特許 7577092 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(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】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20241025BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20241025BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/285 C

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022103864

(22)【出願日】2022-06-28

(65)【公開番号】P2024004275

(43)【公開日】2024-01-16

【審査請求日】2023-03-23

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野内 英博

【審査官】宮脇 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２６３３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４３３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２０１１－００２０７３１（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０６０１１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０７３０２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／００ －１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５；２１／２８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理容器と、
前記処理容器の外壁に少なくとも一部が接触し、前記処理容器内に供給するガスを貯留する貯留容器と、
前記貯留容器内の温度を調整する温度調整部と、
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記温度調整部は、前記貯留容器内の温度を、当該貯留容器内に貯留するガスの分解温度よりも低い温度に調整することが可能なように構成される、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記温度調整部は、前記貯留容器内の温度を、前記基板の処理温度よりも低い温度に調整することが可能なように構成される、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項4】

第１の圧力で前記ガスが前記貯留容器に供給された後、前記第１の圧力以下の第２の圧力で前記ガスを貯留する、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記貯留容器とは異なる貯留容器内に不活性ガスを貯留する、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記処理容器内に第１ガスを供給した後に、前記第１ガスとは異なる第２ガスを供給する、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記貯留容器内には、前記第１ガスと前記第２ガスのうち少なくとも１つのガスを貯留する、請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

基板を処理する処理容器の外壁に少なくとも一部が接触し、温度調整部により内部の温度が調整される貯留容器内にガスを貯留する工程と、
前記貯留容器内に貯留したガスを前記処理容器内に供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記ガスを貯留する工程では、前記温度調整部により前記貯留容器内の温度を、当該貯留容器内に貯留する前記ガスの分解温度よりも低い温度に調整する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記温度調整部は、前記貯留容器内の温度を、前記基板の処理温度よりも低い温度に調整することが可能なように構成される、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記ガスを第１の圧力で前記貯留容器内に供給する工程を有し、
前記ガスを貯留する工程では、前記ガスを前記第１の圧力で前記貯留容器内に供給した後、前記第１の圧力以下の第２の圧力で前記貯留容器内に前記ガスを貯留する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記貯留容器とは異なる貯留容器内に不活性ガスを貯留する工程を有する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記処理容器内に第１ガスを供給した後に、前記第１ガスとは異なる第２ガスを供給する工程を有する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記ガスを貯留する工程では、前記第１ガスと前記第２ガスのうち少なくとも１つのガスを前記貯留容器内に貯留する、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項15】

基板を処理する処理容器の外壁に少なくとも一部が接触し、温度調整部により内部の温度が調整される貯留容器内にガスを貯留する手順と、
前記貯留容器内に貯留したガスを前記処理容器内に供給する手順と、
をコンピュータを用いて基板処理装置に実行させるプログラム。

【請求項16】

前記ガスを貯留する手順では、前記温度調整部により前記貯留容器内の温度を、当該貯留容器内に貯留する前記ガスの分解温度よりも低い温度に調整するよう、コンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させる請求項１５に記載のプログラム。

【請求項17】

前記ガスを第１の圧力で前記貯留容器内に供給する手順を有し、
前記ガスを貯留する手順では、前記ガスを前記第１の圧力で前記貯留容器内に供給した後、前記第１の圧力以下の第２の圧力で前記貯留容器内に前記ガスが貯留されるよう、コンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させる請求項１５に記載のプログラム。

【請求項18】

前記貯留容器内に不活性ガスを貯留する手順を、コンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させる請求項１５に記載のプログラム。

【請求項19】

前記処理容器内に第１ガスを供給した後に、前記第１ガスとは異なる第２ガスを供給する手順を、コンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させる請求項１５に記載のプログラム。

