特許 6204213 基板処理方法及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204213

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】基板処理方法及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/316 20060101AFI20170914BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/316 X

   H01L21/316 P

   H01L21/31 B

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-13739(P2014-13739)

(22)【出願日】2014年1月28日

(65)【公開番号】特開2015-141995(P2015-141995A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2016年7月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】羽根 秀臣

(72)【発明者】

【氏名】梅原 隆人

【審査官】 齊田 寛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５４７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８７９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００７３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２７４１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２１３３７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理容器と、前記処理容器内に回転可能に設けられ、基板載置部を有する回転テーブルとを有する基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記基板載置部に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給して、搬入された前記基板に対して、前記第１の処理ガスを吸着させるステップと、前記第１の処理ガスを前記第２の処理ガスによって酸化させるステップと、を含む処理を行う工程と、
前記処理を行う工程の後、前記基板載置部に前記基板が載置された状態で、前記処理容器内に少なくとも水蒸気を供給する工程と、
前記基板載置部の前記基板を搬出する工程と、
を有する、基板処理方法。

【請求項2】

前記搬入する工程と、前記処理を行う工程と、前記水蒸気を供給する工程と、前記搬出する工程とを、所定の回数繰り返す、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記搬入する工程及び前記搬出する工程は、搬送アームを用いて実施され、
前記搬出する工程で前記搬送アームが前記基板を搬出する際に、該基板が搬出された前記基板載置部に次の基板を搬入することにより、前記搬出する工程の後の前記搬入する工程が実施される、
請求項２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記水蒸気を供給する工程は、所定の温度に保持された前記処理容器内に、水素ガス及び酸素ガスを供給することにより実施される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記水蒸気を供給する工程は、貯水槽に保持された水を気化する工程と、前記気化する工程により得られた水蒸気を前記処理容器内に供給する工程とを有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項6】

基板処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内に回転可能に設けられ、基板を載置する基板載置部を有する回転テーブルと、
前記基板の表面に第１の処理ガスを供給する、第１の処理ガス供給手段と、
前記基板の表面に第２の処理ガスを供給する、第２の処理ガス供給手段と、
前記回転テーブルの回転方向における、前記第１の処理ガス供給手段と前記第２の処理ガス供給手段との間、及び、前記第２の処理ガス供給手段と前記第１の処理ガス供給手段との間に設けられ、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを分離する分離ガスを供給する、分離ガス供給手段と、
前記基板の表面に酸素ガスを供給する、酸素ガス供給手段と、
前記基板の表面に水素ガスを供給する、水素ガス供給手段と、
前記基板処理装置の作動を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記基板載置部に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給して、搬入された前記基板に対して、前記第１の処理ガスを吸着させるステップと、前記第１の処理ガスを前記第２の処理ガスによって酸化させるステップと、を含む処理を行う工程と、
前記処理を行う工程の後、前記基板載置部に前記基板が載置された状態で、前記処理容器内に少なくとも水蒸気を供給する工程と、
前記基板載置部の前記基板を搬出する工程と
を実施するように前記基板処理装置を制御する、
基板処理装置。

【請求項7】

基板処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内に回転可能に設けられ、基板を載置する基板載置部を有する回転テーブルと、
前記基板の表面に第１の処理ガスを供給する、第１の処理ガス供給手段と、
前記基板の表面に第２の処理ガスを供給する、第２の処理ガス供給手段と、
前記回転テーブルの回転方向における、前記第１の処理ガス供給手段と前記第２の処理ガス供給手段との間、及び、前記第２の処理ガス供給手段と前記第１の処理ガス供給手段との間に設けられ、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを分離する分離ガスを供給する、分離ガス供給手段と、
水を貯蔵し、前記水を加熱可能に構成される貯水槽と、
前記貯水槽と前記基板処理装置とを接続すると共に、流量調整バルブが設けられた導入管と、
前記基板処理装置の作動を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記基板載置部に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給して、搬入された前記基板に対して、前記第１の処理ガスを吸着させるステップと、前記第１の処理ガスを前記第２の処理ガスによって酸化させるステップと、を含む処理を行う工程と、
前記処理を行う工程の後、前記基板載置部に前記基板が載置された状態で、前記処理容器内に少なくとも水蒸気を供給する工程と、
前記基板載置部の前記基板を搬出する工程と
を実施するように前記基板処理装置を制御する、
基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法等を実施する成膜装置として、所謂回転テーブル式の成膜装置の研究開発が進められている。この成膜装置は、真空容器内に被処理体である半導体ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）が複数枚回転可能に載置される回転テーブルを有する。そして、この回転テーブルの上方に区画される反応ガスＡの供給領域と、反応ガスＢの供給領域と、これらの供給領域を分離する分離領域とを有している。

