(57)【要約】【課題】基板の表面に吸着した不純物の量に応じて不純物を除去するための処理条件を制御すること。【解決手段】本実施形態の成膜装置は、基板を収容して前記基板に所定の膜を形成する成膜処理を行う処理容器と、前記処理容器内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内を排気して前記処理容器内の圧力を調整する排気手段と、前記処理容器内の不純物濃度を検出する不純物濃度検出手段と、前記不純物濃度検出手段により検出された前記不純物濃度が所定値以上である場合、前記処理容器内を排気することなく前記処理容器内に前記不活性ガスを供給する供給ステップと、前記処理容器内に前記不活性ガスを供給することなく前記処理容器内を排気する排気ステップと、を含むパージ処理を行い、前記不純物濃度検出手段により検出された前記不純物濃度が所定値未満である場合、前記基板に前記成膜処理を行うように制御する制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容して前記基板に所定の膜を形成する成膜処理を行う処理容器と、
前記処理容器内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内を排気して前記処理容器内の圧力を調整する排気手段と、
前記処理容器内の不純物濃度を検出する不純物濃度検出手段と、
前記不純物濃度検出手段により検出された前記不純物濃度が所定値以上である場合、前記処理容器内を排気することなく前記処理容器内に前記不活性ガスを供給する供給ステップと、前記処理容器内に前記不活性ガスを供給することなく前記処理容器内を排気する排気ステップと、を含むパージ処理を行い、前記不純物濃度検出手段により検出された前記不純物濃度が所定値未満である場合、前記基板に前記成膜処理を行うように制御する制御部と、
を備える成膜装置。
【請求項２】
前記不純物濃度検出手段は、前記処理容器と前記排気手段との間に設けられている、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記不純物濃度検出手段は、前記処理容器内の水分濃度を検出する水分計である、
請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記所定の膜は、ポリシリコン膜である、
請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出手段を有し、
前記制御部は、前記圧力検出手段により検出される前記処理容器内の圧力が所定の圧力に到達した場合、前記不純物濃度を検出するように前記不純物濃度検出手段を制御する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記所定の圧力は、前記排気手段の到達圧力である、
請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
処理容器内に基板を収容した後、排気手段により前記処理容器内を排気して前記処理容器内を減圧する工程と、
減圧された前記処理容器内の不純物濃度を検出する工程と、
前記不純物濃度が所定値以上であるか否かを判定する工程と、
前記不純物濃度が前記所定値以上である場合、前記不純物濃度が前記所定値未満となるまで、前記処理容器内を排気することなく前記処理容器内に不活性ガスを供給する供給ステップと、前記処理容器内に不活性ガスを供給することなく前記処理容器内を排気する排気ステップと、を含むパージ処理を少なくとも１回行う工程と、
前記不純物濃度が前記所定値未満である場合、前記基板に所定の膜を形成する成膜処理を行う工程と
を有する、
成膜方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置に請求項７に記載の成膜方法を実行させる、プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のプログラムを格納した、コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ等の基板に処理ガスを供給することで、基板上に所定の膜を形成する成膜装置が知られている。基板上に所定の膜を形成する場合、基板の表面に水分等の不純物が残存していると、所定の膜における基板との界面近傍の不純物濃度が高くなり、所望の電気特性が得られない場合がある。
【０００３】
そこで、従来、基板上に所定の膜を形成する前に基板を洗浄することで、基板の表面に残存した不純物を除去し、その後、所定の時間が経過する前に基板上に所定の膜を形成することで、洗浄の後に基板の表面に新たな不純物が吸着することを抑制している。
【０００４】
また、処理ガスを供給して基板上に所定の膜を形成するプロセスの際に、水分計により処理ガスに含まれる水分量を測定し、不適当な水分量を検知した場合、プロセスを中止する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の洗浄を行う方法は、基板上に所定の膜を形成する前に、一律に基板の表面に残存した不純物を除去するものであり、基板の表面に吸着した不純物の量に応じて洗浄の条件を制御するものではない。また、上記の水分計を用いる装置は、水分計により測定された水分量が不適当である場合にプロセスを中止するものであり、基板の表面に吸着した不純物の量に応じてプロセスを制御するものではない。
