KR100674467B1 - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기판 처리 장치는, 반응실(201), 웨이퍼(200)를 회전시키는 기판 회전 기구(267), 웨이퍼(200)에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 웨이퍼(200) 상에 원하는 막을 형성한다. 가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기와 웨이퍼(200)의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 소정의 횟수 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 웨이퍼(200)의 회전 주기를 제어하는 제어부(321)를 구비한다. ALD법으로 성막한 막의 막두께의 기판면 내 균일성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 가스를 사용하여 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 CVD 장치에서는, 반응 가스를 어느 시간 계속 흘려보냄으로써 기판상에 성막한다. 그때, 가스 공급구로부터의 거리의 원근의 영향을 없애고, 기판면 내의 막두께 균일성을 향상시키기 위해서, 기판을 회전시키는 경우가 있다. 이 경우는, 일반적으로 회전 주기에 비해 성막 시간이 충분히 길고, 연속 가스공급을 위해 성막시에 많이 회전하므로, 회전 주기에 대해서는 엄밀하게 고려할 필요가 없었다.
한편, 주기적으로 가스 공급하는 경우는, 가스 공급 주기와 회전 주기의 관계를 고려할 필요가 있다. 예를 들어, ALD(Atomic Layer Deposition)라는 성막 방법은, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서 성막에 이용하는 2종류(또는 그 이상)의 원료가 되는 가스를 1종류씩 교대로 기판상에 공급하고, 1원자층 단위로 흡착시키며, 표면 반응을 이용하여 성막을 행하는 수법이다. 이 ALD법에서는, 예를 들어 2종류의 가스(A, B)를 교대로 흘려보내는 경우, 가스(A) 공급→퍼지(잔류 가스 제거)→가스(B) 공급→퍼지(잔류 가스 제거)라는 사이클을 반복함으로써 성막이 진행된다.
이 1사이클에 걸리는 시간을 가스 공급 주기(T)(초)로 하고, 기판의 회전 주기를 P(초/회전)로 한다. 가스의 공급 사이클과 기판의 회전이 동기하는, 즉, T의 정수배와 P의 정수배의 수치가 일치한다고 하여, 그 일치한 숫자를 L(초)로 하면, 시간(L)주기로 가스가 기판의 동일점으로 향하여 공급되고(도 1 참조), 회전에 의해 가스 공급구로부터의 거리의 원근의 영향을 없애고자 하는 의도에 반해, 균일성 향상을 도모할 수 없는 사태가 생긴다.
따라서, 본 발명의 주요목적은, 반응 가스 공급주기와 기판의 회전 주기가 동기하는 것을 방지 또는 억제하여, 성막한 막의 막두께의 기판면 내 균일성이 악화되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 하나의 양태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실, 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구, 상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기와 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 소정의 횟수 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 주기를 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실, 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구, 상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서, 다음에 당해 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 가스(A, B)의 교대 공급수가 소정 횟수 실행되도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 시간을 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실, 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구, 상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기(T)와 기판의 회전 주기(P)가, 다음의 수학식 1을 만족하도록 상기 회전 주기(P) 또는 상기 가스 공급 주기(T)를 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
｜mP-nT｜>≠0(n, m은 자연수)
(>≠0은 참으로 0보다 크다는 것을 나타내고, ｜｜은 절대값을 나타낸다.)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판을 처리하는 반응실, 상기 반응실 내에서 상기 기판을 유지하면서 회전시키는 회전 기구, 반응 가스를 상기 반응실 내 에 공급하는 가스 공급계, 상기 반응 가스를 주기적으로 상기 반응실 내에 공급할 때,상기 반응 가스의 공급주기와 상기 기판의 회전 주기가 일정 시간 이상 동기하지 않도록 상기 회전 기구와 상기 가스 공급계를 제어하는 제어부를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실, 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구, 상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기와 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 소정의 횟수 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 주기를 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실, 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구, 상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서,다음에 당해 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 가스(A, B)의 교대 공급수가 소정 횟수 실행되도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 시간을 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실, 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구, 상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고, 적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기(T)와 기판의 회전 주기(P)가, 상기 수학식 1을 만족하도록 상기 회전 주기(P) 또는 상기 가스 공급 주기(T)를 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 피처리 기판의 회전 주기와 가스의 공급주기가 동기할 때의 가스 공급상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 피처리 기판의 회전 주기와 가스의 공급주기가 동기하지 않을 때의 가스 공급상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 피처리 기판을 회전하지 않을 때의 막두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 3b는 피처리 기판을 회전할 때로서, 피처리 기판의 회전 주기와 가스의 공급주기가 동기할 때의 막두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 3c는 피처리 기판을 회전할 때로서, 피처리 기판의 회전 주기와 가스의 공급주기가 동기하지 않을 때의 막두께 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 기판 처리 장치의 종형의 기판 처리로를 설명 하기 위한 개략 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 기판 처리 장치의 종형의 기판 처리로를 설명하기 위한 개략 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 기판 처리 장치 본체를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 수학식 1을 만족하도록 회전 주기(P)와 가스 공급 주기(T)를 미세조정한다.
