KR101624605B1 - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 샤워 헤드를 이용한 장치에서도 높은 가동 효율을 유지 가능하도록 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 원료 가스원에 접속되고, 원료 가스 공급 제어부가 설치되는 제1 가스 공급관을 포함하는 제1 가스 공급계; 반응 가스원에 접속되고, 반응 가스 공급 제어부가 설치되는 제2 가스 공급관을 포함하는 제2 가스 공급계; 클리닝 가스원에 접속되고, 클리닝 가스 공급 제어부가 설치되는 제3 가스 공급관을 포함하는 제3 가스 공급계; 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 제3 가스 공급계에 접속되는 버퍼실 및 상기 버퍼실의 하류측에 설치된 분산판을 포함하는 샤워 헤드부; 상기 분산판의 하류측에 설치되고, 전기적으로 그라운드에 접속되는 기판 재치부; 상기 기판 재치부를 수용하는 처리실; 상기 버퍼실 내의 플라즈마 생성과 상기 처리실 내의 플라즈마 생성 사이를 전환하는 스위치 및 전원을 포함하는 플라즈마 생성부; 및 적어도 상기 원료 가스 공급 제어부, 상기 반응 가스 공급 제어부 및 적어도 상기 원료 가스 공급 제어부, 상기 반응 가스 공급 제어부, 상기 클리닝 가스 공급 제어부 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, (a) 상기 처리실에 기판이 재치된 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 어느 하나를 상기 처리실에 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 수행한 후에, 상기 샤워 헤드부에 설치되고 상기 버퍼실을 구성하는 벽과 절연되며 상기 버퍼실의 내벽의 표면적보다 작은 표면적으로 구성되는 가스 가이드와 상기 전원을 전기적으로 접속함과 함께 상기 분산판을 그라운드에 접속하고, 상기 전원으로부터 상기 가스 가이드에 소정의 전력을 공급하고, 상기 샤워 헤드부의 상기 가스 가이드와 상기 분산판 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 단계; 및 (c) 상기 전원과 상기 가스 가이드의 사이를 절단하고 상기 전원과 상기 분산판을 전기적으로 접속함과 함께, 상기 전원으로부터 상기 소정의 전력을 공급하고, 상기 분산판과 상기 기판 재치부 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 처리실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 처리실을 클리닝하는 단계;를 수행하고, 상기 (b) 단계의 처리 시간이 상기 (c) 단계의 처리 시간보다 짧도록 제어하는 기판 처리 장치를 제공한다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향에 있다. 이에 따라 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이들의 패턴을 형성할 때, 제조 공정의 일 공정으로서 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 수행하는 공정이 실시되는 경우가 있다.
상기 패턴을 형성하는 방법 중 하나로서 회로 사이에 홈[溝]을 형성하고, 이에 시드막이나 라이너막이나 배선 등을 형성하는 공정이 존재한다. 이 홈은 최근의 미세화에 따라 높은 애스펙트비가 되도록 구성된다.
라이너막 등을 형성하는 데 있어서는 홈의 상부 측면, 중부 측면, 하부 측면, 저부(底部)에서도 막 두께에 편차가 없는 양호한 스텝 커버리지의 막을 형성하는 것이 요구되고 있다. 양호한 스텝 커버리지의 막으로 하는 것에 의해, 반도체 디바이스의 특성을 홈 사이에서 균일하게 할 수 있고, 이에 의해 반도체 디바이스의 특성 편차를 억제할 수 있기 때문이다.
이 높은 애스펙트비의 홈을 처리하기 위해서 가스를 가열하여 처리하거나, 가스를 플라즈마 상태로 하여 처리하는 것이 시도되었지만, 양호한 스텝 커버리지를 가지는 막을 형성하는 것은 곤란하였다.
상기 막을 형성하는 방법으로서 원료 가스와, 그 원료 가스와 반응하는 반응 가스 중 적어도 2종류의 처리 가스를 교호(交互)적으로 기판에 공급하고, 이들 가스를 반응시켜 막을 형성하는 교호 공급 방법이 있다. 교호 공급 방법은 원료 가스와 반응 가스를 기판 표면에서 반응시켜서 일층씩 막을 형성하고, 그 일층씩의 막을 적층시켜서 원하는 막 두께를 형성하는 방법이다. 이 방법에서는 원료 가스와 반응 가스를 기판 표면 외에서 반응시키지 않기 위해서 각 가스를 공급하는 사이에 잔류 가스를 제거하기 위한 퍼지 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 반도체 디바이스의 특성을 균일하게 할 필요가 있기 때문에 박막을 형성할 때에 기판 면내(面內)에 대하여 가스를 균일하게 공급할 필요가 있다. 이를 실현하기 위해서 기판의 처리면으로부터 균일하게 가스를 공급하는 것이 가능한 매엽(枚葉) 장치가 개발되고 있다. 이 매엽 장치에서는 가스를 보다 균일하게 공급하기 위해서 예컨대 기판 상에 버퍼 공간을 포함하는 샤워 헤드를 설치한다.
전술의 교호 공급 방법에서는 각 가스가 기판 면 외에서 반응하는 것을 억제하기 위해서 각 가스를 공급하는 동안에 잔류 가스를 퍼지 가스로 퍼지하는 것이 알려져 있지만, 그와 같은 공정을 포함하는 것에 의해 성막 시간이 지체되는 문제가 있다. 그렇기 때문에 처리 시간을 단축하기 위해서 대량의 퍼지 가스를 흘려 잔류 가스를 배출한다.
또한 샤워 헤드의 일 형태로서 각 가스의 혼합을 방지하기 위한 경로나 버퍼 공간을 가스마다 설치하는 것을 고려할 수 있지만, 구조가 복잡하기 때문에 메인터넌스가 번거로워지는 것과 함께 제조 비용이 인상된다는 문제가 있다. 그렇기 때문에 2종류의 가스 및 퍼지 가스의 공급계를 하나의 버퍼 공간에 구비한 샤워 헤드를 사용하는 것이 현실적이다.
2종류의 가스에 공통된 버퍼 공간을 포함하는 샤워 헤드를 사용한 경우, 샤워 헤드 내에서 잔류 가스끼리가 반응하여 샤워 헤드 내벽에 부착물이 퇴적할 것으로 생각된다. 이와 같은 것을 방지하기 위해서 버퍼실 내의 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있도록 버퍼실의 공간을 배기하기 위한 배기부를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 처리실에 공급하는 2종류의 가스 및 퍼지 가스가 배기부에 접속되는 배기공의 방향으로 확산하지 않도록 예컨대 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드를 버퍼실 내에 설치한다. 가스 가이드는 예컨대 버퍼 공간을 배기하기 위한 배기공과 2종류의 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 공급공 사이에 설치하고, 샤워 헤드의 분산판을 향하여 방사 형상으로 설치되는 것이 바람직하다. 가스 가이드의 내측의 공간으로부터 가스를 효율적으로 제거하기 위해서 가스 가이드의 내측과 버퍼 공간을 배기하기 위한 배기공 사이의 공간, 구체적으로는 가스 가이드의 외주단(外周端)과 배기공 사이의 공간을 연통(連通)시킨다.
발명자가 예의 연구한 결과, 종래의 구조에 다음과 같은 과제가 발견되었다. 즉 처리 가스를 공급할 때, 가스 가이드의 외주단과 배기공 사이에 설치된 공간으로부터 처리 가스가 배기공 방향으로 확산된다는 것이다. 공간으로부터 가스 가이드 상부로 확산된 가스는 가스 가이드 주변의 가스 정체 부분 등에 가스가 잔류하기 때문에 전술의 버퍼 공간 내의 잔류 가스를 제거하기 어렵다는 사실을 알았다. 부착물은 파티클이 되어 기판의 특성에 악영향을 미치거나 수율의 저하로 이어질 우려가 있다.
