JP2023118970A - 基板処理方法、該方法を用いる基板処理装置及び半導体素子製造方法 - Google Patents

基板処理方法、該方法を用いる基板処理装置及び半導体素子製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薄膜の面抵抗を改善し、板処理コストを顕著に節減する。【解決手段】 一実施形態によれば、チャンバ（１０）と基板支持部と、ガス噴射部と、処理空間（Ｓ）のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含む基板処理装置を用いた基板処理方法は少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップ（Ｓ１）を含み、前記変圧ステップ（Ｓ１）は、処理空間（Ｓ）に工程ガスを注入して、チャンバ（１０）の内圧を第１圧力（ Ｐｉ）から常圧よりも高い第２圧力（Ｐｈ）まで増加させる加圧ステップ（Ｓ１０）と、チャンバ（１０）の内圧を第２圧力（Ｐｈ）から第３圧力（Ｐｆ）まで減少させる減圧ステップ（Ｓ３０）と、を含み、減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量（Ｍ３）は、加圧ステップ（Ｓ１０）の工程ガス供給流量（Ｍ１）よりも小さく、第３圧力（Ｐｆ）は、常圧であることを特徴とする。【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、基板処理方法に関し、より詳しくは、薄膜特性改善のための変圧工程において、減圧ステップの工程ガス流量を調節する基板処理方法と、その基板処理方法を用いる基板処理装置及び半導体製造方法に関するものである。
半導体素子、ＬＣＤ基板、ＯＬＥＤ基板などは、一つ以上の蒸着工程及びエッチング工程を含む半導体工程によって製造される。
特に、半導体素子は、回路パターンなどの形成のために、基板表面に蒸着工程によって薄膜が形成され得る。これは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤなどの様々な半導体工程によって行われ得る。
一方、蒸着工程を通じて基板に薄膜を形成した後、特許文献１のように、密閉されたチャンバ内部で加圧及び減圧を繰り返し、薄膜内の不純物除去及び薄膜特性を改善する基板処理工程を行われ得る。
しかし、このような、基板処理工程において、チャンバの内圧を加圧するステップだけではなく、減圧するステップでもチャンバ内部へ持続的工程ガスの供給及び排気を行うことによって、排気される工程ガスを処理するスクラバの容量が大きくなり、また、工程ガス使用量も増加して、基板処理コストが上昇する問題があった。
韓国公開特許第１０－２０２０－０００６４２２号公報
本発明の目的は、前述したような問題点を解決するために、工程時、チャンバ内の加圧及び減圧を行う工程において、減圧ステップで供給される工程ガスの流量を減少させることによって、薄膜の面抵抗を改善し、スクラバ処理容量の負担及び工程ガス使用量を減少させることにより、基板処理コストを顕著に節減することができる基板処理方法及び半導体製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、前述のような問題点を解決するために創出されたものであり、本発明の第1の側面は、基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブと、を含む排気部を含む基板処理装置を用いた基板処理方法であって、少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、前記変圧ステップは、前記処理空間に工程ガスを注入して、前記チャンバの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記チャンバの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、前記減圧ステップにおける工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの工程ガス供給流量よりも小さく、前記第３圧力は、常圧であることを特徴とする基板処理方法を開示する。
また、本発明の第２の側面は、基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含む基板処理装置を用いた基板処理方法であって、少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、前記変圧ステップは、前記処理空間に工程ガスを注入して、前記チャンバの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記チャンバの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、前記減圧ステップにおける工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの工程ガス供給流量よりも小さく、前記第３圧力は、常圧よりも小さいことを特徴とする基板処理方法を開示する。
前記減圧ステップは、前記チャンバの内圧を前記第２圧力から常圧まで減少させる第１減圧ステップと、前記チャンバの内圧を常圧から常圧よりも低い前記第３圧力まで減少させる第２減圧ステップと、を含み、前記第２減圧ステップは、真空ポンプを利用して前記チャンバ１０の内圧が調節される。
前記減圧ステップは、前記第１減圧ステップの内圧が常圧に達し、前記第２減圧ステップに転換される前、前記チャンバの内圧を、予め設定された時間の間常圧に維持する常圧維持ステップを含む。
