KR100644000B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR100644000B1
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운류 오가와
데츠야 다카가키
아키노리 이시이
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다카유키 사토
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

플라즈마 손상을 방지하여 웨이퍼의 자연 산화막을 확실하게 제거한다.
자연 산화막 제거 장치(10)의 프로세스 튜브(11)에는 가스 도입구부(22)가 형성되고, 가스 도입구부(22)에는 가스 도입관(23)의 한쪽 단부가 접속되어 있다. 가스 도입관(23)의 다른쪽 단부에는 외부에 플라즈마 발생 장치(26)가 설치된 플라즈마실(25)이 형성되고, 플라즈마실(25)에는 H2가스 공급원(27)과 N2가스 공급원(28)이 접속되어 있다. 가스 도입관(23)의 중간에는 공급관(29)이 삽입되고, 공급관(29)의 다른쪽 단부에 NF3가스 공급원(30)이 접속되어 있다. 가스 도입관(23)에 공급된 NF3가스(33)는 H2와 N2의 혼합 가스(31)가 플라즈마(24)로 활성화된 활성 가스(32)에 의해서 활성화되어 자연 산화막 제거 가스(34)로서 처리실(12)에 공급된다.
가스 도입관에서 NF3가스의 분해 정도를 적정하게 제어함으로써, 플라즈마 손상을 방지하면서 자연 산화막을 확실하게 제거할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATES}
도 1은 본 발명의 1실시예인 배치식 자연 산화막 제거 장치를 도시하는 종단면도,
도 2는 자연 산화막 제거 작용을 설명하기 위한 각 설명도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 낱장식 자연 산화막 제거 장치를 도시하는 종단 단면도,
도 4a 내지 4c는 각각 공급관의 다른 실시예를 도시하는 부분 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예인 배치식 자연 산화막 제거 장치를 도시하는 종단면도,
도 6은 도 5에 도시된 배치식 자연 산화막 제거 장치의 횡단면도,
도 7a 내지 7c는 각각 분산판의 다른 실시예를 도시하는 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예인 배치식 자연 산화막 제거 장치를 도시하는 종단면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예인 배치식 자연 산화막 제거 장치를 도시하는 횡단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 웨이퍼(기판) 2 : 콘택트 홀
3 : 자연 산화막 4 : 표면 처리막
5 : Si면
10 : 배치식 자연 산화막 제거 장치(기판 처리 장치)
11 : 프로세스 튜브 12 : 처리실
13 : 턴테이블 14 : 로터리 액추에이터
15 : 보트 16 : 상측 단부 판
17 : 하측 단부 판 18 : 유지부재
19 : 유지홈 20 : 배기구부
21 : 배기관 22 : 가스 도입구부
23 : 가스 도입관 24 : 플라즈마
25 : 플라즈마실 26 : 플라즈마 발생 장치
27 : H2가스 공급원 28 : N2가스 공급원
29 : 피 활성 가스 공급관 29a : NF3가스 분출구
30 : NF3가스 공급원 31 : 혼합 가스
32 : 활성 가스종 33 : NF3가스(피 활성 가스)
34 : 자연 산화막 제거 가스 10A : 낱장식 자연 산화막 제거 장치
11A : 프로세스 튜브 12A : 처리실
13A : 턴테이블 15A : 유지대
35 : 히터 유닛 29A, 29B, 29C : 공급관
40 : 배치식 자연 산화막 제거 장치(기판 처리 장치)
41 : 프로세스 튜브 42 : 처리실
43 : 보트 반입 반출구 44 : 밀봉(seal) 캡
45 : 로터리 액추에이터 46 : 턴테이블
47 : 보트 47a : 상측 단부 판
47b : 하측 단부 판 47c : 유지부재
47d : 유지홈 50 : 배기구부
51 : 배기관 52 : 가스 도입구부
53 : 가스 도입관 54 : 자연 산화막 제거 가스
55 : 리모트 플라즈마 유닛 56 : 버퍼부
57 ,57A, 57B : 분산판(분산 수단) 58, 58A, 58B : 가스 분출구
59 : 컨덕턴스 플레이트 59a : 가스 흡입구
60 : 램프 히터(가열 수단) 61 : 조사창
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 처리가 실시되는 기판의 자연 산화막을 제거하는 기술에 관한 것으로, 예컨대 반도체 장치의 제조 방법에 있어서 반도체 소자를 포함하는 집적 회로가 장착되는 반도체 웨이퍼에 성막 처리나 어닐 처리, 산화막 형성 처리 및 확산 처리 등의 열 처리를 실시할 때에 이용하기 유효한 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 실리콘 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)에 성막 처리나 어닐 처리, 산화막 형성 처리 및 확산 처리 등의 열 처리를 실시할 때 배치(batch)식 종형 핫 월(hot wall)형 열 처리 장치(furnace. 이하, 열 처리 장치라고 함)가 널리 사용되고 있다.
그런데, 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 웨이퍼가 각 공정 사이를 이동할 때에 웨이퍼가 대기에 노출되면 대기중의 산소나 수분 때문에 자연 산화막이 웨이퍼의 표면에 형성되며, 이 웨이퍼 표면의 자연 산화막은 불완전한 결정성을 가진 실리콘 산화막은 열 처리 장치의 콘트롤된 열산화에 의해서 형성되는 실리콘 산화막과 비교하여 막질이 뒤떨어지기 때문에, 자연 산화막이 표면에 형성된 웨이퍼로 제조되는 반도체 장치는 예컨대 다음과 같은 악영향을 받는 것으로 알려져 있다.
① 웨이퍼의 캐패시터(Capacitor)를 만드는 절연막의 부분에 자연 산화막이 형성되면, 캐패시터의 전극 간격이 자연 산화막만큼 증가해 버리고, 또한 유전율이 낮은 자연 산화막 때문에 캐패시터의 실효 용량이 작아진다.
② 게이트 산화막을 성막하는 경우에 있어서, 대기중의 산소에 의해서 산화된 자연 산화막은 불순물을 많이 포함하고 있기 때문에, 자연 산화막 위에 게이트 산화막을 성막하면, 순수한 게이트 산화막보다 리크(leak) 전류가 커진다. 또한, 그 후의 열 처리에 의해서 불순물이 주위의 막중으로 확산해버려 전기 특성이 저하한다.
③ 다층 배선 구조를 갖는 반도체 장치에 있어서, 하층의 배선에 접속하는 배선을 패터닝하기 위한 막을 형성하는 경우에는 그 계면에 자연 산화막이 개재해 버리면, 그 층간의 접속부의 전기 저항이 커진다.
④ 유전율을 크게하기 위해서 HSG(HemiSpherical Grained poly Silicon)막이 형성되는 웨이퍼에 있어서, 자연 산화막이 성장한 후의 웨이퍼에는 HSG막은 성장하기 어려워진다.