상기 수학식 1을 만족하면, 예를 들어 가스공급 사이클 중의 가스(A)의 공급개시 타이밍이 기판의 회전위치와 동기하는 것을 방지할 수 있고(도 2 참조), 균일성을 개선하는 것이 가능하다.
또, 상기 수학식 1이 만족되어야 할 시간에 대해 고려하면, 물론 성막시간 내 전부로 만족되면 충분하지만, 조건은 약간 약하게 해도 되고, 예를 들어 10사이클 상당시간(위의 기호를 사용하면 10T(sec)까지) 동기하지 않으면, 가스분무의 타이밍은 충분히 분산되어 균일성에 문제는 없다고 생각된다.
실시예 1
DCS(SiH2Cl2, 디클로로실란)와 NH3(암모니아)를 교대로 복수회 공급하고, 실리콘 웨이퍼 상에 ALD법에 의해 SiN(질화규소)막을 형성하는 경우를 예로 든다.
웨이퍼의 회전 주기:P=6.6666sec, 가스 공급 주기:T=20sec의 경우, 3× 6.6666=20이므로, 3회전에 필요로 하는 시간 20sec가 가스 공급 주기(T)와 같아지고, 웨이퍼가 3회전하면 웨이퍼의 회전위치와 가스공급노즐의 상대위치가 이전과 동일하게 되며, 다시 동일한 개소에 가스를 공급해 버려 그 매회 가스 상류가 되어 버리는 곳이 두꺼워져 버린다. 도 3b에 그때의 막두께 분포를 나타낸다. 왼쪽의 막두께가 두껍고, 오른쪽에서 오른쪽 아래에 걸쳐 얇은 분포로 되어 있다. 본래 웨이퍼를 회전시켰을 때는 동심원형상의 분포로 되어 균일성이 향상하지만, 웨이퍼의 회전 주기와 가스 공급 주기가 동기한 경우는 그 효과가 얻어지지 않는 것을 알 수 있다. 회전 없이는 면 내 균일성 12%(도 3a 참조), 동기했을 때의 면 내 균일성은 약7%(도 3b 참조)이다.
또, 도 3a와 도 3b에서 두꺼운 부분이 일치하지 않지만, 이는, 도 3b는 웨이퍼를 회전시키기 위해서 두꺼운 부분이 DCS 노즐 부근에 왔을 때에 DCS 공급되어 있기 때문이다.
한편, 웨이퍼의 회전 주기:P=6.6666sec, 가스 공급 주기:T=21sec로 한 경우, 1260sec까지 경과하여 비로소 DCS의 분무 타이밍이 첫번째의 분무와 동기한다. 여기까지는 60사이클도 경과하고, DCS의 분무는 충분히 분산되어 있으며, 도 3c와 같이 기울임이 없는 동심원형상의 막두께 분포로 되어 있다. 이와 같이, 웨이퍼의 회전 주기와 가스 공급 주기가 상당한 사이클까지 동기하지 않는 경우에는, 막의 면 내 균일성은 3.7%로 개선되어 있다(도 3c 참조).
도 4는 본 실시예에 관한 종형의 기판 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 종단면으로 나타내고, 도 5는 본 실시예에 관한 종형의 기판 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 횡단면으로 나타낸다. 가열수단인 히터(207)의 내측에,기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응용기로서 반응관(203)이 설치되고, 이 반응관(203)의 하단 개구는 뚜껑인 실 캡(219)에 의해 기밀부재인 O링(220)을 개재하여 기밀하게 폐색되고, 적어도 이 히터(207), 반응관(203) 및 실 캡(219)에 의해 처리로(202)를 형성하며, 반응관(203) 및 실 캡(219)에 의해 반응실(201)을 형성하고 있다. 실 캡(219)에는 석영 캡(218)을 개재하여 기판유지수단인 보트(217)가 입설되고, 석영 캡(218)은 보트를 유지하는 유지체로 되어 있다. 그리고, 보트(217)는 처리로(202)에 삽입된다. 보트(217)에는 배치(batch) 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평자세로 관축방향으로 다단계로 적재된다. 히터(207)는 처리로(202)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.
