KR101101164B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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다다시 곤타니
데츠오 야마모토
노부히토 시마
노부오 이시마루
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 전극을 축소되기 어렵게 하고, 처리되는 기판의 품질을 균일한 것으로 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
기판 처리 장치(1)는, 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201)과, 처리실(201)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급관(232)과, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 가스 배기관(231)과, 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)을 갖는다. 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)은, 금속으로 이루어지는 심선(292)과, 심선(292)에 절곡 가능하도록 복수 개가 연결되고, 심선(292)보다 열에 의한 변형이 적은 단관(290)으로 구성된다.
처리 가스, 가스 배기 유닛

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 예를 들면 배치(batch)식 플라즈마 처리 장치 등의 반도체 제조 장치 등으로서 사용되는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
적어도 하나의 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와, 상기 처리 가스를 활성(活性)인 상태로 하기 위하여, 보호관 내에 삽발(揷拔) 가능하게 수용된, 적어도 한 쌍의 전극을 갖고, 상기 전극은, 적어도 1 개소가 굴곡한 상태에서 상기 보호관 내에 수용되고, 아울러, 상기 전극은 가요성(可撓性) 부재(部材)로 구성한 기판 처리 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1).
<선행 기술 문헌>
<특허 문헌 1> 재공표 특허　WO2005/083766호 공보
그러나, 종래의 기술에서는, 가요성 부재로 구성한 전극이, 예를 들면, 열이나 중력에 의해 보호관 내에서 축소되는 경우가 있고, 전극이 축소됨으로써, 예를 들면 플라즈마의 분포 상황 등의 처리실 내에 있어서의 상황이 불균일하게 되고, 처리되는 기판의 품질이 불균일하게 된다는 문제가 발생하는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 전극을 축소되기 어렵게 하고, 처리되는 기판의 품질을 균일한 것으로 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
청구항 1에 따른 본 발명은, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛과, 상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 적어도 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극의 각각을, 적어도 1 개소가 구부러진 상태에서 수납하는 수납관을 구비하고, 상기 전극은, 금속으로 이루어지는 심선(芯線)과, 이 심선에 의해 절곡(折曲) 가능하도록 복수 개가 연결되고, 상기 심선보다 열(熱)에 의한 변형이 적은 관체(管體)로 구성되는 기판 처리 장치이다.
청구항 2에 따른 본 발명은, 상기 관체는, 금속 또는 절연재(絶緣材)로 이루어지는 청구항 1에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 3에 따른 본 발명은, 상기 관체는 석영으로 이루어지는 청구항 2에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 4에 따른 본 발명은, 상기 관체의 형상이, 실질적으로 원통(圓筒) 형상 또는 실질적으로 구(球) 형상인 청구항 1에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 5에 따른 본 발명은, 상기 심선이, 소성(塑性) 변형 가능한 금속으로 이루어지는 청구항 1에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 6에 따른 본 발명은, 상기 심선이, 니켈로 이루어지는 청구항 1에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 7에 따른 본 발명은, 상기 전극이, 상기 관체의 복수 개의 외표면(外表面)을 덮도록 설치되고, 금속으로 이루어지며 가요성을 갖는 망(網) 형상의 망조 부재(網組部材)를 더 갖는 청구항 1에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 8에 따른 본 발명은, 상기 관체가, 도전성 재료로 이루어지는 청구항 1에 기재한 기판 처리 장치이다.
청구항 9에 따른 본 발명은, 복수의 기판을 적층하여 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛과, 상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 적어도 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극의 각각을, 적어도 1 개소가 구부러진 상태에서 수납하는 수납관과, 상기 처리실 외부에 설치되고, 상기 처리실 내의 분위기를 가열하는 가열 유닛을 구비하고, 상기 전극은, 금속 또는 절연재로 이루어지는 복수의 내부재(內部材)와, 상기 내부재의 각각을 연결하는 금속으로 이루어지는 심선과, 상기 내부재의 외표면을 덮도록 설치된 금속으로 이루어지는 망 형상의 외부재(外部材)로 구성되는 기판 처리 장치이다.
본 발명에 따르면, 전극을 축소되기 어렵게 하고, 처리되는 기판의 품질을 균일한 것으로 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
다음에 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면에 따라서 설명한다.
도 1 및 도 2에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)가 나타나 있다. 기판 처리 장치(1)는 반도체 제조 장치로서 구성되어 있고, 광체(筐體, 101)를 갖는다.
광체(101)의 전면(前面) 측에는, 도시하지 않은 외부 반송 장치와의 사이에서, 기판 수납 용기로서 사용되는 카세트(100)의 수수(授受)를 수행하는 보지구(保持具) 수수 부재로서 사용되는 카세트 스테이지(105)가 설치되어 있다. 카세트 스테이지(105)의 후측에는 승강 수단으로서의 카세트 엘리베이터(115)가 설치되고, 이 카세트 엘리베이터(115)에는 반송 수단으로서의 카세트 이재기(114)가 장착되어 있다. 또한, 카세트 엘리베이터(115)의 후측에는, 카세트(100)의 재치(載置) 수단으로서 사용되는 카세트 선반(109)이 설치됨과 동시에, 카세트 스테이지(105)의 상방에도, 예비 카세트 선반(110)이 설치되어 있다. 예비 카세트 선반(110)의 상방에는 클린 유닛(118)이 설치되고, 클린 에어를 상기 광체(101)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.
광체(101)의 후부(後部) 상방에는, 처리로(202)가 설치되고, 처리로(202)의 하방에는 기판으로서 사용되는 웨이퍼(200)를 수평 자세에서 다단으로 보지하는 기판 보지 수단으로서의 보트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강 수단으로서 사용되는 보트 엘리베이터(121)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(121)에 부착된 승강 부재(122)의 선단부에는, 개체(蓋體)로서의 씰 캡(seal cap, 219)이 부착되고, 보트(217)를 수직으로 지지하고 있다. 보트 엘리베이터(121)와 카세트 선반(109) 사이에는, 승강 수단으로서 사용되는 이재 엘리베이터(113)가 설치되고, 이재 엘리베이터(113)에는 기판 반송 수단으로서 사용되는 웨이퍼 이재기(112)가 부착되어 있다. 또한, 보트 엘리베이터(121)의 옆에는, 개폐 기구를 갖고 상기 처리로(202)의 하면(下面)을 막는 차폐(遮蔽) 부재로서 사용되는 노구(爐口) 셔터(116)가 설치되어 있다.