이 때문에, 웨이퍼가 열 처리 장치에 의해서 소망하는 열 처리(이하, 본 처리라고 함)가 실시됨에 있어서, 웨이퍼를 불화수소(불산. 이하, HF라고 함)로 전(前) 처리 세정함으로써, 웨이퍼에 생성된 자연 산화막을 사전에 제거하는 것이 일반적으로 실시되고 있다. 그런데, 전 처리 세정 공정에서 열 처리 장치에 의한 본 처리 공정으로 공급되는 동안이나, 열 처리 장치내에서 프로세스 튜브로 반입되기 전에 웨이퍼가 대기에 접촉하면, 1 내지 2의 원자층 두께의 자연 산화막이 형성되어 버린다. 그리고, 시간의 경과에 따라 성장하는 자연 산화막을 극력 억제하기 위해서는 전 처리 세정 공정에서 본 처리인 열 처리 공정까지의 시간을 가급적 단축해야 하기 때문에, 공정 설계의 자유도가 작아져 버린다. 또한, HF에 의한 전 처리 세정은 웨트세정이기 때문에, 반도체 장치의 미세화에 따라 미세한 트렌치의 세정이 곤란해지고 있다.
그래서, 드라이 에칭의 원리를 이용한 자연 산화막 제거 기술의 개발이 요구되고 있다. 이 요구에 따른 기술의 하나로서, 리모트 플라즈마 클리닝 기술을 응용한 자연 산화막 제거 기술이 검토되고 있다. 리모트 플라즈마 클리닝 기술이란 처리실의 외부에 배치된 리모트 플라즈마 유닛에서 활성화한 래디컬을 처리실에 도입함으로써, 처리실에 부착된 부 생성물을 제거하는 기술이다.
그러나, 리모트 플라즈마 클리닝 기술을 응용한 자연 산화막 제거 기술에서는, 자연 산화막을 드라이 에칭하기 위한 자연 산화막 제거 가스를 활성화하는 방법이 적절하지 않으면 웨이퍼에 플라즈마 손상이 발생하거나, 에칭의 선택성을 얻을 수 없기 때문에 자연 산화막을 제거할 수 없거나 하는 불량이 발생한다. 또한, 스루풋(throughput)을 높이기 위해서 복수 매의 웨이퍼를 일괄 처리하는 경우에는 복수 매의 웨이퍼 상호간 및 웨이퍼면내에서 자연 산화막 제거 가스를 균일하게 접촉시키지 않으면, 자연 산화막을 전체적으로 균일하게 제거할 수가 없다고 하는 불량이 발생한다.
본 발명의 목적은 플라즈마 손상의 발생을 방지하고, 피 처리 기판의 자연 산화막을 양호한 스루풋을 가지고 전체적으로 균일하게 제거할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 제 1 수단은 플라즈마 방전에 의해서 활성화된 가스가 피 활성 가스에 충돌되어 활성화되어 이루어지는 자연 산화막 제거 가스가 가스 도 입관을 통하여 처리실로 공급되어, 상기 처리실내의 기판의 자연 산화막이 제거되는 기판 처리 장치로, 상기 피 활성 가스는 상기 가스 도입관으로 공급되고, 또한 플라즈마 발생 영역을 향하여 분출되는 것을 특징으로 한다.
이 제 1 수단에 의하면, 피 활성 가스가 플라즈마 형성 영역과 처리실을 연락하는 가스 도입관에 공급되고, 또한 플라즈마 발생 영역을 향하여 분출됨으로써, 피 활성 가스의 분해 정도를 제어할 수 있기 때문에, 처리실에서의 피 처리 기판의 플라즈마 손상의 발생을 방지할 수 있음과 동시에, 자연 산화막을 확실하게 제거할 수 있다. 그리고, 피 활성 가스의 분출구로부터 플라즈마 형성 영역까지의 거리나, 피 활성 가스의 분출 각도 및 피 활성 가스의 분출 위치를 조정함으로써, 피 활성 가스의 분해 정도를 넓은 범위에서 적정하게 제어할 수 있다.
과제를 해결하기 위한 제 2 수단은 복수 매의 기판을 처리하는 처리실과, 이 처리실로 활성화한 자연 산화막 제거 가스를 이 처리실의 외부에서 공급하는 리모트 플라즈마 유닛과, 상기 자연 산화막 제거 가스를 분산시켜 상기 복수 매의 기판에 평행하게 유통시키는 분산 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 제 2 수단에 의하면, 활성화한 자연 산화막 제거 가스가 복수 매의 기판에 평행하게 유통함으로써, 자연 산화막 제거 가스가 복수 매의 기판에 각각 균일하게 접촉하기 때문에, 자연 산화막 제거 가스에 의한 처리 상태가 복수 매의 기판상호간 및 각 기판의 면내에서 균일하게 된다. 그리고, 복수 매의 기판을 일괄해서 처리함으로써 처리의 스루풋을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
본 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판으로서의 웨이퍼의 표면에 형성된 자연 산화막을 리모트 플라즈마 클리닝 기술에 의해서 제거하는 자연 산화막 제거 장치로서, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 구성되어 있고, 이 자연 산화막 제거 장치(10)는 복수 매의 웨이퍼(1)를 일괄해서 배치 처리하도록 구성되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 배치 처리하는 자연 산화막 제거 장치(이하, 배치식 자연 산화막 제거 장치라고 함)(10)는 자연 산화막 제거 처리를 실시하기 위한 처리실(12)을 형성하는 프로세스 튜브(11)를 구비하고 있다. 프로세스 튜브(11)는 석영 유리가 사용되어 양단부가 폐색된 원통형상으로 일체 성형되어 있고, 중심선이 수직이 되도록 세로로 설치되어 있다. 프로세스 튜브(11)의 하단 폐색벽에는 보트(15)를 유지한 턴테이블(13)이 동심원으로 배치되어 회전 가능하게 지지되어 있고, 턴테이블(13)은 프로세스 튜브(11)의 하단부 바닥벽의 외부에 설치된 로터리 액추에이터(14)에 의해서 회전 구동되도록 되어 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 턴테이블(13) 위에는 복수 매의 웨이퍼(1)를 유지하기 위한 보트(15)가 일체 회전하도록 설치되어 있다. 보트(15)는 상측 단부 판(16) 및 하측 단부 판(17)과, 양 단부 판(16과 17) 사이에 가설되어 수직으로 배치된 복수개(본 실시예에서는 3개)의 유지부재(18)를 구비하고 있고, 각 유지부재(18)에는 유지홈(19)이 복수개, 길이 방향으로 등 간격으로 배치되어 서로 동 일 평면내에서 개구하도록 각각 형성되어 있다. 보트(15)의 하측 단부 판(17)은 턴테이블(13)의 상면에 탈착 가능하게 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼(1)는 웨이퍼 탑재 이송 장치(도시하지 않음)에 의해서 프로세스 튜브(11)의 측벽의 일부에 개설된 웨이퍼 탑재 이송구(도시하지 않음)에서 처리실(12)로 반입됨과 동시에, 각 유지홈(19) 사이에 삽입되어 수평 또한 서로 중심이 맞는 상태로 정렬되어 유지된다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 프로세스 튜브(11)의 측벽에는 배기구부(20)가 처리실(12)에 연통하여 프로세스 튜브(11)의 높이와 대략 같은 높이를 갖도록 형성되어 있고, 배기구부(20)에는 처리실(12)을 배기하는 배기관(21)이 접속되어 있다.