그리고, 처리로(202)에는 복수의 종류, 여기서는 2종류의 가스를 공급하는 공급관으로서의 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치된다. 여기서, 제1 가스 공급관(232a)으로부터는 유량제어수단인 제1 매스플로우 콘트롤러(241a) 및 개폐밸브인 제1 밸브(243a)를 개재하고, 또 후술하는 처리로(202) 내에 형성된 버퍼실(237)을 개재하여 처리로(202)에 반응 가스가 공급되며, 제2 가스 공급관(232b)으로부터는 유량제어수단인 제2 매스플로우 콘트롤러(241b), 개폐밸브인 제2 밸브(243b), 가스 저장부(247) 및 개폐밸브인 제3 밸브(243c)를 개재하고, 또 후술하는 가스 공급부(249)를 개재하여 처리로(202)에 반응 가스가 공급되어 있다.
처리로(202)는 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의해 제4 밸브(243d)를 개재하여 배기수단인 진공펌프(246)에 접속되고, 진공배기되도록 되어 있 다. 또, 이 제4 밸브(243d)는 밸브를 개폐하여 처리로(202)의 진공배기·진공배기 정지가 가능하고, 또 밸브 개방도를 조절하여 압력조정 가능하게 되어 있는 개폐밸브이다.
처리로(202)를 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원호형상의 공간에는, 반응관(203)의 하부에서 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재방향을 따라 가스분산공간인 버퍼실(237)이 설치되어 있고, 그 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 공급홀인 제1 가스 공급홀(248a)이 설치되어 있다. 이 제1 가스 공급홀(248a)은 반응관(203)의 중심으로 향하여 개구되어 있다. 이 제1 가스 공급홀(248a)은, 하부에서 상부에 걸쳐 각각 동일한 개구면적을 갖고, 또 같은 개구피치로 설치되어 있다.
그리고, 버퍼실(237)의 제1 가스 공급홀(248a)이 설치된 단부와 반대측의 단부에는, 노즐(233)이 역시 반응관(203)의 하부에서 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적재방향을 따라 설치되어 있다. 그리고, 노즐(233)에는 복수의 가스를 공급하는 공급홀인 제2 가스 공급홀(248b)이 설치되어 있다. 이 제2 가스 공급홀(248b)의 개구면적은, 버퍼실(237)과 처리로(202)의 차압이 작은 경우에는, 상류측부터 하류측까지 동일한 개구면적으로 동일한 개구피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는, 상류측에서 하류측으로 향하여 개구면적을 크게 하거나, 개구피치를 작게 하면 된다.
본 발명에 있어서, 제2 가스 공급홀(248b)의 개구면적이나 개구피치를 상류측에서 하류측에 걸쳐 조절함으로써, 우선, 제2 가스 공급홀(248b)에 의해 가스의 유속 차는 있지만, 유량은 거의 동량인 가스를 분출시킨다. 그리고, 이 각 제2 가스 공급홀(248b)로부터 분출하는 가스를 버퍼실(237)에 분출시켜 일단 도입하고, 가스의 유속 차의 균일화를 행하기로 하였다.
즉, 버퍼실(237)에 있어서, 각 제2 가스 공급홀(248b)로부터 분출한 가스는 버퍼실(237)에서 각 가스의 입자속도가 완화된 후, 제1 가스 공급홀(248a)로부터 처리로(202)에 분출한다. 이 동안에, 각 제2 가스 공급홀(248b)로부터 분출한 가스는, 각 제1 가스 공급홀(248a)로부터 분출할 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 할 수 있었다.
또, 버퍼실(237)에, 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 전극인 제1 막대형상 전극(269) 및 제2 전극인 제2 막대형상 전극(270)이 상부에서 하부에 걸쳐 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 보호되어 설치되고, 이 제1 막대형상 전극(269) 또는 제2 막대형상 전극(270)의 어느 한쪽은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되며, 다른 쪽은 기준전위인 어스에 접속되어 있다. 이 결과, 제1 막대형상 전극(269) 및 제2 막대형상 전극(270) 사이의 플라즈마 생성영역(224)에 플라즈마가 생성된다.
