WO2022085484A1 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
- a substrate processing apparatus in which a processing gas is supplied into a processing container to perform a desired treatment (for example, film formation treatment, etching treatment, etc.) on the substrate.
- a desired treatment for example, film formation treatment, etching treatment, etc.
- Patent Document 1 power is supplied to a mounting table on which a substrate is placed and rotatably provided, a plurality of heating units provided on the preceding table to heat the previously described table, and the plurality of heating units. It is characterized by having one power supply and a power switching unit that switches a heating unit to which power is supplied from the power supply to one of the plurality of heating units according to the rotation angle of the above-mentioned stand.
- the mounting table system to be used is disclosed.
- the in-plane uniformity in the substrate processing may decrease depending on the environment inside the processing container.
- the present disclosure provides a substrate processing method and a substrate processing apparatus for improving in-plane uniformity in substrate processing.
- a substrate processing apparatus including a mounting table on which a substrate is placed, a heating element provided on the above-mentioned table, and a rotation mechanism for rotating the above-mentioned table.
- the substrate processing method includes a step of placing the substrate on the above-mentioned table and a step of applying the treatment to the substrate, and the step of applying the treatment to the substrate has a plurality of steps and the plurality of steps.
- Each step of the step provides a substrate processing method including control of the heating element and control of the rotation mechanism.
- An example of a schematic diagram showing a configuration example of a substrate processing apparatus The plan view explaining an example of the arrangement of a heater in a mounting table. The figure which shows an example of the table of the temperature profile of a heater stored in a control part.
- the flowchart which shows the 1st operation example in the board processing apparatus.
- the plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in 1st operation example.
- the plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in 1st operation example.
- the flowchart which shows the 2nd operation example in the board processing apparatus.
- the plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in the 2nd operation example The plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in the 2nd operation example.
- the plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in the 2nd operation example The flowchart which shows the 3rd operation example in the board processing apparatus.
- the flowchart which shows the 4th operation example in the board processing apparatus The flowchart which shows the operation of this Example in a substrate processing apparatus.
- the plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in this Example The plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in this Example.
- the plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in this Example The plan view explaining the arrangement and temperature control of each area of a heater in this Example.
- FIG. 1 is an example of a schematic diagram showing a configuration example of a substrate processing apparatus.
- the substrate processing apparatus includes a processing container 1, a mounting table 2, a shower head 3, an exhaust unit 4, a gas supply mechanism 5, an RF power supply unit 8, and a control unit 9. have.
- the processing container 1 is made of a metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape.
- the processing container 1 accommodates the substrate W.
- An carry-in outlet 11 for carrying in or out the substrate W is formed on the side wall of the processing container 1, and the carry-in outlet 11 is opened and closed by the gate valve 12.
- An annular exhaust duct 13 having a rectangular cross section is provided on the main body of the processing container 1.
- a slit 13a is formed in the exhaust duct 13 along the inner peripheral surface.
- An exhaust port 13b is formed on the outer wall of the exhaust duct 13.
- a top wall 14 is provided on the upper surface of the exhaust duct 13 so as to close the upper opening of the processing container 1 via the insulator member 16.
- the exhaust duct 13 and the insulator member 16 are hermetically sealed with a seal ring 15.
- the mounting table 2 horizontally supports the substrate W in the processing container 1.
- the mounting table 2 is formed in a disk shape having a size corresponding to the substrate W, and is supported by the support member 23.
- the mounting table 2 is made of a ceramic material such as AlN or a metal material such as aluminum or nickel alloy, and a heater 21 for heating the substrate W is embedded therein.
- the heater 21 is supplied with power from a heater power supply (not shown) to generate heat.
- the substrate W is controlled to a predetermined temperature by controlling the output of the heater 21 by the temperature signal of the thermocouple (not shown) provided near the upper surface of the mounting table 2.
- the mounting table 2 is provided with a cover member 22 formed of ceramics such as alumina so as to cover the outer peripheral region of the upper surface and the side surface.
- a support member 23 for supporting the mounting table 2 is provided on the bottom surface of the mounting table 2.
- the support member 23 extends from the center of the bottom surface of the mounting table 2 to the lower side of the processing container 1 through a hole formed in the bottom wall of the processing container 1, and its lower end is connected to the elevating mechanism 24.
- the elevating mechanism 24 causes the mounting table 2 to move up and down via the support member 23 between the processing position shown in FIG. 1 and the transfer position below which the substrate W can be conveyed by the two-dot chain line.
- the support member 23 is provided with a flange portion 27. Between the bottom surface of the processing container 1 and the flange portion 27, a bellows 28 that separates the atmosphere inside the processing container 1 from the outside air and expands and contracts as the mounting table 2 moves up and down is provided.
- the rotation mechanism 25 rotates the support member 23 and the mounting table 2 with the central axis of the support member 23 and the mounting table 2 as a rotation axis.
- the heater power supply 26 supplies electric power to the heater 21.
- the heater 21 and the heater power supply 26 are connected via, for example, a slip ring (not shown). Further, the heater 21 is divided into a plurality of regions (see FIG. 2 described later). The heater power supply 26 controls the power supply for each region of the heater 21 (see FIG. 2 described later).
- three wafer support pins 29a are provided so as to project upward from the elevating plate 29b.
- the wafer support pin 29a is moved up and down via the raising and lowering plate 29b by the raising and lowering mechanism 29 provided below the processing container 1.
- the wafer support pin 29a is inserted into a through hole 2a provided in the mounting table 2 at the transport position so that the wafer support pin 29a can be recessed with respect to the upper surface of the mounting table 2.
- the shower head 3 supplies the processing gas into the processing container 1 in the form of a shower.
- the shower head 3 is made of metal, is provided so as to face the mounting table 2, and has substantially the same diameter as the mounting table 2.
- the shower head 3 has a main body portion 31 fixed to the top wall 14 of the processing container 1 and a shower plate 32 connected under the main body portion 31.
- a gas diffusion space 33 is formed between the main body 31 and the shower plate 32, and the gas introduction hole 36 is formed in the gas diffusion space 33 so as to penetrate the top wall 14 of the processing container 1 and the center of the main body 31. Is provided.
- An annular protrusion 34 projecting downward is formed on the peripheral edge of the shower plate 32.
- a gas discharge hole 35 is formed on the flat surface inside the annular protrusion 34.
- a processing space 38 is formed between the mounting table 2 and the shower plate 32, and the upper surface of the cover member 22 and the annular protrusion 34 are close to each other to form an annular gap 39. Will be done.
- the exhaust unit 4 exhausts the inside of the processing container 1.
- the exhaust unit 4 has an exhaust pipe 41 connected to the exhaust port 13b, and an exhaust mechanism 42 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like connected to the exhaust pipe 41.
- the gas in the processing container 1 reaches the exhaust duct 13 through the slit 13a, and is exhausted from the exhaust duct 13 through the exhaust pipe 41 by the exhaust mechanism 42.
- the gas supply mechanism 5 supplies the processing gas into the processing container 1.
- the gas supply mechanism 5 is connected to the gas introduction hole 36 via the gas supply line 56.
- the substrate processing device is a capacitively coupled plasma device, in which the mounting table 2 serves as a lower electrode and the shower head 3 serves as an upper electrode.
- the mounting table 2 serving as the lower electrode is grounded via a capacitor (not shown).
- High frequency power (hereinafter, also referred to as "RF power”) is applied to the shower head 3 serving as the upper electrode by the RF power supply unit 8.
- the RF power supply unit 8 includes a power supply line 81, a matching unit 82, and a high frequency power supply 83.
- the high frequency power supply 83 is a power supply that generates high frequency power. High frequency power has a frequency suitable for plasma generation. The frequency of the high frequency power is, for example, a frequency in the range of 450 KHz to 100 MHz.
- the high frequency power supply 83 is connected to the main body 31 of the shower head 3 via the matching unit 82 and the feeding line 81.
- the matching device 82 has a circuit for matching the output reactance of the high frequency power supply 83 and the reactance of the load (upper electrode).
- the RF power supply unit 8 has been described as applying high frequency power to the shower head 3 serving as the upper electrode, the present invention is not limited to this. High frequency power may be applied to the mounting table 2 serving as the lower electrode. Further, the substrate processing apparatus may not have a configuration for applying high frequency power.
- the control unit 9 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (RandomAccessMemory), a ROM (ReadOnlyMemory), an auxiliary storage device, and the like.
- the CPU operates based on a program stored in the ROM or the auxiliary storage device, and controls the operation of the board processing device.
- the control unit 9 may be provided inside the substrate processing apparatus or may be provided outside. When the control unit 9 is provided outside the board processing device, the control unit 9 can control the board processing device by a communication means such as wired or wireless.
- FIG. 2 is a plan view illustrating an example of the arrangement of the heater 21 on the mounting table 2.
- the heater 21 has a plurality of divided regions, and each region can be heated independently.
- the heater 21 is divided into a first region 101 to a sixth region 106.
- the heater power supply 26 (see FIG. 1) individually controls the power supply for each region (first region 101 to sixth region 106) of the heater 21.
- the first region 101 is formed in a circular shape at the center of the mounting table 2.
- the second region 102 is formed in an annular shape on the radial outer side of the first region 101.
- the third region 103 to the sixth region 106 are formed on the radial outer side of the second region 102. Further, the third region 103 to the sixth region 106 provided on the outer periphery are divided in the circumferential direction.
- the temperature of the substrate W mounted on the mounting table 2 can be controlled for each region (first region 101 to sixth region 106). Further, by controlling the power supply to the third region 103 to the sixth region 106 provided on the outer periphery, the temperature of the outer peripheral portion of the substrate W mounted on the mounting table 2 can be controlled.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of a table of the temperature profile of the heater 21 stored in the control unit 9.
