JP6066571B2

JP6066571B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6066571B2
Application number: JP2012032682A
Authority: JP
Inventors: 康寿坪田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: KR101435866B1; US20140057456A1; KR20130095226A; JP2013171843A; US9147573B2

Description

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、複数の基板を処理室内に搬入する工程と、前記基板を処理温度まで昇温させる工程と、前記処理室内に反応ガスを供給してプラズマ化する工程と、前記反応ガスのプラズマを用いて前記基板表面を処理する工程と、前記基板を降温させる工程と、処理後の前記基板を前記処理室内より搬出する工程とを有し、前記基板を処理温度まで昇温させる過程において、水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを前記処理室内に供給する半導体デバイスの製造方法が開示されている。

特許文献２には、金属膜及びポリシリコン膜が表面に露出している被処理基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室に還元性ガスを導入し、プラズマ放電して還元性ガスプラズマを生成し、前記還元性ガスプラズマで被処理基板を処理する工程と、前記還元性ガスプラズマで前記被処理基板を処理する工程の後、前記処理室に酸素または酸素含有ガスを徐々に導入し、前記還元性ガスと酸素または酸素含有ガスとの混合ガスをプラズマ放電して混合プラズマを生成し、前記混合プラズマで前記被処理基板を処理する工程と、を有する半導体装置の製造方法が開示されている。

特開２００７−３３５６０８号公報特開２０１１−１８９０９号公報

従来の技術においては、意図せずに被処理基板が酸化してしまうことがあり、一方の面と他方の面とで均一に加熱がなされないことがあるとの問題があった。
本発明の目的は、被処理基板の意図しない酸化を抑制するとともに、被処理基板の一方の面と他方の面とにおける加熱の不均一さを抑制することができ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にある。

請求項１に係る本発明は、金属元素含有膜及びシリコン含有膜が露出した被処理基板を処理する処理室と、前記処理室に設けられ、前記被処理基板を支持する第一基板支持部と、前記処理室に設けられ、前記被処理基板を、前記第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で支持する第二基板支持部と、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、前記処理基板を加熱する加熱部と、前記処理室内のガスを励起する励起部と、前記処理室内を排気する排気部と、少なくとも前記ガス供給部、前記励起部、及び前記排気部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記被処理基板が前記第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で前記第二基板支持部に支持され、前記ガス供給部に前記被処理基板の裏面へ還元性ガスを供給させるとともに、前記加熱部に前記被処理基板を加熱させ、前記被処理基板が前記第一基板支持部に支持されている状態で、前記ガス供給部に前記処理室内へ酸化性ガス及び還元性ガスを供給させるとともに、供給された前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを前記励起部に励起させるように制御する基板処理装置である。

請求項２に係る本発明は、前記加熱部は、前記第一基板支持部及び前記処理室の少なくともいずれか一方に設けられている請求項１記載の基板処理装置である。

請求項５に係る本発明は、金属元素含有膜及びシリコン含有膜が露出した被処理基板を処理室に搬入する搬入工程と、前記被処理基板を加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後に前記被処理基板を処理する処理工程と、を有し、前記加熱工程は、前記被処理基板を、第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で第二基板支持部に支持するステップと、前記処理室内を排気するステップと、前記被処理基板を、前記第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で前記第二基板支持部に支持し、前記被処理基板の裏面に還元性ガスを供給するステップと、前記第一基板支持部から離して前記第二基板支持部で支持した前記被処理基板を加熱するステップと、を有し、前記処理工程は、前記被処理基板を前記第一基板支持部に支持するステップと、加熱部が前記被処理基板を加熱するステップと、前記処理室内に酸化性ガス及び還元性ガスを供給するステップと、供給された前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを励起するステップと、前記処理室を排気するステップと、を有する半導体装置の製造方法である。

請求項１に係る本発明によれば、被処理基板の意図しない酸化を抑制するとともに、被処理基板の一方の面と他方の面とにおける加熱の不均一さを抑制することができる基板処理装置を提供することができる。

請求項２に係る本発明によれば、請求項１に係る本発明が奏する効果を奏することに加えて、本構成を有しない場合と比較して、被処理基板を均一に加熱することができ、基板の表面に付着する酸素を効率良く除去することができる基板処理装置を提供することができる。