웨이퍼(200)가 장전(裝塡)된 카세트(100)는, 도시하지 않은 외부 반송 장치로부터 카세트 스테이지(105)에 웨이퍼(200)가 상향 자세로 반입되고, 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되도록 카세트 스테이지(105)에서 90° 회전된다. 또한, 카세트(100)는 카세트 엘리베이터(115)의 승강 동작, 횡행(橫行) 동작 및 카세트 이재기(114)의 진퇴(進退) 동작, 회전 동작의 협동(協動)에 의해 상기 카세트 스테이지(105)로부터 카세트 선반(109) 또는 예비 카세트 선반(110)에 반송된다.
카세트 선반(109)에는 웨이퍼 이재기(112)의 반송 대상이 되는 카세트(100)가 수납되는 이재 선반(123)이 있고, 웨이퍼(200)를 이재하는데 사용되는 카세트(100)는 카세트 엘리베이터(115), 카세트 이재기(114)에 의해 이재 선반(123)에 이재된다.
카세트(100)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼 이재기(112)의 진퇴 동작, 회전 동작 및 이재 엘리베이터(113)의 승강 동작의 협동에 의해 이재 선반(123)으로부터 강하(降下) 상태의 보트(217)에 웨이퍼(200)를 이재한다.
보트(217)에 소정 매수의 웨이퍼(200)가 이재되면, 보트 엘리베이터(121)에 의해 보트(217)가 처리로(202)에 삽입되고, 씰 캡(219)에 의해 처리로(202)가 기 밀(氣密)하게 폐색된다. 기밀하게 폐색된 처리로(202) 내에서는, 웨이퍼(200)가 가열됨과 함께 처리 가스가 처리로(202)에 공급되고, 웨이퍼(200)에 처리가 이루어진다.
웨이퍼(200)에의 처리가 완료하면, 웨이퍼(200)는 상술한 동작과 반대의 순서에 의해, 보트(217)로부터 이재 선반(123)의 카세트(100)에 이재되고, 카세트(100)는 카세트 이재기(114)에 의해 이재 선반(123)으로부터 카세트 스테이지(105)에 이재되고, 도시하지 않은 외부 반송 장치에 의해 광체(101)의 외부로 반출된다. 한편, 노구 셔터(116)는 보트(217)가 강하 상태일 때에 처리로(202)의 하면을 막아, 외기(外氣)가 처리로(202) 내에 흘러 들어오는 것을 방지하고 있다.
카세트 이재기(114) 등의 반송 동작은, 제어 수단으로서 사용되는 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
도 3 및 도 4에는, 처리로(202)가 나타나 있다.
처리로(202)의 주변에는, 가열 장치(가열 수단)로서 사용되는 히터(207)가 설치되고, 히터(207)의 내측에, 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서 사용되는 반응관(203)이 설치되고, 반응관(203)의 하단 개구(開口)는 개체로서 사용되는 씰 캡(219)에 의해, 기밀 부재로서 사용되는 O 링(220)을 개재하여 기밀하게 폐색되고, 적어도, 반응관(203) 및 씰 캡(219)에 의해, 웨이퍼(200)를 수납하는 처리실(201)을 형성하고 있다.
씰 캡(219)에는 보트 지지대(218)를 개재하여 보트(217)가 입설(立設)되고, 보트 지지대(218)는 보트를 보지하는 보지체(保持體)로 되어 있다. 그리고, 보 트(217)는 처리실(201)에 삽입된다. 보트(217)에는 배치(batch) 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 관축(管軸) 방향에 다단으로 적재된다. 여기에서, 도 4에 있어서, 200T는 다단으로 적층된 웨이퍼(200)로서, 가장 상방의 위치에 배치된 웨이퍼(200)를 나타내고 있다. 또한, 200B는 적층된 웨이퍼(200)로서, 가장 하방에 배치된 웨이퍼(200)를 나타내고 있다. 또한, 200C는 적층된 웨이퍼(200)로서 웨이퍼(200T)와 웨이퍼(200B)로부터, 대략 등거리(等距離)에 있는 위치에 배치된 웨이퍼(200)를 나타내고 있다.
히터(207)는 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.
처리실(201)에는 복수 종류, 여기에서는 2 종류의 가스를 공급하는 공급 경로로서 사용되는 2 개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치된다. 제1 가스 공급관(232a)로부터는 유량(流量) 제어 장치(유량 제어 수단)인 제1 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller, 241a) 및 개폐 밸브인 제1 밸브(243a)를 개재하고, 아울러 후술하는 반응관(203) 내에 형성된 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201)에 반응 가스가 공급된다. 제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제2 매스 플로우 컨트롤러(241b), 개폐 밸브인 제2 밸브(243b), 가스 탱크(247) 및 개폐 밸브인 제3 밸브(243c)를 개재하고, 후술하는 가스 공급부(249)를 개재하여 처리실(201)에 반응 가스가 공급되고 있다.
2 개의 가스 공급관(232a, 232b), 제1 매스 플로우 컨트롤러(241a), 제1 밸브(243a), 제2 매스 플로우 컨트롤러(241b), 제2 밸브(243b), 가스 탱크(247), 제3 밸브(243c) 및 가스 공급부(249) 등은, 처리실(201)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛으로서 사용되고 있다.
처리실(201)은 가스를 배기하는 가스 배기관(231)에 의해 제4 밸브(243d)를 개재하여 진공 펌프(246)에 접속되고, 진공 배기되도록 되어 있다. 또한, 이 제4 밸브(243d)는, 밸브를 개폐하여 처리실(201)의 진공 배기·진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브의 개도(開度)를 조절하여 압력 조정 가능하도록 되어 있는 개폐 밸브이다. 가스 배기관(231), 제4 밸브(243d), 진공 펌프(246) 등이, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛으로서 사용되고 있다.
처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호(圓弧) 형상의 공간에는, 반응관(203)의 하부로부터 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서, 가스 분산 공간인 버퍼실(237)이 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부(端部)에는, 가스를 공급하는 공급공(孔)인 제1 가스 공급공(248a)이 설치되어 있다. 제1 가스 공급공(248a)은 반응관(203)의 중심을 향해서 개구하고 있다. 제1 가스 공급공(248a)은 하부로부터 상부에 걸쳐 각각 동일한 개구(開口) 면적을 가지며, 아울러 동일한 개구 피치(pitch)로 설치되어 있다.