【請求項20】

前記ガスを貯留する手順では、前記第１ガスと前記第２ガスのうち少なくとも１つのガスを前記貯留容器内に貯留するよう、コンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させる請求項１９に記載のプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板に成膜する際に、ガス供給管に設けられたタンク内にガスを充填してから、タンク内に充填されたガスを処理室内に供給するバッチ式の基板処理装置を用いることがある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２２２２６５号公報

【文献】特開２０１２－６７３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

枚葉式の基板処理装置においても、高アスペクト比構造の基板に対してカバレッジ性能を向上させるため、処理容器内に一度に大量のガスを供給するタンクを用いて処理することが予想される。また、これらのタンクを均一に温めるため、それぞれのタンクを加熱する加熱装置が必要となり、省エネルギー化が必要な課題となっている。

【0005】

本開示は、処理容器内の熱を利用して省エネルギー化を図りつつ、基板上に形成される膜の特性を向上させることが可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器の外壁に少なくとも一部が接触し、前記処理容器内に供給するガスを貯留する貯留容器と、
前記貯留容器内の温度を調整する温度調整部と、
を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、処理容器内の熱を利用して省エネルギー化を図りつつ、基板上に形成される膜の特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図2】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。

【図3】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理シーケンスを示す図である。

【図4】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理シーケンスの変形例を示した図である。

【図5】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理シーケンスの変形例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一態様について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0010】

（１）基板処理装置の構成
図１に示されているように、基板処理装置１００は、処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのウエハＷを処理する処理空間２０５と、ウエハＷを処理空間２０５に搬送する際にウエハＷが通過する搬送空間２０６とが形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０８が設けられる。

【0011】

下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９に隣接した基板搬入出口２０４が設けられており、ウエハＷは基板搬入出口２０４を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。

【0012】

処理空間２０５には、ウエハＷを支持する基板支持部２１０が配される。基板支持部２１０は、ウエハＷを載置する基板載置面２１１と、基板載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２、基板載置台２１２内に設けられた加熱源としてのヒータ２１３を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。ヒータ２１３にはヒータ制御部２２０が接続され、コントローラ２８０の指示によって所望の温度に加熱される。

【0013】

処理空間２０５の上部（すなわち上流側）には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０が設けられている。シャワーヘッド２３０の蓋２３１にはガス導入孔２３１ａ～２３１ｄが設けられる。ガス導入孔２３１ａ～２３１ｄは、それぞれ２４２ａ～２４２ｄと連通する。

【0014】

シャワーヘッド２３０は、ガスを分散させるための分散機構としての分散板２３４を備えている。この分散板２３４の上流側がバッファ空間２３２であり、下流側が処理空間２０５である。分散板２３４には、ガス供給口である複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。分散板２３４は例えば円盤状に構成される。貫通孔２３４ａは分散板２３４の全面にわたって設けられている。

【0015】

上部容器２０２ａはフランジを有し、フランジ上に支持ブロック２３３が載置され、固定される。支持ブロック２３３はフランジを有し、フランジ上には分散板２３４が載置され、固定される。更に、蓋２３１は支持ブロック２３３の上面に固定される。

【0016】

（ガス供給部）
シャワーヘッド２３０の蓋２３１に設けられたガス導入孔２３１ａ～２３１ｄと連通するよう、蓋２３１には第１ガス供給管２４２ａ～２４２ｄがそれぞれ接続される。

【0017】

（第１ガス供給系）
第１ガス供給管２４２ａには、上流方向から順に、第１ガス供給源２４３ａ、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）２４４ａ、及び開閉弁であるバルブ２４５ａ、貯留容器としてのタンク２４６ａ、バルブ２４７ａが設けられている。

【0018】

第１ガス供給管２４２ａからは、処理ガスであり、原料ガスである第１ガスが、ＭＦＣ２４４ａ、バルブ２４５ａ、タンク２４６ａ、バルブ２４７ａ、ガス導入孔２３１ａ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して処理空間２０５に供給される。