【０００７】
このように、従来の技術においては、基板の表面に吸着した不純物の量に応じて不純物を除去するための処理条件を制御するものではない。
【０００８】
このため、基板の表面に吸着した不純物の量に応じて不純物を除去するための処理条件を制御することができる成膜装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜装置は、基板を収容して前記基板に所定の膜を形成する成膜処理を行う処理容器と、前記処理容器内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内を排気して前記処理容器内の圧力を調整する排気手段と、前記処理容器内の不純物濃度を検出する不純物濃度検出手段と、前記不純物濃度検出手段により検出された前記不純物濃度が所定値以上である場合、前記処理容器内を排気することなく前記処理容器内に前記不活性ガスを供給する供給ステップと、前記処理容器内に前記不活性ガスを供給することなく前記処理容器内を排気する排気ステップと、を含むパージ処理を行い、前記不純物濃度検出手段により検出された前記不純物濃度が所定値未満である場合、前記基板に前記成膜処理を行うように制御する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
開示の成膜装置によれば、成膜処理を行う前に、制御部が不純物濃度検出手段により検出された不純物濃度に基づいて、パージ処理を行うか否かを制御するフィードバック制御を行う。このため、基板の表面に吸着した不純物の量に応じて不純物を除去するための処理条件を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の成膜装置の一例を示す概略縦断面図
【図２】本実施形態の成膜方法の一例を示すフローチャート
【図３】ＳＩＭＳによる膜中不純物濃度の分析結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１３】
（成膜装置）
本実施形態の成膜装置について、図１に基づき説明する。図１は、本実施形態の成膜装置の一例を示す概略縦断面図である。
【００１４】
図１に示されるように、成膜装置１は、一度に複数枚の半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）に対して処理を行うバッチ式の縦型成膜装置である。
【００１５】
成膜装置１は、長手方向が鉛直方向である略円筒形の処理容器４を有する。処理容器４は、天井を有する外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置され、天井を有する内筒８とを備える二重管構造を有する。内筒８の下端部は外向きに突出するフランジを有し、外筒６の内壁に溶接等によって固定される。外筒６の下端部は外向きに突出するフランジを有し、例えばステンレス鋼により形成される円環状のボトムフランジ１０によって外筒６のフランジ下面が支持されている。ボトムフランジ１０は、ボルト等の固定手段によってベースプレートに固定される。
【００１６】
ボトムフランジ１０の下端部の開口部には、例えばステンレス鋼により形成される円盤状のキャップ部１４が、Ｏリング等のシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。また、キャップ部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態で回転可能な回転軸２０が挿通されている。この回転軸２０の下端は回転機構２２に接続されており、回転軸２０の上端には、例えばステンレス鋼により形成されるテーブル２４が固定されている。
【００１７】
テーブル２４上には、例えば石英製の保温筒２６が設置されている。また、保温筒２６上には、例えば石英製のウエハボート２８が載置される。ウエハボート２８は、複数のウエハＷを処理容器４内で棚状に保持するための基板保持具である。ウエハボート２８には、例えば５０〜１５０枚のウエハＷが、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度のピッチで収容される。
【００１８】
テーブル２４、保温筒２６及びウエハボート２８は、例えばボートエレベータである昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード（搬入）、アンロード（搬出）される。
【００１９】
ボトムフランジ１０の側面には、処理容器４内に後述する本実施形態の成膜処理のための処理ガスや、後述する本実施形態のパージ処理のためのパージガスを導入するガス導入管８２が設けられる。処理ガスの種類としては、ウエハＷ上に成膜される所定の膜の種類に応じて選択することができる。例えば、予めトレンチやホールが形成されたウエハＷに化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いてゲート電極としての多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）を埋め込む場合、窒素（Ｎ２）ガスや水素（Ｈ２）ガスの雰囲気下、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス等を熱分解させる。パージガスの種類としては、Ｎ２ガス等の不活性ガスを用いることができる。なお、図１では、処理ガスとパージガスとが同一のガス導入管８２から導入される形態を示しているが、これに限定されず、パージガスを導入する導入管をガス導入管８２とは別に設けてもよい。
