特開 2023-117046 成膜装置及び成膜装置の処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023117046

(43)【公開日】2023-08-23

(54)【発明の名称】成膜装置及び成膜装置の処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20230816BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20230816BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/44 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019519

(22)【出願日】2022-02-10

(71)【出願人】

【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】波多野 達夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 直樹

(72)【発明者】

【氏名】木下 秀俊

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA06

4K030AA09

4K030BA37

4K030GA05

4K030KA02

4K030KA23

4K030KA30

5F045AA03

5F045AB06

5F045AC01

5F045AC02

5F045AC07

5F045AC13

5F045AC15

5F045AC17

5F045AD18

5F045BB15

5F045DP04

5F045DQ06

5F045EB03

5F045EB06

5F045EB10

5F045EC02

5F045EC05

5F045EK03

5F045EK21

5F045EM09

(57)【要約】

【課題】生成物の壁面への付着を抑制する成膜装置及び成膜装置の処理方法を提供する。
【解決手段】カーボン筒と、前記カーボン筒を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記カーボン筒の内部空間に配置され、基板を保持するホルダと、前記ホルダを回転させるホルダ回転駆動部と、前記カーボン筒を回転させる筒体回転駆動部と、を備える、成膜装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボン筒と、
前記カーボン筒を誘導加熱する誘導加熱コイルと、
前記カーボン筒の内部空間に配置され、基板を保持するホルダと、
前記ホルダを回転させるホルダ回転駆動部と、
前記カーボン筒を回転させる筒体回転駆動部と、を備える、
成膜装置。

【請求項2】

前記ホルダが回転する回転軸と前記カーボン筒が回転する回転軸とは直交する、
請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記カーボン筒の内部空間を区画する仕切り板を備える、
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記カーボン筒の外周側に配置されるマグネットを備える、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記マグネットを前記カーボン筒の軸方向に駆動するマグネット駆動部を備える、
請求項４に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記カーボン筒と誘導加熱コイルとの間に石英筒を更に備える、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項7】

カーボン筒と、前記カーボン筒を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記カーボン筒の内部空間に配置され、基板を保持するホルダと、前記ホルダを回転させるホルダ回転駆動部と、前記カーボン筒を回転させる筒体回転駆動部と、を備える、成膜装置の処理方法であって、
前記カーボン筒の内部空間に処理ガスを供給して前記基板に成膜処理を施す際、前記カーボン筒を回転させる、成膜装置の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、成膜装置及び成膜装置の処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ウエハを保持する回転ステージと、回転ステージをその内部空間に収容するよう構成されたサセプタと、内部空間において、回転ステージの外側から前記中心軸線に対して直交する方向に沿った処理ガスの流れを形成するよう構成されたガス供給機構と、サセプタを収容する容器と、を備える成膜装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１００４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の一態様は、生成物の壁面への付着を抑制する成膜装置及び成膜装置の処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る成膜装置は、カーボン筒と、前記カーボン筒を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記カーボン筒の内部空間に配置され、基板を保持するホルダと、前記ホルダを回転させるホルダ回転駆動部と、前記カーボン筒を回転させる筒体回転駆動部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、生成物の壁面への付着を抑制する成膜装置及び成膜装置の処理方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る成膜装置の特徴的な構成を示す斜視図の一例。

【図2】一実施形態に係る成膜装置を軸方向に見た特徴的な構成を示す模式図の一例。

【図3】一実施形態に係る成膜装置の断面模式図の一例。

【図4】一実施形態に係る成膜装置の一部を部分拡大した断面模式図の一例。

【図5】成膜プロセスにおける成膜装置の断面模式図の一例。

【図6】クリーニングプロセスにおける成膜装置の断面模式図の一例。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