【0019】

主に、第１ガス供給管２４２ａ、ＭＦＣ２４４ａ、バルブ２４５ａ、タンク２４６ａ、バルブ２４７ａにより、第１ガス供給系が構成される。なお、第１ガス供給源２４３ａを、第１ガス供給系に含めてもよい。

【0020】

（第２ガス供給系）
第２ガス供給管２４２ｂには、上流方向から順に、第２ガス供給源２４３ｂ、ＭＦＣ２４４ｂ、バルブ２４５ｂ、タンク２４６ｂ、バルブ２４７ｂが設けられている。

【0021】

第２ガス供給管２４２ｂからは、処理ガスであり、反応ガスである第２ガスが、ＭＦＣ２４４ｂ、バルブ２４５ｂ、タンク２４６ｂ、バルブ２４７ｂ、ガス導入孔２３１ｂ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して処理空間２０５に供給される。

【0022】

主に、第２ガス供給管２４２ｂ、ＭＦＣ２４４ｂ、バルブ２４５ｂ、タンク２４６ｂ、バルブ２４７ｂにより、第２ガス供給系が構成される。なお、第２ガス供給源２４３ｂを、第２ガス供給系に含めてもよい。

【0023】

（第３ガス供給系）
第３ガス供給管２４２ｃには、上流方向から順に、第３ガス供給源２４３ｃ、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４５ｃ、タンク２４６ｃ、バルブ２４７ｃが設けられている。

【0024】

第３ガス供給管２４２ｃからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４５ｃ、タンク２４６ｃ、バルブ２４７ｃ、ガス導入孔２３１ｃ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して処理空間２０５に供給される。

【0025】

主に、第３ガス供給管２４２ｃ、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４５ｃ、タンク２４６ｃ、バルブ２４７ｃにより、第３ガス供給系（不活性ガス供給系ともいう）が構成される。なお、第３ガス供給源２４３ｃを、第３ガス供給系に含めてもよい。

【0026】

（第４ガス供給系）
第４ガス供給管２４２ｄには、上流方向から順に、第４ガス供給源２４３ｄ、ＭＦＣ２４４ｄ、バルブ２４５ｄ、タンク２４６ｄ、バルブ２４７ｄが設けられている。

【0027】

第４ガス供給管２４２ｄからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４４ｄ、バルブ２４５ｄ、タンク２４６ｄ、バルブ２４７ｄ、ガス導入孔２３１ｄ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して処理空間２０５に供給される。

【0028】

また、第４ガス供給管２４２ｄ、ＭＦＣ２４４ｄ、バルブ２４５ｄ、タンク２４６ｄ、バルブ２４７ｄにより第４ガス供給系（不活性ガス供給系ともいう）が構成される。なお、第４ガス供給源２４３ｄを、第４ガス供給系に含めてもよい。

【0029】

また、第３ガス供給系と第４ガス供給系は、基板処理工程では、処理容器２０２内やシャワーヘッド２３０内に留まったガスをパージするパージガスとしても作用する。

【0030】

（タンク）
タンク２４６ａ～２４６ｄは、処理空間２０５内に供給するガスを、処理空間２０５内に供給する前に、それぞれ貯留するように構成されている。

【0031】

また、タンク２４６ａ～２４６ｄは、シャワーヘッド２３０の蓋２３１の上面であって、処理容器２０２の上面に載置されている。すなわち、処理容器２０２の外壁であって、処理容器２０２の上面に、タンク２４６ａ～２４６ｄの下面がそれぞれ接触して設けられている。言い換えれば、タンク２４６ａ～２４６ｄは、それぞれ処理容器２０２の外壁に少なくとも一部が接触して設けられている。タンク２４６ａ～２４６ｄはガスを供給するガス導入孔２３１ａ～２３１ｄの近傍に配置されることとなり、ガス供給時の無駄も少なくなる。