請求項５に係る本発明によれば、被処理基板の意図しない酸化を抑制するとともに、被処理基板の一方の面と他方の面とにおける加熱の不均一さを抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。図１に示す基板処理装置を用いた半導体装置の製造工程を示す流れ図である。図２に示す半導体装置の製造工程のシーケンスを示す図である。図２に示す半導体装置の製造工程のシーケンスの変形例を示す図である。図２に示す半導体装置の製造工程のシーケンスの第２の変形例を示す図である。

次に本発明実施形態に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法の一形態を説明する。
以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。例えば、被処理基板を同時に処理する枚数、被処理基板を保持する向き、処理温度、処理室等の形状、ガスの励起方法等は、以下で一例として説明する形態に制限されるものではない。

以下の説明においては、プラズマ処理炉の一つであり、電界と磁界により高密度プラズマを生成することができる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の被処理基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）を有する基板処理装置を実施形態の一例として示して本発明の説明をする。以下で説明するＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワーヘッドを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。また、以下で説明するＭＭＴ装置は、放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成することができる。また、反応ガスを励起分解させて被処理基板の表面を酸化させたり、又は窒化させたり等の拡散処理をすることができる。また、被処理基板表面に薄膜を形成するか、基板表面をエッチングする等、被処理基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。

図１には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１００が示されている。
基板処理装置１００は、被処理基板として用いられるウエハ２００を処理する装置であり、先述のようにＭＭＴ装置であって、処理容器２０３を備えた処理炉２０２を有し、処理炉２０２の内側の空間が処理室２０１として用いられている。処理室２０１では、例えば金属元素含有膜とシリコン含有膜とが露出したウエハ２００の処理がなされる。ウエハ２００の表面に露出している金属元素含有膜は、例えば、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、ルテニウム等の少なくとも何れかを含有している。また、ウエハ２００の表面に露出している露出しているシリコン含有膜は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜や、アモルファスシリコン膜、シリコン膜、シリコン酸化膜等の少なくとも何れかを含有している。

処理容器２０３は、第1の容器として用いられている例えばドーム形状の上側容器２１０と、第２の容器として用いられている例えば碗型の下側容器２１１とで、上側容器２１０が下側容器２１１の上に被せられるようにして形成されている。上側容器２１０は酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。尚、上側容器２１０を非金属材料で形成し、下側容器２１１をアルミニウムで形成することと併せて、後述するサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス、又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に被処理基板の膜中に取り込まれる金属汚染が低減する。

また、基板処理装置１００は、シャワーヘッド２３６を有する。
シャワーヘッド２３６は、処理室２０１の上部に設けられていて、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として用いられている。ガス導入口２３４には、ガスを供給するガス供給管２３２が接続されており、ガス供給管２３２は、開閉弁であるバルブ２４３ａと、流量制御器として用いられ、流量制御手段として用いられているマスフローコントローラ２４１とを介して反応ガス２３０を収納するガスボンベ（不図示）に繋がっている。シャワーヘッド２３６は、反応ガス２３０を処理室２０１に供給するために用いられている。

また、基板処理装置１００においては、後述するサセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように、下側容器２１１の側壁にガスを排気するガス排気口２３５が形成されていて、ガス排気口２３５にはガスを排気するガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１は、圧力調整器として用いられているＡＰＣ２４２と、開閉弁として用いられているバルブ２４３ｂとを介して排気装置として用いられている真空ポンプ２４６に接続されている。

また、基板処理装置１００は、供給される反応ガス２３０を励起させる放電機構として用いられていて、放電手段として用いられている筒状電極２１５を有する。筒状電極２１５は、処理容器２０３の外周に設置されていて、処理室２０１内におけるプラズマ生成領域２２４を囲むように配置されている。筒状電極２１５には、インピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。

また、基板処理装置１００は、筒状磁石２１６を有する。筒状磁石２１６は、筒状に形成されていて、磁界形成機構として用いられているとともに、磁界形成手段として用いられていて、例えば永久磁石で形成からなる。また、筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍にそれぞれ１つが配置されている。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）にそれぞれ磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。このため、内周部の磁極同士が互いに異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。

処理炉２０２は、ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するために用いられており、先述の処理室２０１、処理容器２０３、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５等から構成されていて、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。