【0003】

上記成膜装置で基板処理工程を繰り返し行うと、反応ガス由来の反応生成物が、処理容器の内壁、基板保持具等に累積的に付着して、累積膜（堆積膜）が形成される。累積膜の膜厚が所定の厚さを超えると、成膜時に累積膜から発生するガスが反応し、ウエハ上に予定していない物質が付着することがある。また、累積膜が割れる又は剥がれることによりパーティクルが発生し、ウエハ等を汚染することがある。

【0004】

そのため、特許文献１には、累積膜の膜厚が所定の厚さを超えた後に、処理容器内にクリーニングガスを供給して、処理容器の内壁、基板保持具等に付着した反応生成物を除去する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２８３１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、累積膜の膜厚が大きくなると、処理容器の内壁に付着した累積膜の膜剥がれに由来して、パーティクルが発生する。特にウエハ上に酸化シリコン膜等の酸化物系の膜を成膜した場合には、窒化シリコン膜等の窒化物系の膜を成膜した場合よりも、パーティクルが発生しやすい。そのため、窒化物系の膜の場合よりも頻繁にクリーニング処理を実施する必要があり、成膜処理に割り当てることが可能な時間が短縮される。結果として、基板処理装置の予防保守の周期を表すＰＭ（Preventive Maintenance）サイクルが短くなり、基板処理装置のダウンタイムも増加するという問題を有していた。

【0007】

上記課題に対して、パーティクルの発生を抑制できる基板処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

処理容器と、前記処理容器内に回転可能に設けられ、基板載置部を有する回転テーブルとを有する基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記基板載置部に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給して、搬入された前記基板に対して、前記第１の処理ガスを吸着させるステップと、前記第１の処理ガスを前記第２の処理ガスによって酸化させるステップと、を含む処理を行う工程と、
前記処理を行う工程の後、前記基板載置部に前記基板が載置された状態で、前記処理容器内に少なくとも水蒸気を供給する工程と、
前記基板載置部の前記基板を搬出する工程と
を有する、基板処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

パーティクルの発生を抑制できる基板処理方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図である。

【図2】本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略平面図である。

【図3】本実施形態に係る基板処理装置の他の例の概略平面図である。

【図4】本実施形態に係る基板処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図である。

【図5】本実施形態に係る基板処理方法の一例のフロー図である。

【図6】本実施形態に係る基板処理方法の効果の一例を説明するための概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本実施形態に係る基板処理方法を実施するのに好適な基板処理装置について説明する。

【0012】

前述したように、にウエハ上に酸化シリコン膜等の酸化物系の膜を成膜した場合には、窒化シリコン膜等の窒化物系の膜を成膜した場合よりも、パーティクルが発生しやすい。そのため、本実施形態においては、真空容器内にウエハが複数枚回転可能に載置される回転テーブルを有し、載置されたウエハに一例として酸化シリコン膜等の酸化膜を成膜可能な基板処理装置の構成例、及びこの基板処理装置を用いた基板処理方法について説明するが、本発明はこの点において限定されない。

【0013】

（基板処理装置の構成）
図１に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図を示す。また、図２に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略平面図を示す。なお、図２では、説明の便宜上、天板１１の描画を省略している。

