半導体装置の製造方法、及び基板処理装置
【課題】処理室内の付着膜を化学的反応により除去することを可能とし、基板上への均一な薄膜形成を可能とする装置を提供する。
【解決手段】基板を処理する処理室２０１と、処理室２０１内のガスをプラズマ化する活性化機構３００と、処理室２０１と連通するように設けられ、活性化機構３００を処理室２０１から退避させるための退避室３０５と、活性化機構３００を移送する移送機構と、処理室２０１と退避室３０５との間のガス流通を遮断する遮断機構３０３と、基板を処理する際は、活性化機構３００を退避室３０５に退避させ、処理室２０１と退避室３０５との間のガス流通を遮断させた状態で、ガス供給部から処理ガスを供給し、処理室内をクリーニングする際は、活性化機構を処理室内に移動させた状態で、ガス供給部２０１ａからクリーニングガスを供給させ、処理室２０１内のクリーニングガスをプラズマ化させるように制御する。
【解決手段】基板を処理する処理室２０１と、処理室２０１内のガスをプラズマ化する活性化機構３００と、処理室２０１と連通するように設けられ、活性化機構３００を処理室２０１から退避させるための退避室３０５と、活性化機構３００を移送する移送機構と、処理室２０１と退避室３０５との間のガス流通を遮断する遮断機構３０３と、基板を処理する際は、活性化機構３００を退避室３０５に退避させ、処理室２０１と退避室３０５との間のガス流通を遮断させた状態で、ガス供給部から処理ガスを供給し、処理室内をクリーニングする際は、活性化機構を処理室内に移動させた状態で、ガス供給部２０１ａからクリーニングガスを供給させ、処理室２０１内のクリーニングガスをプラズマ化させるように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上にガスを供給して薄膜を形成するための基板処理装置の保守、及び運用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の一工程として、熱化学反応による成膜工程を実施する基板処理装置は、処理対象としての基板を加熱するための加熱機構を有している。しかしながら、この加熱機構は、基板だけでなく、その周辺部分も同時に加熱してしまうため、かかる昇温部分にも余剰な付着膜が成膜されてしまう。そして、長時間にわたり成膜処理を継続すれば、昇温部分における付着膜の膜厚が厚くなって剥がれ易くなり、パーティクルの原因となる。
【０００３】
かかる基板処理装置の保守に際しては、従来は、付着膜が形成されてしまった部品のパーツ交換を行うこととしていた。しかしながら、その作業には、部品の交換作業時間に加えて、基板処理装置の冷却時間と再び成膜を開始するまでの昇温時間とが必要となることから、基板処理装置のダウンタイムが長くなり、生産性が損なわれていた。
【０００４】
そのため近年、基板処理装置の保守に際して、パーツ交換によらず、化学的反応により付着膜を除去する方法が試みられている。
ただし、シリコンや金属を含む膜を生成する基板処理装置にて付着膜を熱化学反応により除去するには、一般的には処理室を４００〜５００℃まで昇温することが必要となる。しかし、金属で形成されている処理室を前記温度まで昇温することは困難であった。
そこで、熱化学反応ではなく、励起種を用いた化学的反応による付着膜の除去が試みられている。具体的には、処理室内に設けた活性化機構によりプラズマを生成させるという方法が試みられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板上への成膜処理は、原料ガス等の処理ガスを基板表面に対して均一に供給することにより行われる。ここで、付着膜は、処理ガスの供給経路における基板周辺の部材上に厚く付着する。したがって、かかる部分にプラズマを生成することができるように、活性化機構を、処理ガスのガス導入部と基板表面との間に設置することが有効である。しかしながら、活性化機構を処理ガスの経路上、すなわち処理ガスのガス導入部と基板表面との間に設置すると、基板上へ形成される薄膜の厚さが不均一になる場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することが可能であり、基板上への均一な薄膜形成を可能とする基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する支持台と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構と、前記処理室と連通するように設けられ、前記活性化機構を前記処理室から退避させる退避室と、前記活性化機構を前記処理室と前記退避室との間で移送する移送機構と、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断する遮断機構と、前記基板を処理する際は、前記活性化機構を前記退避室に退避させ、前記遮断機構により前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断させた状態で、前記ガス供給部から処理ガスを
供給し、前記処理室内をクリーニングする際は、前記活性化機構を前記処理室内に移動させた状態で、前記ガス供給部からクリーニングガスを供給させ、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化させる、ように制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構を、前記処理室に連通する退避室に退避させ、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断した状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、前記活性化機構を前記退避室から前記処理室内に移動する工程と、前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化して前記処理室内をクリーニングする工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することが可能であり、基板上への均一な薄膜形成が可能な基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述の通り、処理ガスの供給経路上、すなわち処理ガスのガス導入部と基板との間に活性化機構を設置すると、基板上へ形成される薄膜の厚さが不均一になる場合がある。
【００１１】
発明者等の研究によれば、ガス導入部と基板表面との間に活性化機構を設置すると、活性化機構が処理ガスの均一な供給を妨げてしまい、その結果、基板上へ形成される薄膜の厚さが不均一になってしまうことが判明した。例えば、ガス導入部と基板との間に、複数の電極棒が配列された活性化機構を配置すると、基板への処理ガスの供給を各電極棒が妨げ、その結果、各電極棒の裏側への処理ガスの供給が減少して、電極棒の配列跡が基板上に形成される薄膜に転写されてしまう現象が認められた。
【００１２】
そこで、発明者等は、基板へ処理ガスを供給して基板を処理する際には、活性化機構を移動させて処理ガスの均一な供給を妨害させないことが、基板上への均一な薄膜形成に有効であるとの知見を得て、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
（１）本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【００１４】
（ａ）処理室
図３に示すように、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉は、処理容器２０２を備えている。そして、処理容器２０２は、その内部に基板２００を処理するための処理室２０１を構成する。ここで基板２００とは、例えば、半導体ウエハや、ガラス基板等である。
【００１５】
（ｂ）基板搬入搬出口
処理容器２０２の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４によって開閉される基板搬入搬出口２４７が設けられる。仕切弁としてのゲートバルブ２４４を開放することにより、図示しない基板移載機構を用い、処理室２０１内に基板２００を搬入搬出し得るように構成されている。
【００１６】
（ｃ）支持台
処理室２０１内には、基板２００を支持するための支持台２０６が設けられている。支持台２０６の上部には、基板２００を支持するための支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。支持台２０６の内部には加熱機構（加熱手段）としてのヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７によってサセプタ２１７上に支持される基板２００を加熱することが可能となっている。ヒータ２０７は、基板２００の温度が所定温度となるように、温度制御部（温度制御手段）としての温度コントローラ２５３により制御される。
【００１７】
また、処理室２０１外には、回転機構（回転手段）２６７、及び昇降機構（昇降手段）２６６が設けられている。支持台２０６は処理容器２０２の底部を貫通しており、回転機構２６７は支持台２０６の下端部を下方側より支持している。また、昇降機構（昇降手段）２６６は、回転機構２６７を下方側より支持している。そして、回転機構２６７を作動（回転）させることにより、サセプタ２１７上に支持される基板２００を回転させることが可能となっている。また、この昇降機構２６６を作動（昇降）させることにより、サセプタ２１７上に支持される基板２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０６は、基板２００の搬送時には基板搬送位置に配置され、基板２００の処理時には基板搬送位置よりも上方の基板処理位置に配置される。