【００２０】
ガス導入管８２は、継手８３等の固定手段によりガス導入ポート７５に接続されている。外筒６のフランジには、ガス導入ポート７５に対応する位置に貫通孔が形成されている。インジェクタ６０の水平部分が処理容器４内から貫通孔に挿入されると共に、継手８３によってガス導入管８２とインジェクタ６０が接続固定される。
【００２１】
インジェクタ６０は、ガス導入管８２を経てガス導入ポート７５に供給された処理ガスやパージガスを、ウエハＷに供給するためのガス供給手段である。インジェクタ６０は、例えば石英により形成されていてもよく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスにより形成されていてもよい。また、インジェクタ６０は、石英、セラミックスの他、処理容器４の内部を汚染し難い種々の材料を用いて構成することができる。
【００２２】
インジェクタ６０の上方の先端部は密封されており、インジェクタ６０の側面には処理容器４内に収容される複数のウエハＷの表面に対して平行に処理ガスを供給するための複数のガス供給孔６１が設けられている。即ち、鉛直方向に所定の間隔を有して複数のガス供給孔６１が設けられ、ガス供給孔６１から水平方向に処理ガスを供給しながらウエハＷを熱処理し、ウエハＷに成膜を行う。よって、ガス供給孔６１は、ウエハＷに近接した側に設けられる。なお、図１では、ガス導入管８２が１つ設けられる形態を示したが、ガス導入管８２の数はこれに限定されず、例えば使用するガス種の数等に応じて複数のガス導入管８２が設けられる形態であってもよい。
【００２３】
また、成膜装置１には、ガス供給孔６１から供給される処理ガスを高周波電力により発生したプラズマにより活性化する活性化手段が設けられていてもよい。
【００２４】
外筒６の下部には、ガス出口３６が設けられており、ガス出口３６には排気手段の一例としての排気系３８が連結される。排気系３８は、ガス出口３６に接続された排気通路４０と、排気通路４０の途中に順次接続された圧力調整弁４２及び真空ポンプ４４とを含む。排気系３８により、処理容器４内の圧力を調整しながらガスを排気することができる。なお、処理容器４内の圧力は、成膜装置１に設けられた図示しない真空計等の圧力検出手段により検出することができる。
【００２５】
処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷを加熱するヒータ等の加熱手段４８が設けられる。
【００２６】
また、ウエハボート２８を介してインジェクタ６０に対向する側の内筒８の側壁には、鉛直方向に沿ってスリット１０１が形成されており、内筒８内のガスを排気できるようになっている。即ち、インジェクタ６０のガス供給孔６１からウエハＷに向けて供給された処理ガスは、スリット１０１を通って内筒８から内筒８と外筒６との間の空間に流れ、ガス出口３６から処理容器４外に排気される。
【００２７】
処理容器４と排気系３８との間には、処理容器４内の水分濃度を検出する水分計９０が設けられている。水分計９０は、処理容器４内の不純物濃度を検出する不純物濃度検出手段の一例であり、例えば残留ガス分析器（ＲＧＡ：Residual Gas Analyzer）を用いることができる。水分計９０により検出された水分濃度は、後述する制御部１Ａによる制御に用いられる。なお、図１では、処理容器４と排気系３８との間に水分計９０が設けられている形態を示したが、水分計９０が設けられる位置はこれに限定されず、処理容器４内の水分濃度を検出できる位置であれば他の位置であってもよい。
【００２８】
また、本実施形態の成膜装置１には、図１に示されるように、装置全体の動作を制御するためのコンピュータ等の制御部１Ａが設けられている。また、制御部１Ａのメモリ内には、制御部１Ａの制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれ、ハードディスクなどの媒体に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部へ読み込まれ、制御部１Ａ内にインストールされる。
【００２９】
〔成膜方法〕
本実施形態の成膜装置の動作（成膜方法）について、図２に基づき説明する。図２は、本実施形態の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
【００３０】
本実施形態の成膜方法は、水分計９０により検出された水分濃度が所定値以上である場合、パージ処理を行い、水分計９０により検出された水分濃度が所定値未満である場合、成膜処理を行うものである。パージ処理は、処理容器４内を排気することなくガス導入管８２から処理容器４内に不活性ガスを供給する供給ステップと、処理容器４内に不活性ガスを供給することなく排気系３８により処理容器４内を排気する排気ステップと、を含む処理である。成膜処理は、ガス導入管８２から処理容器４内に処理ガスを供給することで、ウエハＷ上に所定の膜を形成する処理である。
【００３１】