버퍼실(237)의 제1 가스 공급공(248a)이 설치된 단부와 반대측의 단부에는, 노즐(233)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 배설(配設)되어 있다. 노즐(233)에는, 가스를 공급하는 복수의 공급공인 제2 가스 공급공(248b)이 설치되어 있다. 제2 가스 공급공(248b)의 개구 면적은, 버퍼실(237)과 처리실(201)의 차압(差壓)이 작은 경우에는, 가스의 상류측으로부터 하 류측까지 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 되는데, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향해서 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제2 가스 공급공(248b)의 개구 면적을 상류측으로부터 하류측에 걸쳐 서서히 크게 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 제2 각 가스 공급공(248b)보다 가스의 유속(流速)의 차이는 있으나, 유량은 대략 동량(同量)인 가스를 버퍼실(237)에 분출시키고 있다. 그리고, 버퍼실(237) 내에 있어서, 각각의 제2 가스 공급공(248b)으로부터 분출한 가스의 입자(粒子) 속도차가 완화된 후, 제1 가스 공급공(248a)으로부터 처리실(201)에 분출시키고 있다. 따라서, 각 제2 가스 공급공(248b)으로부터 분출한 가스는, 각 제1 가스 공급공(248a)으로부터 분출할 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 할 수 있다.
더욱이, 버퍼실(237)에는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)이 설치되어 있다. 제1 전극(269)과 제2 전극(270)이란, 처리실(201) 내의 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 한 쌍의 전극으로서 사용되고, 아울러 봉(棒) 형상으로서, 상부로부터 하부에 걸쳐, 각각이 수납관(275, 275) 내에 수납되어 있다. 제1 전극(269) 및 제2 전극(270) 중 어느 한쪽은, 정합기(整合器, 272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은 기준 전위인 어스(earth)에 접속되어 있다. 이 결과, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270) 간의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다.
2 개의 수납관(275)은, 각각이 제1 전극(269), 제2 전극(270)을 보호하는 보 호관으로서 사용됨과 함께, 제1 전극(269), 제2 전극(270)의 각각을, 적어도 1개소가 굴곡한 상태에서 수납하는 수납관으로서 사용되고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)의 각각을 버퍼실(237)의 분위기와 격리(隔離)한 상태에서 버퍼실(237)에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기에서, 수납관(275)의 내부가 외기[대기(大氣)]와 동일한 분위기이면, 수납관(275)에 각각 삽입된 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)은 히터(207)의 가열로 산화되어 버린다. 그래서, 수납관(275)의 내부는 질소 등의 불활성 가스를 충전 혹은 퍼지(purge)하고, 산소 농도를 충분히 낮게 억제하여 제1 전극(269) 또는 제2 전극(270)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스 퍼지 기구가 설치된다.
또한, 제1 가스 공급공(248a)의 위치로부터, 반응관(203)의 내주(內周)를, 예를 들면 120° 정도 돈 내벽에, 가스 공급부(249)가 설치되어 있다. 가스 공급부(249)는, ALD 법에 의한 성막에 있어서 웨이퍼(200)에, 복수 종류의 가스를 1 종류씩 교호(交互)로 공급할 때, 버퍼실(237)과 가스 공급 종(種)을 분담하는 공급부이다.
가스 공급부(249)도 버퍼실(237)과 마찬가지로 웨이퍼와 인접하는 위치에 동일 피치로 가스를 공급하는 공급공인 제3 가스 공급공(248c)을 갖고, 하부에서는 제2 가스 공급관(232b)이 접속되어 있다.
제3 가스 공급공(248c)의 개구 면적은, 가스 공급부(249) 내와 처리실(201) 내의 차압(差壓)이 작은 경우에는, 가스의 상류측으로부터 하류측까지 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 되는데, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하 류측을 향해서 개구 면적을 크게 하거나 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제3 가스 공급공(248a)의 개구 면적을 상류측으로부터 하류측에 걸쳐 서서히 크게 하고 있다.
반응관(203) 내의 중앙부에는, 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일한 간격으로 재치하는 보트(217)가 설치되어 있고, 보트(217)는 도시를 생략한 보트 엘리베이터 기구에 의해 반응관(203)에 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리의 균일성을 향상하기 위해서 보트(217)를 회전하기 위한 회전 장치(회전 수단)로서 사용되는 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있고, 보트 회전 기구(267)를 회전함으로써, 석영 캡(218)에 보지된 보트(217)를 회전하도록 되어 있다.
컨트롤러(280)는, 제1, 제2 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b), 제1~제4 밸브(243a, 243b, 243c, 243d), 히터(207), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 도시를 생략한 보트 승강 기구, 고주파 전원(273), 정합기(272)에 접속되어 있고, 제1, 제2 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b)의 유량 조정, 제1~제3 밸브(243a, 243b, 243c)의 개폐 동작, 제4 밸브(243d)의 개폐 및 압력 조정 동작, 히터(207) 온도 조절, 진공 펌프(246)의 기동(起動)·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 승강 기구의 승강 동작 제어, 고주파 전원(273)의 전력 공급 제어, 정합기(272)에 의한 임피던스(impedance) 제어가, 컨트롤러(280)에 의해 수행된다.
기판 처리 장치(1)에 있어서는, 예를 들면, ALD 법에 의한 성막이 이루어지고, 예를 들면, 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나로서, DCS 및 NH3 가스를 사용 하여 SiN 막의 성막이 이루어진다.
DCS 및 NH3 가스를 사용하여 SiN 막의 성막을 함에 있어서 채용되는 ALD(Atomic Layer Deposition) 법은, CVD(Chemical Vapor Deposition) 법 중의 하나로서, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등)의 하에서, 성막에 사용하는 2 종류(또는 그 이상)의 원료가 되는 처리 가스를 1 종류씩 교호로 기판 상에 공급하고, 1 원자층 단위로 흡착시켜, 표면 반응을 이용하여 성막을 수행하는 방법이다.
이용하는 화학 반응은, 예를 들면 SiN(질화규소) 막 형성의 경우, ALD 법에서는 DCS[SiH2Cl2, 디클로로실란(dichlorosilane)]와 NH3(암모니아)를 사용하여 300~600℃의 저온에서 고품질의 성막이 가능하다. 또한, 가스 공급은, 복수 종류의 반응성 가스를 1 종류씩 교호로 공급한다. 그리고, 막 두께 제어는, 반응성 가스 공급의 사이클 수로 제어하고, 예를 들면, 성막 속도가 1Å／사이클로 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우, 처리를 20 사이클 수행한다.
즉, 먼저 성막하고자 하는 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전하여, 처리실(201)로 반입한다. 그리고, 반입 후, 다음의 3가지 스텝을 순차적으로 실행한다.