이와 같은 부착물의 제거를 위하여, 장치 메인터넌스를 할 때에 샤워 헤드를 분리하고, 작업원에 의한 수작업에 의해 가스 정체 부분 등의 부착물을 제거하는 것을 생각해볼 수 있다. 하지만 이는 대폭적인 다운타임의 증가로 이어져 장치의 가동 효율이 저하하는 문제가 있었다.
그렇기 때문에 본 발명의 목적은 샤워 헤드를 이용한 장치에서도 높은 가동 효율을 유지 가능한 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 원료 가스원에 접속되고, 원료 가스 공급 제어부가 설치되는 제1 가스 공급관을 포함하는 제1 가스 공급계; 반응 가스원에 접속되고, 반응 가스 공급 제어부가 설치되는 제2 가스 공급관을 포함하는 제2 가스 공급계; 클리닝 가스원에 접속되고, 클리닝 가스 공급 제어부가 설치되는 제3 가스 공급관을 포함하는 제3 가스 공급계; 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 제3 가스 공급계에 접속되는 버퍼실 및 상기 버퍼실의 하류측에 설치된 분산판을 포함하는 샤워 헤드부; 상기 분산판의 하류측에 설치되고, 전기적으로 그라운드에 접속되는 기판 재치부; 상기 기판 재치부를 수용하는 처리실; 상기 버퍼실 내의 플라즈마 생성과 상기 처리실 내의 플라즈마 생성 사이를 전환하는 스위치 및 전원을 포함하는 플라즈마 생성부; 및 적어도 상기 원료 가스 공급 제어부, 상기 반응 가스 공급 제어부 및 적어도 상기 원료 가스 공급 제어부, 상기 반응 가스 공급 제어부, 상기 클리닝 가스 공급 제어부 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, (a) 상기 처리실에 기판이 재치된 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 어느 하나를 상기 처리실에 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 수행한 후에, 상기 샤워 헤드부에 설치되고 상기 버퍼실을 구성하는 벽과 절연되며 상기 버퍼실의 내벽의 표면적보다 작은 표면적으로 구성되는 가스 가이드와 상기 전원을 전기적으로 접속함과 함께 상기 분산판을 그라운드에 접속하고, 상기 전원으로부터 상기 가스 가이드에 소정의 전력을 공급하고, 상기 샤워 헤드부의 상기 가스 가이드와 상기 분산판 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 단계; 및 (c) 상기 전원과 상기 가스 가이드의 사이를 절단하고 상기 전원과 상기 분산판을 전기적으로 접속함과 함께, 상기 전원으로부터 상기 소정의 전력을 공급하고, 상기 분산판과 상기 기판 재치부 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 처리실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 처리실을 클리닝하는 단계;를 수행하고, 상기 (b) 단계의 처리 시간이 상기 (c) 단계의 처리 시간보다 짧도록 제어하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 다른 형태에 의하면, (a) 기판을 처리실에 반입하는 단계; (b) 상기 처리실의 상방에 설치되고 버퍼실을 포함하는 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계; (c) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계 이후에, 상기 버퍼실과 상기 처리실을 클리닝하는 단계;를 포함하고, 상기 (d) 단계는, (d-1) 상기 샤워 헤드부에 설치되고 상기 버퍼실을 구성하는 벽과 절연되며 상기 버퍼실의 내벽의 표면적보다 작은 표면적으로 구성되는 가스 가이드와 전원을 전기적으로 접속함과 함께 상기 샤워 헤드부의 분산판을 그라운드에 접속하고, 상기 전원으로부터 상기 가스 가이드에 소정의 전력을 공급하고, 상기 샤워 헤드부의 상기 가스 가이드와 상기 분산판 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 단계; 및 (d-2) 상기 전원과 상기 가스 가이드의 사이를 절단하고 상기 전원과 상기 분산판을 전기적으로 접속함과 함께, 상기 전원으로부터 상기 소정의 전력을 공급하고, 상기 분산판과 상기 분산판의 하류측에 설치된 기판 재치부 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 처리실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 처리실을 클리닝하는 단계;를 포함하고, 상기 (d-1) 단계의 처리 시간이 상기 (d-2) 단계의 처리 시간보다 짧은 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 목적은 샤워 헤드를 이용한 장치에서도 높은 가동 효율을 유지 가능한 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 가스 정체를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 클리닝 공정을 도시하는 플로우 차트.
<본 발명의 제1 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 단면도다.
우선 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 처리 장치(100)에 대하여 설명한다. 기판 처리 장치(100)는 박막을 형성하는 장치이며, 도 1에 도시되는 바와 같이 매엽식 기판 처리 장치로서 구성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)의 측벽이나 저벽(底壁)은 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리 용기(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201), 반송 공간(203)이 형성된다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b), 샤워 헤드(230)(샤워 헤드부)로 구성되고, 상방부터 샤워 헤드(230), 상부 용기(202a), 하부 용기(202b)의 순서대로 설치된다.
상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 칸막이판(204)이 설치된다. 상부 처리 용기(202a) 및 샤워 헤드(230)에 둘러싸인 공간이며 칸막이판(204)보다 상방의 공간을 처리실 공간이라고 부르고, 하부 용기(202b)에 둘러싸인 공간이며 칸막이판보다 하방의 공간을 반송 공간이라고 부른다. 상부 처리 용기(202a) 및 샤워 헤드(230)의 하단에서 구성되고 처리 공간을 둘러싸는 구성을 처리실(201)이라고 부른다. 또한 반송 공간을 둘러싸는 구성을 처리실 내 반송실(203)이라고 부른다. 각 구조 사이에는 처리 용기(202) 내를 기밀하게 하기 위한 O링(208)이 설치된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 개재하여 도시되지 않는 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 접지(接地)된다.
처리실(201) 내에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)(기판 재치부라고도 부른다)가 위치하도록 구성된다. 기판 지지부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 재치면(211)과, 재치면(211)을 표면에 가지는 재치대(212), 기판 재치대(212)에 수용되고 웨이퍼를 가열하는 가열원으로서의 기판 재치대 가열부(213)(제1 가열부라고도 부른다)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다. 기판 재치대(212)는 그라운드에 접속된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 지지대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되고, 처리 용기(202) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(206)의 위치(웨이퍼 반송 위치)가 되도록 기판 지지대까지 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승한다.
구체적으로는 기판 재치대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여, 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여, 기판 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 리프트 핀(207)은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에 예컨대 석영이나 알루미나 등의 고순도의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
〔처리 가스 도입공〕
처리실(201)의 상부에 설치되는 천정판(231)[개체(蓋體)(231)라고도 부른다]에는 처리실(201) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 도입공(231b)이 설치된다. 가스 도입공(231b)에 접속되는 처리 가스 공급계의 구성에 대해서는 후술한다. 또한 천정판(231)은 샤워 헤드(230)의 천정벽이나, 버퍼실의 천정벽으로서도 이용된다.
〔샤워 헤드부〕
천정인 개체(231)(천정부)와 저부로서의 가스 분산판(234)(분산부)을 주된 구성으로 하여 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)(샤워 헤드부)가 구성된다. 개체(231)와 분산판(234)은 예컨대 판 형상이며, 개체(231)와 가스 분산판(234)은 병행하여 배치되도록 구성된다. 샤워 헤드(230) 내에는 버퍼실(232)이 형성된다. 버퍼실(232)은 개체(231)의 하단부와 분산판(234)의 상단 및 측벽으로 구성된다. 또한 분산부(234)는 가스를 분산하는 구조라면 좋고, 예컨대 구체(球體)에 공(孔)을 설치하는 구성으로 해도 좋다.
개체(231)는 천정판(231a)을 포함하고, 천정판(231a)에는 가스 도입공(231b), 절연(絶緣) 부재(231c), 샤워 헤드 가열부(231d)(제2 가열부라고도 부른다), 버퍼실(232)로부터 분위기를 배기하기 위한 배기공(231e), 절연 부재(231f)가 설치된다.
