KR101630016B1 - 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 Download PDF

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마사토시 다카다
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 처리실 내에 퇴적된 박막을 보다 확실하게 제거하여, 기판 상에 형성되는 박막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 클리닝 방법은 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서, 처리실 내에의 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과, 처리실 내의 압력을 제2 압력대로부터 제1 압력대로 변화시키는 공정을 교대로 반복하는 공정을 포함하고, 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 처리실 내의 압력을 제2 압력대로 변화시킨 후에 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 처리실 내의 압력을 제2 압력대로 유지하지 않고 제1 압력대로 변화시키고, 처리실 내의 압력을 제1 압력대로 변화시킨 후에 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 처리실 내의 압력을 제1 압력대로 유지하지 않고 제2 압력대로 변화시킨다.

Description

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF CLEANING, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 소정 온도에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과, 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여, 처리실 내를 클리닝하는 공정이 행해지는 경우가 있다. 이에 의해, 기판 상에의 박막의 형성 시에 처리실 내에 퇴적된 박막을 포함하는 퇴적물이 제거된다.
그러나, 기판 상에의 박막의 형성 시에는, 예를 들면 처리실 내로서, 기판의 처리 영역 외에 위치하고, 비교적 저온으로 되는 부재에 퇴적물이 퇴적되기 쉬운 경우가 있다. 한편, 이와 같은 기판의 처리 영역 외의 부재에는 클리닝 가스가 도달하기 어렵다. 이 때문에, 클리닝의 효율이 저하되고, 또한, 이들 부재에 퇴적된 퇴적물을 완전히 제거할 수 없는 경우가 있다. 퇴적물이 다 제거되지 않은 채로 기판 처리를 반복하면, 예를 들면 기판 상에 형성되는 박막의 막 두께나 막질의 면내 균일성이 악화되게 되는 경우가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 처리실 내에 퇴적된 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 기판 상에 형성되는 박막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정을 교대로 반복하는 공정을 포함하고, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는 클리닝 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과, 상기 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 포함하고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정은, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정을 교대로 반복하는 공정을 포함하고, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리실과, 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 처리실 내에서 기판 상에 상기 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 상기 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 처리와, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 처리를 교대로 반복하는 처리를 행하고, 상기 각 처리를 교대로 반복하는 처리에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키도록, 상기 클리닝 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판 처리 장치의 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서, 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순은, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 수순과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 수순을 교대로 반복하는 수순을 포함하고, 상기 각 수순을 교대로 반복하는 수순에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따른 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 의하면, 처리실 내에 퇴적된 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 기판 상에 형성되는 박막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 박막 형성 공정의 촉매 반응의 설명도.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 클리닝 시퀀스에서의 클리닝 플로우를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태의 클리닝 시퀀스에서의 가스 공급 및 압력 변화의 타이밍을 도시하는 도면.
도 9는 처리실 내의 압력과 HF 가스의 몰 유속의 상관 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 그래프이며, (a)는 제1 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의한 결과를 나타내고 있고, (b)는 종래의 클리닝 시퀀스에 의한 결과를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에서의 클리닝 속도를 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명의 실시예에서의 클리닝 전후의 처리실 내에서 성막한 산화막의 성막 특성을 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에서의 쇼트 노즐 및 롱 노즐을 사용하였을 때의 클리닝 속도를 나타내는 그래프.
도 14는 촉매로서 사용되는 N이 결합한 복소환의 명칭, 화학 조성식, 화학 구조식 및 산해리 상수를 도시하는 도면.
도 15는 종래의 클리닝 시퀀스에서의 가스 공급 및 압력 변화의 타이밍을 도시하는 도면.
<제1 실시 형태>
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 전체 구성
도 1은 본 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 도 2는 본 실시 형태에서 적절하게 사용되는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면도로 도시하고 있다. 또한, 본 발명은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 한하지 않고, 매엽식, 핫월(Hot Wall)형, 콜드 월(Cold Wall)형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치에도 적절하게 적용할 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시 생략)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화시키는 활성화 기구로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 설치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들면 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원 형상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 설치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 결합되어 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태로 된다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d)이 각각 접속되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c)에는, 분기한 제4 가스 공급관(232d)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 4개의 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과, 4개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 4종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(MFC)(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 상술한 제4 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)에서의 제4 가스 공급관(232d)과의 접속 개소보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232h)이 접속되어 있다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(241h) 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(249a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(249a)은, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(249a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 형성되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해, 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 노즐(249a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(232h), 매스플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h)에 의해, 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제2 가스 공급관(232b)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(MFC)(241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 상술한 제4 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)에서의 제4 가스 공급관(232d)과의 접속 개소보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232i)이 접속되어 있다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232i)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(241i) 및 개폐 밸브인 밸브(243i)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 상술한 제2 노즐(249b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(249b)은, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 공급 구멍(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제2 가스 공급관(232b), 매스플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b)에 의해, 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 노즐(249b)을 제2 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(232i), 매스플로우 컨트롤러(241i), 밸브(243i)에 의해, 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제3 가스 공급관(232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(MFC)(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 상술한 제4 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)에서의 제4 가스 공급관(232d)과의 접속 개소보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232j)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232j)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(241j) 및 개폐 밸브인 밸브(243j)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는, 상술한 제3 노즐(249c)이 접속되어 있다. 제3 노즐(249c)은, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제3 노즐(249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 형성되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 공급 구멍(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제3 가스 공급관(232c), 매스플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)에 의해, 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제3 노즐(249c)을 제3 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제3 불활성 가스 공급관(232j), 매스플로우 컨트롤러(241j), 밸브(243j)에 의해, 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이, 적어도 본 실시 형태에서의 롱 노즐을 사용한 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호 형상의 세로로 긴 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c)으로부터 웨이퍼(200) 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있어, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라서 적절히 특정되며, 수직 방향에 한정되는 것은 아니다.
제4 가스 공급관(232d)에는, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(MFC)(241d)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)은, 매스플로우 컨트롤러(MFC)(241d)의 하류측에서 4개로 분기하고, 분기한 각 공급관에는 개폐 밸브인 밸브(243d, 243e, 243f, 243g)가 각각 설치되어 있다. 밸브(243d)가 설치된 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)보다도 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(232k)이 접속되어 있다. 이 제4 불활성 가스 공급관(232k)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스플로우 컨트롤러(241k) 및 개폐 밸브인 밸브(243k)가 설치되어 있다. 또한, 이 제4 가스 공급관(232d)의 선단부에는, 상술한 제4 노즐(249d)이 접속되어 있다.
또한, 밸브(243e, 243f, 243g)가 각각 설치된 제4 가스 공급관(232d) 각각의 하류단은, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)와 제1 불활성 가스 공급관(232h)의 접속부 사이, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)와 제2 불활성 가스 공급관(232i)의 접속부 사이, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)와 제3 불활성 가스 공급관(232j)의 접속부 사이에 각각 접속되어 있다. 이에 의해, 이들 제4 가스 공급관(232d)은, 각각 각 가스 공급관(232a, 232b, 232c)을 통하여 각 노즐(249a, 294b, 249c)에 접속되게 된다.
제4 노즐(249d)은, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽의 하방 부분과 웨이퍼(200)를 지지하는 보트(217)의 기초부(후술하는 단열 부재(218)) 측면 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽을 따라서, 반응관(203)의 하부로부터 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제4 노즐(249d)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 하방의, 보트(217)의 기초부를 수평하게 둘러싸는 영역에, 보트(217)의 기초부 측면을 따르도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)은 L자형의 쇼트 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 보트(217)의 기초부로부터 웨이퍼 배열 영역의 하단을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)의 선단부에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250d)이 형성되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 공급 구멍(250d)은 반응관(203)의 상방을 향하도록 개구되어 있어, 처리실(201) 내의 웨이퍼 배열 영역을 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 주로, 제4 가스 공급관(232d), 매스플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d, 243e, 243f, 243g)에 의해, 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 노즐(249d)을 제4 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 분기한 다른 제4 가스 공급관(232d)에, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c)을 통하여 각각 접속되는 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 제4 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제4 불활성 가스 공급관(232k), 매스플로우 컨트롤러(241k), 밸브(243k)에 의해, 제4 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제4 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 원료로서, 예를 들면 적어도 실리콘(Si) 원소와 클로로기를 포함하는 원료 가스인 클로로실란계 원료 가스가, 매스플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서, 클로로실란계 원료 가스란, 상온 상압 하에서 액체 상태인 클로로실란계 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스이다. 또한, 클로로실란계 원료란, 클로로기를 갖는 실란계 원료이며, 적어도 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 원료이다. 또한, 본 명세서에서 「원료」라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「액체 원료를 기화한 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 따라서, 본 명세서에서 「클로로실란계 원료」라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「액체 상태인 클로로실란계 원료」를 의미하는 경우, 「클로로실란계 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 클로로실란계 원료 가스로서는, 예를 들면 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭 : HCDS) 가스를 사용할 수 있다. HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 산화제로서, 예를 들면 산소(O)를 포함하는 가스(산소 함유 가스), 즉, 산화 가스가, 매스플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 산화제로서는, 예를 들면 수증기(H2O 가스)를 사용할 수 있다. 또한, H2O 가스의 공급 시에, 도시하지 않은 외부 연소 장치에, 산소(O2) 가스와 수소(H2) 가스를 공급하여 H2O 가스를 생성하여, 공급하는 구성으로 해도 된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 산해리 상수(이하, pKa라고도 함)가 5∼11, 바람직하게는 5∼7인 촉매로서, 예를 들면 고립 전자쌍을 갖는 질소(N)를 포함하는 가스(질소계 가스), 즉, 촉매 작용에 의해 웨이퍼(200)의 표면, 혹은, H2O 가스가 갖는 O-H 결합의 결합력을 약화시켜, HCDS 가스의 분해를 촉진하고, 또한, H2O 가스에 의한 산화 반응을 촉진하는 촉매 가스가, 매스플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 촉매로서는, 예를 들면 피리딘(C5H5N) 가스를 사용할 수 있다.