최초의 스텝인 스텝 1에서는, 플라즈마 여기(勵起)가 필요한 NH3 가스와, 플라즈마 여기가 필요없는 DCS 가스를 병행하여 흘린다. 먼저, 제1 가스 공급관(232a)에 설치한 제1 밸브(243a) 및 가스 배기관(231)에 설치한 제4 밸브(243d)를 함께 개방하고, 제1 가스 공급관(232a)으로부터 제1 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된 NH3 가스를 노즐(233)의 제2 가스 공급공(248b)으로부 터 버퍼실(237)로 분출하고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270) 간에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하여 NH3를 플라즈마 여기하고, 활성종으로서 처리실(201)에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다.
NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 활성종으로서 흘릴 때에는, 제4 밸브(243d)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내 압력을 10~100Pa의 범위로 유지한다. 제1 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 NH3의 공급 유량은, 예를 들면, 1~10slm의 범위에서 공급된다. NH3를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 2~120초 동안이다. 이 때의 히터(207) 온도는 웨이퍼가 300~600℃의 범위가 되도록 설정하여 있다. NH3는 반응 온도가 높기 때문에, 상술한 웨이퍼 온도에서는 반응하지 않으므로, 플라즈마 여기함으로써 활성종으로 하고나서 흘리도록 하고 있으며, 이 때문에 웨이퍼 온도는 설정한 낮은 온도 범위인 채로 수행할 수 있다.
NH3를 플라즈마 여기함으로써 활성종으로서 공급하고 있을 때, 제2 가스 공급관(232b)의 상류측의 제2 밸브(243b)를 개방하고, 하류측의 제3 밸브(243c)를 닫아 DCS도 흐르게 한다. 이에 따라 제2, 제3 밸브(243b, 243c) 간에 설치한 가스 탱크(247)에 DCS를 저장한다. 이 때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 NH3를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종으로서, DCS는 존재하지 않는다. 따라서, NH3는 기상(氣相) 반응을 일으키지 않으며, 플라즈마에 의해 여기되어 활성종이 된 NH3는, 웨이퍼(200) 상의 하지막(下地膜) 등의 표면 부분과 표면 반응(화학 흡착)한다.
다음의 스텝인 스텝 2에서는, 제1 가스 공급관(232a)의 제1 밸브(243a)를 닫아, NH3의 공급을 정지하지만, 줄곧 가스 탱크(247)에 공급을 계속한다. 가스 탱크(247)에 소정 압력, 소정 양(量)의 DCS가 저장되면 상류측의 제2 밸브(243b)도 닫아, 가스 탱크(247)에 DCS를 가두어 놓는다. 또한, 가스 배기관(231)의 제4 밸브(243d)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해, 처리실(201)을 20Pa 이하로 배기하고, 잔류 NH3를 처리실(201)로부터 배제한다. 또한, 이 때에는 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201)에 공급하면, 잔류 NH3를 배제할 수 있는 효과가 더욱 높아진다.
가스 탱크(247) 내에는, 압력이 20000Pa 이상이 되도록 DCS를 저장한다. 또한, 가스 탱크(247)와 처리실(201) 사이의 컨덕턴스(conductance)가 1.5×10－3m3/s 이상이 되도록 장치를 구성한다. 또한, 반응관(203)의 용적과 이에 대한 필요한 가스 탱크(247)의 용적과의 비율로서 생각하면, 반응관(203) 용적이 100ℓ(리터)인 경우에 있어서는, 100~300cc인 것이 바람직하며, 용적비로서는 가스 탱크(247)는 반응실 용적의 1/1000~3/1000배로 하는 것이 바람직하다.
마지막의 스텝인 스텝 3에서는, 처리실(201)의 배기가 끝나면 가스 배기관(231)의 제4 밸브(243d)를 닫아 배기를 정지한다. 제2 가스 공급관(232b)의 하류 측의 제3 밸브(243c)를 개방한다. 이에 따라 가스 탱크(247)에 저장된 DCS가 처리실(201)로 한꺼번에 공급된다. 이 때, 가스 배기관(231)의 제4 밸브(243d)가 닫혀 있기 때문에, 처리실(201) 내의 압력은 급격히 상승하여 약 931Pa(7Torr)까지 승압(昇壓)된다. DCS를 공급하기 위한 시간은 2~4초 설정하고, 그 후 상승한 압력 분위기 속에 노출하는 시간을 2~4초로 설정하여, 합계 6초로 했다.
이 때의 웨이퍼 온도는 NH3의 공급 시와 마찬가지로, 300~600℃의 범위 내의 원하는 온도로 유지된다. DCS의 공급에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에 화학 흡착한 NH3와 DCS가 표면 반응(화학 흡착)하여, 웨이퍼(200) 상에 SiN 막이 성막된다. 성막 후, 제3 밸브(243c)를 닫고, 제4 밸브(243d)를 개방하여 처리실(201)을 진공 배기하고, 잔류하는 DCS의 성막에 기여한 후의 가스를 배제한다. 또한, 이 때에는 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201)에 공급하면, 한층 더 잔류하는 DCS의 성막에 기여한 후의 가스를 처리실(201)로부터 배제하는 효과가 높아진다. 또한 제2 밸브(243b)를 개방하여 가스 탱크(247)에 DCS의 공급을 개시한다.
이상에서 설명한 스텝 1~3을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복함으로써 웨이퍼 상에 소정 막두께의 SiN 막을 성막한다.
ALD 장치에서는, 가스는 웨이퍼(200)의 표면 부분에 화학 흡착한다. 이 가스의 흡착량은, 가스의 압력 및 가스의 폭로 시간에 비례한다. 따라서, 희망하는 일정량의 가스를, 단시간에 흡착시키기 위해서는, 가스의 압력을 단시간에 크게 할 필요가 있다. 이러한 점에서, 본 실시 형태에서는, 제4 밸브(243d)를 닫은 후, 가 스 탱크(247) 내에 저장한 DCS를 순간적으로 공급하고 있기 때문에, 처리실(201) 내의 DCS의 압력을 급격히 올릴 수 있고, 희망하는 일정량의 가스를 순간적으로 흡착시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가스 탱크(247)에 DCS를 담고 있는 동안에, ALD 법에서 필요한 스텝인 NH3 가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 활성종으로서 공급 및 처리실(201)의 배기를 하고 있기 때문에, DCS를 저장하기 위한 특별한 스텝을 필요로 하지 않는다. 또한, 처리실(201)의 내를 배기하여 NH3 가스를 제거하고나서 DCS를 흘리기 때문에, 양자(兩者)는 웨이퍼(200)를 향하는 도중에서 반응하지 않는다. 공급된 DCS는, 웨이퍼(200)에 흡착하고 있는 NH3와만 유효하게 반응시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에는, 제1 전극(269)이 나타나 있다.