前記加圧ステップが前記第２圧力に達し、前記減圧ステップに転換される前、前記チャンバの内圧を、予め設定された時間の間前記第２圧力に維持する圧力維持ステップを含む。
前記減圧ステップは、前記処理空間への工程ガス供給を遮断し、排気して、前記チャンバの内圧を減少させる。
前記圧力維持ステップにおける工程ガス供給流量は、前記加圧ステップにおける工程ガス供給流量よりも小さい。
前記基板に形成された薄膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ及びＷＮのいずれかからなっていてもよい。
前記工程ガスは、Ｈ2、Ｄ2及びＮＨ3のいずれか一つ又はそれらの組み合わせであってもよい。
前記変圧ステップは、４００℃以上８００℃以下の温度で行われる。
本発明の第３の側面による基板処理装置は、上述した基板処理方法を行うことを特徴とする基板処理装置であって、 前記変圧ステップを遂行できるように、前記処理空間の圧力を制御するガスユーティリティを含む。
または、本発明の第４の側面は、基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含み、前記チャンバは、内部に保護空間を形成し、下部に第１入口が形成されたアウターチューブと、内部に前記処理空間を形成し、下部に第２入口とが形成され、一部が前記アウターチューブに受容され、前記第２入口が形成された部分は、前記アウターチューブ外側に突出されたインナーチューブと、を含むことを特徴とする基板処理装置を用いた基板処理方法であって、 少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、前記変圧ステップは、前記処理空間に工程ガスを注入して、前記インナーチューブの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記インナーチューブの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、前記減圧ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの前記インナーチューブへの工程ガス供給流量よりも小さく、前記第３圧力は、常圧であることを特徴とする基板処理方法を開示する。
さらに、本発明の第５の側面は、基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含み、前記チャンバは、内部に第１内圧を有する保護空間を形成し、下部に第１入口が形成されたアウターチューブと、内部に内圧を有する前記処理空間を形成し、下部に第２入口が形成され、一部が前記アウターチューブに受容され、前記第２入口が形成された部分は、前記アウターチューブ外側に突出されたインナーチューブと、を含むことを特徴とする基板処理装置を用いた基板処理方法であって、少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、
前記変圧ステップは、前記処理空間に工程ガスを注入して、前記インナーチューブの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記インナーチューブの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、前記減圧ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの前記インナーチューブへの工程ガス供給流量よりも小さく、前記第３圧力は、常圧よりも小さい基板処理方法を開示する。
前記減圧ステップは、前記インナーチューブの内圧を前記第２圧力から常圧まで減少させる第１減圧ステップと、前記インナーチューブ内圧を常圧から常圧よりも低い前記第３圧力まで減少させる第２減圧ステップと、を含み、前記第２減圧ステップは、真空ポンプを利用して前記インナーチューブの内圧が調節される。
前記減圧ステップは、前記第１減圧ステップの内圧が常圧に達し、前記第２減圧ステップに転換される前、前記インナーチューブの内圧を、常圧に予め設定された時間の間維持する常圧維持ステップを含む。
本発明の上記側面による基板処理方法は、前記加圧ステップの内圧が前記第２圧力に達し、前記減圧ステップに転換される前、前記インナーチューブの第１内圧を予め設定された時間の間前記第２圧力に維持する圧力維持ステップを含む。
前記減圧ステップは、前記処理空間への工程ガス供給を遮断し、排気して、前記インナーチューブの内圧を減少させる。
前記圧力維持ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量は、
前記加圧ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量よりも小さい。
前記基板に形成された薄膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ及びＷＮのいずれかからなっていてもよい。
前記工程ガスは、Ｈ2、Ｄ2及びＮＨ3のいずれか一つ又はそれらの組み合わせであってもよい。
前記変圧ステップは、４００℃以上８００℃以下の温度で行われる。
本発明の第６の側面による基板処理装置は、上述した基板処理方法を行うことを特徴とする基板処理装置であって、前記アウターチューブの下部を支持し、前記保護空間と連結される第１内部空間を形成し、側壁周りにアウターガス供給口及びアウターガス排気口が形成されるアウターマニホールドと、前記インナーチューブの下部を支持し、前記保護空間と連結される第２内部空間を形成し、側壁周りにインナーガス供給口及びインナーガス排気口が形成されるインナーマニホールドと、前記変圧ステップを遂行できるように、前記処理空間及び保護空間の圧力をそれぞれ制御するガスユーティリティと、を含む。