【００１８】
（ｄ）第１原料ガス供給ライン
処理室２０１の外部には、液体原料である第１原料を気化して、処理ガスとしての第１原料ガスを生成するための気化器２５５と、気化器２５５へ第１原料を供給するための第１原料供給源２５０ａと、が設けられる。
気化器２５５の上流側は、液体原料供給管２３２により、第１原料の液体供給流量を制御するための流量コントローラ（液体マスフローコントローラ）２４１ａを介して、第１原料供給源２５０ａと接続されている。
気化器２５５の下流側は、第１原料ガス供給管２３２ａにより、処理室２０１の上部（天井部）と接続されている。そして、処理室２０１の上部と第１原料ガス供給管２３２ａとの接続部分は、処理室２０１内に第１原料ガスを導入するためのガス導入口２０１ａを形成する。なお、第１原料ガス供給管２３２ａにはバルブ２４３ａが設けられており、バルブ２４３ａを開閉させることにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への第１原料ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、第１原料としては、例えば、常温で液体である有機液体金属材料、すなわち有機金属液体原料を用いる。
【００１９】
（ｅ）不活性ガス供給ライン
また、処理室２０１の外部には、不活性ガスを、第１原料ガス供給管２３２ａ及び処理室２０１内へ供給するための不活性ガス供給源２５０ｅが設けられる。
不活性ガス供給源２５０ｅは、不活性ガス供給管２３２ｅにより、不活性ガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｅを介して、第１原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流の部分（すなわちバルブ２４３ａとガス導入口２０１ａとの間）に接続されている。なお、不活性ガス供給管２３２ｅにはバルブ２４３ｅが設けられており、バルブ２４３ｅを開閉させるこにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への不活性ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ２等を用いる。
【００２０】
（ｆ）第２原料ガス供給ライン
また、処理室２０１の外部には、処理ガスとしての第２原料ガスを、第１原料ガス供給管２３２ａを介して処理室２０１内へ供給するための第２原料ガス供給源２５０ｂが設け
られる。
第２原料ガス供給源２５０ｂは、第２原料ガス供給管２３２ｂにより、第２原料ガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｂを介して、第１原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流の部分に接続されている。なお、第２原料ガス供給管２３２ｂにはバルブ２４３ｂが設けられており、バルブ２４３ｂを開閉させるこにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への第２原料ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、第２原料ガスとしては、例えば、Ｏ２，Ｏ３，Ｈ２Ｏ等の酸素（Ｏ）を含有するガスを用いる。
【００２１】
（ｇ）クリーニングガス供給ライン
また、処理室２０１の外部には、処理室２０１内をクリーニングするためのクリーニングガスを、第１原料ガス供給管２３２ａを介して処理室２０１内へ供給するためのクリーニングガス供給源２５０ｄが設けられる。
クリーニングガス供給源２５０ｄは、クリーニングガス供給管２３２ｄにより、クリーニングガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｄを介して、第１原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流の部分に接続されている。なお、クリーニングガス供給管２３２ｄにはバルブ２４３ｄが設けられており、バルブ２４３ｄを開閉させるこにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内へのクリーニングガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、クリーニングガスとしては、例えば、ＣｌＦ３，ＮＦ３，ＢＣｌ３等のフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）を含有するガスを用いる。
【００２２】
（ｈ）シャワーヘッド
処理容器２０２の上部、すなわち、ガス導入口２０１ａと、サセプタ２１７との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３４が設けられる。
シャワーヘッド２３４は、ガス導入口２０１ａから導入されるガスを分散させるための分散板２３７と、分散板２３７を通過したガスをさらに均一に分散させてサセプタ２１７上の基板２００表面に供給するためのシャワー板２３６と、を備える。
分散板２３７は、ガス導入口２０１ａと対向するように配置され、シャワー板２３６は、サセプタ２１７上の基板２００と対向するように配置される。なお、処理容器２０２の天井壁と分散板２３７との間、および分散板２３７とシャワー板２３６との間にはそれぞれ空間が設けられ、かかる空間は、ガス導入口２０１ａを通過したガスを拡散させるためのバッファ空間２４０ａ、および分散板２３７を通過したガスを拡散させるためのバッファ空間２４０として機能する。
分散板２３７及びシャワー板２３６には、複数の通気孔２３７ａ、２３６ａが設けられている。
（ｉ）退避室
処理室２０１の側面には、後述する活性化機構３００を退避させるための退避室３０５が設けられる。退避室３０５は、処理室２０１の側面に接続された伸縮自在のベローズ３０５ａと、ベローズ３０５ａの反対側（すなわち、処理室２０１と接合しない側）の端部を封止するフランジ３０５ｂと、により構成されている。
【００２３】
（ｊ）活性化機構
上述のフランジ３０５ｂは活性化機構３００を片持ち支持している。活性化機構３００は、外部から高周波の電力を供給することが可能な電極棒３０１が同一水平面内に複数配列されてなる。活性化機構３００は、図示しない移送機構によりフランジ３０５ｂを移動させ、ベローズ３０５ａを伸縮させることにより、処理室２０１内と退避室３０５内との間で水平方向に移動する。
【００２４】
図４に、処理室２０１に処理ガスを導入して基板２００を処理する際の活性化機構の位置を示す。このとき、ベローズ３０５ａは伸長されており、活性化機構３００は処理室２０１から退避室３０５へと退避（格納）されている。この場合は、シャワーヘッド２３４と支持台２０６との間には障害物がないため、シャワーヘッド２３４から基板２００上へ均一に処理ガスを供給することが出来る。これにより、基板２００上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００２５】
図５に、処理室２０１にクリーニングガスを導入して処理室２０１内をクリーニングする際の活性化機構の位置を示す。このとき、ベローズ３０５ａは収縮されており、活性化機構３００はシャワーヘッド２３４と支持台２０６との間に挿入されている。クリーニング時のサセプタ２１７保護のためのダミー基板２００ａの上面は、各電極棒３０１により覆われる。この状態で、処理室２０１内にクリーニングガスを導入し、電極棒３０１に対して高周波の電力を供給することにより、シャワーヘッド２３４と支持台２０６との間でクリーニングガスをプラズマ化することが出来、処理室２０１内をクリーニングすることが出来る。
【００２６】
なお、各電極棒３０１は、石英や窒化アルミニウム等の絶縁管３０２により真空封止されていることが好ましい。電極棒３０１が、生成したプラズマによりスパッタリングされることを防止するためである。
【００２７】
（ｋ）遮断機構
遮断機構３０３は、処理室２０１と退避室３０５との接合部分に設けられ、活性化機構３００を退避室３０５内に退避させた状態でゲートバルブ３０４を閉めることにより、処理室２０１と退避室３０５との間のガスの流通を遮断する。これにより、処理室２０１内から退避室３０５への処理ガスの回りこみを防ぎ、処理ガスの基板２００への均一な供給を促すことが可能となる。
【００２８】
なお遮断機構３０３は、上述の構成に限らず、活性化機構３００を退避室３０５内に退避させた状態で、処理室２０１と退避室３０５との接合部分を閉じるシャッターであってもよく、退避室３０５内に不活性ガスを供給することで退避室３０５内をパージして、処理室２０１と退避室３０５との間のガスの流通を遮断する不活性ガス導入管３０６であってもよい。
【００２９】
（ｌ）排気系
処理容器２０２の基板搬入搬出口２４７とは反対側の側壁には、排気口２３０が設けられている。排気口２３０には、除害装置（図示せず）に連通する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ２５４と、排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６と、が設けられる。排気口２３０及び排気管２３１により排気系が構成される。
【００３０】
（ｍ）コントローラ