【0032】

また、タンク２４６ａ～２４６ｄは、それぞれのガス供給管２４２ａ～２４２ｄから第１の圧力でガスが供給された後、第１の圧力以下の第２の圧力でガスを貯留するように構成されている。これにより、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の貯留空間内でのガス分子同士の衝突による熱分解の促進を抑制できる。

【0033】

また、タンク２４６ａ～２４６ｄには、タンク２４６ａ～２４６ｄ内を加熱するタンクヒータ３００ａ～３００ｄがそれぞれ設けられている。タンクヒータ３００ａ～３００ｄには温度調整部３０２が接続されている。

【0034】

温度調整部３０２は、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の温度を調整するよう構成されている。例えば、温度調整部３０２は、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の温度を、それぞれタンク内に貯留するガスの分解温度よりも低い温度に調整する。また、温度調整部３０２は、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の温度を、ウエハＷの処理温度よりも低い温度に調整する。本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内の温度のことを意味する。これは、以下の説明においても同様である。

【0035】

シャワーヘッド２３０は、処理容器２０２内に第１ガス又は第２ガスを供給する際には、第１ガス供給部又は第２ガス供給部として機能する。また、シャワーヘッド２３０は、処理容器２０２内に不活性ガスを供給する際には、不活性ガス供給部として機能する。

【0036】

基板載置台２１２は、シャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、さらに処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。

【0037】

昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７および基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置台２１２は、基板載置面２１１上に載置されるウエハＷを昇降させることが可能となる。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、これにより処理空間２０５内は気密に保持されている。

【0038】

基板載置台２１２は、ウエハＷの搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口２０４に対向する位置まで下降する。そして、ウエハＷの成膜時には、図１で示されるように、ウエハＷが処理空間２０５の下方の所定の位置となるまで上昇する。

【0039】

（排気部）
処理容器２０２の雰囲気を排気する排気部を説明する。処理容器２０２には、処理空間２０５に連通するよう、排気管２６２が接続される。排気管２６２は、処理空間２０５の側方に設けられる。排気管２６２には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６６が設けられる。ＡＰＣ２６６は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、コントローラ２８０からの指示に応じて排気管２６２のコンダクタンスを調整する。排気管２６２においてＡＰＣ２６６の上流側にはバルブ２６７が設けられる。

【0040】

排気管２６２、バルブ２６７、ＡＰＣ２６６をまとめて排気部と呼ぶ。更に、真空ポンプ２６９が設けられる。図示のように、真空ポンプ２６９は、排気管２６２を介して処理空間２０５の雰囲気を排気する。

【0041】

（コントローラ）
基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。

【0042】

コントローラ２８０の概略を図２に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶部としての記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｆを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。

【0043】

コントローラ２８０には、例えばキーボード等として構成された入力装置２８１や、外部記憶装置２８２が接続可能に構成されている。更に、上位装置２７０にネットワークを介して接続される受信部２８３が設けられる。

【0044】

表示装置２８４には、各モニタ部で検出されたデータ等が表示される。なお、本態様においては入力装置２８１と別の部品として説明したが、それに限るものではない。例えば入力装置がタッチパネル等表示画面を兼ねるものであれば、入力装置２８１と表示装置２８４とを一つの部品としてもよい。

【0045】

記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２８０ｃ内には、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピやそれを実現するために基板処理装置の動作を制御する制御プログラムとしてのレシピプログラム、後述するテーブル等が読み出し可能に格納されている。なお、レシピプログラムは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このレシピプログラムや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0046】

Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、ゲートバルブ１４９、昇降機構２１８、ＡＰＣ２６６、真空ポンプ２６９、ＭＦＣ２４４ａ～２４４ｄ、バルブ２４５ａ～２４５ｄ，２４７ａ～２４７ｄ、ヒータ制御部２２０、温度調整部３０２等、基板処理装置１００の各構成に接続されている。