- the control unit 9 stores a table of temperature profiles showing the temperature distribution for each region of the heater 21.
- the third region 103 and the fourth region 104 are set to high temperature
- the fifth region 105 and the sixth region 106 are set to low temperature.
- the third region 103 and the fourth region 104 are set to low temperature.
- the control unit 9 independently controls a plurality of regions (first region 101 to sixth region 106) of the heater 21 by controlling the heater power supply 26 based on the temperature profile.
- the gas supplied from the gas supply mechanism 5 is supplied from the shower head 3 to the processing space 38. Then, the gas flows from the processing space 38 through the annular gap 39 and the slit 13a into the exhaust duct 13. Then, the gas is exhausted from the inside of the exhaust duct 13 through the exhaust pipe 41 to the exhaust mechanism 42.
- the exhaust pipe 41 is provided in a specific direction with respect to the circumferential direction. Therefore, the gas flow in the processing space 38 may be biased in the circumferential direction. Further, due to the structure of the shower head 3 that supplies gas into the processing space 38, the gas flow in the processing space 38 may be biased in the circumferential direction.
- the in-plane uniformity of processing on the substrate W may decrease.
- the film thickness becomes thicker in the direction of the exhaust pipe 41 of the substrate W.
- the processing container 1 has a structure asymmetrical with respect to the circumferential direction.
- the wall surface of the processing container 1 is provided with a gate valve 12 in a specific direction, and is non-uniform with respect to the circumferential direction.
- the structure of the shower head 3 may be non-uniform with respect to the circumferential direction.
- the structure of the processing container 1 may be non-uniform with respect to the circumferential direction.
- the temperature of the environment in the processing space 38 will be biased. Due to the environment in the processing container 1 having this temperature bias, the in-plane uniformity of processing on the substrate W may decrease. For example, the temperature bias may cause a difference in the reaction rate of the substrate processing between the high temperature region and the low temperature region.
- the substrate processing in the substrate processing apparatus has a plurality of steps separated by time.
- the control unit 9 controls the heater 21 (first region 101 to sixth region 106) and the rotation mechanism 25 in each step.
- the control of the heater 21 is performed by controlling the temperature distribution of the heater 21 (first region 101 to sixth region 106) via the heater power supply 26.
- the temperature of the substrate W placed on the 2 is controlled.
- the rotation mechanism 25 controls at least one of rotation or stop, rotation direction, and rotation speed of the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater 21 and the rotation mechanism 25 independently or in synchronization with each other. As a result, the deviation of the gas flow and the deviation of the temperature due to the environment in the processing container 1 are corrected, and the in-plane uniformity of the substrate processing is improved.
- FIG. 4 is a flowchart showing a first operation example in the substrate processing apparatus.
- 5A and 5B are plan views illustrating the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in the first operation example.
- fine dots are attached to the high temperature region and rough dots are attached to the low temperature region.
- step S101 the control unit 9 performs a preparation step.
- the control unit 9 opens the gate valve 12.
- the substrate W is transported into the processing container 1 from the loading / unloading port 11 by a transport device (not shown) and mounted on the mounting table 2.
- the control unit 9 closes the gate valve 12.
- the control unit 9 controls the exhaust mechanism 42 to exhaust the inside of the processing container.
- the control unit 9 controls the elevating mechanism 24 to raise the mounting table 2 from the transport position to the processing position.
- the control unit 9 may control the heater power supply 26 to generate heat of the heater 21 and preheat the substrate W mounted on the mounting table 2.
- the control unit 9 performs a film forming process.
- the processing gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. Further, the film forming step has a plurality of steps (S102 to S106) separated by time.
- step S102 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 1 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 180 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- the predetermined time elapses, the process of the control unit 9 proceeds to step S103.
- step S103 the control unit 9 stops the rotation of the mounting table 2 and forms a film with the temperature profile 1.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to stop the rotation of the mounting table 2.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38. Then, when the predetermined time elapses, the process of the control unit 9 proceeds to step S104.
- the predetermined time in step S103 may be longer than the time required for the rotation of the mounting table 2 in step S102.
- FIG. 5A shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S103.
- the substrate processing apparatus has a temperature bias in which the upper side of the paper surface has a relatively low temperature and the lower side of the paper surface has a relatively high temperature.
- the control unit 9 controls the heater 21 in the third region 103 and the fourth region 104 to have a high temperature according to the stored table (see FIG. 3), and controls the heater 21 in the fifth region 105 and the sixth region 106. Control to a low temperature. This improves the in-plane uniformity of the temperature of the substrate W mounted on the mounting table 2.
- step S104 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 2 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 2 (Prof.2). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 180 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- the predetermined time elapses, the process of the control unit 9 proceeds to step S105.
- step S105 the control unit 9 stops the rotation of the mounting table 2 and forms a film with the temperature profile 1.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 2 (Prof.2). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to stop the rotation of the mounting table 2.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38. Then, when the predetermined time elapses, the process of the control unit 9 proceeds to step S106.
- the predetermined time in step S105 may be longer than the time required for the rotation of the mounting table 2 in step S106.
- FIG. 5B shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S105.
- the substrate processing apparatus has a temperature bias in which the upper side of the paper surface has a relatively low temperature and the lower side of the paper surface has a relatively high temperature.
- the control unit 9 controls the heater 21 in the third region 103 and the fourth region 104 to have a low temperature according to the table (see FIG. 3), and heats the heater 21 in the fifth region 105 and the sixth region 106 to a high temperature. To control. This improves the in-plane uniformity of the temperature of the substrate W mounted on the mounting table 2.
- step S104 by rotating the stationary mounting table 2 again, the unevenness of the film forming amount due to the bias of the gas flow is suppressed, and the in-plane uniformity of the film forming amount of the substrate W is improved. Can be done.
- step S106 the control unit 9 determines whether or not step S102 has been repeated a predetermined number of times. If the number of repetitions is less than a predetermined number (S106, NO), the process of the control unit 9 repeats steps S102 to S105. When the predetermined number of repetitions is completed (S106 ⁇ YES), the film forming step is terminated and the supply of the processing gas from the gas supply mechanism 5 is stopped. Then, the process of the control unit 9 proceeds to step S107.
- step S107 the control unit 9 performs a purge step.
- the control unit 9 controls the exhaust mechanism 42 to exhaust the inside of the processing container.
- the control unit 9 controls the elevating mechanism 24 to lower the mounting table 2 from the processing position to the transport position.
- the control unit 9 opens the gate valve 12.
- the substrate W is transported to the outside of the processing container 1 by a transport device (not shown). When the transport device retracts from the carry-in outlet 11, the control unit 9 closes the gate valve 12.
- the temperature of the heater 21 can be controlled in the circumferential direction, and the mounting table 2 can be rotated in the circumferential direction. Further, the temperature control of the heater 21 and the rotation control of the mounting table 2 can be independently controlled for each step of the film forming process of the substrate W. In other words, the temperature control of the heater 21 and the rotation control of the mounting table 2 can be switched by using the start of each step as a trigger.
- the outer peripheral side of the substrate W is more affected by the bias of the gas flow and the bias of the temperature in the circumferential direction than the central side of the substrate W.
- at least the outer peripheral portion (third region 103 to sixth region 106) of the heater 21 is divided in the circumferential direction, and the temperature can be controlled independently. Thereby, the temperature of the outer peripheral portion of the substrate W mounted on the mounting table 2 can be controlled. Therefore, it is possible to improve the in-plane uniformity of the film forming process applied to the substrate W.
- the temperature distribution (profile) of the heater 21 is controlled when the substrate W is rotated together with the mounting table 2. By rotating the substrate W, it is possible to correct the bias of the gas flow. Further, by changing the temperature distribution (profile) of the heater 21, even if the substrate W rotates, the temperature distribution of the substrate W can be suitably corrected. In this way, it is possible to correct the bias of the gas flow and the bias of the temperature to improve the in-plane uniformity of the film forming process applied to the substrate W.
- the mounting table 2 rotates once in one cycle (S102 to S105).
- the in-plane uniformity of the film forming process in one cycle (S102 to S105) can be improved.
- the in-plane uniformity is improved by rotating the mounting table 2 once in one cycle, but this is not the case.
- a plurality of rotations for example, 2 rotations, 3 rotations, etc.
- the uniformity can be improved even at half rotation or 1/4 rotation.
- the mounting table 2 may be started from the stopped state.
- FIG. 6 is a diagram showing another example of the temperature profile table of the heater 21 stored in the control unit 9.
- the control unit 9 stores a table of temperature profiles showing the temperature distribution for each region of the heater 21. Here, it is shown as a ratio of the amount of power supplied from the heater power supply 26 to each region (first region 101 to sixth region 106).
- the feeding amount of the third region 103 and the fourth region 104 is set to be high, and the feeding amount of the fifth region 105 and the sixth region 106 is set. It is set low.
- the feeding amount of the fifth region 105 and the sixth region 106 is set to be high, and the feeding amount of the third region 103 and the fourth region 104 is set to be low.
- the temperature profile 3 (Prof.3), the feeding amounts in the third region 103 to the sixth region 106 are set to be equal.
- the feeding amount of the third region 103 and the fourth region 104 is set to be high, and the feeding amount of the fifth region 105 and the sixth region 106 is set to be low.
- the feeding amount of the fifth region 105 and the sixth region 106 is set to be high, and the feeding amount of the third region 103 and the fourth region 104 is set to be low.
- the temperature profile 3 (Prof.3), the feeding amounts in the third region 103 to the sixth region 106 are set to be equal.
- the temperature profiles 1 to 3 and the temperature profiles 4 and 5 are different in the setting of the power supply amount in the first region 101 and the second region 102.