上述のバルブ２４３ａ，ｂ，ｄ，ｅ、流量コントローラ２４１ａ，ｂ，ｄ，ｅ、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４、気化器２５５、回転機構２６７、昇降機構２６６等の基板処理装置を構成する各部の動作は、主制御部（主制御手段）としてのメインコントローラ２５６により制御される。また、活性化機構３００の水平移動、遮断機構３０３の開閉動作、電極棒３０１への電力供給も、メインコントローラ２５６により制御される。
【００３１】
（２）従来の基板処理装置の構成
続いて、本発明の一実施形態と比較するため、従来の基板処理装置の構成について、図
１、図２を用いて説明する。図１は、従来の基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図であり、図２は、基板の上方を活性化機構が覆う様子を示す概略図である。
【００３２】
従来の基板処理装置では、処理室内の活性化機構が固定されている点が本発明の一実施形態の基板処理装置と異なる。すなわち、従来の基板処理装置における活性化機構３００は、図１に示す通り、シャワーヘッド２３４と支持台２０６の基板処理位置との間に設けられており、また、かかる活性化機構３００は、基板処理中であっても常に固定されている。
【００３３】
このとき、基板２００の上面は、図１に示すとおり活性化機構３００により格子状に覆われている。したがって、シャワーヘッド２３４から基板２００に対して処理ガスを供給すると、活性化機構３００が障害物となり、基板２００上への処理ガスの供給が不均一になる場合がある。
【００３４】
（３）基板処理工程
続いて、上述した図３のような構成の処理炉により実施される本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程について、図６を用いて説明する。
本発明の一実施形態としては、第１原料として常温で液体である有機金属液体原料を用い、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、特にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板上に金属膜や金属酸化膜等の薄膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、メインコントローラ２５６により制御される。
【００３５】
（ａ）退避工程から遮断工程まで
まず、図示しない移送機構によりフランジ３０５ｂを移動させ、ベローズ３０５ａを伸長させ、活性化機構３００を退避室３０５内に退避させる（Ｓ１）。その後、遮断機構３０３のゲートバルブ３０４を閉めて、処理室２０１と退避室３０５との間のガス流通を遮断する（Ｓ２）。
【００３６】
（ｂ）基板搬入工程から基板載置工程まで
続いて、昇降機構２６６を作動させ、支持台２０６を下降させる。その結果、サセプタ２１７の表面からは図示しない突き上げピンが突出する。そして、ゲートバルブ２４４を開いて基板搬入搬出口２４７を開放し、図示しない基板移載機構を用いて、基板２００を処理室２０１内へと搬入する（Ｓ３）。搬入された基板２００は、突き上げピンの上端部に支持される。図４はこの状態を示している。
【００３７】
その後、ゲートバルブ２４４を閉じ、さらに昇降機構２６６を作動させて、支持台２０６を基板搬送位置よりも上方の基板処理位置まで上昇させる。その結果、突き上げピンはサセプタ２１７の表面より没入し、基板２００はサセプタ２１７により支持される（Ｓ４）。
【００３８】
支持台２０６を基板処理位置まで上昇させた後、回転機構２６７を作動させて基板２００を回転させる。このように、基板２００を回転させることにより、後述する第１原料ガス供給工程及び第２原料ガス供給工程において、基板２００の表面に対してより均一に第１原料ガス及び第２原料ガスを供給することが可能となる。
【００３９】
なお、上述の、基板搬入工程（Ｓ３）及び基板載置工程（Ｓ４）を実施中は、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄを閉め、バルブ２４３ｅを開けて不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、さらに排気口２３０から排気することにより、処理室２０１内を不活性ガスで充満させておくことが好ましい。これにより、基板２００の表面に、パーティクルや金属汚染物が付着することを防止することが出来るからである。
【００４０】
（ｃ）基板昇温工程および圧力調整工程
その後、ヒータ２０７に電力を供給して、基板２００が所定の処理温度となるように加熱する（Ｓ５）。同時に、圧力コントローラ２５４により、処理室２０１内が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ６）。
【００４１】
なお、基板昇温工程（Ｓ５）及び圧力調整工程（Ｓ６）の完了までに、液体原料としての第１原料を、第１原料供給源２５０ａから気化器２５５へと供給して気化させ、気化器２５５にて第１原料ガスを生成させておく。ここで、第１原料ガスの流量は、流量コントローラ２４１ａを用いて制御する。
【００４２】
（ｄ）第１原料ガス供給工程
その後、バルブ２４３ａを開け、排気口２３０から処理室２０１内を排気する。これにより、第１原料ガスをガス導入口２０１ａから処理室２０１内へと導入する（Ｓ７）。導入された第１原料ガスは、シャワーヘッド２３４により均一に分散され、基板２００上へシャワー状に供給される。このとき、バルブ２４３ｅは開けたままの状態とし、処理室２０１内へは第１原料ガスと不活性ガスとを同時に供給する。第１原料ガスを不活性ガスで希釈させることにより、第１原料ガスが分散されやすくなる。
【００４３】
（ｅ）第１パージ工程
処理室２０１内への第１原料ガスの供給を所定時間実施した後、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ａのみを閉じることにより、処理室２０１への第１原料ガスの供給を停止する。ただし不活性ガスの供給と排気口２３０からの処理室２０１内の排気は継続しており、これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換する（Ｓ８）。
【００４４】
（ｆ）第２原料ガス供給工程
その後、バルブ２４３ｂを開け、排気口２３０から処理室２０１内を排気する。これにより、第２原料ガスが、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内へと導入され、シャワーヘッド２３４により均一に分散されて、基板２００上へシャワー状に供給される（Ｓ９）。このときも、バルブ２４３ｅは開けたままの状態とし、処理室２０１内への不活性ガスの供給を継続する。
【００４５】
（ｇ）第２パージ工程
処理室２０１内への第２原料ガスの供給を所定時間実施した後、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ｂのみを閉じることにより、処理室２０１への第２原料ガスの供給を停止する。ただし、不活性ガスの供給と排気口２３０からの処理室２０１内の排気は継続しており、これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換する（Ｓ１０）。
【００４６】
（ｈ）繰り返し工程
その後、以上に述べたＳ７〜Ｓ１０までの各工程を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、基板２００上に所定膜厚の薄膜を形成する（Ｓ１１）。
【００４７】
（ｉ）基板搬出工程
基板２００へ所定膜厚の薄膜を形成後、回転機構２６７による基板２００の回転を停止する。その後、処理済の基板２００を、基板搬入工程と逆の手順で処理室２０１外へ搬出し、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程を完了する（Ｓ１２）。
【００４８】
なお、上記において、薄膜形成工程をＣＶＤ法により実施する場合には、処理温度を、第１原料ガスのガス分子が熱分解する程度の温度帯となるように制御する。この場合、第１原料ガス供給工程（Ｓ７）を実施すると、基板２００上で第１原料ガスのガス分子が熱分解し、数〜数十原子層程度の薄膜が形成される。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００面内にわたり均一な膜を形成できる。
また、第２原料ガス供給工程（Ｓ９）を実施すると、第２原料ガスに含まれる反応種の作用により、基板２００上に形成された数〜数十原子層程度の薄膜からＣ，Ｈ等の不純物が除去される。そして、この間も基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、薄膜から不純物を素早く均一に除去することが出来る。
【００４９】
なお、ＣＶＤ法により基板２００上にＨｆＳｉＯ膜を形成する場合の処理条件としては、例えば、処理温度：４５０℃、処理圧力：５０〜２００Ｐａ、第１原料ガス：Ｈｆ−（ＭＭＰ）４とＳｉ−（ＭＭＰ）４との混合原料ガス、その供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、第２原料ガス：Ｏ３、その供給流量：０．５〜２ｓｌｍが例示される。
【００５０】
また、上記において、薄膜形成工程をＡＬＤ法により実施する場合には、処理温度を、第１原料ガスのガス分子が熱分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、第１原料ガス供給工程（Ｓ７）を実施すると、基板２００上に第１原料ガスのガス分子が熱分解することなく吸着する。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００全体にわたり均一な膜を形成することができる。