가스 도입공(231b)은 버퍼실(232)에 가스를 도입하는 도입공이다. 절연 부재(231c)는 가스 도입공(231b)과 천정판(231a)을 절연하는 부재다. 샤워 헤드 가열부(231d)는 예컨대 천정판(231a)에 매립되고, 버퍼실(232)의 분위기를 균일하게 가열하도록 천정판(231a)을 따른 판 형상으로 형성된다. 처리실(201)에 공급하기 전에 버퍼실(232) 내에서 가스를 가열하여 반응 온도에 근접시키는 것에 의해 처리실(201)에서의 반응의 촉진을 도모한다. 배기공(231e)은 버퍼실(232)의 분위기를 배기하기 위한 배기공이다. 절연 부재(231f)는 배기공(231e)과 천정판(231a)을 절연하는 부재다.
분산판(234)은 가스 도입공(231b)으로부터 도입되는 가스를 분산시키기 위한 것이며, 버퍼실(232) 내의 공간과 처리실(201)의 처리 공간 사이에 배치된다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다. 분산판(234)은 관통공(234a)이 설치된 철 형상부[凸狀部]와, 철 형상부의 주위에 설치된 플랜지부를 포함하고, 플랜지부는 절연 블록(233)에 지지된다. 후술하는 바와 같이 분산판(234a)에는 후술하는 플라즈마 생성부가 전기적으로 접속된다.
버퍼실(232)에는 공급된 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드(235)가 설치된다. 가스 가이드(235)는 기단부(235a)(基端部)와 판부(235b)와 선단부(235c)(先端部)를 포함한다. 기단부(235a)는 가스 도입공(231b)에 물리적으로 또한 전기적으로 접속된다. 따라서 가스 가이드(235)는 천정판(231a)과는 절연된다. 기단부(235a)는 예컨대 원주 형상으로 구성되고, 가스 도입공(231a)이 원의 내주측(內周側)에 위치되도록 천정판(231a)에 접속된다. 또한 여기서는 기단부(235a)는 원주 형상이라고 기재하였지만 이에 한정되지 않고, 사각 등의 형상이어도 좋다.
판부(235b)는 기단부(235a)로부터 연속된 구성이며, 분산판(234) 방향(처리실 방향)을 향함에 따라 지름이 커지는 원추 형상이다. 바꿔 말하면, 분산판(234)을 향할수록 천정판(231a)으로부터 서서히 격리될 수 있는 구조로 이루어진다.
선단부(235c)는 기단부(235a)와 다른 측의 판부(235b)의 단부다. 즉 판부(235b)의 처리실(201)측의 단부다. 선단부(235c)에서도 기단부(235a)와 마찬가지로 원주 구조로 구성된다. 선단부(235c)의 지름은 관통공(234a) 군(群)의 최외주(最外周)보다 더 외주에 형성된다.
본 실시 형태에서는 판부(235b)의 내측[분산판(234)측]의 영역을 버퍼 공간(232)의 내측 영역(232a), 외측[천정(231)측]의 영역을 버퍼 공간(232)의 외측 영역(232b)이라고 부른다.
버퍼실(232)의 상방에는 샤워 헤드용 배기공(231e)을 개재하여 배기관(236)이 접속된다. 배기관(236)에는 배기의 ON/OFF를 스위칭하는 밸브(237), 배기 버퍼실(232) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(238), 진공 펌프(239)가 순서대로 직렬로 접속된다. 또한 배기관(236), 밸브(237), 압력 조정기(238)를 총칭하여 제1 배기계(230)라고 부른다.
〔처리 가스 공급계〕
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급계(243)로부터는 제1 원소 함유 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급계(244)로부터는 주로 제2 원소 함유 가스가 공급되고, 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급계(245)로부터는 불활성 가스 또는 클리닝 가스가 공급된다. 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)은 제1 공통 가스 공급관(241)에 접속된다. 제1 공통 가스 공급관(241)의 하류에는 제2 공통 가스 공급관(242)이 설치된다. 각각의 가스 공급관으로부터 공급되는 가스는 제1 공통 가스 공급관(241), 제2 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드에 공급된다. 또한 처리 가스 공급계를 처리 가스 공급부라고도 부른다.
〔가스 공통 공급관〕
제1 공통 가스 공급관(241)의 상류측에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)이 접속된다. 한편 하류측인 하류단에는 플랜지(241a)가 설치된다.
제2 공통 가스 공급관(242)의 상류단에는 플랜지(242a)가 설치된다. 제2 공통 가스 공급관(242)은 도전성 재질로 구성되고, 또한 플랜지(242a)는 후술하는 플라즈마 생성부(250)에 접속된다. 한편, 하류측의 관은 개체(231)의 가스 도입공(231b)을 관통하도록 구성되고, 하류단은 가스 가이드(235)의 기단부(235a)에 접속된다. 플라즈마 생성부(250)로부터 공급되는 전력은 제2 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 가스 가이드(235)에 공급된다.
플랜지(241a)와 플랜지(242a) 사이에는 플랜지 사이의 전기적 접속을 절연하기 위한 절연물(249)이 설치된다.
〔제1 가스 공급계〕
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(243c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소는 예컨대 티타늄(Ti)이다. 즉 제1 원소 함유 가스는 예컨대 티타늄 함유 가스다. 티타늄 함유 가스로서는 예컨대 TiCl4가스를 이용할 수 있다. 또한 제1 원소 함유 가스는 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 좋다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 제1 가스 공급원(243b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c) 사이에 도시되지 않는 기화기를 설치하면 좋다. 여기서는 기체로서 설명한다.
또한 실리콘 함유 가스를 이용해도 좋다. 실리콘 함유 가스로서는 예컨대 유기 실리콘 재료인 헥사메틸디실라잔(C6H19NSi2, 약칭: HMDS)이나 트리실릴아민[(SiH3)3N, 약칭: TSA], 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스 등을 이용할 수 있다. 이들의 가스는 프리커서로서 기능한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(246c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치된다.
여기서 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(246c), 밸브(246d), 제1 가스 공급관(243a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제1 가스 공급관(243a), 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 원소 함유 가스 공급계(243)(티타늄 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급계를 제1 원소 함유 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급계를 제1 가스 공급부라고도 부른다.
〔제2 가스 공급계〕
제2 가스 공급관(244a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(244c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d), 공통 가스 공급관(241, 242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
제2 원소 함유 가스는 처리 가스 중 하나다. 또한 제2 원소 함유 가스는 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 좋다.
여기서 제2 원소 함유 가스는 제1 원소와 다른 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는 예컨대 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 어느 하나다. 본 실시 형태에서는 제2 원소 함유 가스는 예컨대 질소 함유 가스로 한다. 구체적으로는 질소 함유 가스로서 암모니아(NH3) 가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d)에 의해 제2 원소 함유 가스 공급계(244)(질소 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(247c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)(박막 형성 공정이라고도 부른다)에서 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(247a), 매스 플로우 컨트롤러(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(243a)을 제2 불활성 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제2 가스 공급원(244b), 제2 불활성 가스 공급계를 제2 가스 공급계(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제2 가스 공급계를 제2 가스 공급부라고도 부른다.
〔제3 가스 공급계〕
제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급계(245)로부터는 웨이퍼를 처리할 때에 주로 불활성 가스가 공급된다.
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(245c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(245)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
여기서 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(245c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다.
주로 제3 가스 공급관(245a), 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d)에 의해 제3 가스 공급계(245)가 구성된다.
또한 제3 가스 공급원(245b), 클리닝 가스 공급계를 제3 가스 공급계(245)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는 기판 처리 공정에서는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는 처리실(201)이나 샤워 헤드(230) 내에 잔류한 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 본 명세서에서는 제3 가스 공급계(245)를 제3 가스 공급부라고도 부른다.