- FIG. 7 is a flowchart showing a second operation example in the substrate processing apparatus.
- 8A to 8D are plan views illustrating the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in the second operation example.
- fine dots are attached to the region where the feeding amount is high (high temperature region), and rough dots are attached to the region where the feeding amount is low (low temperature region).
- step S201 the control unit 9 performs a preparation step.
- the preparation step is the same as the preparation step of step S101, and redundant description will be omitted.
- the control unit 9 performs a film forming process.
- the processing gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. Further, the film forming step has a plurality of steps (S202 to S206) separated by time.
- step S202 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 1 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 90 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- step S203 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 3 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 3 (Prof.3).
- the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 90 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- step S204 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 2 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 2 (Prof.2). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 90 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- step S205 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 3 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 3 (Prof.3).
- the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 90 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- FIG. 8A shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S202.
- FIG. 8B shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S203.
- FIG. 8C shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S204.
- FIG. 8D shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S205.
- the substrate processing apparatus has a temperature bias in which the upper side of the paper surface has a relatively low temperature and the lower side of the paper surface has a relatively high temperature.
- the control unit 9 controls the heaters 21 in the third region 103 to the sixth region 106 according to the table (see FIG. 6). This improves the in-plane uniformity of the temperature of the substrate W mounted on the mounting table 2.
- steps S202 to S205 by rotating the mounting table 2, it is possible to suppress the bias of the film formation amount due to the bias of the gas flow and improve the in-plane uniformity of the film formation amount of the substrate W. can.
- step S206 the control unit 9 determines whether or not step S202 has been repeated a predetermined number of times. If the number of repetitions is less than a predetermined number (S206, NO), the process of the control unit 9 repeats steps S202 to S205. When the predetermined number of repetitions is completed (S206, YES), the film forming process is terminated and the supply of the processing gas from the gas supply mechanism 5 is stopped. Then, the process of the control unit 9 proceeds to step S207.
- step S207 the control unit 9 performs a purge step.
- the purging step is the same as the purging step of step S107, and redundant description will be omitted.
- the temperature distribution (profile) of the heater 21 is controlled for each rotation angle of the mounting table 2 without stopping the rotation of the mounting table 2 and the substrate W.
- the temperature distribution (profile) of the heater 21 can be suitably corrected. In this way, it is possible to correct the bias of the gas flow and the bias of the temperature to improve the in-plane uniformity of the film forming process applied to the substrate W.
- the mounting table 2 rotates once in one cycle (S202 to S205).
- the in-plane uniformity of the film forming process in one cycle (S202 to S205) can be improved.
- the in-plane uniformity is improved by rotating the mounting table 2 once in one cycle, but this is not the case.
- a plurality of rotations for example, 2 rotations, 3 rotations, etc.
- the uniformity can be improved even at half rotation or 1/4 rotation.
- the mounting table 2 may be started from the stopped state.
- FIG. 9 is a flowchart showing a third operation example in the substrate processing apparatus.
- step S301 the control unit 9 performs a preparation step.
- the preparation step is the same as the preparation step of step S101, and redundant description will be omitted.
- the control unit 9 performs a film forming process.
- the processing gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. Further, the film forming step has a plurality of steps (S302 to S306) separated by time.
- step S302 the control unit 9 supplies the precursor gas with the temperature profile 1 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W.
- the precursor gas for example, TiCl4 gas
- the precursor gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. As a result, the precursor is adsorbed on the surface of the substrate W. Then, when the predetermined time elapses, the supply of the precursor gas from the gas supply mechanism 5 is stopped.
- step S303 the control unit 9 purges with the temperature profile 1 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Further, the exhaust mechanism 42 exhausts (purges) the unadsorbed precursor gas in the processing space 38.
- step S304 the control unit 9 supplies the reaction gas with the temperature profile 2 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 2 (Prof.2). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W.
- the reaction gas for example, NH3 gas
- the reaction gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3.
- the precursor adsorbed on the surface of the substrate W reacts with the reaction gas. Then, when the predetermined time elapses, the supply of the reaction gas from the gas supply mechanism 5 is stopped.
- step S305 the control unit 9 purges with the temperature profile 2 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Further, the unreacted reaction gas and reaction by-products in the processing space 38 are exhausted (purged) by the exhaust mechanism 42.
- step S306 the control unit 9 determines whether or not the steps S302 to S305 have been repeated a predetermined number of times. If the number of repetitions is less than a predetermined number (S306 / NO), the process of the control unit 9 repeats steps S302 to S305. When the predetermined number of repetitions is completed (S306 ⁇ YES), the film forming step is terminated, and the processing of the control unit 9 proceeds to step S307.
- step S307 the control unit 9 performs a purge step.
- the purging step is the same as the purging step of step S107, and redundant description will be omitted.
- the temperature distribution (temperature profile) of the heater 21 is controlled for each rotation angle of the mounting table 2 without stopping the rotation of the mounting table 2 and the substrate W.
- the temperature distribution of the gas flow By rotating the substrate W, it is possible to correct the bias of the gas flow.
- the temperature distribution of the substrate W can be suitably corrected. In this way, it is possible to correct the bias of the gas flow and the bias of the temperature to improve the in-plane uniformity of the film forming process applied to the substrate W.
- the step of stopping the rotation may be included as in the operation example 1.
- the mounting table 2 rotates once in one cycle (S102 to S105, S202 to S205).
- the rotation speed of the mounting table 2 is set to be asynchronous with the ALD processing cycle (S302 to S305).
- the rotation angle of the mounting table 2 can be shifted for each cycle (S302 to S305), the gas flow can be equalized by repeating a predetermined cycle, and the film forming process applied to the substrate W can be performed. In-plane uniformity can be improved.
- FIG. 10 is a flowchart showing a fourth operation example in the substrate processing apparatus.
- step S401 the control unit 9 performs a preparation step.
- the preparation step is the same as the preparation step of step S101, and redundant description will be omitted.
- the control unit 9 performs a film forming process.
- the film forming processing gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. Further, the film forming step has a plurality of steps (S402, S403) separated by time.
- step S402 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 1 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 180 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- step S403 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 2 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 2 (Prof.2). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 180 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- step S404 the control unit 9 determines whether or not step S402 has been repeated a predetermined number of times. If the number of repetitions is less than a predetermined number (S404 / NO), the process of the control unit 9 repeats steps S402 to S403. When the predetermined number of repetitions is completed (S404 ⁇ YES), the film forming process is terminated and the supply of the processing gas from the gas supply mechanism 5 is stopped. Then, the process of the control unit 9 proceeds to step S405.
- step S405 the control unit 9 purges with the temperature profile 3 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 3 (Prof.3). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Further, the gas in the processing space 38 is exhausted (purged) by the exhaust mechanism 42.
- the control unit 9 performs an etching process.
- the etching processing gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. Further, the etching step has a plurality of steps (S406, S407) separated by time.
- step S406 the control unit 9 etches with the temperature profile 4 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 4 (Prof.4).
- the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 180 ° in a predetermined time.
- the substrate W is etched by the processing gas supplied to the processing space 38.
- step S407 the control unit 9 etches with the temperature profile 5 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 5 (Prof.5).
- the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 180 ° in a predetermined time.
- the substrate W is etched by the processing gas supplied to the processing space 38. Then, the supply of the processing gas from the gas supply mechanism 5 is stopped.
- step S408 the control unit 9 determines whether or not step S407 has been repeated a predetermined number of times from step S402. If the number of repetitions is less than a predetermined number (S408 / NO), the process of the control unit 9 repeats steps S402 to S407. When the predetermined number of repetitions is completed (S408, YES), the film forming step and the etching step are finished, and the processing of the control unit 9 proceeds to step S409.
- step S409 the control unit 9 performs a purge step.
- the purging step is the same as the purging step of step S107, and redundant description will be omitted.
- the temperature distribution (profile) of the heater 21 is controlled for each rotation angle of the mounting table 2 without stopping the rotation of the mounting table 2 and the substrate W.
- the temperature distribution (profile) of the heater 21 can be suitably corrected. In this way, it is possible to correct the bias of the gas flow and the bias of the temperature to improve the in-plane uniformity of the film forming process applied to the substrate W.
- the substrate processing apparatus can independently control the temperature control in the circumferential direction of the heater 21 and the rotation of the mounting table 2 in the circumferential direction.
- the temperature profile at the time of the film forming process and the temperature profile at the time of the etching process can be made different.
- the temperature profile at the time of the film forming process and the temperature profile at the time of the etching process can be optimized separately.
- the present invention is not limited to this.
- the rotation of the mounting table 2 may be stopped and the temperature of the heater 21 may be controlled by a fixed temperature profile.
- the rotation of the mounting table 2 may be stopped and the temperature of the heater 21 may be controlled by a fixed temperature profile.
- the mounting table 2 may be repeatedly rotated and stopped.
- the rotation speed of the mounting table 2 is not particularly limited, but a speed at which the substrate W mounted on the mounting table 2 does not shift when the mounting table 2 is rotated (for example, 1 to 10 RPM) is preferable. .. Further, the rotation direction of the mounting table 2 can be freely selected between clockwise and counterclockwise according to the bias of the gas flow due to the device configuration and the like. Further, the rotation direction may be freely changed at each step in one cycle.
- FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the present embodiment (modification example of the first operation example) in the substrate processing apparatus.
- 12A to 12D are plan views illustrating the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in this embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing still another example of the temperature profile table of the heater 21 stored in the control unit 9.
- fine dots are attached to the region where the feeding amount is high (high temperature region), and rough dots are attached to the region where the feeding amount is low (low temperature region).
- the temperature profile 1 (Prof.1) to the temperature profile 4 (Prof.4) shown in FIG. 13 are temperature profiles used by the substrate processing apparatus according to the present embodiment.