また、第２原料ガス供給工程（Ｓ９）を実施すると、第２原料ガスに含まれる反応種の作用により、基板２００上に１〜数原子層程度の薄膜が形成される。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００面内にわたり均一な膜を形成できる。さらに、第２原料ガスに含まれる反応種の作用により、薄膜中に混入するＣ，Ｈ等の不純物を脱離させることが出来る。
【００５１】
なお、ＡＬＤ法により基板２００上にＨｆＳｉＯ膜を形成する場合の処理条件としては、例えば、処理温度：２５０〜３１５℃、処理圧力：５０〜２００Ｐａ、第１原料ガス：Ｈｆ−（ＭＭＰ）４とＳｉ−（ＭＭＰ）４との混合原料ガス、その供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、第２原料ガス：Ｏ３、その供給流量０．５〜２ｓｌｍが例示される。
【００５２】
（４）クリーニング工程
上述した基板処理工程を繰り返すと、処理室２０１の内壁、支持台２０６、サセプタ２１７等に付着膜が形成される。この付着膜の膜厚が所定の厚さに到達した時点で、処理室２０１内のクリーニングを行う。
以下に、上述した図３のような構成の処理炉により実施される本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としてのクリーニング工程について、図６を用いて説明する。
【００５３】
（ａ）挿入工程
まず、遮断機構３０３を作動させてゲートバルブ３０４を開放する。そして、図示しない移送機構によりフランジ３０５ｂを移動させ、ベローズ３０５ａを伸縮させて、活性化機構３００を処理室２０１内に挿入（移動）させる（Ｓ１３）。図５はこの状態を示している。
【００５４】
（ｂ）温度調整工程
続いて、ヒータ２０７に電力を供給し、処理室２０１内を所定のクリーニング温度となるように均一に加熱する（Ｓ１４）。
【００５５】
（ｃ）圧力調整工程
その後、圧力コントローラ２５４により、処理室２０１内が所定のクリーニング圧力となるように制御する（Ｓ１５）。
【００５６】
（ｄ）クリーニングガス供給工程
処理室２０１内の温度が、それぞれ所定のクリーニング温度に到達して安定したら、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内にクリーニングガスを供給する（Ｓ１６）。
【００５７】
（ｅ）プラズマ生成工程
処理室２０１内の圧力が、所定のクリーニング圧力に到達して安定したら、活性化機構３００の電極棒３０１に高周波の交流電力を供給して、活性化機構３００の周辺にあるクリーニングガスをプラズマ化する（Ｓ１７）。プラズマ化されたクリーニングガスは、処理室２０１の内壁、支持台２０６、サセプタ２１７等に付着した付着膜を、プラズマ化学反応により除去する。
【００５８】
その後、所定時間が経過した後、活性化機構３００の電極棒３０１への電力供給を停止する。さらに、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ｄを閉じてクリーニングガスの供給を停止する。その結果、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、クリーニング工程が終了する。なお、図５に示すように、クリーニング時にサセプタ２１７表面の基板載置領域を保護するために、サセプタ２１７上にダミー基板２００ａを載置するようにしてもよい。
【００５９】
（５）本発明の一実施形態における効果
本発明の一実施形態によれば、処理室２０１内の活性化機構３００によりクリーニングガスをプラズマ化することで、プラズマ化学反応により処理室２０１内の付着膜を除去することが可能となる。そのため、基板処理装置の保守に際してパーツ交換を行う場合に比べ、基板処理装置のダウンタイムを短縮でき、生産性低下を防止することが出来る。
【００６０】
また、本発明の一実施形態によれば、処理室２０１内に処理ガスを供給して基板２００を処理する際は、活性化機構３００を退避室３０５に退避させる。その結果、シャワーヘッド２３４と支持台２０６との間の障害物がなくなり、シャワーヘッド２３４から基板２００上へ均一に処理ガスを供給することが出来る。これにより、基板２００上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００６１】
＜本発明の好ましい態様＞
第１の態様は、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する支持台と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構と、前記処理室と連通するように設けられ、前記活性化機構を前記処理室から退避させる退避室と、前記活性化機構を前記処理室と前記退避室との間で搬送する移送機構と、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断する遮断機構と、前記基板を処理する際は、前記活性化機構を前記退避室に退避させ、前記遮断機構により前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断させた状態で、前記ガス供給部から処理ガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする際は、前記活性化機構を前記処理室内に移動させた状態で、前記ガス供給部からクリーニングガスを供給させ、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化させる、ように制御するコントローラと、を有する基板処理装置である。
第１の態様によれば、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することができ、基板上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００６２】
ここで、第１の態様における基板処理装置の前記活性化機構は、前記ガス供給部と前記支持台との間に挿入されることが好ましい。これにより、前記ガス供給部及び前記支持台の周辺部分について局所的にプラズマを生成することができ、付着膜の厚い領域を重点的にクリーニングすることが可能となる。
【００６３】
第２の態様は、基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構を、前記処理室に連通する退避室に退避させ、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断した状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、前記活性化機構を前記退避室から前記処理室内に移動する工程と、前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化して前記処理室内をクリーニングする工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
第２の態様によれば、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することができ、基板上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【図２】従来の基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉において、基板の上方を活性化機構が覆う様子を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉において、活性化機構を退避室に退避させた状態を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉において、活性化機構を処理室内に挿入させた状態を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程を示す。
【符号の説明】
【００６５】
２００ 基板
２０１ 処理室
２０１ａ ガス導入口（ガス供給部）
２０６ 支持台
２５６ メインコントローラ
３００ 活性化機構
３０３ 遮断機構
３０５ 退避室
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上にガスを供給して薄膜を形成するための基板処理装置の保守、及び運用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の一工程として、熱化学反応による成膜工程を実施する基板処理装置は、処理対象としての基板を加熱するための加熱機構を有している。しかしながら、この加熱機構は、基板だけでなく、その周辺部分も同時に加熱してしまうため、かかる昇温部分にも余剰な付着膜が成膜されてしまう。そして、長時間にわたり成膜処理を継続すれば、昇温部分における付着膜の膜厚が厚くなって剥がれ易くなり、パーティクルの原因となる。
【０００３】
かかる基板処理装置の保守に際しては、従来は、付着膜が形成されてしまった部品のパーツ交換を行うこととしていた。しかしながら、その作業には、部品の交換作業時間に加えて、基板処理装置の冷却時間と再び成膜を開始するまでの昇温時間とが必要となることから、基板処理装置のダウンタイムが長くなり、生産性が損なわれていた。
【０００４】
そのため近年、基板処理装置の保守に際して、パーツ交換によらず、化学的反応により付着膜を除去する方法が試みられている。
