JP2010225740A

JP2010225740A - 基板処理方法および基板処理装置

Info

Publication number: JP2010225740A
Application number: JP2009069753A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Gomi; 淳五味; Tatsuo Hatano; 達夫波多野; Masamichi Hara; 正道原; Kaoru Yamamoto; 薫山本; Chiaki Yasumuro; 千晃安室
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】パーティクルの発生を、より良く抑制することが可能な基板処理方法を提供すること。
【解決手段】被処理体に対する処理エリアを制限するクランプリングを用い、被処理体に対する処理エリアを制限しながら被処理体に対して処理を行う基板処理方法であって、加熱機構を有した載置台上に、被処理体を載置する工程（ｔ１）と、加熱機構を用いて、載置台に載置された被処理体を目標加熱温度まで加熱する工程（ｔ２）と、目標加熱温度に達した被処理体に、被処理体に対する処理エリアを制限するクランプリングを接触させる工程（ｔ３、Ａ）と、を具備する。
【選択図】図２

Description

この発明は、基板処理方法および基板処理装置に係わり、特に、被処理体の周縁部への処理を制限する基板処理方法および基板処理装置に関する。

半導体装置等の製造過程では、被処理体であるウエハに対して、成膜処理等の処理が行われる。成膜処理においては、膜がウエハの上面のみに成膜されるわけではなく、ウエハの側面にも成膜される。

近時、半導体装置の微細化、及び多層構造化が進み、パーティクルの抑制に対する要求が厳しくなってきた。

ウエハの側面に成膜された膜は不要に付着した膜であり、ウエハの上面に成膜された膜に比較して質も悪く脆い。このため、製造過程中に剥がれ落ちることがあり、パーティクルの発生原因となる。

そこで、ウエハの周縁部をクランプリングで覆い、ウエハの周縁部及び側面（ベベル部）近傍への膜の付着を抑制することが行われている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−２７７４５８号公報

しかしながら、クランプリングはウエハに接触する。このため、ウエハが、クランプリングによって削られることがある。ウエハが削られてしまうと、新たなパーティクルの発生原因となる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、パーティクルの発生を、より良く抑制することが可能な基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の第１の態様に係る基板処理方法は、被処理体に対する処理エリアを制限するクランプリングを用い、前記被処理体に対する処理エリアを制限しながら前記被処理体に対して処理を行う基板処理方法であって、加熱機構を有した載置台上に、前記被処理体を載置する工程と、前記加熱機構を用いて、前記載置台に載置された前記被処理体を目標加熱温度まで加熱する工程と、前記目標加熱温度に達した前記被処理体に、前記被処理体に対する処理エリアを制限する前記クランプリングを接触させる工程と、を具備する。

また、この発明の第２の態様に係る基板処理装置は、加熱機構を有し、被処理体が載置される載置台と、前記被処理体に対する処理エリアを制限するクランプリングと、前記クランプリングを、前記被処理体に接触及び離脱させるように駆動するクランプリング駆動機構と、前記被処理体が前記載置台に載置された後、前記加熱機構を用いて前記載置台に載置された前記被処理体を目標加熱温度まで加熱し、前記被処理体が前記目標加熱温度に達した後、前記接触及び離脱機構を用いて前記クランプリングを前記被処理体に接触させるように、前記加熱機構及び前記接触及び離脱機構を制御する制御部と、を具備する。

この発明によれば、パーティクルの発生を、より良く抑制することが可能な基板処理方法および基板処理装置を提供できる。

この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実行することが可能な基板処理装置の一例を概略的に示した断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示すタイミングチャートこの発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図比較例によるパーティクルの発生状況を示す図一実施形態によるパーティクルの発生状況を示す図

以下、添付図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。この説明において、参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。

図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実行することが可能な基板処理装置の一例を概略的に示した断面図である。本例は、基板処理装置として、半導体装置の製造に用いられ、例えば、半導体ウエハ（以下ウエハという）上に薄膜を成膜する成膜装置を例示する。ただし、この発明は成膜装置に限って適用されるものではない。

図１に示すように、成膜装置１００は、被処理体、本例ではウエハＷに成膜処理を行う処理室１を備えている。処理室１内には、ウエハＷが載置される被処理体載置機構２が配置されている。