제4 가스 공급관(232d)으로부터는, 클리닝 가스로서, 예를 들면 불소(F)를 포함하는 가스(불소 함유 가스), 즉, 불소계 가스가, 매스플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 불소계 가스는, 분기한 다른 제4 가스 공급관(232d)으로부터, 각각, 밸브(243e, 243f, 243g), 각 가스 공급관(232a, 232b, 232c), 각 노즐(249a, 294b, 249c)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 클리닝 가스로서는, 예를 들면 불화수소(HF) 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스 공급관(232h, 232i, 232j, 232k)으로부터는, 예를 들면 질소(N2) 가스가, 각각 매스플로우 컨트롤러(241h, 241i, 241j, 241k), 밸브(243h, 243i, 243j, 243k), 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d) 및 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 예를 들면 각 가스 공급관으로부터 상술한 바와 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 원료를 공급하는 원료 공급계, 즉, 원료 가스 공급계(실리콘 원료 가스 공급계)로서의 클로로실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해, 산화제를 공급하는 산화제 공급계, 즉, 산화 가스 공급계(산소 함유 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 제3 가스 공급계에 의해, 촉매를 공급하는 촉매 공급계, 즉, 촉매 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 의해, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계, 즉, 불소계 가스 공급계(불소 함유 가스 공급계)가 구성된다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각해도 된다. 배기계는, 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브의 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 배기관(231)은, 반응관(203)에 설치하는 경우에 한정되지 않고, 각 노즐(249a, 294b, 249c, 249d)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 설치해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대되는 측에는, 후술하는 기판 지지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 시일 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 및 보트(217)에 지지되는 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 맞춘 상태에서 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 기초부에 해당하는 하방에는, 예를 들면 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전달되기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성되어도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b, 249c)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라서 설치되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들면 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들면 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 박막 형성 등의 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피 등이, 읽어내기 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 박막 형성 공정 등의 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 또한, 클리닝 레시피는, 후술하는 클리닝 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히, 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 프로그램이라고 하는 용어를 사용한 경우는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 클리닝 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 및 제어 프로그램 중 임의의 조합을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 읽어내어진 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 매스플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241h, 241i, 241j, 241k), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, 243i, 43j, 243k), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 읽어내어 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 읽어내도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 읽어낸 프로세스 레시피나 클리닝 레시피의 내용에 따르도록, 매스플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241h, 241i, 241j, 241k)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, 243i, 43j, 243k)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는, 전용 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들면, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 사용하여 범용 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 기록 매체라고 하는 용어를 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 박막 형성 공정
다음으로, 상술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여, 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리실(201) 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 공정, 처리실(201) 내를 클리닝하는 공정에 대하여 설명한다.
우선은, 기판 상에 박막을 형성(성막)하는 시퀀스예에 대하여, 도 4, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형성하는 박막의 조성비가 화학양론 조성, 또는, 화학양론 조성과는 상이한 소정의 조성비로 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스의 공급 조건을 제어한다. 예를 들면, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소 중 적어도 하나의 원소가 다른 원소보다도 화학양론 조성에 대하여 과잉으로 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 공급 조건을 제어한다. 이하, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉, 박막의 조성비를 제어하면서 성막을 행하는 시퀀스예에 대하여 설명한다.
여기에서는, 박막으로서, 예를 들면 산화막을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한, 여기서는, 이러한 산화막을, 예를 들면 원료 가스와 산화제와 촉매를 사용하여, 기판의 온도를 예를 들면 실온 이상 100℃ 이하의 온도로 하여 형성하는 예에 대하여 설명한다.
즉, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 산화제를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 촉매를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에 박막으로서 산화막을 형성한다.
구체적으로는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 원료 가스로서의 HCDS 가스와, 촉매로서의 피리딘 가스를 공급함으로써, 제1 층으로서 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 산화제로서의 H2O 가스와, 촉매로서의 피리딘 가스를 공급함으로써 제1 층을 개질하여, 제2 층으로서 실리콘 산화층(이하, SiO층이라고도 함)을 형성하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 박막으로서 실리콘 산화막(이하, SiO막이라고도 함)을 형성한다.
또한, 「각 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한다」란, 이 사이클을 1회 행하는 경우와, 이 사이클을 복수회 반복하는 경우의 양쪽을 포함한다. 즉, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행하는 것을 의미한다. 또한, 여기서, 「원료 가스를 공급하는 공정과, 산화제를 공급하는 공정과, 촉매를 공급하는 공정을 포함하는 사이클」에는, 각 공정이 임의의 횟수, 임의의 순서로 포함되어 있어도 된다. 이때, 2개 이상의 공정을 동시에 행해도 된다.
또한, 「원료 가스 및 촉매를 공급하는 공정과, 산화제 및 촉매를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행한다」란, 양쪽의 공정에서 촉매를 공급하면서, 원료 가스 및 산화제 중 한쪽을 공급하는 공정과, 원료 가스 및 산화제 중 상기 한쪽과는 상이한 다른 쪽을 공급하는 공정을 교대로 1회 혹은 복수회 행하는 것을 의미한다. 즉, 각 공정을 교대로 1회 이상 행하는 것을 의미한다. 단, 각 공정을 교대로 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서 「웨이퍼」라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜 웨이퍼라 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급하는」 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는」 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성하는」 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성하는」 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에서 「기판」이라고 하는 용어를 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 용어를 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환하여 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 통하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 단, 실온에서 웨이퍼(200)에 대한 처리를 행하는 경우는, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 행하지 않아도 된다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다.
(실리콘 산화막 형성 공정)
그 후, 다음 2개의 스텝, 즉, 스텝 1a, 2a를 순차적으로 실행한다.
[스텝 1a]
(HCDS 가스 + 피리딘 가스 공급)
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 개방하여, 제1 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 HCDS 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는, 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급되게 된다(HCDS 가스 공급). 이때 동시에 밸브(243h)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제1 불활성 가스 공급관(232h) 내를 흐른 N2 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241h)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, HCDS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 이때, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여, 제3 가스 공급관(232c) 내에 피리딘 가스를 흘린다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 피리딘 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 피리딘 가스는, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 피리딘 가스가 공급되게 된다(피리딘 가스 공급). 이때 동시에 밸브(243j)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232j) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제3 불활성 가스 공급관(232j) 내를 흐른 N2 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241j)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, 피리딘 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 이때, 제2 노즐(249b), 제4 노즐(249d) 내에의 HCDS 가스 및 피리딘 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243i, 243k)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232i), 제4 불활성 가스 공급관(232k) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제4 가스 공급관(232d), 제2 노즐(249b), 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1∼13300㎩, 바람직하게는 20∼1330㎩의 범위 내의 압력으로서, 예를 들면 1330㎩로 한다. 매스플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, 매스플로우 컨트롤러(241c)에서 제어하는 피리딘 가스의 공급 유량은, 예를 들면 HCDS 가스의 공급 유량(sccm)/피리딘 가스의 공급 유량(sccm)의 비로 하여 0.01∼100, 보다 바람직하게는 0.05∼10의 범위 내로 되는 유량으로 한다. 매스플로우 컨트롤러(241h, 241i, 241j, 241k)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스 및 피리딘 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼100초, 바람직하게는 5∼30초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들면 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하로서, 예를 들면 65∼90℃의 범위 내의 어느 하나의 온도로 되는 온도로 설정한다. 또한, 촉매 가스를 사용하지 않는 경우에는, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만으로 되면 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 화학 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 본 실시 형태와 같이, 촉매 가스로서의 피리딘 가스를 사용함으로써, 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 미만으로 해도, 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 피리딘 가스의 존재 하에서, 웨이퍼(200)의 온도를 200℃ 이하, 나아가서는 150℃ 이하, 100℃ 이하로 함으로써, 웨이퍼(200)에 가해지는 열량을 저감할 수 있어, 웨이퍼(200)가 받는 열 이력의 제어를 양호하게 행할 수 있다. 또한, 피리딘 가스의 존재 하에서는, 실온 이상의 온도이면, 웨이퍼(200) 상에 HCDS를 충분히 흡착시킬 수 있어, 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 어느 하나의 온도로 하는 것이 좋다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 기초막) 상에 제1 층으로서, 예를 들면 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, 실리콘층(Si층)이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서, 실리콘층이란, 실리콘(Si)에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을, 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
또한, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속적인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 분자로 구성되는 1분자층 혹은 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, HCDS 가스의 흡착층을 구성하는 HCDS(Si2Cl6) 분자는, Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것(SixCly 분자)도 포함한다. 즉, HCDS의 흡착층은, Si2Cl6 분자 및 SixCly 분자 중 적어도 하나의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속적인 화학 흡착층을 포함한다.
또한, 1원자층 미만의 두께의 층과는 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1원자층의 두께의 층과는 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층과는 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1분자층의 두께의 층과는 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. 또한, 실리콘 함유층은, 실리콘층과 HCDS 가스의 흡착층의 양쪽을 포함할 수 있지만, 상술한 바와 같이, 실리콘 함유층에 대해서는 「1원자층」, 「수원자층」 등의 표현을 사용하는 것으로 한다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2a에서의 개질 작용이 실리콘 함유층 전체에 미치지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉, 1원자층 또는 1원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 2a에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 2a의 개질 반응에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1a의 실리콘 함유층의 형성에 요하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과로서, 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 속도를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하, 즉, HCDS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적함으로써 실리콘층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉, HCDS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스가 흡착함으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 상에 실리콘층을 형성하는 쪽이, 성막 속도를 높게 할 수 있어, 바람직하다.
여기서, 산해리 상수가 5∼11, 바람직하게는 5∼7인 촉매로서의 피리딘 가스는, 웨이퍼(200)의 표면에 존재하는 O-H 결합의 결합력을 약화시켜, HCDS 가스의 분해를 재촉하여, HCDS 분자의 화학 흡착에 의한 실리콘 함유층의 형성을 촉진시킨다. 즉, 도 6의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들면 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층 등의 표면에 존재하는 O-H 결합에, 촉매로서의 피리딘 가스가 작용하여 O-H간의 결합력을 약화시킨다. 결합력이 약해진 수소(H)와 HCDS 가스의 염소(Cl)가 반응함으로써 염화수소(HCl) 가스가 생성되어 탈리하고, Cl을 상실한 HCDS 분자(할로겐화물)가 웨이퍼(200) 등의 표면에 화학 흡착한다. 피리딘 가스가 O-H간의 결합력을 약화시키는 것은, 피리딘 분자 중의 고립 전자쌍을 갖는 N 원자가, H를 끌어당기는 작용을 갖기 때문이다. N 원자 등을 포함하는 소정의 화합물이 H를 끌어당기는 작용의 크기는, 상기의 산해리 상수(pKa)를 지표로 할 수 있다.
즉, 산해리 상수가 큰 화합물은 H를 끌어당기는 힘이 강하고, 예를 들면 산해리 상수가 5 이상인 화합물을 촉매로서 사용함으로써, HCDS 가스의 분해를 재촉하여 실리콘 함유층의 형성을 촉진시킬 수 있다. 한편, 촉매의 산해리 상수가 과도하게 크면, HCDS 분자로부터 빼내어진 Cl과 촉매가 결합하고, 이것에 의해 발생한 성분이 파티클로 되는 경우가 있다. 이것을 억제하기 위해서는, 촉매의 산해리 상수를 11 이하, 바람직하게는 7 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 산해리 상수가 5∼11, 바람직하게는 5∼7인 촉매를 사용하면 된다. 피리딘 가스는 산해리 상수가 약 5.67로 비교적 커서, H를 끌어당기는 힘이 강하다. 또한, 산해리 상수가 7 이하이므로, 파티클도 발생하기 어렵다.