〔제2 배기계〕
처리실(201)[상부 용기(202a)]의 내벽에는 처리실(201)의 분위기를 배기하는 배기구(221)가 설치된다. 배기구(221)에는 배기관(222)이 접속되고, 배기관(222)에는 가스 배기를 전환하는 밸브(223), 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(224), 진공 펌프(225)가 순서대로 직렬로 접속된다. 주로 배기구(221), 배기관(222), 밸브(223), 압력 조정기(224), 진공 펌프(225)에 의해 제2 배기계(220)(배기 라인)가 구성된다.
〔플라즈마 생성부〕
플라즈마 생성부(250)는 고주파 전원(252), 정합기(251), 제1 스위치(253), 제2 스위치(254)를 포함한다.
제1 스위치(253)의 일단(一端)은 플랜지(242a)에 접속된다. 제1 스위치(253)의 타단(他端)은 정합기(251) 또는 그라운드 중 어느 하나에 접속된다. 정합기(251)는 스위치(253)의 단자(253a)(端子)에 접속되고, 그라운드는 스위치(253)의 단자(253b)에 접속된다. 정합기(251)로의 접속, 그라운드로의 접속의 전환은 후술하는 컨트롤러(260)에 의해 수행된다.
제2 스위치(254)의 일단은 분산판(234)인 플랜지부에 접속된다. 제2 스위치(254)의 타단은 정합기(251) 또는 그라운드 중 어느 하나에 접속된다. 정합기(251)는 스위치(254)의 단자(254a)에 접속되고, 그라운드는 스위치(254)의 단자(254b)에 접속된다. 정합기(251)로의 접속, 그라운드로의 접속의 변경은 후술하는 컨트롤러(260)에 의해 수행된다.
고주파 전원(252)이 출력하는 고주파 전력은 제1 스위치(253), 제2 스위치(254)를 전환하는 것에 의해 버퍼실(232)이나 처리실(201)에 공급되는 가스의 플라즈마가 생성되지만, 각각의 계통마다 정합기(251)로 임피던스가 조정된다.
제1 스위치(253), 제2 스위치(254)를 총칭하여 플라즈마 생성 영역 스위칭부라고 부른다.
〔컨트롤러〕
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(260)를 포함한다. 컨트롤러(260)는 연산부(261) 및 기억부(262)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(260)는 상기 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부로부터 기판 처리 장치의 프로그램이나 제어 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성을 제어한다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 기판 처리 장치(100)로서의 기판 처리 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대하여 도 2, 도 3, 도 4, 도 5를 참조하면서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(260)에 의해 제어된다.
여기서는 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4가스를 이용하고, 제2 원소 함유 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 이용하여, 웨이퍼(200) 상에 박막으로서 질화티타늄막을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한 예컨대 웨이퍼(200) 상에는 미리 소정의 막이 형성되어도 좋다. 또한 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어도 좋다.
〔기판 반입·재치 공정(S102)〕
처리 장치(100)에서는 기판 재치대(212)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고, 도시되지 않는 웨이퍼 이재기(移載機)를 이용하여, 처리실 내에 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 이재한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 웨이퍼 이재기를 처리 용기(202) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후, 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치대(212)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(200)를 재치한다.
또한 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입할 때에는 배기계에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 공급하는 것이 바람직하다. 즉 진공 펌프(225)를 작동시켜 APC밸브(223)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내를 배기한 상태에서 적어도 제3 가스 공급계의 밸브(245d)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내에 N2가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 처리 용기(202) 내로의 파티클의 침입이나, 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 진공 펌프(225)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S102) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S106)이 종료할 때까지의 사이는 상시 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(200)를 기판 재치대(212) 상에 재치할 때에는 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213) 및 또는 샤워 헤드 가열부(231d)에 전력을 공급하고, 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 웨이퍼(200)의 온도는 예컨대 실온 이상 500℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상 400℃ 이하다. 이 때 히터(213)의 온도는 도시되지 않는 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
〔성막 공정(S104)〕
다음으로 박막 형성 공정(S104)을 수행한다. 박막 형성 공정(S104)의 기본적인 흐름에 대하여 설명하고, 본 실시 형태의 특징 부분에 대해서는 상세를 후술한다.
박막 형성 공정(S104)에서는 샤워 헤드(230)의 버퍼실(232)을 개재하여 처리실(201) 내에 TiCl4가스를 공급한다. TiCl4가스를 공급하고 소정의 시간이 경과한 후, TiCl4가스의 공급을 정지하고, 퍼지 가스에 의해 버퍼실(232), 처리실(201)로부터 TiCl4가스를 배출한다.
TiCl4가스를 배출한 후, 버퍼실(232)을 개재하여 처리실(201) 내에 암모니아 가스를 공급하는 것과 함께 고주파 전력을 공급하여 암모니아 플라즈마를 생성한다. 암모니아 가스는 웨이퍼(200) 상에 형성된 티타늄 함유막과 반응하여 질화티타늄막을 형성한다. 소정의 시간이 경과한 후, 암모니아 가스의 공급 및 플라즈마의 생성을 정지하고, 퍼지 가스에 의해 샤워 헤드(230), 처리실(201)로부터 암모니아 가스를 배출한다.
성막 공정(S104)에서는 상기 흐름을 반복하는 것에 의해 원하는 막 두께의 질화티타늄막을 형성한다.
〔처리 횟수 판정 공정(S106)〕
기판을 반출한 후, 박막 형성 공정이 소정의 횟수에 도달하였는지에 대한 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달하였다고 판단되면, 후술하는 기판 반출 공정(S110)으로 이행한다. 소정의 횟수에 도달하지 않았다고 판단되면, 성막 공정(S104)으로 이행한다.
〔기판 반출 공정(S108)〕
다음으로 기판 재치대(212)를 하강시켜, 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 열고, 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리 완료된 웨이퍼(200)와 미처리 기판의 교체를 수행한 후, 처리 완료된 기판을 처리 용기(202) 외로 반출한다. 소정 매수의 기판 처리를 수행하여 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는 제3 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스의 공급을 정지한다.
〔기판 반출 공정(S110)〕
처리 횟수 판정 공정(S108)에서 박막 형성 공정이 소정의 횟수에 도달하였다고 판단하면, 기판 재치대(212)를 하강시켜, 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 열고, 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리 완료된 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다.
〔클리닝 공정(S112)〕
처리 횟수 판정 공정(S108)에서 박막 형성 공정이 소정의 횟수에 도달하였다고 판단하면, 클리닝 공정을 수행한다. 여기서는 클리닝 가스 공급계의 밸브(248d)를 열고, 샤워 헤드(230)를 개재하여 클리닝 가스를 처리실(201)에 공급한다.
클리닝 가스가 샤워 헤드(230), 처리실(201)을 충족시키면, 고주파 전원(252)으로 전력을 인가하는 것과 함께 정합기(251)에 의해 임피던스를 조정하여, 샤워 헤드(230), 처리실(201)에 클리닝 가스의 플라즈마를 생성한다. 생성된 클리닝 가스 플라즈마는 샤워 헤드(230), 처리실(201) 내의 벽에 부착된 부생성물 등을 제거한다. 클리닝 공정(S110)의 상세한 내용은 후술한다.
계속해서 성막 공정(S104)의 상세에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다.
〔제1 처리 가스 공급 공정(S202)〕
각각 원하는 온도에 도달하면, 밸브(243d)를 열고, 가스 도입공(231b), 버퍼실(232), 분산판(234)의 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 제1 처리 가스로서의 TiCl4을 공급 시작한다. 이 때 밸브(246d)를 열고, 캐리어 가스로서의 불활성 가스의 공급도 시작한다.
제2 가스 공급계에서는 밸브(244d)를 OFF로 하고, 밸브(247d)를 ON으로 하여, 불활성 가스를 공급한다. 이와 같이 하여 제1 처리 가스가 제2 가스 공급관(244a)에 공급되는 것을 방지한다. 방지하는 것에 의해 제2 가스 공급관(244a) 내에서의 가스 부착을 방지한다.
