WO2020059722A1 - 基板処理装置、温度制御システム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Definitions
- the present disclosure relates to a substrate processing apparatus, a temperature control system, and a method for manufacturing a semiconductor device.
- FIG. 5 shows an example of routing the cable 101c when measuring the substrate temperature using the conventional substrate 101 with a thermocouple.
- the cable 101c coming out of the substrate 101 with a thermocouple is routed, for example, along a pillar of a substrate holder (hereinafter, also referred to as a boat) 31 and closed while supporting the boat.
- the cable 101c is pulled out to the outside of a seal cap (hereinafter, referred to as CAP) 25 as a lid.
- CAP seal cap
- the cable 101c drawn out of the CAP 25 must be further extended and routed to the temperature controller 64.
- the cable 101c may be disconnected. Therefore, the boat 31 and the substrate 1 may not be able to rotate.
- An object of the present disclosure is to provide a configuration in which a temperature sensor is provided near a substrate and a substrate temperature of a rotating substrate can be measured.
- a substrate holder inserted into the processing chamber with the substrate mounted thereon, a rotating mechanism for rotating the substrate holder, and measuring the temperature of the substrate while rotating the substrate holder in the same manner as the substrate when rotating.
- a substrate temperature sensor a transmitter connected to the outside of the processing chamber with the substrate temperature sensor and configured to rotate similarly to the substrate, a receiver for receiving a signal output from the transmitter, and And a controller to be connected.
- the temperature sensor near the substrate and measure the substrate temperature of the rotating substrate.
- FIG. 1 is a front sectional view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
- 1 is a partially cut front view illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
- 1 is a diagram illustrating a hardware configuration of a controller in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure. It is a figure showing an example of a substrate with a thermocouple. It is a figure explaining the example of cable routing at the time of substrate temperature measurement using a substrate with a thermocouple.
- 1 is a diagram illustrating a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 7A is a schematic diagram illustrating a transition at the time of boat loading of the substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure, FIG.
- FIG. 7A is a diagram illustrating a state where substrates are being transferred, and FIG. FIG. 7C illustrates a state in which the boat is being lifted, and FIG. 7C illustrates a state in which the boat loading is completed.
- 5 is a flowchart of a substrate processing step according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 9A is an exploded perspective view of a modified example of the boat according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 9B is a longitudinal sectional view of FIG. 9A.
- the substrate processing apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a process tube 11 as a supported vertical reaction tube, and the process tube 11 is an outer tube 12 as an outer tube and an inner tube as an inner tube arranged concentrically with each other. And the inner tube 13.
- the outer tube 12 is made of quartz (SiO 2 ), and is integrally formed in a cylindrical shape having an upper end closed and a lower end opened.
- the inner tube 13 is formed in a cylindrical shape whose upper and lower ends are open.
- the cylindrical hollow portion of the inner tube 13 forms a processing chamber 14 into which the boat 31 is carried, and the lower end side (opening space) of the inner tube 13 has a furnace opening (furnace space) 15 for inserting and removing the boat 31. Is composed.
- the boat 31 is configured to hold a plurality of substrates (hereinafter, also referred to as wafers) 1 in a long aligned state. Therefore, the inner diameter of the inner tube 13 is set to be larger than the maximum outer diameter (for example, 300 mm in diameter) of the substrate 1 to be handled.
- a lower end between the outer tube 12 and the inner tube 13 is hermetically sealed by a manifold 16 as a furnace port flange constructed in a substantially cylindrical shape.
- the manifold 16 is detachably attached to the outer tube 12 and the inner tube 13 for exchanging the outer tube 12 and the inner tube 13 and the like.
- the process tube 11 is in a vertically installed state.
- the inner tube 13 may be omitted as the process tube 11 in the drawings.
- the exhaust path 17 is formed in a circular ring shape with a constant width in cross section by the gap between the outer tube 12 and the inner tube 13. As shown in FIG. 1, one end of an exhaust pipe 18 is connected to an upper portion of a side wall of the manifold 16, and the exhaust pipe 18 communicates with the lowermost end of the exhaust path 17.
- An exhaust device 19 controlled by a pressure controller 21 is connected to the other end of the exhaust pipe 18, and a pressure sensor 20 is connected in the middle of the exhaust pipe 18.
- the pressure controller 21 is configured to feedback-control the exhaust device 19 based on the measurement result from the pressure sensor 20.
- a gas introduction pipe 22 is provided below the manifold 16 so as to communicate with the furnace port 15 of the inner tube 13.
- the gas introduction pipe 22 has a source gas supply device, a reaction gas supply device, and an inert gas supply device. (Hereinafter, referred to as a gas supply device) 23 is connected.
- the gas supply device 23 is configured to be controlled by a gas flow controller 24.
- the gas introduced from the gas introduction pipe 22 to the furnace port 15 flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13, passes through the exhaust path 17, and is exhausted by the exhaust pipe 18.
- a CAP 25 for closing the lower end opening is in contact with the manifold 16 from below in the vertical direction.
- the CAP 25 is constructed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the manifold 16, and is configured to be vertically moved up and down by a boat elevator 26 protected by a boat cover 37 provided in the transfer chamber 3 of the housing 2.
- the boat elevator 26 includes a motor-driven feed screw shaft device, a bellows, and the like, and the motor 27 of the boat elevator 26 is configured to be controlled by a drive controller 28.
- a rotating shaft 30 is arranged on the center line of the CAP 25 and is rotatably supported.
- the rotating shaft 30 is configured to be rotationally driven by a motor 29 controlled by a drive controller 28.
- a boat 31 is vertically supported on the upper end of the rotating shaft 30.
- a rotation mechanism is constituted by the rotation shaft 30 and the motor 29.
- the boat 31 includes a pair of upper and lower end plates 32 and 33, and three supporting members (posts) 34 vertically provided between the end plates 32 and 33.
- the holding grooves 35 are formed at regular intervals in the longitudinal direction.
- the holding grooves 35 carved in the same step in the three pillars 34 are opposed to each other and open.
- the substrates 1 are inserted between the holding grooves 35 of the same step of the three columns 34 to hold a plurality of substrates 1 in a horizontal and aligned state with each other. ing.
- the heat insulating plate 120 between the holding grooves 39 of the same stage of the three columns 34, the plurality of heat insulating plates 120 are aligned and held horizontally and centered. Has become.
- the boat 31 is provided with a substrate processing area between the end plate 32 and the end plate 38 where a plurality of substrates 1 are held, and an insulating plate between the end plate 38 and the end plate 33 where a plurality of heat insulating plates 120 are held.
- the heat treatment plate is configured to be distinguished from the region, and the heat insulation plate region is arranged below the substrate processing region.
- the heat insulating portion 36 is constituted by the heat insulating plate 120 held between the end plate 38 and the end plate 33.
- the rotating shaft 30 is configured to support the boat 31 in a state of being lifted from the upper surface of the CAP 25.
- the heat insulating part 36 is provided in the furnace port 15 and is configured to insulate the furnace port 15.
- a motor 29 for rotating the boat 31 is provided below the CAP 25.
- the motor 29 has a hollow motor structure, and a rotating shaft 30 extends through the motor 29.
- a heater unit 40 as a heating unit is arranged concentrically outside the process tube 11, and is installed in a state supported by the housing 2.
- the heater unit 40 is configured to heat the substrate 1 in the substrate processing area held by the boat 31.
- the heater unit 40 has a case 41.
- the case 41 is made of stainless steel (SUS) and is formed in a cylindrical shape, preferably a cylindrical shape, with an upper end closed and a lower end opened.