프로세스 튜브(11)의 측벽에서의 배기구부(20)에 대향하는 부분에는 가스 도입구부(22)가 처리실(12)에 연통하여 프로세스 튜브(11)의 높이와 대략 같은 높이를 갖도록 형성되어 있고, 가스 도입구부(22)의 높이 방향의 중간부에는 가스 도입관(23)의 한쪽 단부가 가스를 처리실(12)로 수평 방향으로 도입하도록 접속되어 있다. 가스 도입관(23)의 다른쪽 단부에는 플라즈마(24)의 형성 영역으로서의 플라즈마실(25)이 형성되어 있고, 플라즈마실(25)의 외부에는 플라즈마 발생 장치(26)가 플라즈마실(25)에 플라즈마(24)를 형성하도록 설치되어 있다. 플라즈마 발생 장치(26)는 ICP, CCP, ECR와 같은 유도 결합형 및 μ표면 파형 등의 어떤 플라즈마 발생 장치에 의해서 구성하더라도 무방하다. 플라즈마실(25)에는 수소(H2)가스(이 하, H2가스라고 함)를 공급하기 위한 H2가스 공급원(27)과, 질소(N2)가스(이하, N2가스라고 함)를 공급하기 위한 N2가스 공급원(28)이 각각 접속되어 있다. H2가스와 N2가스 대신 NH3 가스가 단독으로 사용될 수도 있고 H2가스나 N2가스와 함께 또는 두 가지 가스와 함께 사용될 수도 있다.
가스 도입관(23)의 가스 도입구부(22)와 플라즈마실(25) 사이에는 피 활성 가스 공급관(29)의 한쪽 단부가 삽입되어 있고, 피 활성 가스 공급관(29)의 다른쪽 단부에는 피 활성 가스로서의 3불화질소(NF3)가스(이하, NF3가스라고 함)를 공급하기 위한 NF3가스 공급원(30)이 접속되어 있다. 피 활성 가스 공급관(이하, NF3가스 공급관이라고 함)(29)의 가스 도입관(23)으로의 삽입단부는 L자형상으로 굴곡되어 있고, 그 NF3가스 분출구(29a)는 NF3가스를 플라즈마실(25)을 향해서 분출하도록 가스 도입관(23)의 중심선상에서 플라즈마실(25)을 향해 있다.
도시하지 않지만, 프로세스 튜브(11)의 외부에는 처리실(12)을 가열하기 위한 램프 히터 등으로 이루어지는 히터 유닛이 웨이퍼 탑재 이송구와 배기구부(20) 및 가스 도입구부(22)에 간섭하지 않도록 설비되어 있다.
다음에, 상기 구성에 따른 배치식 자연 산화막 제거 장치의 작용을 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는 도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1)의 층, 예를 들어 절연층(6)에는 콘택트 홀(2)이 형성되어 있고, 콘택트 홀(2)의 바닥부에는 자연 산화막(3)이 발생하고 있는 것으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자연 산화막(3)을 제거해야 하는 웨이퍼(1)는 복수 매가 보트(15)에 웨이퍼 탑재 이송 장치에 의해서 장전(차징)된다. 웨이퍼 탑재 이송구가 게이트밸브(도시하지 않음)에 의해서 폐쇄되어 처리실(12)이 기밀하게 유지된 상태에서 처리실(12)이 배기관(21)에 의해서 배기되어, 보트(15)를 지지한 턴테이블(13)이 로터리 액추에이터(14)에 의해서 회전된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마실(25)에는 플라즈마(24)가 플라즈마 발생 장치(26)에 의해서 형성됨과 동시에, H2가스 공급원(27) 및 N2가스 공급원(28)으로부터 소정 유량의 H2가스 및 N2가스(이하, 혼합 가스라고 함)(31)가 공급된다. 플라즈마실(25)에 공급된 혼합 가스(31)는 플라즈마 방전에 의해서 활성화되어 활성 가스종(32)이 형성된다.
또한, 피 활성 가스로서의 NF3가스(33)는 NF3가스 공급관(29)의 분출구(29a)에서 플라즈마실(25)을 향하여 분출되고, 가스 도입관(23)을 통해서 플라즈마실(25)쪽으로 공급된다. 플라즈마실(25)에 공급된 NF3가스(33)는 활성 가스종(32)에 첨가된 상태가 되기 때문에, 활성 가스종(32)에 의해서 활성화된다. 이 활성화된 NF3가스와 혼합 가스(31) 및 활성 가스종(32)을 포함하는 자연 산화막 제거 가스(34)는 처리실(12)의 배기력 및 혼합 가스(31)의 급기력에 의해서 가스 도입관(23)을 통해 처리실(12)을 향하여 흘러, 가스 도입구부(22)로부터 처리실(12)로 흘러 들어온다.
처리실(12)로 흘러 들어온 자연 산화막 제거 가스(34)는 처리실(12) 전체로 균등하게 확산하고, 웨이퍼(1) 표면의 자연 산화막(3)과 반응하여, 도 2b에 도시된 바와 같이, Si, N, H, F가 혼합한 생성물의 막(이하, 표면 처리막이라고 함)(4)을 형성한다. 이 때, 웨이퍼(1)를 유지한 보트(15)가 턴테이블(13)에 의해서 회전되고 있기 때문에, 자연 산화막 제거 가스(34)는 웨이퍼(1)의 전면에 균등하게 접촉한다.
이상의 표면 처리막(4)을 형성하기 위해서 설정된 처리 시간이 경과하면, H2가스 공급원(27), N2가스 공급원(28) 및 NF3가스 공급원(30)에 의한 H2 가스, N2가스 및 NF3가스의 공급이 정지됨과 동시에, 플라즈마 발생 장치(26)의 구동도 정지된다. 또한, 처리실(12)의 잔류 가스는 처리실(12)이 배기관(21)에 의해서 배기됨으로써 배출된다.
잔류 가스 배출 시간이 경과하면, 처리실(12)이 히터 유닛에 의해서 소정의 온도(예컨대, 100℃)로 가열된다. 이 가열에 의해서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 표면 처리막(4)은 승화해 간다. 이것에 의해서, 웨이퍼(1)의 자연 산화막(3)이 제거되어 웨이퍼(1)의 표면에는 Si면(5)이 노출한 상태가 된다. 또한, 이상의 자연 산화막 제거의 프로세스는 다음과 같이 고려된다. H2가스, N2가스, NF3가스 및 이들 각 활성종으로 이루어지는 자연 산화막 제거 가스가 자연 산화막(SiO2)과 반응하여 Si, N, H, F를 포함하는 고분자가 되고, 이 고분자 생성물이 100℃ 이상의 열에 의 해서 승화한다.