また、基板処理装置１００は、遮蔽板２２３を有する。遮蔽板２２３は、筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲に配置されていて、筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を遮蔽する。

また、基板処理装置１００は、処理室２０１に設けられ、ウエハ２００を支持する第一基板支持部として用いられているサセプタ２１７を有する。サセプタ２１７は、ウエハ２００を加熱する加熱部としても用いられている。また、サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させるための電極である電極２１７ｃが装備されていて、この電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、サセプタ２１７等を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。

サセプタ２１７は、処理室２０１の底側中央に配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、内部にヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれていて、ウエハ２００を加熱することができるようになっている。より具体的には、サセプタ２１７はウエハ２００を例えば７００℃程度にまで加熱することができるように構成されている。このように、サセプタ２１７は、ウエハ２００を加熱する加熱機構として用いられていて、加熱手段として用いられている。また、サセプタ２１７には貫通孔２１７ａが形成されている。

また、サセプタ２１７をウエハ２００の加熱機構として用い、加熱手段として用いること併せて、例えば加熱ランプ２８０等を処理室２０１に設ける等して、処理室２０１にウエハ２００を加熱する加熱手段を設けても良い。即ち、基板処理装置１００においては、第一基板支持部として用いられているサセプタ２１７、及び処理室２０１の少なくともいずれか一方にウエハ２００を加熱する加熱部を設ければ良い。

サセプタ２１７に加熱部を設けた場合、ウエハ２００を後述するリフタピン２６６で支持して加熱する際に、サセプタ２１７とウエハ２００との間でガスを加熱し、この加熱したガスをウエハ２００に表面に供給することができるので、ウエハ２００を均一に加熱することができる。また、温度が上昇し活性度が上昇したガスがウエハ２００に下向きの面に供給されるため、ウエハ２００の下向きの面への処理が良好になされる。

処理室２０１に加熱部を設けた場合は、処理室２０１内に存在する例えば還元性ガスと酸化性ガス等のガスを加熱することができ、ガスの活性度を向上させることができる。また、サセプタ２１７と処理室２０１との両方に加熱部を設けた場合は、ウエハ２００の上向きの面と下向きの面とを同時に加熱することができ、ウエハ２００の上向きの面と下向きの面との温度差を低減することができる。

また、基板処理装置１００は、サセプタ昇降機構２６８を有する。サセプタ昇降機構２６８は、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構として用いられている。

また、基板処理装置１００は、例えば３個のリフタピン２６６を有する。リフタピン２６６は、処理室２０１に設けられていて、ウエハ２００をサセプタ２１７の上で支持する第二基板支持部として用いられている。リフタピン２６６は、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降した際に、サセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう配置されている。

また、基板処理装置１００は、ゲートバルブ２４４を有する。ゲートバルブ２４４は、下側容器２１１の側壁に取り付けられていて、仕切弁として用いられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、搬送機構（不図示）により処理室２０１内にウエハ２００を搬入することができ、処理室２０１内からウエハ２００を搬出することができるようになる。また、ゲートバルブ２４４は、処理室２０１を気密に閉じることができる。

また、基板処理装置１００は、コントローラ１２１を有する。コントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を制御し、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を制御し、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を制御し、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを制御し、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータやインピーダンス可変機構２７４等を制御する。

以上のように構成された基板処理装置１００においては、先述のように、サセプタ２１７が、処理室２０１に設けられ、ウエハ２００を支持する第一基板支持部として用いられていて、リフタピン２６６が、処理室２０１に設けられていて、ウエハ２００をサセプタ２１７の上で支持する第二基板支持部として用いられている。また、基板処理装置１００においては、マスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａ、バルブ２４３ｂ、シャワーヘッド２３６等がガス供給部として用いられていて、このガス供給部が、後述するように処理室２０１に酸化性ガス、窒素含有ガス、還元性ガス等のガスを供給する。ここで、酸化性ガスとは、酸素（Ｏ₂）、亜酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂）オゾン（Ｏ₃）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）、等の少なくとも何れかを含有するガスである。窒素含有ガスとは、窒素（Ｎ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）等の少なくとも何れかを含有するガスである。還元性ガスとは、水素（Ｈ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、一酸化炭素（ＣＯ）等の少なくとも何れかを含むガスである。酸素含有ガスは、好ましくは常温常圧状態で気体状の酸素含有ガスである。還元性ガスは、好ましくは水素含有ガスである。