本発明の第７の側面による半導体素子製造方法は、表面に薄膜を形成する蒸着ステップと、前記蒸着ステップの後、薄膜特性を改善する基板処理ステップと、を含み、前記基板処理ステップは、１回以上行われており、上述したいずれかの基板処理方法によって行われる。
本発明の一側面による基板処理方法は、工程時、チャンバ内部の加圧及び減圧を行う工程において、減圧ステップで処理空間への工程ガス供給流量を減少させ、チャンバ内部の圧力を第２圧力よりも低い第３圧力まで圧力を減少させることによって、スクラバの処理容量と工程ガス使用量コストを顕著に節減することができる利点がある。
また、本発明の他の一側面による基板処理方法は、工程時、チャンバ内部の加圧及び減圧を行う工程において、減圧ステップで処理空間への工程ガス供給を遮断し、処理空間の工程ガスを排気し、チャンバの内圧を第２圧力よりも低い第３圧力まで減少させることによって、スクラバの処理容量及び工程ガス使用量のコストをさらに節減することができる利点がある。
さらに、本発明の他の一側面による基板処理方法は、減圧ステップで工程ガス供給を遮断させるか、少ない量を供給することで、チャンバ内部に残存するガスが全て排気されるので、基板に残存する不純物の移動に効果的な利点がある。
また、本発明の他の一側面による基板処理方法は、減圧ステップで工程ガスの供給を遮断させるか、少ない量を供給することで、従来と比べてチャンバ内不純物を外部へより多く排出することができる利点がある。
さらに、本発明の更に他の一側面による基板処理方法は、減圧ステップで工程ガスの供給を遮断させるか、少ない量を供給することで、薄膜内の不純物を外部へより多く排出することによって、薄膜内の面抵抗を減少させ、薄膜特性を改善できる利点がある。
本発明による基板処理方法の遂行による工程遂行時間対比チャンバ内部の圧力の変化を示すグラフの一例である。 図１Ａによる基板処理方法の変形例であり、工程遂行時間対比チャンバ内部の圧力の変化を示すグラフの一例である。 図１Ａによる基板処理方法の変形例であり、工程遂行時間対比チャンバ内部の圧力の変化を示すグラフの一例である。 枚葉式チャンバ構造において、従来の基板処理方法によって、減圧ステップで工程ガスを持続して供給することで、膜内不純物が除去される様相を示す概念図の一例である。 本発明による基板処理方法によって、減圧ステップで工程ガス供給を遮断することで、膜内不純物が除去される様相を示す概念図の一例である。 バッチ式二重管チャンバ構造において、従来の基板処理方法によって、減圧ステップで工程ガスを持続して供給することで、膜内不純物が除去される様相を示す概念図の一例である。 バッチ式二重管チャンバ構造において、本発明による基板処理方法によって、減圧ステップで工程ガス供給を遮断することで、膜内不純物が除去される様相を示す概念図の一例である。 本発明による基板処理方法によって形成された薄膜の面抵抗減少効果を示す表の一例である。
以下、本発明による基板処理方法について添付図面を参照して説明する。 本発明による基板処理方法は、基板処理のための処理空間Ｓを形成するチャンバ１０と、前記チャンバ１０に設けられ、基板１を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間Ｓのガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部を含む基板処理装置を用いた基板処理方法であって、少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップ（Ｓ１）を含み、前記変圧ステップ（Ｓ１）は、前記処理空間Ｓに工程ガスを注入して、前記チャンバ１０の内圧を第１圧力 Ｐｉから常圧よりも高い第２圧力Ｐｈまで増加させる加圧ステップ（Ｓ１０）と、前記チャンバ１０の内圧を前記第２圧力Ｐｈから第３圧力Ｐｆまで減少させる減圧ステップ（Ｓ３０）とを含む。
ここで、基板１は、半導体工程を通じて製造されるＬＣＤ基板、ＯＬＥＤ基板などの素子をなす基板であり、薄膜蒸着工程及び薄膜特性を改善するための基板処理工程がさらに行われる基板であればいずれの基板であってもよい。
特に、前記基板１は、蒸着工程によって薄膜が表面に形成された後、薄膜特性の改善を要する基板であればいずれの基板であってもよい。
また、前記基板１に形成された薄膜の種類は様々であり、例えば、金属を含む薄膜の場合、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ及びＲｕなどを含むことができる。
ここで、前記薄膜は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤなどの様々な蒸着工程を通して行われてもよく、好ましくは、ＡＬＤ工程を利用して行われてもよい。
一方、前記処理空間Ｓに供給される工程ガスの種類は限定されておらず、基板及び基板表面に形成された薄膜の物性に応じる圧力変換によって薄膜特性を改善することができる工程ガスであればいずれの工程ガスであってもよい。
例えば、前記基板及びその表面に形成された薄膜に、本発明による基板処理方法によって除去される不純物を含み、本発明による基板処理方法によって不純物を除去することができる工程ガスを供給することが好ましい。
例えば、前記処理空間Ｓに供給される工程ガスは、様々な種類のガスが使用され得る。 例えば、工程ガスの場合、Ｈ2、Ｄ2及びＮＨ3を含んでもよく、水素を含むガスであればいずれのガスであってもよい。
ここで、前記金属を含む薄膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、Ｒｕなど様々な金属を含む薄膜であってもよい。
また、前記予め設定された温度は、薄膜特性改善条件、薄膜及び工程ガスの種類に応じ多様に変更され得る。