제3 가스 공급계에서는 밸브(245d)를 열고, 가스 도입공(231b)을 개재하여 버퍼실(232)에 불활성 가스를 공급한다.
버퍼실(232) 내에서는 가스 가이드(235)에 의해 TiCl4가스를 포함하는 가스가 균일하게 분산된다. 균일하게 분산된 가스는 분산판(234)의 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급된다.
이 때 제1 처리 가스인 TiCl4가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. 또한 제3 처리 가스인 불활성 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(245c)를 조정한다. 또한 TiCl4의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 배기 펌프(225)를 작동시켜, APC밸브(223)의 개도(開度)를 적절히 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력으로 한다.
공급된 TiCl4가스는 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 웨이퍼(200) 표면 상에는 TiCl4가스가 웨이퍼(200) 상에 접촉하는 것에 의해 「제1 원소 함유층」으로서의 티타늄 함유층이 형성된다.
티타늄 함유층은 예컨대 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4가스의 유량, 샤프트(217)의 온도, 처리 공간(201)에서의 처리 시간 등에 따라 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다.
소정의 시간이 경과한 후, 밸브(243d)를 닫고, TiCl4가스의 공급을 정지한다. 밸브(245d)는 ON을 유지하고 불활성 가스의 공급을 계속한다.
〔제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)〕
TiCl4가스의 공급을 정지한 후, 밸브(237)를 ON으로 하여 샤워 헤드(230) 내의 분위기를 배기한다. 구체적으로는 버퍼실(232) 내의 분위기를 배기한다. 이 때 진공 펌프(239)는 미리 작동시킨다. 샤워 헤드 배기 공정(S204)에 대해서는 상세히 후술한다.
이 때 버퍼실(232)에서의 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가 처리실을 개재한 진공 펌프(225)의 배기계의 컨덕턴스보다 높아지도록 밸브(237)의 개폐 상태를 제어한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 버퍼실(232)의 중앙으로부터 샤워 헤드 배기공(231b)을 향한 가스의 흐름이 형성된다. 이와 같이 하여 버퍼실(232)의 벽에 부착된 가스나, 버퍼 공간 내에 부유(浮遊)한 가스가 처리실(201)에 진입하지 않고 제1 배기계로부터 배기된다.
또한 버퍼실(232)의 분위기를 조기(早期)에 배기하기 위해서 제3 가스 공급계로부터 불활성 가스를 공급한다. 이 때 보다 바람직하게는 불활성 가스 공급량을 제1 처리 가스 공급 공정보다 많게 한다.
〔제1 처리실 배기 공정(S206)〕
소정의 시간이 경과한 후, 계속해서 제2 배기계의 배기 펌프(225)를 작동시키면서 처리 공간에서 제2 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가 샤워 헤드(230)를 개재한 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스보다 높아지도록 APC밸브(223)의 개도 및 밸브(237)의 개도를 조정한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 가스의 흐름이 형성된다. 따라서 버퍼실(232)에 공급된 불활성 가스를 확실하게 기판 상에 공급하는 것이 가능해져, 기판 상의 잔류 가스의 제거 효율이 높아진다.
처리실 배기 공정에서 공급된 불활성 가스는 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 티타늄 성분을 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다. 또한 밸브(237)를 열고, 압력 조정기(238), 진공 펌프(239)를 제어하여 샤워 헤드(230) 내에 잔류한 TiCl4가스를 제거한다. 소정의 시간이 경과한 후, 밸브(245d)를 조여 불활성 가스의 공급량을 적게 하는 것과 함께 밸브(237)를 닫고 샤워 헤드(230)와 진공 펌프(239) 사이를 차단한다.
보다 바람직하게는 소정의 시간이 경과한 후, 제2 배기계의 배기 펌프(225)를 계속해서 작동시키면서 밸브(237)를 닫는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 흐름이 제1 배기계의 영향을 받지 않기 때문에 보다 확실하게 불활성 가스를 기판 상에 공급하는 것이 가능해져, 기판 상의 잔류 가스의 제거 효율이 더 높아진다.
또한 샤워 헤드 배기 공정(S204) 후에 계속해서 처리실 배기 공정(S206)을 수행하는 것에 의해 다음과 함께 효과를 얻을 수 있다. 즉 샤워 헤드 배기 공정(S204)에서 버퍼실(232) 내의 잔류물을 제거하기 때문에 처리실 배기 공정(S206)에서 가스의 흐름이 웨이퍼(200) 상을 경유하였다고 해도 잔류 가스가 기판 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
〔제2 처리 가스 공급 공정(S208)〕
제1 가스 공급계에서는 밸브(243d)를 OFF로 한 상태에서 밸브(247d)의 ON을 유지하여 계속해서 불활성 가스를 공급한다.
제2 가스 공급계에서는 밸브(244d)를 ON으로 하여 암모니아 가스 공급을 시작한다.
이 때 암모니아 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한 암모니아 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 암모니아 가스와 함께 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다. 또한 APC밸브(223)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 제2 가스가 여기(勵起)되기 쉬운 소정의 압력으로 한다.
플라즈마 생성부(250)에서는 다음과 같은 동작이 수행된다. 스위치(253)에서는 단자(253a)로 전환되어 가스 가이드(235)와 전원(252)이 전기적으로 접속된다. 스위치(254)에서는 단자(254a)로 전환되어 분산판(234)이 전원과 전기적으로 접속된다. 즉 가스 가이드(235)와 분산판(234)은 마찬가지의 전위로 설정된다. 한편, 그라운드에 접속되는 기판 재치부(210)와 분산판(234) 사이에서 전위차가 발생한다. 이와 같은 상태에서 전원(252)을 기동한다.
전원을 기동하는 것에 의해 처리실(201)에 공급된 암모니아 가스는 여기되어 플라즈마 상태가 된다. 이미 형성된 티타늄 함유층이 암모니아 플라즈마에 의해 개질되어, 웨이퍼(200) 상에 예컨대 티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다.
개질층은 예컨대 처리 공간(201) 내의 압력, 암모니아 가스의 유량, 기판 재치대(212)의 온도, 플라즈마 생성부(250)의 전력 공급 상태 등에 따라 소정의 두께, 소정의 분포, 티타늄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
소정의 시간이 경과한 후, 밸브(244d)를 닫고 암모니아 가스의 공급을 정지한다.
〔제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)〕
암모니아 가스의 공급을 정지한 후, 밸브(237)를 ON으로 하여 샤워 헤드(230) 내의 분위기를 배기한다. 구체적으로는 버퍼실(232) 내의 분위기를 배기한다. 이 때 진공 펌프(239)는 미리 작동시킨다. 샤워 헤드 배기 공정(S210)에 대해서는 상세히 후술한다.
버퍼실(232)에서의 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가 처리실을 개재한 배기 펌프(225)의 컨덕턴스보다 높아지도록 밸브(237)의 개폐 밸브의 상태를 제어한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 버퍼실(232)의 중앙으로부터 샤워 헤드 배기공(231b)을 향한 가스의 흐름이 형성된다. 이와 같이 하여 버퍼실(232)의 벽에 부착된가스나, 버퍼 공간 내에 부유한 가스가 처리실(201)에 진입하지 않고 제1 배기계로부터 배기된다.
〔제2 처리실 배기 공정(S212)〕
소정의 시간이 경과한 후, 제2 배기계의 배기 펌프(225)를 작동시키면서 처리 공간에서 제2 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가 샤워 헤드(230)를 개재한 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스보다 높아지도록 APC밸브(223)의 개도 및 밸브(237)의 개도를 조정한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 가스의 흐름이 형성된다. 따라서 버퍼실(232)에 공급된 불활성 가스를 확실하게 기판 상에 공급하는 것이 가능해져, 기판 상의 잔류 가스의 제거 효율이 높아진다.