【0047】

ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入力装置２８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからレシピプログラムを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２８０ａは、読み出されたレシピプログラムの内容に沿うように、ゲートバルブ１４９の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、真空ポンプ２６９のオンオフ制御、ＭＦＣ２４４ａ～２４４ｄの流量調整動作、バルブ２４５ａ～２４５ｄ，２４７ａ～２４７ｄ、ＡＰＣ２６６の開閉動作、ヒータ制御部２２０によるヒータ２１３の温度制御、温度調整部３０２によるタンクヒータ３００ａ～３００ｄの温度調整等を制御可能に構成されている。

【0048】

なお、コントローラ２８０は、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）２８２を用いてコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本態様に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２８２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

【0049】

（２）基板処理工程
次に、基板処理装置１００を使用して、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハＷ上に薄膜を形成する処理を実施する方法の例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。

【0050】

以下、本態様の基板処理工程を、図３を用いて具体的に説明する。

【0051】

なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。

【0052】

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

【0053】

なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。

【0054】

（基板搬入・載置工程：ステップＳ１０）
基板処理装置１００では基板載置台２１２をウエハＷの搬送位置まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２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１４９を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理容器２０２内にウエハＷ（処理基板）を搬入し、リフトピン２０７上にウエハＷを移載する。これにより、ウエハＷは、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。

【0055】

処理容器２０２内にウエハＷを搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ１４９を閉じて処理容器２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置台２１２に設けられた基板載置面２１１上にウエハＷを載置する。

【0056】

なお、ウエハＷを処理する処理容器２０２内に搬入する際には、排気系により処理容器２０２内を排気しつつ、不活性ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスとしての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２６９を作動させ、ＡＰＣ２６６を開けることにより処理容器２０２内を排気した状態で、少なくとも不活性ガス供給系のバルブを開けることにより、処理容器２０２内に不活性ガスを供給することが好ましい。これにより、処理容器２０２内へのパーティクルの侵入や、ウエハＷ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。また、真空ポンプ２６９は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ１６）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。

【0057】

ウエハＷを基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３に電力を供給し、ウエハＷの表面が所定の温度となるよう制御される。この際、ヒータ２１３の温度は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、ヒータ制御部２２０によりヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。そして、基板載置台２１２を上昇させることにより、ウエハＷを、図１で示される位置に移動させる。

【0058】

また、タンクヒータ３００ａ～３００ｄの温度は、それぞれのタンク２４６ａ～２４６ｄに設けられた温度センサにより検出された温度情報に基づいて、温度調整部３０２によりタンクヒータ３００ａ～３００ｄへの通電具合を制御することによって調整される。

【0059】

このとき、温度調整部３０２は、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の温度を、それぞれのタンク内に貯留するガスの分解温度よりも低い温度に調整する。これにより、タンク内にガスが充填しているときの熱分解が抑制され、熱分解によって生じるパーティクルの発生を抑制することができる。また、温度調整部３０２は、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の温度を、ウエハＷの処理温度よりも低い温度に調整する。これにより、ウエハＷの処理時における熱分解によって生じる活性種量が少なくなってしまうのを抑制することができる。

【0060】

ここで、タンク２４６ａ～２４６ｄの下面（底面ともいう）は、処理容器２０２の上面にそれぞれ接触して設けられているため、タンク２４６ａ～２４６ｄからの放熱面積が小さくなり、タンク２４６ａ～２４６ｄからの放熱量が少なくなる。また、処理容器２０２内の熱をタンク２４６ａ～２４６ｄ内の加熱に利用することが可能となる。これにより、温度調整部３０２によるタンクヒータ３００ａ～３００ｄに対する温度調整を小さくすることが可能となり、省エネルギー化を図ることができる。ここで、タンク２４６ａ～２４６ｄの縦横比はそれぞれ１以上であって、処理容器２０２との接触面が大きい方が好ましい。これによりタンク２４６ａ～２４６ｄの、処理容器２０２からの入熱量を多くして、タンク２４６ａ～２４６ｄからの放熱量を少なくすることができる。