이 전극 보호관(275)은, 제1 막대형상 전극(269) 및 제2 막대형상 전극(270)의 각각을 버퍼실(237)의 분위기와 격리한 상태로 버퍼실(237)에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275)의 내부는 외기(대기)와 동일 분위기이면, 전극 보호관(275)에 각각 삽입된 제1 막대형상 전극(269) 및 제2 막대형상 전극(270)은 히터(207)의 가열로 산화되어 버린다. 그래서, 전극 보호관(275)의 내부는 질소 등의 비활성 가스를 충진 혹은 퍼지하고, 산소 농도를 충분히 낮게 억제하여 제1 막대형상 전극(269) 또는 제2 막대형상 전극(270)의 산화를 방지하기 위한 비활성 가스 퍼지기구가 설치된다.
또, 제1 가스 공급홀(248a)의 위치에서, 반응관(203)의 내주를 120˚정도 회전한 내벽에 가스 공급부(249)가 설치되어 있다. 이 가스 공급부(249)는, ALD법에 의한 성막에 있어서 웨이퍼(200)에 복수 종류의 가스를 1종류씩 교대로 공급할 때에, 버퍼실(237)과 가스 공급종류를 분담하는 공급부이다.
이 가스 공급부(249)도 버퍼실(237)과 같이 웨이퍼와 인접하는 위치에 동일 피치로 가스를 공급하는 공급홀인 제3 가스 공급홀(248c)을 갖고, 하부에서는 제2 가스 공급관(232b)이 접속되어 있다.
제3 가스 공급홀(248c)의 개구면적은, 버퍼실(237)과 처리로(202)의 차압이 작은 경우에는, 상류측부터 하류측까지 동일한 개구면적으로 동일한 개구피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는, 상류측에서 하류측으로 향하여 개구면적을 크게 하거나 개구피치를 작게 하면 된다.
반응관(203) 내의 중앙부에는 복수매의 웨이퍼(200)를 다단계로 동일 간격으로 안착하는 보트(217)가 설치되어 있고, 이 보트(217)는 도시하지 않은 보트 엘리베이터 기구에 의해 반응관(203)에 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리의 균일성을 향상하기 위해, 보트(217)를 회전하기 위한 회전수단인 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있고, 보트 회전 기구(267)를 회전함으로써, 석영 캡(218)에 유지된 보트(217)를 회전하도록 되어 있다.
제어수단인 콘트롤러(121)는 제1, 제2 매스플로우 콘트롤러(241a, 241b), 제1~제4 밸브(243a, 243b, 243c, 243d), 히터(207), 진공펌프(246), 보트 회전 기구(267), 도시하지 않은 보트승강기구, 고주파 전원(273), 정합기(272)에 접속되어 있고, 제1, 제2 매스플로우 콘트롤러(241a, 241b)의 유량 조정, 제1~제3 밸브(243a, 243b, 243c)의 개폐동작, 제4 밸브(243d)의 개폐 및 압력조정동작, 히터(207)의 온도조절, 진공펌프(246)의 기동·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전속도 조절, 보트승강기구의 승강동작 제어, 고주파 전극(273)의 전력공급 제어, 정합기(272)에 의한 임피던스 제어가 행해진다.
다음에, ALD법에 의한 성막예에 대해서, DCS(SiH2Cl2, 디클로로실란) 및 NH3가스를 이용하여 질화막(SiN막)을 성막하는 예로 설명한다.
우선 성막하고자 하는 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장착하고, 처리로(202)에 반입한다. 반입 후, 다음의 3개의 단계를 순차적으로 실행한다.
또, 하기의 예에서는 DCS를 먼저 로 내에 흘려보내고 있는데, NH3를 먼저 흘려보내는 방법에서도 거의 동일하다.
(1) DCS를 가스 저장부(247)에 개(243b), 폐(243c)의 상태로 원하는 양, 미리 저장해 둔다(1사이클째는 미리, 2사이클째 이후는 가스 저장부(247)로부터의 원료를 방출하는 이벤트 이외의 시간에, 가스 저장부(247)에 원료를 저장해 두면 쓸데없는 시간이 없어 바람직하다).
(2) 가스 저장부(247)에 저장한 DCS를 방출하기 전에, 버퍼실(237)로부터 N2 등의 비활성 가스를 미리 흘려보내 두는 것이 바람직하다. 이는 다음의 이벤트에서 가스 저장부(247)에 저장된 DCS가 가스 저장부(247)와 반응관(203)의 사이의 차압으로 한번에 반응관(203) 내에 흘러들고, 또 그것이 버퍼실(237)의 가스 공급구(248a)에서 버퍼실(237) 내로 역류하는 것을 방지하기 위해서이다.
