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JP-2026077870-A - 基板処理装置、電極、基板処理方法、半導体装置の製造方法およびプログラム

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Abstract

【課題】より均一な基板処理を可能とする技術を提供することにある。 【解決手段】基板を処理する処理室と、任意の電位が印加される第１電極と、任意の電位が印加される第２電極と、基準電位が与えられる第３電極とで構成され、第１電極、第２電極、第３電極の順で配置される第１電極群と、任意の電位が印加される第４電極と、任意の電位が印加され、前記第２電極と長さが異なる第５電極と、基準電位が与えられる第６電極とで構成され、第４電極、第５電極、第６電極の順で配置される第２電極群と、を備える技術が提供される。 【選択図】図３

Inventors

  • 竹田 剛
  • 原 大介
  • 中條 博史
  • 土倉 伊一郎

Assignees

  • 株式会社KOKUSAI ELECTRIC

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260225

Claims (20)

  1. 基板を処理する処理室と、 任意の電位が印加される第１電極と、任意の電位が印加される第２電極と、基準電位が与えられる第３電極とで構成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極の順で配置される第１電極群と、任意の電位が印加される第４電極と、任意の電位が印加され、前記第２電極と長さが異なる第５電極と、基準電位が与えられる第６電極とで構成され、前記第４電極、前記第５電極、前記第６電極の順で配置される第２電極群と、を有するプラズマ発生部と、 を備える基板処理装置。
  2. 前記第１電極と前記第３電極とは、同じ長さである請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第５電極は、前記第２電極より短い請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 任意の電位が印加される第７電極と、任意の電位が印加され、前記第２電極と長さが異なる第８電極と、基準電位が与えられる第９電極とで構成され、前記第７電極、前記第８電極、前記第９電極の順で配置される第３電極群と、を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記第７電極と、前記第９電極は、同じ長さである請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記第７電極は、前記第６電極と前記第８電極との間に、隣接して設けられる請求項４に記載の基板処理装置。
  7. 任意の電位が印加される第７電極と、任意の電位が印加され、前記第５電極と長さが異なる第８電極と、基準電位が与えられる第９電極とで構成され、前記第７電極、前記第８電極、前記第９電極の順で配置される第３電極群と、を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記第７電極と、前記第９電極は、同じ長さである請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記第７電極は、前記第６電極と前記第８電極との間に、隣接して設けられる請求項７に記載の基板処理装置。
  10. 任意の電位が印加される第１０電極と、任意の電位が印加され、前記第５電極と長さが異なる第１１電極と、基準電位が与えられる第１２電極とで構成され、前記第１０電極、前記第１１電極、前記第１２電極の順で配置される第４電極群と、を備える請求項４に記載の基板処理装置。
  11. 前記第１０電極と、前記第１２電極は、同じ長さである請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記第１０電極は、前記第９電極と前記第１１電極との間に、隣接して設けられる請求項１０に記載の基板処理装置。
  13. 前記第３電極に隣接して、前記第１電極群の前記第２電極と前記第２電極群の前記第４電極とが配置され、前記第３電極と前記第２電極の間隔および前記第３電極と前記第４電極の間隔は、等間隔である請求項１に記載の基板処理装置。
  14. 前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、前記第４電極、前記第５電極、前記第６電極、前記第７電極、前記第８電極、前記第９電極は、等間隔で隣接して配置される請求項４に記載の基板処理装置。
  15. 前記第１電極群と前記第２電極群は隣接して配置される請求項１に記載の基板処理装置。
  16. 前記第２電極群は、前記第１電極群と前記第３電極群の間に、隣接して配置される請求項４に記載の基板処理装置。
  17. 前記第３電極群と前記第２電極群は隣接して配置される請求項４に記載の基板処理装置。
  18. プラズマを発生させるための電極であって、 任意の電位が印加される第１電極と、任意の電位が印加される第２電極と、基準電位が与えられる第３電極とで構成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極の順で配置される第１電極群と、任意の電位が印加される第４電極と、任意の電位が印加され、前記第２電極と長さが異なる第５電極と、基準電位が与えられる第６電極とで構成され、前記第４電極、前記第５電極、前記第６電極の順で配置される第２電極群と、 を有する電極。
  19. 基板を処理する処理室と、プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される第１電極と、任意の電位が印加される第２電極と、基準電位が与えられる第３電極とで構成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極の順で配置される第１電極群と、任意の電位が印加される第４電極と、任意の電位が印加され、前記第２電極と長さが異なる第５電極と、基準電位が与えられる第６電極とで構成され、前記第４電極、前記第５電極、前記第６電極の順で配置される第２電極群と、を有するプラズマ発生部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、 前記処理室内に、前記プラズマ発生部によりプラズマを発生する工程と、 を有する基板処理方法。
  20. 基板を処理する処理室と、プラズマを発生させるための電極であって、任意の電位が印加される第１電極と、任意の電位が印加される第２電極と、基準電位が与えられる第３電極とで構成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極の順で配置される第１電極群と、任意の電位が印加される第４電極と、任意の電位が印加され、前記第２電極と長さが異なる第５電極と、基準電位が与えられる第６電極とで構成され、前記第４電極、前記第５電極、前記第６電極の順で配置される第２電極群と、を有するプラズマ発生部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、 前記処理室内に、前記プラズマ発生部によりプラズマを発生する工程と、 を有する半導体装置の製造方法。

