Search

JP-2026076786-A - 基板処理装置及び基板処理方法

JP2026076786AJP 2026076786 AJP2026076786 AJP 2026076786AJP-2026076786-A

Abstract

【課題】処理領域における処理ガスの状態を制御する基板処理装置及び基板処理方法を提供する。 【解決手段】処理室と、前記処理室内に配置され、基板を載置する載置台と、前記載置台と対向して配置され、前記基板に対して処理ガスを供給するガス供給機構と、前記載置台と前記ガス供給機構との間に形成される処理領域と、排気部によって排気される排気領域と、前記載置台と前記ガス供給機構との隙間に形成され、前記処理領域から前記排気領域に前記処理ガスが流れる第１排気路と、前記ガス供給機構に設けられ、前記処理領域から前記排気領域に前記処理ガスが通流可能に接続する第２排気路と、前記排気領域から前記処理ガスが排気される第３排気路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記載置台と前記ガス供給機構との前記隙間と、前記ガス供給機構から供給される前記処理ガスの供給条件と、前記処理室内の圧力と、に基づいて、前記基板の処理条件を調整する、基板処理装置。 【選択図】図３

Inventors

  • 小森 栄一
  • 小椋 栄人

Assignees

  • 東京エレクトロン株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (14)

  1. 処理室と、 前記処理室内に配置され、基板を載置する載置台と、 前記載置台と対向して配置され、前記基板に対して処理ガスを供給するガス供給機構と、 前記載置台と前記ガス供給機構との間に形成される処理領域と、 排気部によって排気される排気領域と、 前記載置台と前記ガス供給機構との隙間に形成され、前記処理領域から前記排気領域に前記処理ガスが流れる第１排気路と、 前記ガス供給機構に設けられ、前記処理領域から前記排気領域に前記処理ガスが通流可能に接続する第２排気路と、 前記排気領域から前記処理ガスが排気される第３排気路と、 制御部と、を備え、 前記制御部は、 前記載置台と前記ガス供給機構との前記隙間と、前記ガス供給機構から供給される前記処理ガスの供給条件と、前記処理室内の圧力と、に基づいて、前記基板の処理条件を調整する、 基板処理装置。
  2. 前記載置台を昇降して、前記載置台と前記ガス供給機構との前記隙間を調整する昇降機構をさらに備える、 請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第２排気路に設けられた排気バルブをさらに有し、 前記処理領域の圧力が前記排気領域の圧力の２倍以上の場合において、前記第２排気路の流量調整を行う、 請求項１の基板処理装置。
  4. 前記排気バルブを開いた際、 前記第２排気路に流れる前記処理ガスの流量は、 前記第１排気路に流れる前記処理ガスの流量よりも多い、 請求項３の基板処理装置。
  5. 前記制御部は、 前記処理領域の圧力を検出する第１の圧力センサで検出された圧力と、前記排気領域の圧力を検出する第２の圧力センサで検出された圧力と、に基づいて、前記第２排気路の流量調整を行う、 請求項３の基板処理装置。
  6. 前記排気領域内の圧力は、 前記第３排気路に設けられた圧力制御部によって制御される、 請求項１の基板処理装置。
  7. 前記第２排気路に設けられた排気バルブをさらに有し、 前記制御部は、 第１処理ガスを前記処理領域に供給する第１処理ガス供給工程と、 前記処理領域にパージガスを供給して、前記処理領域の前記第１処理ガスをパージする第１のパージガス供給工程と、 第２処理ガスを前記処理領域に供給する第２処理ガス供給工程と、 前記処理領域にパージガスを供給して、前記処理領域の前記第２処理ガスをパージする第２のパージガス供給工程と、を１サイクルとして、このサイクルを繰り返し、 前記第１のパージガス供給工程及び前記第２のパージガス供給工程において、前記排気バルブを開き、 前記第１処理ガス供給工程及び前記第２処理ガス供給工程において、前記排気バルブを閉じる、 請求項１の基板処理装置。
  8. 処理室と、前記処理室内に配置され、基板を載置する載置台と、前記載置台と対向して配置され、前記基板に対して処理ガスを供給するガス供給機構と、前記載置台と前記ガス供給機構との間に形成される処理領域と、排気部によって排気される排気領域と、前記載置台と前記ガス供給機構との隙間に形成され、前記処理領域から前記排気領域に前記処理ガスが流れる第１排気路と、前記ガス供給機構に設けられ、前記処理領域から前記排気領域に前記処理ガスが通流可能に接続する第２排気路と、前記排気領域から前記処理ガスが排気される第３排気路と、を備え、前記基板に対して処理を行う基板処理装置の基板処理方法であって、 前記載置台と前記ガス供給機構との前記隙間と、前記ガス供給機構から供給される前記処理ガスの供給条件と、前記処理室内の圧力と、に基づいて、前記基板の処理条件を調整する、 基板処理方法。
  9. 前記載置台を昇降して、前記載置台と前記ガス供給機構との前記隙間を調整する昇降機構をさらに備える、 請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記第２排気路に設けられた排気バルブをさらに有し、 前記処理領域の圧力が前記排気領域の圧力の２倍以上の場合において、前記第２排気路の流量調整を行う、 請求項８の基板処理方法。
  11. 前記排気バルブを開いた際、 前記第２排気路に流れる前記処理ガスの流量は、 前記第１排気路に流れる前記処理ガスの流量よりも多い、 請求項１０の基板処理方法。
  12. 前記処理領域の圧力を検出する第１の圧力センサで検出された圧力と、前記排気領域の圧力を検出する第２の圧力センサで検出された圧力と、に基づいて、前記第２排気路の流量調整を行う、 請求項１０の基板処理方法。
  13. 前記排気領域内の圧力は、 前記第３排気路に設けられた圧力制御部によって制御される、 請求項８の基板処理方法。
  14. 前記第２排気路に設けられた排気バルブをさらに有し、 第１処理ガスを前記処理領域に供給する第１処理ガス供給工程と、 前記処理領域にパージガスを供給して、前記処理領域の前記第１処理ガスをパージする第１のパージガス供給工程と、 第２処理ガスを前記処理領域に供給する第２処理ガス供給工程と、 前記処理領域にパージガスを供給して、前記処理領域の前記第２処理ガスをパージする第２のパージガス供給工程と、を１サイクルとして、このサイクルを繰り返し、 前記第１のパージガス供給工程及び前記第２のパージガス供給工程において、前記排気バルブを開き、 前記第１処理ガス供給工程及び前記第２処理ガス供給工程において、前記排気バルブを閉じる、 請求項８の基板処理方法。