(3) 가스 저장부(247)에 저장한 DCS를 가스 저장부(247)의 하류에 있는 밸브(243c)를 개방함으로써, 버퍼실(가스 공급부)(249)을 통과하여 버퍼실(가스 공급부)(249)에 기판간격 1장마다 설치된 가스 공급구(248c)로부터 피처리 기판인 웨이퍼(200) 상에 공급한다. 원료의 흡착을 촉진하기 위해 DCS의 분압이 높아지도록, 로 내 압력의 조정수단(배기배관 도중에 설치한 버터플라이밸브 등의 밸브(243d) 등)은 압력이 높아지도록 설정한다. 이때에도, 버퍼실(237)로부터는 N2 등의 비활성 가스를 계속 흘려보내는 것이 바람직하다. 이때의 웨이퍼온도는 300~600℃이다.
(4) 밸브(243c)를 닫아 DCS의 가스 저장부(247)로부터의 공급을 중지시킨다. 밸브(243c)를 닫은 후는, 다음의 공급이 시작되기까지의 시간을 DCS의 저장시간에 충당할 수 있다(즉, 다른 이벤트 실시중에 DCS가스를 가스 저장부(247)에 저장할 수 있으므로, 저장시간만의 이벤트로서 여분으로 시간을 취할 필요가 없다).
(5) 다음에, 반응관(203) 내, 버퍼실(가스 공급부)(249) 내로부터의 DCS의 제거를 행하는데, 진공배기수단(243)에 의한 배기에서 행한다. 이때, 버퍼실(가스 공급부)(249)과 밸브(243c)의 사이에 비활성 가스의 라인을 추가하여, 비활성 가스 에 의한 가압과 진공 당김을 조합하는 것도 가스 치환에는 효과적이다.
(6) 다음에, 가스 공급관(232a)에서 버퍼실(237) 내에 접속된 노즐(233)을 통과하여 버퍼실(237) 내에 NH3를 공급한다. 이때에도 상기와 같은 이유로, 버퍼실(가스 공급부)(249)로부터는 비활성 가스를 흘려보내 두는 것이 바람직하다.
(7) 노즐(233)에서 버퍼실(237)에 공급된 NH3는, 버퍼실(237) 내의 압력이 균일하게 되도록 공급되고, 버퍼실(237)에 기판간격 1장마다 설치된 가스 공급홀(248b)로부터 피처리 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 본 실시예를 이용하면, 복수매의 피처리 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 동일하게 NH3를 공급 가능하다.
이때의 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)가 300~600℃가 되도록 설정되어 있다. NH3는 반응온도가 높기 때문에, 상기 웨이퍼온도에서는 반응하지 않으므로, 플라즈마 여기함으로써 활성종류로부터 흘려보내도록 되어 있고, 이 때문에 웨이퍼온도는 설정된 낮은 온도범위 그대로 행할 수 있다.
(8) NH3를 반응관(203) 내에 흘려보내는 것을 중지한다.
(9) 다음에, 반응관(203) 내 및 버퍼실(237) 내로부터 NH3의 제거를 행하는데, 진공배기수단(243)에 의한 배기에서 행한다. 이때도 상기와 같이, 비활성 가스에 의한 가압과 진공 당김을 조합하는 것도 효과적이다.
이상으로 1사이클이 되어, 이들 (1)~(9)를 반복함으로써 성막을 진행시킨다.
ALD장치에서는, 가스는 하지막 표면에 흡착한다. 이 가스의 흡착량은, 가스의 압력 및 가스의 폭로시간에 비례한다. 따라서, 원하는 일정량의 가스를 단시간에 흡착시키기 위해서는, 가스의 압력을 단시간에 크게 할 필요가 있다. 이 점에서, 본 실시예에서는, 밸브(243d)를 닫은 후에, 가스 저장부(247) 내에 저장한 DCS를 순간적으로 공급하고 있으므로, 반응관(203) 내의 DCS의 압력을 급격하게 올릴 수 있고, 원하는 일정량의 가스를 순간적으로 흡착시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 가스 저장부(247)에 DCS를 저장하고 있는 동안에, ALD법으로 필요한 단계인 NH3가스를 플라즈마 여기함으로써 활성종류로서 공급 및 처리로(202)의 배기를 하고 있으므로, DCS를 저장하기 위한 특별한 단계를 필요로 하지 않는다. 또한, 처리로(202) 내를 배기하여 NH3가스를 제거하고 나서 DCS를 흘려보내게 되므로, 양자는 웨이퍼(200)로 향하는 도중에 반응하지 않는다. 공급된 DCS는, 웨이퍼(200)에 흡착되어 있는 NH3와만 유효하게 반응시킬 수 있다.
