(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記クリーニング工程では、前記複数のガス供給領域にクリーニングガスを供給すると共に、前記ガス供給領域毎に流量の異なる不活性ガスを供給する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
前記ガス供給領域は、第一のガスが供給される第一処理領域と、それに隣接するパージ領域を有し、前記クリーニング工程では、前記パージ領域の不活性ガス量を前記第一処理領域の不活性ガス量よりも多くなるよう不活性ガスの供給が制御される請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(1)基板処理装置の構成
まずは、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、
図1を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る多枚葉式の基板処理装置10の概略構成図である。
【0012】
図1および
図2を用いて、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
【0013】
なお、本発明が適用される基板処理装置においては、製品としての処理基板200やダミー基板280などの基板を搬送するキャリヤとしては、FOUP(Front Opening Unified Pod 。以下、ポッドという。)が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は
図1を基準とする。すなわち、
図1に示されているX1の方向を右、X2方向を左、Y1方向を前、Y2方向を後ろとする。また、本装置は処理基板200を搬送、処理し、更にはダミー基板280を搬送する装置であるが、以下の説明では処理基板200を主として説明する。
【0014】
図1および
図2に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力(負圧)に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室103を備えており、第一の搬送室103の筐体101は平面視が五角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室103には負圧下で二枚の基板200を移載出来る第一の基板移載機112が設置されている。ここで、第一の基板移載器112は、一枚の基板200を移載出来る物でも良い。第一の基板移載機112は、第一の基板移載機エレベータ115によって、第一の搬送室103の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【0015】
筐体101の五枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室と搬出用の予備室とを併用可能な予備室122と123がそれぞれゲートバルブ126,127を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得る構造で構成されている。さらに、予備室(ロードロック室)122,123には基板支持台140により2枚の基板200を積み重ねるように置くことが可能である。
【0016】
予備室122,123には、基板の間に隔壁板(中間プレート)141が設置される。複数枚の処理済基板が予備室122または123に入る場合、先に入った処理済の冷却途中の基板が、次に入った処理済基板の熱影響で温度の下がり具合が遅くなるような熱干渉を、隔壁板があることで防止できる。
【0017】
ここで、一般的な冷却効率を上げるための手法を説明する。予備室122および123、隔壁板141には冷却水やチラーなどを流し、壁面温度を低く抑え、どのスロットに入った処理済基板であっても冷却効率を上げることができる。負圧においては、基板と隔壁板の距離が離れすぎていると熱交換による冷却効率が低下するため、冷却効率を向上させる手法として、基板支持台(ピン)に置いたあと、基板支持台を上下させ、予備室壁面に近づけるための駆動機構を設ける場合もある。
【0018】
予備室122および予備室123の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室121がゲートバルブ128、129を介して連結されている。第二の搬送室121には基板200を移載する第二の基板移載機124が設置されている。第二の基板移載機124は第二の搬送室121に設置された第二の基板移載機エレベータ131によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ132によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【0019】
図1に示されているように、第二の搬送室121の左側にはノッチまたはオリフラ合わせ装置106を設置させることも出来る。また、
図2に示されているように、第二の搬送室121の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット118が設置されている。
【0020】
図1および
図2に示されているように、第二の搬送室121の筐体125の前側には、基板200を第二の搬送室121に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口134と、ポッドオープナ108が設置されている。基板搬入搬出口134を挟んでポッドオープナ108と反対側、すなわち筐体125の外側にはロードポート(IOステージ)105が設置されている。ポッドオープナ108は、ポッド100のキャップ100aを開閉すると共に基板搬入搬出口134を閉塞可能なクロージャ142と、クロージャ142を駆動する駆動機構136とを備えており、ロードポート105に載置されたポッド100のキャップ100aを開閉することにより、ポッド100に対する基板200の出し入れを可能にする。また、ポッド100は図示しない工程内搬送装置(OHTなど)によって、ロードポート105に対して、供給および排出されるようになっている。基板200には、基板処理装置で処理をする処理基板200aと、クリーニング処理で使用するダミー基板200bが存在する。
【0021】
図1に示されているように、第一の搬送室筐体101の五枚の側壁のうち後ろ側(背面側)に位置する四枚の側壁には、基板に所望の処理を行う第一の処理炉202aと、第二の処理炉202b、第三の処理炉202c、第四の処理炉202dがゲートバルブ150、151、152、153を介してそれぞれ隣接して連結されている。
【0022】
以下、前記構成を有する基板処理装置を使用した処理工程を説明する。以下の制御は、
図1および
図2に示されているように、コントローラ300によって制御される。コントローラ300は、前記構成において、装置全体を制御している。ここでは、処理基板200aを例として説明する。
【0023】
基板200は最大25枚がポッド100に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。
図1および
図2に示されているように、搬送されて来たポッド100はロードポート105の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド100のキャップ100aがポッドオープナ108によって取り外され、ポッド100の基板出し入れ口が開放される。
【0024】
ポッド100がポッドオープナ108により開放されると、第二の搬送室121に設置された第二の基板移載機124は、ポッド100から処理基板200aをピックアップして予備室122に搬入し、処理基板200aを基板支持台140に移載する。この移載作業中には、予備室122の第一の搬送室103側のゲートバルブ126は閉じられており、第一の搬送室103内の負圧は維持されている。ポッド100に収納されていた処理基板200aを基板支持台140への移載が完了すると、ゲートバルブ128が閉じられ、予備室122内が排気装置(図示せず)によって負圧に排気される。
【0025】
予備室122内が予め設定された圧力値となると、ゲートバルブ126が開かれ、予備室122と第一の搬送室103とが連通される。続いて、第一の搬送室103の第一の基板移載機112は基板支持台140から処理基板200aを第一の搬送室103に搬入する。ゲートバルブ126が閉じられた後、ゲートバルブ151が開かれ、第一の搬送室103と第二の処理炉202bとが連通される。ゲートバルブ151が閉じられた後、第二の処理炉202内に処理ガスが供給され、処理基板200aに対して所望の処理が施される。
【0026】
第二の処理炉202bで処理基板200aに対する処理が完了すると、ゲートバルブ151が開かれ、処理基板200aは第一の基板移載機112によって第一の搬送室103に搬出される。搬出後、ゲートバルブ151は閉じられる。
【0027】
続いて、ゲートバルブ126が開かれ、第一の基板移載機112は第二の処理炉202bから搬出した処理基板200aを予備室123の基板支持台140へ搬送し、処理済みの処理基板200aは冷却される。