처리실 배기 공정에서 공급된 불활성 가스는 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 티타늄 성분을 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다. 또한 밸브(237)를 열고, 압력 조정기(238), 진공 펌프(239)를 제어하여 샤워 헤드(230) 내에 잔류한 암모니아 가스를 제거한다. 소정의 시간이 경과한 후, 밸브(243d)를 닫고 불활성 가스의 공급을 정지하는 것과 함께 밸브(237)를 닫고 샤워 헤드(230)와 진공 펌프(239) 사이를 차단한다.
보다 바람직하게는 소정의 시간이 경과한 후, 제2 배기계의 배기 펌프(225)를 계속해서 작동시키면서 밸브(237)를 닫는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 버퍼실(232) 내의 잔류 가스나, 공급된 불활성 가스는 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 흐름이 제1 배기계의 영향을 받지 않기 때문에 보다 확실하게 불활성 가스를 기판 상에 공급하는 것이 가능해져, 기판 상에서 제1 가스와 완전히 반응하지 못한 잔류 가스의 제거 효율이 더 높아진다.
또한 샤워 헤드 배기 공정(S204) 후에 계속해서 처리실 배기 공정(S206)을 수행하는 것에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 샤워 헤드 배기 공정(S204)에서 버퍼실(232) 내의 잔류물을 제거하기 때문에 처리실 배기 공정(S206)에서 가스의 흐름이 웨이퍼(200) 상을 경유하였다고 해도 잔류 가스가 기판 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
〔판정 공정(S214)〕
그 동안 컨트롤러(260)는 상기 1사이클을 소정 횟수 실시하였는지에 대한 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S214에서 No의 경우), 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204), 제1 처리실 배기 공정(S206), 제2 처리 가스 공급 공정(S208), 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210), 제2 처리실 배기 공정(S212)의 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시하였을 때(S214에서 Yes의 경우), 성막 공정(S104)을 종료한다.
또한 상기 성막 공정(S104)의 제2 처리 가스 공급 공정(S208)에서는 전원(252)을 공정을 수행할 때마다 기동하였지만 이에 한정되지 않고, 전원(252)을 계속해서 가동해도 좋다. 그 경우, 파셴(Paschen)의 법칙에 따라 암모니아 가스를 공급하는 기간에만 플라즈마가 생성되는 압력을 유지하도록 제어한다.
계속해서 클리닝 공정(S110)의 상세에 대하여 설명한다. 발명자들이 예의 연구한 결과에 따르면, 다운타임의 증가 외에도 몇가지 문제가 있다는 사실이 밝혀졌다. 다운타임의 증가에 이어서 제2 문제로서 버퍼실(232) 내벽 부착물의 막 두께는 부분적으로 두꺼워져 막 두께가 불균일해지는 문제가 발견되었다. 이는 버퍼실(232)에는 처리실(201)에 비해 가스 정체를 형성하는 구성이 많이 존재하는 것에 기인한다. 따라서 버퍼실(232)과 처리실(201)을 마찬가지의 조건으로 클리닝하는 것은 곤란하였다. 또한 가스 정체는 예컨대 도 4에 도시되는 바와 같은 버퍼실(232)의 모퉁이부[角部]인 정체부(232a)에 의해 형성된다.
계속해서 제3 문제로서 가스 가이드(235)의 판부(235b) 표면의 부착물의 두께나 막질이 불균일해지는 문제가 있었다. 두께나 막질이 불균일해지는 원인으로서는 예컨대 가스 가이드(235)의 가열 편차를 들 수 있다. 가스 가이드(235)는 샤워 헤드 가열부(231d)에 의해 가열되지만, 판부(235b)는 선단부(235c)를 향할수록 샤워 헤드 가열부(231d)와 격리되기 때문에 기단부(235a) 근방과 선단부(235c) 근방에서는 가열 상태가 크게 달라진다. 또한 샤워 헤드 가열부(231d)와 가스 가이드(235) 사이의 가스의 흐름이 짙은 경우, 샤워 헤드 가열부(231d)로부터 방사되는 복사열이 차단되는 경우가 있기 때문에 가스의 농도에 의해 가열 편차가 발생한다. 그 외에 개체(231)의 재질의 조밀(粗密) 등도 가열 편차의 영향을 미칠 것으로 생각된다.
부착물의 두께나 막질은 온도의 영향을 받기 쉽기 때문에 가열 편차에 의해 부착물의 막 두께나 막질도 불균일해진다. 여기서 막질이란 예컨대 막의 조밀이나 조성비 등을 말한다. 그 결과, 부착물의 응력이 집중하는 개소(箇所)가 발생하여 용이하게 막의 박리가 발생한다.
본 실시 형태에서는 상기 문제를 해결하는 클리닝 방법에 대하여 이하에 설명한다.
〔버퍼실 클리닝 공정(S302)〕
제3 가스 공급계에서는 밸브(248d)를 ON으로 하여 클리닝 가스의 공급을 시작한다. 클리닝 가스는 예컨대 3불화질소(NF3)이나 4불화탄소(CF4)를 이용한다. 플라즈마 생성부(250)에서는 다음과 같은 동작이 수행된다. 스위치(253)에서는 단자(253a)로 전환되어 가스 가이드(235)와 전원(252)이 전기적으로 접속된다. 스위치(254)에서는 단자(254b)로 전환되어 분산판(234)이 그라운드에 접속된다. 즉 가스 가이드(235)와 분산판(234) 사이에 전위차가 발생한다. 이와 같은 상태에서 전원(252)을 기동한다.
이 때 클리닝 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(248c)를 조정한다. 또한 클리닝 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 클리닝 가스와 함께 제3 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다. 또한 APC밸브(238)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 버퍼실(201) 내의 압력을 클리닝 가스가 여기하기 쉬운 소정의 압력으로 한다.
가스 가이드(235)와 분산판(234) 사이에 전위차가 발생하고, 또한 소정의 압력으로 제어되기 때문에, 버퍼실(232)에 공급된 클리닝 가스는 버퍼실(232)에서 플라즈마화된다. 플라즈마 상태의 클리닝 가스는 버퍼실(201)의 부착물 등을 제거한다. 클리닝 시간 등의 클리닝 조건은 클리닝 대상물인 막 두께나 막질에 의해 적절히 조정된다.
〔처리실 클리닝 공정(S304)〕
플라즈마 생성부(250)의 플라즈마 생성 영역 스위칭부에서는 다음과 같은 동작을 수행하여 클리닝 가스 플라즈마 생성 영역을 스위칭한다. 스위치(253)에서는 단자(253a)로 전환되어 가스 가이드(235)와 전원(252)이 전기적으로 접속된다. 스위치(254)에서는 단자(254a)로 전환되어 분산판(234)이 전원(252)과 전기적으로 접속된다. 즉 가스 가이드(235)와 분산판(234)은 마찬가지의 전위로 설정된다. 한편, 그라운드에 접속되는 기판 재치부(210)와 분산판(234) 사이에 전위차가 발생한다. 이와 같은 상태에서 전원(252)을 기동한다.
이 때 클리닝 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(248c)를 조정한다. 또한 클리닝 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 클리닝 가스와 함께, 제3 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다. 또한 APC밸브(223)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 클리닝 가스가 여기하기 쉬운 소정의 압력으로 한다.
분산판(234)과 기판 재치부(210) 사이에 전위차가 발생하고, 또한 소정의 압력으로 제어되기 때문에 처리실(201)에 공급된 클리닝 가스는 버퍼실(232)에서 플라즈마 상태로 된다. 플라즈마 상태의 클리닝 가스는 처리실(201)의 부착물 등을 제거한다. 클리닝 시간 등의 클리닝 조건은 클리닝 대상물인 막 두께나 막질에 의해 적절히 조정된다.