被処理体載置機構２は、本例では、処理室１の底部中央上に配置された支持部材２１と、支持部材２１の上端部上に設けられた基台２２と、基台２２上に配置され、ウエハＷが載置される、加熱機構２４を有した載置台２３、例えば、ステージヒータとを備えている。加熱機構２４は、ヒータ電源３に接続される。基台２２の周縁部には、載置台２３を囲むように側壁２３ａが設けられており、この側壁２３ａには、ウエハＷに対する処理エリアを制限するクランプリング（カバーリングともいう）２５が昇降可能に設けられている。クランプリング２５の平面形状は、中央に開口２５ａを有したリング状である。クランプリング２５は、載置台２３上に載置されたウエハＷの周縁部に接触される。接触量は任意であるが、一例を挙げればウエハＷの縁から３ｍｍから５ｍｍ程度をカバーするように接触される。これにより、ウエハＷに対する処理エリアは開口２５ａ内に制限され、ウエハＷ上には、ウエハＷの縁から３ｍｍから５ｍｍ内側のエリア上に選択的に膜が成膜される。クランプリング２５によってカバーされたウエハＷの部分上には膜は成膜されない。クランプリング２５は、クランプリング２５をウエハＷに接触、及びウエハＷから離脱させるように駆動するクランプリング駆動機構２６によって駆動される。本例のクランプリング駆動機構２６は、クランプリング２５を上下方向に昇降駆動する。

また、基台２２及び、載置台２３には、これらを貫通するリフトピン孔２７が形成されており、このリフトピン孔２７には昇降可能に設けられたリフトピン２８が挿通されている。リフトピン２８は、リフトピン駆動機構２９によって駆動される。リフトピン駆動機構２９は、リフトピン２８を下降させてウエハＷを載置台２３に接触、及びリフトピン２８を上昇させて載置台２３から離脱させるように駆動する。

処理室１の上部には原料ガス供給部４が設けられている。原料ガス供給部４は原料ガス供給機構５に接続される。原料ガス供給機構５は、成膜される膜の原料を含むガス５１を、ガス供給管５２を介して原料ガス供給部４に供給する。原料ガス供給部４は、本例ではシャワーヘッドであり、ガス供給管５２に接続され、原料を含むガス５１が拡散される拡散空間４１と、この拡散空間４１のウエハＷと対向する面に形成された複数のガス吐出孔４２とを備えている。

原料を含むガス５１は、加熱機構２４によって加熱されたウエハＷの表面近傍において分解され、ウエハＷ上に膜を成膜する。このような成膜の一例としては、原料を含むガス５１としてＲｕ_３（ＣＯ）_１２ガスを用いたルテニウム（Ｒｕ）の成膜を挙げることができる。Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２ガスは、以下のようにＲｕとＣＯガスとに熱分解され、Ｒｕが金属固体としてウエハＷの表面上に堆積され、Ｒｕ膜が成膜される。

Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２↑ ⇔ Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２−ｘ↑＋ＸＣＯ↑
Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２−ｘ↑＋Ｑ → ３Ｒｕ＋（１２−Ｘ）ＣＯ↑
ここで“⇔”は可逆的であることを示し、“↑”はガス状態であることを示し、“↑”が付いていないものは固体状態であることを示し、“Ｑ”は熱量が加わることを示している。

処理室１には排気装置６が接続されている。排気装置６は、例えば、処理の間、処理室１内の処理空間Ｓを排気し、処理空間Ｓの圧力が適切な圧力に保たれるようにする。

制御部７は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ７１と、オペレータが成膜装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理システムの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含むユーザーインターフェース７２と、成膜装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ７１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて成膜装置に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピが格納された記憶部７３と、を備えている。

レシピは記憶部７３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、任意のレシピを、ユーザーインターフェース７２からの指示等にて記憶部７３から呼び出し、プロセスコントローラ７１に実行させることで、プロセスコントローラ７１の制御下で、成膜装置での所望の処理が行われる。

次に、この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を説明する。

図２は、この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示すタイミングチャート、図３乃至図９は、この発明の一実施形態に係る基板処理方法の一例を示す断面図である。

まず、図２及び図３に示すように、図示せぬ搬送装置を用いてウエハＷを処理室内に搬入し、ウエハＷを、上昇させたリフトピン２８上に載せる（時刻ｔ０）。

次に、図２及び図４に示すように、リフトピン２８を下降させ、ウエハＷを載置台２３上に載せる（時刻ｔ１）。

次に、図２及び図５に示すように、加熱機構２４をオンさせ、載置台２３上に載置されたウエハＷの加熱を開始する（時刻ｔ２）。あるいは加熱機構２４はウエハＷが載置台２３に載置される以前からオンされたままで、ウエハＷの加熱が開始される（時刻ｔ２）。また、本例では、ウエハＷが目標加熱温度に達するまで処理室内の圧力を、例えば、５Ｔｏｒｒまで引き上げる。