【0028】
予備室123に処理済みの処理基板200aを搬送し、予め設定された冷却時間が経過すると、予備室123が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室123内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ128が開かれ、ロードポート105に載置された空のポッド100のキャップ100aがポッドオープナ108によって開かれる。
【0029】
続いて、第二の搬送室121の第二の基板移載機124は基板支持台140から処理基板200aを第二の搬送室121に搬出し、第二の搬送室121の基板搬入搬出口134を通してポッド100に収納して行く。
【0030】
ここで、ポッド100のキャップ100aは、最大25枚の基板が戻されるまでずっと空け続けていても良く、空きのポッド100に収納せずに基板を搬出してきたポッドに戻しても良い。
【0031】
以上の動作が繰り返されることによって25枚の処理済みの処理基板200aがポッド100への収納が完了すると、ポッド100のキャップ100aがポッドオープナ108によって閉じられる。閉じられたポッド100はロードポート105の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【0032】
以上の動作は第二の処理炉202bおよび予備室122、123が使用される場合を例にして説明したが、第一の処理炉202aおよび第三の処理炉202c、第四の処理炉202dが使用される場合についても同様の動作が実施される。
【0033】
また、ここでは4つの処理室で説明したが、それに限らず、対応する基板や形成する膜の種類によって、処理室数を決定しても良い。
【0034】
また、上述の基板処理装置では、予備室122を搬入用、予備室123を搬出用としたが、予備室123を搬入用、予備室122を搬出用としても良いし、予備室122または予備室123を搬入用と搬出用として併用しても良い。
【0035】
また、予備室122または予備室123を搬入用と搬出用を専用とすることによって、クロスコンタミネーションを低減することができ、併用とすることによって基板の搬送効率を向上させることができる。
【0036】
また、全ての処理炉で同じ処理を行っても良いし、各処理炉で別の処理を行っても良い。例えば、第一の処理炉202aと第二の処理炉202bで別の処理を行う場合、第一の処理炉202aで処理基板200aにある処理を行った後、続けて第二の処理炉202bで別の処理を行わせてもよい。第一の処理炉202aで処理基板200aにある処理を行った後、第二の処理炉202bで別の処理を行わせる場合、予備室122または予備室123を経由するようにしてもよい。
【0037】
また、処理炉は少なくとも、処理炉202aから202bのいずれか1箇所の連結が成されていれば良く、処理炉202cと202dの2箇所など、処理炉202aから202dの最大4箇所の範囲において可能な組合せであればいくつ連結しても良い。
【0038】
また、装置で処理する基板の枚数は、一枚でも良く、複数枚でも良い。同様に予備室122または123において、クーリングする基板についても一枚でも良く、複数枚でも良い。処理済基板をクーリング出来る枚数は、予備室122および123のスロットに投入可能な最大4枚の範囲内であれば、どのような組合せでも良い。
【0039】
また、予備室122内で処理済みの基板を搬入して冷却を行っている途中で予備室122のゲートバルブを開閉し処理炉に基板を搬入し、基板の処理を行っても良い。同様に、予備室123内で処理済みの基板を搬入して冷却を行っている途中で予備室123のゲートバルブを開閉し処理炉に基板を搬入し、基板の処理を行っても良い。
【0040】
ここで、十分な冷却時間を経ずに略大気側のゲートバルブを開くと、処理基板200aの輻射熱によって予備室122または123または予備室の周りに接続されている電気部品に損害を与える可能性がある。そのため、高温な基板をクーリングする場合は、予備室122内に処理済みの大きな輻射熱を持つ基板を搬入して冷却を行っている途中で、予備室123のゲートバルブを開閉し処理炉に基板を搬入し、基板の処理を行うことが出来る。同様に、予備室123内に処理済みの基板を搬入して冷却を行っている途中で、予備室122のゲートバルブを開閉し処理炉に基板を搬入し、基板の処理を行うことも出来る。
【0041】
(2)プロセスチャンバの構成
続いて、本実施形態に係る処理炉としてのプロセスチャンバ202の構成について、主に
図3から
図4を用いて説明する。
図3は、本実施形態に係る反応容器の概略斜視図である。
図3は、本実施形態に係る処理炉の横断面概略図である。
図4は、本実施形態に係る処理炉の縦断面概略図であり、
図3に示す処理炉のA−A’線断面図である。ここでは、処理基板200aを例にして説明する。
【0042】
(反応容器)
図3から
図4に示すように、処理炉としてのプロセスチャンバ202は、円筒状の気密容器である反応容器203を備えている。反応容器203内には、処理基板200aの処理空間207が形成されている。反応容器203内の処理空間207の上側には、中心部から放射状に延びる4枚の仕切板205が設けられている。4枚の仕切板205は、処理空間207を複数のガス供給領域に分割する。具体的には、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bに仕切るように構成されている。なお、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bは、後述するサセプタ(基板載置台)217の回転方向に沿って、この順番に配列するように構成されている。
【0043】
後述するように、サセプタ217を回転させることで、サセプタ217上に載置された処理基板200aは、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bの順に移動する。また、後述するように、第一の処理領域201a内には第一のガスとしての第一の処理ガスが供給され、第二の処理領域201b内には第二のガスとしての第二の処理ガスが供給され、第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内には、不活性ガスが供給されるように構成されている。そのため、サセプタ217を回転させることで、処理基板200a上には、第一の処理ガス、不活性ガス、第二の処理ガス、不活性ガスが、この順に供給されることとなる。サセプタ217及びガス供給系の構成については後述する。
【0044】
仕切板205の端部と反応容器203の側壁との間には、所定の幅の隙間が設けられており、この隙間をガスが通過できるように構成されている。この隙間を介し、第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内から第一の処理領域201a内及び第二の処理領域201b内に向けて不活性ガスを噴出させるようにすることで、第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内への処理ガスの侵入を抑制することができ、処理ガスの反応を防止することができるように構成されている。
【0045】
なお、本実施形態では、各仕切板205の間の角度をそれぞれ90度としたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、処理基板200aへの各種ガスの供給時間等を考慮して、例えば第二の処理領域201bを形成する2枚の仕切板205の間の角度を大きくしたりする等、適宜変更してもよい。
【0046】
また、各処理領域を仕切板205で仕切ったが、それに限るものではなく、処理領域201aと201bそれぞれに供給されるガスを混合させないようにできる構成であればよい。
【0047】
(サセプタ)
図3から
図4に示すように、仕切板205の下側、すなわち反応容器203内の底側中央には、反応容器203の中心に回転軸の中心を有し、回転自在に構成された基板支持部としてのサセプタ217が設けられている。サセプタ217は、処理基板200aの金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。なお、サセプタ217は、反応容器203とは電気的に絶縁されている。
【0048】
サセプタ217は、反応容器203内にて、複数枚(本実施形態では例えば5枚)の処理基板200aを同一面上に、かつ同一円周上に並べて支持するように構成されている。ここで、同一面上とは、完全な同一面に限られるものではなく、サセプタ217を上面から見たときに、
図3及び
図4に示すように、複数枚の処理基板200aが互いに重ならないように並べられていればよい。
【0049】
なお、サセプタ217表面における処理基板200aの支持位置には、処理する処理基板200aの枚数に応じて基板載置部217bが設けられている。基板載置部217bは、例えば上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状としてもよい。この場合、基板載置部の直径は処理基板200aの直径よりもわずかに大きくなるように構成することが好ましい。この基板載置部内に処理基板200aを載置することにより、処理基板200aの位置決めを容易に行うことができ、また、サセプタ217の回転に伴う遠心力により処理基板200aがサセプタ217から飛び出してしまう場合等で発生する位置ズレを防止できるようになる。