＜成膜装置１＞
一実施形態に係る成膜装置１の一例について、図１から図４を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る成膜装置１の特徴的な構成を示す斜視図の一例である。図２は、一実施形態に係る成膜装置１を軸方向に見た特徴的な構成を示す模式図の一例である。図３は、一実施形態に係る成膜装置１の断面模式図の一例である。図４は、一実施形態に係る成膜装置１の二点鎖線Ａで示す一部を部分拡大した断面模式図の一例である。なお、成膜装置１は、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置であって、ウエハ（基板）ＷにＳｉＣ膜を成膜する成膜装置であるものとして説明する。

【0010】

容器１０は、例えばＳＵＳ（ステンレス）で形成され、中心軸を水平とする円筒形状を有する。容器１０の軸方向の一端の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１は、ゲートバルブ１２により開閉される。また、容器１０の軸方向の他端の側には、排気路１３が設けられている。排気路１３には、排気装置（図示せず）が接続される。これにより、容器１０内の圧力は所望の圧力に調整される。

【0011】

成膜装置１は、処理ガス供給部１４及びクリーニングガス供給部１５を備えている。

【0012】

処理ガス供給部１４は、容器１０内（図２に示すカーボン筒２１内の上側空間１０１）にサイドフロー方式で処理ガスを供給する。処理ガスは、ウエハＷにＳｉＣ膜を成膜する際に用いられるガスであり、例えば、Ｈ_２、ＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_２Ｈ_２、Ｎ_２、ＨＣｌ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ等の混合ガスを用いることができる。

【0013】

クリーニングガス供給部１５は、容器１０内（図２に示すカーボン筒２１内の下側空間１０２）にサイドフロー方式でクリーニングガスを供給する。クリーニングガスは、カーボン筒２１の内壁面に付着した生成物をクリーニングする際に用いられるガスであり、例えば、ＮＦ_３、ＣｌＦ_３、Ｆ_２、ＨＦ、Ｃｌ_２等の混合ガスを用いることができる。

【0014】

また、成膜装置１は、カーボン筒２１と、石英筒２２と、誘導加熱コイル２３と、筒体回転駆動部２４と、を備える。カーボン筒２１は、容器１０と同様に、中心軸２１Ｃを水平とする円筒形状を有する。カーボン筒２１の径方向外側には、石英筒２２が設けられる。石英筒２２は、中心軸２１Ｃを水平とする円筒形状を有する。石英筒２２の径方向外側には、誘導加熱コイル２３が設けられる。誘導加熱コイル２３は、高周波電源（図示せず）に接続されている。高周波電源からの高周波電力が誘導加熱コイル２３に供給されると、カーボン筒２１が誘導加熱によって加熱される。

【0015】

筒体回転駆動部２４は、中心軸２１Ｃを回転軸として、カーボン筒２１及び石英筒２２を回転させる。筒体回転駆動部２４は、支持部２５と、磁性流体シール２６と、ＤＤモータ２７と、支持部２８と、磁性流体シール２９と、を備える。

【0016】

支持部２５は、カーボン筒２１及び石英筒２２の一端側を支持する。支持部２５は、Ａｌ_２Ｏ_３等の断熱性を有する絶縁材料で形成される。

【0017】

磁性流体シール２６は、ロータ２６ａとステータ２６ｂと、磁性流体２６ｃと、ベアリング２６ｄとを有する。ロータ２６ａは、支持部２５と固定される。また、ロータ２６ａは、ベアリング２６ｄを介してステータ２６ｂに回転自在に支持される。ステータ２６ｂは、容器１０と固定される。ロータ２６ａとステータ２６ｂとの間には、磁性流体２６ｃが設けられ、ロータ２６ａとステータ２６ｂとの間をシールする。

【0018】

ＤＤ（ダイレクトドライブ）モータ２７は、ロータ２７ａと、ステータ２７ｂと、ベアリング２７ｃとを有する。ロータ２７ａは、磁性流体シール２６のロータ２６ａを介して、支持部２５と固定される。また、ロータ２７ａは、ベアリング２７ｃを介してステータ２７ｂに回転自在に支持される。ステータ２７ｂは、容器１０と固定される。

