JP2024501541A - 基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板処理方法に関し、より詳細には、基板に形成された酸化膜を除去するための基板処理方法に関する。本発明の実施形態による基板処理方法は、チャンバー内に搬入された基板を処理するための基板処理方法であって、前記チャンバーの外部に設けられたプラズマ発生器の内部空間に窒素含有ガスを供給するステップと、前記内部空間において窒素含有ガスを活性化させるステップと、前記内部空間に水素含有ガスを供給するステップと、前記内部空間において活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に供給するステップと、を含む。
Description
本発明は、基板処理方法に関し、より詳細には、基板に形成された酸化膜を除去するための基板処理方法に関する。
一般的に、半導体素子またはディスプレイ装置は、基板の上に色々な物質を薄膜状に蒸着し、これをパターニングして製造される。
ところが、基板が各工程のために移動するときに大気に晒されれば、酸素や水分などによって基板の表面に自然酸化膜が形成される。自然酸化膜は、不完全な結晶性を有するため、熱酸化などにより形成されるシリコン酸化膜に比べて膜質が劣化しており、半導体素子またはディスプレイ装置の接続不安定、配線抵抗など数多くの問題を引き起こす。
従来には、このような自然酸化膜を除去するために、別途の装置においてウェット洗浄工程を行っていた。また、洗浄工程の完了した基板を基板処理装置に搬送して薄膜を蒸着するなどの基板処理工程を行っていた。しかしながら、このように、ウェット洗浄工程を行うための別途の装置において自然酸化膜を除去する場合、高価な装備が追加されることに伴い、生産コストが高騰してしまうという問題があった。なお、洗浄工程の行われた基板を搬送する間に、基板の表面に再び自然酸化膜が形成されて、結果的に自然酸化膜を有効に除去することができないという問題があった。
本発明は、基板に形成された酸化膜を有効に除去することのできる基板処理方法を提供する。
本発明の実施形態による基板処理方法は、チャンバー内に搬入された基板を処理するための基板処理方法であって、前記チャンバーの外部に設けられたプラズマ発生器の内部空間に窒素含有ガスを供給するステップと、前記内部空間において窒素含有ガスを活性化させるステップと、前記内部空間に水素含有ガスを供給するステップと、前記内部空間において活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に供給するステップと、を含む。
前記窒素含有ガスは、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスのうちの少なくともどちらか一方を含んでいてもよい。
前記水素含有ガスは、Ｈ２ガスを含んでいてもよい。
前記水素含有ガスを供給するステップは、前記活性化された窒素含有ガスが前記チャンバー内に移動する経路の上に前記水素含有ガスを供給するものであってもよい。
前記内部空間に供給された水素含有ガスは、前記活性化された窒素含有ガスが前記チャンバー内に移動する経路上において少なくとも一部が活性化されてもよい。
前記基板の上に供給するステップは、前記活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に同時に供給するものであってもよい。
前記窒素含有ガスと水素含有ガスを前記基板に形成された酸化膜と反応させて前記酸化膜を除去するステップをさらに含んでいてもよい。
前記内部空間にフッ素含有ガスを供給するステップをさらに含んでいてもよい。
前記フッ素含有ガスは、Ｆ２ガス、ＨＦガス及びＮＦ３ガスのうちの少なくともいずれか１種を含んでいてもよい。
前記フッ素含有ガスを供給するステップは、前記水素含有ガスが前記チャンバー内に移動する経路の上に前記フッ素含有ガスを供給するものであってもよい。
本発明の実施形態による基板処理方法によれば、チャンバーの外部に設けられたプラズマ発生器から活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に供給することにより、基板に形成された自然酸化膜を速やかに除去し、工程時間を短縮させることができる。
また、活性化された窒素含有ガスを用いて、供給される水素含有ガスの少なくとも一部を活性化させることにより、基板に形成された自然酸化膜と反応可能な工程ガスを生じさせることができ、これにより、基板に形成された自然酸化膜を有効に除去することができる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。発明を詳しく説明するために、図面は、誇張されて示されていてもよく、図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。
