットおよび前記第2プラズマユニットにより前記処理ガスのプラズマを生成する手順と、
前記処理室から前記基板を搬出する手順と、
をコンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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