【0061】

［薄膜形成工程］
（第１ガス供給：ステップＳ１１）
そして、処理空間２０５内のウエハＷに対して、第１ガスをフラッシュ供給する。

【0062】

ここで、フラッシュ供給とは、一度に大量のガスをバッファ空間２３２内に供給することをいう。具体的には、フラッシュ供給では、ガス供給管に設けられ、タンクヒータによって加熱されたタンク内に予めガスを第１の圧力で供給し、第１の圧力以下の第２の圧力で貯留する。これにより、タンク２４６ａ～２４６ｄ内の貯留空間内でのガス分子同士の衝突による熱分解の促進を抑制できる。そして、ガスを供給する際に、タンクの下流側に設けられたバルブを開にすることにより、タンクを用いない場合と比較して大量のガスを速い速度で供給することができる。

【0063】

本ステップでは、バルブ２４５ａを開き、ＭＦＣ２４４ａにより流量調整され、予め第１ガスを貯留したタンク２４６ａから、バルブ２４７ａを開いて第１ガス供給管２４２ａ内に第１ガスを供給し、所定時間経過後に、バルブ２４７ａを閉じて第１ガス供給管２４２ａ内への第１ガスの供給を停止する。第１ガスは、第１ガス供給管２４２ａから、ガス導入孔２３１ａ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して、処理空間２０５内に一度に大量に供給され、排気管２６２から排気される。

【0064】

このとき、同時にバルブ２４５ｃ，２４７ｃ，２４５ｄ，２４７ｄを開き、第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄから、それぞれ不活性ガスとしてＮ_２ガスを供給してもよい。流量調整されたＮ_２ガスは、第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄ、ガス導入孔２３１ｃ，２３１ｄ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して、処理空間２０５内に供給され、排気管２６２から排気される。

【0065】

このとき、基板載置台２１２にウエハＷが支持された状態で、処理空間２０５内に第１ガスが供給される。ウエハＷには第１ガスが供給される。

【0066】

第１ガスは、例えば金属含有ガスである。金属含有ガスとしては、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス等が用いられる。

【0067】

（残留ガス除去：ステップＳ１２）
次に、処理空間２０５内のウエハＷに対して、不活性ガスをフラッシュ供給して、処理空間２０５内の残留ガスを除去する。

【0068】

本ステップでは、バルブ２４５ｃ，２４５ｄを開き、ＭＦＣ２４４ｃ，２４４ｄにより流量調整され、予め不活性ガスを貯留したタンク２４６ｃ，２４６ｄから、バルブ２４７ｃ，２４７ｄを開いて第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄ内にそれぞれ不活性ガスを供給し、所定時間経過後に、バルブ２４７ｃ，２４７ｄを閉じて第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄ内への不活性ガスの供給を停止する。不活性ガスは、第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄから、それぞれガス導入孔２３１ｃ，２３１ｄ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して、処理空間２０５内に一度に大量に供給され、排気管２６２から排気される。これにより、タンクを用いない場合と比較して大量の不活性ガスを速い速度で供給することができる。

【0069】

このとき、排気管２６２のバルブ２６７、ＡＰＣ２６６は開いたままとして、真空ポンプ２６９により処理空間２０５内を真空排気し、処理空間２０５内に残留する未反応もしくは第１ガスの吸着に寄与した後の第１ガスや反応副生成物を処理空間２０５内から排除する（残留ガス除去）。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理空間２０５内に残留する未反応もしくは第１ガスの吸着に寄与した後の第１ガスや反応副生成物を処理空間２０５内から排除する効果を高めることができる。