또한, 처리실(201) 내에 공급된 HCDS 가스나 피리딘 가스는, 웨이퍼(200)에 대하여 공급될 뿐만 아니라, 처리실(201) 내의 부재의 표면, 즉, 반응관(203)의 내벽, 매니폴드(209)의 내벽, 처리실(201) 내에 설치된 보트(217) 등의 부재의 표면에 대해서도 공급되게 된다. 그 결과, 상술한 실리콘 함유층은, 웨이퍼(200) 상뿐만 아니라, 처리실(201) 내의 부재의 표면에도 형성되게 된다. 처리실(201) 내의 부재의 표면에 형성되는 실리콘 함유층도, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층과 마찬가지로, HCDS 가스의 흡착층을 포함하는 경우나, Si층을 포함하는 경우나, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
단, 처리실(201) 내에는, 상기 설정 온도에 대하여, 대략 동등한 온도로 되어 있는 영역과, 비교적 온도가 낮은 영역이 존재한다. 처리실(201) 내에서, 히터(207)에 의해 둘러싸이는 영역으로서, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역(이하, 웨이퍼 근방 영역이라고도 함)은, 상기 설정 온도에 대하여 대략 동등한 온도로 되어 있다. 영역 내에서의 온도 변동도 적다. 한편, 히터(207)에 의해 둘러싸여져 있지 않은 영역으로서, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역 이외의 영역(이하, 웨이퍼 배열외 영역이라고도 함)은, 상기 영역보다도 비교적 온도가 낮은 영역으로 되어 있다. 이와 같은 웨이퍼 배열외 영역에서는, 상기 웨이퍼 근방 영역에 비해 HCDS 가스의 흡착이 일어나기 쉬워, 실리콘 함유층이 형성되기 쉬워진다. 구체적으로는, 처리실(201) 내의 부재 중, 반응관(203)의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드(209)의 내벽, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)의 하부, 시일 캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 저면 등에는, 실리콘 함유층이 형성되기 쉬워진다. 마찬가지로, 히터(207)로 덮여져 있지 않은 반응관(203)의 상면 내측에도 실리콘 함유층이 형성되기 쉬운 경우가 있다.
(잔류 가스 제거)
제1 층으로서의 실리콘 함유층이 웨이퍼(200) 상에 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 폐쇄하여, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, 피리딘 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스 및 피리딘 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243h, 243i, 243j, 243k)는 개방한 채로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스 및 피리딘 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 2a에서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 2a에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
클로로실란계 원료 가스로서는, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭 : HCDS) 가스 외에, 테트라클로로실란, 즉, 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭 : STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭 : TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭 : DCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭 : MCS) 가스 등의 무기 원료를 사용해도 된다. 촉매 가스로서는, 피리딘(C5H5N, pKa=5.67) 가스 외에, 아미노피리딘(C5H6N2, pKa=6.89), 피콜린(C6H7N, pKa=6.07), 피페라진(C4H10N2, pKa=5.68), 루티딘(C7H9N, pKa=6.96) 등의 피리딘과 마찬가지로 N이 결합한 복소환을 포함하는 가스를 사용해도 된다. 이들 복소환의 명칭, 화학 조성식, 화학 구조식 및 산해리 상수를 도 14에 도시한다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 2a]
(H2O 가스+피리딘 가스 공급)
스텝 1a가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여, 제2 가스 공급관(232b)에 H2O 가스를 흘린다. H2O 가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흘러, 매스플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2O 가스는, 제2 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 H2O 가스가 공급되게 된다(H2O 가스 공급). 이때 동시에 밸브(243i)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232i) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 흘린다. 제2 불활성 가스 공급관(232i) 내를 흐른 N2 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241i)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, H2O 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 이때, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여, 제3 가스 공급관(232c) 내에 피리딘 가스를 흘린다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 피리딘 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 피리딘 가스는, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 피리딘 가스가 공급되게 된다(피리딘 가스 공급). 이때 동시에 밸브(243j)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232j) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제3 불활성 가스 공급관(232j) 내를 흐른 N2 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241j)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, 피리딘 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 이때, 제1 노즐(249a), 제4 노즐(249d) 내로의 H2O 가스 및 피리딘 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243h, 243k)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232h), 제4 불활성 가스 공급관(232k) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제4 가스 공급관(232d), 제1 노즐(249a), 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1∼13300㎩, 바람직하게는 20∼1330㎩의 범위 내의 압력으로서, 예를 들면 1330㎩로 한다. 매스플로우 컨트롤러(241b)에서 제어하는 H2O 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, 매스플로우 컨트롤러(241c)에서 제어하는 피리딘 가스의 공급 유량은, 예를 들면 H2O 가스의 공급 유량(sccm)/피리딘 가스의 공급 유량(sccm)의 비로 하여 0.01∼100, 보다 바람직하게는 0.05∼10의 범위 내로 되는 유량으로 한다. 매스플로우 컨트롤러(241h, 241i, 241j, 241k)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. H2O 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼100초, 바람직하게는 5∼30초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 스텝 1의 HCDS 가스의 공급 시와 마찬가지의 온도대, 즉, 예를 들면 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하로서, 예를 들면 65∼90℃의 범위 내의 어느 하나의 온도로 되도록 설정한다.
처리실(201) 내에 공급된 H2O 가스는 열로 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, 열로 활성화된 H2O 가스가 공급되게 된다. 즉, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 열적으로 활성화된 H2O 가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS 가스는 흘리고 있지 않다. 따라서, H2O 가스는 기상 반응을 일으키는 일은 없고, 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급되어, 스텝 1a에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층(실리콘 함유층)의 적어도 일부와 반응(표면 반응) 한다. 이에 의해 제1 층은, 논플라즈마에 의해 열적으로 산화되어, 실리콘 및 산소를 포함하는 제2 층, 즉, 실리콘 산화층(SiO층)으로 변화된다(개질된다).
여기서, 산해리 상수가 5∼11, 바람직하게는 5∼7인 촉매로서의 피리딘 가스는, H2O 가스가 갖는 O-H 결합의 결합력을 약화시켜, H2O 가스의 분해를 재촉하여, H2O 분자의 실리콘 함유층과의 반응을 촉진시킨다. 즉, 도 6의 (b)에 도시하고 있는 바와 같이, H2O 가스가 갖는 O-H 결합에 촉매로서의 피리딘 가스가 작용하여, O-H간의 결합력을 약화시킨다. 결합력이 약해진 H와, 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층이 갖는 Cl이 반응함으로써, 염화수소(HCl) 가스가 생성되어 탈리하고, H를 상실한 H2O 가스의 O가, Cl이 탈리한 실리콘 함유층의 Si와 결합한다.
또한, 처리실(201) 내에서 활성화된 H2O 가스나 피리딘 가스는, 웨이퍼(200)에 대하여 공급될 뿐만 아니라, 반응관(203)의 내벽 등의 처리실(201) 내의 부재의 표면에도 공급되게 된다. 그 결과, 처리실(201) 내의 부재의 표면에 형성된 실리콘 함유층의 적어도 일부는, 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층과 마찬가지로, 실리콘 산화층으로 변화된다(개질된다).
단, 상술한 처리실(201) 내에서의 웨이퍼 배열외 영역에서는, 웨이퍼 근방 영역에 비해 온도가 낮고, 또한, 공급되는 H2O 가스의 활성화의 정도가 낮아진다. 또한, 처리실(201) 내에서의 웨이퍼 배열외 영역에서는, 웨이퍼 근방 영역에 비해 H2O 가스가 흡착하기 쉬워진다. 그 결과, 웨이퍼 배열외 영역에 공급된 H2O 가스는, 미반응 또는 일부가 반응할 뿐이고, 산화 불충분 상태 그대로 실리콘 함유층에 도입되어 잔류하기 쉬워진다. 구체적으로는, 처리실(201) 내의 부재 중, 반응관(203)의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드(209)의 내벽, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)의 하부, 시일 캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 저면 등에 형성된 실리콘 함유층 중에는, 미반응 또는 일부가 반응한 H2O 분자(수분)가, 산화 불충분 상태 그대로 잔류하기 쉬워진다. 또한, 히터(207)로 덮여져 있지 않은 반응관(203)의 상면 내측에서도 마찬가지의 것이 일어날 수 있다.
(잔류 가스 제거)
그 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 폐쇄하여, H2O 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, 피리딘 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 반응에 기여한 후의 H2O 가스나 피리딘 가스, 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243h, 243i, 243j, 243k)는 개방한 채로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다.
N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2 층의 형성에 기여한 후의 H2O 가스나 피리딘 가스, 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 1a에서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1a에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
산화 가스로서는, H2O 가스 외에, 과산화수소(H2O2) 가스, 수소(H2) 가스+산소(O2) 가스, H2 가스+오존(O3) 가스 등을 사용해도 된다. 촉매 가스로서는, 피리딘 가스 외에, 상기에 예로 든 N이 결합한 각종 복소환을 포함하는 가스를 사용해도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1a, 2a를 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 산화막(SiO막)을 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성하는 SiO층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
이때, 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiO층에서의 각 원소 성분, 즉, 실리콘 성분, 산소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 산소 농도를 조정할 수 있어, SiO막의 조성비를 제어할 수 있다.
또한, 사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 두번째 사이클 이후의 각 스텝에서, 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는」 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면 상에 소정의 층을 형성하는」 것을 의미하고 있다. 이 점은, 상술한 바와 같다. 또한, 이 점은, 후술하는 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
또한, 상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 반응관(203)의 내벽 등의 처리실(201) 내의 부재의 표면에는, 박막으로서의 SiO막을 포함하는 퇴적물이 퇴적된다. 퇴적물 중의 SiO막 이외의 성분으로서는, 예를 들면 상술한 웨이퍼 배열외 영역에서 보이는 미반응의 수분(H2O)이 잔류한 산화 불충분의 실리콘 산화층 등이 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내의 부재의 표면에는, 온도나 각 가스의 공급 유량이 비교적 정밀하게 제어된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막과 상이한 성분 등도 포함한 퇴적물이 퇴적된다. 후술하는 보트 언로드 시, 매니폴드(209)의 하방 개구부로부터 처리실(201) 내에 침입하는 외기(대기)에 포함되는 수분 등에 의해, SiO막의 적어도 일부가 변질되어 버리는 경우도 있다. 또한, 처리실(201) 내의 부재 중, 상술한 이유로부터, 비교적 저온의 웨이퍼 배열외 영역, 즉, 반응관(203)의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드(209)의 내벽, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)의 하부, 시일 캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 저면 등에는, SiO막이나 비교적 많은 수분을 포함하는 퇴적물이 보다 두껍게 형성된다. 또한, 히터(207)로 덮여져 있지 않은 반응관(203)의 상면 내측에서도 마찬가지의 것이 일어날 수 있다. 비교적 큰 공간을 갖고, 퍼지 효율이 약간 떨어지는 반응관(203)의 상면 내측에서는, 잔류 가스 제거를 포함하는 상기 사이클을 소정 횟수 행하는 동안에, 약간이지만 잔류한 H2O 가스에 의해 퇴적물 중의 수분량이 높아지는 것도 생각된다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 조성 및 소정 막 두께의 SiO막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(243h, 243i, 243j, 243k)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232h), 제2 불활성 가스 공급관(232i), 제3 불활성 가스 공급관(232j), 제4 불활성 가스 공급관(232k) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
이 후, 상술한 웨이퍼 차지로부터 웨이퍼 디스차지까지의 처리(이하, 배치 처리라고도 함)가 소정 횟수 실시된다. 이때, 상기와 같은 퇴적물이 처리실 내의 부재에 퇴적되어 있으면, 퇴적물의 일부가 박리ㆍ낙하하여 파티클의 원인으로 되어 버리는 경우가 있다. 또한, 예를 들면 본 실시 형태와 같이, 저온에서 H2O 가스를 사용하여 박막을 형성하는 경우에는, 처리실 내의 부재에 퇴적된 퇴적물로부터 방출되는 수분(H2O)의 영향에 의해, 웨이퍼 상에 형성되는 SiO막의 웨이퍼 면내에서의 막 두께나 막질의 균일성이 손상되게 될 우려가 있다.