Description

本開示は、基板処理装置、電極、基板処理方法、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。 半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板処理装置の処理室内に基板を搬入し、処理室内に原料ガスと反応ガスとを供給して基板上に絶縁膜や半導体膜、導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去したりする基板処理が行われることがある。 微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物の拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにしたりするために低温化が求められることがある。 特開２００７－３２４４７７号公報 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。図１に示す基板処理装置におけるＡ－Ａ断面図である。本開示の実施形態の電極であり、（ａ）は本開示の実施形態の電極を電極固定具に設置した際の斜視図であり、（ｂ）は本開示の実施形態のヒータ、電極固定具、電極、電極を固定する突起部、反応管の位置関係を示すための図である。本開示の実施形態における第1の変形例の電極であり、（ａ）は本開示の実施形態における第1の変形例の電極を電極固定具に設置した際の斜視図であり、（ｂ）は本開示の実施形態における第1の変形例のヒータ、電極固定具、電極、電極を固定する突起部、反応管の位置関係を示すための図である。本開示の実施形態の電極であり、（ａ）は本開示の実施形態の電極の正面図であり、（ｂ）は電極を電極固定具に固定する点を説明する図である。図１に示す基板処理装置における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の一例を示すブロック図である。図１に示す基板処理装置を用いた基板処理プロセスの一例を示すフローチャートである。 以下、本開示の実施形態について図１から図７を参照しながら説明する。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。 （１）基板処理装置の構成 （加熱装置） 図１に示すように、縦型基板処理装置の処理炉２０２は加熱装置（加熱機構、加熱部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。 （処理室） ヒータ２０７の内側には、後述する電極固定具３０１が配設され、更に電極固定具３０１の内側には、後述するプラズマ生成部の電極３００が配設されている。更に、電極３００の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管２０３のみを処理容器と称する場合もある。 （ガス供給部） 処理室２０１内には、第１、第２供給部としてのノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ、２４９ｂを、それぞれ第１、第２ノズルとも称する。ノズル２４９ａ、２４９ｂは、例えば石英またはＳｉｃ等の耐熱性材料により構成されている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には２本のノズル２４９ａ，２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管２０３のみを処理容器とした場合、ノズル２４９ａ，２４９ｂは反応管２０３の側壁を貫通するように設けられていてもよい。 ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、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）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。 図１、図２に示すように、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれ、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。 このように、本実施形態では、反応管２０３の側壁の内壁と、反応管２０３内に配列された複数枚のウエハ２００の端部（周縁部）と、で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ，２４９ｂを経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ，２４９ｂにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂから、ウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。 ガス供給管２３２ａからは、原料（原料ガス）が、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。 ガス供給管２３２ｂからは、反応体（反応ガス）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。 ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。 主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１のガス供給系としての原料供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２のガス供給系としての反応体供給系（反応ガス供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給系、反応体供給系および不活性ガス供給系を単にガス供給系（ガス供給部）とも称する。 （基板支持具） 図１に示すように基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。 （プラズマ生成部） 次にプラズマ生成部について、図１から図５を用いて説明する。 反応管２０３の外部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の外部には、プラズマ生成用の電極３００が設けられている。電極３００に電力を印加することにより、反応管２０３の内部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の内部でガスをプラズマ化させて励起させること、すなわち、ガスをプラズマ状態に励起させることが可能となっている。以下、ガスをプラズマ状態に励起させることを、単に印加されることで、反応管２０３内、すなわち、処理容器（処理室２０１）内に、プラズマは容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を生成させるように構成されている。 具体的には、図２に示すように、ヒータ２０７と反応管２０３との間に、電極３００と、電極３００を固定する電極固定具３０１と、が配設されている。ヒータ２０７の内側に、電極固定具３０１が配設され、電極固定具３０１の内側に、電極３００が配設され、電極３００の内側に、反応管２０３が配設されている。 また、図１、図２に示すように、電極３００および電極固定具３０１は、ヒータ２０７の内壁と、反応管２０３の外壁との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の外壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向に延びるようにそれぞれ設けられている。電極３００は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと平行に設けられている。電極３００および電極固定具３０１は、平面視において、反応管２０３およびヒータ２０７と同心円状に、また、ヒータ２０７とは非接触となるように、配列、配置されている。電極固定具３０１は、絶縁性物質（絶縁体）で構成され、電極３００および反応管２０３の少なくとも一部をカバーするように設けられていることから、電極固定具３０１をカバー（石英カバー、絶縁壁、絶縁板）、または、断面円弧カバー（断面円弧体、断面円弧壁）と称することもできる。 図２に示すように、電極３００は複数設けられ、これら複数の電極３００が、電極固定具３０１の内壁に、固定されて設置されている。より具体的には、図５に示すように、電極固定具３０１の内壁面には、電極３００を引っ掛けることが可能な突起部（フック部）３１０が設けられており、電極３００には、突起部３１０を挿通可能な貫通孔である開口部３０５が設けられている。電極固定具３０１の内壁面に設けられた突起部３１０に、開口部３０５を介して電極３００を引っ掛けることで、電極３００を電極固定具３０１に固定することが可能となっている。なお、図３と図４では、１つの電極３００につき、２つ