【0014】

図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置は、平面形状が概ね円形である真空容器１（以後、処理容器１と呼ぶ）と、この処理容器１内に設けられ、処理容器１の中心に回転中心を有すると共にウエハＷを公転させるための回転テーブル２と、を備えている。

【0015】

処理容器１は、回転テーブル２の後述する凹部２４に対向する位置に設けられた天板（天井部）１１と、容器本体１２とを備えている。また、容器本体１２の上面の周縁部には、リング状に設けられたシール部材１３が設けられている。そして、天板１１は、容器本体１２から着脱可能に構成されている。平面視における処理容器１の直径寸法（内径寸法）は、限定されないが、例えば１１００ｍｍ程度とすることができる。

【0016】

処理容器１内の上面側における中央部には、処理容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために分離ガスを供給する、分離ガス供給管５１が接続されている。

【0017】

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２に対して、鉛直軸周り、図２に示す例では時計回りに、駆動部２３によって回転自在に構成されている。回転テーブル２の直径寸法は、限定されないが、例えば１０００ｍｍ程度とすることができる。

【0018】

回転軸２２及び駆動部２３は、ケース体２０に収納されており、このケース体２０は、上面側のフランジ部分が処理容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガス等をパージガス（分離ガス）として供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。

【0019】

処理容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａを為している。

【0020】

回転テーブル２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として形成されている。この凹部２４は、回転テーブル２の回転方向に沿って、複数個所、例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに、具体的には１ｍｍ乃至４ｍｍ程度大きい内径を有する。また、凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さにほぼ等しいか、又はウエハＷの厚さよりも大きく構成される。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と、回転テーブル２のウエハＷが載置されない領域の表面とが同じ高さになるか、ウエハＷの表面が回転テーブル２の表面よりも低くなる。なお、凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出ることがあるので、ウエハＷの厚さの３倍程度の深さまでとすることが好ましい。また、凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する、図示しない貫通孔が形成されている。

【0021】

図２に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と対向する位置には、例えば石英からなる複数本のノズルが配置されている。図２に示す例では、ウエハＷに酸化シリコン膜を成膜するための、例えば４本のノズル３１、３２、４１、４２と、処理容器１内のパーティクルの発生を抑制するための、例えば２本のノズル３５、３６とを有して構成される。なお、理由については後述するが、図２に示す例では、ノズル３２がノズル３６を兼用する構成となっている。

【0022】

これら各々のノズル３１、３２、３５、３６、４１、４２は、回転テーブル２と天板１１との間に配置される。また、これら各々のノズル３１、３２、３５、３６、４１、４２は、例えば処理容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように取り付けられている。なお、各ノズル３１、３２、３５、３６、４１、４２は、流量調整バルブを介して、図示しない各々のガス供給源に接続されている。

【0023】

成膜用のノズル３１、３２、４１、４２に関して、図２に示す例では、後述する搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配置されている。

【0024】

また、パーティクル抑制用の第３の処理ガスノズル３５、第４の処理ガスノズル３６は、第２の処理ガスノズル３２の近傍に配置されている。図２に示す例では、第２の処理ガスノズル３２は、第４の処理ガスノズル３６を兼ねる構成を有しており、第３の処理ガスノズル３５は、第２の処理ガスノズル３２に対して、回転テーブル２の回転方向上流側に配置されている。

【0025】

第１の処理ガスノズル３１は、第１の処理ガス供給部をなしている。第１の処理ガスとしては、例えばウエハＷ上にシリコン酸化膜を成膜する場合には、３ＤＭＡＳ［トリスジメチルアミノシラン］ガス、ＤＩＰＡＳ［ジイソプロピルアミノシラン］、ＢＴＢＡＳ［ビスターシャルブチルアミノシラン］、ＤＣＳ［ジクロロシラン］、ＨＣＤ［ヘキサクロロジシラン］等のシリコン含有ガスを使用することができる。