- the inner diameter and the overall length of the case 41 are set larger than the outer diameter and the overall length of the outer tube 12.
- a heat insulating structure 42 is provided in the case 41.
- the heat insulating structure 42 includes a side wall outer layer (hereinafter, also referred to as an outer layer) 45 disposed on the outside, and a side wall inner layer (hereinafter, also referred to as the inner layer) 44 disposed on the inside, and has a cylindrical shape, preferably a cylindrical shape.
- the side wall 43 of the cylindrical body is formed in a multi-layer structure.
- the case 41 is provided with a check damper 104 provided with an anti-diffusion body 104a in each zone.
- the opening / closing of the back diffusion prevention member 104 a supplies the cooling air 90 to the buffer unit 106 via the gas introduction path 107.
- the cooling air 90 supplied to the buffer unit 106 flows through a gas supply channel 108 provided in the inner layer 44, and an opening hole as an opening as a part of a supply path including the gas supply channel 108.
- the cooling air 90 is supplied from 110 to the space 75.
- a ceiling wall 80 as a ceiling is covered on the upper end side of the side wall 43 of the heat insulating structure 42 so as to close the space 75.
- An exhaust hole 81 as a part of an exhaust path for exhausting the atmosphere of the space 75 is formed in the ceiling wall portion 80 in a ring shape, and a lower end which is an upstream end of the exhaust hole 81 communicates with the inner space 75.
- the downstream end of the exhaust hole 81 is connected to an exhaust duct 82.
- the cooling air 90 blown out from the opening 110 into the space 75 is exhausted by the exhaust hole 81 and the exhaust duct 82.
- the gas supply system and the exhaust system are omitted.
- a controller 200 which is a control computer as a control unit, includes a computer main body 203 including a CPU (Central Pressing Unit) 201 and a memory 202, a communication IF (Interface) 204 as a communication unit. , A storage device 205 as a storage unit, and a display / input device 206 as an operation unit. That is, the controller 200 includes components as a general computer.
- the CPU 201 constitutes the center of the operation unit, executes a control program stored in the storage device 205, and executes a recipe (for example, a process recipe) recorded in the storage device 205 in accordance with an instruction from the display / input device 206.
- a recipe for example, a process recipe
- the process recipe includes the temperature control from step S1 to step S9 shown in FIG.
- the memory 202 serving as a temporary storage unit functions as a work area for the CPU 201.
- the communication unit 204 is electrically connected to the pressure controller 21, the gas flow controller 24, the drive controller 28, and the temperature controller 64 (these may be collectively referred to as a sub-controller).
- the controller 200 can exchange data relating to the operation of each component with the sub-controller via the communication unit 204.
- FIG. 6 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
- the processing substrate is denoted by “ 1 ” and is omitted.
- the heater unit 40 is provided with a heater for each zone so that the heater unit 40 can be divided into a plurality of zones in the vertical direction (in FIG. 6, divided into five zones), so that a plurality of heaters are stacked.
- a heater thermocouple (first temperature sensor) 65 for measuring the temperature of the heater is provided for each zone.
- a cascade thermocouple (second temperature sensor) 66 for measuring the temperature inside the tube is provided inside the outer tube 12.
- the cascade thermocouple 66 has a structure in which the number of thermocouples corresponding to the number of zones is contained in one quartz tube. The temperature measuring point is provided at a position facing the zone.
- the substrate temperature measurement unit (third temperature sensor) 211 as a substrate temperature sensor is configured to rotate together with the substrate 1 when the boat 31 rotates and the substrate 1 rotates.
- the substrate temperature measuring section 211 includes a temperature measuring section 211b for measuring the substrate temperature, and a cable 211c including a wire constituting the temperature measuring section. Note that the temperature measurement unit 211b and the substrate 1 do not necessarily need to be in contact with each other. However, since the temperature measurement unit 211b is configured to be disposed in the processing chamber 14, it is preferable to provide a protection unit (not shown) that covers the temperature measurement unit 211b.
- the cable 211c extends to the lower part of the boat 31 along the column 34 of the boat 31. The cable 211c drawn out to the lower part of the boat 31 is routed and connected to the transmitter 221 below the seal cap 25 through the hole of the rotary shaft 30 provided in the hole opened in the seal cap 25.
- the transmitter 221 is fixed to the rotating shaft 30 and has a structure that moves together with the rotating shaft 30. A hole through which the cable 211c passes is penetrated through the rotating shaft 30, and the cable 211c is transferred to the transmitter 221 outside the processing chamber 14 (for example, under the rotating shaft 30) while performing a vacuum seal using a hermetic seal or the like. It has a structure that can be pulled out.
- the substrate temperature measuring unit 211 may be, for example, the substrate 101 with a thermocouple as shown in FIG.
- the substrate temperature measuring unit 211 (101 in FIG. 4) is placed on the boat 31, and the cable 211c (101c in FIG. 4) is pulled out to the lower part of the boat 31 along the column 34 of the boat 31 to measure the substrate temperature. It can be measured at 101b.
- the substrate temperature measuring section 211 may be any sensor that can measure temperature as an electric signal, and is not limited to a thermocouple, and may be another sensor such as a resistance temperature detector. Further, the cable 211c may be configured to be drawn up to the lower part of the boat 31 by crawling inside the column 34 of the boat 31. With this configuration, the cable 211c is not disposed in the processing chamber 14 up to the transmitter 221. Therefore, there is no disconnection of the cable 211c due to the rotation of the substrate 1 and the boat 31.
- the transmitter 221 converts the electric signal (voltage) from the substrate temperature measuring unit 211 such as a thermocouple input through the cable 211c into a digital signal, and transmits the digital signal on a radio wave by wireless transmission.
- a receiver 222 fixed in an area below the CAP 25, a terminal (output terminal) 222a that receives a signal output from the transmitter 221 and outputs the received digital signal through serial communication, or outputs the received digital signal to, for example, 4
- a terminal (output terminal) 222b for converting into an analog signal such as -20 mA and outputting the signal.
- the digital signal or analog signal output signal terminal is connected to a temperature indicator (not shown) or a temperature controller 64 by a cable 223, and temperature data is input to the temperature controller 64.
- a temperature control system is configured by the substrate temperature measuring unit 211, the transmitter 221, the receiver 222, and the temperature controller 64.
- wireless transmission is performed between the substrate temperature measuring unit 211, the boat 31, the rotating unit including the rotating shaft 30, and the transmitter 221 and the receiver 222 fixed to the apparatus, and the temperature data transmission path is It is separated mechanically while maintaining it.
- the rotating unit including the substrate temperature measuring unit 211, the boat 31, the rotating shaft 30, and the transmitter 221 rotates integrally, the cable 211c does not wind around the boat 31.
- a signal output from the output terminal 222a or the output terminal 222b of the receiver 222 is input to the temperature controller 64, and displayed as temperature data by the temperature controller 64. Further, by controlling the temperature of the heater unit 40 based on the temperature data input to the temperature controller 64, the temperature control by the conventional cascade thermocouple provided between the outer tube 12 and the inner tube 13 is performed. The substrate temperature can be controlled more accurately than in the case of
- FIG. 7 shows a transition diagram of the substrate lifting operation in a state where a plurality of substrates 1 are mounted on the boat 31 and the substrate temperature measuring unit 211 is installed.
- the processing substrate is denoted by “ 1 ” and omitted.
- the entire boat 31 is located in the transfer room 3, and the transmitter 221 is located near the floor of the transfer room 3.