【0050】
サセプタ中央であって、後述するクリーニングガス供給孔259と対向する位置に、耐プラズマ性材質であるカバー219が設けられる。カバー219は、後述するプラズマ状態のクリーニングガスによってサセプタがエッチングされることを防ぐ。
カバー219については、後述する。
【0051】
図4に示すように、サセプタ217には、サセプタ217を昇降させる昇降機構268が設けられている。サセプタ217には、貫通孔217aが複数設けられている。上述の反応容器203の底面には、反応容器203内への処理基板200aの搬入・搬出時に、処理基板200aを突き上げて、処理基板200aの裏面を支持する基板突き上げピン266が複数設けられている。貫通孔217a及び基板突き上げピン266は、基板突き上げピン266が上昇させられた時、又は昇降機構268によりサセプタ217が下降させられた時に、基板突き上げピン266がサセプタ217とは非接触な状態で貫通孔217aを突き抜けるように、互いに配置されている。
【0052】
昇降機構268には、サセプタ217を回転させる回転機構267が設けられている。回転機構267の図示しない回転軸は、サセプタ217に接続されており、回転機構267を作動させることでサセプタ217を回転させることができるように構成されている。回転機構267には、後述する制御部300が、カップリング部267aを介して接続されている。カップリング部267aは、回転側と固定側との間を金属ブラシ等により電気的に接続するスリップリング機構として構成されている。これにより、サセプタ217の回転が妨げられないようになっている。制御部300は、サセプタ217を所定の速度で所定時間回転させるように、回転機構267への通電具合を制御するように構成されている。上述したように、サセプタ217を回転させることにより、サセプタ217上に載置された処理基板200aは、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b及び第二のパージ領域204bをこの順番に移動することとなる。
【0053】
(加熱部)
サセプタ217の内部には、加熱部としてのヒータ218が一体的に埋め込まれており、基板200を加熱できるように構成されている。ヒータ218に電力が供給されると、処理基板200a表面が所定温度(例えば室温から1000℃程度)にまで加熱されるようになっている。なお、ヒータ218は、サセプタ217に載置されたそれぞれの処理基板200aを個別に加熱するように、同一面上に複数(例えば5つ)設けてもよい。
【0054】
サセプタ217には温度センサ274が設けられている。ヒータ218及び温度センサ274には、電力供給線222を介して、温度調整器223、電力調整器224及びヒータ電源225が電気的に接続されている。温度センサ274により検出された温度情報に基づいて、ヒータ218への通電具合が制御されるように構成されている。
【0055】
(ガス供給部)
反応容器203の上側には、第一の処理ガス導入部251と、第二の処理ガス導入部252と、不活性ガス導入部253、クリーニングガス導入部258と、を備えるガス供給部250が設けられている。ガス供給部250は、反応容器203の上側に開設された開口に気密に設けられている。第一の処理ガス導入部251の側壁には、第一のガス噴出口254が設けられている。第二の処理ガス導入部252の側壁には、第二のガス噴出口255が設けられている。不活性ガス導入部253の側壁には、第一の不活性ガス噴出口256及び第二の不活性ガス噴出口257がそれぞれ対向するように設けられている。ガス供給部250の底には、クリーニングガス導入部258の端部であるクリーニングガス供給孔259が設けられている。クリーニングガス供給孔259は、第一のガス噴出口254、第二のガス噴出口255、不活性ガス噴出口256、257より低い位置に設けられている。
【0056】
ガス供給部250は、第一の処理ガス導入部251から第一の処理領域201a内に第一の処理ガスを供給し、第二の処理ガス導入部252から第二の処理領域201b内に第二の処理ガスを供給し、不活性ガス導入部253から第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内に不活性ガスを供給するように構成されている。ガス供給部250は、各処理ガス及び不活性ガスを混合させずに個別に各領域に供給することができ、また、各処理ガス及び不活性ガスを併行して各領域に供給することができるように構成されている。
【0057】
(処理ガス供給系)
第一の処理ガス導入部251の上流側には、第一のガス供給管232aが接続されている。第一のガス供給管232aの上流側には、上流方向から順に、原料ガス供給源232b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)232c、及び開閉弁であるバルブ232dが設けられている。
【0058】
第一のガス供給管232aからは、第一のガス(第一の処理ガス)として、例えば、シリコン含有ガスが、マスフローコントローラ232c、バルブ232d、第一のガス導入部251及び第一のガス噴出口254を介して、第一の処理領域201a内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばプリカーサーとして、トリシリルアミン((SiH
3)
3N、略称:TSA)ガスを用いることができる。なお、第一の処理ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良いが、ここでは気体として説明する。第一の処理ガスが常温常圧で液体の場合は、原料ガス供給源232bとマスフローコントローラ232cとの間に、図示しない気化器を設ければよい。
【0059】
なお、シリコン含有ガスとしては、TSAの他に、例えば有機シリコン材料であるヘキサメチルジシラザン(C
6H
19NSi
2、略称:HMDS)等を用いることができる。これら、第一のガスは、後述する第二のガスより粘着度の高い材料が用いられる。
【0060】
第二の処理ガス導入部252の上流側には、第二のガス供給管233aが接続されている。第二のガス供給管233aの上流側には、上流方向から順に、原料ガス供給源233b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)233c、及び開閉弁であるバルブ233dが設けられている。
【0061】
第二のガス供給管233aからは、第二のガス(第二の処理ガス、反応ガス)として、例えば酸素含有ガスである酸素(O
2)ガスが、マスフローコントローラ233c、バルブ233d、第二のガス導入部252及び第二のガス噴出口255を介して、第二の処理領域201b内に供給される。第二の処理ガスである酸素ガスは、プラズマ生成部206によりプラズマ状態とされ、処理基板200a上に晒される。なお、第二の処理ガスである酸素ガスは、ヒータ218を所定の範囲に調整することで活性化させてもよい。酸素含有ガスとしては、オゾン(O
3)ガスや水蒸気(H
2O)を用いてもよい。
これら第二のガスは、第一のガスより粘着度の低い材料が用いられる。
【0062】
主に、第一のガス供給管232a、マスフローコントローラ232c及びバルブ232dにより、第一の処理ガス供給系(シリコン含有ガス供給系ともいう)232が構成される。なお、原料ガス供給源232b、第一の処理ガス導入部251及び第一のガス噴出口254を、第一の処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第二のガス供給管233a、マスフローコントローラ233c及びバルブ233dにより、第二の処理ガス供給系(酸素含有ガス供給系ともいう)233が構成される。なお、原料ガス供給源233b、第二のガス導入部252及び第二のガス噴出口255を、第二の処理ガス供給系に含めて考えてもよい。そして、主に、第一のガス供給系及び第二のガス供給系により、処理ガス供給系が構成される。
【0063】
(不活性ガス供給系)
不活性ガス導入部253の上流側には、第一の不活性ガス供給管234aが接続されている。第一の不活性ガス供給管234aの上流側には、上流方向から順に、不活性ガス供給源234b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)234c、及び開閉弁であるバルブ234dが設けられている。
【0064】
第一の不活性ガス供給管234aからは、例えば窒素(N
2)ガスで構成される不活性ガスが、マスフローコントローラ234c、バルブ234d、不活性ガス導入部253、第一の不活性ガス噴出口256及び第二の不活性ガス噴出口257を介して、第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内にそれぞれ供給される。第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内に供給される不活性ガスは、後述する成膜工程(S106)ではパージガスとして作用する。なお、不活性ガスとして、N