이상의 표면 처리막을 승화하기 위해서 설정된 처리 시간이 경과하면, 히터 유닛의 가열이 정지되고, 처리실(12)의 잔류 가스가 배기관(21)의 배기력에 의해서 배출된다.
잔류 가스 배출 시간이 경과하면, 보트(15)의 처리 완료 웨이퍼(1)는 웨이퍼 탑재 이송 장치에 의해서 제거(디스차징)되어, 게이트밸브에 의해서 개방된 웨이퍼 탑재 이송구를 통하여 웨이퍼 캐리어(도시하지 않음)에 탑재 이송된다.
이후, 전술한 작용이 반복되어 복수 매의 웨이퍼(1)가 배치식 자연 산화막 제거 장치(10)에 의해서 배치 처리되어 간다.
그런데, 전술한 자연 산화막의 제거 작용에 크게 기여하는 NF3가스(33)가 가스 도입관(23)으로 이송되지 않고, 처리실(12)로 공급된 후에 처리실(12)로 이송되어 오는 혼합 가스(31)에 의한 활성 가스종(32)에 의해서 간접적으로 활성화되는 경우에는 웨이퍼(1)에 플라즈마 손상이 발생하거나 에칭의 선택성을 얻을 수 없거나 하는 것이 본 발명자에 의해서 구명되었다.
그러나, 본 실시예에서는 NF3가스(33)가 가스 도입관(23)에서 플라즈마실(25)을 향해서 분출됨으로써, 가스 도입관(23) 및 플라즈마실(25)로 이송되어 활성 가스종(32)에 의해서 간접적으로 활성화되기 때문에, 웨이퍼(1)에 플라즈마 손상이 발생하거나 에칭의 선택성을 얻을 수 없거나 하는 것은 방지된다. 즉, 가스 도입관(23) 및 플라즈마실(25)로 이송되어 활성 가스종(32)에 의해서 간 접적으로 활성화됨으로써, 전술한 자연 산화막의 제거 작용에 크게 기여하는 NF3가스(33)의 분해 정도는 적정한 것(값이나 범위)이 되어 처리실(12)로 공급되므로, 웨이퍼(1)에 플라즈마 손상이 발생하거나 에칭의 선택성을 얻을 수 없거나 하는 것은 방지된다.
그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, NF3가스 공급관(29)의 분출구(29a)에서 플라즈마실(25)까지의 거리(L)를 증감 조정함으로써, NF3가스(33)의 분해 정도를 넓은 범위에서 적정하게 제어할 수 있다. 예컨대, 거리(L)를 작게 설정하여 플라즈마실(25)로 불어 들어오는 NF3가스(33)의 양을 증가시킴으로써, NF3가스(33)의 분해 정도가 커지도록 제어할 수 있다. 반대로, 거리(L)를 크게 설정하여 플라즈마실(25)로 불어 들어오는 NF3가스(33)의 양을 감소시킴으로써, NF3가스(33)의 분해 정도는 작아지도록 제어할 수 있다. 덧붙여서 말하면, 이 거리(L)의 조정은 웨이퍼(1)의 제거해야 하는 자연 산화막(3)의 추정부피와, 웨이퍼(1)에 형성된 제거해서는 안되는 산화막(SiO2)의 면적과의 관계, 혼합 가스(31)나 NF3가스(33)의 공급량 등등의 여러가지 조건에 대응하여 실험이나 컴퓨터에 의한 시뮬레이션 등의 경험적수법에 의해서 적절하게 구하는 것이 바람직하다.
상기 실시예에 의하면, 다음 효과를 얻을 수 있다.
① 자연 산화막의 제거 작용에 크게 기여하는 NF3가스의 분해 정도를 적정하게 제어함으로써, 자연 산화막과 실리콘 사이의 에칭 선택비를 8배 이상으로 설정 할 수 있기 때문에, 자연 산화막을 확실하게 제거할 수 있다. 예컨대, 자연 산화막을 매분 3Å 이상의 에칭레이트로 깎을 수 있다.
② 자연 산화막의 제거 작용에 크게 기여하는 NF3가스의 분해 정도를 적정하게 제어함으로써, 웨이퍼나 프로세스 튜브 및 보트 등에 플라즈마 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
③ NF3가스 공급관의 분출구로부터 플라즈마실까지의 거리(L)를 조정함으로써, NF3가스의 분해 정도를 넓은 범위에서 적정하게 제어할 수 있으므로, 모든 처리 조건에 대응하여 자연 산화막을 확실하게 제거할 수 있다.
④ 자연 산화막 제거 가스를 보트에 나열된 웨이퍼군의 주면과 평행 방향으로 도입함으로써, 자연 산화막 제거 가스를 웨이퍼의 주면 전체에 걸쳐 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 웨이퍼의 자연 산화막을 전체에 걸쳐 균일하게 제거할 수 있다.
⑤ 웨이퍼를 유지한 보트를 턴테이블로 회전시킴으로써, 자연 산화막 제거 가스를 웨이퍼의 전면에 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 웨이퍼의 자연 산화막을 균일하게 제거할 수 있다.
⑥ 예컨대, 전 처리 세정된 후에 웨이퍼의 표면에 생성된 자연 산화막을 제거하고 나서 웨이퍼에 CVD막을 형성함으로써, CVD막에 대한 자연 산화막의 악영향을 확실하게 방지할 수 있으므로 CVD 장치의 성능 및 신뢰성을 높일 수 있고, 나아가서는 그 CVD 장치에 의해서 처리된 웨이퍼에 의한 반도체 장치의 품질 및 신뢰성 그리고 양품률을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 낱장식 자연 산화막 제거 장치의 종단면도이다.
본 실시예가 상기 실시예와 다른 점은 웨이퍼를 낱장 처리하도록 구성되어 있는 점이다. 즉, 본 실시예에 따른 낱장식 자연 산화막 제거 장치(10A)에서는 프로세스 튜브(11A)가 높이가 낮은 처리실(12A)을 형성하도록 짧은 원통형상으로 형성되어 있고, 처리실(12A)의 바닥면 위에 설치된 턴테이블(13A)에는 보트 대신에 2장의 웨이퍼(1, 1)를 유지하는 유지대(15A)가 설치되어 있다. 참조부호(35)는 램프로 이루어지는 열 유닛이다.
본 실시예에 의하면, 상기 실시예와 동일한 작용 및 효과가 있다. 즉, NF3가스(33)가 가스 도입관(23)에서 플라즈마실(25)을 향해서 분출됨으로써, 가스 도입관(23) 및 플라즈마실(25)로 이송되어 혼합 가스(31)에 의한 활성 가스종(32)에 의해서 간접적으로 활성화되기 때문에, 웨이퍼(1)에 플라즈마 손상이 발생하거나 에칭의 선택성을 얻을 수 없거나 하는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예컨대, NF3가스 공급관은 가스 도입관에 도 1에 도시된 바와 같이 삽입하는 것에 한하지 않고, 도 4a, 4b, 4c에 도시된 바와 같이 삽입해도 무방하다.