また、基板処理装置１００においては、先述のように、サセプタ２１７がウエハ２００を加熱する加熱部として用いられていて、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、高周波電源２７３等が処理室２０１内のガスを励起する励起部として用いられている。また、基板処理装置１００においては、ガス排気管２３１、真空ポンプ２４６等が処理室２０１内を排気する排気部として用いられている。また、コントローラ１２１は、少なくとも、サセプタ昇降機構２６８と、マスフローコントローラ２４１等からなるガス供給部と、例えばサセプタ２１７からなる加熱部と、高周波電源２７３等を有する励起部と、真空ポンプ２４６等を有する排気部とを制御する制御部として用いられている。

以上のように構成された基板処理装置１００においては、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ２００の表面に対し、又はウエハ２００の表面に形成された下地膜の表面に対して所定のプラズマ処理を施すことができる。このプラズマ処理は、コントローラ１２１が基板処理装置１００の各部を制御することによりなされ、より具体的には、以下のようになされる。

即ち、処理室２０１の外部からウエハ２００を搬送する搬送機構（不図示）によってウエハ２００が処理室２０１内に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この際、サセプタ２１７にウエハが搬送される搬送位置まで下降し、リフタピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過し、これにより、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけリフタピン２６６が突き出た状態となる。次に、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開かれ、搬送機構（不図示）によってウエハ２００がリフタピン２６６の先端に載置される。そして、搬送機構が処理室２０１外へ退避した後、ゲートバルブ２４４が閉じられる。そして、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇し、これにより、サセプタ２１７上面にウエハ２００が載置された状態となり、サセプタ２１７は、さらにウエハ２００を処理する位置まで上昇する。

この際、サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を、室温から例えば７００℃の範囲内における予め定められた所定の温度になるように加熱する。処理室２０１内の圧力は、真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて、例えば０．１〜１０００Ｐａの範囲内の予め定められた圧力に維持される。

ウエハ２００の温度が予め定められた処理温度に達し、安定化した後、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０に形成されたガス吹出口２３９を介して、例えば酸素ガス、窒素ガス、希ガス等の処理ガスが処理室２０１に配置されているウエハ２００のプラズマ処理がなされる処理面である上向きの面に向けて導入される。この際、導入され処理ガスの流量は、１〜１００００ｓｃｃｍの範囲内における予め定められた流量とされる。処理ガスの導入と例えば同時に、整合器２７２を介して高周波電源２７３から筒状電極２１５に、例えば１０〜３０００Ｗの範囲内の予め定められた電力の高周波電力が印加される。高周波電力が印加される回路のインピーダンスは、インピーダンス可変機構２７４によって所望のインピーダンス値となるように制御されている。

筒状電極２１５に電圧が印加されると、筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ処理が終わったウエハ２００は、搬送機構（不図示）を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。

図２には、基板処理装置１００を用いた本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程が示されている。図２に示されるように、最初の工程であるステップＳ１００は搬入工程であり、コントローラ１２１は、搬送機構（不図示）を制御してウエハ２００を処理室２０１内に搬入させる。

次の工程であるステップＳ２００は加熱工程であり、コントローラ１２１は、基板処理装置１００の各部を制御してウエハ２００を加熱させる。この加熱工程は、ウエハ２００がリフタピン２６６に載置された状態となるように搬送機構（不図示）等を制御するステップと、処理室２０１内を排気するように真空ポンプ２４６等を制御するステップと、処理室２０１内に還元性ガスを供給するようにバルブ２４３ａ等を制御するステップと、サセプタ２１７等にウエハ２００を加熱させるステップとを有する。還元性のガスとしては、例えば水素ガスが用いられる。処理室２０１内への還元性ガスの供給と、ウエハ２００の加熱とは、工程の一部又は全部が同時になされる。