ただし、シリコンや金属を含む膜を生成する基板処理装置にて付着膜を熱化学反応により除去するには、一般的には処理室を４００〜５００℃まで昇温することが必要となる。しかし、金属で形成されている処理室を前記温度まで昇温することは困難であった。
そこで、熱化学反応ではなく、励起種を用いた化学的反応による付着膜の除去が試みられている。具体的には、処理室内に設けた活性化機構によりプラズマを生成させるという方法が試みられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板上への成膜処理は、原料ガス等の処理ガスを基板表面に対して均一に供給することにより行われる。ここで、付着膜は、処理ガスの供給経路における基板周辺の部材上に厚く付着する。したがって、かかる部分にプラズマを生成することができるように、活性化機構を、処理ガスのガス導入部と基板表面との間に設置することが有効である。しかしながら、活性化機構を処理ガスの経路上、すなわち処理ガスのガス導入部と基板表面との間に設置すると、基板上へ形成される薄膜の厚さが不均一になる場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することが可能であり、基板上への均一な薄膜形成を可能とする基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する支持台と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構と、前記処理室と連通するように設けられ、前記活性化機構を前記処理室から退避させる退避室と、前記活性化機構を前記処理室と前記退避室との間で移送する移送機構と、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断する遮断機構と、前記基板を処理する際は、前記活性化機構を前記退避室に退避させ、前記遮断機構により前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断させた状態で、前記ガス供給部から処理ガスを
供給し、前記処理室内をクリーニングする際は、前記活性化機構を前記処理室内に移動させた状態で、前記ガス供給部からクリーニングガスを供給させ、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化させる、ように制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構を、前記処理室に連通する退避室に退避させ、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断した状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、前記活性化機構を前記退避室から前記処理室内に移動する工程と、前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化して前記処理室内をクリーニングする工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することが可能であり、基板上への均一な薄膜形成が可能な基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述の通り、処理ガスの供給経路上、すなわち処理ガスのガス導入部と基板との間に活性化機構を設置すると、基板上へ形成される薄膜の厚さが不均一になる場合がある。
【００１１】
発明者等の研究によれば、ガス導入部と基板表面との間に活性化機構を設置すると、活性化機構が処理ガスの均一な供給を妨げてしまい、その結果、基板上へ形成される薄膜の厚さが不均一になってしまうことが判明した。例えば、ガス導入部と基板との間に、複数の電極棒が配列された活性化機構を配置すると、基板への処理ガスの供給を各電極棒が妨げ、その結果、各電極棒の裏側への処理ガスの供給が減少して、電極棒の配列跡が基板上に形成される薄膜に転写されてしまう現象が認められた。
【００１２】
そこで、発明者等は、基板へ処理ガスを供給して基板を処理する際には、活性化機構を移動させて処理ガスの均一な供給を妨害させないことが、基板上への均一な薄膜形成に有効であるとの知見を得て、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
（１）本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【００１４】
（ａ）処理室
図３に示すように、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉は、処理容器２０２を備えている。そして、処理容器２０２は、その内部に基板２００を処理するための処理室２０１を構成する。ここで基板２００とは、例えば、半導体ウエハや、ガラス基板等である。
【００１５】
（ｂ）基板搬入搬出口
処理容器２０２の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４によって開閉される基板搬入搬出口２４７が設けられる。仕切弁としてのゲートバルブ２４４を開放することにより、図示しない基板移載機構を用い、処理室２０１内に基板２００を搬入搬出し得るように構成されている。
【００１６】
（ｃ）支持台
処理室２０１内には、基板２００を支持するための支持台２０６が設けられている。支持台２０６の上部には、基板２００を支持するための支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。支持台２０６の内部には加熱機構（加熱手段）としてのヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７によってサセプタ２１７上に支持される基板２００を加熱することが可能となっている。ヒータ２０７は、基板２００の温度が所定温度となるように、温度制御部（温度制御手段）としての温度コントローラ２５３により制御される。
【００１７】
また、処理室２０１外には、回転機構（回転手段）２６７、及び昇降機構（昇降手段）２６６が設けられている。支持台２０６は処理容器２０２の底部を貫通しており、回転機構２６７は支持台２０６の下端部を下方側より支持している。また、昇降機構（昇降手段）２６６は、回転機構２６７を下方側より支持している。そして、回転機構２６７を作動（回転）させることにより、サセプタ２１７上に支持される基板２００を回転させることが可能となっている。また、この昇降機構２６６を作動（昇降）させることにより、サセプタ２１７上に支持される基板２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０６は、基板２００の搬送時には基板搬送位置に配置され、基板２００の処理時には基板搬送位置よりも上方の基板処理位置に配置される。
【００１８】
（ｄ）第１原料ガス供給ライン
処理室２０１の外部には、液体原料である第１原料を気化して、処理ガスとしての第１原料ガスを生成するための気化器２５５と、気化器２５５へ第１原料を供給するための第１原料供給源２５０ａと、が設けられる。
気化器２５５の上流側は、液体原料供給管２３２により、第１原料の液体供給流量を制御するための流量コントローラ（液体マスフローコントローラ）２４１ａを介して、第１原料供給源２５０ａと接続されている。
気化器２５５の下流側は、第１原料ガス供給管２３２ａにより、処理室２０１の上部（天井部）と接続されている。そして、処理室２０１の上部と第１原料ガス供給管２３２ａとの接続部分は、処理室２０１内に第１原料ガスを導入するためのガス導入口２０１ａを形成する。なお、第１原料ガス供給管２３２ａにはバルブ２４３ａが設けられており、バルブ２４３ａを開閉させることにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への第１原料ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、第１原料としては、例えば、常温で液体である有機液体金属材料、すなわち有機金属液体原料を用いる。
【００１９】
（ｅ）不活性ガス供給ライン
また、処理室２０１の外部には、不活性ガスを、第１原料ガス供給管２３２ａ及び処理室２０１内へ供給するための不活性ガス供給源２５０ｅが設けられる。
不活性ガス供給源２５０ｅは、不活性ガス供給管２３２ｅにより、不活性ガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｅを介して、第１原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流の部分（すなわちバルブ２４３ａとガス導入口２０１ａとの間）に接続されている。なお、不活性ガス供給管２３２ｅにはバルブ２４３ｅが設けられており、バルブ２４３ｅを開閉させるこにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への不活性ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ２等を用いる。
【００２０】
（ｆ）第２原料ガス供給ライン
また、処理室２０１の外部には、処理ガスとしての第２原料ガスを、第１原料ガス供給管２３２ａを介して処理室２０１内へ供給するための第２原料ガス供給源２５０ｂが設け
られる。