【0026】

第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス供給部をなしている。第２の処理ガスノズルは、通常、第２の処理領域Ｐ２内の、回転方向上流側に配置されている。第２の処理ガスとしては、例えばウエハＷ上にシリコン酸化膜を成膜する場合には、酸素（Ｏ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス等の酸素含有ガスを使用することができる。なお、後述するようにパーティクル発生用のノズル３６は、例えば酸素ガスを供給するノズルである。そのため、第２の処理ガスノズル３２は、パーティクル発生用の第４の処理ガスノズル３６を兼用する構成であっても良い（図２参照）。

【0027】

分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理ガス及び第２の処理ガスが混合することを防ぐための分離ガス供給部をなしている。分離ガスとしては、例えばＮ_２ガス、希ガス等の不活性ガスを使用することができる。

【0028】

第３の処理ガスノズル３５及び第４の処理ガスノズル３６は、各々、第３及び第４の処理ガス供給部をなしている。第３の処理ガスとしては、水素（Ｈ_２）ガスを使用することができ、第４の処理ガスとしては、酸素（Ｏ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）を使用することができる。なお、後述する本実施形態に係る基板処理方法では、第３の処理ガス及び第４の処理ガスを反応させることで、処理容器１内に水蒸気を導入する。なお、第３の処理ガスノズル３５及び第４の処理ガスノズル３６は、互いに近接して配置されることが好ましい。前述したように、図２に示す例では、第４の処理ガスノズル３６は、第２の処理ガスノズル３２を兼用する構成となっている。そのため、第３の処理ガスノズル３５も、第２の処理領域Ｐ２内の、回転方向上流側に配置されている。

【0029】

図２で示した第３の処理ガスノズル３５及び第４の処理ガスノズル３６を用いて処理容器１内に水蒸気を導入する実施形態の変形例を、図３を参照して説明する。図３に、本実施形態に係る基板処理装置の他の例の概略平面図を示す。

【0030】

図３に示す基板処理装置は、第３の処理ガスノズル３５及び第４の処理ガスノズル３６が配置されず、代わりに貯水槽３７、導入管３８及び流量調整バルブ３９が配置される点で、図２に示す基板処理装置と異なる。

【0031】

貯水槽３７は、処理容器１内に導入される水蒸気源となる水を貯蔵する槽であり、図示しない加熱装置によって、貯水槽３７に貯蔵された水は、水蒸気へと気化され、導入管３８を介して処理容器１へと導入される。また、導入管３８は、貯水槽３７と処理容器１とを接続する管であり、処理容器１へと導入するための、図示しない吐出口が形成されている。また、導入管３８には流量調整バルブ３９が設けられている。

【0032】

図３に示す実施形態の基板処理装置においても、図２に示す基板処理装置と同様に、処理容器１内に水蒸気を導入することができる。

【0033】

ノズル３１、３２、３５，３６、４１、４２の下面側（回転テーブル２に対向する側）には、前述の各ガスを吐出するためのガス吐出孔が回転テーブル２の半径方向に沿って各々複数箇所に例えば等間隔に形成されている。各ノズル３１、３２、３５、３６、４１、４２の各々の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離は、例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。

【0034】

第１の処理ガスノズル３１の下方領域は、第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、第２の処理用ガスノズル３４の下方領域は、第１の処理ガスが吸着したウエハＷに酸化ガスを供給して、酸化シリコン膜を形成させるための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。

【0035】

図４に、本実施形態に係る基板処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図を示す。なお、図４は、分離領域Ｄから第１の処理領域Ｐ１を経て分離領域Ｄまでの回転テーブルの回転方向に沿った断面図である。

【0036】

分離領域Ｄにおける処理容器１の天板１１には、概略扇形の凸状部４が設けられている。凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられており、処理容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが形成される。

【0037】

天井面４４を形成する凸状部４は、図２に示すように、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、凸状部４には、周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４１、４２がこの溝部４３内に収容されている。なお、凸状部４の周縁部（処理容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。