2ガスのほか、例えばヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の希ガスを用いることができる。
【0065】
第一のガス供給管232aのバルブ232dよりも下流側には、第二の不活性ガス供給管235aの下流端が接続されている。上流方向から順に、不活性ガス供給源235b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)235c、及び開閉弁であるバルブ235dが設けられている。
【0066】
第二の不活性ガス供給管235aからは、不活性ガスとして、例えばN
2ガスが、マスフローコントローラ235c、バルブ235d、第一のガス供給管232a、第一のガス導入部251及び第一のガス噴出口254を介して、第一の処理領域201a内に供給される。第一の処理領域201a内に供給される不活性ガスは、成膜工程(S106)ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【0067】
また、第二のガス供給管233aのバルブ233dよりも下流側には、第三の不活性ガス供給管236aの下流端が接続されている。上流方向から順に、不活性ガス供給源236b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)236c、及び開閉弁であるバルブ236dが設けられている。
【0068】
第三の不活性ガス供給管236aからは、不活性ガスとして、例えばN
2ガスが、マスフローコントローラ236c、バルブ236d、第二のガス供給管233a、第二のガス導入部252及び第二のガス噴出口255を介して、第二の処理領域201b内に供給される。第二の処理領域201b内に供給される不活性ガスは、第一の処理領域201a内に供給される不活性ガスと同様に、成膜工程(S106)ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【0069】
主に、第一の不活性ガス供給管234a、不活性ガス供給源234b、マスフローコントローラ234c及びバルブ234dにより第一の不活性ガス供給系234が構成される。なお、不活性ガス導入部253、第一の不活性ガス噴出口256及び第二の不活性ガス噴出口257を、第一の不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【0070】
また、主に、第二の不活性ガス供給管235a、不活性ガス供給源235b、マスフローコントローラ235c及びバルブ235dにより第二の不活性ガス供給系235が構成される。なお、不活性ガス供給源235b、マスフローコントローラ235c、第一のガス供給管232a、第一のガス導入部及び第一のガス噴出口を、第二の不活性ガスに含めて考えてもよい。
【0071】
また、主に、第三の不活性ガス供給管236a、不活性ガス供給源236b、マスフローコントローラ236c及びバルブ236dにより第三の不活性ガス供給系236が構成される。なお、不活性ガス供給源236a、マスフローコントローラ236c、第二のガス供給管233a、第二のガス導入部252及び第二のガス噴出口255を、第三の不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。そして、主に、第一から第三の不活性ガス供給系により、不活性ガス供給系が構成される。
【0072】
(クリーニングガス供給系)
クリーニングガス導入部258の上流側には、クリーニングガス供給管237aが接続されている。クリーニングガス237aの上流側には、上流方向から順に、クリーニングガス供給源237b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)237c、及び開閉弁であるバルブ237d、プラズマ生成ユニット237eが設けられている。
【0073】
第一のガス供給管232aからは、クリーニングガスとして、例えば三フッ化窒素(NF3)ガスが供給される。クリーニングガスは、マスフローコントローラ237c、バルブ237d、リモートプラズマ生成ユニット237e、クリーニングガス導入部238、クリーニングガス供給孔259を介して反応容器203に供給される。クリーニングガスは、リモートプラズマ生成ユニット237eによってプラズマ状態とされる。
【0074】
クリーニングガス導入部258は、
図3に記載のように、不活性ガス導入部253の中央であって、第一の処理ガス導入部251と第二の処理ガス導入部252の間に配置される。
【0075】
(カバー)
サセプタ中央であって、後述するクリーニングガス供給孔259と対向する位置に、耐プラズマ性材質であるカバー219が設けられる。
【0076】
本装置で処理基板200aを処理する際、サセプタ217やガスが接触する処理室壁に、ガスが液化や固体化したことによる固着物や、ガスの反応によって生成される副生成物などが付着してしまう。
【0077】
本実施例における装置においては、
図5の処理ガス流れ図に記載のように、第一の処理ガス281は、第一のガス噴出口254から処理基板200a上へ供給される。従って、第一の処理領域の中の処理室壁やサセプタ217にクリーニングの対象となる物質が付着する。
【0078】
また、第二の処理ガス282は、第二のガス噴出口255から噴出され、プラズマ生成部206によってプラズマ状態とされた後、処理基板200a上へ供給される。
その際、サセプタ上に付着した第一のガスと反応した第二のガスにより、処理基板200a以外の場所に膜が形成され、更には副生成物が生成される。
【0079】
これらのクリーニング対象物を除去するために、所定の回数基板処理工程を行った後、クリーニング処理をする。クリーニング処理は、
図6のクリーニングガス流れ図に記載のように、クリーニングガス供給孔259から供給されるクリーニングガス283によって行われる。クリーニングガス283は、プラズマ生成ユニット237eによって予めプラズマ状態とされる。
【0080】
クリーニングガスは、もっとも付着量が多い箇所、例えば第一の処理領域に合わせて流量やエネルギーを調整している。
従って、クリーニング対象物が付着していない部分にクリーニングガス283が接すると、クリーニングガス283によってその部分がエッチングされてしまい、それがパーティクルの原因となることが考えられる。
【0081】
クリーニングガス供給孔259と対向する位置は、
図5に記載のように、第一のガスや第二のガスが供給されない位置にあるため、クリーニング対象物はそれほど付着しない。
そこで、クリーニングガス供給孔259と対向する位置に耐プラズマ性材質であるカバー219を設ける。このような構成とすることで、クリーニングガス供給孔と対向する位置でも、過度のエッチングを防ぐことが可能となる。
【0082】
カバー219は、サセプタ217中央に設けたザグリに嵌合することで固定される。このようにすることで、サセプタ217の回転によるずれを防ぐと共に、カバー219の交換を容易とする。
【0083】
カバー219はクリーニングガス供給孔259から見て円形で構成されることが望ましい。その端部は、第一及び第二のガスが接しない箇所であって、第一のガス噴出口254と第二のガス噴出口255よりサセプタ217の径方向中心方向に設定される。このような構成とすることで、クリーニング対象物が付着しない箇所を耐プラズマ性材質とすることができる。
【0084】
(排気系)
図4に示すように、反応容器203には、処理領域201a,201b内及びパージ領域204a,204b内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、ガス流量を制御する流量制御器(流量制御部)としての流量制御バルブ245、及び圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ243を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されており、反応容器203内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、APCバルブ243は、弁を開閉して反応容器203内の真空排気や真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管231、APCバルブ243及び流量制御バルブ245により排気系が構成される。なお、排気系には、真空ポンプ246を含めても良い。
【0085】
(制御部)
制御部(制御手段)である制御部300は、以上説明した各構成の制御を行うものである。
【0086】
次に、
図4を用いてサセプタ217の周辺構造、及びサセプタ217の動作を説明する。
【0087】
基板処理筐体203には、第一の搬送室筐体101がゲートバルブ150から154のいずれかを介して隣接するように設けられている。例えば、ゲートバルブ151が開かれることで、基板処理筐体203内と第一の搬送室筐体101とが連通するようになっている。第一の基板移載機112はポッドから第二の基板移載機124を介して、サセプタ217の載置部217bとの間で、処理基板200aを搬送する。
【0088】