도 4a는 NF3가스 공급관(29A)이 가스 도입관(23)의 처리실(12)측의 단부에서 중심선을 따라 삽입된 예를 도시하고 있다.
여기에서, 도 4a의 실시예에 의한 NF3가스 공급관(29A)의 분출구로부터 플라즈마실(25)까지의 거리(L)와, 에칭 레이트(에칭 속도)의 관계를 구명하는 실시예를 도시한다. 플라즈마 발생 장치(26)의 μ파 전력이 1800W, H2가스의 유량이 400㏄/분, N2가스 유량이 300㏄/분, NF3가스의 유량이 1000㏄/분, 처리실(12)의 압력이 120㎩, 웨이퍼의 온도가 40℃이하인 프로세스 조건에 있어서, NF3가스 공급관(29A)의 분출구로부터 플라즈마실(25)까지의 거리(L)가 205㎜일 때에는 에칭 레이트는 3.3Å/분, 거리(L)가 227㎜일 때에는 에칭 레이트는 2.5Å/분, 거리(L)가 268㎜일 때에는 에칭 레이트는 1.7Å/분이었다. 이 실험예에 의해서 충분한 에칭 레이트를 얻을 수 있고, 또한 L의 값을 선정함으로써 에칭 레이트를 조정할 수 있는 것이 검증되었다.
도 4b는 NF3가스 공급관(29B)이 가스 도입관(23)에 대하여 경사각(Θ)을 가지고 삽입된 예를 도시하고 있다. 이 예에서는 NF3가스 공급관(29B)의 가스 도입관(23)에 대한 경사각(Θ)을 증감 조정함으로써, NF3가스(33)의 분해 정도를 넓은 범위에서 적정하게 제어할 수 있다.
도 4c는 NF3가스 공급관(29C)이 가스 도입관(23)의 중심선에 직교하도록 삽입된 예를 도시하고 있다.
도 4c의 실시예에 있어서, 도 4a와 동일한 프로세스 조건에서, NF3가스 공급관(29C)의 분출구로부터 플라즈마실(25)까지의 거리(L)와, 에칭 레이트(에칭 속도)와의 관계를 구명한 결과, 거리(L)가 210㎜일 때에는 에칭 레이트는 0.3Å/분으로, 에칭이 가능한 것이 검증되었다. 그러나, NF3가스 공급관(29C)을 처리실(12)을 향하여 흘려보낸 경우에는 에칭이 거의 일어나지 않았다. 이것은 NF3가스(33)가 즉석에서 배기되어, 활성화된 H2가스와 N2가스의 혼합 가스(31)와의 체재 시간이 짧아져, 에너지 교환이 거의 되지 않았던 것이 원인이라고 생각된다.
상기 실시예에서는 웨이퍼에 열처리가 실시되는 경우에 대해서 설명했지만, 피 처리 기판은 핫 마스크나 프린트 배선 기판, 액정 패널, 컴팩트 디스크 및 자기 디스크 등이어도 무방하다.
피 활성 가스로서는 NF3가스를 사용하는 것에 한하지 않고, 3불화염소(ClF3), 4불화탄소(CF4), 6불화탄소(C2F6) 등이나 그 외 할로겐 가스를 사용해도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 상기한 실시예에 의하면, 플라즈마 손상의 발생을 방지하여 피 처리 기판의 자연 산화막을 확실하게 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 3 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
본 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판으로서의 웨이퍼의 표면에 형성된 자연 산화막을 리모트 플라즈마 클리닝 방식에 의해서 제거하는 자연 산화막 제거 장치로서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 구성되어 있고, 이 자연 산화막 제거 장치(40)는 복수 매의 웨이퍼(1)를 일괄해서 배치 처리하는 것으로 구성되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 배치 처리하는 자연 산화막 제거 장치(이하, 배치식 자연 산화막 제거 장치라고 함)(40)는 자연 산화막 제거 처리를 실시하기 위한 처리실(42)을 형성한 프로세스 튜브(41)를 구비하고 있다. 프로세스 튜브(41)는 진공을 유지하는 것이 가능한 기밀 구조의 대략 직방체의 상자형상으로 형성되어 있고, 중심선이 수직이 되도록 세로로 설치되어 있다. 프로세스 튜브(41)의 하단 폐색벽에는 보트 반입 반출구(43)가 개설되어 있고, 보트 반입 반출구(43)는 보트 엘리베이터(도시하지 않음)에 의해서 프로세스 튜브(41)에 대하여 승강되는 밀봉 캡(44)에 의해서 개폐되도록 되어 있다. 밀봉 캡(44)의 하면에는 로터리 액추에이터(45)가 설치되어 있고, 로터리 액추에이터(45)의 출력축인 회전축은 밀봉 캡(44)의 중심을 관통하여 처리실(42)에 삽입되어 있다. 로터리 액추에이터(45)의 회전축의 상단부에는 턴테이블(46)이 수평하게 배치되어 일체 회전하도록 지지되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 턴테이블(46) 위에는 복수 매의 웨이퍼(1)를 유지하기 위한 보트(47)가 일체 회전하도록 설치되어 있고, 보트(47)는 웨이퍼(1)에 금속 오염 등의 악영향을 미치게 하지 않도록 석영이나 알루미나, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹에 의해서 형성되어 있다. 보트(47)는 상측 단부 판(47a) 및 하측 단부 판(47b)과, 양 단부 판(47a와 47b) 사이에 가설되어 수직으로 배치된 복수개(본 실시예에서는 3개)의 유지부재(47c)를 구비하고 있고, 각 유지부재(47c)에는 유지홈(47d)이 복수개, 길이 방향으로 등 간격으로 배치되어 서로 동일 평면내에서 개구하도록 각각 형성되어 있다. 웨이퍼(1)는 각 유지홈(47d) 사이에 삽입되어 수평 또한 서로 중심이 맞는 상태로 정렬되어 유지되도록 되어 있고, 보트(47)의 하측 단부 판(47b)은 턴테이블(46)의 상면에 탈착 가능하게 설치되도록 되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 프로세스 튜브(41)의 한개의 측벽에는 배기구부(50)가 처리실(42)에 연통하여 프로세스 튜브(41)의 높이 방향으로 대략 가득 형성되어 있고, 배기구부(50)에는 처리실(42)을 배기하는 배기관(51)이 접속되어 있다.
프로세스 튜브(41)의 배기구부(50)에 대향하는 측벽에는 가스 도입구부(52)가 처리실(42)에 연통하여 프로세스 튜브(41)의 높이 방향으로 대략 가득 형성되어 있고, 가스 도입구부(52)의 높이 방향의 중간부에는 가스 도입관(53)의 한쪽 단부가 가스를 처리실(42)에 수평 방향으로 도입하도록 접속되어 있다. 가스 도입관(53)의 다른쪽 단부에는 활성화한 자연 산화막 제거 가스(54)를 공급하기 위한 리모트 플라즈마 유닛(55)이 접속되어 있고, 리모트 플라즈마 유닛(55)은 NF3가스를 고주파 등의 수단을 이용하여 활성화하도록 구성되어 있다.