この加熱工程においては、還元性ガスを供給させつつ、ウエハ２００が加熱させる。このため、ウエハ２００が酸化しにくく、ウエハ２００に形成された金属元素含有膜の意図しない酸化が抑制される。また、この加熱工程においては、リフタピン２６６に支持された状態でウエハ２００が加熱される。このため、ヒータを有するサセプタ２１７に支持された状態でウエハ２００が加熱される場合と比較して、ウエハ２００は上側の面と下側の面とが均一に加熱される。また、リフタピン２６６で支持されているため、ウエハ２００の下側の面の下方に空間が形成され、この空間にも還元性ガスが供給される。このように、ウエハ２００裏面に還元性ガスを供給することにより、ウエハ２００の下側の面に付着した酸素を除去することができる。よって、ウエハ２００裏面から放出される微量な酸素による、ウエハ２００の表面に形成された金属元素含有膜への意図しない酸化を防止することができる。

また、サセプタ２１７に設けられたヒータの他に、処理室に別途加熱手段としての加熱ランプ（不図示）を設けることにより、ウエハ２００の上側の面と下側の面をより均一に加熱することができる。処理室２０１内の空間に熱エネルギを放射することにより、処理室２０１内に存在する還元性ガスを直接加熱できる。また、処理室２０１内の部材や内壁の表面を加熱することができ、処理室２０１内の部材や内壁表面に付着した酸素元素と還元性ガスとの反応効率を向上させることができ、酸素元素の除去効率を向上させることができる。

次の工程であるステップＳ３００は処理工程であり、コントローラ１２１は、基板処理装置１００の各部を制御してウエハ２００に処理を施させる。この処理工程は、ウエハ２００がサセプタ２１７に載置された状態となるようにサセプタ昇降機構２６８等を制御するステップと、ウエハ２００を加熱するようにサセプタ２１７等を制御するステップと、処理室２０１内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給するようにバルブ２４３ａ等を制御するステップと、処理室２０１内に供給された酸化性ガスと還元性ガスが励起するように高周波電源２７３等を制御するステップとを有する。ここで、酸化性ガスは、酸素含有ガスであり、還元性ガスは、水素含有ガスである。すなわち、ステップＳ３００において、処理室２０１内に酸素ガスと水素ガスとを供給しても良い。

次のステップであるステップＳ４００は、停止工程であり、コントローラ１２１は、ガスの供給を停止させる。この停止工程は、酸化性ガス供給を停止させるステップと、酸化性ガスの供給を停止させた後に、還元性ガスの供給を停止させるステップとを有する。酸化性ガスは、非励起状態であってもウエハ２００を酸化させる可能性がある。このため、この停止工程では、先に酸素の供給を停止させ、処理室２０１内の酸化性ガス濃度を下げることによって、ウエハ２００が不要に酸化することを抑制している。また、励起状態の水素が励起状態の酸素や非励起状態の酸素ガスよりも後まで処理室２０１内に残るので、処理中に、ウエハ２００の金属元素含有膜が酸化されていたとしても、この酸化された金属元素含有膜が還元される。

図３には、図２で工程を示した半導体装置の製造方法のシーケンスが示されている。
図３に示すように、ウエハ２００が処理室２０１に搬入された後、時間ｔ１から処理室２０１内の排気が開始され、時間ｔ２までの間は処理室２０１内が排気される。そして、時間ｔ２に処理室２０１内への、例えば水素ガス等の還元性ガスの供給が開始され、時間ｔ２から時間ｔ３までの間は処理室２０１内に還元性ガスを供給される。排気と還元性ガスの供給とがなされる時間ｔ１から時間ｔ３までの間に、処理室２０１内の雰囲気が還元され、置換される。排気することにより、処理室２０１内に混入した酸素元素を含むガスを排出することができ、また、真空度を高めた状態で還元性のガスを供給することにより、還元性のガスを加熱されたサセプタ２１７や処理室２０１内に存在する加熱された部材に効率良く当てることができ、活性度の高い還元性ガスを多く形成することができる。よって、処理室２０１内に存在する酸化性ガスや基板に付着した酸素元素の除去効率を向上させることができる。

時間ｔ３から筒状電極２１５による放電の準備が開始され、時間ｔ４に筒状電極２１５の放電が開始され、時間ｔ５に筒状電極２１５の放電が停止される。時間ｔ４から時間ｔ５までの間は、処理室２０１内に還元性ガスと、酸化性ガスが供給される。時間ｔ５からは、ウエハ２００を排出するための準備がなされる。