ここで、サセプタ217には、処理基板200aを載置する載置部217bが複数、形成されている。本実施形態においては、載置部217bはそれぞれが順時計方向に対して等間隔(例えば72度の間隔)となるように、五つ設けられ、サセプタ217が回転することで、五つの載置部217bが一括して回転される。
【0089】
(3)基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として、上述した反応容器203を備えるプロセスチャンバ202aを用いて実施される基板処理工程について、
図7及び
図8を用いて説明する。
図7は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図であり、
図8は、本実施形態に係る基板処理工程における成膜工程での基板への処理を示すフロー図である。なお、以下の説明において、基板処理装置10のプロセスチャンバ202の構成各部の動作は、制御部300により制御される。
【0090】
ここでは、第一のガスとして、シリコン含有ガスであるトリシリルアミン(TSA)を用い、第二の処理ガスとして、酸素含有ガスである酸素ガスを用い、処理基板200a上に絶縁膜としてSiO膜を形成する例について説明する。
各工程のうち、少なくとも昇温・圧力調整工程(S104)から成膜工程(S108)は、成膜モードとして制御部300が各構成を制御する。
各工程のうち、クリーニング工程(S112)は、クリーニングモードとして制御部300が各構成を制御する。
【0091】
(基板搬入・載置工程(S102))
まず、処理基板200aの搬送位置まで基板突き上げピン266を上昇させ、サセプタ217の貫通孔217aに基板突き上げピン266を貫通させる。その結果、基板突き上げピン266が、サセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ151を開き、真空搬送ロボット112を用いて、反応容器203内に所定枚数(例えば5枚)の処理基板200a(処理基板)を搬入する。そして、サセプタ217の図示しない回転軸を中心として、各処理基板200aが重ならないように、サセプタ217の同一面上に載置する。これにより、処理基板200aは、サセプタ217の表面から突出した基板突き上げピン266上に水平姿勢で支持される。
【0092】
反応容器203内に処理基板200aを搬入したら、真空搬送ロボット112を反応容器203外へ退避させ、ゲートバルブ151を閉じて反応容器203内を密閉する。その後、基板突き上げピン266を下降させて、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bの各底面のサセプタ217に設けられた載置部217b上に処理基板200aを載置する。
【0093】
なお、処理基板200aを反応容器203内に搬入する際には、排気部により反応容器203内を排気しつつ、不活性ガス供給系から反応容器203内にパージガスとしてのN
2ガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ246を作動させ、APCバルブ243を開けることにより、反応容器203内を排気しつつ、少なくとも第一の不活性ガス供給系のバルブ234dを開けることにより、反応容器203内にN
2ガスを供給することが好ましい。これにより、処理領域201内へのパーティクルの侵入や、処理基板200a上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。ここで、さらに第二の不活性ガ
ス供給系及び第三の不活性ガス供給系から不活性ガスを供給してもよい。なお、真空ポンプ246は、少なくとも基板搬入・載置工程(S102)から後述する基板搬出工程(S112)が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
【0094】
(昇温・圧力調整工程(S104))
続いて、サセプタ217の内部に埋め込まれたヒータ218に電力を供給し、処理基板200aの表面が所定の温度(例えば200℃以上であって400℃以下)となるように加熱する。この際、ヒータ218の温度は、温度センサ274により検出された温度情報に基づいてヒータ218への通電具合を制御することによって調整される。
【0095】
なお、シリコンで構成される処理基板200aの加熱処理では、表面温度を750℃以上にまで加熱すると、処理基板200aの表面に形成されたソース領域やドレイン領域等に不純物の拡散が生じ、回路特性が劣化し、半導体デバイスの性能が低下してしまう場合がある。処理基板200aの温度を上述のように制限することにより、処理基板200aの表面に形成されたソース領域やドレイン領域における不純物の拡散、回路特性の劣化、半導体デバイスの性能の低下を抑制できる。
【0096】
また、反応容器203内が所望の圧力(例えば0.1Paから300Pa、好ましくは20Paから40Pa)となるように、反応容器203内を真空ポンプ246によって真空排気する。この際、反応容器203内の圧力は図中省略の圧力センサで測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ243の開度をフィードバック制御する。
【0097】
また、処理基板200aを加熱しつつ、回転機構267を作動して、サセプタ217の回転を開始させる。この際、サセプタ217の回転速度は制御部300によって制御される。サセプタ217の回転速度は例えば1回転/秒である。サセプタ217を回転させることにより、処理基板200aは、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bの順に移動を開始し、各領域を処理基板200aが通過する。
【0098】
(成膜工程(S106))
次に、第一の処理領域201a内に第一の処理ガスとしてのTSAガスを供給し、第二の処理領域201b内に第二の処理ガスとしての酸素ガスを供給して処理基板200a上にSiO膜を成膜する工程を例に成膜工程を説明する。なお、以下の説明では、TSAガスの供給、酸素ガスの供給、不活性ガスを併行してそれぞれの領域に供給する。
【0099】
処理基板200aを加熱して所望とする温度に達し、サセプタ217が所望とする回転速度に到達したら、少なくともバルブ232d,233d及び234dを開け、処理ガス及び不活性ガスの処理領域201及びパージ領域204への供給を開始する。すなわち、バルブ232dを開けて第一の処理領域201a内にTSAガスを供給開始し、バルブ233dを開けて第二の処理領域201b内に酸素ガスを供給し、さらにバルブ234dを開けて第一のパージ領域204a及び第二のパージ領域204b内に不活性ガスであるN
2ガスを供給する。このとき、APCバルブ243を適正に調整して反応容器203内の圧力を、例えば10Paから1000Paの範囲内の圧力とする。このときヒータ218の温度は、処理基板200aの温度が、例えば200℃から400℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【0100】
すなわち、バルブ232dを開け、第一のガス供給管232aから第一のガス導入部251及び第一のガス噴出口254を介して第一の処理領域201aにTSAガスを供給しつつ、排気管231から排気する。このとき、TSAガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ232cを調整する。なお、マスフローコントローラ232cで制御するTSAガスの供給流量は、例えば100sccmから5000sccmの範囲内の流量とする。
【0101】
TSAガスを第一の処理領域201a内に供給する際には、バルブ235dを開け、第二の不活性ガス供給管235aからキャリアガス或いは希釈ガスとしてのN
2ガスを第一の処理領域201a内に供給することが好ましい。これにより、第一の処理領域201a内へのTSAガスの供給を促進させることができる。このとき、処理領域201aを構成する壁には、ガスが液化や固体化したことによる固着物や、ガスの反応によって生成される副生成物などが付着する。
【0102】
また、バルブ232dとバルブ233dを開け、第二のガス供給管233aから第二のガス導入部252及び第二のガス噴出口255を介して第二の処理領域201bに酸素ガスを供給しつつ、排気管231から排気する。このとき、酸素ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ233cを調整する。なお、マスフローコントローラ233cで制御する酸素ガスの供給流量は、例えば1000sccmから10000sccmの範囲内の流量とする。
【0103】
酸素ガスを第二の処理領域201b内に供給する際には、バルブ236dを開け、第三の不活性ガス供給管236aからキャリアガス或いは希釈ガスとしてのN
2ガスを第二の処理領域201b内に供給することが好ましい。これにより、第二の処理領域201b内への酸素ガスの供給を促進することができる。
【0104】
また、バルブ232d及びバルブ233dを開け、さらにバルブ234dを開け、パージガスとしての不活性ガスであるN
2ガスを、第一の不活性ガス供給管234cから不活性ガス導入部253、第一の不活性ガス噴出口256及び第二の不活性ガス噴出口257を介して第一のパージ領域204a及び第二のパージ領域204bにそれぞれ供給しつつ排気する。このとき、N
2ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ234cを調整する。なお、仕切板205の端部と反応容器203の側壁との隙間を介し、第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内から第一の処理領域201a内及び第二の処理領域201b内に向けて不活性ガスを噴出させることで、第一のパージ領域204a内及び第二のパージ領域204b内への処理ガスの侵入を抑制することができる。
【0105】
このとき、第一の処理領域201aと第一のパージ領域201a、第一の処理領域201aと第二のパージガス領域201bの間では、第一の処理ガスであるTSAガスとパージガスがぶつかるためガスの温度が低下し、そのガスが液化や固体化してしまう。
【0106】
ガスの供給開始と共に、第二の処理領域201bの上方に設けられたプラズマ生成部206に図示しない高周波電源から高周波電力を供給する。第二の処理領域201b内に供給され、プラズマ生成部206の下方を通過した酸素ガスは、第二の処理領域201b内でプラズマ状態となり、これに含まれる活性種が処理基板200aに供給される。
【0107】
酸素ガスは反応温度が高く、上述のような処理基板200aの処理温度、反応容器203内の圧力では反応しづらいが、本実施形態のように酸素ガスをプラズマ状態とし、これに含まれる活性種を供給するようにすると、例えば400℃以下の温度帯でも成膜処理を行うことができる。なお、第一の処理ガスと第二の処理ガスとで要求する処理温度が異なる場合、処理温度が低い方の処理ガスの温度に合わせてヒータ218を制御し、処理温度を高くする必要のある他方の処理ガスを、プラズマ状態として供給するとよい。このようにプラズマを利用することにより処理基板200aを低温で処理することができ、例えばアルミニウム等の熱に弱い配線等を有する処理基板200aに対する熱ダメージを抑制することが可能となる。また、処理ガスの不完全反応による生成物等の異物の発生を抑制することができ、処理基板200a上に形成する薄膜の均質性や耐電圧特性等を向上させることができる。また、プラズマ状態とした酸素ガスの高い酸化力によって、酸化処理時間を短縮することができる等、基板処理の生産性を向上させることができる。
【0108】
上述したように、サセプタ217を回転させることにより、処理基板200aは、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bの順に移動を繰り返す。そのため、
図8に示すように、処理基板200aには、TSAガスの供給、N
2ガスの供給(パージ)、プラズマ状態とされた酸素ガスの供給、N2ガスの供給(パージ)が交互に所定回数実施されることになる。ここで、成膜処理シーケンスの詳細について、
図8を用いて説明する。
【0109】
(第一の処理ガス領域通過(S202))
まず、第一の処理領域201aを通過した処理基板200a表面及びサセプタ217の基板が載置されていない部分にTSAガスが供給され、処理基板200a上にシリコン含有層が形成される。
【0110】
(第一のパージ領域通過(S204))
次に、シリコン含有層が形成された処理基板200aが第一のパージ領域204aを通過する。第一のパージ領域に不活性ガスであるN
2ガスが供給される。
【0111】
(第二の処理ガス領域通過(S206))
次に、第二の処理領域201bを通過した処理基板200a及びサセプタ217の基板が載置されていない部分に酸素ガスが供給される。処理基板200a上にはシリコン酸化層(SiO層)が形成される。すなわち、酸素ガスは、第一の処理領域201aで処理基板200a上に形成されたシリコン含有層の一部と反応する。これにより、シリコン含有層は酸化されて、シリコン及び酸素を含むSiO層へと改質される。
【0112】
(第二のパージ領域通過(S208))
そして、第二の処理領域201bでSiO層が形成された処理基板200aが第二のパージ領域204bを通過する。このとき、第二のパージ領域に不活性ガスであるN
2ガスが供給される。
【0113】
(サイクル数の確認(S210))
このように、サセプタ217の1回転を1サイクルとし、すなわち第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b及び第二のパージ領域204bの処理基板200aの通過を1サイクルとし、このサイクルを少なくとも1回以上行うことにより、処理基板200a上に所定膜厚のSiO膜を成膜することができる。
ここでは、前述のサイクルを所定回数実施したか否かを確認する。
サイクルを所定の回数実施した場合、所望の膜厚に到達できたと判断し、成膜処理を終了する。サイクルを所定の回数実施しなかった場合、所望の膜圧に到達できなかったと判断し、S202に戻りサイクル処理を継続する。
【0114】
S210にて、前述のサイクルを所定回数実施し、処理基板200a上に所望の膜厚のSiO膜が形成されたと判断した後、少なくともバルブ234a及びバルブ233dを閉じ、TSAガス及び酸素ガスの第一の処理領域201a及び第二の処理領域201bへの供給を停止する。このとき、プラズマ生成部206への電力供給も停止する。さらに、ヒータ218の通電量を制御して温度を低くするか、あるいはヒータ218への通電を停止する。更に、サセプタ217の回転を停止する。
【0115】
(基板搬出工程(S108))
成膜工程106が終了したら、次のように基板を搬出する。
まず、基板突き上げピン266を上昇させ、サセプタ217の表面から突出させた基板突き上げピン266上に処理基板200aを支持させる。そして、ゲートバルブ244aを開き、真空搬送ロボット112を用いて処理基板200aを反応容器203の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。なお、上記において、処理基板200aの温度、反応容器203内の圧力、各ガスの流量、プラズマ生成部206に印加する電力、処理時間等の条件等は、改質対象の膜の材料や膜厚等によって任意に調整する。
【0116】
(処理回数の確認(S110))
S110では、基板搬入・載置工程(S102)から基板搬出工程(S108)のサイクルを所定回数実施したか否かを確認する。ここで、所定の回数とは、成膜処理を継続して、クリーニングが必要な状態になる回数を言う。
この回数は、予めシミュレーション等でクリーニングが必要な処理回数を導き出し、設定する。
【0117】
(クリーニング工程(S112))
基板搬入・載置工程(S102)から基板搬出工程(S108)のサイクルを所定回数実施した後、基板載置台に処理基板200aが載置されていない状態で、プロセスチャンバ202のクリーニングを行う。
具体的には次の処理を行う。
【0118】
(ダミー基板搬入・載置工程(S302))
サセプタ217の載置部217bに、処理基板を載置する際と同様の手順でダミー基板を載置する。
【0119】
(昇温・圧力調整工程(S304))
続いて、サセプタ217の内部に埋め込まれたヒータ218に電力を供給し、ダミー基板200bの表面が所定の温度となるように加熱する。
【0120】
また、反応容器203内が所望の圧力(例えば0.1Paから300Pa、好ましくは20Paから40Pa)となるように、反応容器203内を真空ポンプ246によって真空排気する。この際、反応容器203内の圧力は図中省略の圧力センサで測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ243の開度をフィードバック制御する。
【0121】
また、ダミー基板200bを加熱しつつ、回転機構267を作動して、サセプタ217の回転を開始させる。この際、サセプタ217の回転速度は制御部300によって制御される。サセプタ217の回転速度は例えば1回転/秒である。サセプタ217を回転させることにより、ダミー基板200b、サセプタ217び表面は、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201b、第二のパージ領域204bの順に移動を開始し、各領域を基板200が通過することになる。
【0122】
(ガス供給工程(S306))
次に、クリーニングガス供給系から反応容器203にクリーニングガスを供給する。それと併行して、各処理領域に不活性ガスを供給する。
【0123】
具体的には次の通りである。
基板200を加熱して所望とする温度に達し、サセプタ217が所望とする回転速度に到達したら、少なくともバルブ234d、235d、236d、237dを開け、不活性ガスの供給を処理領域201及びパージ領域204へ開始する。より具体的には、バルブ232dを閉じ、バルブ235dを開けた状態として、第一の処理領域201a内に不活性ガスの供給を開始する。バルブ233dを閉じ、バルブ236dを開けた状態として、第二の処理領域201b内に不活性ガスを供給する。バルブ234dを開けて第一のパージ領域204a及び第二のパージ領域204b内に不活性ガスを供給する。次に、プラズマ生成ユニット237eに電力を印加し、更にはバルブ237dを開けた状態として、反応容器203にプラズマ状態のクリーニングガスを供給する。
【0124】