- the temperature profile 1 (Prof.1) to the temperature profile 4 (Prof.4) are set so that the ratio of the feeding amount to each region (third region 103 to sixth region 106) on the outer peripheral side is sequentially switched. ..
- the temperature profile 5 (Prof.5) shown in FIG. 13 is a temperature profile used in Reference Example 1 and Reference Example 2 described later.
- the ratio of the amount of feed to each region (third region 103 to sixth region 106) on the outer peripheral side is uniformly set.
- step S501 the control unit 9 performs a preparation step.
- the preparation step is the same as the preparation step of step S101, and redundant description will be omitted.
- the control unit 9 performs a film forming process.
- the film forming processing gas is supplied from the gas supply mechanism 5 to the processing space 38 via the shower head 3. Further, the film forming step has a plurality of steps (S502 to 509) separated by time.
- step S502 the control unit 9 stops the rotation of the mounting table 2 and forms a film with the temperature profile 1.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to stop the rotation of the mounting table 2.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38. Then, when the predetermined time elapses, the process of the control unit 9 proceeds to step S503.
- the predetermined time in step S502 may be longer than the time required for the rotation of the mounting table 2 in step S503 described later.
- FIG. 12A shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S502.
- the control unit 9 controls the heater 21 in the third region 103 and the fourth region 104 to have a high temperature according to the stored table (see FIG. 13), and controls the heater 21 in the fifth region 105 and the sixth region 106. Control to a low temperature.
- step S503 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 1 while rotating the mounting table 2.
- the control unit 9 controls the heater power supply 26 with the temperature distribution in each region of the heater 21 as the temperature profile 1 (Prof.1). Further, the control unit 9 controls the rotation mechanism 25 to rotate the mounting table 2 and the substrate W. Here, for example, it is rotated by 90 ° in a predetermined time.
- the film formation process is applied to the substrate W by the processing gas supplied to the processing space 38.
- the predetermined time elapses, the process of the control unit 9 proceeds to step S504.
- step S504 the control unit 9 stops the rotation of the mounting table 2 and forms a film with the temperature profile 2.
- FIG. 12B shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S504.
- step S505 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 2 while rotating the mounting table 2 by 90 °.
- step S506 the control unit 9 stops the rotation of the mounting table 2 and forms a film with the temperature profile 3.
- FIG. 12C shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S506.
- step S507 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 3 while rotating the mounting table 2 by 90 °.
- step S508 the control unit 9 stops the rotation of the mounting table 2 and forms a film with the temperature profile 4.
- FIG. 12D shows the arrangement and temperature control of each region of the heater 21 in step S508.
- step S509 the control unit 9 forms a film with the temperature profile 4 while rotating the mounting table 2 by 90 °.
- step S510 the control unit 9 determines whether or not step S502 has been repeated a predetermined number of times from step S502. When the number of repetitions is less than a predetermined number (S510 / NO), the process of the control unit 9 repeats steps S502 to S509. When the predetermined number of repetitions is completed (S510 ⁇ YES), the film forming process is terminated and the supply of the processing gas from the gas supply mechanism 5 is stopped. Then, the process of the control unit 9 proceeds to step S511.
- step S511 the control unit 9 performs a purge step.
- the purging step is the same as the purging step of step S107, and redundant description will be omitted.
- the temperature profile of the heater 21 is uniform in the circumferential direction while supplying the processing gas at a constant flow rate. That is, each region on the outer peripheral side (third region 103 to sixth region).
- the film was formed to a predetermined film thickness with the ratio of the amount of power supplied to 106) being uniform and the rotation of the mounting table 2 being stopped.
- the temperature profile of the heater 21 is uniform in the circumferential direction while supplying the processing gas at a constant flow rate. That is, each region on the outer peripheral side (third region 103 to sixth region).
- the film was formed to a predetermined film thickness with the ratio of the amount of power supplied to 106) being uniform and the rotation of the mounting table 2 as the rotating state.
- the arrangement of the heater 21 is set to FIG. 12A, and the temperature profile of the heater 21 is the temperature profile 1 (Prof.1), that is, each region on the outer peripheral side (third region 103 to 103).
- the film was formed to a predetermined film thickness with the ratio of the amount of power supplied to the sixth region 106) different, and the rotation of the mounting table 2 was stopped.
- the film forming conditions other than the above are common to both the present example and the reference examples 1, 2 and 3, and the silane gas (SiH 4 ) is used as the raw material gas at a predetermined flow rate (100 sccm) and the inert gas (Ar gas) is used.
- the silicon film was formed by adjusting the pressure to a predetermined temperature (560 ° C.) and a predetermined pressure (9 to 10 Torr).
- FIG. 14A to 14D are examples of diagrams showing the film thickness distribution in this example and the reference example. 14A to 14D show dense dot hatches as the film thickness increases, and sparse dot hatches as the film thickness decreases.
- FIG. 14A shows the film thickness distribution in Reference Example 1.
- FIG. 14B shows the film thickness distribution in Reference Example 2.
- FIG. 14C shows the film thickness distribution in Reference Example 3.
- FIG. 14D shows the film thickness distribution in this example.
- the exhaust direction and the notch direction are common and are as shown by the white arrows shown in FIG. 14A.
- the initial position of the wafer W is arranged so that the notch of the wafer W is located between the fourth region 104 and the fifth region 105 in FIG. 12A.
- the temperature uniformity was ensured by controlling the outer peripheral temperature of the heater 21, and the in-plane distribution of the film thickness was 2.80%.
- the film thickness in the exhaust direction is thick and the film thickness in the direction opposite to the exhaust direction is thin.