尚、上述のシーケンスにおいて、時間ｔ１から時間ｔ２になされた処理室２０１内の排気と、時間ｔ２から時間ｔ３になされた処理室２０１内への還元性ガスの供給のいずれか一方を省略して処理を簡便化しても良い。

図４には、図３に示すシーケンスの変形例が示されている。
図３に示すシーケンスでは、時間ｔ２から時間ｔ３までの間に処理室２０１内に還元性ガスを供給する際に処理室２０１内の圧力を調整していなかった。これに対して、この図４に示すシーケンスでは、時間ｔ２から時間ｔ３の間に処理室２０１内に還元性ガスを供給する際に、処理室２０１内の圧力を調整し、これにより還元性ガスからウエハ２００への熱伝導量を制御し、ウエハ２００の加熱量を制御している。処理室２０１内の圧力は、例えば、ウエハ２００をサセプタ２１７上に移載するときの圧力よりも高い圧力にする。圧力を高くすることにより、ウエハ２００の上側の面への加熱効率を向上させることができる。

図４に示すシーケンスにおいて、ウエハ２００は時間ｔ１に処理室２０１内に搬送されると同時に処理室２０１の熱の影響を受け始める。この際、ウエハ２００の温度変化は、ヒータを有するサセプタ２１７に対向する部分が最も大きいと考えられる。また、ウエハ２００を加熱する際に、ウエハ２００の昇温速度が速すぎるとウエハ２００に過剰な熱応力が発生してしまう虞がある。一方、ウエハ２００の昇温速度を遅くすると、処理時間が長くなってしまうという問題がある。図４に示すシーケンスでは、リフタピン２６６でウエハ２００を支持し、ウエハ２００とサセプタ２１７とを離間させた状態とし、処理室２０１内に還元性ガスを供給する際に処理室２０１内の圧力を調整することで、還元性ガスからウエハ２００への熱伝導量を制御し、ウエハ２００の昇温速度を制御している。

また、このシーケンスでは、加熱工程Ｓ２００での還元性ガスとして水素を用いている。ここで、水素は他のガスと比較して熱伝導率が高いので、還元ガスがウエハ２００への熱伝導に寄与する割合が他の還元ガスを用いた場合よりも大きい。このため、処理室２０１内の圧力を調整することで、ウエハ２００への熱伝導量を調整することは、水素ガス以外の還元ガスを用いる場合と比較してより有用である。

尚、基板昇温行程での還元性ガスの一例として水素ガスを用いる例について説明をしたものの、水素ガス以外の還元性ガスを用いる場合であっても良い。すなわち、分子量が小さいガスであれば、処理室２０１内の圧力を調整することでウエハ２００へ熱伝導量を好適に制御することができる。

図５には、図３に示すシーケンスの第２の変形例が示されている。
図５に示すシーケンスでは、時間ｔ２から時間ｔ３までの間に処理室２０１内に還元性ガスを供給する際に処理室２０１内の圧力を調整することに加えて、時間ｔ５に筒状電極２１５の放電を停止させることに先立ち、酸化性ガスの供給を停止させ、予め定められた所定の時間、処理室２０１内に還元性ガスだけを供給させた後、時間ｔ５に還元性ガスの供給を停止させるとともに、筒状電極２１５の放電を停止させている。

処理室２０１内に還元性ガスだけを供給させる時間は、処理室２０１の体積、処理室２０１からの排気速度、処理室２０１内に還元性ガスが供給される速度等を考慮して定められ、例えば、１〜３０秒程度に定められる。また、還元性ガスが処理室２０１内に供給される流量を、徐々に低減させていき時間ｔ５で停止させるようにしても良いし、筒状電極２１５からの放電を徐々に低下させていき、時間ｔ５に放電を停止させるようにしても良い。

また、発明者は、鋭意研究した結果、ウエハ２００上に、金属元素含有膜とシリコン含有膜が積層された微細な凸構造が複数形成されている場合は、ウエハ２００表面積が多くなり、金属元素含有膜が酸化される部位が生じる可能性があることを見出した。また、微細な凸構造が複数形成されている場合には、熱ストレスが加わり易くなる可能性が有ることを見出した。このようなウエハ２００を用いる場合に、上述のように、還元性ガスを供給しつつ、ウエハ２００をリフタピン２６６に支持した状態で加熱することにより、ウエハ２００の熱ストレスによる反りを低減させつつ、ウエハ２００上に形成された金属元素含有膜の酸化を防止することができる。