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。 特許文献１には、昇降される載置台と天板部材の凹部との間に拡散空間を形成し、この拡散空間に処理ガスを供給することでＡＬＤプロセスで基板に成膜処理を施す半導体製造装置が開示されている。 特開２００９－２２４７７５号公報 基板処理装置の構成例を示す概略図の一例。シャワーヘッドを下方から見た図の一例。ガスの流れを説明する図の一例。基板処理方法を示すフローチャートの一例。基板処理方法のレシピを示す図の一例。圧力変化の一例を示すグラフ。 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１００について、図１を用いて説明する。図１は、基板処理装置１００の構成例を示す概略図の一例である。基板処理装置１００は、減圧状態の処理容器１内でＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）プロセスによりウエハ等の基板Ｗに所望の膜を成膜する装置である。なお、以下の説明では、基板ＷにＡＬＤプロセスでＴｉＮ膜を成膜する場合を例に説明する。 図１に示されるように、基板処理装置１００は、処理容器（処理室）１と、載置台２と、シャワーヘッド（ガス供給機構）３と、排気部４と、ガス供給部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、略円環形状の排気空間（排気領域）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して、上部空間と下部空間を形成する。この処理容器１の上部空間のうち、後述する処理空間３８及び環状隙間３９よりも径方向外側の空間が排気空間１３ａとなる。また、この処理容器１の上部空間のうち、後述する環状隙間３９よりも径方向内側の空間が処理空間３８となる。 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において実線で示す処理位置と、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。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５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２６が設けられている。 処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の基板支持ピン２７が設けられている。基板支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。基板支持ピン２７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。基板支持ピン２７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（処理領域）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（第１排気路）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（第３排気路）４１と、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ４２と、開閉バルブ４３と、真空ポンプ（排気ポンプ）４４と、を有する。排気配管４１の一端は排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続され、他端は真空ポンプ４４の吸入ポートに接続される。排気ダクト１３と真空ポンプ４４との間には、上流側から順に、ＡＰＣバルブ４２、開閉バルブ４３が設けられる。ＡＰＣバルブ４２は、排気経路のコンダクタンスを調整して排気空間１３ａの圧力を調整し、処理空間３８の圧力を調整する。開閉バルブ４３は、排気配管４１の開閉を切り替える。 ガス供給部５は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給部５は、原料ガス供給源５１ａ、反応ガス供給源５２ａ、パージガス供給源５３ａ，５４ａを有する。 原料ガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介して原料ガス（第１処理ガス）を処理容器１内に供給する。以下の説明では、原料ガスとして、例えばＴｉＣｌ４を用いる。 ガス供給ライン５１ｂには、上流側から流量制御器（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）５１ｃ、貯留タンク５１ｄ及びバルブ５１ｅが介設されている。ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。原料ガス供給源５１ａから供給される原料ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５１ｄで一旦貯留され、貯留タンク５１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５１ｄから処理容器１への原料ガスの供給及び停止は、バルブ５１ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク５１ｄへ原料ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量の原料ガスを処理容器１内に安定して供給できる。 