【0038】

第１の処理ガスノズル３１の上方側には、第１の処理ガスをウエハＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスがウエハＷの近傍を避けて処理容器１の天板１１側を通流するように、ノズルカバー２３０が設けられている。ノズルカバー２３０は、図４に示すように、第１の処理ガスノズル３１を収納するために下面側が開口する概略箱形のカバー体２３１と、このカバー体２３１の下面側開口端における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に各々接続された板状体である整流板２３２とを備えている。なお、回転テーブル２の回転中心側におけるカバー体２３１の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１の先端部に対向するように回転テーブル２に向かって伸び出している。また、回転テーブル２の外縁側におけるカバー体２３１の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１に干渉しないように切り欠かれている。

【0039】

回転テーブル２の外周側において、回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように例えば２箇所に排気口６１、６２が形成されている。別の言い方をすると、処理容器１の床面には、２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００には、排気口６１、６２が形成されている。

【0040】

本明細書においては、排気口６１、６２のうち一方及び他方を、各々、第１の排気口６１、第２の排気口６２と呼ぶ。ここでは、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１と、この第１の処理ガスノズル３１に対して、回転テーブル２の回転方向下流側に位置する分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。また、第２の排気口６２は、第２の処理ガスノズル３２と、この第２の処理ガスノズル３２よりも回転テーブル２の回転方向下流側の分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。

【0041】

第１の排気口６１は、第１の処理ガスや分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、第２の処理ガスや分離ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、各々、バタフライバルブ等の圧力調整部６５が介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

【0042】

天板１１の下面における中央部には、図１に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて各種ガスが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されていても良い。コア部２１の上方側にラビリンス構造を形成することにより、ガスの流路を稼ぎ、ガス同士が混ざり合うことを防止することができる。

【0043】

より具体的には、ラビリンス構造部１１０は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって垂直に伸びる壁部と、天板１１側から回転テーブル２に向かって垂直に伸びる壁部とが、各々周方向に亘って形成されると共に、回転テーブル２の半径方向において交互に配置された構造を有する。ラビリンス構造部１１０では、例えば第１の処理ガスノズル３１から吐出されて中心部領域Ｃに向かおうとする第１の処理ガスは、ラビリンス構造部１１０を乗り越えていく必要がある。そのため、中心部領域Ｃに向かうにつれて流速が遅くなり、拡散しにくくなる。結果として、処理ガスが中心部領域Ｃに到達する前に、中心部領域Ｃに供給される分離ガスにより、処理領域Ｐ１側に押し戻されることになる。また、中心部領域Ｃに向かおうとする他のガスについても、同様にラビリンス構造部１１０によって中心部領域Ｃに到達しにくくなる。そのため、処理ガス同士が中心部領域Ｃにおいて互いに混ざり合うことが防止される。

【0044】

一方、分離ガス供給管５１からこの中心部領域Ｃに供給された窒素ガスは、周方向に勢いよく拡散しようとするが、ラビリンス構造部１１０を設けているため、ラビリンス構造部１１０を乗り越えるうちに流速が抑えられていく。この場合、窒素ガスは、例えば回転テーブル２と突起部９２との間の極めて狭い領域へも侵入しようとするが、ラビリンス構造部１１０により流速が抑えられているので、例えば搬送アーム１０の進退領域等の比較的広い領域へと流れていく。

【0045】

回転テーブル２と処理容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられている。ヒータユニット７は、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば室温〜７６０℃程度に加熱することができる構成となっている。なお、図１における参照符号７１ａは、ヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材であり、参照符号７ａは、このヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、処理容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が、周方向に亘って複数個所に設けられている。

【0046】

処理容器１の側壁には、図２に示すように、搬送アーム１０と回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は、ゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。そして、搬送アーム１０が処理容器１に対して進退する領域における天板１１の上方には、ウエハＷの周縁部を検知するためのカメラユニット１０ａが設けられている。このカメラユニット１０ａは、ウエハＷの周縁部を撮像することにより、例えば搬送アーム１０上にウエハＷの有無や、回転テーブル２に載置されたウエハＷの位置ずれや、搬送アーム１０上のウエハＷの位置ずれを検知するために使用される。カメラユニット１０ａは、ウエハＷの直径寸法に対応する程度の幅広い視野を有するように構成されている。