例えば、ＡＬＤ方式で蒸着されるＴｉＮ薄膜の場合、工程温度は４００℃以上８００℃以下に設定されてもよく、好ましくは５５０℃に設定されてもよい。
一方、本発明による基板処理方法は、前述の工程条件によって行われ得る。これを行うための基板処理装置は、密閉された処理空間Ｓを形成するチャンバ１０で構成される。
前記チャンバ１０は、枚葉式構造又はバッチ式構造など様々な構造を有してもよい。バッチ式構造の場合、単管又は二重管など様々な構造を有してもよい。
例えば、前記チャンバ１０は、図２Ａ～図２Ｂに示されるように枚葉式構造であってもよいが、変圧工程を行う基板処理方法の一実施形態では図３Ａ～図３Ｂに示されるようにバッチ式二重管構造を有することが好ましい。
具体的に、図３Ａ～図３Ｂに示されるように、バッチ式二重管構造を有するチャンバ１０は、内部に保護空間を形成し、下部に第１入口が形成されたアウターチューブ１１と、内部に処理空間Ｓを形成し、下部に第２入口が形成され、一部が前記アウターチューブ１１に受容され、前記第２入口が形成された部分は、前記アウターチューブ１１外側に突出されたインナーチューブ１２とを含む。
ここで、前記アウターチューブ１１は、インナーチューブ１２を外部環境に直接露出しないようにすることで、外部環境によるインナーチューブ１２の損傷を防止することができ、インナーチューブ１２が不特定の理由から損傷されても、インナーチューブ１２による損傷範囲がアウターチューブ１１の内部に制限されることで、基板処理装置の信頼性を確保することができる利点がある。
特に、インナーチューブ１２及びアウターチューブ１１で構成されるチャンバ１０は、後記する工程条件、例えば、常圧よりも大きい圧力及び常圧よりも小さい真空圧などの圧力変化を伴うインナーチューブ１２に対応して、アウターチューブ１１の内圧を変化させることで、本発明による基板処理方法をより安定的に行うことができる。
例えば、変圧ステップ（Ｓ１）を行うとき、インナーチューブ１２内部の圧力が常圧よりも低い場合、前記アウターチューブ１１の内部の圧力は常圧よりも低く、処理空間Ｓの圧力よりも高く制御するか、常圧に一定に維持することができる。
また、インナーチューブ１２の内部の圧力が常圧よりも高い場合、前記アウターチューブ１１の内部の圧力は、前記インナーチューブ１２の内部の圧力よりも高く制御することができる。
一方、前記基板処理装置は、前記変圧ステップ（Ｓ１）を遂行できるように、前記処理空間Ｓの圧力を制御するガスユーティリティを含む。
即ち、前記ガスユーティリティは、ガス供給部及びガス排気部を制御し、ガス供給量及びガス排気量を調節することによって、前記変圧ステップ（Ｓ１）を行う。
このとき、前記チャンバ１０が、インナーチューブ１２及びアウターチューブ１１で構成される場合、前記ガスユーティリティは、前記処理空間Ｓ及び保護空間の圧力をそれぞれ制御することができる。
一方、前記チャンバ１０の外部には、ヒータ（未図示）がさらに設けられていてもよい。
以下、本発明による変圧工程は、単管構造でチャンバ１０の内圧を調節し、二重管構造ではインナーチューブ１２の内圧を調節して行われる。以下では、チャンバ１０を例えて説明するが、二重管構造でインナーチューブ１２内圧を調節する意味を含んでいる。
本発明による基板処理方法は、加圧ステップ（Ｓ１０）及び減圧ステップ（Ｓ２０）を含む変圧ステップ（Ｓ１）を含み、前記変圧ステップ（Ｓ１）は、少なくとも１回以上繰り返される。
ここで、前記加圧ステップ（Ｓ１０）は、図１Ａ及び図１Ｃに示されるように、工程ガスを注入して、チャンバ１０の内圧を第１圧力 Ｐｉから第２圧力Ｐｈまで増加させるステップであり、様々な時間及び圧力で行われ得る。
具体的に、前記加圧ステップ（Ｓ１０）は、工程ガス供給及び排気バルブ調節を通じて処理空間Ｓ内部の圧力を第１圧力 Ｐｉから第２圧力Ｐｈで上昇させ、後記する減圧ステップ（Ｓ３０）の遂行のために圧力を上昇させるステップである。
ここで、前記加圧ステップ（Ｓ１０）は、処理空間Ｓへの工程ガス供給及び排気の制御を通じて行われる。
即ち、前記加圧ステップ（Ｓ１０）は、処理空間Ｓの圧力を上昇、即ち、工程ガスの滞留量を増加させる方向に工程ガスの供給及び排気が制御されることで行われ得る。
例えば、前記加圧ステップ（Ｓ１０）は、排気を遮断した状態で工程ガス供給流量Ｍ１を一定に維持するか、 第２圧力Ｐｈに達しながら時間に応じて工程ガス供給流量Ｍ１を減少させることもできる。
また、前記加圧ステップ（Ｓ１０）における工程ガス供給流量Ｍ１の変化は、時間に応じて連続的であるか、段階的変化、即ち不連続的になっていてもよい。
前記第１圧力 Ｐｉは、本発明による基板処理方法を行うときの初期圧力であり、様々に設定でき、第２圧力Ｐｈよりも低い圧に設定される。
前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、図１Ａ～図１Ｃに示されるように、チャンバ１０の内圧を前記第２圧力Ｐｈから第３圧力Ｐｆまで減少させるステップであり、様々な時間及び圧力で行われ得る。
具体的に、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、工程ガス供給及び排気バルブ調節を通じて処理空間Ｓ内部の圧力を第２圧力Ｐｈから第３圧力Ｐｆまで圧力を減少させるステップである。
ここで、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、処理空間Ｓへの工程ガス供給及び排気の制御を通じて行われ得る。
即ち、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、処理空間Ｓの圧力を減少、つまり、工程ガスの滞留量を減少させる方向に工程ガスの供給及び排気が制御されることで行われる。