【0070】

（第２ガス供給：ステップＳ１３）
そして、処理空間２０５内のウエハＷに対して、第２ガスをフラッシュ供給する。

【0071】

本ステップでは、バルブ２４５ｂを開き、ＭＦＣ２４４ｂにより流量調整され、予め第２ガスを貯留したタンク２４６ｂから、バルブ２４７ｂを開いて第２ガス供給管２４２ｂ内に第２ガスを供給し、所定時間経過後に、バルブ２４７ｂを閉じて第２ガス供給管２４２ｂ内への第２ガスの供給を停止する。第２ガスは、第２ガス供給管２４２ｂから、ガス導入孔２３１ｂ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して、処理空間２０５内に一度に大量に供給され、排気管２６２から排気される。

【0072】

このとき、同時にバルブ２４５ｃ，２４７ｃ，２４５ｄ，２４７ｄを開き、第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄから、それぞれ不活性ガスとしてＮ_２ガスを供給してもよい。流量調整されたＮ_２ガスは、第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄ、ガス導入孔２３１ｃ，２３１ｄ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して、処理空間２０５内に供給され、排気管２６２から排気される。

【0073】

このとき、基板載置台２１２にウエハＷが支持された状態で、処理空間２０５内に第２ガスが供給される。ウエハＷには第２ガスが供給される。

【0074】

第２ガスは、第１ガスとは異なるガスであり、第１ガスと反応するガスである。ここでは、第２ガスは、例えば窒素（Ｎ）含有ガスとして説明する。具体的には、Ｎ含有ガスとして、アンモニア（ＮＨ_３）ガスが用いられる。第１ガスと第２ガスとが反応して、ウエハＷ上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する。

【0075】

（残留ガス除去：ステップＳ１４）
そして、処理空間２０５内のウエハＷに対して、不活性ガスをフラッシュ供給して、処理空間２０５内の残留ガスを除去する。

【0076】

本ステップでは、バルブ２４５ｃ，２４５ｄを開き、ＭＦＣ２４４ｃ，２４４ｄにより流量調整され、予め不活性ガスを貯留したタンク２４６ｃ，２４６ｄから、バルブ２４７ｃ，２４７ｄを開いて第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄ内にそれぞれ不活性ガスを供給し、所定時間経過後に、バルブ２４７ｃ，２４７ｄを閉じて第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄ内への不活性ガスの供給を停止する。不活性ガスは、第３ガス供給管２４２ｃ、第４ガス供給管２４２ｄから、それぞれガス導入孔２３１ｃ，２３１ｄ、バッファ空間２３２、貫通孔２３４ａを介して、処理空間２０５内に一度に大量に供給され、排気管２６２から排気される。

【0077】

このとき、排気管２６２のバルブ２６７、ＡＰＣ２６６は開いたままとして、真空ポンプ２６９により処理空間２０５内を真空排気し、処理空間２０５内に残留する未反応もしくは第１ガスの吸着に寄与した後の第１ガスや反応副生成物を処理空間２０５内から排除する（残留ガス除去）。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理空間２０５内に残留する未反応もしくは第１ガスの吸着に寄与した後の第２ガスや反応副生成物を処理空間２０５内から排除する効果を高めることができる。

【0078】

（所定回数実施：ステップＳ１５）
上述したステップＳ１１～Ｓ１４を１サイクルとして、このサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハＷ上に所望膜厚の薄膜が形成される。

【0079】

（基板搬出工程：ステップＳ１６）
次に、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハＷを支持させる。その後、ゲートバルブ１４９を開き、ウエハ移載機を用いてウエハＷを処理容器２０２の外へ搬出する。その後、基板処理工程を終了する場合は、不活性ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスを供給することを停止する。

【0080】

すなわち、処理空間２０５内の熱を利用してタンク２４６ａ～２４６ｄを加熱することが可能となり、加熱に必要な電力量の削減につながり省エネルギー化を図ることができる。また、タンク２４６ａ～２４６ｄを用いることによりウエハＷ上に形成される膜のカバレッジ性能等の膜の特性を向上させることができる。

【0081】

（３）変形例
上述の態様における基板処理シーケンスは、以下に示す変形例のように変形することができる。以下において、特に説明がない限り、変形例における構成は、上述した態様における構成と同様であり、説明を省略する。