- the gas uniformity is ensured by rotating the mounting table 2, and the temperature uniformity is ensured by controlling the outer peripheral temperature of the heater 21.
- the in-plane distribution of the film thickness was 1.66%. As described above, it was confirmed that this example can improve the in-plane distribution of the film thickness as compared with the reference examples 1 to 3.
- the gas is supplied from the gas supply mechanism 5 into the processing space 38.
- the supply amount of the processing gas has been described as being constant, but the present invention is not limited to this.
- the supply amount of the processing gas may be controlled for each step so that the in-plane uniformity of the processing of the substrate W is improved. This makes it possible to correct the bias of the gas flow and improve the in-plane uniformity of the treatment applied to the substrate W.
- the substrate processing apparatus has been described as performing a film forming process on the substrate W, but the present invention is not limited to this, and the substrate processing apparatus may be applied to a substrate processing apparatus that performs other processing.
- the substrate processing device may be a plasma CVD device, a plasma ALD device, or the like using plasma, or may be a thermal CVD device, a thermal ALD device, or the like.
- Processing container Mounting table 3
- Shower head (gas supply unit) 4
- Exhaust section 5
- Gas supply mechanism (gas supply section) 9
- Control unit 21
- Heater (heating element) 23
- Support member 24
- Elevating mechanism 25
- Rotating mechanism 26
Landscapes
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Abstract
基板処理における面内均一性を向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。 基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられる加熱要素と、前記載置台を回転させる回転機構と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、前記載置台に基板を載置する工程と、前記基板に処理を施す工程と、を有し、前記基板に処理を施す工程は、複数のステップを有し、前記複数のステップの各ステップは、前記加熱要素の制御及び前記回転機構の制御を含む、基板処理方法。
Description
本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
処理容器内に処理ガスを供給して、基板に所望の処理(例えば、成膜処理、エッチング処理等)を施す基板処理装置が知られている。
特許文献1には、基板を載置し、回転可能に設けられた載置台と、前記載置台に設けられ、前記載置台を加熱する複数の加熱部と、前記複数の加熱部に電力を供給する1つの電源と、前記載置台の回転角度に応じて、前記電源から電力が供給される加熱部を前記複数の加熱部のうちのいずれかに切り替える電力切替部と、を有することを特徴とする載置台システムが開示されている。
ところで、基板に処理を施す際、処理容器内の環境によって基板処理における面内均一性が低下するおそれがある。
一の側面では、本開示は、基板処理における面内均一性を向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられる加熱要素と、前記載置台を回転させる回転機構と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、前記載置台に基板を載置する工程と、前記基板に処理を施す工程と、を有し、前記基板に処理を施す工程は、複数のステップを有し、前記複数のステップの各ステップは、前記加熱要素の制御及び前記回転機構の制御を含む、基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、基板処理における面内均一性を向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〔基板処理装置〕
本実施例に係る基板処理装置について、図1を用いて説明する。図1は、基板処理装置の構成例を示す概略図の一例である。
本実施例に係る基板処理装置について、図1を用いて説明する。図1は、基板処理装置の構成例を示す概略図の一例である。
図1に示されるように、基板処理装置は、処理容器1と、載置台2と、シャワーヘッド3と、排気部4と、ガス供給機構5と、RF電力供給部8と、制御部9とを有している。
処理容器1は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器1は、基板Wを収容する。処理容器1の側壁には基板Wを搬入又は搬出するための搬入出口11が形成され、搬入出口11はゲートバルブ12により開閉される。処理容器1の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト13が設けられている。排気ダクト13には、内周面に沿ってスリット13aが形成されている。排気ダクト13の外壁には、排気口13bが形成されている。排気ダクト13の上面には、絶縁体部材16を介して処理容器1の上部開口を塞ぐように天壁14が設けられている。排気ダクト13と絶縁体部材16との間はシールリング15で気密に封止されている。区画部材17は、載置台2(およびカバー部材22)が後述する処理位置へと上昇した際、処理容器1の内部を上下に区画する。
載置台2は、処理容器1内で基板Wを水平に支持する。載置台2は、基板Wに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材23に支持されている。載置台2は、AlN等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部に基板Wを加熱するためのヒータ21が埋め込まれている。ヒータ21は、ヒータ電源(図示せず)から給電されて発熱する。そして、載置台2の上面の近傍に設けられた熱電対(図示せず)の温度信号によりヒータ21の出力を制御することで、基板Wが所定の温度に制御される。載置台2には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材22が設けられている。
載置台2の底面には、載置台2を支持する支持部材23が設けられている。支持部材23は、載置台2の底面の中央から処理容器1の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器1の下方に延び、その下端が昇降機構24に接続されている。昇降機構24により載置台2が支持部材23を介して、図1で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示す基板Wの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。また、処理容器1の底面よりも下方において、支持部材23には、鍔部27が設けられている。処理容器1の底面と鍔部27の間には、処理容器1内の雰囲気を外気と区画し、載置台2の昇降動作にともなって伸縮するベローズ28が設けられている。
回転機構25は、支持部材23及び載置台2の中心軸を回転軸として、支持部材23及び載置台2を回転させる。
ヒータ電源26は、ヒータ21に電力を供給する。なお、ヒータ21とヒータ電源26とは、例えば、スリップリング(図示せず)を介して接続されている。また、ヒータ21は、複数の領域(後述する図2参照)に分割されている。ヒータ電源26は、ヒータ21の各領域(後述する図2参照)ごとに電力供給を制御する。
処理容器1の底面の近傍には、昇降板29bから上方に突出するように3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン29aが設けられている。ウエハ支持ピン29aは、処理容器1の下方に設けられた昇降機構29により昇降板29bを介して昇降する。ウエハ支持ピン29aは、搬送位置にある載置台2に設けられた貫通孔2aに挿通されて載置台2の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン29aを昇降させることにより、搬送機構(図示せず)と載置台2との間で基板Wの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド3は、処理容器1内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド3は、金属製であり、載置台2に対向するように設けられており、載置台2とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド3は、処理容器1の天壁14に固定された本体部31と、本体部31の下に接続されたシャワープレート32とを有している。本体部31とシャワープレート32との間にはガス拡散空間33が形成されており、ガス拡散空間33には処理容器1の天壁14及び本体部31の中央を貫通するようにガス導入孔36が設けられている。シャワープレート32の周縁部には下方に突出する環状突起部34が形成されている。環状突起部34の内側の平坦面には、ガス吐出孔35が形成されている。載置台2が処理位置に存在した状態では、載置台2とシャワープレート32との間に処理空間38が形成され、カバー部材22の上面と環状突起部34とが近接して環状隙間39が形成される。
排気部4は、処理容器1の内部を排気する。排気部4は、排気口13bに接続された排気配管41と、排気配管41に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構42とを有する。処理に際しては、処理容器1内のガスがスリット13aを介して排気ダクト13に至り、排気ダクト13から排気配管41を通って排気機構42により排気される。
ガス供給機構5は、処理容器1内に処理ガスを供給する。ガス供給機構5は、ガス供給ライン56を介してガス導入孔36に接続されている。
また、基板処理装置は、容量結合プラズマ装置であって、載置台2が下部電極となり、シャワーヘッド3が上部電極となる。下部電極となる載置台2は、コンデンサ(図示せず)を介して接地されている。
上部電極となるシャワーヘッド3は、RF電力供給部8によって高周波電力(以下、「RFパワー」ともいう。)が印加される。RF電力供給部8は、給電ライン81、整合器82及び高周波電源83を有する。高周波電源83は、高周波電力を発生する電源である。高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。高周波電力の周波数は、例えば450KHz~100MHzの範囲内の周波数である。高周波電源83は、整合器82及び給電ライン81を介してシャワーヘッド3の本体部31に接続されている。整合器82は、高周波電源83の出力リアクタンスと負荷(上部電極)のリアクタンスを整合させるための回路を有する。なお、RF電力供給部8は、上部電極となるシャワーヘッド3に高周波電力を印加するものとして説明したが、これに限られるものではない。下部電極となる載置台2に高周波電力を印加する構成であってもよい。また、基板処理装置は、高周波電力を印加する構成を備えていなくてもよい。
制御部9は、例えばコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、補助記憶装置等を備える。CPUは、ROM又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置の動作を制御する。制御部9は、基板処理装置の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部9が基板処理装置の外部に設けられている場合、制御部9は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置を制御できる。
次に、載置台2に設けられるヒータ21の配置について、図2を用いて説明する。図2は、載置台2におけるヒータ21の配置の一例を説明する平面図である。
ヒータ21は、分割された複数の領域を有し、各領域ごとに独立して加熱することができる。図2に示す例において、ヒータ21は、第1領域101~第6領域106に分割されている。ヒータ電源26(図1参照)は、ヒータ21の各領域(第1領域101~第6領域106)ごとに個別に電力供給を制御する。第1領域101は、載置台2の中心に円状に形成されている。第2領域102は、第1領域101の径方向外側に円環状に形成されている。第3領域103~第6領域106は、第2領域102の径方向外側に形成されている。また、外周に設けられる第3領域103~第6領域106は、周方向に分割されている。このような構成により、載置台2に載置された基板Wの温度を各領域(第1領域101~第6領域106)ごとに制御することができる。また、外周に設けられる第3領域103~第6領域106への電力供給を制御することで、載置台2に載置された基板Wの外周部の温度を制御することができる。
図3は、制御部9に記憶されるヒータ21の温度プロファイルのテーブルの一例を示す図である。制御部9には、ヒータ21の各領域ごと温度分布を示す温度プロファイルのテーブルが記憶されている。図3に示す例において、温度プロファイル1(Prof.1)は、第3領域103及び第4領域104が高温設定となっており、第5領域105及び第6領域106が低温設定となっている。温度プロファイル2(Prof.2)は、第5領域105及び第6領域106が高温設定となっており、第3領域103及び第4領域104が低温設定となっている。制御部9は、温度プロファイルに基づいて、ヒータ電源26を制御することで、ヒータ21の複数の領域(第1領域101~第6領域106)を独立制御する。