가스 도입구부(52)의 가스 분출구측에는 자연 산화막 제거 가스(54)를 분산시켜 웨이퍼(1)에 평행하게 유통시키는 분산 수단으로서의 분산판(57)이 설치되어 있고, 이 분산판(57)에 의해서 가스 도입구부(52)의 분산판(57)보다도 상류측 영역 에는 자연 산화막 제거 가스(54)의 흐름을 분산시키는 버퍼부(56)가 형성되어 있다. 분산판(57)에는 도 7a에 도시한 바와 같이 세로로 긴 구멍(슬릿)에 의해서 구성된 가스 분출구(58)가 개설되어 있고, 가스 분출구(58)로부터 자연 산화막 제거 가스가 처리실(42)로 상하 방향으로 분산되어 분출되도록 되어 있다. 분산판(57)은 보트(47)에 유지된 웨이퍼(1)의 외주로부터의 거리(L)가 50㎜ 이내로 설정되어 있다. 분산판(57)은 가스의 흐름을 분산시키는 버퍼부(56)를 형성하는 역할을 하는 것뿐만아니라, 이온이나 래디컬의 에너지를 제어하는 역할을 하도록 되어 있다.
또한, 배기구부(50)의 가스 흡입구측에는 배기를 상하 방향에서 균등하게 하기 위한 컨덕턴스 플레이트(59)가 설치되어 있고, 컨덕턴스 플레이트(59)에는 세로로 긴 구멍에 의해서 구성된 가스 흡입구(59a)가 개설되어 있다. 컨덕턴스 플레이트(59)도 분산판(57)에 대응하여 보트(47)에 유지된 웨이퍼(1)의 외주로부터의 거리(L)가 50㎜ 이내로 설정되어 있다.
다음에, 상기 구성에 따른 배치식 자연 산화막 제거 장치의 작용을 설명한다.
자연 산화막(3)을 제거해야 하는 복수 매의 웨이퍼(1)는 보트(47)에 처리실(42)의 외부에서 웨이퍼 탑재 이송 장치(도시하지 않음)에 의해서 장전(차징)되고, 그 후에 보트(47)가 처리실(42)로 보트 반입 반출구(43)에서 반입(로딩)된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 보트 반입 반출구(43)가 밀봉 캡(44)에 의해서 폐쇄되어 처리실(42)이 기밀하게 유지된 상태로, 처리실(42)이 배기관(51)에 의해서 배기되고, 보트(47)를 지지한 턴테이블(46)이 로터리 액추에이터(45)에 의해서 회전된다.
한편, 리모트 플라즈마 유닛(55)으로부터는 활성화된 NF3가스로 이루어지는 자연 산화막 제거 가스(54)가 가스 도입구부(52)로, 처리실(42)의 배기력 및 리모트 플라즈마 유닛(55)의 급기력에 의해서 도입된다. 가스 도입구부(52)에 도입된 자연 산화막 제거 가스(54)는 버퍼부(56)에서 전체적으로 균등하게 분산되어, 긴 구멍으로 이루어지는 가스 분출구(58)으로부터 처리실(42)로 상하 방향으로 균등하게 분산되어 흘러 들어온다. 이 때, 활성화된 자연 산화막 제거 가스(54)는 분산판(57)에 의해서 흐름이 분산됨과 동시에, 이온이나 래디컬 에너지를 감쇠하는 경향으로 제어된다. 덧붙여서 말하면, 배기구부(50)에 부설된 컨덕턴스 플레이트(59)는 배기관(51)의 배기력을 전체에 걸쳐 균등하게 분산함으로써, 자연 산화막 제거 가스(54)의 흐름의 균등화에 기여한다.
처리실(42)로 흘러 들어온 자연 산화막 제거 가스(54)는 보트(47)에 유지된 웨이퍼(1)에 접촉함으로써, 그 표면의 자연 산화막과 양호한 선택비를 갖고 반응하여 자연 산화막을 제거한다. 이 때, 자연 산화막 제거 가스(54)는 분산판(57)에 의해서 분산됨으로써 처리실(42)에서 전체적으로 균등하게 유통하기 때문에, 보트(47)에 유지된 복수 매의 웨이퍼(1)에 보트(47)의 전체 높이에 걸쳐 균일하게 접촉하고, 또한 웨이퍼(1)를 유지한 보트(47)가 턴테이블(46)에 의해서 회전되고 있기 때문에, 자연 산화막 제거 가스(54)는 각 웨이퍼(1)의 면내에서 균등하게 접촉한다. 따라서, 복수 매가 보트(47)에 세로로 나열되어 유지되어 있는 웨이퍼(1) 에 형성된 자연 산화막이더라도, 전체에 걸쳐 균등하게 제거되게 된다.
또한, 리모트 플라즈마 유닛(55)에 의해서 활성화된 자연 산화막 제거 가스(54)의 이온이나 래디컬의 에너지는 분산판(57)에 의해서 감쇠되는 경향으로 제어되어 있기 때문에, 이 자연 산화막 제거 가스(54)가 웨이퍼(1)에 접촉하더라도 웨이퍼(1)에 플라즈마 손상이 발생하거나 에칭의 선택성을 얻을 수 없거나 하는 현상이 발생하는 일은 없다.
그런데, 처리실의 측벽 내주면이 원주형상으로 형성되어 있으면, 자연 산화막 제거 가스(54)는 처리실의 원주형상의 내주면을 따라 흐르기 때문에, 처리실의 측벽 내면은 웨이퍼와의 간격을 적게한 동심원의 원주형상으로 형성하는 것이 좋다. 그러나, 처리실의 측벽 내주면과 웨이퍼의 간격을 적게 하는 것은 보트의 설치 정밀도의 조정을 어렵게 하는 것이 된다.
본 실시예에서는 분산판(57) 및 컨덕턴스 플레이트(59)가 웨이퍼(1)의 외주로부터의 간격(L)이 50㎜ 이하로 각각 설정되어 있음으로써, 처리실(42)의 측벽 내주면을 원주형상으로 형성하지 않더라도, 또한 처리실(42)의 측벽 내주면과 웨이퍼(1)의 간격을 작게 설정하지 않더라도, 자연 산화막 제거 가스(54)를 효율적으로 유통시킬 수 있음과 동시에, 웨이퍼면내의 중앙부로 공급할 수 있다. 따라서, 자연 산화막 제거 가스(54)의 자연 산화막의 제거 레이트의 저하를 방지할 수 있음과 동시에, 자연 산화막의 제거의 균일성을 높일 수 있다. 또한, 처리실(42)의 측벽 내주면과 웨이퍼(1)의 간격을 작게 설정하지 않아도 되기 때문에, 보트(47)의 설치 정밀도의 조정 작업이 곤란하게 되는 것을 회피할 수 있다.
이상의 자연 산화막을 제거하기 위해서 설정된 처리 시간이 경과하면, 리모트 플라즈마 유닛(55)에 의한 자연 산화막 제거 가스(54)의 공급이 정지됨과 동시에, 턴테이블(46)의 회전이 정지된다. 또한, 처리실(42)의 잔류 가스는 처리실(42)이 배기관(51)에 의해서 배기됨으로써 배출된다.