상술한 바와 같이, 예를 들면 100℃ 이하의 저온에서 H2O 가스를 사용한 박막 형성을 행하면, 처리실 내의 부재에는, 수분을 많이 포함하는 퇴적물이 퇴적된다. 예를 들면 HCDS 가스를 공급하여 웨이퍼 상에 다음의 SiO막의 형성을 행할 때, 이러한 퇴적물로부터 처리실 내로 수분이 방출되면, HCDS 가스와 수분(H2O)이 반응하여 기상 반응이 일어나게 된다. 이와 같은 기상 반응은, 웨이퍼 면내에서도 특히, 처리실 내의 각 부재에 가까운 웨이퍼의 외주부에서 지배적으로 되어, 웨이퍼의 외주부에 형성되는 SiO막의 막 두께가 증대되거나, 막질이 변화되거나 하게 된다. 따라서, SiO막의 막 두께나 막질의 면내 균일성이 악화되게 된다.
또한, 이와 같은 막 두께나 막질의 면내 균일성의 악화는, 상술한 바와 같이, 비교적 많은 수분을 포함하는 퇴적물이 보다 두껍게 형성되는 반응관의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드의 내벽, 제1 노즐, 제2 노즐, 제3 노즐, 제4 노즐의 하부, 시일 캡의 상면, 회전축의 측면, 단열 부재의 측면이나 저면 등의 웨이퍼 배열외 영역에 가까운, 보트의 하단 부근에 배치된 웨이퍼에서 특히 현저해진다. 또한, 보트의 상단 부근은 히터로 덮여져 있지 않은 반응관의 상면 근방에 위치하고 있어, 이 보트의 상단 부근에 배치된 웨이퍼에서도 면내 균일성의 악화가 일어나는 경우가 있다.
이들을 개선하기 위해서, 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여, 처리실 내의 부재에 퇴적된 퇴적물을 제거하여 파티클의 발생을 억제하는 클리닝 공정이 행해지는 경우가 있다. 또한, 이러한 클리닝 공정에 의해, 수분의 발생원으로 되는 퇴적물이 제거됨으로써, 상기와 같은 SiO막의 막 두께나 막질의 면내 균일성의 악화도 억제할 수 있다고 생각된다.
그러나, 퇴적물이 보다 두껍게 퇴적되기 쉬운 반응관의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드의 내벽, 제1 노즐, 제2 노즐, 제3 노즐, 제4 노즐의 하부, 시일 캡의 상면, 회전축의 측면, 단열 부재의 측면이나 저면 등은, 비교적 뒤얽힌 좁은 간극을 갖는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 이들 부재의 표면에는, 상술한 웨이퍼 근방 영역에 위치하는 부재 등의 표면에 비해, 클리닝 가스가 돌아들어가기 어려워, 클리닝의 효율이 저하되고, 또한, 이들 부재의 퇴적물을 완전히 제거할 수 없는 경우가 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 클리닝 공정을 행함으로써, 처리실(201) 내에 퇴적된 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 향상시킨다.
(3) 클리닝 공정
다음으로, 처리실(201) 내를 클리닝하는 시퀀스예에 대하여, 도 7, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 7은 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에서의 클리닝 플로우를 도시하는 도면이다. 도 8은 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에서의 가스 공급 및 압력 변화의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한, 이하의 설명에서도, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
처리실(201) 내의 클리닝은, 처리실(201) 내의 부재에 퇴적된 퇴적물의 두께가, 퇴적물에 박리ㆍ낙하가 발생하거나, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 악화시키기 전의 소정의 두께에 도달한 시점에서 행해진다.
본 실시 형태의 클리닝 시퀀스는, 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실(201) 내에 클리닝 가스를 공급하여 처리실(201) 내를 클리닝하는 시퀀스로서, 처리실(201) 내에의 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과, 처리실(201) 내의 압력을 제2 압력대로부터 제1 압력대로 변화시키는 공정을 교대로 반복하는 공정을 포함하고, 이들 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 처리실(201) 내의 압력을 제2 압력대로 변화시킨 후에 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 처리실(201) 내의 압력을 제2 압력대로 유지하지 않고 제1 압력대로 변화시키고, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력대로 변화시킨 후에 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력대로 유지하지 않고 제2 압력대로 변화시킨다.
여기서, 제1 압력대는, 소정의 상하폭을 갖는 압력 범위이다. 또한, 제2 압력대는, 제1 압력대와는 겹치지 않는 소정의 상하폭을 갖는 압력 범위이다. 「처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시킨다」란, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력대에 포함되는 소정 압력으로부터, 제2 압력대에 포함되는 소정 압력으로 변화시키는 것을 의미한다. 또한, 「처리실 내의 압력을 제2 압력대로부터 제1 압력대로 변화시킨다」란, 처리실(201) 내의 압력을 제2 압력대에 포함되는 소정 압력으로부터, 제1 압력대에 포함되는 소정 압력으로 변화시키는 것을 의미한다. 또한, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서, 각 압력대에 포함되는 소정 압력은, 매회 동일한 압력이어도 되고, 혹은, 매회 상이한 압력이어도 된다.
이하, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 도 7의 클리닝 플로우 및 도 8의 클리닝 시퀀스에 의해, 소정의 온도로 가열되거나, 혹은 실온으로 유지된 처리실(201) 내에, 클리닝 가스로서, 불활성 가스로서의 N2 가스로 희석된 HF 가스를 단독으로 공급하여, 처리실(201) 내에 퇴적된 퇴적물을 열화학 반응에 의해 제거하는 예에 대하여 설명한다.
(보트 로드)
웨이퍼(200)가 장전되어 있지 않은 빈 보트(217)가, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 통하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 클리닝 처리가 종료될 때까지의 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 클리닝 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 단, 실온에서 클리닝을 행하는 경우는, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 행하지 않아도 된다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전은, 적어도 클리닝 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 단, 이때 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(HF 가스 공급 개시)
제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 개방하여, 제4 가스 공급관(232d) 내에 HF 가스를 흘린다. 제4 가스 공급관(232d) 내를 흐른 HF 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HF 가스는, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다(HF 가스 공급 개시). 이때 동시에 밸브(243k)를 개방하여, 제4 불활성 가스 공급관(232k) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제4 불활성 가스 공급관(232k) 내를 흐른 N2 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241k)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, HF 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이와 같이, 쇼트 노즐로서 구성되는 제4 노즐(249d)을 사용하여 처리실(201) 내에 HF 가스를 공급함으로써, 예를 들면 롱 노즐 등을 사용한 경우와 달리, HF 가스가 흐르는 노즐 내의 경로를 짧게 할 수 있어, HF 가스에 의해 제4 노즐(249d)이 손상을 받게 되는 것을 억제하여, 제4 노즐(249d)의 수명을 연장할 수 있다.
또한, 이때, 밸브(243d)를 통한 제4 노즐(249d)로부터의 HF 가스의 공급에 더하여, 또는 이 대신에, 제1 가스 공급관(232a)에 접속되는 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243e)를 개방하여, 제1 가스 공급관(232a) 내에, 매스플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된 HF 가스를 흘려도 된다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 HF 가스는, 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다(HF 가스 공급 개시). 이때 동시에 밸브(243h)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제1 불활성 가스 공급관(232h) 내를 흐른 N2 가스는, 매스플로우 컨트롤러(241h)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, HF 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이와 같이, HCDS 가스를 공급하는 제1 노즐(249a)을 사용하여 처리실(201) 내에 HF 가스를 공급함으로써, 예를 들면 HCDS 가스의 공급에 의해 제1 노즐(249a)의 내부에 실리콘 함유층 등이 형성되게 된 경우에도, HF 가스에 의해 이것을 제거할 수 있다.
또한, 이때, 그 밖의 노즐, 즉, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c) 내로의 HF 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243i, 243j)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232i), 제3 불활성 가스 공급관(232j) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이와 같이, 적어도 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 HF 가스의 공급에 사용하지 않음으로써, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)의 HF 가스에 의한 손상을 억제하여, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)의 수명을 연장할 수 있다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력대에 포함되는 소정 압력인 제1 압력, 예를 들면 13∼2660㎩(0.1∼20Torr)의 범위 내의 압력으로서, 예를 들면 133㎩(1Torr)로 한다. 매스플로우 컨트롤러(241d)에서 제어하는 HF 가스의 공급 유량은, 예를 들면 500∼3000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스플로우 컨트롤러(241h, 241i, 241j, 241k)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 총량으로 하여 예를 들면 500∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, HF 가스의 공급 유량(sccm)/N2 가스의 총공급 유량(sccm)의 비가, 0.1∼1.0, 보다 바람직하게는 0.2∼0.3의 범위 내로 되는 유량으로 한다. 이때, 이러한 비율을 높게 하면, 처리실(201) 내의 부재에 퇴적된 퇴적물의 제거 속도(에칭 속도)가 높아진다. 단, 이러한 비율이 과도하게 높으면, HF 가스에 의해 각 부재가 손상을 받기 쉬워지게 된다. 따라서, HF 가스와 N2 가스의 유량 비율이 0.1∼1.0, 보다 바람직하게는 0.2∼0.3의 범위 내로 되는 유량으로 하는 것이 좋다. 또한, HF 가스 및 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급은, 적어도 클리닝 처리가 종료될 때까지의 동안은, 일정한 유량을 유지한 채로 계속해서 행해진다.
또한, 이때 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내의 온도가, 예를 들면 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 온도로서, 예를 들면 100℃로 되는 온도로 설정한다. 또한, 처리실(201) 내의 온도가 200℃를 초과하면, 처리실(201) 내의 부재에 퇴적된 퇴적물이 수축하여 일부가 박리되고, 예를 들면 하방으로 낙하하여 노구 부근에 쌓이게 되는 경우가 있다. 이와 같이, 박리ㆍ낙하한 퇴적물은, 파티클의 원인으로 되는 경우가 있다. 처리실(201) 내의 온도를 200℃ 이하로 함으로써, 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리실(201) 내의 온도를 150℃ 이하, 나아가서는 100℃ 이하로 함으로써, 퇴적물의 수축이 한층 더 일어나기 어려워져, 파티클의 발생을 보다 한층 더 억제할 수 있다. 또한, 후술하는 HF 가스와 SiO막을 포함하는 퇴적물의 열화학 반응은, 퇴적물 중에 포함되는 수분(H2O)이 트리거로 되어, 수분의 개재에 의해 일으켜진다. 수분의 개재없이는, 이러한 열화학 반응을 진행시키는 것은 곤란하다. 처리실(201) 내의 온도를 실온 이상으로 함으로써 퇴적물로부터 충분한 양의 수분을 방출시킬 수 있어, HF 가스와 퇴적물의 열화학 반응이 촉진되어, 처리실(201) 내의 부재로부터 퇴적물을 제거할 수 있다. 따라서, 처리실(201) 내의 온도는, 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 어느 하나의 온도로 하는 것이 좋다.