次に、基板処理装置を用いて基板Wに成膜処理等の処理を施す際の偏りについて説明する。
図1に示すように、ガス供給機構5から供給されたガスは、シャワーヘッド3から処理空間38に供給される。そして、ガスは、処理空間38から環状隙間39、スリット13aを通り、排気ダクト13内に流入する。そして、ガスは、排気ダクト13内から排気配管41を通り、排気機構42に排気される。ここで、図2に示すように、排気配管41は周方向に対して特定の方向に設けられている。このため、処理空間38におけるガスの流れは、周方向に対して偏りを生じることがある。また、処理空間38内にガスを供給するシャワーヘッド3の構造により、処理空間38におけるガスの流れは、周方向に対して偏りを生じることがある。このガスの流れに偏りがある処理容器1内の環境によって、基板Wへの処理の面内均一性が低下するおそれがある。例えば、成膜処理において、排気配管41の方向にガスの流れが多くなる偏りが生じていた場合、基板Wの排気配管41の方向において膜厚が厚くなる。
また、処理容器1は、周方向に対して非対称な構造を有している。例えば、処理容器1の壁面は、特定の方向にゲートバルブ12が設けられており、周方向に対して不均一となっている。また、シャワーヘッド3の構造が周方向に対して不均一な構成となることもある。また、シャワーヘッド3の構造が周方向に対して均一であっても、シャワーヘッド3を固定する天壁14の開閉機構、ガス供給ライン56、天壁14を冷却する冷却流路の配置の影響で、処理容器1の構造が周方向に対して不均一になることもある。このため、処理空間38内の環境に温度に偏りが生じるおそれがある。この温度の偏りがある処理容器1内の環境によって、基板Wへの処理の面内均一性が低下するおそれがある。例えば、温度の偏りによって、高温の領域と低温の領域との間で基板処理の反応速度に差が生じるおそれがある。
本実施形態に係る基板処理装置における基板処理は、時間で区切られた複数のステップを有する。また、制御部9は、各ステップにおいて、ヒータ21(第1領域101~第6領域106)及び回転機構25を制御する。ここで、ヒータ21(第1領域101~第6領域106)の制御は、ヒータ電源26を介してヒータ21(第1領域101~第6領域106)の温度分布を制御することで、載置台2に載置された基板Wの温度を制御する。また、回転機構25の制御は、載置台2の回転または停止、回転方向、回転速度のうち少なくとも1つを制御する。また、制御部9は、ヒータ21及び回転機構25を独立してまたは同期させて制御する。これにより、処理容器1内の環境によるガスの流れの偏りや温度の偏りを補正して、基板処理の面内均一性を向上させる。
<第1動作例>
本実施形態に係る基板処理装置の動作の一例について、図4及び図5Bを用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すCVD装置の場合を例に説明する。図4は、基板処理装置における第1動作例を示すフローチャートである。図5A及び図5Bは、第1動作例におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を説明する平面図である。なお、図5A及び図5Bにおいて、高温の領域に細かいドットを付し、低温の領域に荒いドットを付して示す。
本実施形態に係る基板処理装置の動作の一例について、図4及び図5Bを用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すCVD装置の場合を例に説明する。図4は、基板処理装置における第1動作例を示すフローチャートである。図5A及び図5Bは、第1動作例におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を説明する平面図である。なお、図5A及び図5Bにおいて、高温の領域に細かいドットを付し、低温の領域に荒いドットを付して示す。
ステップS101において、制御部9は、準備工程を行う。準備工程では、制御部9は、ゲートバルブ12を開く。図示しない搬送装置によって、搬入出口11から処理容器1内に基板Wが搬送され、載置台2に載置される。搬送装置が搬入出口11から退避すると、制御部9は、ゲートバルブ12を閉じる。次に、制御部9は、排気機構42を制御して、処理容器内を排気する。次に、制御部9は、昇降機構24を制御して、載置台2を搬送位置から処理位置まで上昇させる。また、制御部9は、ヒータ電源26を制御してヒータ21を発熱させ、載置台2に載置された基板Wを予熱してもよい。
次に、制御部9は、成膜工程を行う。成膜工程では、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38に処理ガスを供給する。また、成膜工程は、時間で区切られた複数のステップ(S102~S106)を有する。
ステップS102において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で180°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。所定時間が経過すると、制御部9の処理はステップS103に進む。
ステップS103において、制御部9は、載置台2の回転を停止して、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2の回転を停止させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。そして、所定時間が経過すると、制御部9の処理はステップS104に進む。なお、ステップS103における所定時間は、ステップS102における載置台2の回転に要する時間よりも長くてよい。
ここで、図5Aは、ステップS103におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。ここで、基板処理装置は、紙面の上側が相対的に低温となり、紙面の下側が相対的に高温となる温度の偏りが生じているものとする。制御部9は、記憶されたテーブル(図3参照)に従って、第3領域103及び第4領域104のヒータ21を高温となるように制御し、第5領域105及び第6領域106のヒータ21を低温となるように制御する。これにより、載置台2に載置される基板Wの温度の面内均一性を向上させる。
ステップS104において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル2で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル2(Prof.2)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で180°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。所定時間が経過すると、制御部9の処理はステップS105に進む。
ステップS105において、制御部9は、載置台2の回転を停止して、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル2(Prof.2)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2の回転を停止させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。そして、所定時間が経過すると、制御部9の処理はステップS106に進む。なお、ステップS105における所定時間は、ステップS106における載置台2の回転に要する時間よりも長くてよい。
ここで、図5Bは、ステップS105におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。ここで、前述のように、基板処理装置は、紙面の上側が相対的に低温となり、紙面の下側が相対的に高温となる温度の偏りが生じているものとする。制御部9は、テーブル(図3参照)に従って、第3領域103及び第4領域104のヒータ21を低温となるように制御し、第5領域105及び第6領域106のヒータ21を高温となるように制御する。これにより、載置台2に載置される基板Wの温度の面内均一性を向上させる。
また、ステップS104において、停止状態の載置台2を再度回転させることにより、ガスの流れの偏りによる成膜量の偏りを抑制して、基板Wの成膜量の面内均一性を向上させることができる。
ステップS106において、制御部9は、ステップS102からステップS105を所定の繰り返し回数行ったか否かを判定する。所定の繰り返し回数未満の場合(S106・NO)、制御部9の処理は、ステップS102からステップS105を繰り返す。所定の繰り返し回数が終了すると(S106・YES)、成膜工程を終了して、ガス供給機構5からの処理ガスの供給を停止する。そして、制御部9の処理は、ステップS107に進む。
ステップS107において、制御部9は、パージ工程を行う。パージ工程では、制御部9は、排気機構42を制御して、処理容器内を排気する。その後、制御部9は、昇降機構24を制御して、載置台2を処理位置から搬送位置まで下降させる。制御部9は、ゲートバルブ12を開く。図示しない搬送装置によって、処理容器1外に基板Wが搬送される。搬送装置が搬入出口11から退避すると、制御部9は、ゲートバルブ12を閉じる。
以上、本実施形態に係る基板処理装置は、ヒータ21を周方向に温度制御可能であり、また、載置台2を周方向に回転させることができる。また、ヒータ21の温度制御と載置台2の回転制御とを、基板Wの成膜処理のステップごとに独立して制御することができる。換言すれば、各ステップの開始をトリガとして、ヒータ21の温度制御及び載置台2の回転制御を切り替えることができる。
また、基板Wの外周側は、基板Wの中心側と比較して、周方向におけるガスの流れの偏りや温度の偏りの影響が大きくなる。本実施形態に係る基板処理装置は、少なくともヒータ21の外周部(第3領域103~第6領域106)が周方向に分割され、独立して温度制御が可能となっている。これにより、載置台2に載置された基板Wの外周部の温度を制御することができる。よって、基板Wに施される成膜処理の面内均一性を向上させることができる。
また、基板処理装置の第1動作例によれば、載置台2とともに基板Wを回転させた際に、ヒータ21の温度分布(プロファイル)を制御する。基板Wを回転させることにより、ガスの流れの偏りを補正することができる。また、ヒータ21の温度分布(プロファイル)を変更することにより、基板Wが回転しても、基板Wの温度分布を好適に補正することができる。このように、ガスの流れの偏り及び温度の偏りを補正して、基板Wに施される成膜処理の面内均一性を向上させることができる。
また、第1動作例では、1サイクル(S102~S105)で載置台2が1回転する。これにより、第1動作例では、1サイクル(S102~S105)における成膜処理の面内均一性を向上させることができる。なお、第1動作例では載置台2が1サイクルで1回転することで面内均一性を向上させることを述べたがこの限りではない。例えば、1サイクルで複数回転(例えば、2回転や3回転など)させてもよいし、ガスの偏り方が線対称であれば半回転や1/4回転でも均一性を向上することができる。また、第1動作例では、載置台2の停止状態から始めてもよい。
<第2動作例>
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の他の一例について、図6から図8Dを用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すCVD装置の場合を例に説明する。
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の他の一例について、図6から図8Dを用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すCVD装置の場合を例に説明する。
図6は、制御部9に記憶されるヒータ21の温度プロファイルのテーブルの他の一例を示す図である。制御部9には、ヒータ21の各領域ごと温度分布を示す温度プロファイルのテーブルが記憶されている。ここでは、ヒータ電源26から各領域(第1領域101~第6領域106)への給電量の比として示されている。
図6に示す例において、温度プロファイル1(Prof.1)は、第3領域103及び第4領域104の給電量が高く設定となっており、第5領域105及び第6領域106の給電量が低く設定となっている。温度プロファイル2(Prof.2)は、第5領域105及び第6領域106の給電量が高く設定となっており、第3領域103及び第4領域104の給電量が低く設定となっている。温度プロファイル3(Prof.3)は、第3領域103~第6領域106の給電量が等しく設定されている。
温度プロファイル4(Prof.4)は、第3領域103及び第4領域104の給電量が高く設定となっており、第5領域105及び第6領域106の給電量が低く設定となっている。温度プロファイル5(Prof.5)は、第5領域105及び第6領域106の給電量が高く設定となっており、第3領域103及び第4領域104の給電量が低く設定となっている。温度プロファイル3(Prof.3)は、第3領域103~第6領域106の給電量が等しく設定されている。また、温度プロファイル1~3と温度プロファイル4,5とは、第1領域101及び第2領域102の給電量の設定が異なっている。
図7は、基板処理装置における第2動作例を示すフローチャートである。図8Aから図8Dは、第2動作例におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を説明する平面図である。なお、図8Aから図8Dにおいて、給電量が高い領域(高温の領域)に細かいドットを付し、給電量の低い領域(低温の領域)に荒いドットを付して示す。
ステップS201において、制御部9は、準備工程を行う。準備工程は、ステップS101の準備工程と同様であり、重複する説明を省略する。
次に、制御部9は、成膜工程を行う。成膜工程では、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38に処理ガスを供給する。また、成膜工程は、時間で区切られた複数のステップ(S202~S206)を有する。
ステップS202において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で90°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。
ステップS203において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル3で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル3(Prof.3)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で90°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。
ステップS204において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル2で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル2(Prof.2)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で90°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。