- the receiver 222 is fixed to a wall near the floor of the transfer room 3.
- the boat 31 and the transmitter 221 are raised by the boat elevator 26 (see FIG. 1).
- the transmitter 221 rises from the lower part of the transfer room 3 toward the ceiling and moves away from the receiver 222.
- the CAP 25 is fixed in contact with the manifold 16, and the boat 31 is stored in the processing chamber 14.
- the transmitter 221 converts the input electric signal (voltage) into a digital signal, places the signal on a radio wave, and transmits the electric signal to the fixed receiver 222 in each part of the transfer room 3 by wireless transmission.
- the receiver 222 is connected to a temperature controller 64 provided outside the transfer room 3 via a cable 223.
- the rotating unit including the substrate temperature measuring unit 211, the boat 31 (the rotating shaft 30) and the transmitter 221, which rotates together with the substrate 1, and the measured temperature Can be connected as a temperature data transmission path while mechanically separating a fixed part such as a receiver 222 that inputs the temperature into the temperature controller 64. It becomes possible to measure the substrate temperature while rotating 1.
- the wireless transmission technology for the temperature data transmission path the risk of disconnection of the cable when the elevating shaft of the boat 31 operates can be eliminated, and the workability of the substrate temperature measurement can be improved.
- the temperature sensor can be provided near the substrate 1, so that the substrate temperature can be detected at a location close to the substrate 1.
- the temperature controllability can be significantly improved as compared with the conventional temperature control.
- the boat 31 as a substrate holder in the modified example includes a substrate holder 71 serving as a substrate processing region, a heat insulating plate holder 72 disposed below the substrate holder 71 and serving as a heat insulating region, and a quartz base 73 serving as a cylindrical portion. Be composed.
- the substrate holder 71 includes a pair of upper and lower end plates 32 and 38a, and three columns 34a vertically provided between the pair of end plates 32 and 38a.
- a large number of holding pins 35a are provided on the three columns 34a in the longitudinal direction. Are provided at equal intervals.
- the holding pins 35a provided at the same step in the three columns 34a are configured to face each other and protrude.
- the substrate holder 71 is arranged such that the substrate 1 is inserted between the holding pins 35a at the same stage of the three pillars 34a so that the plurality of substrates 1 are horizontally aligned and aligned in the center. Has become.
- the heat insulating plate holder 72 includes end plates 38b and 33 and three columns 4b vertically provided between the end plates 38b and 33.
- the heat insulating plate 120 is provided between the holding grooves 39b of the three columns 34b at the same level. Is inserted, and the plurality of heat insulating plates 120 are aligned and held horizontally and with their centers aligned. That is, the heat insulating portion 36 is constituted by the heat insulating plate holder 72 and the heat insulating plate 120 held by the heat insulating plate holder 72.
- a substrate temperature measuring unit 211 as a substrate temperature sensor includes a temperature measuring unit 211b for measuring a substrate temperature, and a protective tube formed of quartz having a crank shape and a cable 211c including a wire constituting the temperature measuring unit. 76.
- the CAP 25 seals the inside of the furnace by contacting the inner tube 13 via the manifold 16 and an O-ring (not shown) when the substrate 1 is heat-treated.
- the CAP 25 is attached to an E-axis that can move up and down, and can move up and down.
- a hole is formed in the center of the CAP 25, and a boat receiver 74 penetrates the hole.
- the boat receiver 74 is sealed by a magnetic seal unit 78, and can be rotated by the R-axis motor 29 while maintaining a vacuum in the furnace.
- the protective tube 76 containing the substrate temperature measuring unit 211 has a structure that comes out below the CAP 25 through a hole opened at the center of the boat receiver 74.
- the protection tube 76 coming out under the CAP 25 is fixed to the boat receiver 74 by a fixing method (for example, Ultra-Torr (registered trademark)) capable of vacuum sealing.
- the quartz base 73 which is the lower end of the boat 31, on the boat receiver 74.
- the quartz base 73 has a U-shaped notch, and the protection tube 76 extending into the furnace from the center of the boat receiver 74 extends in the lateral direction by using the notch as a guide.
- the protection tube 76 is structured to stand up.
- a heat insulating plate holder 72 capable of accommodating a plurality of heat insulating plates 120 is installed on the quartz base 73, but the thickness of the quartz base 73 is larger than the outer diameter of the protective tube 76 so that no load is applied to the protective tube 76. It has become.
- the end plate 38b, which is the top plate, and the end plate 33, which is the bottom plate, of the heat insulating plate holder 72 are provided with cutouts through which the standing protective tubes 76 pass.
- notches are also provided in the end plate 32 serving as a top plate and the end plate 38 a serving as a bottom plate of the substrate holder 71 of the boat 31.
- the temperature measuring unit 211b which is the temperature measuring point of the substrate temperature measuring unit 211, can be disposed near the substrate 1, and the temperature closer to the substrate 1 can be further reduced than the conventional cascade TC installed near the reaction tube wall. Can be measured.
- the protection tube 76 is provided near the columns 34a and 34b.
- the boat 31 and the substrate temperature measuring unit 211 which are composed of the substrate holder 71, the heat insulating plate holder 72, and the quartz base 73, have a structure mounted on the boat receiver 74, and the R-axis motor 29 is driven via the drive belt 77. By rotating the boat receiver 74, the boat 31 and the substrate temperature measuring unit 211 rotate together. Note that the CAP 25 and the magnetic seal unit 78 do not rotate.
- the substrate temperature measuring unit 211 is provided in the protective tube 76 .
- the present invention is not limited to this, and the substrate temperature measuring unit 211 may be provided in the columns 34a and 34b.
- the protection tube may not be provided, and the strands of the thermocouple may be laid on the columns 34a and 34b.
- FIG. 8 illustrates a sequence example of a process of forming a film on a substrate (hereinafter, also referred to as a film forming process) as one process of manufacturing a semiconductor device (device) using the above-described substrate processing apparatus 10. It will be described using FIG.
- a hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviated to HCDS) gas is used as a source gas
- an ammonia (NH 3 ) gas is used as a reaction gas
- a silicon nitride film (Si 3 N 4 film, hereinafter referred to as SiN) is formed on the substrate 1.
- SiN silicon nitride film
- a step of supplying the HCDS gas to the substrate 1 in the processing chamber 14, a step of removing the HCDS gas (residual gas) from the processing chamber 14, By performing a predetermined number of (one or more) non-simultaneous cycles of simultaneously performing the step of supplying the NH 3 gas and the step of removing the NH 3 gas (residual gas) from the processing chamber 14, the SiN film is formed on the substrate 1.
- Step S1 The transfer device 125 and the transfer device elevator are operated by the drive controller 28, and a plurality of substrates 1 are held and loaded (wafer charging) in the substrate processing region of the boat 31. Note that a plurality of heat insulating plates 120 are already held and loaded in the heat insulating plate region of the boat 31.
- the boat 31 holding the substrate 1 and the heat insulating plate 120 is loaded into the process tube 11 by operating the boat elevator 26 by the drive controller 28, and is loaded (boat loaded) into the processing chamber 14.
- the CAP 25 is in a state where the lower end of the inner tube 13 is hermetically closed (sealed) via an O-ring (not shown).
- Step S2 Pressure adjustment and temperature adjustment: Step S2
- the evacuation device 19 is controlled by the pressure controller 21 so that the processing chamber 14 has a predetermined pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 14 is measured by the pressure sensor 20, and the exhaust device 19 is feedback-controlled based on the measured pressure information. The exhaust device 19 is always operated at least until the processing on the substrate 1 is completed.