例えば、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、工程ガス供給流量Ｍ３を一定に維持しながら工程ガス排気量を工程ガス供給流量Ｍ３よりも大きくするか、工程ガス供給を遮断した状態で工程ガス排気量を一定に維持することで、処理空間Ｓの圧力を減少させることができる。
また、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量Ｍ３の変化は、時間に応じて連続的であるか、段階的変化、すなわち不連続的になっていてもよい。
一方、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で、前記第３圧力Ｐｆは、常圧と同じ圧力であってもよく、常圧よりも低い圧であってもよい。
前記第３圧力Ｐｆが常圧と同じ圧力のとき、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、自然排気（有害工程ガスの場合、スクラバ結合）等によって圧力を降下させることができる。
前記第３圧力Ｐｆが常圧より低圧である場合、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、真空ポンプ（有害工程ガスの場合、スクラバ結合）を利用して前記チャンバ１０の内圧を調節することができる。
即ち、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、前記チャンバ１０の内圧を前記第２圧力Ｐｈから常圧まで減少させる第１減圧ステップ（Ｓ３１）と、前記チャンバ１０の内圧を常圧から常圧よりも低い前記第３圧力Ｐｆまで減少させる第２減圧ステップ（Ｓ３３）とを含み、前記第２減圧ステップ（Ｓ３３）で、真空ポンプ（有害工程ガスの場合、スクラバ結合）を利用して前記チャンバ１０の内圧を調節することができる。
一方、前記減圧ステップ（Ｓ３０）は、図１Ｃに示されるように、第１減圧ステップ（Ｓ３１）と前記第２減圧ステップ（Ｓ３３）と間で、前記チャンバ１０の内圧を予め設定された時間の間常圧に維持する常圧維持ステップ（Ｓ３２）を含む。
前記常圧維持ステップ（Ｓ３２）は、常圧よりも高い内圧を有する第１減圧ステップ（Ｓ３１）が常圧よりも低い内圧を有する第２減圧ステップ（Ｓ３３）に転換される前、予め設定された時間の間常圧に維持するステップであり、Ｈ2等の工程ガスの排気において高濃度の工程ガスが一度に排出されることで発生する爆発又は発火などの危険を最小化することができる。
一方、前記変圧ステップ（Ｓ１）で、前記加圧ステップ（Ｓ１０）から前記減圧ステップ（Ｓ３０）に転換される前、予め設定された時間の間第２圧力Ｐｈに維持する圧力維持ステップ（Ｓ２０）を含む。
前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）は、図１Ｂ及び図１Ｃに示されるように、チャンバ１０の内圧を予め設定された時間の間第２圧力Ｐｈに 維持するステップであり、様々な時間及び圧力で行われ得る。
具体的に、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）は、工程ガス供給及び排気バルブ調節を通じて処理空間Ｓ内部の圧力を第２圧力Ｐｈに維持するステップである。
ここで、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）は、処理空間Ｓへの工程ガス供給及び排気の制御を通じて行われ得る。
即ち、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）は、処理空間Ｓの圧力を維持、つまり、工程ガスの滞留量を一定に維持させる方向に工程ガスの供給及び排気が制御されることで行われ得る。
また、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）は、第２圧力Ｐｈに維持するために、工程ガスの供給及び排気が制御され、工程ガス供給流量Ｍ２を一定（理想的には供給及び排気の割合で制御）にしながら行われるか、時間に応じて工程ガス供給流量Ｍ２を微細に変化させることができる。
一例として、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）における工程ガス供給流量Ｍ２は、加圧ステップ（Ｓ１０）への工程ガス供給流量Ｍ１と同様であってもよいが、加圧ステップ（Ｓ１０）における工程ガス供給流量Ｍ１よりも小さくし、スクラバ処理容量と、工程ガス使用に伴うコストの節減に役立つことが好ましい。
また、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）における工程ガス供給流量Ｍ２の変化は、時間に応じて連続的であるか、段階的変化、すなわち不連続的になっていてもよい。
一方、前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）で、前記第２圧力Ｐｈは、薄膜特性改善条件に応じてさまざまに設定され、常圧よりも大きい場合が好ましい。
例えば、前記第２圧力Ｐｈは、１ａｔｍ以上３０ａｔｍ以下で設定されてもよく、ＴｉＮ薄膜の処理時、２ａｔｍであってもよい。
また、前記圧力維持ステップ（Ｓ２）の遂行時間は、薄膜特性改善条件に応じて設定されてもよい。
一方、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で、チャンバ１０の内部の圧力を第２圧力Ｐｈよりも低い第３圧力Ｐｆまで圧力を減少させるために、処理空間Ｓにおける工程ガス供給流量Ｍ３を減少させることができ、好ましくは、工程ガス供給を遮断することができる。