잔류 가스 배출 시간이 경과하면, 처리 완료된 웨이퍼(1)를 유지한 보트(47)는 밀봉 캡(44)의 하강에 의해서 처리실(42)의 외부로 반출(언로딩)된다. 보트(47)에 유지된 처리 완료된 웨이퍼(1)는 보트(47)로부터 웨이퍼 탑재 이송 장치에 의해서 제거(디스차징)된다.
이후, 전술한 작용이 반복되어 복수 매의 웨이퍼(1)가 배치식 자연 산화막 제거 장치(40)에 의해서 배치 처리되어 간다.
상기 실시예에 의하면, 다음의 효과를 얻을 수 있다.
① 자연 산화막 제거 가스를 분산판으로 분산시켜 처리실 전체에 걸쳐 균등하게 유통시킴으로써, 자연 산화막 제거 가스를 복수 매의 웨이퍼에 보트의 전체 높이에 걸쳐 균일하게 접촉시킬 수 있으므로, 복수 매가 보트에 세로로 나열되어 유지되어 있는 웨이퍼에 형성된 자연 산화막이더라도, 전체에 걸쳐 균등하게 제거할 수 있다. 즉, 웨이퍼에 형성된 자연 산화막의 제거 작업을 복수 매의 웨이퍼에 대하여 일괄해서 배치할 수 있어, 그 결과 웨이퍼에 형성된 자연 산화막의 제거 작업의 스루풋을 웨이퍼를 낱장 처리하는 경우에 비교하여 높일 수 있다.
② 리모트 플라즈마 유닛에 의해서 활성화된 자연 산화막 제거 가스의 이온과 래디컬의 에너지를 분산판에 의해서 감쇠시키는 경향으로 제어함으로써, 이 자 연 산화막 제거 가스가 웨이퍼에 접촉했을 때의 웨이퍼의 플라즈마 손상의 발생이나 에칭의 선택성의 저하를 방지할 수 있으므로, 자연 산화막을 적정하게 제거할 수 있다.
③ 분산판의 웨이퍼의 외주로부터의 거리(L)를 50㎜ 이내로 설정하고, 활성화된 자연 산화막 제거 가스의 이온이나 래디컬의 에너지를 제어함으로써, 자연 산화막과 실리콘 사이의 에칭 선택비를 8배 이상으로 설정할 수 있으므로, 자연 산화막을 확실하게 제거할 수 있다. 예컨대, 자연 산화막을 매분 3Å 이상의 레이트로 제거할 수 있다.
④ 분산판을 웨이퍼의 외주로부터의 간격(L)을 50㎜ 이하로 설정함으로써, 처리실의 측벽 내주면을 원주형상으로 형성하지 않더라도, 또한 처리실의 측벽 내주면과 웨이퍼의 간격을 작게 설정하지 않더라도, 자연 산화막 가스를 효율적으로 유통시킬 수 있으므로, 자연 산화막 제거 가스의 자연 산화막 제거 레이트의 저하를 방지할 수 있음과 동시에, 자연 산화막의 제거의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 처리실의 측벽 내주면과 웨이퍼의 간격을 작게 설정하지 않아도 되므로, 보트의 설치 정밀도의 조정 작업이 곤란하게 되는 것을 회피할 수 있다.
⑤ 자연 산화막 제거 가스를 보트에 나열된 웨이퍼군의 주면과 평행 방향으로 도입함으로써, 자연 산화막 제거 가스를 웨이퍼의 주면 전체에 걸쳐 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 웨이퍼의 자연 산화막을 전체에 걸쳐 균일하게 제거할 수 있다.
⑥ 웨이퍼를 유지한 보트를 턴테이블로 회전시킴으로써, 자연 산화막 제거 가스를 웨이퍼의 전면에 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 웨이퍼의 자연 산화막을 균일하게 제거할 수 있다.
⑦ 예컨대, 전 처리 세정된 후에 웨이퍼의 표면에 생성된 자연 산화막을 제거한 후에 웨이퍼에 CVD막을 형성함으로써, CVD막에 대한 자연 산화막의 악영향을 확실하게 방지할 수 있으므로, CVD 장치의 성능 및 신뢰성을 높일 수 있고, 나아가서는 그 CVD 장치에 의해서 처리된 웨이퍼에 의한 반도체 장치의 품질, 신뢰성 및 양품률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예컨대, 분산판의 가스 분출구는 도 7a에 도시된 바와 같이 세로로 긴 구멍으로 이루어지는 가스 분출구(58)로 구성하는 것에 한하지 않고, 도 7b에 도시하고 있는 분산판(57B)의 경우와 같이, 원형의 작은 구멍으로 이루어지는 복수개의 가스 분출구(58A)에 의해서 구성하더라도 무방하다.
또한, 한 장의 분산판을 부설하는 것에 한하지 않고, 도 7c에 도시된 바와 같이, 2장의 분산판(57A, 57A)을 평행하게 나열하여 부설하더라도 무방하다. 부설하는 분산판은 2장에 한하지 않고, 예컨대 긴 구멍으로 이루어지는 가스 분출구(58)를 갖는 분산판(57)과, 복수개의 작은 구멍으로 이루어지는 가스 분출구(58A)를 갖는 분산판(57A)과 같이 예를 들어, 서로 다른 구조의 3장 이상의 분산판을 부설하더라도 무방하다. 또한, 복수 매의 분산판은 평행하게 부설하는 것에 한하지 않고, 서로 경사시켜 부설하더라도 무방하다.
이와 같이 분산판의 가스 분출구의 형상이나 사이즈 및 크기, 또한 분산판의 부설 매수나 배치 간격 및 경사각도 등등의 여러가지 조건을 선택함으로써, 자연 산화막 제거 가스의 분산 상황 및 이온이나 래디컬의 에너지의 제어 상황 등을 적절하게 설정할 수 있기 때문에, 자연 산화막 제거 가스에 의한 자연 산화막에 대한 선택비나 제거의 균일성 등을 적절하게 제어할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 도입관(53)을 처리실(42)에 수직 방향으로 연장하도록 삽입하고, 이 가스 도입관(53)의 삽입부의 관벽에 가스 분출구(58B)를 개설해도 무방하다. 이 경우에 있어서도, 자연 산화막 제거 가스(54)는 보트(47)에 유지된 복수 매의 웨이퍼(1)에 전체 높이에 걸쳐 균등하게 공급됨과 동시에, 웨이퍼(1)의 면내에서 균일하게 접촉하기 때문에, 상기 실시예와 동일한 작용 및 효과가 있다.