- the substrate 1 in the processing chamber 14 is heated by the heater unit 40 so as to reach a predetermined temperature.
- the power supply to the heater unit 40 is feedback-controlled by the temperature controller 64 based on at least the temperature information detected by the substrate temperature measurement unit 211 so that the processing chamber 14 has a predetermined temperature distribution.
- the heating of the processing chamber 14 by the heater unit 40 is continuously performed at least until the processing on the substrate 1 is completed.
- the temperature information detected by the heater thermocouple 65 and the cascade thermocouple 66 may be used.
- Step S3 (Source gas supply: Step S3) In this step, the HCDS gas is supplied to the substrate 1 in the processing chamber 14.
- the flow rate of the HCDS gas introduced into the processing chamber 14 from the gas introduction pipe 22 is controlled by the gas flow controller 24, flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13, passes through the exhaust path 17, Exhausted.
- N 2 gas is simultaneously flowed into the gas introduction pipe 22.
- the flow rate of the N 2 gas is adjusted by the gas flow controller 24, supplied to the processing chamber 14 together with the HCDS gas, and exhausted from the exhaust pipe 18.
- Step S4 After the first layer is formed, the supply of the HCDS gas is stopped. At this time, the processing chamber 14 is evacuated by the exhaust device 19, and the HCDS gas remaining in the processing chamber 14 and remaining after the reaction has contributed to the formation of the first layer is exhausted from the processing chamber 14. At this time, the supply of the N 2 gas to the processing chamber 14 is maintained.
- the N 2 gas acts as a purge gas, whereby the effect of discharging the gas remaining in the processing chamber 14 from the processing chamber 14 can be enhanced.
- Step S5 NH 3 gas is supplied to the substrate 1 in the processing chamber 14, that is, the first layer formed on the substrate 1.
- the NH 3 gas is activated by heat and supplied to the substrate 1.
- the flow rate of NH 3 gas introduced from the gas introduction pipe 22 into the processing chamber 14 is controlled by the gas flow controller 24, flows through the processing chamber 14 of the inner tube 13, passes through the exhaust path 17, and passes through the exhaust pipe 18. It is exhausted from.
- N 2 gas is simultaneously flowed into the gas introduction pipe 22.
- the flow rate of the N 2 gas is adjusted by the gas flow controller 24, supplied to the processing chamber 14 together with the NH 3 gas, and exhausted from the exhaust pipe 18.
- the NH 3 gas is supplied to the substrate 1.
- the NH 3 gas supplied to the substrate 1 reacts with at least a part of the first layer formed on the substrate 1 in step S3, that is, the Si-containing layer. Thereby, the first layer is thermally nitrided by non-plasma, and is changed (modified) into a second layer, that is, a silicon nitride layer (SiN layer).
- Step S6 After the second layer is formed, the supply of the NH 3 gas is stopped. Then, by the same processing procedure as in step S4, the NH 3 gas and reaction by-product remaining in the processing chamber 14 and remaining after the reaction has contributed to the formation of the second layer are discharged from the processing chamber 14. At this time, the point that the gas and the like remaining in the processing chamber 14 do not need to be completely exhausted is the same as step S4.
- Step S7 (Performed a predetermined number of times: Step S7)
- a SiN film having a predetermined thickness can be formed on the substrate 1.
- the second layer (SiN layer) formed when the above-described cycle is performed once is made smaller than a predetermined thickness, and is formed by stacking the second layer (SiN layer). It is preferable to repeat the above cycle a plurality of times until the thickness of the SiN film reaches a predetermined thickness.
- Step S8 After the film forming process is completed, N 2 gas is supplied from the gas introduction pipe 22 to the processing chamber 14 and exhausted from the exhaust pipe 18. N 2 gas acts as a purge gas. As a result, the processing chamber 14 is purged, and the remaining gas and reaction by-products are removed from the processing chamber 14 (purge).
- cooling air 90 as a cooling gas is supplied to the gas introduction path 107 via the check damper 104. The supplied cooling air 90 is temporarily stored in the buffer unit 106 and is blown out from the plurality of opening holes 110 into the space 75 through the gas supply flow path 108 to cool the process tube 11. .
- cooling of the processing chamber 14 by the cooling air may be controlled by the temperature controller 64 based on the temperature detected by the substrate temperature measurement unit 211, or the temperature controller 64 may determine whether to stop cooling. You may. Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 14 is replaced with an inert gas (replacement with an inert gas), and the pressure in the processing chamber 14 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
- the temperature controller 64 may determine whether to proceed to the next boat unloading.
- Step S9 The CAP 25 is lowered by lowering the boat elevator 26 by the drive controller 28, and the lower end of the process tube 11 is opened. Then, the processed substrate 1 is carried out from the lower end of the process tube 11 to the outside of the process tube 11 while being supported by the boat 31 (boat unloading). The processed substrate 1 is taken out from the boat 31 (wafer discharging).
- the film type is not particularly limited.
- the present invention can be applied to various film types such as an oxide film such as a silicon oxide film (SiO film) and a metal oxide film.
- the substrate processing apparatus has been described, but the present invention can be applied to all semiconductor manufacturing apparatuses. Further, the present invention can be applied not only to a semiconductor manufacturing apparatus but also to an apparatus for processing a glass substrate such as an LCD (Liquid Crystal Display) apparatus.