다음에, 도 6을 참조하여 본 발명이 적용되는 기판 처리 장치의 일례인 반도체 제조장치에 대한 개략을 설명한다.
하우징(101) 내부의 전면측에는, 도시하지 않은 외부 반송장치와의 사이에서 기판수납용기로서의 카세트(100)의 수수(授受)를 행하는 유지구 수수부재로서의 카세트 스테이지(105)가 설치되고, 카세트 스테이지(105)의 후측에는 승강수단으로서의 카세트 엘리베이터(115)가 설치되며, 카세트 엘리베이터(115)에는 반송수단으로서의 카세트 이동탑재기(114)가 장착되어 있다. 또한, 카세트 엘리베이터(115)의 후측에는, 카세트(100)의 탑재수단으로서의 카세트 선반(109)이 설치되는 것과 함께 카세트 스테이지(105)의 상방에도 예비 카세트 선반(110)이 설치되어 있다. 예비 카세트 선반(110)의 상방에는 클린 유닛(118)이 설치되어, 클린 에어를 하우징(101)의 내부를 유통시키도록 구성되어 있다.
하우징(101)의 후부 상방에는 처리로(202)가 설치되고, 처리로(202)의 하방에는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수평자세로 다단계로 유지하는 기판유지수단으로서의 보트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강수단으로서의 보트 엘리베이터(121)가 설치되며, 보트 엘리베이터(121)에 장착된 승강부재(122)의 선단부에는 뚜껑으로서의 실 캡(219)이 장착되어 보트(217)를 수직으로 지지하고 있다. 보트 엘리베이터(121)와 카세트 선반(109)의 사이에는 승강수단으로서의 이동탑재 엘리베이터(113)가 설치되고, 이동탑재 엘리베이터(113)에는 반송수단으로서의 웨이퍼 이동탑재기(112)가 장착되어 있다. 또한, 보트 엘리베이터(121)의 가로에는, 개폐기구를 갖고 처리로(202)의 하면을 막는 차폐부재로서의 로 셔터(116)가 설치되어 있다.
웨이퍼(200)가 장착된 카세트(100)는, 도시하지 않은 외부반송장치로부터 카세트 스테이지(105)에 웨이퍼(200)가 상향자세로 반입되고, 웨이퍼(200)가 수평자세가 되도록 카세트 스테이지(105)에서 90˚ 회전시킬 수 있다. 또, 카세트(100)는, 카세트 엘리베이터(115)의 승강동작, 횡행동작 및 카세트 이동탑재기(114)의 진퇴동작, 회전동작의 협동에 의해 카세트 스테이지(105)에서 카세트 선반(109) 또는 예비 카세트 선반(110)으로 반송된다.
카세트 선반(109)에는, 웨이퍼 이동탑재기(112)의 반송대상이 되는 카세트(100)가 수납되는 이동탑재 선반(123)이 있고, 웨이퍼(200)가 이동탑재에 사용되는 카세트(100)는 카세트 엘리베이터(115), 카세트 이동탑재기(114)에 의해 이동탑재 선반(123)에 이동탑재된다.
카세트(100)가 이동탑재 선반(123)에 이동탑재되면, 웨이퍼 이동탑재기(112)의 진퇴동작, 회전동작 및 이동탑재 엘리베이터(113)의 승강동작의 협동에 의해 이동탑재 선반(123)에서 강하상태의 보트(217)로 웨이퍼(200)를 이동탑재한다.
보트(217)에 소정 매수의 웨이퍼(200)가 이동탑재되면 보트 엘리베이터(121)에 의해 보트(217)가 처리로(202)에 삽입되고, 실 캡(219)에 의해 처리로(202)가 기밀하게 폐색된다. 기밀하게 폐색된 처리로(202) 내에서는 웨이퍼(200)가 가열되는 것과 함께 처리가스가 처리로(202) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)에 처리가 이루어진다.
웨이퍼(200)에의 처리가 완료하면, 웨이퍼(200)는 상기한 작동의 반대의 순서에 의해, 보트(217)에서 이동탑재 선반(123)의 카세트(100)로 이동탑재되고, 카세트(100)는 카세트 이동탑재기(114)에 의해 이동탑재 선반(123)에서 카세트 스테이지(105)로 이동탑재되며, 도시하지 않은 외부반송장치에 의해 하우징(101)의 외부로 반출된다. 또, 로 셔터(116)는 보트(217)가 강하상태일 때에 처리로(202)의 하면을 막고, 외기가 처리로(202) 내에 들어가는 것을 방지하고 있다.