ステップS205において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル3で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル3(Prof.3)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で90°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。
ここで、図8Aは、ステップS202におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。図8Bは、ステップS203におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。図8Cは、ステップS204におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。図8Dは、ステップS205におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。ここで、前述のように、基板処理装置は、紙面の上側が相対的に低温となり、紙面の下側が相対的に高温となる温度の偏りが生じているものとする。制御部9は、テーブル(図6参照)に従って、第3領域103~第6領域106のヒータ21を制御する。これにより、載置台2に載置される基板Wの温度の面内均一性を向上させる。
また、ステップS202からステップS205において、載置台2を回転させることにより、ガスの流れの偏りによる成膜量の偏りを抑制して、基板Wの成膜量の面内均一性を向上させることができる。
ステップS206において、制御部9は、ステップS202からステップS205を所定の繰り返し回数行ったか否かを判定する。所定の繰り返し回数未満の場合(S206・NO)、制御部9の処理は、ステップS202からステップS205を繰り返す。所定の繰り返し回数が終了すると(S206・YES)、成膜工程を終了して、ガス供給機構5からの処理ガスの供給を停止する。そして、制御部9の処理は、ステップS207に進む。
ステップS207において、制御部9は、パージ工程を行う。パージ工程は、ステップS107のパージ工程と同様であり、重複する説明を省略する。
以上、基板処理装置の第2動作例によれば、載置台2及び基板Wの回転を止めずに、載置台2の回転角度ごとにヒータ21の温度分布(プロファイル)を制御する。基板Wを回転させることにより、ガスの流れの偏りを補正することができる。また、ヒータ21の温度分布(プロファイル)を変更することにより、基板Wが回転しても、基板Wの温度分布を好適に補正することができる。このように、ガスの流れの偏り及び温度の偏りを補正して、基板Wに施される成膜処理の面内均一性を向上させることができる。
また、第2動作例では、1サイクル(S202~S205)で載置台2が1回転する。これにより、第2動作例では、1サイクル(S202~S205)における成膜処理の面内均一性を向上させることができる。なお、第2動作例では載置台2が1サイクルで1回転することで面内均一性を向上させることを述べたがこの限りではない。例えば、1サイクルで複数回転(例えば、2回転や3回転など)させてもよいし、ガスの偏り方が線対称であれば半回転や1/4回転でも均一性を向上することができる。また、第2動作例では、載置台2の停止状態から始めてもよい。
<第3動作例>
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の他の一例について、図9を用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すALD装置の場合を例に説明する。図9は、基板処理装置における第3動作例を示すフローチャートである。
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の他の一例について、図9を用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すALD装置の場合を例に説明する。図9は、基板処理装置における第3動作例を示すフローチャートである。
ステップS301において、制御部9は、準備工程を行う。準備工程は、ステップS101の準備工程と同様であり、重複する説明を省略する。
次に、制御部9は、成膜工程を行う。成膜工程では、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38に処理ガスを供給する。また、成膜工程は、時間で区切られた複数のステップ(S302~S306)を有する。
ステップS302において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル1でプリカーサガスを供給する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。また、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38にプリカーサガス(例えば、TiCl4ガス)を供給する。これにより、基板Wの表面にプリカーサが吸着される。そして、所定時間が経過すると、ガス供給機構5からのプリカーサガスの供給を停止する。
ステップS303において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル1でパージする。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。また、排気機構42によって処理空間38内の未吸着のプリカーサガスが排気(パージ)される。
ステップS304において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル2で反応ガスを供給する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル2(Prof.2)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。また、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38に反応ガス(例えば、NH3ガス)を供給する。これにより、基板Wの表面に吸着されたプリカーサと反応ガスが反応する。そして、所定時間が経過すると、ガス供給機構5からの反応ガスの供給を停止する。
ステップS305において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル2でパージする。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。また、排気機構42によって処理空間38内の未反応の反応ガス及び反応副生成物が排気(パージ)される。
ステップS306において、制御部9は、ステップS302からステップS305を所定の繰り返し回数行ったか否かを判定する。所定の繰り返し回数未満の場合(S306・NO)、制御部9の処理は、ステップS302からステップS305を繰り返す。所定の繰り返し回数が終了すると(S306・YES)、成膜工程を終了して、制御部9の処理は、ステップS307に進む。
ステップS307において、制御部9は、パージ工程を行う。パージ工程は、ステップS107のパージ工程と同様であり、重複する説明を省略する。
以上、基板処理装置の第3動作例によれば、載置台2及び基板Wの回転を止めずに、載置台2の回転角度ごとにヒータ21の温度分布(温度プロファイル)を制御する。基板Wを回転させることにより、ガスの流れの偏りを補正することができる。また、ヒータ21の温度分布(温度プロファイル)を変更することにより、基板Wが回転しても、基板Wの温度分布を好適に補正することができる。このように、ガスの流れの偏り及び温度の偏りを補正して、基板Wに施される成膜処理の面内均一性を向上させることができる。なお、ガスの流れの偏り及び温度の偏りを補正するため動作例1と同様に回転を停止させるステップ含めてもよい。
なお、前述の第1動作例及び第2動作例では、1サイクル(S102~S105、S202~S205)で載置台2が1回転する。一方、第3動作例では、載置台2の回転速度は、ALD処理のサイクル(S302~S305)と非同期となるように設定される。これにより、1サイクル(S302~S305)ごとに載置台2の回転角度をずらすことができ、所定サイクル繰り返すことでガスの流れを均等化させることができ、基板Wに施される成膜処理の面内均一性を向上させることができる。
<第4動作例>
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の他の一例について、図10を用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理及びエッチング処理を施す基板処理装置の場合を例に説明する。図10は、基板処理装置における第4動作例を示すフローチャートである。
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の他の一例について、図10を用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理及びエッチング処理を施す基板処理装置の場合を例に説明する。図10は、基板処理装置における第4動作例を示すフローチャートである。
ステップS401において、制御部9は、準備工程を行う。準備工程は、ステップS101の準備工程と同様であり、重複する説明を省略する。
次に、制御部9は、成膜工程を行う。成膜工程では、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38に成膜の処理ガスを供給する。また、成膜工程は、時間で区切られた複数のステップ(S402,S403)を有する。
ステップS402において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で180°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。
ステップS403において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル2で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル2(Prof.2)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で180°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。
ステップS404において、制御部9は、ステップS402からステップS403を所定の繰り返し回数行ったか否かを判定する。所定の繰り返し回数未満の場合(S404・NO)、制御部9の処理は、ステップS402からステップS403を繰り返す。所定の繰り返し回数が終了すると(S404・YES)、成膜工程を終了して、ガス供給機構5からの処理ガスの供給を停止する。そして、制御部9の処理は、ステップS405に進む。
ステップS405において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル3でパージする。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル3(Prof.3)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。また、排気機構42によって処理空間38内のガスが排気(パージ)される。
次に、制御部9は、エッチング工程を行う。エッチング工程では、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38にエッチングの処理ガスを供給する。また、エッチング工程は、時間で区切られた複数のステップ(S406,S407)を有する。
ステップS406において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル4でエッチングする。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル4(Prof.4)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で180°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wにエッチング処理が施される。
ステップS407において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル5でエッチングする。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル5(Prof.5)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で180°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wにエッチング処理が施される。そして、ガス供給機構5からの処理ガスの供給を停止する。
ステップS408において、制御部9は、ステップS402からステップS407を所定の繰り返し回数行ったか否かを判定する。所定の繰り返し回数未満の場合(S408・NO)、制御部9の処理は、ステップS402からステップS407を繰り返す。所定の繰り返し回数が終了すると(S408・YES)、成膜工程およびエッチング工程を終了して、制御部9の処理は、ステップS409に進む。
ステップS409において、制御部9は、パージ工程を行う。パージ工程は、ステップS107のパージ工程と同様であり、重複する説明を省略する。
以上、基板処理装置の第4動作例によれば、載置台2及び基板Wの回転を止めずに、載置台2の回転角度ごとにヒータ21の温度分布(プロファイル)を制御する。基板Wを回転させることにより、ガスの流れの偏りを補正することができる。また、ヒータ21の温度分布(プロファイル)を変更することにより、基板Wが回転しても、基板Wの温度分布を好適に補正することができる。このように、ガスの流れの偏り及び温度の偏りを補正して、基板Wに施される成膜処理の面内均一性を向上させることができる。
また、本実施形態に係る基板処理装置は、ヒータ21の周方向の温度制御可能と、載置台2の周方向の回転を独立して制御することができる。これにより、成膜処理時の温度プロファイルと、エッチング処理時の温度プロファイルとを、異ならせることができる。これにより、成膜処理時の温度プロファイルと、エッチング処理時の温度プロファイルとを、別々に最適化することができる。
なお、成膜処理時及びエッチング処理時において、載置台2を回転させるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、エッチング処理時において、載置台2の回転を止め、固定の温度プロファイルでヒータ21を温度制御してもよい。また、成膜処理時において、載置台2の回転を止め、固定の温度プロファイルでヒータ21を温度制御してもよい。また、第1動作例のように、載置台2の回転と停止を繰り返す構成であってもよい。
また、載置台2の回転速度については特に制限はないが、載置台2を回転させた際に載置台2に載置された基板Wにズレが生じない速度(例えば、1~10RPM)が好ましい。また、載置台2の回転方向については、装置構成によるガスの流れの偏り等に応じて時計回り、反時計回りを自由に選択できる。また、1サイクル中の各ステップで回転方向を自由に変更してもよい。