【0047】

回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。そのため、回転テーブル２の下方側の受け渡し位置に対応する箇所には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための図示しない昇降ピン及び昇降機構が設けられている。

【0048】

また、本実施形態に係る基板処理装置には、装置全体の動作を制御するためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられている。この制御部１２０のメモリ内には、後述の基板処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、装置の各種動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等の記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。

【0049】

（基板処理方法）
次に、本実施形態に係る基板処理装置を使用した、累積膜の累積膜厚が大きくなった場合であっても、パーティクルの発生を抑制できる基板処理方法について、図５を参照して説明する。

【0050】

図５に、本実施形態に係る基板処理方法の一例のフロー図を示す。

【0051】

本実施形態に係る基板処理方法は、
処理容器と、前記処理容器内に回転可能に設けられ、基板載置部を有する回転テーブルとを有する基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記基板載置部に基板を搬入する工程（Ｓ２００）と、
前記処理容器内に処理ガスを供給して、搬入された前記基板に対して処理を行う工程（Ｓ２１０）と、
前記基板載置部に前記基板が載置された状態で、前記処理容器内に少なくとも水蒸気を供給する工程（Ｓ２２０）と、
前記処理容器内の前記基板を搬出する工程（Ｓ２３０）と
を有する。

【0052】

本実施形態に係る各々の工程について、具体的に説明する。

【0053】

（搬入する工程Ｓ２００）
ウエハＷ等の基板の搬入に際しては、先ず、搬送口１５のゲートバルブＧを開放する。そして、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送アーム１０により、回転テーブル２からその上方に上昇された図示しない支持ピン上にウエハＷを載置する。そして、支持ピンを下降させることにより、回転テーブル２上にウエハＷを載置する。

【0054】

（処理を行う工程Ｓ２１０）
次いで、ゲートバルブＧを閉じて、回転テーブル２を回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを所定の温度へと加熱する。続いて、第１の処理ガスノズル３１から第１の処理ガス（例えば、３ＤＭＡＳガス）を所定の流量で供給した状態で、更に第２の処理ガスノズル３２から第２の処理ガス（例えば、オゾンガス又は酸素ガス）を供給する。そして、真空ポンプ６４及び圧力調整部６５により、処理容器１内を所定の圧力に調整する。

【0055】

ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１において第１の処理ガスが吸着する。続いて、第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着した第１の処理ガスが、第２の処理ガスによって酸化される。これにより、薄膜成分である酸化膜の分子層が１層又は複数層形成されて反応生成物が形成される。

【0056】

なお、本実施形態に係る基板処理装置における処理領域Ｐ１、Ｐ２の間には、回転テーブル２の周方向両側に分離領域Ｄを配置している。そのため、分離領域Ｄにおいて、第１の処理ガスと第２の処理ガスとの混合が阻止されながら、各ガスが排気口６１、６２に向かって排気されていく。

【0057】

（水蒸気を供給する工程Ｓ２２０）
続いて、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの供給を停止する。なお、本実施形態に係る水蒸気を供給する工程Ｓ２２０において、ウエハＷの温度、処理容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度は、処理を行う工程Ｓ２１０の値と同程度とすることができる。しかしながら、上記のパラメータは、処理を行う工程Ｓ２１０の値から変更する構成であっても良い。

【0058】

そして、第３の処理ガスノズル３５から第３の処理ガス（水素ガス）を、第４の処理ガスノズル３６から第４の処理ガス（酸素ガス）を供給する。

【0059】

これにより、供給された水素ガスと酸素ガスとが反応し、処理容器１内に水蒸気が導入される。これにより、処理を行う工程Ｓ２１０によって処理容器１の内壁に堆積した累積膜（堆積膜）のストレスを緩和することができる。そのため、累積膜の膜厚が大きくなった場合であっても、累積膜の割れや剥がれ等に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。