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Abstract
基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具と、基板保持具を回転させる回転機構と、基板保持具が回転する際に基板と同様に回転すると共に基板の温度を測定する基板温度センサと、基板温度センサと処理室の外側で接続され、基板と同様に回転するように構成される送信機と、送信機から出力される信号を受信する受信機と、該受信機に接続されるコントローラと、を備えた構成が提供される。
Description
本開示は、基板処理装置、温度制御システム及び半導体装置の製造方法に関する。
従来の熱電対付き基板101を用いた基板温度測定時のケーブル101cの引き回し例を図5に示す。熱電対付き基板101を使用した場合、熱電対付き基板101から出たケーブル101cを基板保持具(以後、ボートともいう)31の柱に沿わせるなどして引き回し、該ボートを支持しつつ閉塞する蓋体としてのシールキャップ(以後、CAPという)25の外までケーブル101cを引き出す。CAP25の外まで引き出されたケーブル101cをさらに延長し、温度コントローラ64まで配線しなければならない。
しかしながら、この状態でボート31を回転すると、ケーブル101cが断線してしまうことがある。このため、ボート31および基板1を回転することができない場合がある。
本開示の目的は、温度センサを基板近傍に設けると共に、回転する基板の基板温度を測定することができる構成を提供することにある。
本開示の一態様によれば、
基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具と、基板保持具を回転させる回転機構と、基板保持具が回転する際に基板と同様に回転すると共に基板の温度を測定する基板温度センサと、基板温度センサと処理室の外側で接続され、基板と同様に回転するように構成される送信機と、送信機から出力される信号を受信する受信機と、該受信機に接続されるコントローラと、を備えた構成が提供される。
基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具と、基板保持具を回転させる回転機構と、基板保持具が回転する際に基板と同様に回転すると共に基板の温度を測定する基板温度センサと、基板温度センサと処理室の外側で接続され、基板と同様に回転するように構成される送信機と、送信機から出力される信号を受信する受信機と、該受信機に接続されるコントローラと、を備えた構成が提供される。
本開示によれば、温度センサを基板近傍に設けると共に、回転する基板の基板温度を測定することができる。
以下、本開示の一実施の形態を図面に即して説明する。
図1に示された基板処理装置10は、支持された縦形の反応管としてのプロセスチューブ11を備えており、プロセスチューブ11は互いに同心円に配置された外管としてのアウタチューブ12と内管としてのインナチューブ13とから構成されている。アウタチューブ12は石英(SiO2)が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。インナチューブ13は上下両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13の筒中空部はボート31が搬入される処理室14を形成しており、インナチューブ13の下端側(開口空間)はボート31を出し入れするための炉口部(炉口空間)15を構成している。後述するように、ボート31は複数枚の基板(以後、ウエハともいう。)1を長く整列した状態で保持するように構成されている。したがって、インナチューブ13の内径は取り扱う基板1の最大外径(例えば、直径300mm)よりも大きくなるように設定されている。
アウタチューブ12とインナチューブ13との間の下端部は、略円筒形状に構築された炉口フランジ部としてのマニホールド16によって気密封止されている。アウタチューブ12およびインナチューブ13の交換等のために、マニホールド16はアウタチューブ12およびインナチューブ13にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド16が基板処理装置10の筐体2に支持されることによって、プロセスチューブ11は垂直に据え付けられた状態になっている。以後、図ではプロセスチューブ11としてインナチューブ13を省略する場合もある。
アウタチューブ12とインナチューブ13との隙間によって排気路17が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。図1に示されているように、マニホールド16の側壁の上部には排気管18の一端が接続されており、排気管18は排気路17の最下端部に通じた状態になっている。排気管18の他端には圧力コントローラ21によって制御される排気装置19が接続されており、排気管18の途中には圧力センサ20が接続されている。圧力コントローラ21は圧力センサ20からの測定結果に基づいて排気装置19をフィードバック制御するように構成されている。
マニホールド16の下方にはガス導入管22がインナチューブ13の炉口部15に通じるように配設されており、ガス導入管22には原料ガス供給装置、反応ガス供給装置および不活性ガス供給装置(以下、ガス供給装置という。)23が接続されている。ガス供給装置23はガス流量コントローラ24によって制御されるように構成されている。ガス導入管22から炉口部15に導入されたガスは、インナチューブ13の処理室14内を流通して排気路17を通って排気管18によって排気される。
マニホールド16には下端開口を閉塞するCAP25が垂直方向下側から接するようになっている。CAP25はマニホールド16の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体2の移載室3に設備されたボートカバー37に保護されたボートエレベータ26によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ26はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ26のモータ27は駆動コントローラ28によって制御されるように構成されている。CAP25の中心線上には回転軸30が配置されて回転自在に支持されており、回転軸30は駆動コントローラ28によって制御されるモータ29により回転駆動されるように構成されている。回転軸30の上端にはボート31が垂直に支持されている。本実施形態では、回転軸30とモータ29により回転機構を構成する。
ボート31は上下で一対の端板32,33と、これらの間に垂直に架設された三本の保持部材としての支柱(柱)34とを備えており、三本の支柱34には多数の保持溝35が長手方向に等間隔に刻まれている。三本の支柱34において同一の段に刻まれた保持溝35同士は、互いに対向して開口するようになっている。ボート31は三本の支柱34の同一段の保持溝35間に基板1を挿入されることにより、複数枚の基板1を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。また、三本の支柱34の同一段の保持溝39間に断熱板120を挿入されることにより、複数枚の断熱板120を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
つまり、ボート31は、複数枚の基板1が保持される端板32から端板38間の基板処理領域と、複数枚の断熱板120が保持される端板38から端板33間の断熱板領域とを区別するように構成され、基板処理領域の下方に断熱板領域が配置されるよう構成されている。端板38と端板33の間に保持される断熱板120により断熱部36が構成される。
回転軸30はボート31をCAP25の上面から持ち上げた状態に支持するように構成されている。断熱部36は、炉口部15に設けられ、炉口部15を断熱するよう構成されている。また、CAP25の下にはボート31を回転するモータ29があり、そのモータ29は中空モータ構造となっており、回転軸30がモータ29を貫通している。
図2に示すように、プロセスチューブ11の外側には、加熱部としてのヒータユニット40が同心円に配置されて、筐体2に支持された状態で設置されている。これにより、ヒータユニット40は、ボート31に保持される基板処理領域内の基板1を加熱するよう構成される。ヒータユニット40はケース41を備えている。ケース41はステンレス鋼(SUS)が使用されて上端閉塞で下端開口の筒形状、好ましくは円筒形状に形成されている。ケース41の内径および全長はアウタチューブ12の外径および全長よりも大きく設定されている。
図2に示すように、ケース41内には断熱構造体42が設置されている。断熱構造体42は、外側に配置された側壁外層(以後、外層ともいう。)45と、内側に配置された側壁内層(以後、内層ともいう。)44とを備え、筒形状好ましくは円筒形状に形成されており、その円筒体の側壁部43が複数層構造に形成されている。
また、図2に示すように、ケース41には、各ゾーンに逆拡散防止体104aを備えたチェックダンパ104が設けられている。この逆拡散防止体104aの開閉により冷却エア90がガス導入路107を介してバッファ部106に供給されるように構成されている。
そして、バッファ部106に供給された冷却エア90は、内層44内に設けられたガス供給流路108を流れ、該ガス供給流路108を含む供給経路の一部としての開口部としての開口穴110から冷却エア90を空間75に供給するように構成されている。
図1および図2に示されているように、断熱構造体42の側壁部43の上端側には天井部としての天井壁部80が空間75を閉じるように被せられている。天井壁部80には空間75の雰囲気を排気する排気経路の一部としての排気孔81が環状に形成されており、排気孔81の上流側端である下端は内側空間75に通じている。排気孔81の下流側端は排気ダクト82に接続されている。そして、開口穴110から空間75に吹き出した冷却エア90は排気孔81および排気ダクト82によって排気されるように構成されている。尚、図2では、ガス供給系及び排気系が省略されている。