具体的に、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量Ｍ３は、加圧ステップ（Ｓ１０）及び圧力維持ステップ（Ｓ２０）における工程ガス供給流量Ｍ１、Ｍ２のうち、少なくともいずれか一つよりも小さくてもよい。
より具体的に、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量Ｍ３は、加圧ステップ（Ｓ１０）における工程ガス供給流量Ｍ１の３０％以下であってもよい。
このとき、より好ましくは、減圧ステップ（Ｓ３０）で、工程ガス供給を遮断し、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量Ｍ１が０Ｌになるようにして、工程を行うことができる。
このように減圧ステップ（Ｓ３０）で、工程ガス供給流量Ｍ３を減少させるにつれて、ガス使用量及び処理ガススクラバの容量を減少させ、基板処理コストを節減することができる利点がある。
一方、前記変圧ステップ（Ｓ１）を行うことによって、薄膜内の不純物を排出するか、組成や粒径など膜の特性を改善することができる。
具体的に、前記加圧ステップ（Ｓ１０）及び圧力維持ステップ（Ｓ２０）では加圧と同時に、薄膜内の不純物を除去するための反応性工程ガスを供給することによって、高いアスペクト比（high aspect ratio）を有する薄膜の内部にも深く浸透することができる。
これにより、常圧で反応性工程ガスを供給する場合よりも、薄膜内部の不純物と多く結合することができる。
前記減圧ステップ（Ｓ３０）では、加圧ステップ（Ｓ１０）及び圧力維持ステップ（Ｓ２０）で薄膜内の不純物と結合した供給工程ガス原子を薄膜外部に排出（Out diffusion）する過程が行われ得る。
具体的に、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で、処理空間Ｓ内のガスを外部に排出するにつれて、薄膜内の不純物と結合した供給工程ガス原子を外部に排出することができる。
ただ、従来では、図２Ａ及び図３Ａに示されるように、減圧ステップ（Ｓ３０）でもガスが供給されたので、減圧ステップ（Ｓ３０）でガス排出時、処理空間Ｓ内に残存するガスが完全に排気されず、薄膜内の不純物△が効果的に排出できない問題があった。
これに対し、本発明は、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で工程ガス供給流量Ｍ３を従来よりも減少させ、処理空間Ｓ内にガスが最大限完全に排気されるようにした。
即ち、本発明は、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で、前記処理空間Ｓへの工程ガス供給を遮断し、排気するか、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における前記ガス供給流量Ｍ３を、加圧ステップ（Ｓ１０）又は前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）で供給されるガス供給流量Ｍ１、Ｍ２よりも少ない量を供給する。
一例として、図２Ｂ及び図３Ｂに示されるように、減圧ステップ（Ｓ３０）で工程ガス供給を遮断させ、チャンバ１０内部に残存するガスが完全に排気できるようにすることによって、薄膜内の不純物△が効果的に排出されるようにした。
前記のような減圧ステップ（Ｓ３０）におけるガス供給流量Ｍ３の制御を通じて、薄膜内の不純物△の量が減少することによって、薄膜の面抵抗が減少しており、これにより、薄膜特性が改善されることを確認することができた。
一方、これと関連した定量的な効果は、図４に示されるように、実験を通じて確認された。
図４に示された前記実験の実施例は、ＴｉＮ薄膜にＨ2工程ガスを利用して薄膜内の不純物を排出する工程であり、６００℃の温度で１ａｔｍ以上２ａｔｍ以下の変圧工程で行われた。
このとき、前記加圧ステップ（Ｓ１０）及び前記圧力維持ステップ（Ｓ２０）の工程ガス供給流量Ｍ１、Ｍ２は４０Ｌに固定されており、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で、工程ガス供給流量Ｍ３のみが変更された。
具体的に、実施例１は、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で工程ガス供給流量Ｍ３を２０Ｌに設定しており、この場合、面抵抗は１０１．７Ω／ｓｑより８９．９４Ω／ｓｑに減少することによって、前記減圧ステップ（Ｓ３０）の後、約１２％減少した。
実施例２は、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で工程ガス供給流量Ｍ３を１０Ｌに設定しており、この場合、面抵抗は１０１．３４Ω／ｓｑより８８．２４Ω／ｓｑに減少することによって、前記減圧ステップ（Ｓ３０）の後、約１３％減少した。
実施例３は、前記減圧ステップ（Ｓ３０）で工程ガス供給を遮断し、工程ガス供給流量Ｍ３を０Ｌに設定しており、この場合、面抵抗は１０２．０５Ω／ｓｑより８７.０９Ω／ｓｑに減少することによって、前記減圧ステップ（Ｓ３０）の後、約１５％減少した。
これにより、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量Ｍ３をそれぞれ２０Ｌ、１０Ｌ及び０Ｌへと変更するにつれて、前記減圧ステップ（Ｓ３０）の後の薄膜の面抵抗が１２％、１３％及び１５％減少する傾向を考慮するとき、前記減圧ステップ（Ｓ３０）における工程ガス供給流量Ｍ３が小さいほど薄膜内の不純物が多く除去され、これを通じて、面抵抗が改善されることを定量的に確認することができた。
一方、表面に薄膜を形成する蒸着ステップと、前記蒸着ステップの後に、薄膜特性を改善する基板処理ステップと、を含む半導体製造方法であって、前記基板処理ステップは、１回以上行われており、前記記載したような基板処理方法によって行うことができる。