【0082】

［変形例１］
図４は、変形例１に係る基板処理シーケンスを示す図である。
本変形例では、ウエハＷに対して、上述した態様の基板処理工程におけるステップＳ１２を行わない。すなわち、ウエハＷ上に第１ガスのフラッシュ供給（Ｓ１１）と、第２ガスのフラッシュ供給（Ｓ１３）を連続して行い、その後残留ガス除去（Ｓ１４）を行う。本変形例においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、本変形例においては、さらに上述した態様の基板処理工程と比べて処理時間を短くすることができ、スループットを向上させることができる。本明細書における処理時間とは、その処理を継続する時間を意味する。これは、以下の説明においても同様である。

【0083】

［変形例２］
図５は、変形例２に係る基板処理シーケンスを示す図である。
本変形例では、ウエハＷに対して、第１ガスのフラッシュ供給（Ｓ１１）を開始し、第１ガスのフラッシュ供給を停止する前に、第２ガスのフラッシュ供給（Ｓ１３）を開始する。そして、第２ガスのフラッシュ供給（Ｓ１３）の開始後に、第１ガスのフラッシュ供給を停止し、第１ガスのフラッシュ供給を停止した後に、第２ガスのフラッシュ供給を停止する。すなわち、第１ガスのフラッシュ供給（Ｓ１１）と、第２ガスのフラッシュ供給（Ｓ１３）とを、一部重なるように行う。本変形例においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、本変形例においては、さらに上述した態様の基板処理工程及び変形例１と比べてさらに処理時間を短くすることができ、スループットを向上させることができる。

【0084】

以上、本開示の態様及び変形例を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様及び変形例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。

【0085】

例えば、上述した態様においては、タンク２４６ａ～２４６ｄに各種ガスを貯留して、処理空間２０５内のウエハＷに対してフラッシュ供給する構成を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、第１ガスと第２ガスのうち少なくとも１つのガスをタンクに貯留してフラッシュ供給するようにしてもよく、不活性ガスは、タンクを用いずに処理空間２０５内に供給するようにしても良い。本態様においても、上述の態様と同様の効果が得られる。

【0086】

また、上記態様において、タンク２４６ａ～２４６ｄのそれぞれにタンクヒータ３００ａ～３００ｄを設け、これらのタンクヒータ３００ａ～３００ｄを温度調整部３０２により調整する場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、温度調整部を備えたタンクを用いても良い。本態様においても、上述の態様と同様の効果が得られる。

【0087】

なお、上記態様におけるガスは、上述したガス種に限定されるものではない。また、薄膜形成工程としては、第１ガスと第２ガスとを用いて薄膜を形成する場合を例にして説明したが、これに限らず、１つのガスや、３つ以上のガスを用いてもよい。本態様においても、上述の態様と同様の効果が得られる。

【0088】

また、上記態様では、第１ガス供給系～第４ガス供給系をそれぞれ蓋２３１に接続し、それぞれのガス供給管からそれぞれのガスを処理空間２０５内に供給する場合を用いて説明したが、これに限らず、第１ガス供給系～第４ガス供給系を１つのガス供給管に接続して、１つのガス供給管によりそれぞれのガスを処理空間２０５内に供給する供給するようにしてもよい。本態様においても、上述の態様と同様の効果が得られる。

【0089】

また、基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置２８２を介して記憶装置２８０ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、ＣＰＵ２８０ａが、記憶装置２８０ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。

【0090】

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入力装置２８１を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

【0091】

上述の態様では、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。

【0092】

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて基板処理を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。

【符号の説明】

【0093】

１００ 基板処理装置
２０２ 処理容器
２４６ａ，２４６ｂ，２４６ｃ，２４６ｄ タンク（貯留容器）
３０２ 温度調整部
Ｗ ウエハ（基板）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】