이하, 제1 전극(269)에 대하여 설명하는데, 제2 전극(270)의 구성은 제1 전극(269)과 동일하다.
도 5에 나타나 있는 바와 같이, 제1 전극(269)은, 복수의 단관(短管)(290)과, 심선(292)과, 망조(網組) 부재(294)를 갖는다. 단관(290)은 심선(292)에 의해 절곡(折曲) 가능하도록 복수 개가 연결되고, 심선(292)보다 열(熱)에 의한 변형이 적은 관체(管體)로서 사용되고 있음과 함께, 금속, 또는 절연재로 이루어지는 내부재로서 사용되고 있어서, 심선(292)과 비교하여 열 변형하기 어려우며, 일정한 단열성(斷熱性)과 강성(剛性)을 갖는 재료로 이루어지고, 구체적인 재료로서는, 예를 들면 고순도(高純度)의 알루미나, Ni(니켈) 등이 사용된다. 그러나, 알루미나 등을 사용하는 경우, Al 등에 의한 오염이 발생할 가능성이 있고, 반도체 제조 장치에 있어서는, 보다 적합하게는, 석영을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 단관(290)은 대략 원통 형상을 갖고, 길이 방향으로 관통하도록 관통공(296)이 형성되어 있다.
심선(292)은, 복수의 단관(290)의 각각을 서로 연결하는 금속으로 이루어지는 심선으로서 사용되고 있고, 복수의 단관(290)에 형성된 관통공(296)을 관통함으로써 복수의 단관(290)을 절곡 가능하도록 연결하고 있다. 심선(292)은 구부림을 확보할 수 있는 소성(塑性) 변형이 가능하고, 보다 구체적으로는, 예를 들면, Ni(니켈)를 주성분으로 한 침금(針金)이 사용된다. 심선(292)을 사용하여, 복수의 단관(290)을 연결할 때에는, 서로 이웃하는 단관(290)과 단관(290) 사이에, 일정한 극간(d1)이 설치된다.
망조 부재(294)는 복수의 단관(290)의 외표면을 덮도록 설치되는 금속으로 이루어지는 망 형상의 외부재로서 사용되어 있고, 예를 들면 Ni을 주성분으로 하는 세선(細線)을 짜 넣도록 하여 형성되어 있다. 망조 부재(294)는 세선으로 이루어지고 가요성(可撓性)을 가지기 때문에 변형 가능하고, 변형에 의해 복수의 단관(290)의 외표면을 덮을 수 있도록 배치되어 있다. 도 5에 있어서는, 망조 부재(294)는, 설명의 편의상, 위로부터 2 번째에 위치하는 단관(290)과, 위로부터 3 번째에 위치하는 단관(290)과의 외주면만을 덮은 것처럼 도시되어 있는데, 망조 부재(294)는, 일단부(一端部) 측에 위치하는 단관(290)으로부터 타단부 측에 위치하는 단관(290)까지, 모든 단관(290)의 외주면을 덮도록 설치되어 있다.
이상과 같이, 제1 전극(269)은 복수의 단관(290)이 간격(d)을 갖도록 심선(292)으로 연결되고, 복수의 단관(290)에 외주면을 덮는 망조 부재가, 세선으로 짜 넣어진 변형 가능한 것이기 때문에, 도 6에 나타나 있는 바와 같이 절곡(折曲)한 상태로 하는 것이 가능하다. 이 때문에, 수납관(275, 도 3 참조)이 굴곡한 형상이라고 하더라도, 절곡한 수납관(275)의 내벽을 따르도록 변형하는 것이 가능하다. 또한, 제1 전극(269)의 일단부 측을, 수납관(275)에 삽입하고, 제1 전극(269)의 타단부 측을 가압함으로써, 제1 전극(269)을, 절곡한 수납관(275)을 따라서 수납관(275) 내에 삽입할 수 있다.
또한, 제1 전극(269)을 구성하는 복수의 단관(290)은, 심선(292)보다 열에 의한 변형이 적으며, 일정한 강성을 가지기 때문에, 서로 이웃하는 단관(290)의 사이에 형성된 간격(d)이 꽉 차는 경우는 있어도, 각각의 단관(290)의 길이는 변함없기 때문에, 예를 들면, 수납관(275)에 삽입할 때 등에, 길이 방향의 길이가 크게 줄어드는 경우는 없다. 이 때문에, 수납관(275)의 선단(先端) 측 등의 원래는 제1 전극(269)이 배치되는 장소에, 제1 전극(269)이 축소됨으로써 제1 전극(269)이 도달하지 않게 되는 경우는 없고, 이 장소에서 발생하는 플라즈마의 농도가 원래보다 낮아지는 문제가 발생하기 어렵다.
도 7에는, 제1 전극(269)의 변형예가 나타나 있다.
이하, 제1 전극(269)에 대해서 설명하는데, 제2 전극(270)으로서도, 이하에 설명하는 변형예에 따른 전극을 이용할 수 있다.
상술한 제1 전극(269)에서는, 복수의 단관(290)으로서 대략 원통 형상인 것 을 사용했는데, 이 변형예에서는, 대략 구(球) 형상인 단관(290)을 사용한다. 이 변형예에 따른 제1 전극(269)에서도, 단관(290)에는 관통공이 형성되어 있고, 관통공(296)에 심선(292)이 삽입되고, 복수의 단관(290)이 연결된다. 또한, 복수의 단관(290)의 외주를 덮도록 망조 부재(294)가 설치되어 있다.
도 8에는, 비교예에 따른 제1 전극(269)이 나타나 있다.
상술한 본 발명의 제1 실시 형태에서 사용되는 제1 전극(269) 및 변형예에 따른 제1 전극은, 복수의 단관(290)과, 심선(292)과, 망조 부재(294)를 가지고 있었다. 이에 대하여, 이 변형예에 따른 제1 전극은, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 단관(290)을 갖지 않고, 심선(292)이 직접 망조 부재(294)로 덮여 있다. 이 때문에, 가열되었을 때, 단열 효과를 갖는 단관(290)을 개재하지 않고, 직접 심선(292)이 가열되기 때문에, 도 8(b)의 우측에 나타나는 바와 같이, 심선(292)이 열의 영향으로 축소되거나 일그러지기 쉽다.