(퇴적물 제거 공정)
처리실(201) 내의 압력, 각 가스의 공급 유량 및 온도가 소정값으로 된 후, 다음 2개의 스텝, 즉, 스텝 1b, 2b를 순차적으로 실행한다.
[스텝 1b]
(압력 상승)
상기 일정한 공급 유량으로 HF 가스 및 N2 가스의 공급을 유지하면서, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 제1 압력대에 포함되는 제1 압력, 예를 들면 133㎩(1Torr)로부터, 제2 압력대에 포함되는 소정 압력인 제2 압력, 예를 들면 5320∼13300㎩(40∼100Torr)의 범위 내의 압력으로서, 예를 들면 6650㎩(50Torr)로 변화시킨다. 즉, APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 줄여(밸브를 폐쇄하는 방향으로 변화시켜) HF 가스 및 N2 가스의 배기관(231)으로부터의 배기 유량을 감소시켜, 압력 센서(245)에 의해 검출된 처리실(201) 내의 압력 정보를 피드백하면서, 저압측의 제1 압력으로부터 고압측의 제2 압력으로 처리실(201) 내의 압력이 상승하도록 제어한다. 이때, 제1 압력으로부터 제2 압력에 도달할 때까지의 시간이, 예를 들면 1∼180초, 바람직하게는 50∼70초로 되도록 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 조정한다.
[스텝 2b]
(압력 강하)
처리실(201) 내의 압력이 제2 압력에 도달하면, 계속해서 상기 일정한 공급 유량으로 HF 가스 및 N2 가스의 공급을 유지하면서, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 제2 압력대에 포함되는 제2 압력으로부터 제1 압력대에 포함되는 제1 압력으로 변화시킨다. 이때, 처리실(201) 내의 압력을 제2 압력대로 유지하지 않고, 제1 압력대로 변화시킨다. 즉, 압력 센서(245)에 의해 처리실(201) 내의 압력이 제2 압력에 도달한 것이 검출되면, 바로 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 증가시키는(밸브를 개방하는 방향으로 변화시키는) 동작을 개시한다. 혹은, APC 밸브(244)의 동작의 기계적, 전기적 지연이나, 처리실(201) 내의 압력 변동의 완만성을 고려하여, 제2 압력에 도달하기 직전의 압력을 동작 개시 압력으로서 검출해도 된다. 그리고, APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 증가시킴으로써 HF 가스 및 N2 가스의 배기관(231)으로부터의 배기 유량을 증가시켜, 압력 센서(245)에 의해 검출된 처리실(201) 내의 압력 정보를 피드백하면서, 제2 압력으로부터 제1 압력으로 처리실(201) 내의 압력이 강하하도록 제어한다. 이때, 제2 압력으로부터 제1 압력에 도달할 때까지의 시간이, 예를 들면 1∼180초, 바람직하게는 80∼100초로 되도록 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 조정한다.
또한, 이 후에 행해지는 스텝 1b에서 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력으로부터 제2 압력으로 변화시킬 때에도, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력대로 유지하지 않고, 제2 압력대로 변화시킨다. 즉, 압력 센서(245)에 의해 처리실(201) 내의 압력이 제1 압력(혹은, 그 직전의 압력)에 도달한 것이 검출되면, 바로 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 줄이는 동작을 개시한다. 그 후는 상기와 마찬가지로, 제1 압력으로부터 제2 압력으로 처리실(201) 내의 압력을 상승시킨다.
상기 2개의 스텝, 즉, 스텝 1b, 2b에서, 처리실(201) 내에 공급되는 HF 가스는 열로 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 부재, 즉, 반응관(203)의 내벽, 매니폴드(209)의 내벽, 처리실(201) 내에 설치된 보트(217) 등의 부재나, 그 표면에 퇴적된 퇴적물에 대하여, 열로 활성화된 HF 가스가 공급되게 된다. 이에 의해, 논플라즈마 분위기 하에서, 퇴적물에 포함되는 SiO막이 열로 활성화된 HF 가스와 열화학 반응을 일으켜, 실리콘 불화물(SiF4)로 되어 가스화됨으로써, 각 부재에 퇴적된 퇴적물이 제거된다. 이때, 퇴적물로부터 방출되는 수분이, 열화학 반응을 일으키는 트리거로 되는 것은, 상술한 바와 같다. 이와 같이, 논플라즈마 분위기 하에서 열화학 반응에 의해 퇴적물을 제거함으로써, HF 가스에 의한 반응이 비교적 온화하게 진행되어, 처리실(201) 내의 각 부재에 대한 손상을 억제하면서 퇴적물을 제거할 수 있다.
여기서, 종래 기술에 의한 클리닝 공정에서는, 예를 들면 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들면 처리실 내에 일정한 공급 유량의 HF 가스 및 N2 가스를 공급하고, 처리실 내의 압력을 일정하게 하여 퇴적물을 제거하는 클리닝을 행하였다. 그러나, 상술한 웨이퍼 배열외 영역, 즉, 반응관의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드의 내벽, 각 노즐의 하부, 시일 캡의 상면, 회전축의 측면, 단열 부재의 측면이나 저면 등은 비교적 뒤얽힌 좁은 간극을 갖는 구조로 되어 있어, HF 가스가 돌아들어가기 어렵다. 이 때문에, 웨이퍼 배열외 영역에 위치하는 부재의 표면은, 상술한 웨이퍼 근방 영역에 위치하는 부재 등의 표면에 비해, 퇴적물의 에칭 효율이 나빴다. 또한, 웨이퍼 배열외 영역의 부재 상의 퇴적물은 비교적 두껍다. 따라서, 이들 부재 상의 퇴적물이 모두 제거되지 않고 남게 되는 경우가 있었다. 이들 부재 상의 퇴적물을 완전히 제거하기 위해서 클리닝 시간을 연장하면, 기판 처리 장치의 가동 정지 시간(Down-Time)이 길어지고, 또한, 웨이퍼 근방 영역의 부재에 과잉의 오버에칭이 가해져, 손상을 주게 되는 경우가 있었다.
상술한 바와 같이, HF 가스 및 N2 가스는 처리실 내의 다양한 경로를 경유하여 노즐의 가스 공급 구멍으로부터 배기관을 향하여 흐른다. 종래 기술에 의한 클리닝 공정과 같이, 처리실 내에 일정한 공급 유량의 HF 가스 및 N2 가스를 공급하고, 처리실 내의 압력을 일정하게 하면, HF 가스 및 N2 가스의 배기관으로 향하는 각 경로에서의 몰 유속은 비교적 작고, 또한, 거의 변동되지 않는다고 생각된다. 여기서, 몰 유속이란, 단위 시간당, 단위 면적당 흐르는 소정 가스의 몰수이며, 예를 들면 「kmol/㎡ㆍs」 등의 단위로 나타내어진다. 즉, 몰 유속이란, 소정 경로(가스의 유로)에서의 단면적을 단위 시간당 통과하는 소정 가스(여기서는, HF 가스 및 N2 가스)의 몰수를 단위 면적당 환산한 물리량이다.
몰 유속은, HF 가스 및 N2 가스 등의 각 가스가 흐르는 경로의 상류단과 하류단의 압력차에 비례하고, 각 가스가 흐르는 경로에서의 유동 저항에 반비례한다. 여기에서는, HF 가스 및 N2 가스가 흐르는 경로의 상류단은 노즐의 가스 공급 구멍, 하류단은 배기관으로 생각할 수 있다. 또한, 각 가스의 공급 유량이 일정하고 처리실 내의 압력이 일정하면, 열화학 반응에 의한 각 가스의 분해나 이것에 의해 발생하는 반응 부생성물 등에 의한 다소의 변동은 있지만, 단위 시간당 각 가스의 공급 유량과 배기 유량은 대략 일치한다고 생각해도 된다. 따라서, 이 경우, 각 가스가 흐르는 경로의 압력차는 작고, 또한, 그다지 변동도 하지 않아, 상기와 같이 각 가스의 몰 유속은 낮은 값으로 안정되어 있다고 생각된다. 처리실 내의 압력을 가능한 한 저압으로 유지하였다고 해도, 단위 시간당의 각 가스의 공급 유량과 배기 유량은 약간 커지지만 압력차는 발생하기 어려워, 몰 유속을 현저하게 상승시킬 수는 없다.
또한, 각 가스가 흐르는 경로에서의 유동 저항은, 각 가스의 흐름을 방해하는 경로 중의 각종 요인에 의해 증대되고, 예를 들면 처리실 내의 각 부재의 표면 조도나 각부의 곡률이나 각도, 그 경로(가스의 유로)의 직경(단면적) 등이 상기 요인으로 될 수 있다. 따라서, 비교적 뒤얽힌 좁은 간극을 갖는 상술한 웨이퍼 배열외 영역에서는 유동 저항이 높아지게 되어, 각 가스의 몰 유속은 한층 더 저하된다고 생각된다. 이에 의해, 웨이퍼 배열외 영역에서는 각 가스의 돌아들어감이 저해되어, 퇴적물의 에칭 효율의 저하나 제거 잔류물(잔막)이 발생하게 된다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 스텝 1b, 2b를 순차적으로 실행하여, 처리실(201) 내의 압력을 상하로 변화시키고 있다. 스텝 2b의 압력 강하 시에는, APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 증대시켜, HF 가스 및 N2 가스의 일정한 공급 유량에 대하여, 배기관(231)으로부터의 배기 유량을 크게 하여 처리실(201) 내의 압력을 강하시킨다. 따라서, 압력을 강하시키고 있는 동안은, 각 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 부근의 압력보다도 배기관(231) 부근의 압력이 저하되어 압력차가 증대되어, 각 경로에서의 HF 가스 및 N2 가스의 몰 유속이 향상된다. 이와 같이, 몰 유속이 상승된 HF 가스 및 N2 가스의 흐름은 탄력을 받아, 처리실(201) 내 각처의 보다 넓은 범위로 널리 퍼진다. 이 결과, HF 가스 및 N2 가스는, 원래 가스가 도달하기 쉬운 웨이퍼 근방 영역의 부재뿐만 아니라, 반응관(203)의 하단부 근방의 내벽, 매니폴드(209)의 내벽, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)의 하부, 시일 캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 저면 등에 의해 구성되는 좁은 간극 등에도 유입되게 된다. 따라서, 웨이퍼 배열외 영역의 좁은 간극 등에도 HF 가스 및 N2 가스가 돌아들어가기 쉬워져, 웨이퍼 배열외 영역의 부재 상의 퇴적물의 에칭 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 스텝 2b에서는, 웨이퍼 근방 영역뿐만 아니라, 웨이퍼 배열외 영역의 퇴적물을 제거할 수 있게 된다.