以上は、本発明によって具現され得る好ましい実施例の一部についての説明に過ぎないので、周知のように本発明の範囲は、前記実施例に限定され解釈されるものではない。前述された本発明の技術的思想とその根本を共にする技術的思想は、すべて本発明の範囲に含まれる。
１ 基板
１０ チャンバ

Claims (23)

  1. 基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブと、を含む排気部を含む基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、
    前記変圧ステップは、
    前記処理空間に工程ガスを注入して、前記チャンバの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記チャンバの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み
    前記減圧ステップにおける工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの工程ガス供給流量よりも小さく、
    前記第３圧力は、常圧であることを特徴とする基板処理方法。
  2. 基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含む基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、
    前記変圧ステップは、
    前記処理空間に工程ガスを注入して、前記チャンバの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記チャンバの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、
    前記減圧ステップにおける工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの工程ガス供給流量よりも小さく、
    前記第３圧力は、常圧よりも小さいことを特徴とする基板処理方法。
  3. 前記減圧ステップは、
    前記チャンバの内圧を前記第２圧力から常圧まで減少させる第１減圧ステップと、前記チャンバの内圧を常圧から常圧よりも低い前記第３圧力まで減少させる第２減圧ステップと、を含み、
    前記第２減圧ステップは、真空ポンプを利用して前記チャンバ１０の内圧が調節されることを特徴とする請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記減圧ステップは、
    前記第１減圧ステップの内圧が常圧に達し、前記第２減圧ステップに転換される前、
    前記チャンバの内圧を、予め設定された時間の間常圧に維持する常圧維持ステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 前記加圧ステップが前記第２圧力に達し、前記減圧ステップに転換される前、
    前記チャンバの内圧を、予め設定された時間の間前記第２圧力に維持する圧力維持ステップを含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  6. 前記減圧ステップは、
    前記処理空間への工程ガス供給を遮断し、排気して、前記チャンバの内圧を減少させることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  7. 前記圧力維持ステップにおける工程ガス供給流量は、
    前記加圧ステップにおける工程ガス供給流量よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
  8. 前記基板に形成された薄膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ及びＷＮのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  9. 前記工程ガスは、Ｈ2、Ｄ2及びＮＨ3のいずれか一つ又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  10. 前記変圧ステップは、４００℃以上８００℃以下の温度で行われることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  11. 請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法を行うことを特徴とする基板処理装置であって、
    前記変圧ステップを遂行できるように、前記処理空間の圧力を制御するガスユーティリティを含むことを特徴とする基板処理装置。
  12. 基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含み、前記チャンバは、内部に保護空間を形成し、下部に第１入口が形成されたアウターチューブと、内部に前記処理空間を形成し、下部に第２入口とが形成され、一部が前記アウターチューブに受容され、前記第２入口が形成された部分は、前記アウターチューブ外側に突出されたインナーチューブと、を含むことを特徴とする基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、
    前記変圧ステップは、
    前記処理空間に工程ガスを注入して、前記インナーチューブの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記インナーチューブの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、