次に、図２及び図６に示すように、ウエハＷの温度が目標加熱温度、本例では２００℃に達したら、クランプリング２５を下降させ、クランプリング２５をウエハＷの周縁部に接触させる（時刻ｔ３、図中円Ａ参照）。また、本例では、ウエハＷが目標加熱温度に達したら、処理室内の圧力を、所定のプロセス圧力、例えば、０．１Ｔｏｒｒまで引き下げる。

次に、図２及び図７に示すように、ウエハＷの周縁部を、クランプリング２５によってカバーした状態で、膜８の成膜処理を開始する（時刻ｔ４）。

次に、図２及び図８に示すように、成膜処理が終了したら、加熱機構２４をオフさせ、クランプリング２５を上昇させ、クランプリング２５をウエハＷの周縁部から離脱させる（時刻ｔ５）。

次に、図２及び図９に示すように、リフトピン２８を上昇させ、ウエハＷを載置台２３から離脱させる。この後、図示せぬ搬送装置を用いてウエハＷを処理室内から搬出し、処理を終了する（時刻ｔ６）。

図１０は、比較例によるパーティクルの発生状況を示す図、図１１は、一実施形態によるパーティクルの発生状況を示す図である。

比較例は、図２中の円Ｂに示すように、クランプリング２５を、ウエハＷを加熱する前に接触させた場合である。

図１０に示すように、比較例においては、パーティクルの発生状況が、初期状態から処理後にかけて大きく増加している。特に、ウエハＷの周縁部において、パーティクルの発生が著しい。

対して、図１１に示すように、一実施形態においては、パーティクルの発生状況が、初期状態から処理後にかけてほとんど増加しない。

これは、比較例においては、クランプリング２５を、ウエハＷを加熱する前からウエハＷの周縁部に接触させているため、ウエハＷが熱膨張した際、クランプリング２５とウエハＷとが擦れ合い、ウエハＷが削れてしまったためである。事実、比較例においては、発生したパーティクルの表面、及びウエハＷの表面を観察した結果、スクラッチ痕が観測された。

対して、一実施形態においては、クランプリング２５を、ウエハＷを加熱した後、ウエハＷの温度が目標加熱温度に達し、ウエハＷが十分に熱膨張した後に、ウエハＷの周縁部に接触させる。このため、ウエハＷの熱膨張に起因したクランプリング２５とウエハＷとの擦れ合いを、比較例に比較して軽減することができる。よって、一実施形態によれば、ウエハＷが削れてしまうことを抑制でき、パーティクルの発生を、より良く抑制することが可能な基板処理方法を得ることができる。

また、制御部７が、図２に示すタイミングチャートに示す動作、及び図３乃至図９に示したクランプリング２５の動作を実行させることで、ウエハＷが削れてしまうことを抑制でき、パーティクルの発生を、より良く抑制することが可能な基板処理装置を得ることができる。

また、パーティクルは、処理終了後、ウエハＷを洗浄して洗い流すことも考えられる。しかしながら、比較例において発生したウエハＷ表面のスクラッチ痕は、洗浄では消すことができない。スクラッチ痕は、ウエハＷが機械的に削られたものである。このため、スクラッチ痕は、処理中に、新たなパーティクルを発生させる原因となり得る。処理中に、新たなパーティクルが発生し、例えば、成膜中の膜に取り込まれてしまうと、膜不良、例えば、ショートの原因となったり、また、例えば、エッチング中に、ウエハＷのエッチング面上に付着してしまうと、形状不良、例えば、エッチピットの発生の原因となったりする。このため、ウエハＷへのスクラッチ痕の発生は、半導体装置の製造歩留りを悪化させる要因となり得る。

この点、ウエハＷへのスクラッチ痕の発生も抑制できる一実施形態は、半導体装置の製造歩留りの維持、向上にも有利である。

また、上記一実施形態においては、ウエハＷを目標加熱温度まで加熱する工程において、ウェハＷへの熱伝導度を良好なものとするため、処理を行う処理室内の圧力を上げ、ウエハＷの温度が目標加熱温度に達した後、処理室内の圧力をプロセス圧力まで下げる。この際、クランプリング２５は、処理室内の圧力がプロセス圧力まで下がった後に、ウエハＷに接触させる。