한편, 스텝 1b는, 예를 들면 스텝 2b의 종료 후, 처리실(201) 내의 압력을 빠르게 상승시켜, 재차 다음 스텝 2b를 행하기 위한 전단계로서 행한다. 단, 스텝 1b의 목적은 그것만은 아니다. 확실히, 스텝 1b에서 압력을 상승시키고 있는 동안은, 배기관(231)으로부터의 배기 유량을 저하시키고 있기 때문에, 각 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 부근과 배기관(231) 부근의 압력차는 그다지 커지지 않아, 상기의 스텝 2b에서와 같은 웨이퍼 배열외 영역으로의 각 가스의 유입의 효과는 그다지 기대할 수 없다. 그러나, 이러한 상태에서도, HF 가스 및 N2 가스는 적어도 웨이퍼 근방 영역의 부재의 표면에는 도달할 수 있어, 이러한 부재 상의 퇴적물을 제거할 수 있다. 또한, 처리실(201) 내의 압력이 높아짐으로써 HF 가스 및 N2 가스의 밀도가 증가하여, 이들 부재 상에서의 퇴적물의 에칭 속도가 향상되는 효과도 있다고 생각된다.
이와 같이, 스텝 1b, 2b의 조합에서 보면, 웨이퍼 배열외 영역과 웨이퍼 근방 영역의 에칭 속도차가 저감되어, 퇴적물의 전체적인 에칭 속도가 향상된다.
도 9는 처리실 내의 압력과 HF 가스의 몰 유속의 상관 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 그래프이며, (a)는 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의한 결과를 나타내고 있고, (b)는 종래의 클리닝 시퀀스에 의한 결과를 나타내고 있다. 그래프 좌측의 종축은, 처리실 내의 압력(a.u.: 임의 단위)을 나타내고 있고, 그래프 우측의 종축은, 시뮬레이션에 의한 처리실 내의 몰 유속(a.u.)을 나타내고 있다. 또한, 그래프의 횡축은 시간축(t)이다. 도 9의 (a)의 결과 취득 시에는, 처리실 내의 압력을 제1 압력대와 제2 압력대 사이에서 변화시키는 설정으로 하였다. 도 9의 (b)의 결과 취득 시에는, 처리실 내의 압력이 일정해지는 설정으로 하였다.
도 9의 (a)의 시뮬레이션 결과에 의하면, 처리실 내의 압력을 변화시킴으로써, 특히 강압 시에 몰 유속이 현저하게 증가되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9의 (b)의 시뮬레이션 결과에 의하면, 처리실 내의 압력을 일정하게 하면, 몰 유속은 작은 상태 그대로, 거의 변동되지 않는 것을 알 수 있다. 도 9의 (b)에서, 그래프 후반에서 보이는 몰 유속의 유일한 상승은, 잔류 가스 제거에 의한 압력 저하 때문이다. 이와 같이, 시뮬레이션에서도, 몰 유속이 처리실 내의 압력에 따라서 상술한 바와 같은 거동을 나타내는 것이 확인되었다.
클리닝 가스로서는, HF 가스 외에, 각종 불소계 가스를 사용해도 된다. 즉, 클리닝 가스로서는, 예를 들면 불화수소(HF) 가스, 불소(F2) 가스, 불화질소(NF3) 가스 및 불화염소(ClF3) 가스 중 적어도 어느 1종류의 가스를 사용하도록 해도 된다. 또한, 클리닝 가스로서는, 바람직하게는 HF 가스, F2 가스 및 NF3 가스 중 적어도 어느 1종류의 가스를 사용하도록 해도 된다. 또한, 본 실시 형태와 같은 SiO막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 경우에는, 클리닝 가스로서, HF 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1b, 2b를 1사이클로 하여, 이 사이클을 반복하여 행함으로써, 처리실(201) 내의 각 부재의 퇴적물을 거의 완전히 제거할 수 있다. 상술한 사이클의 반복 횟수는, 예를 들면 20∼50회로 할 수 있다. 즉, 처리실(201) 내의 각 부재의 퇴적물이 거의 완전히 제거될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 스텝 1b, 2b의 조합에 의해 전체적인 에칭 속도가 향상되어, 클리닝 시간이 단축되어 클리닝의 효율화를 도모할 수 있다. 또한, 처리실(201) 내에 퇴적된 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 과도한 오버에칭을 억제하여 각 부재의 손상을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 한쪽의 압력대에 포함되는 소정 압력으로의 도달 후, 처리실(201) 내의 압력을 이러한 소정 압력으로 유지하지 않고, 다른 한쪽의 압력대에 포함되는 소정 압력으로 변화시키고 있다. 처리실(201) 내를 일정 압력으로 유지해도, 상술한 바와 같이, 이 동안은 웨이퍼 배열외 영역으로의 각 가스의 돌아들어감은 그다지 발생하지 않아, 이러한 영역의 퇴적물의 에칭 효율을 향상시킬 수는 없다. 오히려, 압력을 유지한 만큼, 클리닝 시간이 길어지게 되어, 기판 처리 장치의 가동 정지 시간(Down-Time)이 지연되게 된다. 따라서, 압력을 유지하는 불필요한 시간을 줄임으로써, 보다 단시간 내에 각 스텝 1b, 2b의 반복 횟수를 늘릴 수 있어, 클리닝 시간이 한층 더 단축되어, 클리닝의 한층 더한 효율화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 압력으로부터 제2 압력에 도달할 때까지의 압력 상승 시간과, 제2 압력으로부터 제1 압력에 도달할 때까지의 압력 강하 시간을 동일한 시간으로 할 수도 있지만, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 압력 상승 시간을 짧게 하고, 압력 강하 시간을 길게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 웨이퍼 근방 영역보다도 퇴적물이 제거되기 어려운 웨이퍼 배열외 영역의 클리닝 시간을 길게 취함으로써, 보다 한층 더 클리닝의 효율화를 도모할 수 있다.
(HF 가스 공급 정지)
처리실(201) 내의 각 부재의 퇴적물이 제거된 후, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 폐쇄하여, HF 가스의 공급을 정지한다. 제1 가스 공급관(232a) 및 제1 노즐(249a)을 통하여 HF 가스를 공급하고 있었던 경우에는, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243e)를 폐쇄하여, HF 가스의 공급을 정지한다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
HF 가스의 공급을 정지한 후, 밸브(243h, 243i, 243j, 243k)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232h), 제2 불활성 가스 공급관(232i), 제3 불활성 가스 공급관(232j), 제4 불활성 가스 공급관(232k) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 빈 보트(217)가 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 스텝 2b에서, 처리실(201) 내의 압력을 고압측의 제2 압력으로부터 저압측의 제1 압력으로 변화시킴으로써, 웨이퍼 배열외 영역에서의 좁은 간극 등에도 HF 가스 및 N2 가스가 돌아들어가, 웨이퍼 배열외 영역의 부재 상의 퇴적물의 에칭 효율을 향상시켜, 이러한 퇴적물을 보다 확실하게 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 스텝 1b에서, 처리실(201) 내의 압력을 저압측의 제1 압력으로부터 고압측의 제2 압력으로 빠르게 상승시킴으로써, 처리실(201) 내의 상태를, 다음 스텝 2b를 행할 수 있는 상태로 빠르게 이행시킬 수 있다. 따라서, 클리닝을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 스텝 1b에서, 처리실(201) 내의 압력을 저압측의 제1 압력으로부터 고압측의 제2 압력으로 변화시키는 동안이라도, 적어도 웨이퍼 근방 영역의 부재 상의 퇴적물을 제거할 수 있다. 따라서, 스텝 1b에서는, 스텝 2b의 전단계로서 처리실(201) 내의 압력을 상승시킬 뿐만 아니라, 일부의 부재 상의 퇴적물의 제거를 계속해서 행할 수 있어, 클리닝을 한층 더 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 스텝 1b, 2b를 교대로 반복함으로써, 웨이퍼 배열외 영역과 웨이퍼 근방 영역의 에칭 속도차가 저감된다. 이에 의해, 전체적으로의 퇴적물의 에칭 속도가 향상되어, 클리닝 시간이 단축되어, 효율적으로 클리닝을 행할 수 있다. 따라서, 처리실(201) 내에 퇴적된 SiO막을 포함하는 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 배열외 영역과 웨이퍼 근방 영역의 에칭 속도차가 저감됨으로써, 웨이퍼 근방 영역의 부재에 대한 과도한 오버에칭이 억제되어, 부재의 손상을 저감하여 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력대로 유지하지 않고 압력을 변화시킴으로써, 압력 유지의 불필요한 시간을 줄이고 각 스텝 1b, 2b의 반복 횟수를 증가시켜, 클리닝 시간을 한층 더 단축하여, 한층 더 효율적으로 클리닝을 행할 수 있다. 이에 의해, 기판 처리 장치의 가동 정지 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 스텝 1b의 압력 상승 시간을 짧게 하고, 스텝 2b의 압력 강하 시간을 길게 함으로써, 소정의 클리닝 시간 내에서의 스텝 2b의 시간의 비율이 길어져, 한층 더 효율적으로 클리닝을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 논플라즈마 분위기 하에서 열화학 반응에 의해 퇴적물을 제거함으로써, 처리실(201) 내의 각 부재에 대한 손상을 억제하면서 퇴적물을 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 처리실(201) 내의 온도를 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 온도로 함으로써, 퇴적물의 박리ㆍ탈락을 억제하면서 퇴적물로부터 수분을 방출시켜, 파티클을 억제하면서 퇴적물을 제거하는 열화학 반응을 일으키게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 처리실(201) 내에 HF 가스를 공급하는 제4 노즐(249d)을 쇼트 노즐로서 구성함으로써, HF 가스의 노즐 내의 경로를 짧게 할 수 있어, 제4 노즐(249d)의 HF 가스에 의한 손상을 저감하여, 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, HCDS 가스를 공급하는 제1 노즐(249a)을 사용하여 HF 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, 제1 노즐(249a) 내에 형성된 실리콘 함유층을 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 사용하지 않고 처리실(201) 내에 HF 가스를 공급함으로써, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)의 HF 가스에 의한 손상을 방지하여 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 장치는 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)로부터도 HF 가스를 공급 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 가스종의 추가나 교체 등 시에의 장치 운용의 자유도를 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 100℃ 이하의 저온에서 H2O 가스를 사용하여 SiO막을 형성하고 있다. 이 때문에, 처리실(201) 내의 각 부재(특히 웨이퍼 배열외 영역)에는 수분을 포함한 두꺼운 퇴적물이 퇴적되어, 파티클원으로 되거나, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 특성을 악화시키게 할 우려가 있다. 본 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의하면, 이러한 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 파티클의 발생을 억제하고, 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 특성을 향상시킬 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
상술한 제1 실시 형태에서는, 기판의 온도를 200℃ 이하, 예를 들면 100℃ 이하의 온도로 하여 박막을 형성할 때에, 원료 가스와 산화제와 촉매를 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시 형태에서는, 촉매를 사용하지 않고, 원료 가스와 플라즈마 여기한 산화제를 사용하여 박막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
이러한 경우, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서의 박막의 형성에는, 예를 들면 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 상술한 제1 실시 형태의 기판 처리 장치와 대략 마찬가지의 장치로서, 산화제를 플라즈마로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서의 리모트 플라즈마 유닛(345b)을 더 구비하는 기판 처리 장치를 사용할 수 있다. 리모트 플라즈마 유닛(345b)은, 예를 들면 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)와 제4 가스 공급관(232d)의 접속부 사이에 설치된다. 또한, 도 10에 있어서, 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
또한, 본 실시 형태의 박막을 형성하는 성막 시퀀스에서는, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 플라즈마 여기한 산화제를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행한다.