図１は、本発明の実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。
図１を参照すると、本発明の実施形態による基板処理装置は、基板を処理するための装置であって、チャンバー１０と、前記チャンバー１０内に設けられ、前記チャンバー１０内に提供される基板Ｓを支持するための基板支持部３０及び前記基板支持部３０に対向配置されるように前記チャンバー１０内に設けられ、前記基板支持部３０に向かって工程ガスを噴射するためのガス噴射部２０を備える。なお、前記基板処理装置は、前記ガス噴射部２０に接続され、前記チャンバー１０の外部に設けられるプラズマ発生器４０をさらに備えていてもよい。
チャンバー１０は、所定の工程空間を設け、これを気密に保持する。チャンバー１０は、概ね円形状または四角い形状の平面部及び平面部から上向きに延びた側壁部を備えて所定の工程空間を有する胴体１２と、概ね円形状または四角い形状に胴体１２の上に位置してチャンバー１０を気密に保持する蓋体１４と、を備えていてもよい。しかしながら、チャンバー１０は、これに何ら限定されるものではなく、基板Ｓの形状に対応する様々な形状に作製可能である。
チャンバー１０の下面の所定の領域には排気口（図示せず）が形成され、チャンバー１０の外側には排気口と連結される排気管（図示せず）が設けられてもよい。また、排気管は、排気装置（図示せず）と連結されてもよい。排気装置としては、真空ポンプが使用可能である。したがって、排気装置によりチャンバー１０の内部を所定の減圧雰囲気、例えば、０.１ｍＴｏｒｒ以下の所定の圧力まで真空引きすることができる。排気管は、チャンバー１０の下面のみならず、後述する基板支持部３０の下側のチャンバー１０の側面に配設されてもよい。なお、排気される時間を短縮させるために、多数本の排気管及びそれによる排気装置がさらに配設されてもよいということはいうまでもない。
一方、基板支持部３０には、基板処理工程、例えば、酸化膜の除去工程のために、チャンバー１０の内に提供された基板Ｓが載置されてもよい。ここで、基板Ｓは、薄膜が形成されていない基板であってもよく、所定の薄膜が形成された基板であってもよい。また、基板Ｓの上には、配線などの所定の構造が形成されていてもよいということはいうまでもない。このとき、基板の上には自然酸化膜が形成されてもよい。このような自然酸化膜は、例えば、基板Ｓが大気中に晒されることにより形成可能である。このように、自然酸化膜の形成された基板Ｓがチャンバー１０の工程空間に引き込まれると、引き込まれた基板Ｓは、基板支持部３０の上に載置される。このとき、基板支持部３０は、基板Ｓが載置されて支持できるように、例えば、静電チャックなどが設けられて基板Ｓを静電チャックにより吸着保持してもよく、真空吸着や機械的な力により基板Ｓを支持してもよい。
基板支持部３０は、基板Ｓの形状と対応する形状、例えば、円形状または四角い形状に設けられてもよい。基板支持部３０は、基板Ｓが載置される基板支持台３２及び前記基板支持台３２の下部に配置されて基板支持台３２を昇降移動させる昇降器３４を備えていてもよい。ここで、基板支持台３２は、基板Ｓよりも大きく作製されてもよく、昇降器３４は、基板支持台３２の少なくとも１つの領域、例えば、中心部を支持するように設けられ、基板支持台３２の上に基板Ｓが載置されれば、基板支持台３２をガス噴射部２０に近づくように移動させることができる。なお、基板支持台の内部には、ヒーター（図示せず）が配設されてもよい。ヒーターは、所定の温度で発熱して基板支持台及び前記基板支持台に載置された基板Ｓを加熱して、基板Ｓに均一に薄膜が蒸着されるようにする。
ガス噴射部２０は、チャンバー１０の内部の上側に設けられて基板に向かって工程ガスを噴射する。ガス噴射部２０は、内部に所定の空間が設けられ、上側はプラズマ発生器４０と連結され、下側には基板Ｓに工程ガスを噴射するための複数本の噴射孔が形成される。ガス噴射部２０は、基板Ｓの形状に対応する形状に作製されてもよいが、概ね円形状または四角い形状に作製されてもよい。ここで、ガス噴射部２０は、チャンバー１０の側壁部及び蓋体１４と所定の間隔だけ離れて設けられてもよい。
プラズマ発生器４０は、チャンバー１０の外部に配設されてもよく、所定の内部空間を有する。プラズマ発生器４０の内部空間は、チャンバーの工程空間と連通し、プラズマ発生器４０は、工程ガスを供給されて内部空間において工程ガスを活性化させ、活性化された工程ガスをガス噴射部２０に与える。ガス噴射部２０に与えられた活性化された工程ガスは、噴射孔を介して噴射されて基板Ｓの上に供給される。
アンテナ部５２は、プラズマ発生器４０の内部空間を少なくとも部分的に包み込むように設けられる。すなわち、アンテナ部５２は、上下に延びるプラズマ発生器４０の内部空間の上部を包み込むようにプラズマ発生器４０の外側に設けられてもよい。このようなアンテナ部５２は、ＲＦ電源５４から電力を供給されて内部空間の上部において誘導結合方式（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）によりプラズマＰを生じさせることができる。このとき、アンテナ部５２は、一方の端がＲＦ電源５４と連結され、他方の端が接地されてもよい。