<実験結果>
次に、本実施例の処理の面内均一性について、参考例1~3と対比しつつ説明する。
次に、本実施例の処理の面内均一性について、参考例1~3と対比しつつ説明する。
まず、本実施例の処理の一例について、図11から図13を用いて説明する。ここでは、基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すCVD装置の場合を例に説明する。図11は、基板処理装置における本実施例の動作(第1動作例の変形例)を示すフローチャートである。図12Aから図12Dは、本実施例におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を説明する平面図である。図13は、制御部9に記憶されるヒータ21の温度プロファイルのテーブルの更に他の一例を示す図である。なお、図12Aから図12Dにおいて、給電量が高い領域(高温の領域)に細かいドットを付し、給電量の低い領域(低温の領域)に荒いドットを付して示す。
図13示す温度プロファイル1(Prof.1)から温度プロファイル4(Prof.4)は、本実施形態に係る基板処理装置が用いる温度プロファイルである。温度プロファイル1(Prof.1)から温度プロファイル4(Prof.4)は、外周側の各領域(第3領域103~第6領域106)への給電量の比が順次入れ替わるように設定されている。
また、図13示す温度プロファイル5(Prof.5)は、後述する参考例1及び参考例2において用いる温度プロファイルである。温度プロファイル5(Prof.5)は、外周側の各領域(第3領域103~第6領域106)への給電量の比が均一に設定されている。
ステップS501において、制御部9は、準備工程を行う。準備工程は、ステップS101の準備工程と同様であり、重複する説明を省略する。
次に、制御部9は、成膜工程を行う。成膜工程では、ガス供給機構5からシャワーヘッド3を介して処理空間38に成膜の処理ガスを供給する。また、成膜工程は、時間で区切られた複数のステップ(S502~509)を有する。
ステップS502において、制御部9は、載置台2の回転を停止して、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2の回転を停止させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。そして、所定時間が経過すると、制御部9の処理はステップS503に進む。なお、ステップS502における所定時間は、後述するステップS503における載置台2の回転に要する時間よりも長くてよい。
ここで、図12Aは、ステップS502におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。制御部9は、記憶されたテーブル(図13参照)に従って、第3領域103及び第4領域104のヒータ21を高温となるように制御し、第5領域105及び第6領域106のヒータ21を低温となるように制御する。
ステップS503において、制御部9は、載置台2を回転させながら、温度プロファイル1で成膜する。このステップでは、制御部9は、ヒータ21の各領域の温度分布を温度プロファイル1(Prof.1)として、ヒータ電源26を制御する。また、制御部9は、回転機構25を制御して、載置台2及び基板Wを回転させる。ここでは、例えば、所定時間で90°回転させる。処理空間38に供給された処理ガスによって、基板Wに成膜処理が施される。所定時間が経過すると、制御部9の処理はステップS504に進む。
ステップS504において、制御部9は、載置台2の回転を停止して、温度プロファイル2で成膜する。図12Bは、ステップS504におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。ステップS505において、制御部9は、載置台2を90°回転させながら、温度プロファイル2で成膜する。
ステップS506において、制御部9は、載置台2の回転を停止して、温度プロファイル3で成膜する。図12Cは、ステップS506におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。ステップS507において、制御部9は、載置台2を90°回転させながら、温度プロファイル3で成膜する。
ステップS508において、制御部9は、載置台2の回転を停止して、温度プロファイル4で成膜する。図12Dは、ステップS508におけるヒータ21の各領域の配置と温度制御を示す。ステップS509において、制御部9は、載置台2を90°回転させながら、温度プロファイル4で成膜する。
ステップS510において、制御部9は、ステップS502からステップS509を所定の繰り返し回数行ったか否かを判定する。所定の繰り返し回数未満の場合(S510・NO)、制御部9の処理は、ステップS502からステップS509を繰り返す。所定の繰り返し回数が終了すると(S510・YES)、成膜工程を終了して、ガス供給機構5からの処理ガスの供給を停止する。そして、制御部9の処理は、ステップS511に進む。
ステップS511において、制御部9は、パージ工程を行う。パージ工程は、ステップS107のパージ工程と同様であり、重複する説明を省略する。
即ち、本実施例では、処理ガスを一定流量で供給しながら、ヒータ21の温度プロファイルを変更しつつ、載置台2の回転停止と1/4回転とを交互に繰り返して、所定の膜厚まで成膜した。
次に、参考例1から参考例3について説明する。
参考例1では、処理ガスを一定流量で供給しながら、ヒータ21の温度プロファイルを周方向に均一の温度プロファイル5(Prof.5)即ち、外周側の各領域(第3領域103~第6領域106)への給電量の比が均一、載置台2の回転を停止状態として、所定の膜厚まで成膜した。
参考例2では、処理ガスを一定流量で供給しながら、ヒータ21の温度プロファイルを周方向に均一の温度プロファイル5(Prof.5)即ち、外周側の各領域(第3領域103~第6領域106)への給電量の比が均一、載置台2の回転を回転状態として、所定の膜厚まで成膜した。
参考例3では、処理ガスを一定流量で供給しながら、ヒータ21の配置を図12Aとしヒータ21の温度プロファイルを温度プロファイル1(Prof.1)即ち、外周側の各領域(第3領域103~第6領域106)への給電量の比が各々異なるもの、載置台2の回転を停止状態として、所定の膜厚まで成膜した。
なお、上述以外の他の成膜条件は、本実施例、参考例1,2及び3ともに共通で、原料ガスとしてシランガス(SiH4)を所定の流量(100sccm)を不活性ガス(Arガス)と共に供給し、所定の温度(560℃)、及び所定の圧力(9~10Torr)に調圧してシリコン膜の成膜を行った。
図14Aから図14Dは、本実施例及び参考例における膜厚分布を示す図の一例である。図14Aから図14Dにおいて、膜厚が厚くなるほど密なドットのハッチを付し、膜厚が薄くなるほど疎なドットのハッチを付して示す。図14Aは参考例1における膜厚分布を示す。図14Bは参考例2における膜厚分布を示す。図14Cは参考例3における膜厚分布を示す。図14Dは本実施例における膜厚分布を示す。また、排気方向及びノッチ方向は共通で図14Aの示した白抜き矢印の通りである。なお、ウエハWの初期位置は、図12Aにおいて第4領域104と第5領域105との間にウエハWのノッチが位置するように配置されている。
図14Aに示す参考例1においては、ガスの不均一性及び温度の不均一性に起因して、膜厚の面内分布は3.76%となった。
図14Bに示す参考例2においては、載置台2を回転させることによりガスの均一性は確保され、膜厚の面内分布は2.49%となった。しかしながら、温度の不均一性に起因して、左側の膜厚が厚く、右側の膜厚が薄くなっている。
図14Cに示す参考例3においては、ヒータ21の外周温度を制御することにより温度の均一性が確保され、膜厚の面内分布は2.80%となった。しかしながら、ガスの流れが排気方向に偏ることにより、排気方向の膜厚が厚く、排気方向の反対方向の膜厚が薄くなっている。
これに対し、図14Dに示す本実施例においては、載置台2を回転させることによりガスの均一性は確保され、かつ、ヒータ21の外周温度を制御することにより温度の均一性が確保され、膜厚の面内分布は1.66%となった。このように、本実施例は、参考例1~3と比較して、膜厚の面内分布を改善することができることが確認できた。
以上、基板処理装置による基板処理方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
複数のステップを有して基板Wに処理を施す工程(S102~S105,S202~S205,S402~S403,S406~S407、S502~S509)において、ガス供給機構5から処理空間38内に供給される処理ガスの供給量は、一定であるものとして説明したが、これに限られない。基板Wの処理の面内均一性が向上するように、ステップごとに処理ガスの供給量を制御してもよい。これにより、ガスの流れの偏りを補正して、基板Wに施される処理の面内均一性を向上させることができる。
基板処理装置は、基板Wに成膜処理を施すものとして説明したが、これに限られるものではなく、その他の処理を行う基板処理装置に適用してもよい。また、基板処理装置は、プラズマを用いるプラズマCVD装置、プラズマALD装置等であってもよく、熱CVD装置、熱ALD装置等であってもよい。
尚、本願は、2020年10月19日に出願した日本国特許出願2020-175453号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
1 処理容器
2 載置台
3 シャワーヘッド(ガス供給部)
4 排気部
5 ガス供給機構(ガス供給部)
9 制御部
21 ヒータ(加熱要素)
23 支持部材
24 昇降機構
25 回転機構
26 ヒータ電源(加熱要素)
W 基板
2 載置台
3 シャワーヘッド(ガス供給部)
4 排気部
5 ガス供給機構(ガス供給部)
9 制御部
21 ヒータ(加熱要素)
23 支持部材
24 昇降機構
25 回転機構
26 ヒータ電源(加熱要素)
W 基板
Claims (11)
- 基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられる加熱要素と、
前記載置台を回転させる回転機構と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、
前記載置台に基板を載置する工程と、
前記基板に処理を施す工程と、を有し、
前記基板に処理を施す工程は、複数のステップを有し、
前記複数のステップの各ステップは、前記加熱要素の制御及び前記回転機構の制御を含む、基板処理方法。 - 前記加熱要素は、前記載置台の周方向に分割され温度制御可能な複数の領域を有し、
前記加熱要素の制御は、前記領域の温度を制御して、前記基板の外周部の温度を制御する、
請求項1に記載の基板処理方法。 - 前記加熱要素の制御は、予め設定されたテーブルに基づいて制御される、
請求項2に記載の基板処理方法。 - 前記予め設定されたテーブルは、複数の温度プロファイルを有し、
前記加熱要素の制御は、前記複数の温度プロファイルに基づいて、前記複数の領域を独立制御することを含む、
請求項3に記載の基板処理方法。 - 前記基板に処理を施す工程は、
前記載置台を回転させながら、第1の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記基板に処理を施す第1のステップと、
前記載置台を回転させながら、前記第1の温度プロファイルとは異なる第2の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記基板に処理を施す第2のステップと、を含む、
請求項4に記載の基板処理方法。 - 前記基板に処理を施す工程は、
前記載置台の回転を停止して、前記基板に処理を施すステップを更に含む、
請求項5に記載の基板処理方法。 - 前記基板に処理を施す工程は、
前記第1のステップ及び前記第2のステップを複数回繰り返すことを含む、
請求項5または請求項6に記載の基板処理方法。 - 前記基板に処理を施す工程は、成膜工程を含み、
前記成膜工程は、
前記載置台を回転させながら、前記第1の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記基板の処理空間に原料ガスを供給するステップと、
前記載置台を回転させながら、前記第1の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記処理空間内をパージするステップと、
前記載置台を回転させながら、前記第2の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記処理空間に反応ガスを供給するステップと、
前記載置台を回転させながら、前記第2の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記処理空間内をパージするステップと、を含む、
請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 前記基板に処理を施す工程は、エッチング工程を更に含み、
前記エッチング工程は、
前記載置台を回転させながら、前記第1の温度プロファイル及び前記第2の温度プロファイルとは異なる第3の温度プロファイルに基づいて前記加熱要素を制御し、前記基板に処理を施すステップを含む、
請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 前記回転機構の制御は、前記載置台の回転または停止、回転方向、回転速度の少なくとも1つの制御を含む、
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられる加熱要素と、
前記載置台を回転させる回転機構と、
制御部とを備え、
前記制御部による処理は、
前記載置台に基板を載置する工程と、
前記基板に処理を施す工程と、を有し、
前記基板に処理を施す工程は、複数のステップを有し、
前記複数のステップの各ステップは、前記加熱要素の制御及び前記回転機構の制御を含む、
基板処理装置。
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PCT/JP2021/037297 WO2022085484A1 (ja) | 2020-10-19 | 2021-10-08 | 基板処理方法及び基板処理装置 |
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JP2017208374A (ja) * | 2016-05-16 | 2017-11-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 載置台システム、基板処理装置及び温度制御方法 |
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2021
- 2021-10-08 KR KR1020237015650A patent/KR20230085166A/ko unknown
- 2021-10-08 WO PCT/JP2021/037297 patent/WO2022085484A1/ja active Application Filing
- 2021-10-08 US US18/032,544 patent/US20230392261A1/en active Pending
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