이러한 성막 시퀀스를 사용한 박막 형성 공정에서는, 촉매 대신에 플라즈마를 사용함으로써, 기판의 온도가 100℃ 이하이어도, 산화제를 활성화하여 반응성을 높일 수 있다. 이 경우도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도를 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 어느 하나의 온도로 할 수 있다.
또한, 이러한 성막 시퀀스를 사용한 박막 형성 공정에 의해서도, 처리실 내의 각 부재에는 박막을 포함하는 퇴적물이 퇴적된다. 그리고, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 클리닝 공정을 사용함으로써, 이러한 퇴적물을 보다 확실하게 제거하여, 기판 상에 형성되는 박막의 막 두께나 막질의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 제1 압력대를 저압측으로 하고, 제2 압력대를 고압측으로 하였을 때에, 저압측의 제1 압력대로부터 각 스텝을 개시하도록 하였지만, 고압측의 제2 압력대로부터 각 스텝을 개시해도 된다.
또한 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 스텝 1b의 압력 상승 시간을 짧게 하고, 스텝 2b의 압력 강하 시간을 길게 하는 것으로 하였지만, 각 스텝 1b, 2b의 시간은 적절히 변경할 수 있다. 또한, 이와 같이 각 스텝 1b, 2b의 시간을 조정함으로써, 혹은, 제1 압력 및 제2 압력의 고저차를 조정함으로써, 각 스텝 1b, 2b의 압력 변화의 기울기를 다양하게 변화시켜도 된다. 또한, 도 8에서는, 압력을 선형적으로 변화시키는 것으로서 나타냈지만, 비선형적으로 변화시켜도 된다.
또한 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 처리실(201) 내의 압력을, 매회 동일한 압력인 제1 압력과 제2 압력 사이에서 변화시키는 예에 대하여 설명하였지만, 스텝 1b, 2b를 반복할 때에는, 매회, 혹은 복수회마다, 혹은 부정기로, 각 압력대의 범위 내에서 각각 상이한 압력으로 변화시켜도 된다.
또한 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 보트(217) 하부나 매니폴드(209) 내벽 등은 히터(207)에 의해 둘러싸이는 영역의 외측에 있었지만, 이들 부재를 가열하는 가열 기구를, 예를 들면 노구 부근 등에 별도로 설치해도 된다. 박막 형성 공정 또는 클리닝 공정 중 적어도 한쪽, 혹은 양쪽에서 이러한 가열 기구를 사용하여, 웨이퍼 배열외 영역을, 박막 형성 공정의 실행 시에는 90∼100℃ 정도로, 클리닝 공정의 실행 시에는 100℃ 정도로 가열해도 된다. 이에 의해, 박막 형성 공정에서의 퇴적물의 양(두께)이 줄어들고, 또한, 클리닝 공정에서의 퇴적물의 에칭 속도가 더욱 향상되어, 본 발명의 효과를 한층 더 높일 수 있다.
또한 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, SiO막의 성막에 사용하는 원료 가스로서, 클로로실란계 원료 가스를 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, 클로로실란계 이외의 할로겐계의 실란계 원료 가스, 예를 들면 플루오로 실란계 원료 가스 등을 사용해도 된다. 여기서, 플루오로 실란계 원료 가스란, 할로겐기로서의 플루오로기를 갖는 실란계 원료 가스이며, 적어도 실리콘(Si) 원소 및 불소(F) 원소를 포함하는 원료 가스이다. 플루오로실란계 원료 가스로서는, 예를 들면 테트라플루오로실란, 즉, 실리콘테트라플루오라이드(SiF4) 가스나, 헥사플루오로디실란(Si2F6) 가스 등의 불화규소 가스를 사용할 수 있다. 이 경우, 산화 가스 및 촉매 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, SiO막의 성막에 사용하는 촉매로서, 피리딘을 비롯한 pKa가 5∼7 정도의 각종 복소환을 예로 들었지만, 이 이외에도, 비교적 pKa가 높지만 11 이하의 범위 내에 있는 것으로서, 암모니아(NH3, 9.2) 가스나, 트리메틸아민(N(CH3)3, pKa=9.8) 가스나 메틸아민(H2N(CH3), pKa=10.6) 가스, 트리에틸아민(N(C2H5)3, pKa=10.7) 가스 등을 촉매로서 사용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태 등은, 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예를 들면 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 변경하는 경우는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하고, 그 프로세스 레시피나 클리닝 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피나 클리닝 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
[실시예]
본 발명의 실시예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실 내에 HF 가스를 공급하여, 상술한 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의해 처리실 내의 클리닝을 행하였다. 이때, 처리실 내의 압력을 133㎩와 6650㎩로 교대로 변화시켰다. 그리고, 이 경우에서의 보트 하부의 단열 부재의 각 부위의 클리닝 속도(퇴적물의 에칭 속도)의 측정을 행하였다. 또한, 비교예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실 내에 HF 가스를 공급하여 처리실 내의 클리닝을 행하였다. 이때, 처리실 내의 압력을 13300㎩(100Torr)로 일정하게 유지하였다. 그리고, 이 경우에서의 보트 하부의 단열 부재의 각 부위의 클리닝 속도의 측정을 행하였다.
이때, 실시예 및 비교예 모두, 처리실 내의 온도를 100℃로 하고, HF 가스의 처리실 내에의 공급은 HCDS 가스의 공급에 사용하는 롱 노즐을 통하여 행하였다. 클리닝 속도는, 단열 부재의 각 부위에 접착한 샘플 피스 상에 퇴적시킨 퇴적물의 클리닝 전후의 두께를 측정함으로써 산출하였다.
도 11은 실시예 및 비교예에서의 클리닝 속도를 나타내는 그래프이다. 그래프의 종축은, 단열 부재의 각 부위의 클리닝 속도(Å/min)를 나타내고 있고, 횡축은, 단열 부재의 상부, 중간부, 하부의 각 부위를 나타내고 있다. 그래프 상의 흰 막대 그래프는 실시예의 측정 결과를 나타내고 있고, 사선이 그어진 막대 그래프는 비교예의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 11에 의하면, 비교예에 비해 실시예 쪽이, 클리닝 속도가 대폭 향상되고, 또한, 단열 부재의 각 부위간의 클리닝 속도의 차도 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 압력을 일정하게 유지하는 것이 아니라, 상술한 실시 형태의 클리닝 시퀀스와 같이 변화시킴으로써, 웨이퍼 배열외 영역에서의 클리닝 속도가 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 12는, 상술한 실시예에서, 클리닝 전후의 처리실 내에서 성막한 SiO막의 성막 특성을 도시하는 도면이다. 도면 중에는, 보트의 상단, 중단, 하단의 각 부위에 수용된 웨이퍼 상의 SiO막의 웨이퍼 면내의 평균 막 두께(면내 평균 막 두께) 및 웨이퍼 면내의 막 두께의 균일성(면내 균일성)을 클리닝 전후에 대하여 나타내고 있다. 면내 균일성은, 웨이퍼 면내에서의 최대 막 두께와 최소 막 두께를 이용하여 이하의 수학식 1에 의해 구하였다. 즉, 면내 균일성은, 웨이퍼 면내에서의 막 두께의 변동을 나타내고, 그 값이 작을수록 막 두께의 변동이 작은 것을 의미한다.
Figure 112013083501106-pat00001
도 12에 의하면, 특히, 매니폴드나 단열 부재 등의 표면에 퇴적된 수분을 많이 포함하는 퇴적물의 영향을 받기 쉬운 보트 하단에서, 클리닝에 의한 면내 균일성의 개선 효과가 현저하게 인지된다. 이것은, 클리닝에 의해 수분의 발생원으로 되는 퇴적물이 제거된 것에 의한 것으로 생각된다. 또한, 퍼지 효율이 나쁘고, 히터로 덮여져 있지 않은 반응관의 상면에 가까운 보트 상단에서도 클리닝에 의한 면내 균일성의 개선이 인지되어, 마찬가지의 효과가 얻어지고 있는 것이 추찰된다. 이와 같이, 처리실 내를 상술한 실시 형태의 클리닝 시퀀스에 의해 클리닝함으로써 웨이퍼 상에 형성되는 SiO막의 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
계속해서, 상술한 실시예에서의 롱 노즐 대신에 쇼트 노즐을 사용하여 HF 가스의 공급을 행하였을 때의 보트 및 단열 부재의 각 부위의 클리닝 속도를 측정하였다.
도 13은 실시예에서의 쇼트 노즐 및 롱 노즐을 사용하였을 때의 클리닝 속도를 나타내는 그래프이다. 그래프의 종축은, 각 부위의 클리닝 속도(Å/min)를 나타내고 있고, 횡축은, 보트의 상단, 중단, 하단, 단열 부재의 상부, 중간부, 하부의 각 부위를 나타내고 있다. 그래프 상의 ○ 표시는 쇼트 노즐을 단독으로 사용한 경우의 측정 결과를 나타내고 있고, 사선이 그어진 ◇ 표시는 롱 노즐을 단독으로 사용한 경우의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 13에 의하면, 쇼트 노즐을 단독으로 사용한 경우에도, 웨이퍼 배열 영역인 보트의 각 부위에서, 롱 노즐을 사용한 경우와 동등한 클리닝 속도가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 보트 하부 부근에 가스 공급 구멍을 갖는 쇼트 노즐을 사용함으로써, 보트 하부의 단열 부재에서의 클리닝 속도의 약간의 향상이 인지된다. 이에 의해, 쇼트 노즐과 롱 노즐 중 어느 것을 사용해도, 양호한 클리닝 효과가 대략 동등하게 얻어지는 것을 알 수 있다.
<본 발명의 바람직한 양태>
이하에, 본 발명의 바람직한 양태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 양태에 의하면, 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정을 교대로 반복하는 공정을 포함하고, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는, 클리닝 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정은, 논플라즈마 분위기 하에서 행해진다.
(부기 3)
부기 1 또는 2의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 부재의 표면에 퇴적된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 열화학 반응에 의해 제거한다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1 압력대는 13 내지 2660㎩이고, 상기 제2 압력대는 5320 내지 13300㎩이다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 온도를 실온 이상 200℃ 이하로 한다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 온도를 실온 이상 150℃ 이하로 한다.