또한 발명자들이 예의 연구한 결과, 버퍼실의 부착물과 처리실의 부착물에 다음과 같은 막 두께 차이가 존재한다는 사실을 알았다. 처리실에서는 플라즈마 상태의 반응 가스가 처리실에 부착된 원료 가스와 반응하기 때문에 막이 형성되기 쉽다. 한편, 버퍼실에서는 플라즈마 상태가 아닌 반응 가스가 버퍼실의 벽이나 가스 가이드에 부착된 부착물과 접촉하지만, 반응 에너지가 낮기 때문에 처리실에 부착되는 막보다 얇은 막이 형성된다.
그렇기 때문에 본 실시 형태에서는 버퍼실 클리닝 공정의 처리 시간을 처리실 클리닝 공정의 처리 시간보다 짧게 한다. 짧게 하는 것에 의해 다운타임을 단축하는 것이 가능해진다.
또한 전술한 실시 형태에서는 버퍼실 클리닝 공정(S302), 처리실 클리닝 공정(S304)의 순서로 실시하였지만 이에 한정되지 않고, 처리실 클리닝 공정(S304) 다음에 버퍼실 클리닝 공정(S302)을 실시해도 좋다.
이와 같이 클리닝 처리를 수행하면 버퍼실(232)이나 처리실(201) 각각에서 클리닝이 가능해지기 때문에 갖가지 처리 조건에 대응이 가능해진다. 또한 샤워 헤드 내 및 처리실 내를 클리닝 가스로 부착물을 제거하는 것이 가능하기 때문에 메인터넌스에 의한 다운타임을 저감하는 것이 가능해진다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
계속해서 본 발명에 따른 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태는 기판 처리 장치의 구성이나, 기판 처리 공정의 기판 반입·재치 공정(S102) 내지 판정 공정(S108)은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 여기서는 제1 실시 형태와는 다른 클리닝 공정(S110)에 대하여 설명한다. 클리닝 공정(S110)은 제1 실시 형태의 클리닝 공정(S110)으로 치환하는 공정이다.
〔클리닝 공정(S110)〕
제1 실시 형태의 클리닝 공정(S110)에서는 버퍼실 클리닝 공정(S302), 처리실 클리닝 공정(S304)이라는 두 가지 공정을 실시하였다. 하지만 장치의 가동률을 고려한 경우, 공정 수를 늘리지 않고 클리닝 시간을 단축하는 것이 바람직하다.
이하에 본 실시 형태에 따른 클리닝 공정을 설명한다.
제3 가스 공급계에서는 밸브(248d)를 ON으로 하여 클리닝 가스의 공급을 시작한다. 클리닝 가스는 예컨대 3불화질소(NF3)이나 4불화탄소(CF4)를 이용한다. 플라즈마 생성부(250)에서는 다음과 같은 동작이 수행된다. 스위치(253)에서는 단자(253b)로 전환되어 가스 가이드(235)가 그라운드에 접속된다. 스위치(254)에서는 단자(254a)로 전환되어 분산판(234)이 전원(252)에 전기적으로 접속된다. 즉 가스 가이드(235)와 분산판(234) 사이에 전위차가 발생한다. 또한 분산판(234)과 기판 재치부(210) 사이에 전위차가 발생한다. 이와 같은 상태에서 전원(252)을 기동한다.
이 때 클리닝 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(248c)를 조정한다. 또한 클리닝 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 클리닝 가스와 함께, 제3 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다. 또한 APC밸브(238) 및 APC밸브(223)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 버퍼실(201) 및 처리실(201) 내의 압력을 클리닝 가스가 여기하기 쉬운 소정의 압력으로 한다.
가스 가이드(235)와 분산판(234) 사이에 전위차가 발생하고, 또한 버퍼실(232)이 소정의 압력으로 제어되기 때문에, 버퍼실(232)에 공급된 클리닝 가스는 버퍼실(232)에서 플라즈마화된다. 이와 병행하여 분산판(234)과 기판 재치부(210) 사이에 전위차가 발생하고, 또한 처리실(201)이 소정의 압력으로 제어되기 때문에, 처리실(201)에 공급된 클리닝 가스는 처리실(201)에서 플라즈마화된다.
플라즈마 상태의 클리닝 가스는 버퍼실(232) 및 처리실(201)의 부착물 등을 제거한다. 클리닝 시간 등의 클리닝 조건은 클리닝 대상물인 막 두께나 막질에 의해 적절히 조정된다.
이상과 같은 구성으로 하는 것에 의해 처리실 및 버퍼실의 클리닝 시간을 단축할 수 있어 결과 가동률을 대폭 향상하는 것이 가능해진다.
전술한 실시 형태에서는 제1 원소 함유 가스로서 티타늄 함유 가스를 이용하고, 제2 원소 함유 가스로서 질소 함유 가스를 이용하여, 웨이퍼(200) 상에 질화티타늄막을 형성하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 제1 원소 함유 가스로서 예컨대 실리콘(Si), 하프늄(Hf) 함유 가스, 지르코늄(Zr) 함유 가스, 티타늄(Ti)함 유 가스를 이용하고, 산화하프늄막(HfO막), 산화지르코늄막(ZrO막), 산화티타늄막(TiO막) 등의 High-k막 등을 웨이퍼(200) 상에 형성해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 제1 배기계에 접속되는 샤워 헤드 배기공(231b)을 샤워 헤드의 천정판(231a)에 설치하였지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 버퍼실의 측면에 설치해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 제2 공통 가스 공급관(242)의 플랜지(242a)와 플라즈마 생성부를 전기적으로 접속하였지만 이에 한정되지 않고, 가스 가이드와 플라즈마 생성부가 전기적으로 접속되는 구성이라면 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 원료 가스, 반응 가스, 불활성 가스, 클리닝 가스 각각의 가스 공급관을 공통 가스 공급관에 집약하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 각각의 공급관을 천정판(231a)에 접속하고, 각각의 공급관으로부터 버퍼실에 가스를 공급해도 좋다. 이 경우, 가스를 균일하게 공급하는 관점에서 적어도 원료 가스 및 반응 가스의 도입공은 가스 가이드(235)의 내측에 공급되도록 구성된다.
이하에 본 발명의 형태를 기재한다.