また、上述のシーケンスに加えて、励起状態の水素と励起状態の酸素でウエハ２００を処理した後に酸化性ガスの供給を止めた状態で、ウエハ２００をリフタピン２６６で上に保持した状態で、励起状態の水素や還元性ガスをウエハ２００の下側に供給するようにしても良い。処理後にウエハ２００の下側に活性な水素を供給することにより、ウエハ２００の下側の面やサセプタ２１７の表面に付着した酸素元素を除去することができ、搬出工程でウエハ２００の下側の面やサセプタ２１７の表面から脱離する酸素によるウエハ２００上側の面に形成された膜の酸化を防止することができる。また、サセプタ２１７の表面やウエハ２００の上側の面や下側の面、処理室２０１の内壁、処理室２０１内に設けられた部材の表面等を水素で終端処理することにより、これらの表面に酸素が付着したとしても、容易に酸素を除去することが可能となる。

本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。

〔付記１〕
金属元素含有膜及びシリコン含有膜が露出した被処理基板を処理する処理室と、
前記処理室に設けられ、被処理基板を支持する第一基板支持部と、
前記処理室に設けられ、被処理基板を前記第一基板支持部の上で支持する第二基板支持部と、
前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
被処理基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内のガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
少なくとも前記ガス供給部、前記励起部、及び前記排気部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
被処理基板が前記第二基板支持部に支持されている状態で、前記ガス供給部に前記処理室内へ還元性ガスを供給させるとともに、前記加熱部に被処理基板を加熱させ、
被処理基板が、前記第一基板支持部に支持されている状態で、前記ガス供給部に前記処理室内へ酸化性ガス及び還元性ガスを供給させるとともに、供給された酸化性ガス及び還元性ガスを前記励起部に励起させるように制御する
基板処理装置。

〔付記２〕
前記加熱部は、前記第一基板支持部及び前記処理室の少なくともいずれか一方に設けられている付記１記載の基板処理装置。

〔付記３〕
金属元素含有膜及びシリコン含有膜が露出した被処理基板を処理室に搬入する搬入工程と、
被処理基板を加熱する加熱工程と、
被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、
被処理基板を第一基板支持部に載置するステップと、
加熱部が被処理基板を加熱するステップと、
ガス供給部が前記処理室内に酸化性ガス及び還元性ガスを供給するステップと、
供給された酸化性ガス及び還元性ガスを励起部が励起するステップと、
排気部が前記処理室を排気するステップと、
を有し、
前記加熱工程は、
被処理基板を、前記第一基板支持部の上で支持する第二基板支持部に載置するステップと、
前記排気部が前記処理室内を排気するステップと、
前記ガス供給部が前記処理室内に還元性ガスを供給するステップと、
前記加熱部が被処理基板を加熱するステップと、
を有する
半導体装置の製造方法。

〔付記４〕
ガスの供給を停止するガス停止工程をさらに有し、
前記停止工程は、
酸化性ガスの供給を停止するステップと、
酸化性ガスの供給を停止した後に、還元性ガスの供給を停止するステップと、
を有する
付記３記載の半導体装置の製造方法。

〔付記５〕
金属膜及びシリコン膜が表面に露出している被処理基板を処理室に搬入する搬入工程と、
前記処理室内の雰囲気を還元性ガスで置換する置換工程と、
前記処理室内の雰囲気が還元性ガスで置換された後に、前記処理室に還元性ガスと酸化性ガスとを導入し、プラズマ放電することで被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記置換工程において、前記処理室内の圧力を調整することで還元性ガスから被処理基板への熱伝導量を制御する基板処理方法。

〔付記６〕
前記置換工程に先立ち、前記処理室内の雰囲気ガスを排気する排気行程をさらに有する服５記載の基板処理方法。

〔付記７〕
前記処理工程の後に、ガスの供給及びプラズマ放電を停止させるプラズマ停止工程をさらに有し、
前記停止工程においては、酸化性ガスの導入を停止させた後に、還元性ガスの導入とプラズマ放電とが停止させる付記５又は６記載の基板処理方法。