もちろん、処理室内の圧力をプロセス圧力まで下げる途中で、クランプリング２５をウエハＷに接触させるようにしても良い。しかしながら、クランプリング２５は、処理室内の圧力がプロセス圧力まで下がった後に、ウエハＷに接触させることが好ましい。なぜならば、ウエハＷの周囲の圧力が変化すると、圧力の変化に応じてウエハＷは僅かに変形する。この変形の際、ウエハＷにスクラッチ痕が発生する可能性がある。このような可能性は、ウエハＷの周囲の圧力が安定した後に、クランプリング２５をウエハＷに接触させることで解消することができる。

以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することが可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。

例えば、上記一実施形態では、ウエハハＷの温度が目標加熱温度に達したら、クランプリングを下降させているが、スループットを上げる観点からは、ウエハＷの温度が目標加熱温度に近づいたらクランプリングを下降させてもよい。これはウエハＷがシリコンである場合、低温では熱膨張率の変化は大きいが、例えば１５０℃以上の高温では、熱膨張率の変化が小さくなる（飽和する）ためである。

また、上記一実施形態では、この発明に係る基板処理方法を成膜装置に適用した例を説明したが、成膜装置以外の基板処理装置、例えば、エッチング装置にも適用することができるし、ウエハＷを加熱させ、ウエハＷを熱膨張させてしまうような酸化装置や、アニール装置にも適用することができる。

また、加熱機構２４を有する載置台２３の一例として、内部に加熱機構２４が設けられたステージヒータを例示したが、ステージヒータに限られることはなく、加熱機構２４はウエハＷを加熱できるものであれば良く、例えば、ランプ加熱方式の載置台であっても良い。

また、被処理体として、半導体ウエハを例示したが、被処理体は、ＦＰＤや太陽電池の製造に用いられるガラス基板であっても良いし、熱膨張する被処理体であれば、どのような被処理体であっても、この発明は適用することができる。

１…処理室、２…被処理体載置機構、２１…支持部材、２２…基台、２３…載置台、２３ａ…載置台の側壁、２４…加熱機構、２５…クランプリング、２５ａ…クランプリングの開口、２６…クランプリング駆動機構、２７…リフトピン孔、２８…リフトピン、２９…リフトピン駆動機構、３…ヒータ電源、４…原料ガス供給部、４１…拡散空間、４２…ガス吐出孔、５…原料ガス供給機構、５１…原料を含むガス、５２…ガス供給管、６…排気装置、７…制御部、７１…プロセスコントローラ、７２…ユーザーインターフェース、７３…記憶部、Ｓ…処理空間。

Claims

被処理体に対する処理エリアを制限するクランプリングを用い、前記被処理体に対する処理エリアを制限しながら前記被処理体に対して処理を行う基板処理方法であって、
加熱機構を有した載置台上に、前記被処理体を載置する工程と、
前記加熱機構を用いて、前記載置台に載置された前記被処理体を目標加熱温度まで加熱する工程と、
前記目標加熱温度に達した前記被処理体に、前記被処理体に対する処理エリアを制限する前記クランプリングを接触させる工程と、
を具備することを基板処理方法。
前記クランプリングが、前記被処理体の周縁部をカバーすることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
前記処理が、成膜処理であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
前記被処理体を目標加熱温度まで加熱する工程において、前記処理を行う処理室内の圧力を上げ、
前記被処理体の温度が前記目標加熱温度に達した後、前記処理室内の圧力をプロセス圧力まで下げることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の基板処理方法。
前記クランプリングが、前記処理室内の圧力がプロセス圧力まで下がった後、前記被処理体に接触されることを特徴とする請求項４に記載の基板処理方法。
加熱機構を有し、被処理体が載置される載置台と、
前記被処理体に対する処理エリアを制限するクランプリングと、
前記クランプリングを、前記被処理体に接触及び離脱させるように駆動するクランプリング駆動機構と、
前記被処理体が前記載置台に載置された後、前記加熱機構を用いて前記載置台に載置された前記被処理体を目標加熱温度まで加熱し、前記被処理体が前記目標加熱温度に達した後、前記接触及び離脱機構を用いて前記クランプリングを前記被処理体に接触させるように、前記加熱機構及び前記接触及び離脱機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。