プラズマ発生器４０には、複数本の工程ガス供給管が配設され、工程ガス供給管を介して供給される工程ガスは、プラズマ発生器４０の内部空間に流れ込む。例えば、プラズマ発生器４０には、第１の工程ガス供給管４２及び第２の工程ガス供給管４４が配設されてもよい。なお、これらに加えて、プラズマ発生器４０には、第３の工程ガス供給管４６がさらに配設されてもよい。
第１の工程ガス供給管４２は、プラズマ発生器４０の上端に配設されて、プラズマ発生器４０の内部空間に工程ガスを供給することができる。ここで、第１の工程ガス供給管４２から供給される工程ガスは、窒素含有ガスであってもよく、このような窒素含有ガスは、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスのうちの少なくともどちらか一方を含んでいてもよい。第１の工程ガス供給管４２から供給される窒素含有ガスは、アンテナ部５２により包み込まれた内部空間の上部において活性化され、活性化された窒素含有ガスは、内部空間の下部を通ってチャンバー１０内の工程空間に供給される。
第２の工程ガス供給管４４は、プラズマ発生器４０の側部に配設されて、プラズマ発生器４０の内部空間に工程ガスを供給することができる。ここで、第２の工程ガス供給管４４から供給される工程ガスは、水素含有ガスであってもよく、このような水素含有ガスは、Ｈ２ガスを含んでいてもよい。ここで、第２の工程ガス供給管４４は、アンテナ部５２の下部に配置されて、プラズマ発生器４０の内部空間に水素含有ガスを供給することができる。すなわち、第２の工程ガス供給管４４は、内部空間の下部に水素含有ガスを供給することができ、これにより、第２の工程ガス供給管４４は、アンテナ部５２により活性化された窒素含有ガスがチャンバー１０内の工程空間に移動する経路の上に水素含有ガスを供給することが可能になる。
第３の工程ガス供給管４６は、プラズマ発生器４０の側部に配設されて、プラズマ発生器４０の内部空間に工程ガスを供給することができる。第２の工程ガス供給管４４から供給される工程ガスは、フッ素含有ガスであってもよく、このようなフッ素含有ガスは、Ｆ２ガス、ＨＦガス及びＮＦ３ガスのうちの少なくともいずれか１種を含んでいてもよい。ここで、第３の工程ガス供給管４６は、第２の工程ガス供給管４４の下部に配置されて、プラズマ発生器４０の内部空間にフッ素含有ガスを供給することができる。すなわち、第３の工程ガス供給管４６は、内部空間の最下部にフッ素含有ガスを供給することができ、これにより、第３の工程ガス供給管４６は、第２の工程ガス供給管４４を介して供給された水素含有ガスがチャンバー１０内の工程空間に移動する経路の上にフッ素含有ガスを供給することが可能になる。
以下では、図２に基づいて、本発明の基板処理方法について詳しく説明する。本発明の実施形態による基板処理方法について説明するに当たって、前述した基板処理装置に関する説明と重複する説明は省略する。
図２は、本発明の実施形態による基板処理方法を概略的に示す図である。
図２を参照すると、本発明の実施形態による基板処理方法は、チャンバー１０内に搬入された基板Ｓを処理するための基板処理方法であって、前記チャンバー１０の外部に設けられたプラズマ発生器４０の内部空間に窒素含有ガスを供給するステップ（Ｓ１００）と、前記内部空間において窒素ガスを活性化させるステップ（Ｓ２００）と、前記内部空間に水素含有ガスを供給するステップ（Ｓ３００）及び前記内部空間において活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板Ｓの上に供給するステップ（Ｓ４００）を含む。
ここで、本発明の実施形態による基板処理方法は、チャンバー１０内に搬入された基板Ｓを処理するための基板処理方法であって、基板Ｓに形成された酸化膜、すなわち、基板が大気に晒されて形成される自然酸化膜を除去する方法であってもよい。
ここで、基板Ｓの搬入は、チャンバー１０の工程空間に基板Ｓを搬入して行われてもよい。ここで、工程空間に搬入された基板Ｓは、基板支持部３０に載置されてもよい。このとき、基板支持部２０は、基板Ｓが載置されて支持できるように、例えば、静電チャックなどが設けられて基板Ｓを静電チャックにより吸着保持してもよく、真空吸着や機械的な力により基板Ｓを支持してもよいということは前述した通りである。
窒素含有ガスを供給するステップ（Ｓ１００）は、チャンバー１０の外部に設けられたプラズマ発生器４０の内部空間に窒素含有ガスを供給するものである。すなわち、プラズマ発生器４０は、チャンバー１０の外部に配設されてもよく、チャンバー１０の工程空間と連通する所定の内部空間を有する。
窒素含有ガスを供給するステップ（Ｓ１００）は、プラズマ発生器４０の上端に配設された第１の工程ガス供給管４２からプラズマ発生器４０の内部空間に窒素含有ガスを供給して行われる。ここで、窒素含有ガスは、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスのうちの少なくともどちらか一方を含んでいてもよい。