第２原料ガス供給源２５０ｂは、第２原料ガス供給管２３２ｂにより、第２原料ガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｂを介して、第１原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流の部分に接続されている。なお、第２原料ガス供給管２３２ｂにはバルブ２４３ｂが設けられており、バルブ２４３ｂを開閉させるこにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への第２原料ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、第２原料ガスとしては、例えば、Ｏ２，Ｏ３，Ｈ２Ｏ等の酸素（Ｏ）を含有するガスを用いる。
【００２１】
（ｇ）クリーニングガス供給ライン
また、処理室２０１の外部には、処理室２０１内をクリーニングするためのクリーニングガスを、第１原料ガス供給管２３２ａを介して処理室２０１内へ供給するためのクリーニングガス供給源２５０ｄが設けられる。
クリーニングガス供給源２５０ｄは、クリーニングガス供給管２３２ｄにより、クリーニングガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｄを介して、第１原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流の部分に接続されている。なお、クリーニングガス供給管２３２ｄにはバルブ２４３ｄが設けられており、バルブ２４３ｄを開閉させるこにより、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内へのクリーニングガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、クリーニングガスとしては、例えば、ＣｌＦ３，ＮＦ３，ＢＣｌ３等のフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）を含有するガスを用いる。
【００２２】
（ｈ）シャワーヘッド
処理容器２０２の上部、すなわち、ガス導入口２０１ａと、サセプタ２１７との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３４が設けられる。
シャワーヘッド２３４は、ガス導入口２０１ａから導入されるガスを分散させるための分散板２３７と、分散板２３７を通過したガスをさらに均一に分散させてサセプタ２１７上の基板２００表面に供給するためのシャワー板２３６と、を備える。
分散板２３７は、ガス導入口２０１ａと対向するように配置され、シャワー板２３６は、サセプタ２１７上の基板２００と対向するように配置される。なお、処理容器２０２の天井壁と分散板２３７との間、および分散板２３７とシャワー板２３６との間にはそれぞれ空間が設けられ、かかる空間は、ガス導入口２０１ａを通過したガスを拡散させるためのバッファ空間２４０ａ、および分散板２３７を通過したガスを拡散させるためのバッファ空間２４０として機能する。
分散板２３７及びシャワー板２３６には、複数の通気孔２３７ａ、２３６ａが設けられている。
（ｉ）退避室
処理室２０１の側面には、後述する活性化機構３００を退避させるための退避室３０５が設けられる。退避室３０５は、処理室２０１の側面に接続された伸縮自在のベローズ３０５ａと、ベローズ３０５ａの反対側（すなわち、処理室２０１と接合しない側）の端部を封止するフランジ３０５ｂと、により構成されている。
【００２３】
（ｊ）活性化機構
上述のフランジ３０５ｂは活性化機構３００を片持ち支持している。活性化機構３００は、外部から高周波の電力を供給することが可能な電極棒３０１が同一水平面内に複数配列されてなる。活性化機構３００は、図示しない移送機構によりフランジ３０５ｂを移動させ、ベローズ３０５ａを伸縮させることにより、処理室２０１内と退避室３０５内との間で水平方向に移動する。
【００２４】
図４に、処理室２０１に処理ガスを導入して基板２００を処理する際の活性化機構の位置を示す。このとき、ベローズ３０５ａは伸長されており、活性化機構３００は処理室２０１から退避室３０５へと退避（格納）されている。この場合は、シャワーヘッド２３４と支持台２０６との間には障害物がないため、シャワーヘッド２３４から基板２００上へ均一に処理ガスを供給することが出来る。これにより、基板２００上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００２５】
図５に、処理室２０１にクリーニングガスを導入して処理室２０１内をクリーニングする際の活性化機構の位置を示す。このとき、ベローズ３０５ａは収縮されており、活性化機構３００はシャワーヘッド２３４と支持台２０６との間に挿入されている。クリーニング時のサセプタ２１７保護のためのダミー基板２００ａの上面は、各電極棒３０１により覆われる。この状態で、処理室２０１内にクリーニングガスを導入し、電極棒３０１に対して高周波の電力を供給することにより、シャワーヘッド２３４と支持台２０６との間でクリーニングガスをプラズマ化することが出来、処理室２０１内をクリーニングすることが出来る。
【００２６】
なお、各電極棒３０１は、石英や窒化アルミニウム等の絶縁管３０２により真空封止されていることが好ましい。電極棒３０１が、生成したプラズマによりスパッタリングされることを防止するためである。
【００２７】
（ｋ）遮断機構
遮断機構３０３は、処理室２０１と退避室３０５との接合部分に設けられ、活性化機構３００を退避室３０５内に退避させた状態でゲートバルブ３０４を閉めることにより、処理室２０１と退避室３０５との間のガスの流通を遮断する。これにより、処理室２０１内から退避室３０５への処理ガスの回りこみを防ぎ、処理ガスの基板２００への均一な供給を促すことが可能となる。
【００２８】
なお遮断機構３０３は、上述の構成に限らず、活性化機構３００を退避室３０５内に退避させた状態で、処理室２０１と退避室３０５との接合部分を閉じるシャッターであってもよく、退避室３０５内に不活性ガスを供給することで退避室３０５内をパージして、処理室２０１と退避室３０５との間のガスの流通を遮断する不活性ガス導入管３０６であってもよい。
【００２９】
（ｌ）排気系
処理容器２０２の基板搬入搬出口２４７とは反対側の側壁には、排気口２３０が設けられている。排気口２３０には、除害装置（図示せず）に連通する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ２５４と、排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６と、が設けられる。排気口２３０及び排気管２３１により排気系が構成される。
【００３０】
（ｍ）コントローラ
上述のバルブ２４３ａ，ｂ，ｄ，ｅ、流量コントローラ２４１ａ，ｂ，ｄ，ｅ、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４、気化器２５５、回転機構２６７、昇降機構２６６等の基板処理装置を構成する各部の動作は、主制御部（主制御手段）としてのメインコントローラ２５６により制御される。また、活性化機構３００の水平移動、遮断機構３０３の開閉動作、電極棒３０１への電力供給も、メインコントローラ２５６により制御される。
【００３１】
（２）従来の基板処理装置の構成
続いて、本発明の一実施形態と比較するため、従来の基板処理装置の構成について、図
１、図２を用いて説明する。図１は、従来の基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図であり、図２は、基板の上方を活性化機構が覆う様子を示す概略図である。
【００３２】
従来の基板処理装置では、処理室内の活性化機構が固定されている点が本発明の一実施形態の基板処理装置と異なる。すなわち、従来の基板処理装置における活性化機構３００は、図１に示す通り、シャワーヘッド２３４と支持台２０６の基板処理位置との間に設けられており、また、かかる活性化機構３００は、基板処理中であっても常に固定されている。
【００３３】
このとき、基板２００の上面は、図１に示すとおり活性化機構３００により格子状に覆われている。したがって、シャワーヘッド２３４から基板２００に対して処理ガスを供給すると、活性化機構３００が障害物となり、基板２００上への処理ガスの供給が不均一になる場合がある。
【００３４】
（３）基板処理工程
続いて、上述した図３のような構成の処理炉により実施される本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程について、図６を用いて説明する。
本発明の一実施形態としては、第１原料として常温で液体である有機金属液体原料を用い、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、特にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板上に金属膜や金属酸化膜等の薄膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、メインコントローラ２５６により制御される。
【００３５】
（ａ）退避工程から遮断工程まで
まず、図示しない移送機構によりフランジ３０５ｂを移動させ、ベローズ３０５ａを伸長させ、活性化機構３００を退避室３０５内に退避させる（Ｓ１）。その後、遮断機構３０３のゲートバルブ３０４を閉めて、処理室２０１と退避室３０５との間のガス流通を遮断する（Ｓ２）。
【００３６】
（ｂ）基板搬入工程から基板載置工程まで
続いて、昇降機構２６６を作動させ、支持台２０６を下降させる。その結果、サセプタ２１７の表面からは図示しない突き上げピンが突出する。そして、ゲートバルブ２４４を開いて基板搬入搬出口２４７を開放し、図示しない基板移載機構を用いて、基板２００を処理室２０１内へと搬入する（Ｓ３）。搬入された基板２００は、突き上げピンの上端部に支持される。図４はこの状態を示している。