図3に示すように、制御部としての制御用コンピュータであるコントローラ200は、CPU(Central Precessing Unit)201およびメモリ202などを含むコンピュータ本体203と、通信部としての通信IF(Inter face)204と、記憶部としての記憶装置205と、操作部としての表示・入力装置206とを有する。つまり、コントローラ200は一般的なコンピュータとしての構成部分を含んでいる。
CPU201は、操作部の中枢を構成し、記憶装置205に記憶された制御プログラムを実行し、表示・入力装置206からの指示に従って、記憶装置205に記録されているレシピ(例えば、プロセス用レシピ)を実行する。尚、プロセス用レシピは、図8に示す後述するステップS1からステップS9までの温度制御を含むのは言うまでもない。
また、一時記憶部としてのメモリ202は、CPU201のワークエリアとして機能する。
通信部204は、圧力コントローラ21、ガス流量コントローラ24、駆動コントローラ28、温度コントローラ64(これらをまとめてサブコントローラということもある。)と電気的に接続されている。コントローラ200は、この通信部204を介してサブコントローラと各部品の動作に関するデータをやり取りすることができる。
図6は本開示の一実施形態の基板処理装置の概略図である。図6では処理基板は「1」と表記し省略している。
ヒータユニット40の構造を説明する。ヒータユニット40は縦方向に複数ゾーンに分割制御可能(図6では5ゾーン分割)なように、ゾーン毎にヒータが設けられているため、複数のヒータが積み重なって構成されている。そして、それぞれのゾーン毎にヒータの温度を測定するヒータ熱電対(第1温度センサ)65が設置されている。
アウタチューブ12の内側には、チューブ内部の温度を測定するカスケード熱電対(第2温度センサ)66が設置されている。このカスケード熱電対66は1つの石英管の中にゾーン数に応じた数の熱電対が収められている構造となっている。そしてその測温点はゾーンに対向した位置に設けられている。
基板温度センサとしての基板温度測定部(第3温度センサ)211は、ボート31が回転し基板1が回転する時に、基板1と共に回転するように構成されている。基板温度測定部211は、基板温度を測定する測温部211bと、測温部を構成する素線を包含するケーブル211cを含む構成となっている。なお、測温部211bと基板1は必ずしも接触させる必要はない。但し、測温部211bが処理室14に配置される構成であるため、測温部211bを覆う保護部(図示せず)を設けるのが好ましい。また、ケーブル211cは、ボート31の支柱34に沿わせボート31の下部まで引き出されている。ボート31の下部まで引き出されたケーブル211cは、シールキャップ25に空いた孔に設けられた回転軸30の孔を通して、シールキャップ25の下の送信機221まで引き回し接続する。
この送信機221は回転軸30に固定されており、回転軸30と共に動く構造になっている。回転軸30にはケーブル211cを通す孔が貫通しており、ハーメチックシールなどを使って真空シールをしつつ、ケーブル211cを処理室14の外側(例えば、回転軸30の下部)の送信機221まで引き出せる構造となっている。
基板温度測定部211は、例えば、図4に示すように、熱電対付き基板101であってもよい。この基板温度測定部211(図4では101)をボート31に載せ、ケーブル211c(図4では101c)をボート31の支柱34に沿わせボート31の下部まで引き出すことで、基板温度を測温部101bで測定することができる。
なお、基板温度測定部211は、温度を電気信号として測定できるものであれば良く、熱電対に限らず、測温抵抗体などの他のセンサでも良い。また、ケーブル211cは、ボート31の支柱34内を這わせて、ボート31の下部まで引き出されるように構成してもよい。このように構成すれば、送信機221までケーブル211cが処理室14に配置されることはないので、基板1及びボート31の回転によるケーブル211c断線がない。
そして、送信機221はケーブル211cを介して入力された熱電対等の基板温度測定部211からの電気信号(電圧)をデジタル変換し、電波に乗せて無線伝送で送信する。
CAP25の下のエリアに固定された受信機222があり、送信機221が出した信号を受信し、受信したデジタル信号をシリアル通信出力する端子(出力端子)222a、または受信したデジタル信号を例えば4-20mAなどのアナログ信号に変換し出力する端子(出力端子)222bがある。このデジタル信号またはアナログ信号の出力信号端子と温度表示器(不図示)または温度コントローラ64との間をケーブル223で接続し、温度データを温度コントローラ64に入力する。
本実施形態では、基板温度測定部211、送信機221、受信機222、温度コントローラ64により温度制御システムを構成する。この構成にすることで、基板温度測定部211、ボート31、回転軸30および送信機221からなる回転部と、装置に固定された受信機222との間はワイヤレス伝送となり、温度データ伝送経路は維持したまま、機械的には切り離される。また、基板温度測定部211、ボート31、回転軸30および送信機221からなる回転部は一体となって回転するため、ケーブル211cがボート31に巻き付くことはない。
受信機222の出力端子222aまたは出力端子222bから出た信号を温度コントローラ64に入力し、温度コントローラ64で温度データとして表示する。また、この温度コントローラ64に入力された温度データをもとにヒータユニット40の温度制御を行うことで、アウタチューブ12とインナチューブ13との間に設けられた従来のカスケード熱電対での温度制御に比べ、より基板温度を精度よく制御することができる。
次に、ボートロード時の動作の遷移図を図7に示す。図7はボート31に基板1を複数枚搭載し、基板温度測定部211を設置した状態での基板上昇動作の遷移図を示している。処理基板は「1」と表記し省略している。
図7(a)に示すように、移載装置125によりボート31に基板1を搭載する場合、ボート31の全体は移載室3内に位置し、送信機221は移載室3の床付近に位置する。なお、受信機222は移載室3の床付近の壁に固定されている。その後、ボート31への基板1の搭載が終了し、図7(b)に示すように、ボート31および送信機221がボートエレベータ26(図1参照)によって上昇する。送信機221は移載室3の下部から天井に向けて上昇し受信機222から遠ざかる。その後、CAP25がマニホールド16に接して固定され、ボート31は処理室14に格納される。
送信機221は入力された電気信号(電圧)をデジタル変換し、電波に乗せて、移載室3の各部の固定された受信機222に無線伝送で送信する。受信機222は移載室3の外に設けられた温度コントローラ64とケーブル223で接続されている。
この構成にすることで、CAP25の下のエリアである移載室3でケーブルを引き回す必要が無くなる。ケーブルが無くなることで、ボート31の昇降軸が動作してもケーブル長が足りない、ケーブルがどこかに引っかかって断線するというリスクは無くなる。
実施形態によれば、温度データ伝達経路に無線伝送技術を用いることにより、基板1と共に回転する基板温度測定部211、ボート31(回転軸30)、送信機221を含む回転部と、測定した温度を温度コントローラ64に入力する受信機222等の固定部と、を機械的に分離しつつ、温度データ伝達経路としてはつながった状態にできるため、基板温度センサ211を基板1近傍に設けつつ、基板1を回転しながら基板温度を測定することが可能となる。また、温度データ伝達経路に無線伝送技術を用いることにより、ボート31の昇降軸が動作時のケーブルの断線リスクを無くし、基板温度測定の作業性が向上することが可能となる。
また、本実施形態によれば、基板1近傍に温度センサを設けることができるので、基板温度を基板1に近い場所で検出できる。これにより、例えば、従来の温度制御に比べ、格段に温度制御性が向上させることができる。
実施形態の変形例のボートについて図9を用いて説明する。変形例における基板保持具としてのボート31は基板処理領域となる基板ホルダ71と、基板ホルダ71の下方に配置され、断熱領域となる断熱板ホルダ72と、筒部としての石英ベース73と、で構成される。基板ホルダ71は上下で一対の端板32,38aと、これらの間に垂直に架設された三本の支柱34aとを備えており、三本の支柱34aには多数の保持ピン35aが長手方向に等間隔に設けられている。三本の支柱34aにおいて同一の段に設けられた保持ピン35a同士は、互いに対向して突出するようになっている。基板ホルダ71は三本の支柱34aの同一段の保持ピン35a間に基板1が挿入されることにより、複数枚の基板1を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
また、断熱板ホルダ72は端板38b,33とこれらの間に垂直に架設された三本の支柱4bとを備えており、三本の支柱34bの同一段の保持溝39b間に断熱板120を挿入されることにより、複数枚の断熱板120を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。つまり、断熱板ホルダ72と断熱板ホルダ72に保持される断熱板120により断熱部36が構成される。
基板温度センサとしての基板温度測定部211は、基板温度を測定する測温部211bと、測温部を構成する素線を包含するケーブル211cをクランク状の形状をした石英で形成される保護管76の内部に格納される。
CAP25は基板1を熱処理するときにマニホールド16とOリング(不図示)を介してインナチューブ13に接触することで、炉内をシールする。図示しないがCAP25は昇降動作可能なE軸に取り付けられており昇降動作が可能である。CAP25の中心には孔が空いており、当該孔の中をボート受け74が貫通している。ボート受け74は磁気シールユニット78でシールされており、炉内の真空を保ちつつR軸のモータ29で回転動作を行うことができる。