【0019】

支持部２８は、石英筒２２の他端側を支持する。支持部２８は、Ａｌ_２Ｏ_３等の断熱性を有する絶縁材料で形成される。これにより、石英筒２２の他端側において、カーボン筒２１と石英筒２２との間の空間が開口している。

【0020】

磁性流体シール２９は、ロータとステータとの間を磁性材料でシールするとともに、支持部２８を回転自在に支持する。

【0021】

このような構成により、筒体回転駆動部２４は、ＤＤモータ２７を駆動させることにより、回転自在に支持されたカーボン筒２１及び石英筒２２を一体として、回転させることができる。

【0022】

また、ステータ２６ｂと容器１０との間には、シール部材６１が設けられる。また、ロータ２６ａと支持部２５との間には、シール部材６２が設けられる。また、支持部２５と石英筒２２との間には、シール部材６３が設けられる。これにより、処理ガスまたはクリーニングガスが供給される石英筒２２の内側の空間と、誘導加熱コイル２３が配置される石英筒２２の外側の空間とが隔離される。即ち、誘導加熱コイル２３は、処理ガス及びクリーニングガスから保護される。

【0023】

カーボン筒２１内部の空間は、仕切り板４１によって上下に区画されている。カーボン筒２１内部の上側の空間には、ウエハＷを保持するホルダ３１が配置される。ホルダ３１は、ホルダ回転駆動部３２を介してホルダ支持部３３に支持される。ホルダ回転駆動部３２は回転軸３１Ｃでホルダ３１を回転させる機能を有する。また、ホルダ３１が回転する回転軸３１Ｃとカーボン筒２１が回転する回転軸（中心軸２１Ｃ）とは直交するように配置される。

【0024】

仕切り板４１は、例えば、カーボン等の導電性材料で形成される。また、仕切り板４１は、高周波電源４２と接続される。高周波電源４２は、カーボン筒２１内部の下側空間１０２（図２参照）にプラズマを生成する際、仕切り板４１に電力を供給する。

【0025】

成膜装置１は、マグネット５１と、マグネット駆動部５２と、を有する。

【0026】

マグネット５１は、磁場を形成する。後述するプラズマ１００（図６参照）を生成する際、電子がマグネット５１の磁場に捕獲され、低パワーでプラズマを維持することができる。また、マグネット５１を設けることにより、プラズマ１００を生成する領域を制御することができる。

【0027】

マグネット駆動部５２は、カーボン筒２１と石英筒２２との間の空間にマグネット５１を挿入（後述する図６参照）し、カーボン筒２１と石英筒２２との間の空間からマグネット５１を退避（後述する図５参照）することができる。

【0028】

制御部６０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、成膜装置１の動作を制御する。制御部６０は、成膜装置１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６０が成膜装置１の外部に設けられている場合、制御部６０は、有線又は無線等の通信手段によって、成膜装置１を制御できる。

【0029】

＜成膜プロセス＞
次に、成膜プロセスにおける成膜装置１の一例について、図５を用いて説明する。図５は、成膜プロセスにおける成膜装置１の断面模式図の一例である。

【0030】

成膜プロセスにおいて、容器１０内は、排気路１３と接続する排気装置（図示せず）によって排気され、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、ホルダ３１は、ウエハＷを保持している。また、マグネット５１は、カーボン筒２１と石英筒２２との間から退避している。

【0031】

制御部６０は、加熱用の高周波電源（図示せず）を制御して、誘導加熱コイル２３に高周波電力を供給する。これにより、カーボン筒２１が誘導加熱によって加熱される。また、カーボン筒２１内に設けられた、ホルダ３１に保持されるウエハＷが所望の温度（例えば１５００℃）に加熱される。

【0032】

制御部６０は、処理ガス供給部１４を制御して、処理ガスを容器１０内に供給する。これにより、ウエハＷにＳｉＣ膜が成膜される。また、カーボン筒２１の内周面に生成物が付着する。