【００３７】
その後、ゲートバルブ２４４を閉じ、さらに昇降機構２６６を作動させて、支持台２０６を基板搬送位置よりも上方の基板処理位置まで上昇させる。その結果、突き上げピンはサセプタ２１７の表面より没入し、基板２００はサセプタ２１７により支持される（Ｓ４）。
【００３８】
支持台２０６を基板処理位置まで上昇させた後、回転機構２６７を作動させて基板２００を回転させる。このように、基板２００を回転させることにより、後述する第１原料ガス供給工程及び第２原料ガス供給工程において、基板２００の表面に対してより均一に第１原料ガス及び第２原料ガスを供給することが可能となる。
【００３９】
なお、上述の、基板搬入工程（Ｓ３）及び基板載置工程（Ｓ４）を実施中は、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄを閉め、バルブ２４３ｅを開けて不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、さらに排気口２３０から排気することにより、処理室２０１内を不活性ガスで充満させておくことが好ましい。これにより、基板２００の表面に、パーティクルや金属汚染物が付着することを防止することが出来るからである。
【００４０】
（ｃ）基板昇温工程および圧力調整工程
その後、ヒータ２０７に電力を供給して、基板２００が所定の処理温度となるように加熱する（Ｓ５）。同時に、圧力コントローラ２５４により、処理室２０１内が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ６）。
【００４１】
なお、基板昇温工程（Ｓ５）及び圧力調整工程（Ｓ６）の完了までに、液体原料としての第１原料を、第１原料供給源２５０ａから気化器２５５へと供給して気化させ、気化器２５５にて第１原料ガスを生成させておく。ここで、第１原料ガスの流量は、流量コントローラ２４１ａを用いて制御する。
【００４２】
（ｄ）第１原料ガス供給工程
その後、バルブ２４３ａを開け、排気口２３０から処理室２０１内を排気する。これにより、第１原料ガスをガス導入口２０１ａから処理室２０１内へと導入する（Ｓ７）。導入された第１原料ガスは、シャワーヘッド２３４により均一に分散され、基板２００上へシャワー状に供給される。このとき、バルブ２４３ｅは開けたままの状態とし、処理室２０１内へは第１原料ガスと不活性ガスとを同時に供給する。第１原料ガスを不活性ガスで希釈させることにより、第１原料ガスが分散されやすくなる。
【００４３】
（ｅ）第１パージ工程
処理室２０１内への第１原料ガスの供給を所定時間実施した後、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ａのみを閉じることにより、処理室２０１への第１原料ガスの供給を停止する。ただし不活性ガスの供給と排気口２３０からの処理室２０１内の排気は継続しており、これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換する（Ｓ８）。
【００４４】
（ｆ）第２原料ガス供給工程
その後、バルブ２４３ｂを開け、排気口２３０から処理室２０１内を排気する。これにより、第２原料ガスが、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内へと導入され、シャワーヘッド２３４により均一に分散されて、基板２００上へシャワー状に供給される（Ｓ９）。このときも、バルブ２４３ｅは開けたままの状態とし、処理室２０１内への不活性ガスの供給を継続する。
【００４５】
（ｇ）第２パージ工程
処理室２０１内への第２原料ガスの供給を所定時間実施した後、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ｂのみを閉じることにより、処理室２０１への第２原料ガスの供給を停止する。ただし、不活性ガスの供給と排気口２３０からの処理室２０１内の排気は継続しており、これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換する（Ｓ１０）。
【００４６】
（ｈ）繰り返し工程
その後、以上に述べたＳ７〜Ｓ１０までの各工程を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、基板２００上に所定膜厚の薄膜を形成する（Ｓ１１）。
【００４７】
（ｉ）基板搬出工程
基板２００へ所定膜厚の薄膜を形成後、回転機構２６７による基板２００の回転を停止する。その後、処理済の基板２００を、基板搬入工程と逆の手順で処理室２０１外へ搬出し、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程を完了する（Ｓ１２）。
【００４８】
なお、上記において、薄膜形成工程をＣＶＤ法により実施する場合には、処理温度を、第１原料ガスのガス分子が熱分解する程度の温度帯となるように制御する。この場合、第１原料ガス供給工程（Ｓ７）を実施すると、基板２００上で第１原料ガスのガス分子が熱分解し、数〜数十原子層程度の薄膜が形成される。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００面内にわたり均一な膜を形成できる。
また、第２原料ガス供給工程（Ｓ９）を実施すると、第２原料ガスに含まれる反応種の作用により、基板２００上に形成された数〜数十原子層程度の薄膜からＣ，Ｈ等の不純物が除去される。そして、この間も基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、薄膜から不純物を素早く均一に除去することが出来る。
【００４９】
なお、ＣＶＤ法により基板２００上にＨｆＳｉＯ膜を形成する場合の処理条件としては、例えば、処理温度：４５０℃、処理圧力：５０〜２００Ｐａ、第１原料ガス：Ｈｆ−（ＭＭＰ）４とＳｉ−（ＭＭＰ）４との混合原料ガス、その供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、第２原料ガス：Ｏ３、その供給流量：０．５〜２ｓｌｍが例示される。
【００５０】
また、上記において、薄膜形成工程をＡＬＤ法により実施する場合には、処理温度を、第１原料ガスのガス分子が熱分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、第１原料ガス供給工程（Ｓ７）を実施すると、基板２００上に第１原料ガスのガス分子が熱分解することなく吸着する。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００全体にわたり均一な膜を形成することができる。
また、第２原料ガス供給工程（Ｓ９）を実施すると、第２原料ガスに含まれる反応種の作用により、基板２００上に１〜数原子層程度の薄膜が形成される。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００面内にわたり均一な膜を形成できる。さらに、第２原料ガスに含まれる反応種の作用により、薄膜中に混入するＣ，Ｈ等の不純物を脱離させることが出来る。
【００５１】
なお、ＡＬＤ法により基板２００上にＨｆＳｉＯ膜を形成する場合の処理条件としては、例えば、処理温度：２５０〜３１５℃、処理圧力：５０〜２００Ｐａ、第１原料ガス：Ｈｆ−（ＭＭＰ）４とＳｉ−（ＭＭＰ）４との混合原料ガス、その供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、第２原料ガス：Ｏ３、その供給流量０．５〜２ｓｌｍが例示される。
【００５２】
（４）クリーニング工程
上述した基板処理工程を繰り返すと、処理室２０１の内壁、支持台２０６、サセプタ２１７等に付着膜が形成される。この付着膜の膜厚が所定の厚さに到達した時点で、処理室２０１内のクリーニングを行う。
以下に、上述した図３のような構成の処理炉により実施される本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としてのクリーニング工程について、図６を用いて説明する。
【００５３】
（ａ）挿入工程
まず、遮断機構３０３を作動させてゲートバルブ３０４を開放する。そして、図示しない移送機構によりフランジ３０５ｂを移動させ、ベローズ３０５ａを伸縮させて、活性化機構３００を処理室２０１内に挿入（移動）させる（Ｓ１３）。図５はこの状態を示している。
【００５４】
（ｂ）温度調整工程
続いて、ヒータ２０７に電力を供給し、処理室２０１内を所定のクリーニング温度となるように均一に加熱する（Ｓ１４）。
【００５５】
（ｃ）圧力調整工程
その後、圧力コントローラ２５４により、処理室２０１内が所定のクリーニング圧力となるように制御する（Ｓ１５）。
【００５６】
（ｄ）クリーニングガス供給工程
処理室２０１内の温度が、それぞれ所定のクリーニング温度に到達して安定したら、ガス導入口２０１ａから処理室２０１内にクリーニングガスを供給する（Ｓ１６）。
【００５７】
（ｅ）プラズマ生成工程
処理室２０１内の圧力が、所定のクリーニング圧力に到達して安定したら、活性化機構３００の電極棒３０１に高周波の交流電力を供給して、活性化機構３００の周辺にあるクリーニングガスをプラズマ化する（Ｓ１７）。プラズマ化されたクリーニングガスは、処理室２０１の内壁、支持台２０６、サセプタ２１７等に付着した付着膜を、プラズマ化学反応により除去する。
【００５８】