反応ガス供給源５２ａは、ガス供給ライン５２ｂを介して反応ガス（第２処理ガス）を処理容器１内に供給する。以下の説明では、反応ガスとして、例えばＮＨ３を用いる。 ガス供給ライン５２ｂには、上流側から流量制御器（ＭＦＣ）５２ｃ、貯留タンク５２ｄ及びバルブ５２ｅが介設されている。ガス供給ライン５２ｂのバルブ５２ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。反応ガス供給源５２ａから供給される反応ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５２ｄで一旦貯留され、貯留タンク５２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５２ｄから処理容器１への反応ガスの供給及び停止は、バルブ５２ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク５２ｄへ反応ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量の反応ガスを処理容器１内に安定して供給できる。 パージガス供給源５３ａ，５４ａは、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してパージガス（第３処理ガス）としての不活性ガスを処理容器１内に供給する。以下の説明では、パージガスとして、例えばＮ２を用いる。 ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂには、上流側から流量制御器（ＭＦＣ）５３ｃ，５４ｃ及びバルブ５３ｅ，５４ｅが介設されている。ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂのバルブ５３ｅ，５４ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。パージガス供給源５３ａ，５４ａから供給されるパージガスは処理容器１内に供給される。パージガス供給源５３ａ，５４ａから処理容器１へのパージガスの供給及び停止は、バルブ５３ｅ，５４ｅの開閉により行われる。 なお、ガス供給ライン５３ｂは、バルブ５３ｅよりも下流側で、ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅよりも下流側と合流する。即ち、パージガス供給源５３ａから供給され、ガス供給ライン５３ｂを流れる不活性ガスは、原料ガスのキャリアガスとして機能する。また、ガス供給ライン５３ｂを流れる不活性ガスは、ガス供給ライン５２ｂを流れる反応ガスがガス供給ライン５１ｂ，５３ｂの側に流入することを防止するためのカウンタガスとして機能する。 また、ガス供給ライン５４ｂは、バルブ５４ｅよりも下流側で、ガス供給ライン５２ｂのバルブ５２ｅよりも下流側と合流する。即ち、パージガス供給源５４ａから供給され、ガス供給ライン５４ｂを流れる不活性ガスは、反応ガスのキャリアガスとして機能する。また、ガス供給ライン５４ｂを流れる不活性ガスは、ガス供給ライン５１ｂを流れる原料ガスがガス供給ライン５２ｂ，５４ｂの側に流入することを防止するためのカウンタガスとして機能する。 そして、ガス供給ライン５１ｂとガス供給ライン５２ｂは、ガス供給ライン５１ｂとガス供給ライン５３ｂとの合流部よりも下流側及びガス供給ライン５２ｂとガス供給ライン５４ｂとの合流部よりも下流側で合流し、ガス導入孔３６に接続される。 なお、バルブ５１ｅ～５４ｅは、例えば、全開と全閉を切り替える開閉弁である。また、バルブ５１ｅ～５４ｅは、ＡＬＤプロセスにおいて求められる高速開閉が可能な弁（ＡＬＤバルブ）であることが好ましい。 処理に際して、区画部材１７及び処理位置に配置した載置台２は、処理容器１の内部を、処理空間３８を含む上部空間と、載置台２の裏面側の下部空間と、に区画する。また、載置台２のカバー部材２２の上面とシャワープレート３２の環状突起部３４の下面との間に、環状隙間３９を形成する。処理容器１の上部空間のうち、環状突起部３４及び環状隙間３９よりも径方向内側の空間が処理空間３８となる。処理容器１の上部空間のうち、環状突起部３４及び環状隙間３９よりも径方向外側の空間が排気空間１３ａとなる。なお、制御部９は、昇降機構２８によって載置台２の高さを調整することで、載置台２のカバー部材２２の上面とシャワープレート３２の環状突起部３４の下面との間の高さ（ギャップ）を調整することにより、環状隙間３９のコンダクタンスが調整される。 ガス導入孔３６に供給された各種のガス（原料ガス、反応ガス、パージガス）は、ガス拡散空間３３で拡散し、シャワープレート３２のガス吐出孔３５から処理空間３８内に供給される。 また、処理空間３８内のガスは、環状隙間３９を介して排気ダクト１３の排気空間１３ａに至り、排気ダクト１３の排気口１３ｂから排気部４の真空ポンプ４４により排気配管４１を通って排気される。なお、下部空間はパージガス供給機構（図示せず）によりパージ雰囲気となっている。このため、処理空間３８のガス