以下では、成膜方法としてウエハＷに成膜処理を行うことで、ウエハＷ上に所定の膜を形成する方法について説明する。なお、成膜方法は、これに限定されず、例えばトレンチやホール等のパターンが形成された下地膜を有するウエハＷに成膜処理を行うことで、パターンに成膜物質を埋め込む方法であってもよい。
【００３２】
まず、複数枚のウエハＷを、ウエハボート２８に載置した状態で処理容器４内に搬入し、処理容器４内にウエハＷを収容する。次いで、真空ポンプ４４により処理容器４内を排気して処理容器４内を減圧する（ステップＳ１）。
【００３３】
続いて、制御部１Ａは、処理容器４内の圧力が所定の圧力に到達したか否かを判定する（ステップＳ２）。処理容器４内の圧力は、例えば成膜装置１に設けられた図示しない真空計により検出される。所定の圧力は、水分計９０による水分濃度の検出精度を高めることができるという観点から、真空ポンプ４４の到達圧力とすることが好ましい。なお、到達圧力とは、真空ポンプ４４により現実的な排気時間内で到達できる最も低い圧力を意味する。
【００３４】
ステップＳ２において、制御部１Ａが処理容器４内の圧力が所定の圧力に到達したと判定した場合、制御部１Ａは、水分計９０により、減圧された処理容器４内の水分濃度を検出し、水分濃度が所定値未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。所定値は、後述する成膜処理においてウエハＷ上に形成される所定の膜に含まれる不純物濃度（膜中不純物濃度）が予め定められた基準値を満たすときの水分濃度とすることができる。なお、水分濃度と膜中不純物濃度との関係は、予め実験等により定めることができる。
【００３５】
ステップＳ２において、処理容器４内の圧力が所定の圧力に到達していないと判定された場合、所定の圧力に到達するまでステップＳ２を繰り返す。これにより、処理容器４内の圧力が所定の圧力に到達するまでウエハＷに対して成膜処理が行われない。
【００３６】
ステップＳ３において、水分計９０により検出される水分濃度が所定値未満であると判定された場合、所定の成膜条件によって、ウエハＷ上に所定の膜を成膜する成膜処理を行う工程を実行し（ステップＳ４）、処理を終了する。
【００３７】
ステップＳ３において、水分計９０により検出される水分濃度が所定値以上であると判定された場合、処理容器４内をパージするパージ処理を行う工程を実行し（ステップＳ５）、ステップＳ３へ戻る。パージ処理としては、処理容器４内を排気することなくガス導入管８２から処理容器４内に不活性ガスを供給する供給ステップと、処理容器４内に不活性ガスを供給することなく排気系３８により処理容器４内を排気する排気ステップと、を含む処理とすることができる。供給ステップは例えば１〜５分程度とすることができ、排気ステップは例えば１〜５分程度とすることができる。また、供給ステップと排気ステップとを１回ずつ行ってもよく、交互に複数回繰り返して行ってもよい。パージ処理を行うことにより、ウエハＷの表面に吸着した不純物を脱離させることができるので、所定の膜におけるウエハＷとの界面近傍の不純物濃度を低減することができる。
【００３８】
ステップＳ４における成膜処理が終了した後、複数枚のウエハＷが載置されたウエハボート２８を処理容器４内から搬出する。
【００３９】
以上の工程により、本実施形態の成膜方法が実現される。
【００４０】
次に、本実施形態の成膜装置１による成膜方法の効果について、図３に基づき説明する。
【００４１】
図３は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）による膜中不純物濃度の分析結果を示す図である。図３（ａ）は、パージ処理を行うことなく成膜処理を行うことにより、ウエハＷ上に所定の膜を成膜した例を表している。図３（ｂ）は、パージ処理を行った後、成膜処理を行うことにより、ウエハＷ上に所定の膜を成膜した例を表している。なお、パージ処理としては、供給ステップを２．５分間行った後、排気ステップを２．５分間行った。また、図３では、ウエハＷ上に成膜された所定の膜におけるウエハＷとの界面近傍の不純物濃度として、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）を示している。
【００４２】
図３（ａ）に示されるように、パージ処理を行うことなく成膜処理を行った場合、酸素（Ｏ）の濃度が６．００×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、炭素（Ｃ）の濃度が７．６０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、水素（Ｈ）の濃度が２．７０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、窒素（Ｎ）の濃度が３．５０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。
【００４３】
これに対して、図３（ｂ）に示されるように、パージ処理を行った後、成膜処理を行った場合、酸素（Ｏ）の濃度が５．９０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、炭素（Ｃ）の濃度が６．４０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、水素（Ｈ）の濃度が２．２０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、窒素（Ｎ）の濃度が３．００×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。