【0060】

水蒸気を供給する工程における、水素ガスの流量は、限定されないが、例えば０．５ｓｌｍ〜４．０ｓｌｍの範囲内とすることができる。また、酸素ガスの流量は、限定されないが、例えば０．５ｓｌｍ〜４．０ｓｌｍの範囲内とすることができる。

【0061】

水蒸気を供給する工程における、ウエハＷの温度は、限定されないが、例えば４５０℃〜７６０℃の範囲内とすることができる。

【0062】

また、水蒸気を供給する工程における、処理容器１内の圧力は、限定されないが、例えば６．７Ｔｏｒｒ（８９３Ｐａ）とすることができる。

【0063】

さらに、水蒸気を供給する工程における、回転テーブル２の回転速度としては、限定されないが、例えば３０ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍの範囲内とすることができる。

【0064】

またさらに、水蒸気を供給する工程における、水素ガス及び酸素ガスの供給時間としては、限定されないが、例えば２秒〜３０秒の範囲内、好ましくは５秒〜１０秒の範囲内とすることができる。水蒸気を供給する時間が２秒未満の場合、累積膜のストレスを緩和する効果が低くなる場合がある。一方、水蒸気を供給する時間が３０秒を超える場合、ウエハＷ上に形成された薄膜の膜質に影響を及ぼす場合があり、また、生産性が悪化する。

【0065】

なお、前述したように水蒸気を供給する工程の変形例として、貯水槽３７に貯蔵された水に熱を印加して気化して、処理容器１内に導入しても良い。この場合、貯水槽３７に貯蔵された水を図示しない加熱装置により加熱して気化し、流量調整バルブ３９により所定の流量で、導入管３８に形成された吐出口より処理容器１内に水蒸気を導入する。

【0066】

（基板を搬出する工程Ｓ２３０）
ウエハＷの搬出に際しては、先ず、水素ガス及び酸素ガスの供給を停止する。そして、処理容器１内を減圧して水素ガス（及び酸素ガス）を排出し、減圧状態でゲートバルブＧを開放する。そして、回転テーブル２に載置されたウエハＷを図示しない支持ピンにより上昇させ、支持ピン上のウエハＷを搬出すると同時に、次の処理用のウエハＷを支持ピン上に載置する。

【0067】

本実施形態に係る水蒸気を供給する工程Ｓ２２０を含む基板処理方法は、累積膜のストレスを緩和して、累積膜の割れ又は剥がれ等に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。そのため、累積膜の累積膜厚が大きくなるまで（例えば累積膜厚が３μｍを超えるまで）クリーニング処理を実施する必要がなくなり、成膜処理に割り当てることが可能な時間を長くすることができる。

【0068】

また、本実施形態に係る水蒸気を供給する工程Ｓ２２０は、基板処理のラン内に実施することができる。そのため、成膜処理を施したウエハＷを搬出すると同時、次のウエハＷを搬入（Ｓ２００参照）することができる。結果として、基板処理のラン間に同様のプロセスを実施する場合と比較して、一搬送プロセス分の時間を短縮することができる。

【0069】

結果として、本実施形態に係る基板処理方法は、基板処理装置のＰＭサイクルが長く、基板処理装置のダウンタイムが短い方法である。
次に、具体的な実施形態を挙げて、本発明をより詳細に説明する。

【0070】

（第１の実施形態）
本実施形態に係る基板処理方法における、特に水蒸気を供給する工程（Ｓ２２０）の効果を確認した実施形態について、説明する。

【0071】

先ず、比較の実施形態として所定の累積膜厚の累積膜が内壁に堆積している基板処理装置に対して、シリコンウエハＷを搬入し、所定の処理条件でシリコン酸化膜の成膜処理を施した。そして、成膜後のシリコンウエハＷを搬出すると共に、次のシリコンウエハＷを搬入し、同様の処理条件でシリコン酸化膜の成膜処理を施した。