窒素含有ガスを活性化させるステップ（Ｓ２００）は、プラズマ発生器４０の内部空間において窒素含有ガスを活性化させる。前述したように、アンテナ部５２は、上下に延びるプラズマ発生器４０の内部空間の上部を包み込むように、プラズマ発生器４０の外側に設けられてもよい。したがって、第１の工程ガス供給管４２から、かつ、プラズマ発生器４０の上端から供給される窒素含有ガスは、アンテナ部５２により包み込まれた内部空間の上部において活性化されてプラズマＰを生じさせることになる。これにより、例えば、Ｎ２ガスは、内部空間の上部においてＮ、Ｎ２などのイオンまたはラジカルで活性化され、ＮＨ３ガスは、内部空間の上部においてＮ、Ｈ、ＮＨ、ＮＨ２、ＮＨ３などのイオンまたはラジカルで活性化されることが可能である。
水素含有ガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、プラズマ発生器４０の内部空間に水素含有ガスを供給するものである。すなわち、水素含有ガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、プラズマ発生器４０の側部に配設された第２の工程ガス供給管４４からプラズマ発生器４０の内部空間に水素含有ガスを供給して行われる。ここで、水素含有ガスは、Ｈ２ガスを含んでいてもよい。
前述したように、第２の工程ガス供給管４４は、アンテナ部５２の下部に配置されて、プラズマ発生器４０の内部空間の下部に水素含有ガスを供給することができる。すなわち、水素含有ガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、活性化された窒素含有ガスがチャンバー１０内に移動する経路の上に前記水素含有ガスを供給することができる。したがって、水素含有ガスを供給するステップ（Ｓ３００）において内部空間に供給された水素含有ガスは、活性化された窒素含有ガスがチャンバー１０内に移動する経路上において少なくとも一部が活性化されることが可能になる。すなわち、Ｈ２ガスは、活性化された窒素含有ガスにより少なくとも一部がＨ、Ｈ２などのイオンまたはラジカルで活性化されることができ、このようにして活性化された水素含有ガスは、既に活性化された窒素含有ガスと反応して様々なＮ－Ｈ結合を形成することができる。
ここで、本発明の実施形態による基板処理方法は、内部空間にフッ素含有ガスを供給するステップをさらに含んでいてもよい。
フッ素含有ガスを供給するステップは、プラズマ発生器４０の内部空間にフッ素含有ガスを供給するものである。すなわち、フッ素含有ガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、プラズマ発生器４０の側部に配設された第３の工程ガス供給管４６からプラズマ発生器４０の内部空間にフッ素含有ガスを供給して行われる。ここで、フッ素含有ガスは、Ｆ２ガス、ＨＦガス及びＮＦ３ガスのうちの少なくともいずれか１種を含んでいてもよい。
前述したように、第３の工程ガス供給管４６は、第２の工程ガス供給管４４の下部に配置されて、プラズマ発生器４０の内部空間にフッ素含有ガスを供給することができる。すなわち、フッ素含有ガスを供給するステップは、水素含有ガスがチャンバー１０内に移動する経路の上に前記フッ素含有ガスを供給するものであってもよい。したがって、フッ素含有ガスを供給するステップにおいて内部空間に供給されたフッ素含有ガスは、少なくとも一部が活性化された水素含有ガスがチャンバー１０内に移動する経路上において少なくとも一部が活性化されることが可能である。すなわち、Ｆ２ガスは、少なくとも一部が活性化された水素含有ガスにより少なくとも一部がＦ、Ｆ２などのイオンまたはラジカルで活性化され、ＨＦガスは、少なくとも一部が活性化された水素含有ガスによりＨ、ＨＦなどのイオンまたはラジカルで活性化され、ＮＦ３ガスは、少なくとも一部が活性化された水素含有ガスによりＮ、Ｆ、ＮＦ、ＮＦ２、ＮＦ３などのイオンまたはラジカルで活性化されることができる。このようにして活性化されたフッ素含有ガスは、既に活性化された窒素含有ガス及び水素含有ガスのうちの少なくともどちらか一方と反応して様々な結合を形成することができる。
基板Ｓの上に供給するステップ（Ｓ４００）は、プラズマ発生器４０の内部空間において活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板Ｓの上に供給するものである。プラズマ発生器４０の内部空間とチャンバー１０の工程空間とは互いに連通しているため、プラズマ発生器４０の内部空間において活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスは、ガス噴射部２０に与えられて噴射孔を介して噴射されて基板Ｓの上に供給される。