〔付記８〕
還元性ガスとして水素ガスを用いる付記５乃至７いずれか記載の基板処理方法。

〔付記９〕
前記置換工程では、処理室内の圧力を前記搬送工程の圧力よりも高くする基板処理方法。

〔付記１０〕
また、前記被処理基板上には、金属元素含有膜とシリコン含有膜が積層された微細な凸構造が複数形成されている。

〔付記１１〕
また、前記ガス停止工程と前記プラズマ停止工程の何れか若しくは両方の工程では、前記被処理基板を前記第二基板支持部で支持する。

以上で説明をしたように、本発明は、基板処理装置と、半導体装置の製造方法とに適用することができる。

１００：基板処理装置
１２１：コントローラ
２００：ウエハ
２０１：処理室
２１５：筒状電極
２１６：筒状磁石
２１７：サセプタ
２３１：ガス排気管
２３２：ガス供給管
２３６：シャワーヘッド
２４６：真空ポンプ
２６６：リフタピン
２６８：サセプタ昇降機構
２７３：高周波電源

Claims

金属元素含有膜及びシリコン含有膜が露出した被処理基板を処理する処理室と、
前記処理室に設けられ、前記被処理基板を支持する第一基板支持部と、
前記処理室に設けられ、前記被処理基板を、前記第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で支持する第二基板支持部と、
前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
前記処理基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内のガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
少なくとも前記ガス供給部、前記励起部、及び前記排気部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記被処理基板が前記第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で前記第二基板支持部に支持され、前記ガス供給部に前記被処理基板の裏面へ還元性ガスを供給させるとともに、前記加熱部に前記被処理基板を加熱させ、
前記被処理基板が前記第一基板支持部に支持されている状態で、前記ガス供給部に前記処理室内へ酸化性ガス及び還元性ガスを供給させるとともに、供給された前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを前記励起部に励起させるように制御する
基板処理装置。
前記加熱部は、前記第一基板支持部及び前記処理室の少なくともいずれか一方に設けられている請求項１記載の基板処置装置。
前記制御部は、
前記ガス供給部に前記被処理基板の裏面へ前記還元性ガスを供給させる際に、前記処理室内の圧力を制御する請求項１記載の基板処理装置。
前記制御部は、
前記ガス供給部に前記酸化性ガスを停止させた後に、前記還元ガスを停止させるとともに、前記励起部に励起を停止させるように制御する請求項１記載の基板処理装置。
金属元素含有膜及びシリコン含有膜が露出した被処理基板を処理室に搬入する搬入工程と、
前記被処理基板を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の後に前記被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記加熱工程は、
前記被処理基板を、第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で第二基板支持部に支持するステップと、
前記処理室内を排気するステップと、
前記被処理基板を、前記第一基板支持部に形成された貫通孔から突き出た状態で前記第二基板支持部に支持し、前記被処理基板の裏面に還元性ガスを供給するステップと、
前記第一基板支持部から離して前記第二基板支持部で支持した前記被処理基板を加熱するステップと、
を有し、
前記処理工程は、
前記被処理基板を前記第一基板支持部に支持するステップと、
加熱部が前記被処理基板を加熱するステップと、
前記処理室内に酸化性ガス及び還元性ガスを供給するステップと、
供給された前記酸化性ガス及び前記還元性ガスを励起するステップと、
前記処理室を排気するステップと、
を有する
半導体装置の製造方法。
前記加熱工程において前記処理室内に前記還元性ガスを供給するステップでは、
前記処理室内の圧力を調整することで前記還元性ガスから前記被処理基板への熱伝導量を制御する請求項５記載の半導体装置の製造方法。
前記処理工程は、ガスの供給を停止する工程をさらに有し、
前記ガスの供給を停止する工程は、
前記酸化性ガスの供給を停止するステップと、
前記酸化性ガスの供給を停止した後に、前記還元性ガスの供給を停止するステップと、
を有する
請求項５又は６記載の半導体装置の製造方法。
前記ガスの供給を停止する工程は、
前記酸化性ガスの供給を停止した後に、前記還元性ガスの供給を停止するとともに前記励起を停止するステップを有する
請求項７記載の半導体装置の製造方法。
前記還元性ガスとして水素ガスを用いる請求項５乃至８のいずれか記載の半導体装置の製造方法。