【0072】

上述のように、シリコンウエハＷの搬入、成膜処理及び搬出を１サイクル（１ラン）として、このランを９３回（合計９４ラン）繰り返した。そして、毎ラン後の累積膜の累積膜厚と、所定のラン後のパーティクル発生数とについて測定により求めた。

【0073】

次に、この比較の実施形態の最後のシリコンウエハＷの搬出の際に、次のシリコンウエハＷを搬入し、比較の実施形態と同様の処理条件でシリコン酸化膜の成膜処理を施し、更に水蒸気を供給する工程を施した。そして、水蒸気を供給する工程の後のシリコンウエハＷを搬出すると共に、次のシリコンウエハＷを搬入し、同様の処理条件でシリコン酸化膜の成膜処理を施した。

【0074】

上述のように、シリコンウエハＷの搬入、成膜処理及び搬出を１サイクル（１ラン）として、このランを６７回（合計６８ラン、比較の実施形態と併せたラン数：１６２ラン）繰り返した。そして、比較の実施形態と同様に、毎ラン後の累積膜の累積膜厚と、所定のラン後のパーティクル発生数とについて測定により求めた。

【0075】

なお、水蒸気を供給する工程の処理条件としては、
処理温度：６２０℃、
処理容器１内の圧力：６．７Ｔｏｒｒ、
回転テーブル２の回転数：１２０ｒｐｍ、
ガス流量Ｈ_２／Ｏ_２：０．８ｓｌｍ／１．２ｓｌｍ、
ガスの供給時間：１０秒、
とした。

【0076】

図６に、本実施形態に係る基板処理方法の効果の一例を説明するための概略図を示す。図６の横軸は、ラン数を示し、縦軸は、累積膜厚（折れ線グラフ）及びパーティクル数（棒グラフ）を示す。なお、パーティクル数については、所定のラン後のパーティクル数のみを測定して示している。

【0077】

図６に示されるように、最初の比較の実施形態においては、ラン数が多くなり累積膜厚が大きくなるにつれ、発生するパーティクル数も多くなっている。これは、累積膜厚が大きくなるについれ、累積膜の割れや剥がれ等に起因してパーティクルが発生しやすくなるからである。

【0078】

一方、本実施形態の基板処理方法においては、比較の実施形態と比較して累積膜厚が大きいにも係らず、パーティクル数が少ない。また、累積膜厚が大きくなった場合であっても、パーティクル数に増加の傾向が見られない。これは、本実施形態に係る基板処理方法は、水蒸気を供給する工程（Ｓ２２０）を実施しているため、累積膜のストレスが緩和され、累積膜の割れや剥がれが抑制されたからであると思われる。

【0079】

半導体装置の生産性の観点からは、成膜処理に割り当てる時間を長くすることが好ましく、具体的には、累積膜の膜厚が少なくとも１０μｍ程度までクリーニング処理を必要としない基板処理装置が求められている。しかしながら、本実施形態に係る基板処理方法を実施可能な基板処理装置は、累積膜の膜厚が大きくなった場合でもパーティクルの発生を抑制することができる。

【符号の説明】

【0080】

１ 処理容器
２ 回転テーブル
４ 凸状部
５ 突出部
７ ヒータユニット
１０ 搬送アーム
１１ 天板
１５ 搬送口
３１ 第１の処理ガスノズル
３２ 第２の処理ガスノズル
３５ 第３の処理ガスノズル
３６ 第４の処理ガスノズル
３７ 貯水槽
３８ 導入管
３９ 流量調整バルブ
４１、４２ 分離ガスノズル
６１ 第１の排気口
６２ 第２の排気口
６３ 排気管
６４ 真空ポンプ
６５ 圧力調整部
１００ サイドリング
１２０ 制御部
１２１ 記憶部
２３０ ノズルカバー
２３１ カバー体
２３２ 整流板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】