このとき、APCバルブ243を適正に調整して反応容器203内の圧力を、例えば10Paから1000Paの範囲内の圧力とする。このときヒータ218の温度は、基板200の温度が、例えば200℃から400℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【0125】
前述のように、第一の処理領域201aの処理室壁や、第一の処理領域201aと第一のパージ領域201a、第一の処理領域201aと第二のパージガス領域201bの境界では、それらの固着物やガスの反応によって生成される副生成物などが他の領域に比べ多く付着する。
【0126】
第二の処理領域201bでは、基板200及びサセプタに吸着、もしくは堆積された第一ガスと第二のガスが反応する際に生成される副生成物がプロセスチャンバの壁や仕切りに付着することが考えられる。しかしながら、第一の処理領域201aや第一のパージ領域201bよりもシリコン含有ガスが少ないことから、第一の処理領域201aや第一のパージ領域204aよりクリーニング対象物が少ないことが考えられる。
【0127】
パージ領域204(第一のパージ領域204a、第二のパージ領域204b)では、間に配された第一の処理領域201aから第一のガスが流れ込む可能性がある。従って、クリーニング対象物は、第一の処理領域201a、第一のパージ領域204a、第二の処理領域201bよりも少ないことが考えられる。
【0128】
各領域のクリーニング対象物の量を比較すると、次のようになる。
第一の処理領域201a>パージ領域204>第二の処理領域201b。
【0129】
クリーニング処理ではプラズマ状態のクリーニングガスを使用する。クリーニングガスの量やクリーニングガスのエネルギーは、クリーニング対象物の量が最も多い領域に合わせて供給する。このようにすることで、確実にクリーニング対象物を除去することが可能となる。
本実施形態においては、第一の処理領域201aのクリーニング対象物の量に応じてクリーニングガスのエネルギーや量を調整している。
【0130】
そのため、クリーニング対象物の少ない領域においては、プラズマ状態のクリーニングガスにより、処理チャンバ壁などをエッチングしてしまうことが考えられる。
【0131】
そこで、本実施例においては、クリーニング対象物の多い領域に優先的にクリーニングガスを供給してその領域におけるクリーニングガスの量を多くする。クリーニングガス対象物の少ない領域には、クリーニングガスの量が少なくなる用、不活性ガスを多く供給する。
【0132】
具体的には、不活性ガスを各領域に供給する際、マスフローコントローラによって、各領域に供給する不活性ガスの量を制御する。
【0133】
第一の処理領域201aにおいては、クリーニングガスが処理領域201aに満遍なく供給されるよう、マスフローコントローラ235cを制御する。具体的には、パージガス領域204や第二の処理領域201bに供給する不活性ガスの流量より少ない流量となるよう不活性ガスの供給を制御する。このようにして、パージガス領域204や第二の処理領域201bよりもクリーニングガス量を多くし、クリーニングガスの密度を高める。
【0134】
第一の処理領域201aに隣接するパージ領域204においては、クリーニングガスを第一のパージ領域204に過度に供給させないために、第一の処理領域201aより多くの不活性ガスを供給するようマスフローコントローラ234cを制御する。ここでは、後述するように第二の処理領域よりも少ない不活性ガスの流量とする。このようにすることで、第一の処理領域201aよりもクリーニングガスの密度が薄くなり、過度のクリーニングガスによるエッチングを抑制することができる。
【0135】
第二の処理領域201bにおいては、多くのクリーニングガスが供給されないよう、マスフローコントローラ235cを制御する。具体的には、第一の処理領域201aやパージガス領域204よりも第二の処理領域201bに供給する不活性ガスの流量を多くするようを制御する。このようにすることで、第一の処理領域201aよりもクリーニングガスの密度が薄くなり、過度のクリーニングガスによるエッチングを抑制することができる。
【0136】
各領域へ供給する不活性ガスの流量は、事前に実験したデータに基づき設定する。制御部221は、設定された流量となるよう、それぞれのマスフローコントローラを制御し、調整される。
【0137】
以上のようにすることで、クリーニング対象物の少ない領域においても、処理室壁等が過度にエッチングされること抑制することができる。
また、クリーニング工程においてもサセプタ217を回転させることで、サセプタ217表面に堆積されたクリーニング対象物も均一に除去することが可能となる。
【0138】
(基板搬出工程(S308))
所定の時間クリーニング処理をした後、ダミー基板搬入工程とは逆の方法でダミー基板を搬出する。
【0139】
尚、上記実施例においては、第一のパージ領域204aと第二のパージ領域204bへ不活性ガスを供給する供給系において、マスフローコントローラを統一したが、それに限るものではなく、例えば第一のパージ領域204aと第二のパージ領域204b毎に、不活性ガスの供給を制御するマスフローコントローラを設けても良い。
【0140】
この場合、次の利点が考えられる。
上記実施例においては、第一の処理領域201aと第一のパージ領域201a、第一の処理領域201aと第二のパージガス領域201bの境界では、それらの固着物が発生する。特に、第一の処理領域201aの回転方向下流に隣接された第二のパージ領域204bでは、サセプタの回転によってガスが引っ張られ、ガス量が多くなるため、第一のパージガス領域201aよりも固着物が多くなることが考えられる。
【0141】
そこで、第二のパージ領域204bに供給される不活性ガスの供給量を第一のパージ領域204aよりも多くするよう、第一のパージ領域の供給系のマスフローコントローラと、第二のパージ領域の供給系のマスフローコントローラを制御するのが望ましい。
【0142】
続いて、実施例2を説明する。
(装置構成)
実施例2は実施例1の装置とガス供給部が異なるが、その他の同番号の構成については同様の構成である。
以下に相違する構成を説明する。
【0143】
実施例2では、実施例1における第一のガス噴出口254をノズル301に、第二のガス噴出口255をノズル302に、第一の不活性ガス噴出口256をノズル304に、第二の不活性ガス噴出口257をノズル303に置き換えている。
【0144】
301は第一ガス供給ノズルである。第一の処理ガス導入部251に接続され、サセプタ217の径方向に向かってノズルが延伸されている。
302は第二ガス供給ノズルである。第二の処理ガス導入部252に接続され、サセプタ217の径方向に向かってノズルが延伸されている。
303は第一パージガス供給ノズル、304は第二パージガス供給ノズルである。それぞれパージガス供給部253に接続され、サセプタ217の径方向に向かってノズルが延伸されている。
【0145】
各ノズルは、載置部217bに載置されている基板の直径より大きくなるよう構成されている。このような構成とすることで、基板200上に均一にガスを供給することが可能となる。
【0146】
(基板処理工程)
基板処理工程は実施例1とほぼ同様であるが次の点で相違する。
成膜工程やクリーニング工程において、供給するパージガスを供給する第一のガス噴出口254の替わりにガス供給ノズル301から、第二のガス噴出口255の替わりにガス供給ノズル302から処理ガスや不活性ガスを供給する。
更には、第一の不活性ガス噴出口256、第二の不活性ガス噴出口257の替わりにパージガス供給ノズル303、パージガス供給ノズル304からパージガス(不活性ガス)を供給する。
【0147】
(6)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
【0148】
(a)本実施形態によれば、クリーニング対象物が少ない領域にも活性化されたクリーニングガスの供給を抑制することができるので、その領域における過度のエッチングを防ぐことができる。
【0149】
(b)本実施形態では、サセプタ表面の内、処理ガスが供給されない箇所にカバーを設けたので、サセプタの過度のエッチングを防ぐことができる。
【0150】
(c)本実施形態では、サセプタ表面の内、クリーニング供給孔と対向する位置にカバーを設けているので、サセプタ中央における過度のエッチングを防ぐことができる。
【0151】
(d)本実施形態では、カバーを取り外し可能としているので、サセプタのメンテナンス周期を向上させることができる。
【0152】
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【0153】
例えば、上述の実施形態では、クリーニングガス供給孔をサセプタ中央部と対向する位置に設けたが、各領域に個別に供給できるよう構成しても良い。
【0154】
また、上述の実施形態では、処理ガスとしてシリコン含有ガス及び酸素含有ガスを用い、基板200上にSiO膜を形成しているが、これに限られるものではない。すなわち、処理ガスとして、例えばハフニウム(Hf)含有ガス及び酸素含有ガス、ジルコニウム(Zr)含有ガス及び酸素含有ガス、チタン(Ti)含有ガス及び酸素含有ガスを用いて、酸化ハフニウム膜(HfO膜)、酸化ジルコニウム(ZrO膜)、酸化チタン膜(TiO膜)等のHigh−k膜等を基板200上に形成してもよい。また、プラズマ化する処理ガスとして、酸素含有ガスのほかに、窒素(N)含有ガスであるアンモニア(NH