【0033】

ここで、カーボン筒２１内は、仕切り板４１によって上下に区画され、処理ガス供給部１４は、ホルダ３１が設けられる上側の空間に処理ガスを供給する。これにより、カーボン筒２１内の下側の空間において、カーボン筒２１の内周面に生成物が付着することを抑制することができる。

【0034】

また、成膜プロセスにおいて、制御部６０は、筒体回転駆動部２４（ＤＤモータ２７）を制御して、カーボン筒２１及び石英筒２２を回転させる。これにより、カーボン筒２１の内周面に付着する生成物を周方向に分散させることができる。また、カーボン筒２１の内周面から剥離した生成物がウエハＷに付着することを防止することができる。

【0035】

なお、制御部６０は、成膜プロセスにおいて、カーボン筒２１及び石英筒２２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、間欠的にカーボン筒２１及び石英筒２２を回転させる構成であってもよい。例えば、ウエハＷの成膜処理が終了する毎にカーボン筒２１及び石英筒２２を所定角度回転させる構成であってもよい。この構成においても、カーボン筒２１の内周面に付着する生成物を周方向に分散させることができる。また、カーボン筒２１の内周面から剥離した生成物がウエハＷに付着することを防止することができる。

【0036】

また、成膜プロセスにおいて、マグネット５１をカーボン筒２１から遠ざけて、退避させることができる。これにより、マグネット５１がカーボン筒２１によって加熱され熱消磁することを防止することができる。

【0037】

＜クリーニングプロセス＞
次に、クリーニングプロセスにおける成膜装置１の一例について、図６を用いて説明する。図６は、クリーニングプロセスにおける成膜装置１の断面模式図の一例である。

【0038】

クリーニングプロセスにおいて、容器１０内は、排気路１３と接続する排気装置（図示せず）によって排気され、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、ホルダ３１は、ウエハＷを保持していない。また、マグネット５１は、カーボン筒２１と石英筒２２との間に配置される。

【0039】

制御部６０は、クリーニングガス供給部１５を制御して、クリーニングガスを容器１０内に供給する。また、制御部６０は、プラズマ生成用の高周波電源４２を制御して、仕切り板４１に高周波電力を供給する。これにより、カーボン筒２１内の下側の空間にクリーニングガスのプラズマ１００が生成される。クリーニングガスのプラズマ１００により、カーボン筒２１の内壁面に付着した生成物が除去される。

【0040】

また、制御部６０は、筒体回転駆動部２４（ＤＤモータ２７）を制御して、カーボン筒２１を回転させることにより、カーボン筒２１の内壁面を周方向にクリーニングすることができる。また、制御部６０は、マグネット駆動部５２を制御して、マグネット５１をカーボン筒２１の軸方向に移動させることにより、プラズマ１００の生成位置を軸方向に移動させることができる。これにより、カーボン筒２１の内壁面全体を好適にクリーニングすることができる。

【0041】

なお、成膜装置１の動作の一例として、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、成膜プロセスと同時にクリーニングプロセスを行ってもよい。

【0042】

以上、成膜装置１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。

【符号の説明】

【0043】

Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１０ 容器
１１ 搬入出口
１２ ゲートバルブ
１３ 排気路
１４ 処理ガス供給部
１５ クリーニングガス供給部
２１ カーボン筒
２１Ｃ 中心軸
２２ 石英筒
２３ 誘導加熱コイル
２４ 筒体回転駆動部
２５ 支持部
２６ 磁性流体シール
２７ ＤＤモータ
２８ 支持部
２９ 磁性流体シール
３１ ホルダ
３１Ｃ 回転軸
３２ ホルダ回転駆動部
３３ ホルダ支持部
４１ 仕切り板
４２ 高周波電源
５１ マグネット
５２ マグネット駆動部
６０ 制御部
１００ プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】