基板温度測定部211を内包する保護管76は、ボート受け74の中心に開いている孔を通ってCAP25の下に出てくる構造となっている。CAP25の下に出てきた保護管76は、真空シール可能な固定方法(例えば、Ultra-Torr(登録商標))によってボート受け74に固定される。
ボート受け74の上にボート31の下端部である石英ベース73を設置する。この石英ベース73にはU字型に切欠きがあり、当該切欠きをガイドにしてボート受け74の中心から炉内に出た保護管76が横方向に伸び、断熱板ホルダ72の外周で再び保護管76が上方向に立ち上がる構造となっている。石英ベース73の上に断熱板120を複数枚収納できる断熱板ホルダ72が設置されるが、石英ベース73の厚みは保護管76の外径より大きくなっており、保護管76に荷重がかからないようになっている。
断熱板ホルダ72の天板である端板38bおよび底板である端板33には、立ち上がった保護管76が通るための切欠きが設けられている。基板1の近傍に保護管76を設置するため、ボート31の基板ホルダ71の天板である端板32および底板である端板38aにも切欠きが設けられている。これにより基板1の近傍に基板温度測定部211の測温点である測温部211bを配置することができ、従来の反応管壁近傍に設置されたカスケードTCより、さらに基板1に近い温度を測定することができる。なお、保護管76は支柱34a,34bの近傍に設けられている。
基板ホルダ71、断熱板ホルダ72および石英ベース73で構成されるボート31および基板温度測定部211、は、ボート受け74の上に載っている構造となり、R軸のモータ29が駆動ベルト77を介してボート受け74を回転することで、ボート31および基板温度測定部211が一緒に回転することになる。なお、CAP25および磁気シールユニット78は回転しない。
CAP25の下まで引き出されたケーブル211cを、ボート受け74と共に回転する送信機221に接続することで、基板1を回転させながら基板温度を測定することが可能である。
なお、変形例では、基板温度測定部211を保護管76内に設ける例を説明したが、これに限定されるものではなく、支柱34a,34b内に設ける構成にしてもよい。また、保護管を設けず、支柱34a,34bに熱電対の素線を這わせてもよい。
次に、上述の基板処理装置10を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理(以下、成膜処理ともいう。)のシーケンス例について図8を用いて説明する。
以下、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCDS)ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア(NH3)ガスを用い、基板1上にシリコン窒化膜(Si3N4膜、以下、SiN膜ともいう)を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ200及びサブコントローラにより制御される。
本実施形態における成膜処理では、処理室14の基板1に対してHCDSガスを供給する工程と、処理室14からHCDSガス(残留ガス)を除去する工程と、処理室14の基板1に対してNH3ガスを供給する工程と、処理室14からNH3ガス(残留ガス)を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(1回以上)行うことで、基板1上にSiN膜を形成する。
(基板搬入:ステップS1)
駆動コントローラ28により移載装置125及び移載装置エレベータを動作させて、ボート31の基板処理領域に複数枚の基板1が保持されて装填(ウエハチャージ)される。尚、ボート31の断熱板領域には、既に、複数枚の断熱板120が保持されて装填されている。
駆動コントローラ28により移載装置125及び移載装置エレベータを動作させて、ボート31の基板処理領域に複数枚の基板1が保持されて装填(ウエハチャージ)される。尚、ボート31の断熱板領域には、既に、複数枚の断熱板120が保持されて装填されている。
そして、基板1と断熱板120が保持されたボート31は、駆動コントローラ28によりボートエレベータ26を動作させてプロセスチューブ11内に装入され、処理室14に搬入(ボートロード)される。このとき、CAP25は、不図示のOリングを介してインナチューブ13の下端を気密に閉塞(シール)した状態となる。
(圧力調整および温度調整:ステップS2)
処理室14が所定の圧力(真空度)となるように、圧力コントローラ21によって排気装置19が制御される。この際、処理室14の圧力は、圧力センサ20で測定され、この測定された圧力情報に基づき排気装置19が、フィードバック制御される。排気装置19は、少なくとも基板1に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
処理室14が所定の圧力(真空度)となるように、圧力コントローラ21によって排気装置19が制御される。この際、処理室14の圧力は、圧力センサ20で測定され、この測定された圧力情報に基づき排気装置19が、フィードバック制御される。排気装置19は、少なくとも基板1に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
また、処理室14の基板1が所定の温度となるように、ヒータユニット40によって加熱される。この際、温度コントローラ64により処理室14が所定の温度分布となるように、少なくとも基板温度測定部211が検出した温度情報に基づきヒータユニット40への通電具合がフィードバック制御される。ヒータユニット40による処理室14の加熱は、少なくとも基板1に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。なお、更に、ヒータ熱電対65、カスケード熱電対66が検出した温度情報を用いてもよいのは言うまでもない。
また、モータ29によるボート31および基板1の回転を開始する。具体的には、駆動コントローラ28によりモータ29を回転させると、ボート31及び送信機221が回転されるに伴い、基板1が回転される。このモータ29の回転によるボート31、送信機221および基板1の回転は、少なくとも、基板1に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
<成膜処理>
処理室14内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の4つのステップ、すなわち、ステップS3~S6を順次実行する。
処理室14内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の4つのステップ、すなわち、ステップS3~S6を順次実行する。
(原料ガス供給:ステップS3)
このステップでは、処理室14の基板1に対し、HCDSガスを供給する。
このステップでは、処理室14の基板1に対し、HCDSガスを供給する。
このステップでは、ガス導入管22から処理室14に導入されたHCDSガスが、ガス流量コントローラ24によって流量制御され、インナチューブ13の処理室14を流通して排気路17を通って排気管18から排気される。このとき、同時に、ガス導入管22内へN2ガスを流す。N2ガスは、ガス流量コントローラ24により流量調整され、HCDSガスと一緒に処理室14へ供給され、排気管18から排気される。基板1に対してHCDSガスを供給することにより、基板1の最表面上に、第1の層として、例えば1原子層未満から数原子層の厚さのシリコン(Si)含有層が形成される。
(パージガス供給:ステップS4)
第1の層が形成された後、HCDSガスの供給を停止する。このとき、排気装置19により処理室14を真空排気し、処理室14に残留する未反応もしくは第1の層の形成に寄与した後のHCDSガスを処理室14から排出する。このとき、N2ガスの処理室14への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室14に残留するガスを処理室14から排出する効果を高めることができる。
第1の層が形成された後、HCDSガスの供給を停止する。このとき、排気装置19により処理室14を真空排気し、処理室14に残留する未反応もしくは第1の層の形成に寄与した後のHCDSガスを処理室14から排出する。このとき、N2ガスの処理室14への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室14に残留するガスを処理室14から排出する効果を高めることができる。
(反応ガス供給:ステップS5)
ステップS4が終了した後、処理室14の基板1、すなわち、基板1上に形成された第1の層に対してNH3ガスを供給する。NH3ガスは熱で活性化されて基板1に対して供給されることとなる。
ステップS4が終了した後、処理室14の基板1、すなわち、基板1上に形成された第1の層に対してNH3ガスを供給する。NH3ガスは熱で活性化されて基板1に対して供給されることとなる。
このステップでは、ガス導入管22から処理室14に導入されたNH3ガスが、ガス流量コントローラ24によって流量制御され、インナチューブ13の処理室14を流通して排気路17を通って排気管18から排気される。このとき、同時に、ガス導入管22内へN2ガスを流す。N2ガスは、ガス流量コントローラ24により流量調整され、NH3ガスと一緒に処理室14へ供給され、排気管18から排気される。このとき、基板1に対してNH3ガスが供給されることとなる。基板1に対して供給されたNH3ガスは、ステップS3で基板1上に形成された第1の層、すなわちSi含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第1の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、第2の層、すなわち、シリコン窒化層(SiN層)へと変化させられる(改質される)。
(パージガス供給:ステップS6)
第2の層が形成された後、NH3ガスの供給を停止する。そして、ステップS4と同様の処理手順により、処理室14に残留する未反応もしくは第2の層の形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室14から排出する。このとき、処理室14に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップS4と同様である。