그런데, 자연 산화막이 성장한 후의 웨이퍼에서는 HSG(HemiSpherical poly Silicon)막은 성장하기 어렵기 때문에, HSG막의 성막전에는 자연 산화막을 제거하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 자연 산화막 제거 장치에 의해서 자연 산화막이 제거된 후에 웨이퍼가 대기에 일단 노출되어 버리면, HSG막을 성막하기 위한 기판 처리 장치(예컨대, CVD 장치)에서 성막 처리하더라도 HSG막이 성장하지 않는 상황이 발생한다. 원인은 분명하게 해명되어 있지 않지만, 자연 산화막을 제거했을 때에 웨이퍼의 표면에 부 생성물이 부착해 버려, 그 부 생성물이 대기중의 성분과 반응하여 HSG막의 성장을 방해하고 있다고 생각된다. 그래서, 그 부 생성물이 대기중의 성분과 반응하기 전에, 자연 산화막 제거의 처리실에서 부 생성물을 승화시키 는 것이 바람직하다.
도 9에 도시되어 있는 배치식 자연 산화막 제거 장치(40A)는 그 부 생성물을 대기에 노출시키기 전에 처리실(42)에서 승화시킬 수 있도록 구성한 것으로, 램프 히터(60)가 석영 유리로 이루어지는 조사창(61)을 투과하여 처리실(42)을 가열하도록 설치되어 있는 점이 상기 실시예와 다르다.
본 실시예에서는 자연 산화막 제거 가스(54)에 의한 처리가 종료한 후에, 처리실(42)이 램프 히터(60)에 의해서 석영 유리로 이루어지는 조사창(61)을 투과하여 80℃ 이상으로 가열됨으로써, 웨이퍼(1)에 붙은 부 생성물이 승화된다. 덧붙여서 말하면, 이 가열 처리에 의해서 다음 공정인 HSG막의 성막 공정에서, HSG막이 적정하게 성장하는 것이 확인되어 있다. 또한, 동일한 처리실(42)에서 웨이퍼(1)를 수소 종단 처리하면, 자연 산화막 제거의 상태는 한층더 안정한다.
또한, 상기 실시예에서는 웨이퍼를 가열하는 데 램프 히터를 사용한 경우에 대하여 설명했지만, 저항 가열 히터 등의 가열 수단을 사용하더라도 무방하다.
상기 실시예에서는 자연 산화막을 제거하는 처리실에 가열 수단을 설치한 경우에 대하여 설명했지만, 자연 산화막 제거후 대기에 노출되기 전에 부 생성물을 제거하면 되므로, 가열 수단을 자연 산화막 제거 가스가 공급되는 처리실과는 별도의 처리실에 설치함과 동시에, 양쪽의 처리실간을 진공 또는 불활성 가스분위기로 연락하여 웨이퍼를 자연 산화막 제거 가스에 의한 처리실에서 가열 처리실로 반송하도록 구성하더라도 무방하다.
도 5, 6, 7, 8에 묘사된 분산판이 도 1과 3에 묘사된 첫 번째, 두 번째 실시 예에도 적용될 수 있다.
상기 실시예에서는 웨이퍼에 열 처리가 실시되는 경우에 대하여 설명했지만, 피 처리 기판은 핫 마스크나 프린트 배선 기판, 액정 패널, 컴팩트 디스크 및 자기 디스크 등이어도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 기판에 생성된 자연 산화막을 양호한 스루풋을 갖고 전체적으로 균일하게 제거할 수 있다.

Claims (14)

  1. 자연 산화막 제거 장치에 있어서,
    배기되는 처리실과,
    플라즈마가 생성되는 플라즈마 발생실과,
    상기 처리실과 상기 플라즈마 발생실을 연결하는 가스 도입관과,
    가스 분출구를 갖고 이 가스 분출구를 통해서 상기 가스 도입관에 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급관과,
    상기 플라즈마 발생실에 부착되어 상기 가스 도입관에 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급관을 포함하고,
    플라즈마 방전에 의해서 활성화된 상기 제 2 가스에 의해서 활성화된 상기 제 1 가스를 포함하는 자연 산화막 제거 가스가 기판 상의 자연 산화막을 제거하기 위해 상기 가스 도입관을 통해서 상기 처리실에 공급되고,
    상기 제 1 가스 공급관의 말단의 가스 분출구가 상기 플라즈마 발생실을 향하도록 상기 제 1 가스 공급관이 상기 가스 도입관에 끼워지며,
    상기 제 1 가스 공급관의 가스 분출구는 상기 가스 도입관 내 상기 제 2 가스의 흐름 속에 배치되고, 상기 제 1 가스 공급관의 가스 분출구를 통해서 상기 가스 도입관 내 상기 제 2 가스의 흐름 속에 분출되는 상기 제 1 가스의 방향과 상기 가스 도입관 내 상기 가스 분출구에서의 상기 제 2 가스의 흐름 방향 사이의 각도는 90°를 초과하고 180°이하이며,
    상기 각도가 180°인 경우, 상기 제 1 가스의 흐름은 상기 제 2 가스의 흐름에 역류인 것을 특징으로 하는
    자연 산화막 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 3불화질소 가스이고 상기 제 2 가스는 적어도 수소 가스와 질소 가스, 또는 암모니아 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자연 산화막 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자연 산화막 제거 가스를 분산시켜 상기 기판에 평행하게 유통시키는 분산 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    자연 산화막 제거 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자연 산화막 제거 가스를 분산시켜 상기 기판에 평행하게 유통시키는 분산 수단이 적어도 한 개의 가스 분출구를 갖는 한 개 이상의 분산판에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    자연 산화막 제거 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 기판 처리 장치에 있어서,
    배기되는 처리실과,
    플라즈마가 생성되는 플라즈마 발생실과,
    상기 처리실과 상기 플라즈마 발생실을 연결하는 가스 도입관과,
    가스 분출구를 갖고 이 가스 분출구를 통해서 상기 가스 도입관에 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급관과,
    상기 플라즈마 발생실에 부착되어 상기 가스 도입관에 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급관을 포함하고,
    플라즈마 방전에 의해서 활성화된 상기 제 2 가스에 의해서 활성화된 상기 제 1 가스를 포함하는 반응 가스가 기판을 처리하기 위해 상기 가스 도입관을 통해서 상기 처리실에 공급되고,
    상기 제 1 가스 공급관의 말단의 가스 분출구가 상기 플라즈마 발생실을 향하도록 상기 제 1 가스 공급관이 상기 가스 도입관에 끼워지며,
    상기 제 1 가스 공급관의 가스 분출구는 상기 가스 도입관 내 상기 제 2 가스의 흐름 속에 배치되고, 상기 제 1 가스 공급관의 가스 분출구를 통해서 상기 가스 도입관 내 상기 제 2 가스의 흐름 속에 분출되는 상기 제 1 가스의 방향과 상기 가스 도입관 내 상기 가스 분출구에서의 상기 제 2 가스의 흐름 방향 사이의 각도는 90°를 초과하고 180°이하이며,
    상기 각도가 180°인 경우, 상기 제 1 가스의 흐름은 상기 제 2 가스의 흐름에 역류인 것을 특징으로 하는
    기판 처리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분출구와 상기 플라즈마 발생실간의 거리는 268mm이하인 것을 특징으로 하는
    자연 산화막 제거 장치.
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