도 8(b)는 심선(292)이 열에 의해 축소되고 일그러짐으로써, 제1 전극이 길이 d2만큼 짧아진 상태를 나타내고 있다.
도 9에는 비교예에 따른 제1 전극(269)이, 수납관(275)에 수납된 모습이 나타나 있다. 원래라면, 도 9(a)에 나타나는 바와 같이, 수납관(275)의 상단부 근방까지 제1 전극(269)이 도달한다. 그러나, 예를 들면, 자중(自重)에 의해 망조 부재(294)를 구성하는 세선의 간격이 좁아지게 되는 등의 이유로 제1 전극(269)이 축소되면, 원래는, 제1 전극(269)이 배치되어야 할 장소에, 제1 전극(269)이 존재하지 않는 공간(310)이 형성되어 버린다. 이 경우, 공간(310)에서 생성되는 플라즈마 의 농도는, 공간(310)에 제1 전극(269)이 존재하는 경우와 비교하여 낮아진다.
도 9(b)에 나타내는 바와 같이 자중에 의해 제1 전극(269)이 축소되는 것 이외에도, 예를 들면, 수납관(275) 내에 제1 전극(269)을 삽입할 때, 위치 P, P 등에서 제1 전극(269)이 수납관(275) 내벽에 접촉하고, 마찰에 의해 망조 부재(294)를 구성하는 세선의 간격이 꽉 차는 등의 이유로 제1 전극(269)이 축소되는 경우가 있다. 이 경우도, 수납관(275)의 단부에, 제1 전극이 존재하지 않는 공간(310)이 형성된다.
제1 전극(269)은, 심선(292)과, 심선(292)에 의해 절곡 가능하도록 복수 개가 연결되고, 심선(292)보다 열에 의한 변형이 적은 단관(290)을 가지며, 심선(292)의 열의 영향에 의한 형상 변화를 억제하는 것이면 된다. 따라서, 상술한 실시 형태에 따른 제1 전극(269)이나, 상술한 변형예에 따른 제1 전극(269)과 같이, 단관(290)에 심선(292)을 통하고, 단관(290)에 도전성(導電性)이 있는 망조 부재(294)를 감는 구성 대신에, 단관(290) 그 자체를 금속 등의 도전성 재료로 구성하고, 망조 부재(294)를 설치하지 않도록 해도 된다.
도 10에는, 처리 온도를 470℃로 하여 웨이퍼(200)에 형성된 막의 측정 데이터가, 사용하는 전극의 종류 및 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 배치되는 위치마다 나타나 있다. 도 10에 나타나는 측정 데이터는, 웨이퍼(200)에 형성된 막의 두께, 면내(面內) 균일성 및 면간(面間) 균일성이다. 여기에서, 면내 균일성이란, 1 개의 웨이퍼(200) 내에 있어서의 위치마다의 막두께의 균일성을 말한다. 또한, 면간 균일성이란, 예를 들면, 처리실(201) 내에 있어서의 상부, 중앙부 및 하부 등, 처리실(201) 내의 다른 위치에 배치된 복수의 웨이퍼(200)에 각각 형성된 막 사이에서의 막두께의 균일성을 말한다.
또한, 도 10에는, 웨이퍼(200)가 배치되는 위치로서, 상부, 중앙부 및 하부가 나타나 있다. 여기에서, 상부란, 처리실(201) 내에 있어서, 가장 상방의 웨이퍼(200T)가 배치되는 위치를 말한다(도 4 참조). 또한, 하부란, 처리실(201) 내에 있어서, 가장 하방의 웨이퍼(200B)가 배치되는 위치를 말한다(도 4 참조). 또한, 중앙부란, 처리실(201) 내에 있어서, 웨이퍼(200T)와 웨이퍼(200B)로부터 대략 거리에 있는 웨이퍼(200C)가 배치되는 위치를 말한다(도 4 참조).
도 10에 나타내는 측정 결과로부터, 처리실(201) 내의 어느 위치에 웨이퍼(200)가 배치되는 경우라 하더라도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관의 재질이 석영인 전극을 사용한 경우에 가장 면내 막두께의 균일성이 좋고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관의 재질이 Ni인 전극을 사용한 경우가 다음으로 면내 막두께의 균일성이 좋으며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않은 전극을 사용한 경우에 가장 면내 균일성이 나쁜 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영인 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성은 0.88%이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni인 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면내 균일성이 1.02%이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않은 전극을 사용한 경우, 면내 균일성이 1.19%이다.
이와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201)의 상부에 배치되는 경우, 면내 막두께의 균일성은, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 좋고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 그 다음으로 좋으며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 나쁘다.
다음에, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치한 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성은 1.41%이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면내 균일성이 1.56%이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우, 면내 균일성이 1.61%이다.
이와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201)의 중앙부에 배치되는 경우, 면내 막두께 균일성은, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 좋고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 좋으며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 나쁘다.
다음에, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치한 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성은 1.47%이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면내 균일성이 1.60%이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우, 면내 균일성이 1.63%이다. 이와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201)의 하부에 배치되는 경우, 면내 막두께 균일성은, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 좋고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 좋으며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 나쁘다.
또한, 도 10에 나타내는 측정 결과로부터, 처리실(201) 내의 어느 위치에 웨이퍼(200)가 배치되는 경우라 하더라도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 갖는 전극을 사용한 경우에, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 두께가 가장 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 갖는 전극을 사용한 경우에, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께가 다음으로 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우에, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께가 가장 얇은 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 390.37Å이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 형성되는 막의 막두께는 385.58Å이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않은 전극을 사용한 경우, 형성되는 막의 막두께는 382.08Å이다.
이와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201)의 상부에 배치되는 경우, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 두꺼우며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 얇다.
다음에, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 399.69Å이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 형성되는 막의 막두께는 395.52Å이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우, 형성되는 막의 막두께는 393.55Å이다.
이와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201)의 중앙부에 배치되는 경우, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 두꺼우며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 얇다.
다음에, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 401.57Å이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 형성되는 막의 막두께는 396.11Å이다. 또한, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치되는 경우로서, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우, 형성되는 막의 막두께는 393.82Å이다.
이와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201)의 하부에 배치되는 경우, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 두꺼우며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 얇다.
또한, 도 10에 나타내는 측정 결과로부터, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관(290)을 갖지 않는 전극을 사용한 경우와 비교하여, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, Ni 및 석영 중 어느 하나를 재질로 하는 단관(290)을 구비한 전극을 사용한 경우에, 면간 균일성이 향상하고 있음을 알 수 있다.