【００４４】
即ち、パージ処理を行うことによって、所定の膜におけるウエハＷとの界面近傍の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を低減することができる。
【００４５】
このように、ウエハＷ上に成膜処理により所定の膜を形成する前にパージ処理を行うことで、ウエハＷの表面に吸着した不純物を脱離させて、所定の膜におけるウエハＷとの界面近傍の不純物濃度を低減することができる。
【００４６】
ところで、成膜処理によりウエハＷ上に所定の膜を形成する前に、ウエハＷの表面に吸着した不純物を除去するために、成膜装置１の処理容器４内にウエハＷを搬入する前にウエハＷの表面を洗浄する方法がある。しかしながら、この方法では、洗浄の後にウエハＷが成膜装置１の処理容器４内に搬入されるまでの時間が長い場合、洗浄されたウエハＷの表面に新たに不純物が吸着するおそれがある。
【００４７】
また、この方法は、ウエハＷの表面に吸着した不純物の量に応じて洗浄の条件を制御するものではない。このため、例えば予め想定される量よりも多くの不純物が吸着したウエハＷが成膜装置１の処理容器４内に搬入された場合、成膜処理の前にウエハＷに吸着した不純物を十分に除去できないおそれがある。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、パージ処理と成膜処理とを同一の成膜装置１を用いて行うことができる。このため、パージ処理によりウエハＷの表面に吸着した不純物を脱離させた後、ウエハＷの表面に新たに不純物を吸着させることなく、成膜処理によりウエハＷ上に所定の膜を形成することができる。その結果、所定の膜におけるウエハＷとの界面近傍の不純物濃度を低減することができる。
【００４９】
また、本実施形態の成膜装置１では、水分計９０により検出された水分濃度が所定値以上である場合、制御部１Ａは、パージ処理を実行するように制御する。一方、水分計９０により検出された水分濃度が所定値未満である場合、制御部１Ａは、パージ処理を実行することなく、ウエハＷに成膜処理を実行するように制御する。これにより、ウエハＷの表面に吸着した水分の量に応じて不純物を除去するための処理条件を制御することができる。その結果、予め想定される量よりも多くの不純物が吸着したウエハＷが成膜装置１の処理容器４内に搬入された場合であっても、成膜処理の前にウエハＷに吸着した不純物を十分に除去することができる。また、必要以上のパージ処理を行う必要がなくなるため、パージ処理に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置１によれば、成膜処理を行う前に、制御部１Ａが水分計９０により検出された水分濃度に基づいて、パージ処理を行うか否かを制御する。このため、ウエハＷの表面に吸着した水分の量に応じて不純物を除去するための処理条件を制御することができる。
【００５１】
以上、成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体を上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００５２】
本実施形態では、成膜装置１として、一度に複数枚のウエハＷに対して処理を行うバッチ式の縦型成膜装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ウエハＷを１枚ずつ処理する枚葉式の成膜装置であってもよい。また、例えば真空容器内の回転テーブル上に配置した複数のウエハを回転テーブルにより公転させ、原料ガスが供給される領域と、原料ガスと反応する反応ガスが供給される領域とを順番に通過させてウエハ上に成膜するセミバッチ式の装置であってもよい。ところで、成膜処理の前の各ウエハＷの表面に吸着している不純物の量が同じ場合、処理容器４内のウエハＷから脱離する水分の絶対量はウエハＷの枚数が多いほど多くなる。即ち、枚葉式の成膜装置よりもバッチ式の成膜装置の方が、ウエハＷから脱離する水分の絶対量が多くなる。また、水分計９０による水分濃度の検出は、水分濃度が高いほど容易である。このため、水分計９０による水分濃度の検出が容易であるという観点から、本発明が適用される成膜装置は、バッチ式の成膜装置であることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、不純物検出手段として、処理容器４内の水分濃度を検出する水分計９０について説明したが、本発明はこれに限定されず、処理容器４内の不純物濃度を検出できるものであればよく、所定の膜の種類等に応じて選択することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１    成膜装置
１Ａ  制御部
４    処理容器
３８  排気系
４０  排気通路
４２  圧力調整弁
４４  真空ポンプ
６０  インジェクタ
９０  水分計
Ｗ    ウエハ
【図１】
2017147263.tif 000003
【図２】
2017147263.tif 000004
【図３】
2017147263.tif 000005