카세트 이동탑재기(114) 등의 반송동작은, 반송제어수단(124)에 의해 제어된다.
명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 2004년 3월 12일에 제출된 일본특허출원 2004-70136호의 개시내용 전체는, 그대로 인용하여 여기에 포함된다.
여러가지 전형적인 실시형태를 나타내어 설명하였지만, 본 발명은 그들의 실시형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는, 다음의 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 반응 가스 공급주기와 기판의 회전 주기가 동기하는 것을 방지 또는 억제하여, 성막한 막의 막두께의 기판면 내 균일성이 악화되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
그 결과, 본 발명은, 가스를 이용하여 반도체 Si웨이퍼 등의 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
    적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판 상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
    가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기와, 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 소정의 횟수 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 주기를 제어하는 제어부를 구비한, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가스 공급 주기와 상기 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 소정의 횟수 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 상기 기판의 회전 주기를 제어하는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가스 공급 주기와 상기 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 10 사이클 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 상기 기판의 회전 주기 또는 상기 가스 공급 주기를 제어하는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가스 공급 주기와 상기 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 60 사이클 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 상기 기판의 회전 주기 또는 상기 가스 공급 주기를 제어하는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 가스를 상기 기판의 주변 방향에서 기판의 중심 방향으로 공급하여 상기 가스를 상기 기판 상에 공급하는, 기판 처리 장치.
  6. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
    적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판 상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
    가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서, 다음에 당해 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 가스(A, B)의 교대 공급수가 소정 횟수 실행되도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 시간을 제어하는 제어부를 구비한, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서, 다음에 상기 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 가스(A, B)의 교대 공급수가 소정 횟수 실행되도록 상기 기판의 회전 주기를 제어하는, 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서, 다음에 상기 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 적어도 상기 가스(A, B)의 교대 공급이 10 사이클 실행되도록 상기 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 시간을 제어하는, 기판 처리 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서, 다음에 상기 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 적어도 상기 가스(A, B)의 교대 공급이 60 사이클 실행되도록 상기 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 시간을 제어하는, 기판 처리 장치.
  10. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
    적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판 상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
    가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기(T)와 기판의 회전 주기(P)가, 다음의 수학식 1을 만족하도록 상기 회전 주기(P) 또는 상기 가스 공급 주기(T)를 제어하는 제어부를 구비한, 기판 처리 장치.
    [수학식 1]
    ｜mP-nT｜>≠0(n, m은 자연수)
    (>≠0은 참으로 0보다 크다는 것을 나타내고, ｜｜는 절대값을 나타낸다.)
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 적어도 n≤1O일 때에, 상기 수학식 1을 만족시키도록 상기 회전 주기(P) 또는 상기 가스 공급 주기(T)를 제어하는, 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판 상에의 성막을 위해 상기 가스가 공급되는 모든 시간에, 상기 수학식 1을 만족시키도록 상기 회전 주기(P) 또는 상기 가스 공급 주기(T)를 제어하는, 기판 처리 장치.
  13. 기판을 처리하는 반응실과,
    상기 반응실 내에서 상기 기판을 유지하면서 회전시키는 회전 기구와,
    반응 가스를 상기 반응실 내에 공급하는 가스 공급계와,
    상기 반응 가스를 주기적으로 상기 반응실 내에 공급할 때, 상기 반응 가스의 공급 주기와 상기 기판의 회전 주기가 일정 시간 이상 동기하지 않도록 상기 회전 기구와 상기 가스 공급계를 제어하는 제어부를 구비하는, 기판 처리 장치.
  14. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
    적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판 상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
    가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기와 기판의 회전 주기가, 적어도 가스의 교대 공급이 소정의 횟수 실행되는 동안에, 동기하지 않도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 주기를 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정을 구비하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
    적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판 상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
    가스(A)가 상기 기판의 임의의 개소에 공급되고 나서, 다음에 상기 임의의 개소에 가스(A)가 공급되기까지의 동안에, 가스(A, B)의 교대 공급수가 소정 횟수 실행되도록 기판의 회전 주기 또는 가스 공급 시간을 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정을 구비하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 기판을 회전시키는 기판 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
    적어도 2종의 가스(A, B)를 교대로 복수회 공급하며, 상기 기판 상에 원하는 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
    가스(A)를 흘려보내고 나서 다음에 가스(A)를 흘려보내기까지의 시간으로 규정되는 가스 공급 주기(T)와 기판의 회전 주기(P)가, 다음의 수학식 1을 만족하도록 상기 회전 주기(P) 또는 상기 가스 공급 주기(T)를 제어하는 제어부를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정을 구비하는, 반도체 장치의 제조 방법.