구체적으로는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관(290)을 갖지 않는 전극을 사용한 경우는, 면간 균일성이 1.506%이다. 또한, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면간 균일성이 1.409%이다. 또한, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면간 균일성이 1.341%이다.
이와 같이, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관(290)을 갖지 않는 전극을 사용한 경우와 비교하여, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni 및 석영 중 어느 하나를 재질로 하는 단관(290)을 구비한 전극을 사용한 경우에, 면간 균일성이 향상하고 있다.
도 11에는, 처리 온도를 470℃로 하여 웨이퍼(200)에 형성된 막의 측정 데이터가, 사용하는 전극의 종류, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 배치되는 위치 및 웨이퍼(200) 내에 있어서의 위치마다 나타내고 있다.
도 11에 나타나는 측정 데이터는, 웨이퍼(200)에 형성된 막의 주(周)방향별 변화율이다. 여기에서, 주방향별 변화율이란, 웨이퍼(200)의 중심으로부터의 거리마다의 면간 균일성을 말한다. 또한, 도 11에는, 웨이퍼(200) 내에 있어서의 주방향별 변화율이 측정되는 위치로서, 중심 위치, 위치 1, 위치 2 및 위치 3이 나타나 있다. 여기에서, 위치 1, 위치 2, 위치 3의 순서로, 웨이퍼(200) 중심으로부터의 거리가 크게 정해져 있다.
도 11에 나타나 있는 바와 같이, 처리실 온도(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)가 배치되는 위치 및 웨이퍼(200)에 있어서의 주방향의 위치가 어느 위치라고 하더라도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우의 쪽이, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 사용한 경우와 비교하여, 주방향별 변화율이 작은 것을 알 수 있다.
도 12에는, 처리 온도를 545℃로 하여 웨이퍼(200)에 형성된 막의 측정 데이터가, 사용하는 전극의 종류 및 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 배치되는 위치마다 나타나 있다. 도 12에 나타낸 측정 데이터는, 웨이퍼(200)에 형성된 막의 두께, 면내 균일성 및 면간 균일성이다. 또한, 도 12에 있어서의 상부, 중앙부 및 하부는, 상술한 도 10의 경우와 동일하다.
도 12에 나타내는 측정 결과로부터, 처리 온도가 470℃인 경우와 마찬가지로, 처리 온도가 545℃인 경우에 대해서도, 처리실(201) 내의 어느 위치에 웨이퍼가 배치되는 경우라고 하더라도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관의 재 질이 석영인 전극을 사용한 경우에 면내 막두께 균일성이 가장 좋고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관의 재질이 Ni인 전극을 사용한 경우가 다음으로 면내 막두께 균일이 좋으며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 면내 균일성이 나쁜 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 처리 온도가 545℃로서, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성은 0.95%이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면내 균일성이 1.10%이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우, 면내 균일성이 1.24%이다.
다음에, 처리 온도가 545℃로서, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치한 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성은 1.45%이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면내 균일성이 1.61%이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우는, 면내 균일성이 1.70%이다.
다음에, 처리 온도가 545℃로서, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치한 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성은 1.61%이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 면내 균일성이 1.69%이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용한 경우, 면내 균일성이 1.77%이다.
이상과 같이, 처리 온도가 545℃인 경우도, 처리 온도가 470℃인 경우와 마찬가지로, 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)가 배치되는 위치에 관계없이, 면내 막두께 균일성은, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 좋고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 좋으며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 나쁘다.
또한, 도 12에 나타내는 측정 결과로부터, 처리 온도가 545℃인 경우도, 처리 온도가 470℃인 경우와 마찬가지로, 처리실(201) 내의 어느 위치에 웨이퍼(200)가 배치되는 경우라 하더라도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 갖는 전극을 사용한 경우에, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 두께가 가장 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 갖는 전극을 사용한 경우에, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께가 다음으로 두꺼우며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우에, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께가 가장 얇은 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 처리 온도가 545℃로서, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 상부에 배치되는 경우, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료 로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 377.10Å이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 371.98Å이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 370.39Å이다.
다음에, 처리 온도가 545℃로서, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 중앙부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 381.28Å이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 377. 51Å이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용하면 형성되는 막의 막두께는 377.15Å이다.
다음에, 처리 온도가 545℃로서, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 있어서의 하부에 배치되는 경우는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 379.78Å이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 375.13Å이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 구비하지 않는 전극을 사용하면, 형성되는 막의 막두께는 374.98Å이다.
이상과 같이, 처리 온도가 545℃인 경우도, 처리 온도가 470℃인 경우와 마찬가지로, 처리실(201) 내에 있어서 웨이퍼(200)가 배치되는 위치에 관계없이, 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막두께는, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 가장 두껍고, 제1 전극(269) 및 제2 전극으로서 Ni을 재질로 하는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우가 다음으로 두꺼우며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관을 갖지 않는 전극을 사용한 경우가 가장 얇다.
또한, 도 12에 나타내는 측정 결과로부터, 처리 온도가 545℃인 경우에도, 처리 온도가 470℃인 경우와 마찬가지로 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관(290)을 갖지 않는 전극을 사용한 경우와 비교하여, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, Ni 및 석영 중 어느 하나를 재질로 하는 단관(290)을 구비한 전극을 사용한 경우에, 면간 균일성이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 처리 온도가 545℃인 경우, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관(290)을 갖지 않는 전극을 사용하면 면간 균일성이 0.903%이고, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 석영을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용하면 면간 균일성이 0.551%이며, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 Ni을 재료로 한 단관을 구비한 전극을 사용한 경우는, 면간 균일성이 0.737%이다. 이와 같이, 처리 온도가 545℃인 경우에 있어서도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 단관(290)을 갖지 않는 전극을 사용한 경우와 비교하여, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서, Ni 및 석영 중 어느 하나를 재질로 하는 단관(290)을 구비한 전극을 사용한 경우에, 면간 균일성이 향상하고 있다.
도 13에는, 처리 온도를 545℃로 하여 웨이퍼(200)에 형성된 막의 측정 데이터가, 사용하는 전극의 종류, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 배치되는 위치 및 웨이퍼(200) 내에 있어서의 위치마다 나타나 있다. 도 13에 나타낸 측정 데이터는, 웨이퍼(200)에 형성된 막의 주방향별 변화율이다. 또한, 도 13에는, 웨이퍼(200) 내에 있어서의 주방향 변화율이 측정되는 위치로서, 중심 위치, 위치 1, 위치 2 및 위치 3이 나타나 있다. 여기에서, 위치 1, 위치 2, 위치 3의 순서로, 웨이퍼(200)의 중심으로부터의 거리가 크게 정해져 있다.