このとき、基板Ｓの上に供給するステップ（Ｓ４００）は、活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板Ｓの上に同時に供給するものであってもよい。また、内部空間にフッ素含有ガスを供給するステップをさらに含む場合、基板Ｓの上に供給するステップ（Ｓ４００）は、活性化された窒素含有ガスと水素含有ガス及びフッ素含有ガスを基板Ｓの上に同時に供給するものであってもよい。ここで、活性化された窒素含有ガスと水素含有ガス及びフッ素含有ガスは、それぞれが互いに分離された状態で供給されるわけではなく、少なくとも一部が互いに反応して、反応された状態のガスが基板Ｓの上に供給されてもよいということはいうまでもない。
このように、活性化された窒素含有ガスと水素含有ガス、または活性化された窒素含有ガスと水素含有ガス及び窒素含有ガスが基板Ｓの上に供給されれば、前記ガスは基板Ｓに形成された酸化膜と反応することになり、これにより、基板Ｓの上に形成された自然酸化膜は除去される。このとき、基板Ｓの上に供給されたガスと自然酸化膜とが反応して生成される水蒸気（Ｈ２Ｏ）と反応できなかった残留ガスは、排気手段によりチャンバー１０の外部に排出されることが可能である。
このように、本発明の実施形態による基板処理方法によれば、チャンバーの外部に設けられたプラズマ発生器から活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に供給することにより、基板に形成された自然酸化膜を速やかに除去し、工程時間を短縮させることができる。
また、活性化された窒素含有ガスを用いて、供給される水素含有ガスの少なくとも一部を活性化させることにより、基板に形成された自然酸化膜と反応可能な工程ガスを生じさせることができ、これにより、基板に形成された自然酸化膜を有効に除去することができる。
以上、本発明の好適な実施形態が特定の用語を用いて説明及び図示されたが、これらの用語は、単に本発明を明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の実施形態及び記述された用語は、特許請求の範囲の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変更及び変化が加えられるということは明らかである。これらの変形された実施形態は、本発明の思想及び範囲から個別的に理解されてはならず、本発明の特許請求の範囲内に属するものといえるべきである。
Claims (10)
- チャンバー内に搬入された基板を処理するための基板処理方法であって、
前記チャンバーの外部に設けられたプラズマ発生器の内部空間に窒素含有ガスを供給するステップと、
前記内部空間において窒素含有ガスを活性化させるステップと、
前記内部空間に水素含有ガスを供給するステップと、
前記内部空間において活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に供給するステップと、
を含む、基板処理方法。 - 前記窒素含有ガスは、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスのうちの少なくともどちらか一方を含む、請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記水素含有ガスは、Ｈ２ガスを含む、請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記水素含有ガスを供給するステップは、
前記活性化された窒素含有ガスが前記チャンバー内に移動する経路の上に前記水素含有ガスを供給するものである、請求項１に記載の基板処理方法。 - 前記内部空間に供給された水素含有ガスは、前記活性化された窒素含有ガスが前記チャンバー内に移動する経路上において少なくとも一部が活性化される、請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記基板の上に供給するステップは、
前記活性化された窒素含有ガスと水素含有ガスを基板の上に同時に供給するものである、請求項１に記載の基板処理方法。 - 前記窒素含有ガスと水素含有ガスを前記基板に形成された酸化膜と反応させて前記酸化膜を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記内部空間にフッ素含有ガスを供給するステップをさらに含む、請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記フッ素含有ガスは、Ｆ２ガス、ＨＦガス及びＮＦ３ガスのうちの少なくともいずれか１種を含む、請求項８に記載の基板処理方法。
- 前記フッ素含有ガスを供給するステップは、
前記水素含有ガスが前記チャンバー内に移動する経路の上に前記フッ素含有ガスを供給するものである、請求項８に記載の基板処理方法。
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