〔부기1〕
원료 가스원에 접속되고, 원료 가스 공급 제어부가 설치되는 원료 가스 공급관을 포함하는 제1 가스 공급계;
반응 가스원에 접속되고, 반응 가스 공급 제어부가 설치되는 반응 가스 공급관을 포함하는 제2 가스 공급계;
클리닝 가스원에 접속되고, 클리닝 가스 공급 제어부가 설치되는 반응 가스 공급관을 포함하는 제3 가스 공급계;
상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계, 상기 제3 가스 공급계가 접속되는 버퍼실을 포함하는 샤워 헤드부;
상기 샤워 헤드의 하방에 설치되고, 기판을 재치하는 기판 재치부를 수용하는 처리실;
상기 버퍼실의 플라즈마 생성과 상기 처리실의 플라즈마 생성을 전환하는 플라즈마 생성 영역 스위칭부;
상기 플라즈마 생성 영역 스위칭부와 전원을 포함하는 플라즈마 생성부; 및
적어도 상기 원료 가스 공급부와 상기 반응 가스 공급 제어부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
〔부기2〕
상기 샤워 헤드부는 상기 버퍼실의 덮개로서 구성되는 천정부; 상기 천정부에 접속되는 기단부와, 상기 기단부로부터 선단부를 향하여 상기 천정판으로부터 서서히 격리되도록 구성되는 판체를 포함하는 가스 가이드; 및 상기 천정부에 설치되고, 적어도 상기 버퍼실의 분위기 및 상기 가스 가이드를 가열하는 가열부와 상기 버퍼실의 저부로서 구성되어, 상기 버퍼실에 공급된 가스를 상기 처리실에 분산하는 분산부;를 포함하는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기3〕
상기 스위칭부는 일단이 상기 가스 가이드에 전기적으로 접속되고 타단이 상기 전원 또는 그라운드에 전기적으로 접속되도록 구성되는 제1 스위치; 및 일단이 상기 분산판에 전기적으로 접속되고 타단이 상기 전원 또는 그라운드에 전기적으로 접속되도록 구성되는 제2 스위치;를 포함하는 부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기4〕
상기 제어부는 상기 처리실에 기판이 있는 상태에서 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 원료 가스 또는 상기 반응 가스를 상기 처리실에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판을 처리하는 성막 공정을 수행하도록 제어하고,
상기 성막 공정 후, 상기 가스 가이드와 상기 분산부 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 버퍼실의 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 버퍼실 클리닝 공정; 및 상기 플라즈마 생성 영역 스위칭부에 의해 상기 분산부와 상기 기판 재치부 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 처리실에 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 처리실을 클리닝하는 처리실 클리닝 공정;을 수행하도록 제어하는 부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기5〕
상기 제어부는 상기 버퍼실 클리닝 공정에서는 상기 가스 가이드가 상기 전원에 전기적으로 접속되는 것과 함께 상기 분산판이 전기적으로 그라운드에 접속되고,
상기 처리실 클리닝 공정에서는 상기 가스 가이드가 전기적으로 그라운드에 접속되고, 상기 분산판이 상기 전원에 접속되도록 제어하는 부기4에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기6〕
상기 제어부는 상기 버퍼실 클리닝 공정의 처리 시간을 상기 처리실 클리닝 공정의 처리 시간보다 짧게 하도록 제어하는 부기4 또는 부기5에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기7〕
기판을 처리실에 반입하는 공정;
상기 처리실의 상방에 설치되고, 버퍼실을 포함하는 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 성막 공정;
상기 처리실로부터 기판을 반출하는 반출 공정; 및
상기 반출 공정 후, 상기 버퍼실과 상기 처리실을 클리닝하는 클리닝 공정;을 포함하고,
상기 클리닝 공정은,
플라즈마 생성 영역 스위칭부를 포함하는 플라즈마 생성부가 클리닝 가스 플라즈마를 버퍼실에 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 버퍼실 클리닝 공정; 및
상기 플라즈마 생성 영역 스위칭부가 상기 클리닝 가스 플라즈마의 생성을 상기 처리실에서의 생성으로 전환하여 상기 처리실을 클리닝하는 처리실 클리닝 공정;
을 포함하는 반도체 제조 방법.
100: 처리 장치 200: 웨이퍼
210: 기판 재치부 220: 제1 배기계
230: 샤워 헤드 243: 제1 가스 공급계
244: 제2 가스 공급계 245: 제3 가스 공급계
260: 컨트롤러

Claims (14)

  1. 원료 가스원에 접속되고, 원료 가스 공급 제어부가 설치되는 제1 가스 공급관을 포함하는 제1 가스 공급계;
    반응 가스원에 접속되고, 반응 가스 공급 제어부가 설치되는 제2 가스 공급관을 포함하는 제2 가스 공급계;
    클리닝 가스원에 접속되고, 클리닝 가스 공급 제어부가 설치되는 제3 가스 공급관을 포함하는 제3 가스 공급계;
    상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 제3 가스 공급계에 접속되는 버퍼실 및 상기 버퍼실의 하류측에 설치된 분산판을 포함하는 샤워 헤드부;
    상기 분산판의 하류측에 설치되고, 전기적으로 그라운드에 접속되는 기판 재치부;
    상기 기판 재치부를 수용하는 처리실;
    상기 버퍼실 내의 플라즈마 생성과 상기 처리실 내의 플라즈마 생성 사이를 전환하는 스위치 및 전원을 포함하는 플라즈마 생성부; 및
    적어도 상기 원료 가스 공급 제어부, 상기 반응 가스 공급 제어부, 상기 클리닝 가스 공급 제어부 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 처리실에 기판이 재치된 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 어느 하나를 상기 처리실에 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계를 수행한 후에, 상기 샤워 헤드부에 설치되고 상기 버퍼실을 구성하는 벽과 절연되며 상기 버퍼실의 내벽의 표면적보다 작은 표면적으로 구성되는 가스 가이드와 상기 전원을 전기적으로 접속함과 함께 상기 분산판을 그라운드에 접속하고, 상기 전원으로부터 상기 가스 가이드에 소정의 전력을 공급하고, 상기 샤워 헤드부의 상기 가스 가이드와 상기 분산판 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 단계; 및
    (c) 상기 전원과 상기 가스 가이드의 사이를 절단하고 상기 전원과 상기 분산판을 전기적으로 접속함과 함께, 상기 전원으로부터 상기 소정의 전력을 공급하고, 상기 분산판과 상기 기판 재치부 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 처리실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 처리실을 클리닝하는 단계;
    를 수행하고,
    상기 (b) 단계의 처리 시간이 상기 (c) 단계의 처리 시간보다 짧도록 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샤워 헤드부는,
    상기 버퍼실의 덮개로서 구성되는 천정판;
    상기 천정판에 연결되는 기단부(基端部)와, 상기 기단부로부터 선단부를 향하여 상기 천정판으로부터 서서히 이격되는 판체(板體)를 포함하는 상기 가스 가이드; 및
    상기 천정판에 설치되고, 적어도 상기 버퍼실의 분위기 및 상기 가스 가이드를 가열하는 가열 기구;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위치는,
    일단(一端)이 상기 가스 가이드에 전기적으로 접속되고, 타단(他端)이 상기 전원 및 상기 그라운드 중 어느 하나에 전기적으로 접속되는 제1 스위치; 및
    일단이 상기 분산판에 전기적으로 접속되고, 타단이 상기 전원 및 상기 그라운드 중 어느 하나에 전기적으로 접속되는 제2 스위치;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 스위치는,
    일단이 상기 가스 가이드에 전기적으로 접속되고, 타단이 상기 전원 및 상기 그라운드 중 어느 하나에 전기적으로 접속되는 제1 스위치; 및
    일단이 상기 분산판에 전기적으로 접속되고, 타단이 상기 전원 및 상기 그라운드 중 어느 하나에 전기적으로 접속되는 제2 스위치;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 (b) 단계에서는 상기 가스 가이드가 전기적으로 상기 전원에 접속되고 상기 분산판이 전기적으로 상기 그라운드에 접속되도록 상기 스위치를 제어하며,
    상기 (c) 단계에서는 상기 가스 가이드가 전기적으로 상기 그라운드에 접속되고 상기 분산판이 전기적으로 상기 전원에 접속되도록 상기 스위치를 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. (a) 기판을 처리실에 반입하는 단계;
    (b) 상기 처리실의 상방에 설치되고 버퍼실을 포함하는 샤워 헤드부를 개재하여 상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계;
    (c) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계 이후에, 상기 버퍼실과 상기 처리실을 클리닝하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (d) 단계는,
    (d-1) 상기 샤워 헤드부에 설치되고 상기 버퍼실을 구성하는 벽과 절연되며 상기 버퍼실의 내벽의 표면적보다 작은 표면적으로 구성되는 가스 가이드와 전원을 전기적으로 접속함과 함께 상기 샤워 헤드부의 분산판을 그라운드에 접속하고, 상기 전원으로부터 상기 가스 가이드에 소정의 전력을 공급하고, 상기 샤워 헤드부의 상기 가스 가이드와 상기 분산판 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 버퍼실을 클리닝하는 단계; 및
    (d-2) 상기 전원과 상기 가스 가이드의 사이를 절단하고 상기 전원과 상기 분산판을 전기적으로 접속함과 함께, 상기 전원으로부터 상기 소정의 전력을 공급하고, 상기 분산판과 상기 분산판의 하류측에 설치된 기판 재치부 사이에 전위차가 존재하는 상태에서 상기 버퍼실을 개재하여 상기 처리실에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스 플라즈마를 생성하여 상기 처리실을 클리닝하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (d-1) 단계의 처리 시간이 상기 (d-2) 단계의 처리 시간보다 짧은 반도체 장치의 제조 방법.
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