도 13에 나타나 있는 바와 같이, 처리 온도가 545℃인 경우도, 처리 온도가 470℃인 경우와 마찬가지로, 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)가 배치되는 위치 및 웨이퍼(200)에 있어서의 주방향의 위치가 어느 위치라고 하더라도, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 Ni로 이루어지는 단관을 구비한 전극을 사용한 경우의 쪽이, 제1 전극(269) 및 제2 전극(270)으로서 재질이 석영으로 이루어지는 단관을 사용한 경우와 비교하여, 주방향별 변화율이 작다.
본 발명은 특허 청구의 범위에 기재한 사항을 특징으로 하는데, 이하에 부기한 사항도 추가로 포함된다.
<부기 1>
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛과,
상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 적어도 한 쌍의 전극과,
상기 한 쌍의 전극의 각각을, 적어도 1 개소가 구부러진 상태로 수납하는 수납관
을 구비하고,
상기 전극은,
금속으로 이루어지는 심선과,
이 심선에 의해 절곡 가능하도록 복수 개가 연결되고, 상기 심선보다 열에 의한 변형이 적은 관체
로 구성되는 기판 처리 장치.
<부기 2>
상기 관체는, 금속 또는 절연재로 이루어지는 부기 1에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 3>
상기 관체는 석영으로 이루어지는 부기 2에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 4>
상기 관체의 형상은, 실질적으로 원통 형상 또는 실질적으로 구(球) 형상인 부기 1에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 5>
상기 심선은, 소성 변형 가능한 금속으로 이루어지는 부기 1에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 6>
상기 심선은, 니켈로 이루어지는 부기 1에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 7>
상기 전극은, 상기 관체의 복수 개의 외표면을 덮도록 설치되고, 금속으로 이루어지며 가요성을 갖는 망 형상의 망조 부재를 갖는 부기 1에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 8>
상기 관체는, 도전성 재료로 이루어지는 부기 1에 기재한 기판 처리 장치.
<부기 9>
복수의 기판을 적층하여 수용하는 처리실과,
상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛과,
상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 적어도 한 쌍의 전극과,
상기 한 쌍의 전극의 각각을, 적어도 1 개소가 구부러진 상태로 수납하는 수납관과,
상기 처리실의 외부에 설치되고, 상기 처리실 내의 분위기를 가열하는 가열 유닛
을 구비하고,
상기 전극은,
금속 또는 절연재로 이루어지는 복수의 내부재와,
상기 내부재의 각각을 연결하는 금속으로 이루어지는 심선과,
상기 내부재의 외표면을 덮도록 설치된 금속으로 이루어지는 망 형상의 외부 재
로 구성되는 기판 처리 장치.
이상과 같이, 본 발명은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 열처리에 사용되는 기판 처리 장치에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극을 축소되기 어렵게 하고, 처리되는 기판의 품질을 균일한 것으로 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 측면 투시도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 갖는 처리로를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 갖는 처리로를 나타내고, 도 3에 있어서의 A－A선 단면을 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 갖는 전극의 구성을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 갖는 전극의 만곡한 상태를 나타내는 측면도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 갖는 전극의 변형예를 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 전극을 나타내고, 도 8(a)는 비교예에 따른 전극 구성을 나타내는 측면도로서, 도 8(b)는 비교예에 따른 전극에 축소와 일그러짐이 생긴 상태를 설명하는 측면도.
도 9는 본 발명의 비교예에 따른 전극을 나타내고, 도 9(a)는 수납관에 삽입된 상태의 전극을 나타내는 측면도로서, 도 9(b)는 수납관에 삽입된 상태에서 중력의 작용을 받아 축소된 상태의 전극을 나타내는 측면도이며, 도 9(c)는 수납관의 내벽 사이의 마찰로 축소된 상태의 전극을 나타내는 측면도.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서, 처리 온도를 470℃로 하여 기판에 형성된 막의 측정 데이터를 나타내는 제1 표.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서, 처리 온도를 470℃로 하여 기판에 형성된 막의 측정 데이터를 나타내는 제2 표.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서, 처리 온도를 545℃로 하여 기판에 형성된 막의 측정 데이터를 나타내는 제1 표.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서, 처리 온도를 545℃로 하여 기판에 형성된 막의 측정 데이터를 나타내는 제2 표.
<도면의 주요 부호의 설명>
1 : 기판 처리 장치 200 : 웨이퍼
201 : 처리실 224 : 플라즈마 생성 영역
231 : 가스 배기관 232 : 가스 공급관
269 : 제1 전극 270 : 제2 전극
273 : 고주파 전원 275 : 수납관
290 : 단관 292 : 심선
294 : 망조 부재 296 : 관통공

Claims (9)

  1. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과,
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛과,
    상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 적어도 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극의 각각을, 적어도 1 개소가 구부러진 상태로 수납하는 수납관
    을 구비하고,
    상기 전극은,
    금속으로 이루어지는 심선(芯線)과,
    상기 심선에 의해 절곡 가능하도록 복수 개가 연결되고, 상기 심선보다 열(熱)에 의한 변형이 작은 관체(管體)
    로 구성되는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관체는, 금속 또는 절연재(絶緣材)로 이루어지는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관체는 석영으로 이루어지는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 관체의 형상은, 원통 형상 또는 구(球) 형상인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 심선은, 소성(塑性) 변형 가능한 금속으로 이루어지는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 심선은, 니켈로 이루어지는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전극은, 상기 관체의 복수 개의 외표면을 덮도록 설치되고, 금속으로 이루어지는 가요성(可撓性)을 갖는 망(網) 형상의 망조(網組) 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 관체는, 도전성(導電性) 재료로 이루어지는 기판 처리 장치.
  9. 복수의 기판을 적층하여 수용하는 처리실과,
    상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과,
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 유닛과,
    상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 고주파 전력이 인가되는 적어 도 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극의 각각을, 적어도 1 개소가 구부러진 상태로 수납하는 수납관과,
    상기 처리실의 외부에 설치되고, 상기 처리실 내의 분위기를 가열하는 가열 유닛
    을 구비하고,
    상기 전극은,
    금속 또는 절연재로 이루어지는 복수의 내부재와,
    상기 내부재의 각각을 연결하는 금속으로 이루어지는 심선과,
    상기 내부재의 외표면을 덮도록 설치된 금속으로 이루어지는 망 형상의 외부재
    로 구성되는 기판 처리 장치.
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