第2の層が形成された後、NH3ガスの供給を停止する。そして、ステップS4と同様の処理手順により、処理室14に残留する未反応もしくは第2の層の形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室14から排出する。このとき、処理室14に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップS4と同様である。
(所定回数実施:ステップS7)
上述した4つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、基板1上に、所定膜厚のSiN膜を形成することができる。なお、上述のサイクルを1回行う際に形成される第2の層(SiN層)の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第2の層(SiN層)を積層することで形成されるSiN膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
上述した4つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、基板1上に、所定膜厚のSiN膜を形成することができる。なお、上述のサイクルを1回行う際に形成される第2の層(SiN層)の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第2の層(SiN層)を積層することで形成されるSiN膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
(パージおよび大気圧復帰:ステップS8)
成膜処理が完了した後、ガス導入管22からN2ガスを処理室14へ供給し、排気管18から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室14がパージされ、残留するガスや反応副生成物が処理室14から除去される(パージ)。同時に、処理室14の温度を処理温度から効率よく低下させるために、冷却ガスとしての冷却エア90がチェックダンパ104を介してガス導入路107に供給される。供給された冷却エア90はバッファ部106内で一時的に溜められ、複数個の開口穴110からガス供給流路108を介して空間75に吹出され、プロセスチューブ11を冷却するように構成される。このとき、基板温度測定部211により検出される温度によって、冷却エアによる処理室14の冷却を温度コントローラ64に制御させるようにしてもよいし、冷却を停止させるか温度コントローラ64に判定させるようにしてもよい。その後、処理室14の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室14の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。ここで、基板温度測定部211により検出される温度に基づき、次のボートアンロードに移行するか温度コントローラ64に判定させるようにしてもよい。
成膜処理が完了した後、ガス導入管22からN2ガスを処理室14へ供給し、排気管18から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室14がパージされ、残留するガスや反応副生成物が処理室14から除去される(パージ)。同時に、処理室14の温度を処理温度から効率よく低下させるために、冷却ガスとしての冷却エア90がチェックダンパ104を介してガス導入路107に供給される。供給された冷却エア90はバッファ部106内で一時的に溜められ、複数個の開口穴110からガス供給流路108を介して空間75に吹出され、プロセスチューブ11を冷却するように構成される。このとき、基板温度測定部211により検出される温度によって、冷却エアによる処理室14の冷却を温度コントローラ64に制御させるようにしてもよいし、冷却を停止させるか温度コントローラ64に判定させるようにしてもよい。その後、処理室14の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室14の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。ここで、基板温度測定部211により検出される温度に基づき、次のボートアンロードに移行するか温度コントローラ64に判定させるようにしてもよい。
(基板搬出:ステップS9)
駆動コントローラ28によりボートエレベータ26を下降させることによりCAP25が下降され、プロセスチューブ11の下端が開口される。そして、処理済の基板1が、ボート31に支持された状態で、プロセスチューブ11の下端からプロセスチューブ11の外部に搬出される(ボートアンロード)。処理済の基板1は、ボート31より取出される(ウエハディスチャージ)。
駆動コントローラ28によりボートエレベータ26を下降させることによりCAP25が下降され、プロセスチューブ11の下端が開口される。そして、処理済の基板1が、ボート31に支持された状態で、プロセスチューブ11の下端からプロセスチューブ11の外部に搬出される(ボートアンロード)。処理済の基板1は、ボート31より取出される(ウエハディスチャージ)。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、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。
また、上述の実施形態では、SiN膜を形成する例について説明したが、膜種は特に限定されない。例えば、シリコン酸化膜(SiO膜)、金属酸化膜等の酸化膜等の種々の膜種に適用することができる。
また、上述の実施形態では、基板処理装置について説明したが、半導体製造装置全般に適用することができる。また、半導体製造装置に限らずLCD(Liquid Crystal Display)装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。
1 基板(ウエハ)
10 基板処理装置
14 処理室
30 回転軸
31 ボート(基板保持具)
40 ヒータユニット(加熱部)
64 温度コントローラ
211 基板温度測定部(基板温度センサ)
221 送信機
222 受信機
10 基板処理装置
14 処理室
30 回転軸
31 ボート(基板保持具)
40 ヒータユニット(加熱部)
64 温度コントローラ
211 基板温度測定部(基板温度センサ)
221 送信機
222 受信機
Claims (11)
- 基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具と、
前記基板保持具を回転させる回転機構と、
前記基板保持具が回転する際に前記基板と同様に回転すると共に前記基板の温度を測定する基板温度センサと、
前記基板温度センサと前記処理室の外側で接続され、前記基板と同様に回転するように構成される送信機と、
前記送信機から出力される信号を受信する受信機と、
該受信機に接続されるコントローラと、
を備えた基板処理装置。 - 前記基板温度センサ、前記基板保持具、前記回転機構、前記送信機を含む回転部は一体となって回転するよう構成されている請求項1記載の基板処理装置。
- 前記基板温度センサのケーブルは前記基板保持具の支柱に沿わせるよう設けられている請求項1記載の基板処理装置。
- 前記基板温度センサのケーブルが前記基板保持具の支柱内を這わせるよう設けられている請求項1記載の基板処理装置。
- 前記基板保持具の下部まで引き出されたケーブルは、前記回転機構を通して前記送信機に接続され、
前記送信機は入力された電気信号をデジタル変換し、電波に乗せて無線伝送で前記受信機に送信するよう構成されている請求項4記載の基板処理装置。 - 前記処理室と隣接する搬送室に前記受信機が設けられ、
前記送信機が出したデジタル信号を受信し、受信した前記デジタル信号をアナログ信号に変換し出力するよう構成されている請求項5記載の基板処理装置。 - 更に、前記基板温度センサを内部に有する保護管を有し、
前記保護管は、前記基板保持具の支柱の近傍に設けられる請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の基板処理装置。 - 更に、前記基板温度センサを保護する保護管を有し、
前記保護管は、少なくとも前記基板保持具の天板及び底板に設けられる切り欠きに設置されるよう構成されている請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の基板処理装置。 - 前記基板保持具の下端部に引き出されたケーブルをガイドする筒部が設けられる請求項1記載の基板処理装置。
- 基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具が回転する際に前記基板と回転すると共に前記基板の温度を測定する基板温度センサと、
前記基板温度センサと前記処理室の外側で接続され、前記基板と同様に回転するように構成される送信機と、
前記送信機から出力される信号を受信する受信機と、
前記受信機で受信した信号に基づいて前記処理室の温度を制御するコントローラと、を備えた温度制御システム。 - 複数枚の基板を保持した基板保持具を処理室に搬入する工程と、
前記基板保持具が回転する際に前記基板と回転すると共に前記基板の温度を測定する基板温度センサと、前記基板温度センサと前記処理室の外側で接続され、前記基板と同様に回転するように構成される送信機と、前記送信機から出力される信号を受信する受信機と、前記受信機で受信した信号に基づいて前記処理室の温度を制御するコントローラにより、前記処理室の温度を制御しつつ、前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
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