その後、所定時間が経過した後、活性化機構３００の電極棒３０１への電力供給を停止する。さらに、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ｄを閉じてクリーニングガスの供給を停止する。その結果、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、クリーニング工程が終了する。なお、図５に示すように、クリーニング時にサセプタ２１７表面の基板載置領域を保護するために、サセプタ２１７上にダミー基板２００ａを載置するようにしてもよい。
【００５９】
（５）本発明の一実施形態における効果
本発明の一実施形態によれば、処理室２０１内の活性化機構３００によりクリーニングガスをプラズマ化することで、プラズマ化学反応により処理室２０１内の付着膜を除去することが可能となる。そのため、基板処理装置の保守に際してパーツ交換を行う場合に比べ、基板処理装置のダウンタイムを短縮でき、生産性低下を防止することが出来る。
【００６０】
また、本発明の一実施形態によれば、処理室２０１内に処理ガスを供給して基板２００を処理する際は、活性化機構３００を退避室３０５に退避させる。その結果、シャワーヘッド２３４と支持台２０６との間の障害物がなくなり、シャワーヘッド２３４から基板２００上へ均一に処理ガスを供給することが出来る。これにより、基板２００上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００６１】
＜本発明の好ましい態様＞
第１の態様は、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する支持台と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構と、前記処理室と連通するように設けられ、前記活性化機構を前記処理室から退避させる退避室と、前記活性化機構を前記処理室と前記退避室との間で搬送する移送機構と、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断する遮断機構と、前記基板を処理する際は、前記活性化機構を前記退避室に退避させ、前記遮断機構により前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断させた状態で、前記ガス供給部から処理ガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする際は、前記活性化機構を前記処理室内に移動させた状態で、前記ガス供給部からクリーニングガスを供給させ、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化させる、ように制御するコントローラと、を有する基板処理装置である。
第１の態様によれば、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することができ、基板上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００６２】
ここで、第１の態様における基板処理装置の前記活性化機構は、前記ガス供給部と前記支持台との間に挿入されることが好ましい。これにより、前記ガス供給部及び前記支持台の周辺部分について局所的にプラズマを生成することができ、付着膜の厚い領域を重点的にクリーニングすることが可能となる。
【００６３】
第２の態様は、基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構を、前記処理室に連通する退避室に退避させ、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断した状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、前記活性化機構を前記退避室から前記処理室内に移動する工程と、前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化して前記処理室内をクリーニングする工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
第２の態様によれば、処理室内の付着膜を化学的反応により除去することができ、基板上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【図２】従来の基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉において、基板の上方を活性化機構が覆う様子を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉において、活性化機構を退避室に退避させた状態を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置である枚葉式処理装置の処理炉において、活性化機構を処理室内に挿入させた状態を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程を示す。
【符号の説明】
【００６５】
２００ 基板
２０１ 処理室
２０１ａ ガス導入口（ガス供給部）
２０６ 支持台
２５６ メインコントローラ
３００ 活性化機構
３０３ 遮断機構
３０５ 退避室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持する支持台と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構と、
前記処理室と連通するように設けられ、前記活性化機構を前記処理室から退避させる退避室と、
前記活性化機構を前記処理室と前記退避室との間で移送する移送機構と、
前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断する遮断機構と、
前記基板を処理する際は、前記活性化機構を前記退避室に退避させ、前記遮断機構により前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断させた状態で、前記ガス供給部から処理ガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする際は、前記活性化機構を前記処理室内に移動させた状態で、前記ガス供給部からクリーニングガスを供給させ、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化させる、ように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構を、前記処理室に連通する退避室に退避させ、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断した状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、
前記活性化機構を前記退避室から前記処理室内に移動する工程と、
前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化して前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持する支持台と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構と、
前記処理室と連通するように設けられ、前記活性化機構を前記処理室から退避させる退避室と、
前記活性化機構を前記処理室と前記退避室との間で移送する移送機構と、
前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断する遮断機構と、
前記基板を処理する際は、前記活性化機構を前記退避室に退避させ、前記遮断機構により前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断させた状態で、前記ガス供給部から処理ガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする際は、前記活性化機構を前記処理室内に移動させた状態で、前記ガス供給部からクリーニングガスを供給させ、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化させる、ように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内のガスをプラズマ化する活性化機構を、前記処理室に連通する退避室に退避させ、前記処理室と前記退避室との間のガス流通を遮断した状態で、前記処理室内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、
前記活性化機構を前記退避室から前記処理室内に移動する工程と、
前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し、前記活性化機構により前記処理室内の前記クリーニングガスをプラズマ化して前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２５８４５２（Ｐ２００８−２５８４５２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９９９７７（Ｐ２００７−９９９７７）
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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