(부기 7)
부기 1 내지 6 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 온도를 실온 이상 100℃ 이하로 한다.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은 산화막이다.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은 상기 기판의 온도를 100℃ 이하의 온도로 하여 형성된 산화막이다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은 상기 기판의 온도를 실온 이상 100℃ 이하의 온도로 하여 형성된 산화막이다.
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은 원료 가스와 산화제와 촉매를 사용하여 형성된 산화막이다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은, 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화제를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 촉매를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 형성된 산화막이다.
(부기 13)
부기 1 내지 12 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은, 상기 기판에 대하여 원료 가스 및 촉매를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화제 및 촉매를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써 형성된 산화막이다.
(부기 14)
부기 1 내지 10 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은 원료 가스와 플라즈마 여기한 산화제를 사용하여 형성된 산화막이다.
(부기 15)
부기 1 내지 10 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막은, 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기한 산화제를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써 형성된 산화막이다.
(부기 16)
부기 1 내지 15 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 클리닝 가스는 불소계 가스를 포함한다.
(부기 17)
부기 1 내지 16 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 클리닝 가스는, 불화수소(HF) 가스, 불소(F2) 가스, 불화질소(NF3) 가스 및 불화염소(ClF3) 가스 중 적어도 어느 1종류의 가스를 포함한다.
(부기 18)
부기 1 내지 17 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 클리닝 가스는, 불화수소(HF) 가스, 불소(F2) 가스 및 불화질소(NF3) 가스 중 적어도 어느 1종류의 가스를 포함한다.
(부기 19)
부기 1 내지 18 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 클리닝 가스는 불화수소(HF) 가스를 포함한다.
(부기 20)
본 발명의 다른 양태에 의하면, 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과, 상기 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 포함하고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정은, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정을 교대로 반복하는 공정을 포함하고, 상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 21)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리실과, 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 처리실 내에서 기판 상에 상기 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 상기 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 처리와, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 처리를 교대로 반복하는 처리를 행하고, 상기 각 처리를 교대로 반복하는 처리에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키도록, 상기 클리닝 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 22)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판 처리 장치의 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서, 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순은, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 수순과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 수순을 교대로 반복하는 수순을 포함하고, 상기 각 수순을 교대로 반복하는 수순에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는, 프로그램이 제공된다.
(부기 23)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판 처리 장치의 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 기록 매체로서, 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순은, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 수순과, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 수순을 교대로 반복하는 수순을 포함하고, 상기 각 수순을 교대로 반복하는 수순에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 변화시킨 후에 상기 제1 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로 유지하지 않고 상기 제1 압력대로 변화시키고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 변화시킨 후에 상기 제2 압력대로 변화시킬 때에는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로 유지하지 않고 상기 제2 압력대로 변화시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121 : 컨트롤러(제어부)
200 : 웨이퍼(기판)
201 : 처리실
202 : 처리로
203 : 반응관
207 : 히터
209 : 매니폴드
231 : 배기관
232a : 제1 가스 공급관
232b : 제2 가스 공급관
232c : 제3 가스 공급관
232d : 제4 가스 공급관
244 : APC 밸브(압력 조정부)

Claims (18)

  1. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 부재의 표면에 퇴적된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 열화학 반응에 의해 제거하는, 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내의 압력이 저압력대로부터 고압력대에 도달할 때까지의 시간보다, 상기 고압력대로부터 상기 저압력대에 도달할 때까지의 시간을 더 길게 하고,
    상기 저압력대는 상기 제1 압력대 및 상기 제2 압력대 중 낮은 압력대이고, 상기 고압력대는 상기 제1 압력대 및 상기 제2 압력대 중 높은 압력대인, 클리닝 방법.
  3. 삭제
  4. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 제1 압력대는 13 내지 2660㎩이고, 상기 제2 압력대는 5320 내지 13300㎩인, 클리닝 방법.
  5. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 온도를, 실온 이상 200℃ 이하로 하는, 클리닝 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 박막은 산화막인, 클리닝 방법.
  7. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 박막은 상기 기판의 온도를 실온 이상 100℃ 이하의 온도로 하여 형성된 산화막인, 클리닝 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 박막은 원료 가스와 산화제와 촉매를 사용하여 형성된 산화막인, 클리닝 방법.
  9. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 박막은, 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화제를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 촉매를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 형성된 산화막인, 클리닝 방법.
  10. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 박막은, 상기 기판에 대하여 원료 가스 및 촉매를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화제 및 촉매를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써 형성된 산화막인, 클리닝 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 박막은 원료 가스와 플라즈마 여기한 산화제를 사용하여 형성된 산화막인, 클리닝 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 박막은, 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기한 산화제를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써 형성된 산화막인, 클리닝 방법.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서, 상기 클리닝 가스는, 불화수소 가스, 불소 가스, 불화질소 가스 및 불화염소 가스 중 적어도 어느 1종류의 가스를 포함하는 클리닝 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 클리닝 가스는 불화수소 가스를 포함하는 클리닝 방법.
  16. 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과,
    상기 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 포함하고,
    상기 처리실 내를 클리닝하는 공정은,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 공정과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정
    을 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 각 공정을 교대로 반복하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 공정은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 부재의 표면에 퇴적된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 열화학 반응에 의해 제거하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
    상기 처리실 내에서 기판 상에 상기 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 상기 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서, 상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 처리와, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 처리를 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 처리를 행하고, 상기 각 처리를 교대로 반복하는 처리에서는, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 처리는, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고, 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 처리는, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고, 상기 처리실 내의 부재의 표면에 퇴적된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 열화학 반응에 의해 제거시키도록, 상기 클리닝 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  18. 기판 처리 장치의 처리실 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내에 불소계 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 처리실 내를 클리닝하는 수순은,
    상기 처리실 내에의 상기 클리닝 가스의 공급을 유지한 상태에서,
    상기 처리실 내의 압력을 제1 압력대로부터 상기 제1 압력대와는 상이한 제2 압력대로 변화시키는 수순과,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 수순
    을 논플라즈마 분위기 하에서 교대로 반복하는 수순을 포함하고,
    상기 각 수순을 교대로 반복하는 수순에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제2 압력대로부터 상기 제1 압력대로 변화시키는 수순은, 상기 처리실 내의 압력이 제2 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 압력대로부터 상기 제2 압력대로 변화시키는 수순은, 상기 처리실 내의 압력이 제1 압력대에 도달할 때 개시되고,
    상기 처리실 내의 부재의 표면에 퇴적된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 열화학 반응에 의해 제거시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5655429B2 (ja) * 2009-08-28 2015-01-21 三菱マテリアル株式会社 多結晶シリコンの製造方法、製造装置及び多結晶シリコン
KR101568944B1 (ko) * 2011-09-09 2015-11-12 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 플라즈마 발생 장치 및 cvd 장치
JP6476369B2 (ja) * 2013-03-25 2019-03-06 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム
JP6418794B2 (ja) 2014-06-09 2018-11-07 東京エレクトロン株式会社 改質処理方法及び半導体装置の製造方法
JP6347543B2 (ja) 2014-06-30 2018-06-27 株式会社日立国際電気 クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2016058676A (ja) * 2014-09-12 2016-04-21 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP5775633B1 (ja) * 2014-09-29 2015-09-09 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体
JP6453637B2 (ja) * 2014-12-18 2019-01-16 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6484478B2 (ja) * 2015-03-25 2019-03-13 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6086942B2 (ja) * 2015-06-10 2017-03-01 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR102658085B1 (ko) * 2015-07-09 2024-04-16 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 알킬아미노 치환 할로카보실란 전구체
KR20170128801A (ko) 2016-05-16 2017-11-24 삼성전자주식회사 기판 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치
JPWO2017212728A1 (ja) * 2016-06-10 2019-02-14 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 処理方法、半導体装置の製造方法及び基板処理装置
CN117810127A (zh) * 2017-02-23 2024-04-02 株式会社国际电气 基板处理装置、半导体装置的制造方法、基板处理方法、容器及存储介质
JP6602332B2 (ja) * 2017-03-28 2019-11-06 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JPWO2019035258A1 (ja) 2017-08-14 2020-03-26 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6485536B1 (ja) * 2017-12-28 2019-03-20 株式会社Sumco エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法
JP6956660B2 (ja) * 2018-03-19 2021-11-02 東京エレクトロン株式会社 クリーニング方法及び成膜装置
KR102498911B1 (ko) * 2018-04-11 2023-02-10 주식회사 디엠에스 기판처리장치
US11560623B2 (en) 2019-05-15 2023-01-24 Applied Materials, Inc. Methods of reducing chamber residues
JP7076499B2 (ja) * 2020-06-22 2022-05-27 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
CN112349631B (zh) * 2020-11-04 2021-09-10 长江存储科技有限责任公司 一种输气管道、半导体机台
KR20230001280A (ko) * 2021-06-28 2023-01-04 주식회사 원익아이피에스 챔버내부처리방법 및 기판처리방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008297605A (ja) 2007-05-31 2008-12-11 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP2012506637A (ja) * 2008-10-22 2012-03-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 繰返し高圧・低圧洗浄ステップを含む遠隔プラズマ洗浄プロセス
JP2012064970A (ja) * 2004-06-17 2012-03-29 Tokyo Electron Ltd チャンバクリーニング処理を制御するための方法及び処理システム

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3319014B2 (ja) * 1992-04-03 2002-08-26 ソニー株式会社 成膜方法、成膜装置、及び半導体装置の製造方法
JP3277209B2 (ja) 1994-06-08 2002-04-22 日本電信電話株式会社 ドライエッチング装置のドライ洗浄方法
US5576481A (en) 1995-10-02 1996-11-19 Ashland, Inc. Method and apparatus for detecting microbiological fouling in aqueous systems
JPH10280151A (ja) * 1997-04-08 1998-10-20 Fujitsu Ltd Ｃｖｄ装置のクリーニング方法
JP4060526B2 (ja) 2000-12-13 2008-03-12 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法
US20030216041A1 (en) 2002-05-08 2003-11-20 Herring Robert B. In-situ thermal chamber cleaning
JP4413084B2 (ja) 2003-07-30 2010-02-10 シャープ株式会社 プラズマプロセス装置及びそのクリーニング方法
KR100718180B1 (ko) * 2004-03-29 2007-05-15 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
JP5064119B2 (ja) * 2007-06-07 2012-10-31 東京エレクトロン株式会社 真空引き方法及び記憶媒体
JP2009272367A (ja) * 2008-05-01 2009-11-19 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP5576101B2 (ja) 2008-12-25 2014-08-20 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP5751895B2 (ja) 2010-06-08 2015-07-22 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064970A (ja) * 2004-06-17 2012-03-29 Tokyo Electron Ltd チャンバクリーニング処理を制御するための方法及び処理システム
JP2008297605A (ja) 2007-05-31 2008-12-11 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP2012506637A (ja) * 2008-10-22 2012-03-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 繰返し高圧・低圧洗浄ステップを含む遠隔プラズマ洗浄プロセス

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KR20140038312A (ko) 2014-03-28

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