    [수학식 1]
    ｜mP-nT｜>≠0(n, m은 자연수)
    (>≠0은 참으로 0보다 크다는 것을 나타내고, ｜｜는 절대값을 나타낸다.)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100961594B1 (ko) 2006-05-01 2010-06-04 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 기판 처리 장치

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI334450B (en) * 2004-03-12 2010-12-11 Hitachi Int Electric Inc Wafer treatment device and the manufacturing method of semiconductor device
US7740704B2 (en) * 2004-06-25 2010-06-22 Tokyo Electron Limited High rate atomic layer deposition apparatus and method of using
WO2006087893A1 (ja) * 2005-02-17 2006-08-24 Hitachi Kokusai Electric Inc. 基板処理方法および基板処理装置
JP4228008B2 (ja) 2006-08-23 2009-02-25 エルピーダメモリ株式会社 半導体装置の製造方法
JP5273936B2 (ja) * 2007-04-02 2013-08-28 株式会社日立国際電気 基板処理装置および半導体装置の製造方法
US8425977B2 (en) 2008-09-29 2013-04-23 Applied Materials, Inc. Substrate processing chamber with off-center gas delivery funnel
JP5861762B2 (ja) * 2010-03-19 2016-02-16 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、成膜方法、回転数の最適化方法及び記憶媒体
JP5742185B2 (ja) 2010-03-19 2015-07-01 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、成膜方法、回転数の最適化方法及び記憶媒体
JP5872141B2 (ja) * 2010-05-20 2016-03-01 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置、その制御装置およびその制御方法
JP5805461B2 (ja) * 2010-10-29 2015-11-04 株式会社日立国際電気 基板処理装置および半導体装置の製造方法
JP5794194B2 (ja) * 2012-04-19 2015-10-14 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
JP6027490B2 (ja) * 2013-05-13 2016-11-16 東京エレクトロン株式会社 ガスを供給する方法、及びプラズマ処理装置
KR102264257B1 (ko) 2014-12-30 2021-06-14 삼성전자주식회사 막 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법
CN106048560A (zh) * 2016-06-24 2016-10-26 浙江晶科能源有限公司 一种硅片ald镀膜方法和装置
JP6919498B2 (ja) * 2017-10-27 2021-08-18 東京エレクトロン株式会社 成膜装置及び成膜方法
CN110565072B (zh) * 2018-06-05 2023-06-09 长鑫存储技术有限公司 一种原子层沉积方法
JP7534458B2 (ja) 2022-03-24 2024-08-14 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6050923A (ja) * 1983-08-31 1985-03-22 Hitachi Ltd プラズマ表面処理方法
JP2000058527A (ja) 1998-08-05 2000-02-25 Toshiba Mach Co Ltd 回転型気相成長装置及び気相成長方法
WO2000079019A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 Prasad Narhar Gadgil Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition
US6812157B1 (en) * 1999-06-24 2004-11-02 Prasad Narhar Gadgil Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition
US6576062B2 (en) * 2000-01-06 2003-06-10 Tokyo Electron Limited Film forming apparatus and film forming method
KR100458982B1 (ko) * 2000-08-09 2004-12-03 주성엔지니어링(주) 회전형 가스분사기를 가지는 반도체소자 제조장치 및 이를이용한 박막증착방법
JP2003045864A (ja) 2001-08-02 2003-02-14 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2004134457A (ja) * 2002-10-08 2004-04-30 Canon Inc プラズマ処理方法
TWI334450B (en) * 2004-03-12 2010-12-11 Hitachi Int Electric Inc Wafer treatment device and the manufacturing method of semiconductor device
US7632542B2 (en) * 2005-10-26 2009-12-15 University Of Maryland Method for controlling uniformity of thin films fabricated in processing systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100961594B1 (ko) 2006-05-01 2010-06-04 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 기판 처리 장치
US8555808B2 (en) 2006-05-01 2013-10-15 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus

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Publication number Publication date
US20110212626A1 (en) 2011-09-01
TWI334450B (en) 2010-12-11
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