3)ガス等を用いてもよい。
【0155】
また、上述の実施形態では、クリーニングガスとして三フッ化窒素を用いているが、それに限るものではなく、処理ガスと次の組み合わせとなるようなクリーニングガスを用いても良い。
第一ガスとしてTSAを用い、第二ガスとして酸素ガスを用いた場合、クリーニングガスとしてフッ化水素(HF)、フッ素(F2)、三フッ化塩素(ClF3)を用いても良い。
また、第一ガスとしてヘキサメチルジシラン(HMDS)、第二ガスとして酸素ガスを用いた場合、クリーニングガスとしてNF3、HF、F2、ClF3を用いても良い。
また、第一ガスとしてトリシリルアミン(TSA)、第二ガスとしてアンモニア(NH3)を用いた場合、クリーニングガスとしてNF3、HF、F2、ClF3を用いても良い。
また、第一ガスとしてテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(TEMAZ)を用い、第二ガスとして酸素ガスを用いた場合、クリーニングガスとして三塩化ホウ素(BCl3)を用いても良い。
【0156】
また、上述の実施形態では、酸素ガスを処理室に供給し、プラズマ生成部206でプラズマを生成していたが、それに限るものではなく、処理室の外でプラズマを生成するリモートプラズマ方法や、エネルギーレベルの高いオゾンを用いても良い。
【0157】
また、上述の本実施形態では、基板突き上げピン266が昇降することで基板200を処理位置や搬送位置に移動させたが、昇降機構268を用い、サセプタ217を昇降させることで、基板200を処理位置や搬送位置に移動させてもよい。
【0158】
また、上述の実施形態ではパージガスの流量を制御することで各領域のクリーニングガス供給量を制御したが、それに限るものではない。クリーニングガスの供給口やその流量制御部を各領域に対応して個別に設け、クリーニング処理時は各領域のクリーニングガス流量制御部により、それぞれの領域毎にクリーニングガスの流量を制御して、クリーニングガスの密度を制御しても良い。
【0159】
また、本実施形態においては4つのガス供給領域で説明したが、それに限るものではなく、形成する膜に応じて4つよりも多いガス供給領域を設けても良い。
【0160】
以下に、付記として本発明を記す。
<付記1>
複数の処理領域を有する反応容器内に設けられた複数の基板載置部に基板を載置する基板載置台と、クリーニングガスと処理ガスと不活性ガスを各処理領域に供給するガス供給部と、前記基板載置台に処理基板が載置されている場合は前記処理ガスと不活性ガスを各処理領域に供給し、前記基板載置台に処理基板が載置されていない場合は、前記クリーニングガスと前記不活性ガスを処理領域ごとに調整し、供給するよう制御する制御部を有する基板処理装置。
【0161】
<付記2>
前記複数の領域は、前記不活性ガスが供給される不活性ガス領域と、前記処理ガスの一つである第一のガスが供給される第一ガス領域と、前記処理ガスの一つである第二のガスが供給される第二ガス領域とを有し、前記基板載置台が回転することで、前記基板載置部は前記各領域を通過するよう構成される付記1記載の基板処理装置。
【0162】
<付記3>
前記第一ガスは高粘着質材料であり、前記第二ガスは前記第一ガスより粘着性の低いガスであり、前記第一ガス領域に供給される前記クリーニングガスは、前記第二ガス供給領域より多くなるよう前記クリーニングガスと前記不活性ガスの流量を調整する制御部である付記1または2記載の基板処理装置。
【0163】
<付記4>
前記ガス供給部のクリーニングガス供給孔は、前記基板載置台の中心と対向する位置に設けられている付記1乃至3のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【0164】
<付記5>
前記クリーニングガス供給孔は、前記第一ガス及び第二ガスの供給孔より低い位置に設けられる付記1乃至4のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【0165】
<付記6>
前記基板載置台の中心には、耐エッチングガス材料部材を配置する付記1乃至5のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【0166】
<付記7>
前記基板載置台の中心にザグリが設けられ、前記耐エッチングガス材料部材は、前記ザグリに配設される付記6記載の基板処理装置。
【0167】
<付記8>
前記耐エッチングガス材料部材の端部は、前記第一ガス及び第二ガスの供給孔より、前記基板載置台の中心側に構成される付記6または7記載のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【0168】
<付記9>
複数の処理領域を有する処理室内の基板載置台に供えられた複数の基板載置部に処理基板を載置し、前記処理室に処理ガス及び不活性ガスを各処理領域に対応するように供給し、前記処理室内で所定の処理を施し、前記処理された基板を前記処理室から搬出する、基板処理工程と、前記基板処理工程を複数回実施した後、前記基板載置部に処理基板が無い状態で、前記処理室にクリーニングガスと前記不活性ガスを領域ごとに調整して供給するクリーニング工程と 前記クリーニング工程と前記基板処理工程を繰り返す半導体装置の製造方法。
【0169】
<付記10>
複数の処理領域を有する処理室内の基板載置台に供えられた複数の基板載置部に処理基板を載置し、
前記処理室に処理ガス及び不活性ガスを各処理領域に対応するように供給し、前記処理室内で所定の処理を施し、
前記処理された基板を前記処理室から搬出する、
基板処理工程と、
前記基板処理工程を複数回実施した後、前記基板載置部に処理基板が無い状態で、前記処理室にクリーニングガスと前記不活性ガスを領域ごとに調整して供給するクリーニング工程と
前記クリーニング工程と前記基板処理工程を繰り返す基板処理方法。
【0170】
<付記11>
複数のガス供給領域を有する処理室内に設けられた基板載置部に処理基板を載置する工程と、
前記処理室に処理ガスを供給し、前記処理基板を処理する成膜工程と、
前記処理基板を前記処理室から搬出する工程と、
前記処理室に前記処理基板が載置されていない状態で、前記ガス供給領域それぞれでクリーニングガス量を制御しながら前記クリーニングガスの密度を制御するクリーニング工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【0171】
<付記12>
前記クリーニング工程では、前記複数のガス供給領域にクリーニングガスを供給すると共に、前記ガス供給領域毎に流量の異なる不活性ガスを供給する付記11記載の半導体装置の製造方法。
【0172】
<付記13>
前記ガス供給領域は、第一のガスが供給される第一処理領域と、それに隣接するパージ領域を有し、前記クリーニング工程では、前記パージ領域の不活性ガス量を前記第一処理領域の不活性ガス量よりも多くなるよう不活性ガスの供給が制御される付記11または12記載の半導体装置の製造方法。
【0173】
<付記14>
前記成膜工程では、前記基板載置台が回転して、前記不活性ガスが供給される不活性ガス領域と、第一のガスが供給される第一の処理領域と、第二のガスが供給される第二の処理領域を前記処理基板が通過して前記基板上に成膜処理を行う付記11乃至13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【0174】
<付記15>
前記第一のガスは前記第二のガスよりも高い粘着性を有し、前記第一の処理領域の前記クリーニングガス量は、前記第二ガスが供給される第二の処理領域よりも多くなるよう前記不活性ガスの供給が制御される付記14記載の半導体装置の製造方法。
【0175】
<付記16>
前記クリーニング工程では、前記基板載置台が回転して、前記不活性ガスが供給される不活性ガス供給領域と、第一のガスが供給される第一の処理領域と、第二のガスが供給される第二の処理領域を前記前記基板載置台表面が通過する付記11乃至15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【0176】
<付記17>
複数のガス供給領域を有する処理室内に設けられた基板載置部に処理基板を載置する工程と、
前記処理室に処理ガスを供給し、前記処理基板を処理する成膜工程と、
前記処理基板を前記処理室から搬出する工程と、
前記処理室に前記処理基板が載置されていない状態で、前記ガス供給領域それぞれでクリーニングガス量を制御しながら前記クリーニングガスの密度を制御するクリーニング工程と
を有する基板処理方法。
【0177】
<付記18>
複数のガス供給領域を有する処理室内に設けられた基板載置部と、
前記ガス供給領域に処理ガス、不活性ガス、クリーニングガスのうち、少なくともいずれかを供給するガス供給部と、
成膜モードでは基板載置部に処理基板が載置された状態で、前記ガス供給部から前記ガス供給領域に前記処理ガス、前記不活性ガスを供給し基板を処理し、クリーニングモードでは、基板載置部に処理基板が載置されていない状態で、前記ガス供給領域それぞれでクリーニングガス量を制御しながら前記クリーニングガスの密度を制御する制御部と
を有する基板処理装置。