    前記減圧ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの前記インナーチューブへの工程ガス供給流量よりも小さく、
    前記第３圧力は、常圧であることを特徴とする基板処理方法。
  13. 基板処理のための処理空間を形成するチャンバと、前記チャンバに設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の上部に設けられ、工程遂行のためのガスを噴射するガス噴射部と、前記処理空間のガスを排気し、圧力を制御するためのバルブを含む排気部と、を含み、前記チャンバは、内部に第１内圧を有する保護空間を形成し、下部に第１入口が形成されたアウターチューブと、内部に内圧を有する前記処理空間を形成し、下部に第２入口が形成され、一部が前記アウターチューブに受容され、前記第２入口が形成された部分は、前記アウターチューブ外側に突出されたインナーチューブと、を含むことを特徴とする基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    少なくとも１回以上繰り返される変圧ステップを含み、
    前記変圧ステップは、
    前記処理空間に工程ガスを注入して、前記インナーチューブの内圧を第１圧力から常圧よりも高い第２圧力まで増加させる加圧ステップと、前記インナーチューブの内圧を前記第２圧力から第３圧力まで減少させる減圧ステップと、を含み、
    前記減圧ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量は、前記加圧ステップの前記インナーチューブへの工程ガス供給流量よりも小さく、
    前記第３圧力は、常圧よりも小さいことを特徴とする基板処理方法。
  14. 前記減圧ステップは、
    前記インナーチューブの内圧を前記第２圧力から常圧まで減少させる第１減圧ステップと、前記インナーチューブ内圧を常圧から常圧よりも低い前記第３圧力まで減少させる第２減圧ステップと、を含み、
    前記第２減圧ステップは、真空ポンプを利用して前記インナーチューブの内圧が調節されることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理方法。
  15. 前記減圧ステップは、
    前記第１減圧ステップの内圧が常圧に達し、前記第２減圧ステップに転換される前、
    前記インナーチューブの内圧を、常圧に予め設定された時間の間維持する常圧維持ステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の基板処理方法。
  16. 前記加圧ステップの内圧が前記第２圧力に達し、前記減圧ステップに転換される前、
    前記インナーチューブの内圧を、予め設定された時間の間前記第２圧力に維持する圧力維持ステップを含むことを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  17. 前記減圧ステップは、
    前記処理空間への工程ガス供給を遮断し、排気して、前記インナーチューブの内圧を減少させることを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  18. 前記圧力維持ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量は、
    前記加圧ステップにおける前記インナーチューブへの工程ガス供給流量よりも小さいことを特徴とする請求項１６に記載の基板処理方法。
  19. 前記基板に形成された薄膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ及びＷＮのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  20. 前記工程ガスは、Ｈ2、Ｄ2及びＮＨ3のいずれか一つ又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  21. 前記変圧ステップは、４００℃以上８００℃以下の温度で行われることを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  22. 請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法を行うことを特徴とする基板処理装置であって、
    前記アウターチューブの下部を支持し、前記保護空間と連結される第１内部空間を形成し、側壁周りにアウターガス供給口及びアウターガス排気口が形成されるアウターマニホールドと、
    前記インナーチューブの下部を支持し、前記保護空間と連結される第２内部空間を形成し、側壁周りにインナーガス供給口及びインナーガス排気口が形成されるインナーマニホールドと、
    前記変圧ステップを遂行できるように、前記処理空間及び保護空間の圧力をそれぞれ制御するガスユーティリティと、
    を含むことを特徴とする基板処理装置。
  23. 表面に薄膜を形成する蒸着ステップと、前記蒸着ステップの後、薄膜特性を改善する基板処理ステップと、を含む半導体素子製造方法であって、
    前記基板処理ステップは、１回以上行われており、請求項１～４及び請求項１２～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法によって行われることを特徴とする半導体素子製造方法。
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